Estudo do controlo motor via Sincronias entre sinais de EEG e de EMG / Motor control study through sincrony between EEG and EMG signals

Um dos maiores desafios da neurofisiologia é o de compreender a forma como a informação é transmitida através do sistema nervoso. O estudo do sistema nervoso tem várias aplicações, tanto na neurologia, permitindo avanços ao nível clínico, como noutras áreas, e.g., nos sistemas de processamento de informação baseados em redes neuronais. A transmissão de informação entre neurónios é feita por via de sinais elétricos. A compreensão deste fenómeno é ainda incompleta e há projectos a nível europeu e mundial com o objetivo de modular o sistema nervoso no seu todo de forma a melhor o compreender. Uma das teses que se desenvolve hoje em dia é a de que a transmissão de sinais elétricos no sistema nervoso é influenciada por fenómenos de sincronia. O objetivo desta dissertação é o de otimizar um protocolo de aquisição e análise de dados reais de eletroencefalograma e eletromiograma com o propósito de observar fenómenos de sincronia, baseando-se num algoritmo (análise por referência de fase, ou RPA, do inglês reference phase analysis) que deteta sincronias de fase entre os sinais de eletroencefalograma (EEG) e um sinal de referência, que é, no caso presente, o eletromiograma (EMG). A otimização deste protocolo e sua validação indicaram a existência de fenómenos significativos de sincronia no sinal elétrico, transmitido entre os músculos da mão e o córtex motor, no decorrer da ação motora.

Protocolo de fisioterapia, com auxílio de biofeedback electromiográfico, em utentes com disfunções do ombro: efeitos na dor, funcionalidade e estabilidade dinâmica

RESUMO: Introdução: A dor e disfunções do movimento no complexo articular do ombro (CAO) são comuns e debilitantes. O uso de exercícios segundo os pressupostos de estabilidade dinâmica (ED), com auxílio de Biofeedback electromiográfico (BEMG) tem vindo a ser referido, como uma forma de aumentar a efectividade da intervenção nas disfunções do complexo articular do ombro (DCAO)Objectivo Principal: Estudar os efeitos de um protocolo de intervenção, com BEMG, cujas finalidades foram abolir a dor, aumentar a funcionalidade e a ED da omoplata, em utentes com DCAO. Objectivos secundários: Comparar os subgrupos e quanto às características, resultados, tempos de intervenção total e até atingir critérios de alta; Comparar os resultados nos momentos inicial e final. Métodos: Foi realizado um coorte clínico, longitudinal, retrospectivo, observacional, analítico. A amostra foi constituída por 82 sujeitos, divididos em dois subgrupos (n=53 SCSA e n=29 IGU). Os instrumentos de medida utilizados foram a EVA, o DASH, o SPADI e o BEMG. Foi seguido o protocolo de ED proposto por Santos e Matias (2007), de acordo com as 3 fases de intervenção por eles descritas, realizando uma sessão semanal, monitorizando exercícios que seguem estes princípios, com BEMG. Foram avaliadas as variáveis dor, postura, padrão de recrutamento, controlo motor, posição inicial da omoplata (PIO), amplitudes articulares (AA’s), força muscular (FM) e postura. Para analisar os dados, recorreu-se a estatística descritiva e inferencial. Resultados: A intervenção foi efectiva na abolição da dor no momento (0,43 para 0,00/10EVA no subgrupo SCSA e 0,66 para 0,00/10EVA no subgrupo IGU) na pior dor (5,47/10EVA para 0,06/10EVA no subgrupo SCSA e 5,28/10 para 0,14/10 no subgrupo IGU), no aumento da função (28,57 para 0,66/100DASH e 39,00 para 0,63/100SAPDI no subgrupo SCSA e 25,80 para 0,38/100DASH e 28,19 para 0,39/100 no subgrupo IGU) e no aumento da ED da omoplata com normalização do padrão de recrutamento, controlo motor, PIO dentro do espectro de normalidade e boa capacidade de controlar a sua posição, ao longo do movimento do membro superior (MS). A intervenção proporcionou, ainda a