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La utilización de Estimulación Magnética Transcraneal Repetitiva para mejorar la función del lenguaje en pacientes con accidente cerebrovascular crónico con afasia no fluente

Published: July 2, 2013 doi: 10.3791/50228
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 3,4,5, 1,2
1Department of Neurology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 2Center for Cognitive Neuroscience, University of Pennsylvania, 3Veterans Affairs Boston Healthcare System, 4Harold Goodglass Aphasia Research Center, Boston University School of Medicine, 5Department of Neurology, Boston University School of Medicine

Summary

Se explora el uso de la estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr) para mejorar las habilidades del lenguaje en pacientes con accidente cerebrovascular crónico y la afasia no fluente. Después de la identificación de un sitio en la circunvolución frontal adecuado para cada paciente que responde de manera óptima a la estimulación, nos dirigimos a este sitio durante los diez días de tratamiento EMTr.

Abstract

La estimulación magnética transcraneal (TMS) se ha demostrado que mejora significativamente la función del lenguaje en los pacientes con afasia no fluente 1. En este experimento, se demuestra la administración de la EMT repetitiva de baja frecuencia (EMT) a un sitio de estimulación óptima en el hemisferio derecho en pacientes con afasia no fluente crónica. Una batería de medidas de lenguaje estandarizado se administra con el fin de evaluar el rendimiento de línea de base. Los pacientes son posteriormente asignados al azar a recibir rTMS reales o estimulación inicial farsa. Los pacientes en la estimulación real, se someten a una fase sitio de investigación, compuesto de una serie de seis sesiones de rTMS administrados durante cinco días; estimulación se entrega a un sitio diferente en el lóbulo frontal derecho durante cada una de estas sesiones. Cada sesión de sitio hallazgo consta de 600 pulsos de 1 Hz rTMS, precedidos y seguidos por una tarea de denominación de dibujos. Al comparar el grado de cambio transitorio en el nombramiento de la capacidad provocado por la estimulación de candidate sitios, somos capaces de localizar la zona de respuesta óptima para cada paciente individual. A continuación, administramos EMTr a este sitio durante la fase de tratamiento. Durante el tratamiento, los pacientes se someten a un total de diez días de estimulación en el lapso de dos semanas; cada sesión se compone de 20 min de 1 Hz rTMS entregados al 90% del umbral motor en reposo. La estimulación se combina con una tarea fMRI de nombres en el primer y último día de tratamiento. Después de la fase de tratamiento se ha completado, la batería lenguaje obtenido al inicio del estudio se repite dos y seis meses después de la estimulación con el fin de identificar los cambios inducidos por la rTMS en el rendimiento. La tarea fMRI de nombres también se repite dos y seis meses después del tratamiento. Los pacientes asignados al azar al brazo de acupuntura simulada del estudio sometidos farsa sitio de los hechos, el tratamiento simulado, fMRI de denominación estudios e idioma repetir la prueba dos meses después de finalizar el tratamiento simulado. Pacientes Sham se cruzan en el brazo de estimulación real, completando verdadero sitio de los hechos, tratam realesent, fMRI, y dos-y las pruebas de seis meses el idioma después de la estimulación.

Introduction

La afasia-un déficit adquirido la capacidad de la lengua-es una consecuencia común y, a menudo debilitante de accidente cerebrovascular 2. Aunque un cierto grado de recuperación de la afasia después del accidente cerebrovascular agudo es típico, muchos pacientes experimentan al menos algún grado de déficit persistentes, y las terapias existentes del idioma se consideran generalmente ser sólo moderadamente eficaces para facilitar la recuperación de 3-5. Los últimos años han visto la aparición de técnicas de estimulación no invasivas, como la estimulación magnética transcraneal (TMS) y prometedoras para el tratamiento potencial de una variedad de déficits después del accidente cerebrovascular, incluyendo afasia. TMS emplea el principio de la inducción electromagnética e implica la generación de un campo magnético rápidamente fundente en una bobina de alambre. Cuando la bobina se coloca adyacente a la cabeza de un sujeto, el campo magnético penetra en el cuero cabelludo y el cráneo, la inducción de una corriente que subyace en neuronas corticales que es suficiente para despolarizar las membranas neuronales y de genestasa de potenciales de acción 3. TMS parámetros como la frecuencia, la intensidad y el número de impulsos se pueden variar para obtener diferentes efectos neurofisiológicos, conductuales y perceptual 4,5. TMS repetitiva (rTMS) implica la administración de una serie de pulsos a una frecuencia predeterminada y produce efectos que puedan sobrevivir al aplicación de la estimulación. Germane para el experimento actual, la evidencia muestra que la rTMS entregados a una frecuencia baja (0,5-2 Hz) tiende a disminuir focalmente excitabilidad cortical, mientras que la estimulación de alta frecuencia se ha asociado con excitación cortical 3. rTMS se ha explorado como un tratamiento para varios trastornos neurológicos y psiquiátricos, más notablemente la depresión 6.

