Använda Upprepande transkraniell magnetisk stimulering för att förbättra språk-funktion hos strokepatienter med kroniska icke-flytande afasi
Summary
Vi utforskar användningen av repetitiva transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) för att förbättra språkkunskaper hos patienter med kronisk stroke och icke-flytande afasi. Efter identifiering av en plats i den högra frontal gyrus för varje patient som svarar optimalt på stimulering, rikta vi denna plats under tio dagar rTMS behandling.
Abstract
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) har visat sig avsevärt förbättra språket hos patienter med icke-flytande afasi 1. I detta experiment visar vi administrationen av lågfrekventa repetitiva TMS (rTMS) till en optimal stimulering plats i den högra hjärnhalvan hos patienter med kronisk icke-flytande afasi. Ett batteri av standardiserade språk åtgärder administreras för att bedöma utgångsläget prestanda. Patienterna är därefter randomiserades till antingen ta emot riktiga rTMS eller initial sham stimulering. Patienter i den verkliga stimulans genomgå en sajt-finna fas, som består av en serie av sex rTMS sessioner administrerade under fem dagar, stimulering levereras till en annan plats i den högra pannloben under vart och ett av dessa möten. Varje plats-fynd session består av 600 pulser av 1 Hz rTMS, föregås och följs av en bild-namngivning uppgift. Genom att jämföra graden av övergående förändring av namngivning förmåga framkallas genom stimulering av CandIDATE platser, har vi möjlighet att lokalisera området för optimal respons för varje enskild patient. Vi administrerar sedan rTMS till denna webbplats under behandlingsfasen. Under behandling, patienter genomgå sammanlagt tio dagars stimulering under loppet av två veckor, varje session består av 20 min av 1 Hz rTMS levereras på 90% vila motor tröskel. Stimulering paras med en fMRI-namngivning uppgift om första och sista dagarna av behandling. Efter behandlingen fasen är klar, är det språk batteriet vid baslinjen upprepades två och sex månader efter stimulering för att identifiera rTMS-inducerade förändringar i prestanda. FMRI-namngivning uppgift också upprepas två och sex månader efter behandling. Patienter som är randomiserade till bluff armen av studien genomgår sham sajt-konstaterande, skenbehandling, fMRI-namngivning studier, och upprepa språktester två månader efter avslutad placebobehandling. Sham patienter korsar därefter över till den verkliga stimulans arm, slutföra riktiga plats-konstaterande, real treatment, fMRI, och två och sex månader efter stimulering språktestning.
Introduction
Afasi-en förvärvad underskott på språkförmåga-är en vanlig och ofta handikappande konsekvens av stroke 2. Trots en viss återhämtning från afasi efter akut stroke är typiskt, många patienter upplever åtminstone någon grad av ihållande underskott, och existerande språk terapier anses generellt vara endast måttligt effektiva för att underlätta återhämtningen 3-5. De senaste åren har sett framväxten av icke-invasiv stimulering tekniker såsom transkraniell magnetisk stimulering (TMS) som lovande potentiella behandlingsmetoder för en rad brister efter stroke, inklusive afasi. TMS utnyttjar principen av elektromagnetisk induktion och innebär generering av en snabbt fluxning magnetfält i en spole av tråd. När spolen är placerad intill huvudet av ett ämne, penetrerar magnetfält hårbotten och skalle, inducerar en ström i underliggande kortikala neuroner som är tillräcklig för att depolarisera neuronala membran och genBetygsätt aktionspotentialer 3. TMS parametrar såsom frekvens, intensitet och antal pulser kan varieras för att framkalla olika neurophysiologic, beteendemässiga och perceptuella effekter 4,5. Repetitiva TMS (rTMS) medför administrering av en serie pulser med en förutbestämd frekvens och producerar effekter som kan överleva tillämpningen av stimuleringen. Relevant för den aktuella experimentet, bevis visar att rTMS levereras vid en låg frekvens (0,5-2 Hz) tenderar att focally minska kortikala retbarhet, medan högfrekvent stimulering har associerats med kortikal excitation 3. rTMS har undersökts som en behandling för olika neurologiska och psykiatriska störningar, främst depression 6.
