4/5/2016

1

UseofCognitiveStrategiestoAugmentTask‐OrientedTrainingPost‐StrokeGlen Gillen EdD, OTR/L, FAOTADawn M. Nilsen EdD, OTR/LColumbia University, NY, NY

LearningObjectives• Demonstrate knowledge and understanding of the literature as it relates to the use of cognitive strategies to augment task‐oriented training to improve occupational performance post‐stroke

• Demonstrate knowledge and understanding of the key components of mental practice, mirror therapy, and action observation when applying these techniques to augment task‐oriented training

• Demonstrate knowledge and understanding of equipment needs and costs associated with the use of cognitive strategies to augment task‐oriented training

OverviewofSession• Overview of Task Oriented Training (TOT)

• Use of Cognitive Strategies: 

• Mental Practice, Mirror Therapy, and Action Observation

• Key components of the interventions

• Review of the evidence

• Implementation considerations

• Questions

4/5/2016

2

OverviewofTaskOrientedTraining:FoundationofIntervention

• Also described as task‐specific training, repetitive task practice, goal‐directed training, and functional task practice. CIMT and mCIMT are included in this category.

• “Commonalities among several of the effective interventions include the use of goal‐directed, individualized tasks that promote frequent repetitions of task‐related or task‐specific movements (Nilsen et al., 2014)”.

• “On the basis of this review, task‐oriented training may be considered the foundation of interventions focused on improving occupational performance for those with motor impairment after stroke (Nilsen et al., 2014)”.

IngredientsofTaskOrientedTraining(Timmermans etal.,2010)

• Functional movements

• Goal directed

• Client centered

• Repetition

• Real‐life object manipulation

• Context‐specific environment

• Progression

• Task variety

• Multiple movement planes

• Customized

• Total skill practice

• Random practice

• Bimanual practice

TaskOrientedTraining:Evidence(Nilsenetal,2014)• Eighteen Level I studies (3 systematic reviews); 6 Level II studies. 

• Seventeen of these studies included measures of UE function; 13 reported positive results.

• Nine studies included outcome measures addressing balance and mobility; 7 with positive findings.

• Six studies included outcome measures related to activity and participation; 4 with positive findings.

4/5/2016

3

Translation:StrongevidenceforTOTaswellasCIMT&mCIMT (Nilsenetal.,2014)

ModerateevidenceforTOTaswellasCIMT&mCIMT (Pollacketal.,2014).

What is Mirror Therapy?

• Individual performs movement of or receives touch to the 

unimpaired limb while viewing its mirror reflection super‐

imposed over the unseen impaired limb; this creates a visual 

illusion whereby movement of or touch to the unimpaired   

limb is attributed to the impaired limb (Cacchio et al., 2009;  

Ramachandran & Altschuler, 2009; Rothgangel et al, 2011) 

MIRRORTHERAPY:KeyComponents

Reduction of phantom limb

pain

Improvement of motor

performance post stroke

TRICKING THE BRAIN

4/5/2016

4

MIRRORTHERAPY:KeyComponents• Mirror or mirror box placed in ~ mid‐sagittal plane

• Unimpaired limb is placed in front of the mirror

• Impaired limb is hidden away behind the mirror

• Patient is instructed to concentrate on the mirror reflection  of the unimpaired limb while engaged in a variety of exercises and activities

• Patient can be instructed to keep the impaired limb in a relaxed position behind the mirror – no movement of the impaired limb – unimanual approach

• Patient can be instructed to move the impaired limb as best as able simultaneously with the unimpaired limb –movement of the impaired limb is encouraged –bimanual approach

UNDERLYING MECHANISM UNCLEAR

(Deconinck et al., 2014)

• MVF facilitates action observation & is thought to activate the MNS & enhance the generation of MI

• MVF facilitates direct activation of the motor network • Activation of ipsilesional M1• Unmasking of “dormant” ipsilateral projections to

the impaired limb – activation of contralesional M1

• MVF increases attention to and awareness of the impaired limb• Increased activity in DLPFC and posterior aspects

of parietal & cingulate cortices

MIRRORTHERAPY:WhyMightitWork?

