Optimaliseren van intermanuele transfereffecten na training met een prothesesimulator

Mensen die een armamputatie hebben ondergaan, krijgen vaak een prothese
aangemeten. Echter, het gebruik van deze protheses is laag; over het algemeen
wordt 60-80% van de aangemeten armprothesen daadwerkelijk gebruikt. Het
beperkte functionele nut wordt veelal als reden opgegeven voor het niet
gebruiken (Biddiss & Chau, 2007; Dudkiewicz, Gabrielov, Seiv-Ner, Zelig, &
Heim, 2004; Kyberd, Davey, & Morrison, 1998; Plettenburg, 2002). Het
functionele nut van armprotheses wordt niet alleen bepaald door de functie van
de prothese, de technische mogelijkheden, maar ook door de functionaliteit, dat
wil zeggen de wijze waarop de gebruiker in staat is de prothese in te zetten.
In een eerder onderzoek van onze onderzoeksgroep is aangetoond dat
prothesevaardigheden verbeterd kunnen worden door gebruik te maken van
intermanuele transfer {{136 Romkema,S. 2012}}.

Uit de literatuur blijkt dat motorische vaardigheden geleerd met de ene arm,
effect hebben op het uitvoeren van deze vaardigheden met de andere arm (Hicks
et al., 1983; Karni et al., 1998; Kumar & Mandal, 2005; Lee et al., 2010; Mier
& Petersen, 2006; Pereira et al., 2011). Recenter is dit effect ook aangetoond
bij gebruik van (lichaamsbekrachtigde en myo-electrische protheses). Na
training van de niet-aangedane arm met de simulator bleek dat het niveau van
vaardigheden bij aanvang van het prothesegebruik aan de andere *geamputeerde*
arm hoger zijn. Op deze manier kan met de niet-aangedane arm het gebruik van de
prothesesimulator geoefend worden, waarbij de aangedane arm verbetert als
gevolg van het transfer of learning effect. Dit *transfer of learning* effect
kan gebruikt worden in de revalidatie na een armamputatie doordat de
prothesetraining eerder gestart kan worden. Vaak duurt het meer dan 3 maanden
voordat gestart wordt met trainen. Echter uit onderzoek blijkt dat de
functionaliteit van protheses verbetert als in de eerste maand na een amputatie
wordt begonnen met trainen (Dakpa & Heger, 1997; Gaine, Smart, &
Bransby-Zachary, 1997; Malone et al., 1984). Maar meestal kan er in de eerste
weken niet getraind worden, omdat de wonden nog moeten helen en de prothese nog
niet klaar is. Een manier om in deze periode toch te kunnen starten met
trainen, is dus door gebruik maken van een prothesesimulator aan de
niet-geamputeerde zijde. Via het transfer of learning effect kan zo een hoger
aanvangsniveau bereikt worden op het moment dat gestart wordt met
prothesetraining aan de geamputeerde zijde. Dit hebben wij in ons eerdere
onderzoek (NL 35268.042.11) gedaan door gebruik te maken van een
prothesesimulator, een armprothese die aan een gezonde arm kan worden
bevestigd. Met de prothesesimulator kan het effect van een myo-electrische
prothese worden nagebootst. De prothesehand wordt geopend en gesloten door een
motor die aangestuurd wordt door elektrische signalen geproduceerd door
aanspanning van spieren. De simulator heeft dezelfde werking en wordt over de
arm geplaatst met de prothesehand voor de gezonde hand (zie figuur 1 van het
research protocol). Training met de simulator is daarmee vergelijkbaar met
prothesetraining.
We hebben aangetoond dat de bewegingstijd na het trainen van functionele taken
ook aan de andere (ongetrainde) arm verbeterd. Het is echter onduidelijk hoe
deze training het beste vormgegeven kan worden. Welke taken leveren het beste
trainingseffect op? En met welke intensiteit kan het beste getraind worden?

Het einddoel van dit onderzoek is het bepalen van de meest effectieve
intermanual transfer training voor een myo-electrische prothese. Hiervoor
willen we drie experimenten uitvoeren.

Als eerste wordt onderzocht welke trainingstaken het grootste intermanual
transfer effect geeft in het gebruik van prothesesimulatoren. We maken hiervoor
gebruik van vier verschillende trainingsgroepen. Drie groepen trainen elk één
van de vaardigheden die nodig is om de prothese te leren aansturen (reiken,
grijpen en krachtscontrole). De laatste groep traint een combinatie van alle
drie de trainingen. De gevonden effecten worden vergeleken met een
controlegroep die geen training met de prothesesimulator volgt, maar alleen de
tests uitvoert. Ons eerste doel is dus het bepalen van de grootte van
transfereffecten na verschillende trainingen bij gebruik van de
prothesesimulator bij gezonde volwassenen.

Het bepalen van de meest optimale trainingsintensiteit is het tweede doel. Na
het uitvoeren van dezelfde training met verschilllende tijdsintervallen tussen
de trainingen wordt gekeken wanneer het grootste effect gevonden wordt. Er is
veel onderzoek gedaan naar de intensiteit van trainingen, echter vaak wordt het
onderzoek binnen 24 uur gedaan, terwijl wij een training van drie dagen willen
uitvoeren. Ook is maar een klein deel van de literatuur gericht op motorische
vaardigheden. Wij willen daarom uitzoeken hoeveel tijd er tussen trainingen met
een myo-electrische prothese moet zitten om, tot twee weken later, het grootste
effect te bereiken.