En växande mängd bevis tyder på att lågfrekvent rTMS kan användas för att förbättra språket återhämtning hos personer med kronisk stroke-inducerad afasi. Naeser och kollegor 7,8 var den första att tillämpa 1 Hz inhibitory rTMS till höger sämre frontal gyrus i 20 minuter fem dagar i veckan under två veckor i fyra högerhänta patienter med kronisk icke-flytande afasi. Betydande förbättringar i namngivning observerades, som kvarstod under minst åtta månader efter avslutad stimulering 8. Vi replikerade därefter och förlängdes dessa resultat, och har visat att 1 Hz stimulering resulterade i ihållande förbättringar i både namngivning och spontana framkallade tal i kroniska icke-flytande afasi patienter 9-11. Uppmuntrande har resultaten från mindre studier som dessa fått efterföljare i fortsatta undersökningar hos patienter med kronisk stroke 12, samt hos patienter med subakut stroke och afasi 13.
En viktig och nästan allestädes närvarande inslag av tidigare TMS studier på patienter med icke-flytande afasi är att de nyttiga effekterna av stimulering verkar vara platsspecifik. Synsättet inledningsvis anställd av Naeseroch kollegor, har de flesta utredningar där rTMS har använts för att underlätta språk återhämtning riktad rätt pars triangularis 1 (Brodmann område 45). I själva verket har nya bevis tyder på att stimulering av andra regioner i höger sämre frontal gyrus kan vara ineffektivt, eller kanske till och med ha skadliga effekter på språket prestanda 14, vilket understryker behovet av noggrann individuell identifiering av optimal stimulering webbplatser.
Med utgångspunkt i det som fastställdes av Naeser och kollegor 8, utforskar vår pågående utredning av effekterna av hämmande rTMS i sämre frontal gyrus på språkförmåga, och dessutom undersöker topografiska särdrag rTMS effekter i den högra pannloben. I denna artikel ger vi en detaljerad beskrivning av hur en optimal plats för stimulering kan identifieras hos patienter med kronisk icke-flytande afasi. Vi beskriver sedan administrering av terapeutiska rTMS och förklara our tekniker för att bedöma effekten av stimulering för att stärka språket återhämtning i denna population.
Protocol
Representative Results
Discussion
Målet med denna artikel är att redogöra för de åtgärder för identifiering av en lyhörd målställe i den högra hjärnhalvan hos patienter med kronisk icke-flytande afasi. Genom att göra så, kan vi stimulera att målområdet terapeutiskt, bedöma effekterna av stimulering på språkförmåga, och använder lågfrekventa rTMS att framkalla långsiktiga förbättringar i namngivning och flyt i patienter med kronisk icke-flytande afasi. Vår strategi replikerar och förlänger metoder som tidigare utredare, notab…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av följande finansieringskällor:
MAN: NIH 2R01 DC05672-04A2
RHH: NIH / NINDS 1K01NS060995-01A1
RHH: Robert Wood Johnson Foundation / Harold Amos Medical Faculty Development Program
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Rapid transcranial magnetic stimulator | Magstim | ||
| 3.0 Trio Scanner | Siemens | ||
| 8 channel head coil | Siemens | ||
| Brainsight neuronavigational system | Rogue Research |
References
- Hamilton, R. H., Chrysikou, E. G., Coslett, B. Mechanisms of aphasia recovery after stroke and the role of noninvasive brain stimulation. Brain Lang. 118, 40-50 (2011).
- Wade, D. T., Hewer, R. L., David, R. M., Enderby, P. M. Aphasia after stroke: natural history and associated deficits. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 49, 11-16 (1986).
- Maeda, F., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation: studying motor neurophysiology of psychiatric disorders. Psychopharmacology (Berl). 168, 359-376 (2003).