normalização das AA’s, FM e autocorrecção postural. O tempo médio de intervenção foi de 6,45semanas no subgrupo SCSA e 5,83sem no subgrupo IGU. Estes resultados são semelhantes comparativamente a estudos que utilizaram uma intervenção baseada nos mesmos princípios (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusão: O protocolo de intervenção aplicado, com uso de exercícios baseados nos princípios da ED e uso de BEMG, permitiu o alcance dos objectivos, junto de utentes com DCAO (SCSA e IGU). Verificou-se que, independentemente da condição, os resultados foram idênticos em ambos subgrupos, não apresentando diferenças significativas entre as variáveis de medida final, o tempo total de intervenção e os tempos até atingir os critérios de alta, expecto para a Dor, sendo este superior no subgrupo SCSA.---------------------------------------- ABSTRACT:Introduction: Movement disorders and pain in the shoulder joint complex (SJC) are common and debilitating. The use of exercises under the premises of dynamic stability (DS), with the aid of electromyographic biofeedback (EMGBF) has been mentioned as a way to increase the effectiveness of the intervention in disorders of the shoulder joint complex (DSJC) Main Objective: To evaluate the results of an intervention protocol, with EMGBF whose aims were to abolish the pain, increase functionality and DS of the scapula in patients with DSJC. Objectives: To compare the subgroups and the characteristics, outcomes, and total intervention times to reach discharge criteria; to compare the results at the beginning and at the end. Methods: We conducted a clinical cohort, longitudinal, retrospective, observational analysis. The sample consisted of 82 subjects, divided into two subgroups (n = 53 shoulder impingement syndrome SIS n = 29 shoulder joint instability SJI). The measurement instruments used were the VAS, DASH, SPADI, and EMGBF. It was followed the DS protocol proposed by Santos and Matias (2007), according to the three phases of intervention, described by performing a weekly session, monitoring exercises that follow these principles, with EMGBF. The variables were pain, posture, recruitment pattern, motor control, the initial position of the scapula (IPS), range of motion (ROM), muscular strength (MS) and posture. To analyze the data, we used the descriptive and inferential statistics. Results: The intervention was effective in abolishing the pain at the time (0.43 to 0.00/10 VAS in the SIS subgroup and 0.66 to 0.00/10 VAS in the SJI subgroup) in worst pain (5.47 to 0,06/10 VAS in the SIS subgroup and 5.28/ to 0.14/10 VAS in the SJI subgroup), increasing the function (28,57 to 0,66/100 DASH and 39,00 to 0,63/100 SAPDI in the SIS subgroup and 25,80 to 0,38/100 DASH and 28,19 to 0,39/100 SPADI in the SJI subgroup) and the increase in DS of the scapula with normalization of the pattern recruitment, motor control, IPS within the spectrum of normalcy and good ability to control its position along the movement of the upper limb (UL). The intervention provided, although the normalization of ROM, MS and self-correcting posture. The average length of intervention was 6.45 weeks in the SIS subgroup and 5.83 in the IS subgroup. These results are comparable with similar studies that used an intervention based on the same principles (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusion: The intervention protocol implemented with the use of exercises based on the principles of DS and the use of EMGBF was effective, allowing the accomplishment of goals, in patients with DSJC (SIS and SJI). It was found that, regardless of condition, the results were identical in both groups, showing no significant differences between the variables of the final measure, the total time of intervention and the times to reach discharge criteria, except for pain, which was higher in the SIS subgroup.

