Stroke-induced excitability changes in human motor cortex

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4077-7
Julkaisun nimi: Stroke-induced excitability changes in human motor cortex
Tekijä: Parkkonen, Eeva
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, Clinicum
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Despite advances in acute treatment of stroke, over third of the patients suffer from a disability, most often upper-limb paresis, still five years after stroke. To improve rehabil- itation, further understanding of stroke-induced plasticity is required. During the plastic period, cortical excitability increases, likely promoting cortical reorganization. Afferent input modulates the rolandic 20-Hz rhythm. The modulation, reflecting motor- cortex excitability, is observable as the activation-associated suppression and inhibition- associated rebound of the 20-Hz rhythm. In this Thesis, motor-cortex excitability was monitored by applying two different afferent inputs while recording the 20-Hz rhythm with magnetoencephalography (MEG), first in healthy controls and then in stroke patients in a one-year longitudinal study. Study I, comprising 22 healthy controls, focused on the modulation of the 20-Hz rhythm to tactile stimulation and passive movement as proprioceptive stimulation. The suppres- sion of the rhythm was similar to both stimuli whereas the rebound was stronger to pas- sive movement. Thus, passive movement could better serve in studying motor-cortex excitability changes. In Studies II and III, modulation of the 20-Hz rhythm to afferent input was measured in 23 patients having their first-ever stroke in the territory of the middle cerebral artery and related upper-limb paresis. Passive movement of the index finger (Study II) and tactile stimulation (Study III) were applied during MEG recordings in the acute (T 0 ; 1–7 days), subacute (T 1 ; one month) and chronic (T 2 ; 12 months) phases after stroke onset in conjunction with clinical testing of hand motor performance. The results showed that in the acute phase, the rebound was strongly diminished to both stimuli compared to the controls and increased significantly during the first month. During the follow-up period, the rebound strengths to both stimuli correlated with motor performance of the impaired hand. The bilateral weakness of the rebounds in the acute phase indicate hyperexcitability of both hemispheres after stroke. The subsequent increase in the rebound strength during the first month, reflecting an increase in motor-cortex inhibition, is in line with earlier studies in animals and humans suggesting a sensitive and motor-recovery-related plastic period immediately after stroke. The rebound strength to impaired-hand stimulation correlatedwith hand motor performance across the follow-up indicating that adequate integration of afferent input with motor functions is important for motor recovery. During the follow- up, the 20-Hz rebound to both tactile and passive-movement stimuli increased similarly. However, the rebounds to tactile stimuli recovered to the level of the controls whereas those to proprioceptive stimuli did not. This might indicate that proprioception did not recover fully in our patients. It would be most important to be able to predict and evaluate the progress of an individual patient during recovery from stroke to intensify and tailor rehabilitation for individual needs. Though, the efficacy of rehabilitation may be evaluated with different neuroimag- ing methods and clinical tests in a group level, so far there are no objective biomarkers to evaluate rehabilitation in an individual level. The results of this Thesis indicate that the 20-Hz rebound magnitude strongly reflects motor-cortex excitability and thus could serve as a robust noninvasive marker of stroke-induced neurophysiological processes that are relevant for motor recovery. Such a biomarker may enable to assess the efficacy of new therapeutical methods in stroke rehabilitation in both group and individual levels.Aivoinfarktin akuuttihoidon kehittymisestä huolimatta yli kolmannes potilaista kärsii ai- voinfarktin aiheuttamista vammoista, yleisimmin yläraajahalvauksesta, vielä viisi vuot- ta infarktin jälkeen. Kuntoutuksen tehostamiseksi aivoinfarktin jälkeistä aivojen muo- vautumiskykyä eli