Hiernaast wordt gekeken of de transfereffecten niet alleen aanwezig zijn bij
het gebruik van prothesesimulatoren, maar ook bij daadwerkelijke protheses.
Voor de revalidatie is het van groot belang om uit te zoeken of de effecten
gevonden bij de prothesesimulatoren ook te generaliseren zijn naar protheses.
Hiervoor wordt momenteel bij een klein aantal proefpersonen (maximaal vier)
onderzocht wat het effect is van de prothesesimulator training (NL
35268.042.11). Omdat het onderzoek uiteindelijk om deze patiënten gaat willen
we ook in zowel het *taakonderzoek* als in het *intensiteitonderzoek* twee
patiënten betrekken. De eerste twee patiënten zullen de training volgen met de
taken die tot het grootste effect leiden. De tweede twee patiënten zullen deze
zelfde training volgen met de meest effectieve intervallen tussen de
trainingen. Deze patiënten kunnen vergeleken worden met de patiënten uit onze
vorige aanvraag (NL 35268.042.11) die geen training hebben ontvangen, dit om de
patiëntengroep zo min mogelijk te belasten.

Voor elk van de drie doelen wordt een experiment uitgevoerd, met elk een eigen
design (zie tabel 1-3 uit het onderzoeksprotocol. Voor alle tests worden de
zelfde taken en metingen gebruikt.
In het eerste experiment wordt gekeken welke training het grootste effect
geeft.
Elke groep traint één van de vaardigheden die nodig is om de prothese te leren
aansturen. De proefpersonen in deze groepen leren de simulator aan één hand
(trainingshand) te gebruiken. De andere hand (testhand) wordt gemeten om te
kijken of hier vooruitgang is. De eerste groep traint uitsluitend
krachtscontrole, dat wil zeggen dat de controle over de hoeveelheid aanspanning
waardoor voorwerpen niet fijngeknepen dan wel laten vallen worden. De tweede
groep traint alleen reikbewegingen. Hierdoor leert de proefpersoon zijn
beweging aan te passen aan het toegenomen gewicht. De derde groep traint
grijpbewegingen zonder het gewicht van de prothese te ervaren. Hierdoor wordt
de coördinatie van het grijpen geoefend. De laatste groep traint een combinatie
van alle drie de trainingen. De gevonden effecten worden vergeleken met een
shamgroep die geen training met de prothesesimulator volgt maar wel met de
gezonde hand. En een controlegroep die alleen de tests uitvoert. De
verschillende trainingen duren steeds 20 minuten en worden op vijf
opeenvolgende dagen uitgevoerd.
Het leren is verdeeld over meerdere dagen, om een reëel beeld te geven van het
leren tijdens de revalidatie. Uit onderzoek blijkt dat verdeling van training
over meerdere dagen van belang is voor de consolidatie van wat geleerd is (Park
& Shea, 2003; Savion-Lemieux & Penhune, 2005; Siengsukon & Boyd, 2009) en dit
is daarom van belang voor het meten van het beoogde transfer of learning
effect. Uit het vorige onderzoek bleek een duidelijk transfereffect na 5 dagen,
we verwachten opnieuw na 5 dagen de verschillen tussen groepen te kunnen meten.
De meetmomenten bestaan uit een een pretest, posttest en een retentietest
(zeven dagen na afronding van de training), waarmee wordt bekeken of er
leereffecten aanwezig zijn en tevens of deze behouden blijven.

In het tweede experiment proberen we te achterhalen wat het effect is van het
tijdsinterval tussen de trainingen op het transfereffect. Zoals hierboven
beschreven blijkt uit de literatuur dat in verschillende taken een periode van
minimaal 24 uur het grootste effect oplevert. Echter is er weinig onderzoek
gedaan naar motorische vaardigheden en naar periodes langer dan 24 uur. Daarbij
is aangetoond dat het optimale effect afhangt van de soort taak en van het
moment van de retentietest. Voor dit onderzoek hebben we daarom voor gekozen
drie verschillende intervallen van minimaal 24 uur. De eerste groept traint
dagelijks, de tweede groep traint om de dag en de derde groep traint met twee
en daarna drie dagen ertussen. De trainingstaken worden gekozen op basis van
het vorige experiment (zoals hierboven beschreven). De taken die hier het meest
effectief blijken zullen worden gebruikt voor dit experiment. Naast de pre en
posttest zoals in het hierboven beschreven experiment worden uitgevoerd vinden
er twee retentietesten plaats. De eerste test vindt plaats op dag 10, de tweede
test vindt twee weken na de training plaats. Zo kunnen we het effect op de
langere termijn en afhankelijk van de training beoordelen.

Het laatste experiment is bedoeld om bovenstaande resultaten te kunnen
generaliseren naar de patiënten. Voor dit deel worden patiënten met een
armamputatie die in aanmerking komen voor een eerste myo-electrische prothese
geïncludeerd. Het design van het experiment is gelijk aan die van de hierboven
beschreven experimenten met uitzondering van de pretest, die wordt weggelaten,
omdat deze vanwege de amputatie niet uitvoerbaar is.

In experiment 1, in totaal zes groepen van 12 participants trainen het gebruik van een prosthesesimulator in gedurende 20 min op 5 dagen. In experiment 2 vier groepen van 16 proefpersonen trainen het gebruik van een prothesesimulator in gedurende 30 min op 5 dagen. In experiment 3, 4 patienten met een amputatie trainen (5 keer 20 min) met de prosthese simulator op de niet-aangedane arm. De prosthese simulator mimics het functioneren van een echte prosthese maar kan gedragen worden door gezonde participants en aan de gezonde zijde van patienten met een amputatie. Bij de prosthesesimulator is de prothesehand voor de gezonde hand geplaatst.

Het uitvoeren van taken met de prothesesimulator is niet risicodragend.