We verkennen het gebruik van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) om de taal vaardigheden te verbeteren bij patiënten met chronische CVA en niet-vloeiende afasie. Na het identificeren van een site in de rechter frontale gyrus voor elke patiënt die optimaal reageert op stimulatie, richten we ons op deze site tijdens de tien dagen van rTMS behandeling.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Gebruik makend van Repetitieve transcraniële magnetische stimulatie om Taal-functie van CVA patiënten te verbeteren met chronische niet-vloeiende afasie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is aangetoond dat een aanzienlijke verbetering taalfunctie bij patiënten met niet-vloeiende afasie 1. In dit experiment tonen we het gebruik van een lage frequentie repetitieve TMS (rTMS) een optimale stimulatieplaats in de rechter hemisfeer bij patiënten met chronische niet-vloeiende afasie. Een batterij van gestandaardiseerde taal maatregelen wordt toegediend om de uitgangswaarde prestaties te beoordelen. Patiënten worden vervolgens gerandomiseerd om ofwel te ontvangen echte rTMS of initiële sham stimulatie. Patiënten in de echte stimulatie ondergaan ter onderzoeksfase, bestaande uit een reeks van zes rTMS sessies toegediend gedurende vijf dagen stimulatie wordt geleverd aan een andere plaats in de rechter frontale kwab in elk van deze sessies. Elke site-bevinding sessie bestaat uit 600 pulsen van 1 Hz rTMS, voorafgegaan en gevolgd door een foto-naamgeving taak. Door de mate van voorbijgaande verandering in vergelijking naamgeving vermogen opgewekt door stimulatie van candIDATE plaatsen, kunnen we het optimale gebied van respons voor iedere individuele patiënt bepalen. Vervolgens hebben we toedienen rTMS op deze site tijdens de behandelfase. Gedurende de behandeling ondergaan de patiënten een totaal van tien dagen stimulering over de spanwijdte van twee weken, elke zitting bestaat uit 20 min van 1 Hz rTMS afgeleverd op 90% rust motor drempel. Stimulatie is gepaard met een fMRI-naamgeving taak op de eerste en de laatste dagen van de behandeling. Na de behandeling beëindigd is, wordt de taal batterij in de uitgangssituatie herhaald twee en zes maanden na stimulatie om rTMS-geïnduceerde veranderingen in de prestaties te identificeren. De fMRI-naamgeving taak wordt ook herhaald twee en zes maanden na de behandeling. Patiënten die gerandomiseerd naar de sham arm van de studie ondergaan sham plaats-vinden, sham-behandeling, fMRI-naamgeving studies, en herhaal taal testen van twee maanden na de voltooiing van sham-behandeling. Sham patiënten vervolgens over te steken naar de echte stimulatie arm, het invullen van echte site-bevinding, echte treatment, fMRI, en twee-en zes maanden na de stimulatie taaltests.
Inleiding
Afasie-een verworven tekort van taalvaardigheid-is een veel voorkomende en vaak invaliderende gevolgen van een beroerte 2. Hoewel enige mate van herstel van afasie na een acute beroerte is typisch veel patiënten ervaren ten minste enige mate van aanhoudende tekorten en bestaande taal therapieën worden algemeen beschouwd als slechts matig effectief bij het vergemakkelijken van het herstel 3-5. De afgelopen jaren hebben de opkomst van niet-invasieve stimulatie technieken zoals transcraniële magnetische stimulatie (TMS) als veelbelovende potentiële behandeling benaderingen voor een verscheidenheid van tekorten na een beroerte, waaronder afasie gezien. TMS gebruikt het principe van elektromagnetische inductie en omvat het genereren van een snel fluxen magnetisch veld in een spoel. Wanneer de spoel is geplaatst grenzend aan het hoofd van een patiënt, het magnetisch veld dringt de hoofdhuid en de schedel, het induceren van een stroom in onderliggende corticale neuronen die voldoende is om neuronale membranen en gen depolariserentarief actiepotentialen 3. TMS parameters zoals frequentie, intensiteit en aantal pulsen kan gevarieerd worden wekken verschillende neurofysiologische gedrags en perceptuele effecten 4,5. Repetitieve TMS (rTMS) houdt de toediening van een reeks pulsen met een vooraf bepaalde frequentie en produceert effecten die de toepassing van de stimulatie kan overleven. Germane het huidige experiment gegevens blijkt dat rTMS toegevoegd bij een lage frequentie (0.5-2 Hz) neigt focale corticale exciteerbaarheid verlagen, terwijl hoogfrequente stimulatie is geassocieerd met corticale excitatie 3. rTMS is onderzocht als een behandeling voor verscheidene neurologische en psychiatrische stoornissen, vooral depressie 6.