Un creciente cuerpo de evidencia sugiere que la EMTr de baja frecuencia pueden ser utilizados para mejorar la recuperación del lenguaje en personas con afasia crónica inducida por apoplejía. Naeser y 7,8 colegas fueron los primeros en aplicar 1 Hz inhibitory rTMS de la circunvolución frontal inferior derecha durante 20 minutos cinco días a la semana durante dos semanas en cuatro pacientes diestros con afasia no fluente crónica. Se observaron mejoras significativas en la nomenclatura, que persistió durante al menos ocho meses después de la finalización de la estimulación 8. Posteriormente Hemos replicado y ampliado estos resultados, y hemos demostrado que 1 Hz de estimulación resultó en mejoras persistentes en ambos nombres y el habla espontánea provocada en pacientes afásicos no fluentes crónicas 9-11. Alentador, los resultados de los estudios pequeños tales como éstos se han replicado en nuevas investigaciones en pacientes con accidente cerebrovascular crónica 12, así como en pacientes con accidente cerebrovascular subagudo y afasia 13.

Una característica importante y casi omnipresente de TMS estudios previos en pacientes con afasia no fluente es que los efectos beneficiosos de la estimulación parecen ser específica del sitio. Adoptando el enfoque inicialmente empleado por Naesery sus colegas, la mayoría de las investigaciones en las que rTMS se ha utilizado para facilitar la recuperación de la lengua se han centrado en la pars triangularis derecho 1 (área de Brodmann 45). De hecho, la evidencia reciente ha sugerido que la estimulación de otras regiones de la circunvolución frontal inferior derecha puede ser ineficaz, o incluso puede tener efectos perjudiciales sobre el rendimiento de idioma 14, lo que subraya la necesidad de identificación individual cuidadosa de los sitios de estimulación óptimas.

Basándose en el enfoque establecido por Naeser y colaboradores 8, nuestra investigación en curso explora los efectos de la estimulación magnética transcraneal repetitiva inhibitorios en la circunvolución frontal inferior de la capacidad de lenguaje, y también examina la especificidad topográfica de efectos EMTr en el lóbulo frontal derecho. En este artículo, ofrecemos una descripción detallada de cómo un sitio óptimo para la estimulación puede ser identificada en pacientes con afasia no fluente crónica. A continuación describimos la administración de la EMTr terapéuticos y explicamos our técnicas para evaluar la eficacia de la estimulación en la recuperación de la lengua en la mejora de esta población.

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Protocol

1. Evaluación Pre-Tratamiento

  1. Reclutar a los pacientes que cumplen con los requisitos de elegibilidad para el estudio. Estos criterios incluyen un solo unilateral izquierda hemisferio accidente cerebrovascular,, isquémica que ahorra el área motora suplementaria (SMA), de leve a moderada del habla no fluida (definida como la capacidad de producir palabras significativas y por lo menos una palabra de longitud de serie 2-4), entre las edades de 18 y 75 y por lo menos seis meses después del accidente cerebrovascular.
  2. Además, todos los pacientes potenciales deben ser capaces de nombrar al menos tres de los primeros 30 puntos del Boston Naming prueba 15, un promedio de al menos tres imágenes de los 20 cuando se presenta con diez series de estímulos de denominación de dibujos tomados de la Snodgrass y Vanderwart corpus 16, y la puntuación igual o superior al percentil 25 en las subpruebas de comprensión de palabras y comandos en el Boston Diagnostic Examen Aphasic 17.
  3. Llevar a cabo un examen de detección médica para asegurar que los pacientes son hsuficiente ealthy a participar en el estudio, y que no existen contraindicaciones para someterse a una resonancia (MRI) o TMS magnética.

