Brain plasticity and stroke recovery

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8285-6
Title: Brain plasticity and stroke recovery
Author: Laaksonen, Kristina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, University of Helsinki, Faculty of Medicine, Department of Neurology
Aalto University, O.V. Lounasmaa Laboratory, Brain Research Unit
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Brain plasticity and stroke recovery Recovery from stroke is based on the capability of the brain to reorganize its structure and function after lesion. An acute stroke triggers a cascade of time-dependent metabolic and physiological reactions, which enable changes in the organization and function of widespread cortical regions. A wide range of studies, using various functional imaging methods, have thrown light on the reorganizational changes after stroke. However, less is known about the temporal evolution of these changes and their correlation to clinical recovery. In this thesis, different aspects of neurophysiological changes related to sensorimotor recovery were studied in 18 patients with first-ever stroke in the middle cerebral artery territory, affecting upper limb motor function. Follow-up recordings of somatosensory evoked fields (SEF) and spontaneous rhythmic brain activity were performed with whole-head MEG within 1 week (T0), 1 month (T1), and 3 months (T2) after stroke with concomitant evaluation of clinical outcome. MEG suits stroke studies especially well, as it is independent from hemodynamic alterations, and the signals are practically unaffected by morbid tissue. The results indicated that the hand representation in the primary somatosensory cortex (SI) in the affected hemisphere (AH) was transiently enlarged at T1 and returned to normal size concomitantly with clinical improvement of hand function (Study I). Study II showed that the activation in the contralateral secondary somatosensory cortex (cSII) was decreased in the AH at T0 and increased during follow-up. The strength of cSII activation paralleled the recovery of hand function during the 3 months follow-up, suggesting that cSII may be an important region in mediating the somatosensory input to the motor cortex. The results in Study III indicated that afferent-input-modulated motor cortex excitability was increased in the AH in the acute phase after stroke and decreased during follow-up in association with recovery of hand function. Study IV showed that the ~10-Hz oscillations were enhanced in the AH at T1 and T2. Moreover, pathological perilesional low-frequency oscillations were detected in 7/16 patients at T0, and the low-frequency oscillations persisted for at least 3 months in 4 patients. These 4 patients had a worse clinical outcome at T2 than the rest of the patients. The results indicate that even small lesions can cause widespread neurophysiological changes in the cortical network. Certain brain regions, such as SII, seem to be specifically important for the recovery of hand function. The results underline the importance of parallel recovery of the somatosensory and motor systems for fluent hand function. The most evident neurophysiological changes were observed within 1 month after stroke in parallel with steepest improvement of clinical recovery, suggesting that the first 4 weeks are critical for functional recovery.Aivojen muovautuvuus ja aivoinfarktista toipuminen Aivoinfarkti on yksi merkittävimmistä pysyvää invaliditeettia aiheuttavista sairauksista länsimaissa. Vaikka aivoinfarktin akuuttihoito on viime vuosina kehittynyt merkittävästi, aktiivinen kuntoutus on edelleen merkittävin potilaan toipumiseen vaikuttava tekijä. Aivoinfarktista kuntoutuminen perustuu aivojen kykyyn muovautua ja sopeutua ympäristön aiheuttamiin muutoksiin. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että aivovaurion jälkeiset muovautumismuutokset ovat välttämättömiä toipumiselle, mutta edelleen tiedetään varsin vähän siitä, miten muutokset kehittyvät toipumisen myötä ja miten ne korreloivat kuntoutumiseen. Tässä väitöskirjassa tutkittiin magnetoenkefalografian (MEG) avulla, minkälaisia muutoksia akuutti aivoinfarkti aiheuttaa aivojen liike- ja tuntoaivokuorien toiminnassa, ja miten nämä muutokset vaikuttavat potilaan halvausoireista toipumiseen. Erityisesti keskityttiin siihen, miten tuntoaistijärjestelmän vauriot vaikuttavat liikkeen suoritukseen ja mitkä mekanismit vastaavat tunto- ja liikeaivokuorien välisestä tiedonkulusta. Tutkimuksessa seurattiin MEG mittauksin 18 elämänsä ensimmäiseen aivoinfarktiin sairastunutta potilasta, joilla aivoinfarkti aiheutti yläraajan halvausoireen. Potilailta tutkittiin aivojen tuntoherätevasteiden ja rytmisen toiminnan muutoksia viikon sisällä, 1 ja 3 kuukautta sairastumisesta. Kliinistä toipumista seurattiin useilla toimintakykyä mittaavilla testeillä. Tulokset osoittivat, että käden edustusalue sairastuneen aivopuoliskon primaarisella tuntoaivokuorella laajenee ensimmäisen kuukauden aikana. Toipumisen myötä edustusalue palautui normaaliksi 3:n kuukauden seuranta-aikana. Aiemmat eläinkokeet ovat osoittaneet, että edustusalueiden muutokset aivoissa liittyvät ennen kaikkea uuden oppimiseen eikä pelkästään jo osatun taidon toistamiseen. Näin ollen käden edustusalueen laajeneminen saattaa olla yhteydessä motorisen taidon uudelleenoppimiseen ja edustusalueen palautuminen normaaliksi voisi kuvastaa jo opitun taidon ylläpitämistä. Lisäksi tutkimustulokset osoittivat, että aivojen tuntoaivoverkostossa tapahtuu korjaavia muutoksia toipumisen myötä. Tietyt aivoalueet vaikuttivat erityisen tärkeiltä käden motoriselle toipumiselle. Esimerkiksi sekundaarisen tuntoaivokuoren aktivaation voimakkuus kasvoi merkittävästi seurantamittauksissa; ja aktivaation voimakkuus korreloi käden toimintakyvyn paranemiseen. Tulokset osoittivat myös, että tuntoaivokuorelta saapuva palaute vaikuttaa merkittävästi liikeaivokuoren toiminnan palautumiseen vaurion jälkeen. Tulokset alleviivaavat tunto- ja liikeaivoverkoston yhteistoiminnan tärkeyttä käden motorisessa toipumisessa. Suurimmat neurofysiologiset muutokset olivat havaittavissa kuukauden sisällä aivoinfarktiin sairastumisesta, korostaen ensimmäisten 4:n viikon tärkeyttä kuntoutuksessa.
URI: URN:ISBN:978-952-10-8285-6
http://hdl.handle.net/10138/37108
Date: 2012-11-02
Subject: lääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
brainpla.pdf 1.293Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record