• Evidenced‐based Review (Nilsen et al., 2015; Nilsen et al., 2014)

• 3 Level I Studies ‐ including 1 systematic review• All three studies included outcome measures assessing upper extremity function with 2 of the 3 studies reporting positive findings in favor of mirror therapy• Results of systematic review suggest improvements in upper extremity function were retained at 6 month follow‐up

• 2 of the 3 studies included outcome measures assessing activities of daily living with 1 study reporting positive finding in favor of mirror therapy 

• Evidence that mirror therapy can be administered in a group format and administered in the home environment

MIRRORTHERAPY: Evidence

4/5/2016

5

Which stroke survivors are most likely to benefit?

• Current evidence suggest that stroke survivors with minimal to severe sensorimotor impairments may benefit from MT

• Current evidence suggests survivors in the acute – chronic stages of recovery may benefit from MT 

• Caveats:

• Single stroke 

• Cognitive and visual capacity to participate in the intervention

• Minimal co‐morbidities

MirrorTherapy: ImplementationConsiderations

How should the MT be implemented?• Optimal protocol is unclear!

• Use of a mirror or mirror box in ~ mid‐sagittal plane between the upper extremities

• Decide on using unimanual or bimanual method (?)

• Unimanual: unimpaired limb engages in activity in front of the mirror & impaired limb remains at rest behind the mirror 

• Bimanual: unimpaired limb engages in activity in front of the mirror & patient attempts to simultaneously perform the same activity as best as they are able with the impaired limb behind the mirror

MirrorTherapy: ImplementationConsiderations

MirrorTherapy: ImplementationConsiderations

4/5/2016

6

How should the MT be implemented? (continued)• Ensure illusion is solid (e.g., remove jewelry, remove 

distractors in the environment, make sure reflection of unimpaired limb is super‐imposed over the impaired limb) and conduct in quiet environment

• Tasks practiced should be participant focused• Instruct patient to concentrate on mirror reflection and to 

avoid looking at their unimpaired hand directly and to avoid “peeking” at the unimpaired hand behind the mirror

• AROM exercises (warm‐up)

• Performance of functional tasks with objects (e.g. wiping table with wash cloth, reach‐grasp‐transport‐release objects)

• Dosing: (?) Suggest providing (1) 30 minute session or (2) 15 minute sessions per day, 5x per week for 4 weeks

• Provide patients with instruction sheets for set‐up and an activity log for recording practice sessions

MirrorTherapy: ImplementationConsiderations

ACRYLIC MIRRORS

FOLDABLE &

PORTABLE

COMMERCIALLYAVAILABLE

HOME MADECONSTRUCTION

Reflex Pain Management 

NOI group (NOI products): 

Achieva SMART‐Mirror

Picture Credits: 2

Picture Credits: 2

ActionObservation:KeyComponentsDuring action observation an individual watches another individual perform an activity with the intention of imitating the task performance• Action observation is most frequently facilitated by watching a pre‐recorded video of a live model 

4/5/2016

7

ActionObservation:KeyComponents• Tasks viewed are object centered and goal directed (e.g., combing hair, using a tissue, eating an apple, drinking from a cup)

• Tasks are usually broken down in to sequential components of increasing complexity • Example: drinking from a cup 

• Reach and grasp cup handle ‐ return to start • Reach and grasp cup handle; raise cup toward the mouth ‐return to start

• Reach and grasp cup handle; raise cup to mouth; drink from cup  ‐ return to start 

• Actual task practice immediately follows action observation • Example: 15 minute session: 3 minutes of action observation followed by 2 minutes of task practice of the three above motor sequences

• Action observation appears to activate areas of the brain that contain mirror neurons (e.g., premotor areas, parietal areas) (Garrison et al., 2013, Vogt et al.,

2013)

• These areas are similar to those activated during action generation and execution (Garrison et al.,

2013, Vogt et al., 2013)

• Action observation may prime the motor system allowing for improved performance during actual execution (Garrison et al., 2013, Vogt et al., 2013)

ActionObservation:WhyMightitWork?