Avaliação clínica na disfunção fronto-estriatal : movimento e cognição

RESUMO: Os circuitos fronto-estriatais constituem um sistema em ansa fechada que une diversas regiões do lobo frontal aos gânglios da base, participando, com outras áreas cerebrais, no controlo do movimento, cognição e comportamento. As Distonias Primárias, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal, são doenças do movimento caracterizadas por disfunção do circuito fronto-estriatal motor. A conectividade funcional entre as diversas ansas do sistema fronto-estriatal, permite prever que as doenças do movimento possam também acompanhar-se de sintomas da esfera cognitiva e comportamental, cuja avaliação seria importante no manejo diagnóstico e terapêutico dos doentes. Objectivos Os nossos objectivos foram avaliar, por estudos clínicos, a relação entre sintomas motores, cognitivos e comportamentais em três doenças do movimento com fisiopatologias diversas - distonias Primárias, Doença de Parkinson e Hidrocefalia de Pressão Normal - analisando os dados sob a perspectiva teórica fornecida pelo conhecimentos dos vários circuitos frontoestriatais. Os nossos objectivos específicos para cada doença foram: a) Distonias Primárias: avaliação de disfunção executiva em doentes com Distonia Primária e relação com a gravidade dos sintomas motores b) Doença de Parkinson: 1. avaliação breve das funções mentais nas fases iniciais da doença, incluindo análise longitudinal para determinação de factores preditivos para declínio cognitivo; 2. relação entre a função motora e cognitiva e a Perturbação do Comportamento do sono REM, incluindo análise longitudinal; 3.avaliação de sintomas psiquiátricos, de um ponto de vista global e especificamente com incidência sobre as Perturbações do Controlo do Impulso (PCI). c) Hidrocefalia de Pressão Normal: 1. caracterização das alterações da marcha, incluindo comparação com a Doença de Parkinson; 2. caracterização das alterações cognitivas e da relação entre estas e a disfunção da marcha; 3. estudo evolutivo das alterações da marcha e cognitiva em doentes submetido a cirurgia e doentes não submetidos a cirurgia. Métodos: A Distonia Primária, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal foram diagnosticadas segundo critérios clínicos validados. Sempre que justificado, foram recrutados grupos de controlo, com indivíduos sem doença, emparelhados para idade, sexo e grau de escolaridade. Os doentes foram avaliados com instrumentos de aplicação clinica directa, incluindo escalas de função motora, testes neuropsicológicos globais e dirigidos às funções executivas e escalas de avaliação psiquiátrica. Testes aplicados nas Distonias Primárias: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, teste de Stroop, teste de cubos da WAIS, Teste de Retenção Visual de Benton; na Doença de Parkinson: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB), Mini-Mental State Examination (MMSE), REM-sleep behaviour disorder Questionnaire; Symptom Chek-list 90-R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (fluência verbal lexical) Nomeação de Animais (Fluência verbal semântica), prova de repetição de dígitos (WAIS), Rey auditory verbal learning test, teste de Stroop, matrizes progressivas de Raven, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; na HPN: prova cronometrada de marcha,MMSE, prova de memória imediata da WAIS, prova de repetição de dígitos (WAIS), FAB, desenho complexo de Rey, teste de Stroop, cancelamento de letras, teste Grooved Pegboard. Os doentes com HPN foram também submetidos a estudo imagiológico. A avaliação estatística foi adaptada às características de cada um dos estudos.Resultados Distonias Primárias: encontrámos défices de função executiva, envolvendo dificuldade na mudança entre sets cognitivos, bem como correlação significativa entre as pontuações nos testes cronometrados e a gravidade dos sintomas motores. Doença de Parkinson: os doentes com DP obtiveram pontuações significativamente inferiores na FAB e em sub-testes do MMSE (memória e função visuo-espacial). A pontuação no MMSE encontrava-se significativamente correlacionada com itens da função motora não relacionados com o tremor. A disfunção da marcha, a disartria, o fenótipo não tremorígeno, a presença de alucinações e pontuação abaixo do ponto de corte na MMSE, foram factores preditivos de demência na avaliação longitudinal. A rigidez e a disartria foram factores preditivos de declínio nas funções frontais. A disfunção frontal foi factor preditivo de declínio na pontuação do MMSE. Encontrámos uma prevalência elevada de RBD nas fases iniciais da DP, que o estudo longitudinal mostrou ser factor preditivo de declínio motor, nomeadamente por agravamento da bradicinésia. Encontrámos também uma prevalência elevada de sintomas psiquiátricos, nomeadamente psicose, depressão, ansiedade, somatização e sintomas obsessivo-compulsivos. As PCI não se encontravam relacionadas com o fenótipo motor, com as complicações motoras do tratamento dopaminérgico ou com a disfunção cognitiva. HPN: os doentes com HPN e os DP apresentaram um padrão disfunção da marcha semelhante, caraterizado por passos curtos, lentidão e