plastisiteettia tulisi ymmärtää nykyistä paremmin. Plastisen ajanjak- son aikana aivokuoren aktivaatiotila on lisääntynyt, mikä todennäköisesti mahdollistaa aivokuoren uudelleenjärjestäytymisen. Aistiärsykkeet moduloivat liikeaivokuoren rolandisen alueen 20 hertsin rytmiä. Rytmin modulaatio kuvastaa liikeaivokuoren aktivaatiotilaa, mikä voidaan havaita aktivaatioon liittyvänä rytmin vaimenemisena sekä inhibitioon liittyvänä rytmin elpymisenä ns. purs- keena. Tässä väitöskirjatutkimuksessa liikeaivokuoren aktivaatiotilaa tutkittiin rekisteröi- mällä magnetoenkefalografiamenetelmällä (MEG) 20 hertsin rytmiä käyttäen kahta eri- laista aistiärsykettä ensin terveillä verrokeilla ja sen jälkeen potilailla vuoden kestävässä pitkittäistutkimuksessa. Osatutkimuksessa I mittasimme 20 hertsin rytmin muutoksia 22 terveellä verrokilla käyt- täen kosketusärsykettä ja proprioseptisena ärsykkeenä passiiviliikettä. Rytmin vaimene- minen oli samankaltaista kummankin ärsykkeen vaikutuksesta, kun taas passiiviliike ai- heutti voimakkaamman rytmin purskeen kuin kosketusärsyke. Siten passiiviliike voisi toimia paremmin tutkittaessa liikeaivokuoren aktivaatiotilan muutoksia. Osatöissä II ja III mittasimme 20 hertsin rytmin modulaatiota 23 potilaalla, jotka olivat sairastuneet elämänsä ensimmäiseen aivoinfarktiin keskimmäisen aivovaltimon verisuonit- tamalla alueella ja siihen liittyen yläraajan halvaukseen. Aistiärsykkeinä käytimme etu- sormen passiiviliikettä (osatutkimus II) sekä kosketusärsykettä (osatutkimus III) MEG- mittauksen aikana akuutissa (1–7 päivää), subakuutissa (yksi kuukausi) ja kroonisessa (12 kuukautta) vaiheessa infarktiin sairastumisen jälkeen. Lisäksi kunkin mittauksen yhtey- dessä arvioitiin käden motorinen toiminta kliinisin testein. Tulokset osoittavat, että stimu- laation jälkeinen rytmin purske oli akuutissa vaiheessa voimakkaasti heikentynyt molem- mille ärsykkeille verrattuna verrokkien arvoihin, mutta ensimmäisen kuukauden aikana purske voimistui merkittävästi. Rytmin purskeen voimakkuus korreloi sairaan käden mo- torisen suorituksen kanssa koko seurantatutkimuksen ajan. Rytmin purskeen heikkous akuuttivaihessa viittaa molempien aivopuoliskojen liikeai-vokuorien hyperaktiivisuuteen. Purskeen voimistuminen ensimmäisen kuukauden aikana kuvastaa lisääntynyttä liikeaivokuoren inhibitiota, jota on havaittu aiemmissa aivoinfark- tin jälkeistä herkkää ja lyhyttä sekä motoriseen toipumiseen liittyvää plastisiteettijaksoa osoittavissa eläin- ja ihmistutkimuksissa. Rytmin purskeen voimakkuus korreloi sairaan käden motorisen toiminnan parantumisen kanssa koko seurantajakson ajan viitaten sii- hen, että tuntoaistin ja proprioseptiivisen informaation integraatio motorisen aivokuoren toimintaan ovat tärkeitä motoriselle toipumiselle. Seurantajakson aikana 20 hertsin rytmi voimistui samankaltaisesti kummankin aistiärsykkeen, niin kosketusärsykkeen kuin pro- prioseptiivisen ärsykkeen vaikutuksesta. Purskeen voimakkuus kosketusärsykkeen vaiku- tuksesta kuitenkin saavutti terveiden verrokkien tason, kun taas proprioseptiiviselle ärsyk- keelle se ei toipunut samalle tasolle kuin verrokeilla. Tämä saattaisi viitata siihen, että potilaidemme proprioseptiikka ei toipunut täysin. Olisi tärkeää pystyä ennustamaan potilaan yksilöllistä toipumista aivoinfarktin jälkeen, jotta kuntoutusta voitaisiin tehostaa ja räätälöidä kunkin potilaan tarpeiden mukaan. Vaik- ka erilaisilla kuvantamistutkimuksilla ja kliinisillä mittareilla voidaankin arvioida kun- touksen edistymistä ryhmätasolla, toistaiseksi objektiivista yksilöllistä mittaria ei ole ole- massa. Tämän väitöskirjatutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että 20 hertsin rytmin purskeen suuruus kuvastaa voimakkaasti liikeaivokuoren aktiviteettimuutoksia ja voisi siten toimia luotettavana kajoamattomana mittarina tutkittaessa aivoinfarktin aiheuttamia ja motoriselle toipumiselle tarpeellisia liikeaivokuoren neurofysiologisisa muutoksia. Täl- lainen biomarkkeri mahdollistaisi uusien aivoinfarktin jälkeisten kuntoutusmenetelmien tehon arvioimisen sekä ryhmä- että yksilötasolla.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4077-7
http://hdl.handle.net/10138/232843
Päiväys: 2018-03-23
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Strokein_UUSI.pdf 1.338MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot