Single-site studies suggest that a 2-week program of constraint-induced movement therapy (CIMT) for patients more than 1 year after stroke who maintain some hand and wrist movement can improve upper extremity function that persists for at least 1 year.To compare the effects of a 2-week multisite program of CIMT vs usual and customary care on improvement in upper extremity function among patients who had a first stroke within the previous 3 to 9 months.The Extremity Constraint Induced Therapy Evaluation (EXCITE) trial, a prospective, single-blind, randomized, multisite clinical trial conducted at 7 US academic institutions between January 2001 and January 2003.Two hundred twenty-two individuals with predominantly ischemic stroke.Participants were assigned to receive either CIMT (n = 106; wearing a restraining mitt on the less-affected hand while engaging in repetitive task practice and behavioral shaping with the hemiplegic hand) or usual and customary care (n = 116; ranging from no treatment after concluding formal rehabilitation to pharmacologic or physiotherapeutic interventions); patients were stratified by sex, prestroke dominant side, side of stroke, and level of paretic arm function.The Wolf Motor Function Test (WMFT), a measure of laboratory time and strength-based ability and quality of movement (functional ability), and the Motor Activity Log (MAL), a measure of how well and how often 30 common daily activities are performed.From baseline to 12 months, the CIMT group showed greater improvements than the control group in both the WMFT Performance Time (decrease in mean time from 19.3 seconds to 9.3 seconds [52% reduction] vs from 24.0 seconds to 17.7 seconds [26% reduction]; between-group difference, 34% [95% confidence interval {CI}, 12%-51%]; P<.001) and in the MAL Amount of Use (on a 0-5 scale, increase from 1.21 to 2.13 vs from 1.15 to 1.65; between-group difference, 0.43 [95% CI, 0.05-0.80]; P<.001) and MAL Quality of Movement (on a 0-5 scale, increase from 1.26 to 2.23 vs 1.18 to 1.66; between-group difference, 0.48 [95% CI, 0.13-0.84]; P<.001). The CIMT group achieved a decrease of 19.5 in self-perceived hand function difficulty (Stroke Impact Scale hand domain) vs a decrease of 10.1 for the control group (between-group difference, 9.42 [95% CI, 0.27-18.57]; P=.05).Among patients who had a stroke within the previous 3 to 9 months, CIMT produced statistically significant and clinically relevant improvements in arm motor function that persisted for at least 1 year. Trial Registration clinicaltrials.gov Identifier: NCT00057018.

Three experiments are reported in which the effects of variations in the relative frequency of the knowledge of results acquisition on motor skill learning are examined.

Finding, testing and demonstrating efficacy of new treatments for stroke recovery is a multifaceted challenge. We believe that to advance the field, neurorehabilitation trials need a conceptually rigorous starting framework. An essential first step is to agree on definitions of sensorimotor recovery and on measures consistent with these definitions. Such standardization would allow pooling of participant data across studies and institutions aiding meta-analyses of completed trials, more detailed exploration of recovery profiles of our patients and the generation of new hypotheses. Here, we present the results of a consensus meeting about measurement standards and patient characteristics that we suggest should be collected in all future stroke recovery trials. Recommendations are made considering time post stroke and are aligned with the international classification of functioning and disability. A strong case is made for addition of kinematic and kinetic movement quantification. Further work is being undertaken by our group to form consensus on clinical predictors and pre-stroke clinical data that should be collected, as well as recommendations for additional outcome measurement tools. To improve stroke recovery trials, we urge the research community to consider adopting our recommendations in their trial design.

Background The aim of constraint-induced movement therapy (CIMT) is to promote use of a limb that is functionally impaired after a stroke. In one form of CIMT to treat upper limb impairment, use of the less severely affected arm is restricted for many hours each weekday over 2 consecutive weeks. The EXCITE trial has previously shown the efficacy of this intervention for patients 3–9 months poststroke who were followed-up for the next 12 months. We assessed the retention of improvements 24 months after the intervention. Methods In the EXCITE trial, 106 of 222 participants who had mild to moderate poststroke impairments were randomly assigned to receive CIMT rather than usual and customary care. We assessed this group of patients every 4 months for the primary outcome measure of impaired upper limb function, as measured with the Wolf motor function test (WMFT) and the motor activity log (MAL). Health-related quality of life, measured with the stroke impact scale (SIS), was a secondary outcome measure. Analysis was per protocol. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00057018. Findings The effects at 24 months after treatment did not decline from those at 12 months for time taken to complete the WMFT (−0·32 s, 95% CI −3·70 to 3·06), for weight lifted in the WMFT (−1·39 kg, −2·74 to −0·04), for WMFT grip strength (−4·39 kg, −6·91 to −1·86), for amount of use in the MAL (−0·17, −0·38 to 0·04), or for how well the limb was used in the MAL (−0·14, −0·34 to 0·06). The additional changes were in the direction of increased therapeutic effect. For the strength components of the WMFT, p<0·0001. Interpretation Patients who have mild to moderate impairments 3–9 months poststroke have substantial improvement in functional use of the paretic upper limb and quality of life 2 years after a 2-week CIMT intervention. Thus, this intervention has persistent benefits.

