Interlimb neural coupling: Implications for poststroke hemiparesis

Interlimb coordination is essential to perform goal-directed daily tasks and purposeful locomotion. The coordination occurs due to spatiotemporal coupling of movements, which also comprises interactions in segmental kinematics, joint dynamics, and muscle activity. Neuroanatomical and neurophysiological linkages at the spinal and brain level are responsible for the coordination. The linkage is termed “neural coupling”. According to the task demand, the coupling may occur between two upper limbs or two lower limbs or all four limbs. Central pattern generators play a key role in interlimb coordination by regulating the rhythmic upper and lower limb movements. Neuroanatomically, multiple areas of both cerebral hemispheres via the corpus callosum interact and control the bimanual upper limb movements. There is an interhemispheric synchronization and disinhibition to control the coupled bimanual upper and lower limb movements. Movement of the upper limb also enhances neuromuscular recruitment of the lower limb. In stroke, bimanual motor impairments exist in the form of asymmetry and reduced coordination, which may be related to weakness of the ipsilateral body side lesser than the contralateral side. The aim of the present review was to understand the interlimb coordination and neural coupling and its implication in stroke rehabilitation. The review suggests incorporating the movements of bilateral upper and lower limbs either simultaneously or consecutively for hemiparetic subjects. Further, the conventional and contemporary rehabilitation methods need to be reconsidered while utilizing the coupling concept.

RésuméLa coordination inter-membres est essentielle pour l’exécution de tâches dirigées vers un but de la vie quotidienne et pour une locomotion déterminée. La coordination est le résultat d’un couplage spatio-temporel des mouvements, ce qui inclut également des interactions de la cinématique segmentaire, la dynamique articulaire et l’activité musculaire. La coordination est assurée par des liaisons neuro-anatomiques et neurophysiologiques au niveau spinal ainsi qu’au niveau cérébral. Cette connexion est appelée couplage neuronal. En fonction de la tâche demandée, le couplage peut se produire entre les deux membres supérieurs ou les deux membres inférieurs, ou alors les quatre membres. Les générateurs de patrons centraux jouent un rôle clé dans la coordination inter-membres en régulant les mouvements rythmiques des membres supérieurs et inférieurs. Sur le plan neuro-anatomique, de nombreuses zones des deux hémisphères cérébraux interagissent par l’intermédiaire du corps calleux et contrôlent les mouvements bimanuels des membres supérieurs. Il existe une synchronisation et une désinhibition inter-hémisphérique permettant de contrôler les mouvements couplés bimanuels des membres supérieurs et inférieurs. Le mouvement d’un membre supérieur stimule également le recrutement neuromusculaire d’un membre inférieur. Dans le cas d’un accident vasculaire cérébral (AVC), des déficiences motrices d’ordre bimanuel se manifestent sous la forme d’une asymétrie et d’une coordination diminuée qui peuvent être liée à la faiblesse du côté ipsilatéral du corps, moins diminué que le côté controlatéral. L’objectif de notre article de synthèse est de comprendre la coordination inter-membres et le couplage neuronal et ce que cela implique pour la rééducation après un AVC. L’article suggère d’ajouter des mouvements des membres supérieurs et inférieurs bilatéraux soit simultanément, soit consécutivement dans la rééducation des sujets hémiparétiques. De plus, les méthodes conventionnelles et contemporaines de rééducation devraient être revues en tenant compte du concept de couplage.