Een groeiende hoeveelheid bewijs suggereert dat lage frequentie rTMS kan worden gebruikt om de taal herstel te verbeteren bij personen met chronische CVA-geïnduceerde afasie. Naeser en collega's 7,8 waren de eersten die 1 Hz inhibito toepassingry rTMS op de juiste inferieure frontale gyrus gedurende 20 minuten vijf dagen per week gedurende twee weken in vier rechtshandige patiënten met chronische niet-vloeiende afasie. Significante verbeteringen in naamgeving waargenomen, die gedurende ten minste acht maanden na voltooiing van de stimulatie 8. We vervolgens gerepliceerd en uitgebreid deze resultaten, en hebben aangetoond dat 1 Hz stimulatie leidde tot aanhoudende verbeteringen in zowel naamgeving en spontane ontlokte toespraak in chronische niet-vloeiende afasiepatiënten 9-11. Bemoedigend zijn de resultaten van kleine studies Dergelijke gerepliceerd in verder onderzoek op patiënten met CVA 12, alsmede bij patiënten met subacute beroerte en afasie 13.
Een belangrijke en bijna alomtegenwoordig onderdeel van TMS eerdere studies bij patiënten met niet-vloeiende afasie is dat de heilzame effecten van de stimulatie lijken plaatsspecifieke. De goedkeuring van de aanpak in eerste instantie in dienst van Naeseren collega's, de meeste onderzoeken waarin rTMS is gebruikt om taal te herstel te bevorderen hebben de juiste pars triangularis 1 (Brodmann gebied 45) gericht. In feite, heeft recent bewijsmateriaal gesuggereerd dat stimulatie van andere regio's in de rechter inferieure frontale gyrus ineffectief kan zijn, of kan zelfs schadelijke effecten op taalprestaties 14 hebben, het benadrukken van de noodzaak van een zorgvuldige individuele identificatie van optimale stimulatie sites.
Voortbouwend op de door Naeser en collega 8 aanpak, onze lopende onderzoek verkent de gevolgen van remmende rTMS in de inferieure frontale gyrus op taalvaardigheid, en onderzoekt ook de topografische specificiteit van rTMS effecten in de rechter frontale kwab. In dit artikel geven we een gedetailleerde beschrijving van hoe een optimale plaats voor stimulatie bij patiënten met chronische niet-vloeiende afasie kan worden geïdentificeerd. Vervolgens beschrijven we de toediening van therapeutische rTMS en uitleggen our technieken voor het beoordelen van de effectiviteit van stimulatie verbeteren taal herstel in deze populatie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Pre-Treatment Evaluation
- Recruit patiënten die voldoen aan de toelatingseisen voor de studie. Deze criteria omvatten een enkele, eenzijdige, linker hersenhelft herseninfarct dat de aanvullende motor gebied (SMA) spaart, milde tot matige niet-vloeiende spraak (gedefinieerd als het vermogen om betekenisvolle woorden te produceren en op zijn minst een 2-4 woordlengte string), tussen de leeftijden van 18 en 75 en ten minste zes maanden na de beroerte.
- Bovendien moeten alle potentiële patiënten kunnen benoemen ten minste drie van de eerste 30 punten op de Boston Naming Test 15, een gemiddelde van ten minste drie foto's van de 20 wanneer voorgesteld met tien sets van foto-naamgeving stimuli uit de Snodgrass en Vanderwart corpus 16, en de score op of boven het 25 e percentiel op de subtests voor woord begrip en commando's op de Boston Diagnostic afasie Onderzoek 17.
- Voer een medische screening onderzoek om ervoor te zorgen patiënten zijn healthy genoeg te nemen aan de studie, en dat er geen contra ondergaat een Magnetic Resonance Imaging (MRI) scan of TMS.