dificuldades de equilíbrio, sendo os sintomas mais graves na HPN. Os doentes de Parkinson com maior duração de doença, maior dose de dopaminérgicos e fenótipo motor acinético-rígido apresentaram um padrão de disfunção da marcha de gravidade semelhante ao encontrado na HPN. As alterações vasculares da substância branca, em particular as encontradas na região frontal, encontravam-se negativamente correlacionadas com a melhoria da marcha após PL. O estudo das funções cognitivas mostrou um padrão de atingimento global, com valores mais baixos na cópia do desenho complexo de Rey. Os resultados nas provas de função cognitiva não se encontravam significativamente correlacionados com os resultados na prova da marcha. A progressão na disfunção da marcha encontrava-se relacionada com o tratamento não cirúrgico, idade superior na primeira avaliação, presença de lesões da substância branca, e presença de factores de risco vascular, ao passo que não foram encontrados factores que predissessem de modo significativo o agravamento da função cognitiva. Conclusões: Os resultados dos diversos estudos, evidenciam a presença de alterações cognitivas e comportamentais nas três doenças de movimento. O padrão destas alterações e o modo como estas se relacionaram com os sintomas motores variou de doença para doença. Nas Distonias primárias, a perseveração cognitiva poderá ser o sintoma correspondente à perseveração motora própria da doença, sugerindo disfunção no circuito dorso-lateral frontoestriatal. A correlação entre a gravidade motora da doença e o resultado nos testes cognitivos cronometrados, poderá ser o efeito da relação entre bradicinésia e bradifrenia. Na Doença de Parkinson, o espectro de alterações é mais acentuado, espelhando a disseminação do processo degenerativo no SNC. Para além dos sintomas de disfunção executiva, sugerindo disfunção das tês ansas não motoras, existem sinais de disfunção cognitiva global, estas com uma influência mais significativa no desenvolvimento da demência. A relação entre os diferentes sintomas motores e cognitivos é também complexa, embora se evidencie uma dissociação significativa entre o tremor, sem relação com os sintomas não motores, e os sintomas motores não tremorígenos, relacionados com o declínio cognitivo. Enquanto que a presença de RBD parece ser um factor preditivo de agravamento motor, os sintomas psiquiátricos, também muito frequentes, apresentam uma relação menos clara com a função motora. Destes, os sintomas obsessivo-compulsivos são aqueles que com mais frequência se atribuem a disfunção do sistema fronto-estriatal, nomeadamente da ansa orbito-frontal. As PCI também não mostraram ter relação com os sintomas motores ou cognitivos. Na HPN, é patente o carácter fronto-estriatal das alterações da marcha, demonstrado tanto na sua caracterização quanto no efeito deletério das lesões vasculares da substância branca do lobo frontal na recuperação da marcha após PL. As alterações cognitivas parecem ter um padrão mais difuso, o que talvez explique a falta de correlação com os sintomas motores - esta dissociação pode ser causada quer por diferença nos mecanismos fisiopatológicos quer por presença de comorbilidades cognitivas. --------- ABSTRACT: Fronto-striatal circuits constitute a closed loop system which connects different parts of the frontal lobes to the basal ganglia. They are engaged in motor, cognitive and behavioural control. Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus are movement disorders caused by disturbance of the motor fronto-striatal circuit. The existence of cognitive and behavioural dysfunction in these movement disorders is predictable, given the functional connectivity between the several distinct loops of the circuit. Evaluation of cognitive and behavioural dysfunction in these three disorders is thus both of clinical and theoretical relevance. Objectives Our objectives were to evaluate, by clinical means, the relation between motor, cognitive and behavioural symptoms in three movement disorders with different pathophysiological backgrounds - Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus - and to analyse the study results under the theoretical framework formed by present knowledge of the fronto-estriatal system. Specific objectives: a) Primary Dystonia: executive dysfunction assessment and correlation analysis with motor dysfunction severity; b) Parkinson's Disease: 1. brief cognitive assessment in the early stages of disease, including a longitudinal analysis for determination of predictive factors for cognitive decline; 2. to investigate the relation between RBD and cognitive and motor dysfunction, including a longitudinal analysis; 3. psychiatric symptom assessment, with particular incidence on Impulse Control Disorders; c) Normal-Pressure Hydrocephalus: 1. gait dysfunction characterization and comparison with Parkinson's Disease patients; 2. determination of cognitive dysfunction profile and its relation with gait dysfunction; 3. follow-up study of cognitive and motor outcome in patients submitted and not submitted to shunt surgery. Methods: Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal Pressure Hydrocephalus were