Clinical trials suggest that higher doses of task-oriented training are superior to current clinical practice for patients with stroke with upper extremity motor deficits.To compare the efficacy of a structured, task-oriented motor training program vs usual and customary occupational therapy (UCC) during stroke rehabilitation.Phase 3, pragmatic, single-blind randomized trial among 361 participants with moderate motor impairment recruited from 7 US hospitals over 44 months, treated in the outpatient setting from June 2009 to March 2014.Structured, task-oriented upper extremity training (Accelerated Skill Acquisition Program [ASAP]; n = 119); dose-equivalent occupational therapy (DEUCC; n = 120); or monitoring-only occupational therapy (UCC; n = 122). The DEUCC group was prescribed 30 one-hour sessions over 10 weeks; the UCC group was only monitored, without specification of dose.The primary outcome was 12-month change in log-transformed Wolf Motor Function Test time score (WMFT, consisting of a mean of 15 timed arm movements and hand dexterity tasks). Secondary outcomes were change in WMFT time score (minimal clinically important difference [MCID] = 19 seconds) and proportion of patients improving ≥25 points on the Stroke Impact Scale (SIS) hand function score (MCID = 17.8 points).Among the 361 randomized patients (mean age, 60.7 years; 56% men; 42% African American; mean time since stroke onset, 46 days), 304 (84%) completed the 12-month primary outcome assessment; in intention-to-treat analysis, mean group change scores (log WMFT, baseline to 12 months) were, for the ASAP group, 2.2 to 1.4 (difference, 0.82); DEUCC group, 2.0 to 1.2 (difference, 0.84); and UCC group, 2.1 to 1.4 (difference, 0.75), with no significant between-group differences (ASAP vs DEUCC: 0.14; 95% CI, -0.05 to 0.33; P = .16; ASAP vs UCC: -0.01; 95% CI, -0.22 to 0.21; P = .94; and DEUCC vs UCC: -0.14; 95% CI, -0.32 to 0.05; P = .15). Secondary outcomes for the ASAP group were WMFT change score, -8.8 seconds, and improved SIS, 73%; DEUCC group, WMFT, -8.1 seconds, and SIS, 72%; and UCC group, WMFT, -7.2 seconds, and SIS, 69%, with no significant pairwise between-group differences (ASAP vs DEUCC: WMFT, 1.8 seconds; 95% CI, -0.8 to 4.5 seconds; P = .18; improved SIS, 1%; 95% CI, -12% to 13%; P = .54; ASAP vs UCC: WMFT, -0.6 seconds, 95% CI, -3.8 to 2.6 seconds; P = .72; improved SIS, 4%; 95% CI, -9% to 16%; P = .48; and DEUCC vs UCC: WMFT, -2.1 seconds; 95% CI, -4.5 to 0.3 seconds; P = .08; improved SIS, 3%; 95% CI, -9% to 15%; P = .22). A total of 168 serious adverse events occurred in 109 participants, resulting in 8 patients withdrawing from the study.Among patients with motor stroke and primarily moderate upper extremity impairment, use of a structured, task-oriented rehabilitation program did not significantly improve motor function or recovery beyond either an equivalent or a lower dose of UCC upper extremity rehabilitation. These findings do not support superiority of this program among patients with motor stroke and primarily moderate upper extremity impairment.clinicaltrials.gov Identifier: NCT00871715.