- Elkin-Frankston, S., Fried, P. J., Pascual-Leone, A., Rushmore, R. J., Valero-Cabr, A. A novel approach for documenting phosphenes induced by transcranial magnetic stimulation. J. Vis. Exp. (38), e1762 (2010).
- Najib, U., Horvath, J. C., Silvanto, J., Pascual-Leone, A. State-dependency effects on TMS: a look at motive phosphene behavior. J. Vis. Exp. (46), e2273 (2010).
- Horvath, J. C., Mathews, J., Demitrack, M. A., Pascual-Leone, A. The NeuroStar TMS device: conducting the FDA approved protocol for treatment of depression. J. Vis. Exp. (45), e2345 (2010).
- Martin, P. I., et al. Transcranial magnetic stimulation as a complementary treatment for aphasia. Semin. Speech Lang. 25, 181-191 (2004).
- Naeser, M. A., et al. Improved picture naming in chronic aphasia after TMS to part of right Broca’s area: an open-protocol study. Brain and Language. 93, 95-105 (2005).
- Hamilton, R. H., et al. Stimulating conversation: enhancement of elicited propositional speech in a patient with chronic non-fluent aphasia following transcranial magnetic stimulation. Brain Lang. 113, 45-50 (2010).
- Turkeltaub, P. E., et al. Minimizing within-experiment and within-group effects in activation likelihood estimation meta-analyses. Hum. Brain Mapp. , (2011).
- Medina, J., et al. Finding the Right Words: Transcranial Magnetic Stimulation Improves Discourse Productivity in Non-fluent Aphasia After Stroke. Aphasiology. , (2012).
- Barwood, C. H., et al. Improved language performance subsequent to low-frequency rTMS in patients with chronic non-fluent aphasia post-stroke. Eur. J. Neurol. , (2010).
- Weiduschat, N., et al. Effects of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation in Aphasic Stroke: A Randomized Controlled Pilot Study. Stroke. , (2011).
- Naeser, M. A., et al. TMS suppression of right pars triangularis, but not pars opercularis, improves naming in aphasia. Brain Lang. 119, 206-213 (2011).
- Kaplan, E., Goodglass, H., Weintraub, S. . Boston Naming Test (BNT). , (2001).
- Snodgrass, J. G., Vanderwart, M. A standardized set of 260 pictures: norms for name agreement, image agreement, familiarity, and visual complexity. J. Exp. Psychol. Hum. Learn. 6, 174-215 (1980).
- Goodglass, H., Kaplan, E. . The assessment of aphasia and related disorders. , (1972).
- Goodglass, H., Kaplan, E., Barresi, B. . Boston Diagnostic Aphasia Examination (BDAE). , (1983).
- Helm-Estabrooks, N. . Cognitive linguistic quick test (CLQT): Examiner’s manual. , (2001).
- Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 91, 79-92 (1994).
- Dunn, L. M., Peabody Hottel, J. V. picture vocabulary test performance of trainable mentally retarded children. Am. J. Ment. Defic. 65, 448-452 (1961).
- Szekely, A., et al. A new on-line resource for psycholinguistic studies. J. Mem. Lang. 51, 247-250 (2004).
- Martin, P. I., et al. Research with transcranial magnetic stimulation in the treatment of aphasia. Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 9, 451-458 (2009).
- Duffau, H., et al. New insights into the anatomo-functional connectivity of the semantic system: a study using cortico-subcortical electrostimulations. Brain. 128, 797-810 (2005).
- Picht, T., et al. Assessing the functional status of the motor system in brain tumor patients using transcranial magnetic stimulation. Acta Neurochir. (Wien). , (2012).
- Fertonani, A., Rosini, S., Cotelli, M., Rossini, P. M., Miniussi, C. Naming facilitation induced by transcranial direct current stimulation. Behav. Brain Res. 208, 311-318 (2010).
- Schlaug, G., Marchina, S., Wan, C. Y. The use of non-invasive brain stimulation techniques to facilitate recovery from post-stroke aphasia. Neuropsychol. Rev. 21, 288-301 (2011).
