Obstacle avoidance behaviour during reaching after stroke

The ability of a person to perform activities of daily living depends in great part on being able to reach with their arms and interact with objects in the environment. After a stroke, arm motor control is usually disrupted and results in arm paresis. The level of arm impairment varies widely among stroke survivors, but 40-78% of post-stroke individuals recover a good amount of arm function. Clinical evaluation of these individuals demonstrates that their joint ranges of motion, strength, flexibility, sensation and proprioception fall within normal physiological limits. Based on their high level of recovery, these individuals should not have any major activity limitations, yet several studies have shown that well-recovered post-stroke individuals do not use their arm to the expected amount in everyday life activities. Decreased use may be associated with undetected impairments identified only when individuals attempt higher-order motor tasks requiring complex coordination and quick changes in movement. One higher-order motor task, avoiding obstacles while reaching, commonly occurs in everyday environments but is not routinely assessed by clinical scales.The goals of this thesis were to examine how well-recovered post-stroke and healthy individuals avoid obstacles during reaching and relate obstacle avoidance reaching performance with clinical measures of functional arm use. There were three main objectives of this thesis. The first objective was to identify the obstacle avoidance behaviours used in the control and stroke groups. The second objective was to determine if clinical assessments of arm function and arm use in activities of daily living related to task success. The final objective was to determine if changes in obstacle avoidance ability and clinical measures occurred in the stroke group one year after the initial visit.A cross-sectional study of a volunteer sample of well-recovered post-stroke individuals (n=17) and healthy controls (n=12) was conducted. Participants performed a reaching task in a virtual environment in which they reached into a refrigerator and touched a juice bottle. In a test block of 60 trials, a sliding refrigerator door would randomly close from the left or right side. Obstacle avoidance ability during reaching was compared between groups. Overall success rates, task performance and movement quality variables were recorded.We analyzed the reaching behaviour of both groups while avoiding the door ipsilateral to the affected arm. The stroke group was less successful and had a reduced margin of error compared to controls. The stroke group mainly used trunk rotation to avoid the door, while the control group used trunk and elbow flexion. No relationships were found between task success rates and clinical arm function assessments in the stroke group. However, larger margins of error in the stroke group were related to higher Box and Blocks Test scores, which was a measure of manual dexterity. When 10 of the post-stroke individuals participated in a second visit, comparison of the performance in each visit revealed no differences in reaching strategies. Results of this thesis suggest that in well-recovered post-stroke individuals, residual movement deficits can be revealed when performing a challenging motor task. The potential of using challenging tasks to identify higher-order motor control impairments should be considered when assessing motor recovery in well-recovered post-stroke individuals.La capacité d'une personne à effectuer des activités de la vie quotidienne dépend en grande partie de sa capacité à effectuer un mouvement d'atteinte avec ses bras et à interagir avec des objets dans son environnement. Suite à un accident vasculaire cérébral (AVC), le contrôle moteur du bras est affecté et résulte à une parésie du bras. Bien que la sévérité des déficiences au niveau du bras varie chez les individus avec un AVC, 40 à 78% de ceux-ci récupèreront une bonne fonction. L'évaluation clinique de ces individus démontre que leurs amplitudes articulaires, leur force, leur souplesse, leur sensation et leur proprioception se situent dans les valeurs physiologiques normales. Considérant leur niveau de récupération, ces individus ne devraient pas présenter de limitation importante dans leurs activités. Cependant, des études ont démontré que malgré une bonne récupération suite à l'AVC, ces personnes n'utilisent pas leur bras dans leurs activités tel que souhaité. Cette diminution d'utilisation pourrait être associée à des déficiences détectables seulement lors de tâches motrices de haut niveau nécessitant une coordination complexe et des changements rapides dans les mouvements. Une tâche motrice de haut niveau, qui consiste à éviter des obstacles lors d'un mouvement d'atteinte, se produit souvent dans notre environnement de tous les jours, mais est rarement évaluée.Les objectifs de cette thèse sont d'examiner comment les individus ayant bien récupéré suite à un AVC et des individus en santé évitent des obstacles durant des tâches d'atteintes et d'associer les leurs performances avec des mesures cliniques évaluant les fonctions du bras. Il y avait 3 objectifs principaux à cette thèse. Le premier objectif consistait à identifier les stratégies utilisées pour éviter un obstacle. Le deuxième objectif était de déterminer si l'endroit de la lésion, ainsi que la fonction et l'utilisation du bras lors des activités de la vie quotidienne étaient reliés au succès de la tâche. Le dernier objectif était de déterminer s'il y avait eu des changements au niveau de la capacité à éviter un obstacle et des mesures cliniques chez les participants ayant subi un AVC, un an après leur visite initiale.L'étude d'un groupe d'individus volontaires avec un AVC (n=17) et d'un groupe contrôle de participants sains (n=12) a été effectuée. Les participants ont effectués une tâche d'atteinte dans un environnement virtuel dans lequel il devait atteindre un réfrigérateur et toucher une boite de jus. La porte du réfrigérateur se fermait aléatoirement du côté droit ou gauche pour 60 essais. La capacité à éviter un obstacle lors d'un mouvement d'atteinte dans un environnement virtuel a été comparée entre les groupes. Le taux de succès, la performance et la qualité du mouvement ont été enregistrés.Nous avons analysé les mouvements d'atteintes des deux groupes lorsque les individus évitaient la porte. Le groupe d'AVC a moins bien réussi et plus petite marge d'erreur comparativement aux contrôles. Le groupe d'AVC utilisait la rotation du tronc afin d'éviter la porte, tandis que le groupe contrôle utilisait la flexion du tronc et du coude. Aucun lien entre la réussite de la tâche et des fonctions des membres supérieurs n'a été trouvé pour le groupe d'AVC. Cependant, des larges marges d'erreurs dans le groupe d'AVC ont été liées avec un résultat élevé du test Box and Block, qui mesure la dextérité manuelle. Lorsque dix des individus post-AVC se sont présentés à la deuxième visite, la stratégie de mouvement d'atteinte était similaire que la première visite.Les résultats de cette thèse suggèrent que les individus ayant bien récupéré suite à un AVC présentent des déficits moteurs résiduels lorsqu'ils doivent effectuer une tâche motrice complexe. Le potentiel d'utilisation des tâches complexes pour identifier les déficiences motrices de haut niveau devrait être considéré lors de l'évaluation de la récupération motrice des personnes ayant eu un AVC