2. Pruebas de Línea de Base

  1. Administrar un grupo de pruebas estandarizadas en tres días diferentes para evaluar el grado de deterioro del lenguaje de cada paciente y los déficits en otros dominios cognitivos. Las pruebas incluyen la cookie Robo foto Descripción subtest del bdae 18, bdae (2 ª ed.) Subpruebas para la comprensión de textos (Word Discriminación Basic) y comandos, Boston Naming prueba 15, juegos de 40 líneas estímulos dibujo tomados del Snodgrass y Vanderwart Galería de fotos de 16, y la Lingüística Cognitiva Prueba Rápida 19 (CLQT).
  2. Iniciar una línea de base estudio BOLD-fMRI en el que el paciente realiza una tarea de denominación de dibujos con respuesta oral. Recoger todo el cerebro imágenes de alta resolución en T1 con una secuencia MPRAGE (RT = 1620 ms, TE = 3,87 ms, FA = 15, FOV = 192 x 256 = 160, rebanadas, tamaños voxel = 1 mm 3). Adquirir volúmenes funcionales utilizando una secuencia T2 echoplanar BOLD * ponderado de todo el cerebro (TR = 3000 seg, TE = 35 ms, FA = 90, FOV = 128 x 128, rebanadas = 31 tamaños voxel = 1,875 mm 2, grosor de corte = 4 mm).
  3. Selección aleatoria de los pacientes ya sea en un grupo que recibió EMT repetitiva (EMTr reales) o un grupo que recibe la estimulación simulada inicial (STM), seguido de la EMTr (Figura 1).

3. Identificación de sitios óptimos de estimulación

  1. Con el fin de orientar la EMTr a sitios corticales de forma precisa y exacta, utilice un sistema neuronavigational (por ejemplo Brainsight, Rogue Research, Montreal) al co-registro de alta resolución las imágenes potenciadas en T1 de todo el cerebro (ver 2.2) con la ubicación del paciente y la bobina. Para el grupo EMTr, determinar el umbral motor en reposo (RMT) a través de la estimulación de la corteza motora derecha e inspección visual posterior 20.
  2. En seis sesiones separadas llevadas a cabo durante cinco días (dos sesiones realizadas en el día final, con un descanso de 45 minutos entre las sesiones), administrar diez minutos de cualquiera de EMTr (600 pulsos de 1 Hz a una intensidad del 90% RMT) o STM para diferentes sitios en el lóbulo frontal inferior derecho: la corteza motora primaria (M1) que corresponden a la boca, pars opercularis (BA 44), pars triangularis anterior (BA 45), pars triangularis posterior dorsal (BA 45), párrs posteriores ventrales triangularis ( BA 45), y orbitalis pars (BA 47; Figura 2). Randomize stimulation sitio para cada paciente.
  3. Tiene los pacientes a realizar una tarea de denominación de dibujos de 40 ítems inmediatamente antes y después de cada sesión de TMS. Estímulos de imágenes se toman de la Snodgrass y Vanderwart 16 conjunto de elementos, el Peabody Picture Vocabulary Test 21, y el Proyecto de nomenclatura Picture Internacional (IPNP) base de datos 22. La lista de 40 elementos deben coincidir con respecto a la longitud de palabra, la frecuencia y categoría semántica, en nuestro artículo enumera 20 ítems fueron novela, mientras que 20 se repitieron a lo largo de las sesiones de prueba para evaluar los efectos de la práctica. Las expresiones deben ser contados como correcta si difieren del objetivo de no más de un fonema 8. El orden de visualización Palabra debe ser aleatorio a través de temas y cada tema debe recibir diferentes listas de palabras en cada visita.
  4. Determinar el lugar óptimo de estimulación mediante la realización de una muestra de t-test comparando el cambio en el rendimiento de denominación de dibujos en cada sitio para el cambio medio en el nombramiento de performance de todos los otros sitios. A continuación, compara el cambio en el rendimiento en el sitio óptimo para la varianza de rendimiento a través de todos los seis sesiones previas a la rTMS, si el cambio en el rendimiento después de la rTMS es mayor que dos veces la desviación estándar de rendimiento medio de pre-TMS, es poco probable que el beneficio en el nombramiento de desempeño es atribuible a la variabilidad test-retest 9.
  5. Para farsa sitio de los hechos, administrar STM sobre la pars triangularis. Esta ubicación actúa como el "lugar óptimo" para el grupo de tratamiento simulado de la fase de tratamiento, tal como se describe en la sección Protocolo 4.

