Effectiveness evaluation of translingual neurostimulation in motor rehabilitation in children with spastic diplegia

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. Cerebral palsy is one of the most common non-progressive neurological disorders caused by fetal or infant brain injury. Current rehabilitation for children with cerebral palsy involves a series of measures, including physical training, special massage techniques, physiotherapy, treatment by certain positions and postures, use of supporting orthoses and fixation devices for walking, and special orthopedic suits facilitating verticalization and motor activity of a child. Over the last few decades, computerized stimulators and robotics with virtual reality systems have been actively used in neurorehabilitation. However, most of these systems did not show significant efficiency in rehabilitation of children with cerebral palsy. In the last few years, different non-invasive electrostimulation techniques have been considered innovative and can be applied independently or in combination with existing procedures. One of such techniques is translingual neurostimulation.

Aim. This study aimed to evaluate the effectiveness of a combination of translingual neurostimulation and physical rehabilitation for children with cerebral palsy.

Materials and methods. In this study, we observed 134 children (63 girls and 71 boys) with spastic diplegia aged 2–17 years (mean age is 7.8 years old ± 0.3). Depending on the type of rehabilitation therapy, the patients were divided into two groups: active (main) and control. Active group consisted of 94 children who received standard restorative treatment in combination with translingual neurostimulation, whereas the control group consisted of 40 children who received only standard rehabilitation treatment without translingual neurostimulation.

Results. Both groups of patients showed positive dynamics; however, patients in the active group showed greater improvements as evidenced by all grading scales. Improvements were observed in children of all ages, and the results were mostly stable for 12 months.

Conclusion. Translingual neurostimulation is a novel approach to neurorehabilitation that shows promising results, in addition to its proven effectiveness and safety. As a result of neurostimulation, the patient’s brain becomes more susceptible to the applied therapeutic procedures aimed at restoring motor control and formation of new motor skills, thereby markedly increasing the effectiveness of neurorehabilitation. This study broadens the perspectives in the use and further development of translingual neurostimulation in rehabilitation of children with cerebral palsy.

About the authors

Tatiana S. Ignatova

City Hospital No. 40

Email: ignatova_tatiana@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-4340-6014
SPIN-code: 5172-9399

MD

Russian Federation, Saint Petersburg

Galina A. Ikoeva

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov; The Turner Scientific Research Institute for Children’s Orthopedics

Author for correspondence.
Email: ikoeva@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-9186-5568
SPIN-code: 6523-9900

Associate Professor of the Department of Pediatric Neurology and Neurosurgery; MD, PhD, Head of the Department of Motor Rehabilitation and Leading Researcher 

Russian Federation, 41, Kirochnaya street, Saint-Petersburg, 191015; 64-68, Parkovaya str., Saint-Petersburg, Pushkin, 196603

Victor E. Kolbin

City Hospital No. 40

Email: v27@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0689-5047

Instructor-Methodologist

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrey M. Sarana

City Hospital No. 40; Saint Petersburg University

Email: asarana@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3198-8990
SPIN-code: 7922-2751

MD, PhD, D.Sc., Deputy Head Physician for the rehabilitation; the Chief freelance specialist in Medical Rehabilitation 

Russian Federation, Saint Petersburg; 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg

Sergey G. Shcherbak

City Hospital No. 40; Saint Petersburg University

Email: sergeischerbak@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5047-2792
SPIN-code: 1537-9822

MD, PhD, D.Sc., Professor

Russian Federation, Saint Petersburg; 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg

Vladislav G. Volkov

City Hospital No. 40; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: volkovimp@yandex.ru

Statistician

Russian Federation, St. Petersburg; 6/8, Lva Tolstogo street, St. Petersburg, 197089

Linda P. Kalinina

City Hospital No. 40; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: miss.otonashi@mail.ru

Statistician

Russian Federation, Saint Petersburg; 6/8, Lva Tolstogo street, St. Petersburg, 197089

Anna P. Skoromets

Children’s City Hospital No. 1

Email: annaskoromets@gmail.com

MD, PhD, D.Sc., Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Yuriy P. Danilov

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: danilov@wisc.edu
ORCID iD: 0000-0002-3123-4016
SPIN-code: 9536-1661

PhD

Russian Federation, 6, Makarova street, St.Petersburg, 199034

References

  1. Monbaliu E, Himmelmann K, Lin J-P, et al. Clinical presentation and management of dyskinetic cerebral palsy. Lancet Neurol. 2017;16(9):741-749. https://doi.org/10.1016/s1474-4422(17)30252-1.
  2. Novak I, Morgan C, Adde L, et al. Early, accurate diagnosis and early intervention in cerebral palsy: advances in diagnosis and treatment. JAMA Pediatr. 2017;171(9):897-907. https://doi.org/10.1001/jamapediatrics.2017.1689.
  3. Никитюк И.Е., Икоева Г.А., Кивоенко О.И. Система управления вертикальным балансом у детей с церебральным параличом более синхронизирована по сравнению со здоровыми детьми // Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. – 2017. – Т. 5. – № 3. – С. 49–57. [Nikityuk IE, Ikoeva GA, Kivoenko OI. The vertical balance management system is more synchronized in children with cerebral paralysis than in healthy children. Pediatric Traumatology, Orthopaedics and Reconstructive Surgery. 2017;5(3):49-57. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/PTORS5350-57.
  4. Белова А.Н. Нейрореабилитация: руководство для врачей. – М.: Антидор, 2000. – 566 с. [Belova AN. Neyroreabilitatsiya: rukovodstvo dlya vrachey. Moscow: Antidor; 2000. 566 p. (In Russ.)]
  5. Bach-y-Rita P. Theoretical basis for brain plasticity after a TBI. Brain Inj. 2003;17(8):643-651. https://doi.org/ 10.1080/0269905031000107133.
  6. Danilov YP, Kaczmarek KA, Skinner K, et al. Cranial nerve noninvasive neuromodulation: new approach to neurorehabilitation. In: Brain neurotrauma: molecular, neuropsychological, and rehabilitation aspects. Ed. by F.H. Kobeissy. Boca Raton; 2015.
  7. Danilov YP, Tyler ME, Kaczmarek KA. Vestibular sensory substitution using tongue electrotactile display. In: Human haptic perception: basics and applications. Ed. by M. Grunwald. Basel: Birkhauser Verlag; 2008. P. 467-480. https://doi.org/10.1007/978-3-7643-7612-3_39.
  8. Peri E, Turconi AC, Biffi E, et al. Effects of dose and duration of robot-assisted gait training on walking ability of children affected by cerebral palsy. Technol Health Care. 2017;25(4):671-681. https://doi.org/10.3233/THC-160668.
  9. Picelli A, La Marchina E, Vangelista A, et al. Effects of robot-assisted training for the unaffected arm in patients with hemiparetic cerebral palsy: a proof-of-concept pilot study. Behav Neurol. 2017;2017:8349242. https://doi.org/10.1155/2017/8349242.
  10. Chen Y, Fanchiang HD, Howard A. Effectiveness of virtual reality in children with cerebral palsy: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Phys Ther. 2018;98(1):63-77. https://doi.org/10.1093/ptj/pzx107.
  11. Moll I, Vles JSH, Soudant D, et al. Functional electrical stimulation of the ankle dorsiflexors during walking in spastic cerebral palsy: a systematic review. Dev Med Child Neurol. 2017;59(12):1230-1236. https://doi.org/10.1111/dmcn.13501.
  12. Звозиль А.В., Моренко Е.С., Виссарионов С.В., и др. Функциональная и спинальная стимуляция в комплексной реабилитации пациентов с ДЦП // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 2. – С. 40–46. [Zvozil AV, Morenko ES, Vissarionov SV, et al. Functional and spinal stimulation in the complex rehabilitation of patients with ceredral palsy. Advances in current natural sciences. 2015;(2):40-46. (In Russ.)]
  13. Solopova IA, Sukhotina IA, Zhvansky DS, et al. Effects of spinal cord stimulation on motor functions in children with cerebral palsy. Neurosci Lett. 2017;639:192-198. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.01.003.
  14. Elia AE, Bagella CF, Ferre F, et al. Deep brain stimulation for dystonia due to cerebral palsy: A review. Eur J Paediatr Neurol. 2018;22(2):308-315. https://doi.org/10.1016/j.ejpn.2017.12.002.
  15. Air EL, Ostrem JL, Sanger TD, Starr PA. Deep brain stimulation in children: experience and technical pearls. J Neurosurg Pediatr. 2011;8(6):566-574. https://doi.org/10.3171/2011.8.PEDS11153.
  16. Koy A, Timmermann L. Deep brain stimulation in cerebral palsy: Challenges and opportunities. Eur J Paediatr Neurol. 2017;21(1):118-121. https://doi.org/10.1016/j.ejpn.2016.05.015.
  17. Gillick BT, Gordon AM, Feyma T, et al. Non-Invasive brain stimulation in children with unilateral cerebral palsy: a protocol and risk mitigation guide. Front Pediatr. 2018;6:56. https://doi.org/10.3389/fped.2018.00056.
  18. Krishnan C, Santos L, Peterson MD, Ehinger M. Safety of noninvasive brain stimulation in children and adolescents. Brain Stimul. 2015;8(1):76-87. https://doi.org/10.1016/j.brs.2014.10.012.
  19. Игнатова Т.С., Скоромец А.П., Колбин В.Е., и др. Транслингвальная нейростимуляция головного мозга в лечении детей с церебральным параличом // Вестник восстановительной медицины. – 2016. – № 6. – С. 10–16. [Ignatova TS, Scoromets AR, Kolbin VE, et al. Translingual brain neurostimulation in treatment of the pediatric cerebral palsy. Vestnik vosstanovitel’noy meditsiny. 2016;(6):10-16. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. PoNS device

Download (118KB)
3. Fig. 2. The results of the Ashworth scale. a — spasticity of hands; b — spasticity of legs. TG — therapeutic gymnastics; PoNS — portable neurostimulator; ns — no statistically significant differences

Download (206KB)
4. Fig. 3. The results of changes in motor activity according to the following scale of motor skills: FMS 5, 50, 500. TG — therapeutic gymnastics; PoNS — portable neurostimulator

Download (118KB)

Copyright (c) 2019 Ignatova T.S., Ikoeva G.A., Kolbin V.E., Sarana A.M., Shcherbak S.G., Volkov V.G., Kalinina L.P., Skoromets A.P., Danilov Y.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».