• Evidenced‐based Review (Nilsen et al., 2015; Nilsen et al., 2014)

• 2 Level I Studies

• Both studies included outcome measures assessing upper extremity function and both reported positive findings in favor of action observation

• Results of both studies suggest gains were maintained over time (2 and 4‐5 month follow‐ups)

• 1 study included outcome measures assessing activities of daily living and reported positive finding in favor of action observation

• Results of the study suggest gains were maintained at 2 month follow‐up

ActionObservation:Evidence

4/5/2016

8

Which stroke survivors are most likely to benefit?

• Current evidence suggest that stroke survivors with minimal to moderate sensorimotor impairments may benefit from AO

• Current evidence suggests survivors in the sub‐acute – chronic stages of recovery may benefit from AO 

• Caveats:

• Single stroke (both studies excluded participants 

with PCA infarcts)

• Cognitive, perceptual and visual capacity to participate in the intervention

• Minimal co‐morbidities

ActionObservation:ImplementationConsiderations

How should AO be implemented?

• Optimal protocol is unclear!

• Video footage of live models appears to be the preferred delivery method

• Filmed from first person or multiple perspectives?

• Tasks should be participant focused, object centered, and goal oriented

• Tasks should be broken down into sequential components that increase in complexity

• Dosage: (?) ‐ suggest providing ~ equal amounts of action observation (AO) to actual task practice (TP)

• 6 minutes of AO to 6 minutes of TP/90min/1x day/18 days

• 3 minutes of AO to 2 minutes of  TP/15min/2x day/5x/wk/4wks

• 5 minutes of AO to 5 minutes of TP 1x/day/15 days

ActionObservation:ImplementationConsiderations

MentalPractice:KeyComponents

4/5/2016

9

MentalPractice:KeyComponents• Mental Imagery: a specific cognitive operation that refers to the active process by which humans relive sensations with or without external stimuli. It may use a variety of sense modalities.

• Mental Practice: a training method by which the internal reproduction of a motor act is repeated extensively with the goal of improved performance or learning a skill in the absence of physical practice, aka mental rehearsal.

• Overall, for the non‐rehabilitation population using a combination of mental and physical practice appears to be superior to using either modality in isolation. Better than no practice.

Jackson, 2001

MentalPractice:KeyComponents• Scripts are recorded of specific tasks (ex. drinking, writing, coin manipulation, wrapping a gift, etc.).

• MP can be conducted before or after traditional OT. It is usually administered through a recording of the therapist’s voice. They are approximately 10‐15 minutes in length:

‐10 minutes in length (utilized 2x daily).

‐Starts with focusing exercise.

‐Mental Imagery for specific tasks (ADL, reaching, etc.). Repetition is built into the scripts. Practice without actual movement. 

‐Ends with refocusing.

MentalPractice:Whymightitwork?• Techniques: SPECT, PET, fMRI, EEG, MEG

Summary: The SMA, cerebellum, premotor, cingulate, superior/inferior parietal lobe, and primary motor & sensory areas are activated and involved during both the execution and while imagining limb movements.

COMMON NEURAL SUBSTRATE WITH SIMILAR PATTERNS OF ACTIVATION

4/5/2016

10

MentalPractice:Evidence• Review by Nilsen et al., 2014

Nine Level I trials:

‐7 of these used upper limb outcomes; 3 with positive results.

‐7 studies examined the effect on activity & participation; 3 with positive results.

• Review by Pollock et al., 2014

Three Level I Systematic Reviews

‐Beneficial for arm function & impairment reduction. 

‐No benefit or harm re: ADL

EvidenceSummary• Both reviews concluded that there is moderate evidence to support the use of mental practice as an adjunctive cognitive strategy.

• Perspective? 1st person vs. 3rd person vs. combination?

• Imagery ability?

• Cognitive abilities?

• Dose?

• Before or after OT?

