Utilisant Stimulation magnétique transcrânienne répétitive pour améliorer la fonction de la langue chez les patients avec un AVC chronique aphasie non fluente

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
Medicine

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Summary

Nous explorons l'utilisation de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) pour améliorer les compétences linguistiques chez les patients ayant subi un AVC chronique et non couramment l'aphasie. Après avoir identifié un site dans la bonne gyrus frontal pour chaque patient qui répond de façon optimale à la stimulation, nous ciblons ce site pendant les dix jours de traitement par SMTr.

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Garcia, G., Norise, C., Faseyitan, O., Naeser, M. A., Hamilton, R. H. Utilizing Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to Improve Language Function in Stroke Patients with Chronic Non-fluent Aphasia. J. Vis. Exp. (77), e50228, doi:10.3791/50228 (2013).

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Abstract

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a été montré pour améliorer de façon significative la fonction du langage chez les patients atteints d'aphasie non fluente 1. Dans cette expérience, nous démontrons l'administration de TMS répétitives à faible fréquence (SMTr) à un site de stimulation optimale dans l'hémisphère droit chez les patients souffrant d'aphasie non fluente chronique. Une batterie de mesures du langage standardisé est administré afin d'évaluer la performance de base. Les patients sont ensuite randomisés pour recevoir soit rTMS réels ou la stimulation de l'imposture initial. Les patients de la stimulation réelle subissent une phase sites d'enquête, composée d'une série de six séances rTMS administrés pendant cinq jours, la stimulation est délivré à un site différent dans le lobe frontal droit au cours de chacune de ces sessions. Chaque session site constatation se compose de 600 impulsions de 1 Hz SMTr, précédé et suivi par un groupe de tableau de nommage. En comparant le degré de changement transitoire en nommant capacité provoquée par la stimulation de la candidate sites, nous sommes en mesure de localiser la zone de réponse optimale pour chaque patient individuel. Nous administrons puis rTMS à ce site pendant la phase de traitement. Pendant le traitement, les patients subissent un total de dix jours de stimulation au cours de la période de deux semaines chaque session est composée de 20 min de 1 Hz SMTr livrés à 90% seuil moteur au repos. La stimulation est jumelé à une tâche de dénomination IRMf sur les premier et dernier jours de traitement. Après la phase de traitement est terminé, la batterie de langue obtenu au départ est répété deux et six mois après la stimulation, afin d'identifier les changements induits par rTMS dans la performance. La tâche IRMf de nommage est également répété deux et six mois après le traitement. Les patients qui sont randomisés dans le bras imposture de l'étude subissent imposture site conclusion, le traitement simulé, IRMf nommage études, et la langue de répétition tester deux mois après la fin du traitement imposture. Patients Sham puis traverser dans le bras de stimulation réel, complétant vrai site d'enquête, véritable treatment, IRMf, et deux et tests de langue post-stimulation de six mois.

Introduction

Aphasie un déficit acquis des connaissances linguistiques, est une conséquence fréquente et souvent débilitante de la course 2. Bien qu'un certain degré de récupération de l'aphasie après un AVC aigu est typique, de nombreux patients éprouvent au moins un certain degré de déficits persistants, et les thérapies de langues existantes sont généralement considérés comme modestement efficace pour faciliter la récupération 3-5. Ces dernières années ont vu l'émergence de techniques de stimulation non invasive telles que la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) comme des approches prometteuses potentiels de traitement pour une variété de déficits après un AVC, y compris l'aphasie. TMS emploie le principe de l'induction électromagnétique et implique la génération d'un champ magnétique fluxage rapidement dans une bobine de fil. Lorsque la bobine est placée adjacente à la tête d'un sujet, le champ magnétique pénètre dans le cuir chevelu et le crâne, ce qui induit un courant dans les neurones corticaux sous-jacent qui est suffisante pour dépolariser les membranes neuronales et les gènestaux potentiels d'action 3. paramètres de TMS tels que la fréquence, l'intensité et le nombre d'impulsions peuvent être modifiées afin obtenir différents effets neurophysiologiques, comportementales et perceptives 4,5. TMS répétitive (SMTr) implique l'administration d'une série d'impulsions à une fréquence prédéterminée et produit des effets qui peuvent survivre à la demande de la stimulation. Pertinente à l'expérience en cours, les données montrent que la SMTr livrés à une fréquence faible (0,5-2 Hz) tend à diminuer focalement excitabilité corticale, tandis que la stimulation à haute fréquence a été associée à l'excitation corticale 3. SMTr a été étudiée comme traitement de divers troubles neurologiques et psychiatriques, notamment la dépression 6.

Un nombre croissant de preuves suggère que la SMTr à basse fréquence peuvent être utilisés pour améliorer la récupération du langage chez les personnes atteintes d'aphasie course chronique induite. Naeser et collègues 7,8 furent les premiers à appliquer 1 Hz inhibitory rtms au gyrus frontal inférieur droit pendant 20 minutes cinq jours par semaine pendant deux semaines dans quatre patients droitiers avec aphasie non fluente chronique. Des améliorations significatives ont été observées dans la dénomination, qui a persisté pendant au moins huit mois après la fin de la stimulation 8. Nous avons ensuite répliqué et étendu ces résultats, et nous avons démontré que la stimulation de 1 Hz entraîné des améliorations persistantes dans les deux nommage et spontanée discours a suscité chez les non-fluent patients aphasiques chroniques 9-11. Encourageant, les résultats de petites études comme celles-ci ont été reproduits dans d'autres investigations chez les patients ayant subi un AVC 12 chronique, ainsi que chez les patients ayant subi un AVC subaigu et aphasie 13.