4. Fase de Tratamiento

  1. Administrar rTMS o STM al sitio de estimulación óptima durante diez días en un período de doce días (estimulación en cada día de la semana, con fines de semana libres).
  2. En el primer día de la estimulación, el orden de los eventos es la siguiente: el paciente se someterá a una resonancia magnética funcional (con la concurrente de denominación de dibujos, como en la línea de base), administrar la tarea de denominación de 40 ítems, estimular el s óptimaite el uso de 20 min ya sea de 1 Hz rTMS a 90% RMT o STM, administrar la tarea de denominación de nuevo, y, finalmente, que el paciente se someten a una segunda resonancia magnética funcional con concurrente de denominación de dibujos.
  3. El día dos al nueve, el protocolo consiste en una sesión de estimulación magnética transcraneal repetitiva de 20 minutos (1200 pulsos), usando rTMS 1 Hz a 90% RMT o STM.
  4. El día diez, estimular el sitio óptimo durante 20 minutos con 1 Hz rTMS, precedida y seguida por la tarea de denominación de dibujos. De la nota, elemento de imagen aparece en las listas de uno a diez días debería ser diferente, pero coincide con la frecuencia, longitud de la palabra, y la categoría semántica como se señaló anteriormente.

5. Dos y seis meses las visitas de seguimiento

  1. Dos meses después de diez días de cualquiera de EMTr o STM, repiten las pruebas de referencia (paso 2.1), así como con fMRI concurrente de denominación de dibujos.
  2. Los pacientes en la condición simulada a continuación, deben cruzar con propiedades condiciones TMS, comenzando con la fase de sitio-hallazgo óptima (Figura 1).
  3. Seis meses siguienguientes diez días de estimulación rTMS real, Prueba de repetición de línea de base (como en el paso 2.1), y también han pacientes someterse a otra fMRI con una tarea de denominación de dibujos concurrente.

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Representative Results

En la fase sitio de investigación de la presente investigación, la mayoría pero no todos los pacientes responden de manera óptima a la tarea de denominación de dibujos a la estimulación de la pars triangularis derecho 14. En nuestra experiencia, el rendimiento de los pacientes en la denominación de dibujos se facilita más consistentemente por la estimulación de la cara posterior ventral de la pars triangularis (Figura 3).

Mejoras a largo plazo en el rendimiento en las evaluaciones de lenguaje estandarizado se ilustra en la Figura 4. Esta figura muestra los resultados de un representante del paciente en quien la precisión de denominación de dibujos, tanto en el BNT y bdae (Designación de Categorías subsecciones) aumentó con el tiempo después del tratamiento con estimulación magnética transcraneal repetitiva.

Figura 1
Figura 1. Diagrama de flujo Protocolo. Después de la visita de dos meses, todos los pacientes en la condición cruz simulada over al brazo rTMS real.

La figura 2
Figura 2. . Los candidatos para el sitio óptimo de estimulación Estos incluyen M1 correspondiente a la boca (rojo) y cinco ubicaciones en el rIFG: 1) pars opercularis (BA 44, de color anaranjado), 2) anterior pars triangularis (BA 45; amarilla), 3) dorsal pars triangularis posterior (BA 45, azul), 4) pars triangularis posteriores ventrales (BA 45, de color verde), y 5) pars orbitalis (BA 47, púrpura). La flecha sólida indica la rama horizontal anterior. La flecha sombreada indica la rama ascendente.

Figura 3
Figura 3. Porcentaje de cambio en la nomenclatura entre los pacientes. El porcentaje de cambio en el rendimiento en una tarea de denominación observed antes y después de la rTMS a los seis sitios del hemisferio derecho durante el pre-tratamiento de la fase sitio de investigación para nueve pacientes. Las líneas verticales representan el error estándar.