diagnosed according to clinically validate criteria. Where warranted, we recruited control groups formed by healthy individuals, matched for age, sex and educational level. Patients were evaluated with instruments of direct clinical application, including motor function scales, neuropsychological tests aimed at global and executive functions and psychiatric rating scales. Tests used in Primary Dystonia: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, Stroop Test, Cube Assembly test (WAIS), Benton’s Visual Retention Test; in Parkinson's Disease: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB) , Mini-mental State Examination (MMSE), REM-sleep behavior disorder Questionnaire, Symptom Check-list 90- R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (phonetic verbal fluency), semantic verbal fluency test, digit span test (WAIS), auditory verbal learning test,Stroop test, Raven's progressive Matrices, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; in NPH: timed walking test, MMSE, immediate memory task (WAIS), digit span test (WAIS), FAB, Rey’s Complex Figure test, Stroop test, letter cancellation test, Perdue Pegboard test. NPH patients were also subjected to an imaging study. Statistics were adapted to the characteristics of each study.Results: Primary Dystonia: we found set-shifting deficits as well as significant correlation between timed neuropsychological tests and dystonia severity. Parkinson's Disease: PD patients had significantly lower scores on the FAB and on the memory and visuo-spatial tests of the MMSE; MMSE scores were significantly correlated to non-tremor motor scores; gait dysfunction and speech scores, non-tremor motor phenotype, hallucinations and scores bellow cut-off on the MMSE were predictive of dementia at follow-up; speech and rigidity scores were predictive of frontal type decline; frontal dysfunction was predictivy of decline in MMSE scores; RBD bradykinesia worsening; psychiatric symptoms were prevalent, particularly Psychosis, Depression, Anxiety, Somatisation and Obsessive-Compulsive Symptoms; Impulse Control Disorders were unrelated to motor phenotype,motor side effects of dopamine treatment and executive function; NPH: gait dysfunction was worse in NPH when compared to PD patients, although the pattern was similarly characterized by slowness, short steps and disequilibrium; PD patients whose gait disturbance was as severe as that of NPH patients were characterized by longer disease duration, predominance of non-tremor motor scores, more advanced disease stage and higher dopamine dose; frontal white matter lesions correlated negatively with improvement after LP; cognitive function assessment revealed wide spread deficits, with lower results on the drawing of the complex figure of Rey, which were not significantly correlated to gait dysfunction; older age, white matter lesions and the presence of vascular risk factors were predictive factors for motor but not cognitive function worsening. Conclusion: Results from our studies highlight the presence of cognitive and behavioural dysfunction in all three movement disorders. Symptom pattern and the relation with ovement derangement varied according to the disease. In Primary Dystonia, set-shifting difficulties could be the cognitive counterpart of motor perseveration characteristic of this disorder, suggesting dysfunction of the dorso-lateral circuit. The relation between timed tests and dystonia severity could suggest a relation between bradyphrenia and bradykinesia in Primary Dystonia. In Parkinson's Disease patients, the spectrum of non-motor symptoms is wider, probably reflecting the spread of neurodegeneration beyond the fronto-striatal circuits. While frontal type deficits predominate, suggestive of dorso-lateral and orbito-frontal dysfunction, non-frontal deficits were also apparent in the initial stages of disease, and were predictive of dementia at follow-up. The relationship between cognitive and motor symptoms is complex, although the results strongly suggest a dissociation between tremor symptoms, which bore no relation with non-motor symptoms, and non-tremor symptoms,whichwas frequent, and a predictive factor for which were related with cognitive decline. While RBD was found to be a predictive factor for bradykinesia worsening, psychiatric symptoms, which were also frequent, showed no apparent relation with motor dysfunction. Relevant to our theoretical consideration was the high prevalence of OCS, which have been attributed to orbito-frontal dysfunction. As to the particular case of ICD, we found no relation either with motor or cognitive dysfunction. The fronto-striatal nature of gait dysfunction in NPH is suggest by the clinical characterization study and by the effects of frontal white matter lesions on gait recovery after LP, whereas cognitive dysfunction presented a more diffuse pattern, which could explain the lack or relation with gait assessment results and also the different outcome on the longitudinal study - this dissociation could be caused by a real difference in pathophysiological mechanisms or, in alternative, be due to the existence of cognitive comorbidities.