Abstract Persistent sensorimotor impairments after stroke can negatively impact quality of life. The hippocampus is involved in sensorimotor behavior but has not been widely studied within the context of post-stroke upper limb sensorimotor impairment. The hippocampus is vulnerable to secondary degeneration after stroke, and damage to this region could further weaken sensorimotor circuits, leading to greater chronic sensorimotor impairment. The purpose of this study was to investigate the cross-sectional association between non-lesioned hippocampal volume and upper limb sensorimotor impairment in people with chronic stroke. We hypothesized that smaller ipsilesional hippocampal volumes would be associated with worse upper-limb sensorimotor impairment. Cross-sectional T1-weighted brain MRIs were pooled from 357 participants at the chronic stage after stroke (>180 days post-stroke) compiled from 18 research cohorts worldwide in the ENIGMA Stroke Recovery Working Group (age: median = 61 years, interquartile range = 18, range = 23-93; 135 women and 222 men). Sensorimotor impairment was estimated from the Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity scores. Robust mixed-effects linear models were used to test associations between post-stroke sensorimotor impairment and hippocampal volumes (ipsilesional and contralesional separately; Bonferroni-corrected, p - value < 0.025), controlling for age, sex, lesion volume, and lesioned hemisphere. We also performed an exploratory analysis to test whether sex differences influence the relationship between sensorimotor impairment and hippocampal volume. Upper limb sensorimotor impairment was positively associated with ipsilesional ( p = 0.005; d = 0.33) but not contralesional ( p = 0.96; d = 0.01) hippocampal volume, such that impairment was worse for participants with smaller ipsilesional hippocampal volume. This association remained significant independent of lesion volume or other covariates ( p = 0.001; d = 0.36). Evidence indicates an interaction between sensorimotor impairment and sex for both ipsilesional ( p = 0.008; d = −0.29) and contralesional ( p = 0.006; d = −0.30) hippocampal volumes, whereby women showed progressively worsening sensorimotor impairment with smaller hippocampal volumes compared to men. The present study has identified a novel association between chronic post-stroke sensorimotor impairment and ipsilesional, but not contralesional, hippocampal volume. This finding was not due to lesion size and may be stronger in women. We also provide supporting evidence that smaller hippocampal volume post-stroke is likely a consequence of ipsilesional damage, which could provide a link between vascular disease and other disorders, such as dementia.

Abstract Sensorimotor performance after stroke is strongly related to focal injury measures such as corticospinal tract lesion load. However, the role of global brain health is less clear. Here, we examined the impact of brain age, a measure of neurobiological aging derived from whole brain structural neuroimaging, on sensorimotor outcomes. We hypothesized that stroke lesion damage would result in older brain age, which would in turn be associated with poorer sensorimotor outcomes. We also expected that brain age would mediate the impact of lesion damage on sensorimotor outcomes and that these relationships would be driven by post-stroke secondary atrophy (e.g., strongest in the ipsilesional hemisphere in chronic stroke). We further hypothesized that structural brain resilience, which we define in the context of stroke as the brain’s ability to maintain its global integrity despite focal lesion damage, would differentiate people with better versus worse outcomes. We analyzed cross-sectional high-resolution brain MRI and outcomes data from 963 people with stroke from 38 cohorts worldwide using robust linear mixed-effects regressions to examine the relationship between sensorimotor behavior, lesion damage, and brain age. We used a mediation analysis to examine whether brain age mediates the impact of lesion damage on stroke outcomes and if associations are driven by ipsilesional measures in chronic (≥180 days) stroke. We assessed the impact of brain resilience on sensorimotor outcome using logistic regression with propensity score matching on lesion damage. Stroke lesion damage was associated with older brain age, which in turn was associated with poorer sensorimotor outcomes. Brain age mediated the impact of corticospinal tract lesion load on sensorimotor outcomes most strongly in the ipsilesional hemisphere in chronic stroke. Greater brain resilience, as indexed by younger brain age, explained why people have better versus worse sensorimotor outcomes when lesion damage was fixed. We present novel evidence that global brain health is associated with superior post-stroke sensorimotor outcomes and modifies the impact of focal damage. This relationship appears to be due to post-stroke secondary degeneration. Brain resilience provides insight into why some people have better outcomes after stroke, despite similar amounts of focal injury. Inclusion of imaging-based assessments of global brain health may improve prediction of post-stroke sensorimotor outcomes compared to focal injury measures alone. This investigation is important because it introduces the potential to apply novel therapeutic interventions to prevent or slow brain aging from other fields (e.g., Alzheimer’s disease) to stroke.

Walking patterns in stroke survivors are highly heterogeneous, which poses a challenge in systematizing treatment prescriptions for walking rehabilitation interventions.We used bilateral spatiotemporal and force data during walking to create a multi-site research sample to: 1) identify clusters of walking behaviors in people post-stroke and neurotypical controls, and 2) determine the generalizability of these walking clusters across different research sites. We hypothesized that participants post-stroke will have different walking impairments resulting in different clusters of walking behaviors, which are also different from control participants.We collected data from 81 post-stroke participants across four research sites and included data from 31 control participants. Using sparse K-means clustering, we identified walking clusters based on 17 spatiotemporal and force variables. We analyzed the biomechanical features within each cluster to characterize cluster-specific walking behaviors. We also assessed the generalizability of the clusters using a leave-one-out approach.We identified five clusters: a fast and asymmetric cluster, a moderate speed and symmetric cluster with short stance times, a moderate speed and asymmetric cluster, a slow cluster with frontal plane force asymmetries, and a slow and symmetric cluster. The moderate speed and asymmetric cluster did not generalize across sites.Although post-stroke walking patterns are heterogenous, these patterns can be systematically classified into distinct clusters based on spatiotemporal and force data. Future interventions could target the key features that characterize each cluster to increase the efficacy of interventions to improve mobility in people post-stroke.