Figura 4
La Figura 4. Proporción correcta a través del tiempo en las tareas de denominación de dibujos para un paciente. Resultados de los primeros 20 artículos BNT y bdae "Designación de las categorías" subsecciones demuestran la mejora en el tiempo.

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Discussion

El objetivo de este artículo es detallar los pasos para identificar un sitio de destino receptivo en el hemisferio derecho en pacientes con afasia no fluente crónica. De este modo, somos capaces de estimular esa región diana terapéutica, evaluar los efectos de la estimulación de la capacidad de lenguaje, y el uso de la EMTr de baja frecuencia para obtener mejoras a largo plazo en la denominación y fluidez en los pacientes con afasia no fluente crónica. Nuestro enfoque se replica y extiende los métodos utilizados por los investigadores anteriores, sobre todo Naeser y colegas 8. Es importante destacar que, al igual que un número de investigadores anteriores 8,12,13,23, hemos observado que la mayoría de los pacientes sometidos a sitio-hallazgo responden óptimamente a la estimulación de la pars triangularis. Sin embargo, también hemos encontrado que los pacientes varían con respecto al sitio óptimo dentro de la pars triangularis, y que una minoría exhiben una respuesta óptima a un sitio diferente en la circunvolución frontal inferior derecho 11. Esto pone de relieve la importanciatancia de la identificación del emplazamiento correcto.

Una de las limitaciones del enfoque actual es que el tamaño de las cohortes de pacientes que son investigados por nuestros estudios y por otros estudios no se prestan a la investigación cuantitativa de la relación entre la localización de la lesión y la respuesta a la rTMS en sitios específicos. Una pequeña cantidad de evidencia sugiere que la distribución de las lesiones del hemisferio izquierdo puede ser un determinante importante de la respuesta a la estimulación magnética transcraneal repetitiva en la pars triangularis derecha. Por ejemplo, Martin y sus colegas 23 resultados contrastados en dos pacientes afásicos que recibieron EMTr a este sitio, uno de los cuales mostraron una mejoría en la denominación y otras habilidades lingüísticas y uno de los que no lo hicieron. Los autores plantearon la hipótesis de que las diferencias en la distribución de las lesiones de los pacientes pueden tener en cuenta las diferencias en la respuesta a la estimulación del cerebro, haciendo hincapié en que el paciente que respondió mal a la EMTr tuvo una lesión que se extiende más allá de la frontal inferiorcircunvolución para abarcar regiones dorsales del motor izquierdo y la corteza premotora, la materia blanca profunda cerca de la zona motora suplementaria izquierda, y la porción posterior de la circunvolución frontal media, una región previamente implicado como que tiene un papel importante en el nombramiento de la capacidad 24. Futuros estudios con cohortes grandes de pacientes permitirá para la investigación adicional de la relación entre la distribución de lesión del hemisferio izquierdo y la configuración y modificabilidad de las redes lingüísticas reorganizadas.

Nuestro estudio de diseño actual tiene limitaciones metodológicas potenciales adicionales. Por ejemplo, las pruebas de referencia que no se repite en los pacientes que inicialmente recibieron la estimulación simulada antes de recibir rTMS real. Aunque es concebible que la introducción de rTMS falso y un intervalo de tiempo de dos meses podrían resultar en diferente nivel de línea de base de los resultados para estos pacientes, no ha habido ninguna evidencia hasta la fecha para apoyar cualquier cambio en el rendimiento entre la línea de base y 2-Month seguimiento en los pacientes que reciben los STM. Otra limitación metodológica es que, debido a la diferencia en la experiencia sensorial entre la rTMS y STM reales, es plausible que algunos pacientes que reciben STM pueden ser conscientes del brazo del estudio al que han sido asignados al azar. Sin embargo, el diseño de este experimento es tal que que ningún paciente del grupo de tratamiento simulado del estudio recibe rTMS real antes de cruzar en el brazo de la rTMS. No, por lo tanto, sospecho que los pacientes tienen expectativas claras con respecto a las experiencias sensoriales asociadas con TMS. Una limitación metodológica potencial adicional del estudio es que los estímulos de denominación de dibujos utilizados en la fase de descubrimiento del sitio pueden no haber controlado todos los factores posibles. La lista de 40 ítems fueron agrupados por frecuencia, longitud de la palabra, y la categoría semántica. Además, el orden de las listas fue al azar para todos los sujetos. Sin embargo, ciertas propiedades tales como la edad de adquisición y la familiaridad no fueron controlados, lo que puedeposiblemente han impactado las sesiones sitio de hechos.