Dissecting gastrointestinal dysfunction and inflammation in a “pre-motor” rodent model of Parkinson’s disease

Research on Parkinson’s disease (PD) has mainly focused on the degeneration of the dopaminergic neurons of nigro-striatal (NS) pathway; also, post-mortem studies have demonstrated that the noradrenergic and the serotonergic transmitter systems are also affected (Jellinger, 1999). Degeneration of these neuronal cell bodies is generally thought to start prior to the loss of dopaminergic neurons in the NS pathway and precedes the appearance of the motor symptoms that are the “hallmark” of PD. Gastrointestinal (GI) motility is often disturbed in PD, manifesting chiefly as impaired gastric emptying and constipation. These GI dysfunction symptoms may be the result of a loss in noradrenergic and serotonergic innervation. GI deficits were evaluated using an organ bath technique. Groups treated with different combinations of neurotoxins (6-OHDA alone, 6-OHDA + pCA or 6-OHDA + DSP-4) presented significant differences in gut contractility compared to control groups. Since a substantial body of literature suggests the presence of an inflammatory process in parkinsonian state (Whitton, 2007), changes in pro-inflammatory cytokines in the gut were assessed using a cytokine microarray. It has been found in this work that groups with a combined dopaminergic and noradrenergic lesion have a significant increase in both expressions of IL-13 and VEGF. IL-6 also shows a decrease in treatment groups; however this decrease did not reach statistical significance. The therapeutic value of Exendin-4 (EX-4) was evaluated. It has been previously demonstrated that EX-4, a glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonist, is neuroprotective in rodent models of PD (Harkavyi et al., 2008). In this thesis it has been found that EX-4 was able to reverse a decrease in gut contractility obtained through intracerebral bilateral 6-OHDA injection. Although more studies are required, EX-4 could be used as a possible therapy for the GI symptoms prominent in the early stages of PD.

Evaluation of motor neuron excitability by CMAP scanning with modulated current

It is important to have better evaluation and understanding of the motor neuron physiology, with the goal to early and objectively diagnose and treat patients with neurodegenerative pathologies. The Compound Muscle Action Potential (CMAP) scan is a non-invasive diagnosis technique for neurodegenerative pathologies, such as ALS, and enables a quick analysis of the muscle action potentials in response to motor nerve stimulation. This work aims to study the influence of different pulse modulated waveforms in peripheral nerve excitability by CMAP scan technique on healthy subjects. A total of 13 healthy subjects were submitted to the same test. The stimuli were applied in the medium nerve on the right wrist and electromyography signal collected on the Abductor Pollicis Brevis (APB) muscle surface on the right thumb. Stimulation was performed with an increasing intensities range from 4 to 30 mA, with varying steps, 3 stimuli per step. The procedure was repeated 4 times per subject, each repetition using a different single pulse stimulation waveform: monophasic square, monophasic triangular, monophasic quadratic and biphasic square. Results were retrieved from the averaging of the stimuli on each current intensity step. The square pulse needs less current intensity to generate the same response amplitude regarding the other waves and presents a more steep curve slope and this effect is gradually decreasing for the triangular and quadratic pulse,respectively, being the difference even more evident regarding the biphasic pulse. The control of the waveform stimulation pulse allows varying the stimulusresponse curve slope.