Effect of haptic guidance and error amplification robotic training interventions on the immediate improvement of timing among individuals that had a stroke

Abstract : Many individuals that had a stroke have motor impairments such as timing deficits that hinder their ability to complete daily activities like getting dressed. Robotic rehabilitation is an increasingly popular therapeutic avenue in order to improve motor recovery among this population. Yet, most studies have focused on improving the spatial aspect of movement (e.g. reaching), and not the temporal one (e.g. timing). Hence, the main aim of this study was to compare two types of robotic rehabilitation on the immediate improvement of timing accuracy: haptic guidance (HG), which consists of guiding the person to make the correct movement, and thus decreasing his or her movement errors, and error amplification (EA), which consists of increasing the person’s movement errors. The secondary objective consisted of exploring whether the side of the stroke lesion had an effect on timing accuracy following HG and EA training. Thirty-four persons that had a stroke (average age 67 ± 7 years) participated in a single training session of a timing-based task (simulated pinball-like task), where they had to activate a robot at the correct moment to successfully hit targets that were presented a random on a computer screen. Participants were randomly divided into two groups, receiving either HG or EA. During the same session, a baseline phase and a retention phase were given before and after each training, and these phases were compared in order to evaluate and compare the immediate impact of HG and EA on movement timing accuracy. The results showed that HG helped improve the immediate timing accuracy (p=0.03), but not EA (p=0.45). After comparing both trainings, HG was revealed to be superior to EA at improving timing (p=0.04). Furthermore, a significant correlation was found between the side of stroke lesion and the change in timing accuracy following EA (r[subscript pb]=0.7, p=0.001), but not HG (r[subscript pb]=0.18, p=0.24). In other words, a deterioration in timing accuracy was found for participants with a lesion in the left hemisphere that had trained with EA. On the other hand, for the participants having a right-sided stroke lesion, an improvement in timing accuracy was noted following EA. In sum, it seems that HG helps improve the immediate timing accuracy for individuals that had a stroke. Still, the side of the stroke lesion seems to play a part in the participants’ response to training. This remains to be further explored, in addition to the impact of providing more training sessions in order to assess any long-term benefits of HG or EA.

Résumé : À la suite d’un accident vasculaire cérébral (AVC), plusieurs atteintes, comme un déficit de timing, sont notées, et ce, même à la phase chronique d’un AVC, ce qui nuit à l’accomplissement de tâches quotidiennes comme se vêtir. L’entrainement robotisé est un entrainement qui est de plus en plus préconisé dans le but d’améliorer la récupération motrice à la suite d’un AVC. Par contre, la plupart des études ont étudié les effets de l’entrainement robotisé sur l’amélioration de l’aspect spatial du mouvement (ex : la direction du mouvement), et non l’aspect temporel (ex : timing). L’objectif principal de ce projet était donc d’évaluer et de comparer l’impact de deux entrainements robotisés sur l’amélioration immédiate du timing soit : la réduction de l’erreur (RE), qui consiste à guider la personne à faire le mouvement désiré, et l’augmentation de l’erreur (AE), qui nuit au mouvement de la personne. L’objectif secondaire consistait à explorer s’il y avait une relation entre le côté de la lésion cérébrale et le changement dans les erreurs de timing suivant l’entrainement par RE et AE. Trente-quatre personnes atteintes d’un AVC au stade chronique (âge moyen de 67 ± 7 années) ont participé à cette étude, où ils devaient jouer à un jeu simulé de machine à boules. Les participants devaient activer une main robotisée au bon moment pour atteindre des cibles présentées aléatoirement sur un écran d’ordinateur. Les participants recevaient soit RE ou AE. Une ligne de base et une phase de rétention étaient données avant et après chaque entrainement, et elles étaient utilisées pour évaluer et comparer l’effet immédiat de RE et AE sur le timing. Les résultats ont démontré que RE permet d’améliorer les erreurs de timing (p=0,03), mais pas AE (p=0,45). De plus, la comparaison entre les deux entrainements a démontré que RE était supérieur à AE pour améliorer le timing (p=0,04). Par ailleurs, une corrélation significative a été notée entre le côté de la lésion cérébrale et le changement des erreurs de timing suivant AE (r[indice inférieur pb]=0,70; p=0,001), mais pas RE (r[indice inférieur pb]=0,18; p=0,24). En d’autres mots, une détérioration de l’exécution de la tâche de timing a été notée pour les participants ayant leur lésion cérébrale à gauche. Par contre, ceux ayant leur lésion à droite ont bénéficié de l’entrainement par AE. Bref, l’entrainement par RE peut améliorer les erreurs de timing pour les survivants d’AVC au stade chronique. Toutefois, le côté de la lésion cérébrale semble jouer un rôle important dans la réponse à l’entrainement par AE. Ceci demeure à être exploré, ainsi que l’impact d’un entrainement par RE et AE de plus longue durée pour en déterminer leurs effets à long terme.