El grado de especificidad topográfico en la corteza logrado por TMS es algo discutible y puede considerarse una limitación potencial de estudio. De acuerdo con los estudios de mapeo de motor, la resolución espacial de navegar TMS usando un estándar de 70 mm de la figura-de-8 bobina, se cree que es del orden de 1 cm 2 o menos 25. Así pues, tenemos razones para creer que la EMT se dirigen a regiones tan específicas como los delineados en este estudio. Consistente con esta noción, nuestros datos sugieren fuertemente que los efectos conductuales de la rTMS difieren basan sustancialmente en el sitio de estimulación. Resultados Por otra parte, en consonancia con la idea de que la EMT efectos en la circunvolución frontal inferior derecha puede ser muy específica del sitio, otros han publicado indican que la EMTr de la pars triangularis derecho tiene efectos beneficiosos sobre la imagen posibilidad nomenclatura en los afásicos no fluentes crónicas, mientras que la estimulación de la pars adyacente opercularis puedetener efectos deletéreos 17. Sin embargo, también es importante tener en cuenta que nuestro objetivo en la selección de diferentes regiones del lóbulo frontal derecho inferior no es para identificar sitios en el cerebro, donde los efectos de la TMS son totalmente disociable. Más bien, el sitio de búsqueda de óptima fase del protocolo busca identificar para cada sujeto un destino donde los efectos de la TMS parece mayor. Por lo tanto, no altera sustancialmente los fundamentos del diseño experimental si los efectos de la TMS en dos regiones cercanas (por ejemplo, pars posteriores dorsales triangularis vs ventral posterior pars triangularis) se superponen en cierta medida.

Estudios recientes que implican la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS), otra forma de estimulación cerebral no invasiva, han demostrado que los pacientes pueden experimentar aumentos sinérgicos en la actuación lingüística cuando la estimulación cerebral se combina con las terapias del habla y lenguaje 26,27. Por lo tanto, una limitación potencial final de nuestro actualenfoque es que ninguno de los sujetos incluidos en este protocolo estaban recibiendo terapia del habla simultánea en el momento del estudio. Protocolos de tratamiento EMTr futuros pueden optimizar aún más por el emparejamiento de la estimulación con los tratamientos existentes.

A pesar de estas advertencias, los datos emergentes sugieren que la rTMS podría ser una técnica prometedora para remediar la capacidad de denominación, las habilidades del lenguaje fluidez y de otro tipo en los pacientes con afasia crónica. A medida que más investigadores exploran las posibles aplicaciones de la estimulación cerebral no invasiva en neurorrehabilitación y más concretamente en la afasia, como los resultados de este estudio son útiles, no sólo porque ayudan a aclarar los mecanismos de recuperación neuronal después de una lesión cerebral, sino también porque permiten refinamiento de enfoques metodológicos específicos para el tratamiento. Por ejemplo, nuestra conclusión preliminar, basado en el sitio de búsqueda de procedimientos, que la mayoría de los pacientes responden a la estimulación de la pars triangularis, puede ayudar a establisenfoque ha más ágil a las personas estimulantes con afasia crónica. Normalización de los métodos de estimulación puede llegar a tener en los ensayos clínicos más grandes para ser llevados a cabo con el fin de validar y cuantificar la eficacia de esta y otras técnicas de estimulación cerebral no invasiva en pacientes con post-ictus déficits cognitivos más.

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Disclosures

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Acknowledgments

Este trabajo es apoyado por las siguientes fuentes de financiación:
MAN: NIH 2R01 DC05672-04A2
RHH: NIH / NINDS 1K01NS060995-01A1
RHH: Programa de Desarrollo de la Fundación Robert Wood Johnson / Harold Amos Facultad de Medicina

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rapid transcranial magnetic stimulator Magstim
3.0 Trio Scanner Siemens
8 channel head coil Siemens
Brainsight neuronavigational system Rogue Research

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