MentalPractice: ImplementationConsiderations

4/5/2016

11

Glen Gillen: gg50@cumc.columbia.eduDawn M. Nilsen: dmn12@cumc.columbia.edu

• Cacchio, A., De Blasis, E., De Blasis, V., Santilli, V., & Spacca, G.  (2009). Mirror therapy in complex 

regional pain syndrome type 1 of the upper limb in stroke patients.  Neurorehabilitation and 

Neural Repair, 23, 792‐799.

• Nilsen, D. M., Gillen, G., Geller, D., Hreha, K., Osei, E., & Saleem, G. (2014). What  is the 

evidence for the effectiveness of interventions to improve occupational performance for 

those with motor deficits after stroke? [Critically Appraised Topic]. Bethesda, MD: 

American Occupational Therapy Association, Evidence‐Based Practice Project. Available online 

at http://www.aota.org/‐/media/Corporate/Files/Secure/Practice/CCL/Stroke/Stroke‐CAT‐3‐

Motor.ashx.

• Nilsen, D. M., Gillen, G., Geller, D., Hreha, K., Osei, E., & Saleem, G. (2015). Effectiveness of 

interventions to improve occupational performance for those with motor impairments after 

stroke.  American Journal of Occupational Therapy, 69, 1‐9.

• Pollock A, Farmer SE, Brady MC, Langhorne P, Mead GE, Mehrholz J, van Wijck F. Interventions for 

improving upper limb function after stroke. Cochrane Database of Systematic Reviews 

2014, Issue 11. Art. No.: CD010820. DOI:10.1002/14651858.CD010820.pub2.

• Ramachandran, V.S., & Altshuler, E.L. (2009).  The use of visual feedback, in particular mirror visual 

feedback, in restoring brain function. Brain, 132, 1693‐1710.

• Rothgangel, A.S., Braun, S.M., Beurkens, A.J., Seitz, R., & Wade, D.T (2011).  The clinical aspects of 

mirror therapy in rehabilitation: a systematic review of the literature. International Journal of 

Rehabilitation Research, 34, 1‐13.

• Timmermans, A.A., Spooren, A.I., Kingma, H., &  Seelen, H.A. (2010). Influence of task‐oriented training content on 

skilled arm‐hand performance in stroke: a review. Neurorehabilitation and Neural Repair, 24, 858‐870.

REFERENCES

4/5/2016

12

REFERENCES

Wu, C., Huang, P., Chen, Y., Lin, K., & Yang, H. (2013). Effects of mirror therapy on motor and sensory recovery in chronic stroke: a randomized co trolled trial. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 94, 1023‐30.

Radajewska, A., Opara, J.A., Kucio, C., Blaszczyszyn, M., Mehlich, K., & Szczygiel, J.  (2013).  The effects of mirror therapyon arm and hand function in subacute stroke patients. International Journal of Rehabilitation Research, 36, 268‐274.

Samuelkamaleshkumar, S., Reethajanetsureka, S., Pauljebaraj, P., Benshamirbright, B.B., & Padankatti, S., & David, J.  (2014).  Mirror therapy enhances motor performance in the paretic upper limb following stroke: a pilot randomized controlled trial.  Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, [Epub ahead of print] DOI: 10.1016/j.apmr.2014.06.020.

Invernizzi, M. et al., (2013).  The value of adding mirror therapy for upper limb motor recovery of subacute stroke patients: a randomized controlled trial.  Eur J Phys Rehabil Med, 49, 311‐17.

Kim, H., Lee, G., & Song, C. (2013).  Effect of functional electrical stimulation with mirror therapy on upper extremity motor function in poststroke patients.  Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases,  23, 655‐661.

Nilsen, D.M., & DiRusso, T.  (2014).   Using mirror therapy in the home environment: a case report.  AJOT, 68, 1‐6.

Additional Mirror Therapy References:

Commercially Available Mirror Boxes:

Reflex Pain Management Therapy Store: http://www.reflexpainmanagement.comCost: £74.99 NOI group (NOI products): http://www.noigroup.com/en/StoreCost: AUD $50.00Achieva SMART‐Mirror: https://www.ncmedical.com/item_2444.htmlCost:  $109.95