Chronic motor impairments are a leading cause of disability after stroke. Previous studies have predicted motor outcomes based on the degree of damage to predefined structures in the motor system, such as the corticospinal tract. However, such theory-based approaches may not take full advantage of the information contained in clinical imaging data. The present study uses data-driven approaches to predict chronic motor outcomes after stroke and compares the accuracy of these predictions to previously-identified theory-based biomarkers. Using a cross-validation framework, regression models were trained using lesion masks and motor outcomes data from 789 stroke patients (293 female/496 male) from the ENIGMA Stroke Recovery Working Group (age 64.9±18.0 years; time since stroke 12.2±0.2 months; normalised motor score 0.7±0.5 (range [0,1]). The out-of-sample prediction accuracy of two theory-based biomarkers was assessed: lesion load of the corticospinal tract, and lesion load of multiple descending motor tracts. These theory-based prediction accuracies were compared to the prediction accuracy from three data-driven biomarkers: lesion load of lesion-behaviour maps, lesion load of structural networks associated with lesion-behaviour maps, and measures of regional structural disconnection. In general, data-driven biomarkers had better prediction accuracy - as measured by higher explained variance in chronic motor outcomes - than theory-based biomarkers. Data-driven models of regional structural disconnection performed the best of all models tested (R2 = 0.210, p < 0.001), performing significantly better than predictions using the theory-based biomarkers of lesion load of the corticospinal tract (R2 = 0.132, p< 0.001) and of multiple descending motor tracts (R2 = 0.180, p < 0.001). They also performed slightly, but significantly, better than other data-driven biomarkers including lesion load of lesion-behaviour maps (R2 =0.200, p < 0.001) and lesion load of structural networks associated with lesion-behaviour maps (R2 =0.167, p < 0.001). Ensemble models - combining basic demographic variables like age, sex, and time since stroke - improved prediction accuracy for theory-based and data-driven biomarkers. Finally, combining both theory-based and data-driven biomarkers with demographic variables improved predictions, and the best ensemble model achieved R2 = 0.241, p < 0.001. Overall, these results demonstrate that models that predict chronic motor outcomes using data-driven features, particularly when lesion data is represented in terms of structural disconnection, perform better than models that predict chronic motor outcomes using theory-based features from the motor system. However, combining both theory-based and data-driven models provides the best predictions.

A bstract Microstructural changes in the corpus callosum are associated with more severe motor impairment in the paretic hand, poor recovery, and general disability. Considering its role in bimanual coordination, we suspected that these microstructural changes across the callosum may also be reflected in the performance of ecologically valid routine bimanual tasks. Thus, the purpose of this study was to determine if callosal microstructure predicts bimanual motor performance in chronic stroke survivors by examining the regions of the corpus callosum connecting both the sensorimotor and non-sensorimotor cortices. We examined the relationship between the fractional anisotropy across the CC and movement times for two self-initiated and self-paced bimanual tasks in 41 chronic stroke survivors. Using publicly available control datasets (n = 52), matched closely for acquisition parameters, we also explored the effect of stroke and age on callosal microstructure. There were two main findings: First, callosal microstructure was significantly associated with bimanual performance in chronic stroke survivors. Notably, a significant relationship was observed not only with the primary sensorimotor regions, but also regions of the premotor/supplementary motor and prefrontal regions. Second, chronic stroke survivors presented with significantly lower mean FA, compared to neurologically intact adults. We conclude that in mild-to-moderate chronic stroke survivors with relatively localized lesions to the motor areas, callosal microstructure can be expected to change in not only the primary sensorimotor region, but also more anteriorly in the secondary motor regions and the genu and is associated with performance on cooperative bimanual tasks. Significance A goal of rehabilitation after stroke is to promote the return to pre-stroke levels of upper limb function and use, predominantly characterized by coordinated bimanual activities. In this study, we find that in the chronic phase of stroke, microstructural disorganization within the corpus callosum predicts motor performance on real-world bimanual tasks and lends important insight into the indirect, remote effects of stroke. H ighlights We provide initial evidence that corpus callosal microstructure predicts performance on two self-initiated and self-paced bimanual tasks. Associations were strongest for fibers connecting the primary sensorimotor cortices followed by the pre- and supplementary motor, and prefrontal cortices. Significant reductions in fractional anisotropy were observed in stroke survivors for all regions of the corpus callosum.