Reorganization in central motor networks occurs during early recovery from hemiparetic stroke. In chronic stroke survivors, specific rehabilitation therapy can improve upper extremity function.To test the hypothesis that in patients who have chronic motor impairment following stroke, specific rehabilitation therapy that improves arm function is associated with reorganization of cortical networks.A randomized controlled clinical trial conducted in a US ambulatory rehabilitation program with 21 patients (median [IQR], 50.3 [34.8-77.3] months after unilateral stroke). Data were collected between 2001 and 2004.Patients were randomly assigned to bilateral arm training with rhythmic auditory cueing (BATRAC) (n = 9) or standardized dose-matched therapeutic exercises (DMTE) (n = 12). Both were conducted for 1 hour, 3 times a week, for 6 weeks.Within 2 weeks before and after the intervention, brain activation during elbow movement assessed by functional magnetic resonance imaging (fMRI) and functional outcome assessed using arm function scores.Patients in the BATRAC group but not in the DMTE group increased hemispheric activation during paretic arm movement (P = .03). Changes in activation were observed in the contralesional cerebrum and ipsilesional cerebellum (P = .009). BATRAC was associated with significant increases in activation in precentral (P<.001) and postcentral gyri (P = .03) and the cerebellum (P<.001), although 3 BATRAC patients showed no fMRI changes. Considering all patients, there were no differences in functional outcome between groups. When only BATRAC patients with fMRI response were included (n = 6), BATRAC improved arm function more than DMTE did (P = .02).These preliminary findings suggest that BATRAC induces reorganization in contralesional motor networks and provide biological plausibility for repetitive bilateral training as a potential therapy for upper extremity rehabilitation in hemiparetic stroke.

Background and Purpose— Physical inactivity propagates disability after stroke through physical deconditioning and learned nonuse. We investigated whether treadmill aerobic training (T-AEX) is more effective than conventional rehabilitation to improve ambulatory function and cardiovascular fitness in patients with chronic stroke. Methods— Sixty-one adults with chronic hemiparetic gait after ischemic stroke (>6 months) were randomized to 6 months (3×/week) progressive T-AEX or a reference rehabilitation program of stretching plus low-intensity walking (R-CONTROL). Peak exercise capacity (V o 2 peak), o 2 consumption during submaximal effort walking (economy of gait), timed walks, Walking Impairment Questionnaire (WIQ), and Rivermead Mobility Index (RMI) were measured before and after 3 and 6 months of training. Results— Twenty-five patients completed T-AEX and 20 completed R-CONTROL. Only T-AEX increased cardiovascular fitness (17% versus 3%, δ% T-AEX versus R-CONTROL, P <0.005). Group-by-time analyses revealed T-AEX improved ambulatory performance on 6-minute walks (30% versus 11%, P <0.02) and mobility function indexed by WIQ distance scores (56% versus 12%, P <0.05). In the T-AEX group, increasing training velocity predicted improved V o 2 peak ( r =0.43, P <0.05), but not walking function. In contrast, increasing training session duration predicted improved 6-minute walk ( r =0.41, P <0.05), but not fitness gains. Conclusions— T-AEX improves both functional mobility and cardiovascular fitness in patients with chronic stroke and is more effective than reference rehabilitation common to conventional care. Specific characteristics of training may determine the nature of exercise-mediated adaptations.

Abstract

 Patterson SL, Forrester LW, Rodgers MM, Ryan AS, Ivey FM, Sorkin JD, Macko RF. Determinants of walking function after stroke: differences by deficit severity. 

Objectives

 To investigate the relationship of cardiovascular fitness (Vo₂peak), neurologic deficits in balance and leg strength, and body composition to ambulatory function after stroke and to determine whether these relationships differ between those with milder versus more severe gait deficits. 

Design

 Cross-sectional correlation study. 

Setting

 Outpatient clinic of an academic medical center. 

Participants

 Seventy-four people (43 men, 31 women; mean age ± standard deviation, 64±10y) with chronic hemiparetic stroke. 

Interventions

 Not applicable. 

Main Outcome Measures

 Thirty-foot (9.1-m) walk velocity, 6-minute walk distance, Vo₂peak, Berg Balance Scale score, bilateral quadriceps eccentric torque, total and regional lean mass, and percentage of fat mass. 

Results

 Short-distance walking correlated significantly with cardiovascular fitness, balance, paretic leg strength, nonparetic leg strength, percentage of body fat, and paretic lean mass but not with nonparetic lean mass. Long-distance walking correlated significantly with cardiovascular fitness, balance, paretic leg strength, nonparetic leg strength, and paretic lean mass but not with percentage of body fat or nonparetic lean mass. Stepwise regression showed that cardiovascular fitness, balance, and paretic leg strength were independently associated with long-distance walking (r²=.60, P<.001). Variance in long-distance walking was largely explained by balance for those who walked more slowly (<.48m/s) for short distances (r²=.42, P<.001) and by cardiovascular fitness for those who walked more quickly (>.48m/s) for short distances (r²=.26, P=.003). 

Conclusions

 Short-distance walking after stroke is related to balance, cardiovascular fitness, and paretic leg strength. Long-distance walking ability differs by gait deficit severity, with balance more important in those who walk more slowly and cardiovascular fitness playing a greater role in those who walk more quickly. Improved understanding of the factors that predict ambulatory function may assist the design of individualized rehabilitation strategies across the spectrum of gait deficit severity in those with hemiparetic stroke.

In this paper, we present the design and characterization of a novel ankle robot developed at the Massachusetts institute of technology (MIT). This robotic module is being tested with stroke patients at Baltimore Veterans administration medical center. The purpose of the on-going study is to train stroke survivors to overcome common foot drop and balance problems in order to improve their ambulatory performance. Its design follows the same guidelines of our upper extremity designs, i.e., it is a low friction, backdriveable device with intrinsically low mechanical impedance. Here, we report on the design and mechanical characteristics of the robot. We also present data to demonstrate the potential of this device as an efficient clinical measurement tool to estimate intrinsic ankle properties. Given the importance of the ankle during locomotion, an accurate estimate of ankle stiffness would be a valuable asset for locomotor rehabilitation. Our initial ankle stiffness estimates compare favorably with previously published work, indicating that our method may serve as an accurate clinical measurement tool.