2. Baseline Testen
- Dien een batterij van gestandaardiseerde tests op drie verschillende dagen om de mate van elke patiënt taalstoornissen en stoornissen in andere cognitieve domeinen beoordelen. De tests omvatten de Cookie Diefstal foto beschrijving subtest van de BDAE 18, BDAE (2de Ed.) Subtests voor Word Begrip (Basis Word Discriminatie) en Commando, Boston Naming Test 15, sets van 40 lijntekening stimuli uit de Snodgrass en Vanderwart fotodatabank 16, en de cognitieve taalkundige Quick Test 19 (CLQT).
- Initiëren van een basislijn BOLD-fMRI studie waarin de patiënt voert een foto-naamgeving taak met orale respons. Verzamel hoge resolutie hersenen als geheel T1-gewogen beelden met een MPRAGE sequence (RT = 1620 msec, TE = 3,87 msec, FA = 15, FOV = 192 x 256, plakjes = 160, voxel maten = 1 mm 3). Verwerven functionele volumes met behulp van een hele brein T2 *-gewogen BOLD echoplanar sequence (TR = 3,000 sec, TE = 35 msec, FA = 90, FOV = 128 x 128, plakjes = 31, voxelafmetingen = 1,875 mm 2, slice dikte = 4 mm).
- Willekeurig patiënten, ofwel in een groep die echt repetitieve TMS (rTMS) of een groep die aanvankelijk sham stimulatie (STM's), gevolgd door rTMS (figuur 1).
3. Identificatie van de optimale locaties van Stimulatie
- Om rTMS te corticale gebieden in een nauwkeurige en accurate wijze te richten, gebruik dan een neuronavigational systeem (bv. Brainsight, Rogue Research, Montreal) om samen te registreren hoge resolutie hersenen als geheel T1-gewogen beelden (zie 2.2 hierboven) met de locatie van de patiënt en de spoel. Voor de rTMS-groep, bepalen rust motor drempel (RMT) via stimulatie naar rechts motorische cortex en de daaropvolgende visuele inspectie 20.
- Tijdens echte rTMS, oriënteren de spoel met het handvat in een posterieure en inferieure richting ongeveer 45 ° met de klok mee vanaf de neerwaartse positie. Voor de sham groep toedienen STM met de spoel loodrecht op de kop zodat alleen de buitenste rand van de laterale vleugels van de spoelcontacten de weg. In deze oriëntatie de piek magneetveld loopt parallel aan de schedel en dus produceert geen corticale stimulatie.
- In zes afzonderlijke sessies uitgevoerd over vijf dagen (twee sessies uitgevoerd op laatste dag, met een onderbreking van 45 minuten in tussen de sessies), toedienen tien minuten van ofwel rTMS (600 pulsen van 1 Hz bij een intensiteit van 90% RMT) of STM's te verschillende locaties in de rechter inferieure frontale kwab: de primaire motorische cortex (M1) die overeenkomt met de mond, pars opercularis (BA 44), anterior pars triangularis (BA 45), dorsale posterieure pars triangularis (BA 45), ventrale posterieure pars triangularis ( BA 45) en pars orbitalis (BA 47, figuur 2). Randomize stimulatien plaats om tussen patiënten.
- Hebben patiënten een 40-item foto-naming taak onmiddellijk vóór en na elke sessie TMS. Foto stimuli zijn afkomstig uit de Snodgrass en Vanderwart 16 punt set, de Peabody Picture Vocabulary Test 21, en de International Picture Naming Project (IPNP) databank 22. De 40-post lijsten moeten worden afgestemd met betrekking tot woord lengte, frequentie en semantische categorie, in onze post bevat 20 items waren nieuw, terwijl 20 de hele testsessies werden herhaald om te beoordelen voor de praktijk effecten. Uitingen moet als juist worden geteld wanneer zij afwijken van de doelgroep met niet meer dan een foneem 8. Woordenlijst orde moet worden gerandomiseerd over onderwerpen en elk onderwerp moet verschillende woordenlijsten bij elk bezoek ontvangt.
- Bepaal de optimale plaats van de stimulatie door het uitvoeren van een sample t-de onderzoeken de verandering in beeld-naamgeving prestaties bij elke plaats van de gemiddelde verandering in het benoemen performance voor alle andere sites. Vervolgens vergelijkt de verandering optreden in de optimale plaats van de variantie van de prestaties in de zes vooraf rTMS sessies, als de verandering in de prestaties na rTMS groter is dan twee maal de standaardafwijking van de gemiddelde pre-TMS prestaties, is het onwaarschijnlijk dat het voordeel in het benoemen van prestaties is toe te schrijven aan de test-hertest variabiliteit 9.
- Voor sham plaats-vinden, beheren STM's over de pars triangularis. Deze locatie fungeert als de "optimale plaats" voor de sham arm van de behandelfase, zoals beschreven in het protocol hoofdstuk 4.
4. Behandelingsfase
- Dien rTMS of STM's om de optimale stimulatie site voor tien dagen in een periode van twaalf dagen (stimulatie op elke doordeweekse dag een weekend uit).
- Op de eerste dag van de stimulatie, de volgorde van de gebeurtenissen is als volgt: hebben de patiënt ondergaat een fMRI (met gelijktijdige foto-naamgeving, zoals in de uitgangswaarde), beheren van de 40-punt naamgeving taak, het stimuleren van de optimale site met 20 min van ofwel 1 Hz rTMS bij 90% RMT of STM's, opnieuw toedienen van de naamgeving taak, en de patiënt uiteindelijk hebben ondergaan een tweede fMRI met gelijktijdige foto-naamgeving.
- Op dag twee tot en met negen, het protocol bestaat uit een 20-minuten rTMS sessie (1200 pulsen), met 1 Hz rTMS bij 90% RMT of STM's.
- Op dag tien, het stimuleren van de optimale plaats voor 20 min met 1 Hz rTMS, voorafgegaan en gevolgd door de foto-naamgeving taak. Van de nota, lijsten picture artikel dat op de dag een en tien moet anders, maar op elkaar afgestemd voor de frequentie, woordlengte, en semantische categorie als hierboven vermeld.
5. Twee-en zes-maanden follow-up bezoeken
- Twee maanden na de dag tien van ofwel rTMS of STM's, herhaal basislijn testen (stap 2.1), alsmede fMRI met gelijktijdige foto-naamgeving.
- Patiënten in de sham conditie moet dan oversteken naar echte TMS conditie, te beginnen met de optimale locatie-finding fase (figuur 1).
- Zes maanden folgende dag tien van echte rTMS stimulatie, herhaal basislijn testen (zoals in stap 2.1), en hebben ook patiënten ondergaan een fMRI met een gelijktijdige foto-naamgeving taak.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
In de site-finding fase van dit onderzoek, de meeste, maar niet alle patiënten reageren optimaal op de foto-naamgeving taak om stimulatie van de juiste pars triangularis 14. In onze ervaring, is de prestaties van patiënten op foto naamgeving meest consistent vergemakkelijkt door stimulatie van het ventrale posterieure aspect van de pars triangularis (Figuur 3).
Langdurig prestatieverbetering op gestandaardiseerde taalassessments is geïllustreerd in figuur ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het doel van dit artikel is om detail de stappen voor het identificeren van een responsieve beoogde locatie in de rechter hersenhelft bij patiënten met chronische niet-vloeiende afasie. Door dit te doen, zijn we in staat om die doelstelling regio therapeutisch stimuleren, evalueren van de effecten van de stimulatie op taalvaardigheid, en het gebruik van lage-frequentie rTMS op lange termijn verbeteringen in het benoemen en spreekvaardigheid in patiënten met chronische niet-vloeiende afasie ontlokken. Onze aanpak replice...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
Dit werk wordt ondersteund door de volgende financieringsbronnen:
MAN: NIH 2R01 DC05672-04A2
RHH: NIH / NINDS 1K01NS060995-01A1
RHH: Robert Wood Johnson Foundation / Harold Amos Medische Faculteit Development Program
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Rapid transcranial magnetic stimulator | Magstim | ||
| 3.0 Trio Scanner | Siemens | ||
| 8 kanaals hoofdspoel | Siemens | ||
| Brainsight neuronavigatorsysteem | Rogue Research |
Referenties
- 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. 3rd, 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. , In Press (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). , Lippincott, Williams & Wilkins. (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. , Lea and Febiger. (1972).
- Goodglass, H., Kaplan, E., Barresi, B. Boston Diagnostic Aphasia Examination (BDAE). , Lippincott, Williams & Wilkins. (1983).
- Helm-Estabrooks, N. Cognitive linguistic quick test (CLQT): Examiner's manual. , Psychological Corporation. (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).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