Une caractéristique importante et presque omniprésente des études antérieures TMS chez les patients atteints d'aphasie non fluente est que les effets bénéfiques de stimulation semblent être spécifiques au site. L'adoption de l'approche initialement employé par Naeseret ses collègues, la plupart des enquêtes dans lesquelles SMTr a été utilisé pour faciliter la récupération de la langue ont ciblé les bonnes pars triangularis 1 (aire de Brodmann 45). En effet, des données récentes suggèrent que la stimulation d'autres régions du gyrus frontal inférieur droit peut être inefficace ou peut même avoir des effets néfastes sur les performances de la langue 14, soulignant la nécessité d'attention identification individuelle des sites de stimulation optimale.

S'appuyant sur ​​l'approche établie par Naeser et ses collègues 8, notre enquête en cours explore les effets de la SMTr inhibitrice dans le gyrus frontal inférieur sur la capacité de la langue, et examine également la spécificité topographique d'effets rTMS dans le lobe frontal droit. Dans cet article, nous proposons une description détaillée de la façon dont un site optimal pour la stimulation peut être identifiée chez les patients souffrant d'aphasie non fluente chronique. Nous décrivons ensuite l'administration de la rTMS thérapeutiques et expliquer ousr techniques permettant d'évaluer l'efficacité de la stimulation améliorer la récupération de la langue dans cette population.

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Protocol

1. L'évaluation pré-traitement

  1. Recruter des patients qui répondent aux critères d'admissibilité à l'étude. Ces critères comprennent un seul unilatérale hémisphère gauche AVC, ischémique qui épargne la zone motrice supplémentaire (SMA), d'intensité légère à modérée discours non-courant (défini comme la capacité à produire des mots significatifs et au moins une chaîne de longueur de texte 2-4), entre les âges de 18 et 75 et au moins six mois post-AVC.
  2. En outre, tous les patients potentiels doivent être en mesure de nommer au moins trois des 30 premiers articles sur le Boston Naming Test de 15, soit une moyenne d'au moins trois photos sur 20 lorsqu'ils sont présentés avec dix séries de photos de dénomination stimuli provenant de l'Snodgrass et Vanderwart corpus 16, et le score égal ou supérieur au 25e percentile sur les sous-tests de compréhension de texte et des commandes sur le Boston Diagnostic examen Aphasic 17.
  3. Procéder à un examen de dépistage médical pour s'assurer que les patients sont hassez Ealthy à participer à l'étude, et qu'il n'y a aucune contre-indication à subir une imagerie par résonance magnétique (IRM) ou TMS magnétique.

2. les tests de base

  1. Administrer une batterie de tests standardisés sur trois jours différents pour évaluer l'ampleur de la déficience et des déficits de la langue de chaque patient dans d'autres domaines cognitifs. Les tests comprennent le Cookie Theft image Description sous-test de la bdae 18, bdae (2 e éd.) Sous-tests de compréhension de textes (discrimination Word Basic) et des commandes, Boston Naming Test de 15 ensembles de 40 lignes stimuli de dessin tirés de la Snodgrass et Vanderwart base de données d'image 16, et la linguistique cognitive Quick Test 19 (CLQT).
  2. Initier une étude BOLD-IRMf référence dans lequel le patient effectue une tâche de dénomination image avec réponse orale. Recueillir l'ensemble du cerveau images pondérées en T1 haute résolution avec une séquence de MPRAGE (RT = 1,620 msec, TE = 3,87 ms, FA = 15, FOV = 192 x 256, tranches = 160, taille de voxel = 1 mm 3). Acquérir des volumes fonctionnels en utilisant un T2 séquence echoplanaires BOLD *-pondéré l'ensemble du cerveau (TR = 3,000 sec, TE = 35 ms, FA = 90, FOV = 128 x 128, tranches = 31, taille de voxel = 1,875 mm 2, l'épaisseur de coupe = 4 mm).
  3. Aléatoire patients soit dans un groupe recevant TMS répétitives réels (rTMS) ou un groupe recevant une stimulation factice initial (STM), suivie par rTMS (Figure 1).

3. Identification des sites de stimulation optimal

  1. Afin de cibler rTMS vers des sites corticaux d'une manière précise et exacte, utilisez un système neuronavigational (par exemple Brainsight, Rogue Research, Montréal) à co-enregistrer des images haute résolution pondérées en T1 ensemble du cerveau (voir 2.2 ci-dessus) avec l'emplacement du patient et de la bobine. Pour le groupe rTMS, déterminer seuil moteur au repos (RMT) via la stimulation du cortex moteur à droite et l'inspection visuelle ultérieure 20.
  2. En six sessions distinctes menées sur cinq jours (deux sessions menées sur la dernière journée, avec une pause de 45 minutes entre les sessions), administrer dix minutes de SMTr (soit 600 impulsions de 1 Hz à une intensité de 90% RMT) ou STM à différents sites dans le lobe frontal droit inférieur: le cortex moteur primaire (M1) correspondant à la bouche, pars opercularis (BA 44), pars triangularis antérieures (BA 45), pars postérieures dorsales triangularis (BA 45), pars triangularis ventrales postérieures ( BA 45), et orbitalis pars (BA 47, figure 2). Aléatoire stimulation Afin de site entre les patients.
  3. Ayez patients effectuent une tâche image de nommage 40 éléments immédiatement avant et après chaque séance TMS. stimuli de l'image sont prises à partir de la Snodgrass et Vanderwart 16 ensemble de l'article, le Peabody Picture Vocabulary Test 21, et le projet de dénomination de l'image internationale (IPNP) de base de données 22. Les listes de 40 éléments doivent être adaptés en ce qui concerne la longueur des mots, la fréquence et catégorie sémantique; dans notre article énumère 20 éléments étaient nouveaux tandis que 20 ont été répétés tout au long des séances d'essais afin d'évaluer les effets de la pratique. Déclarations devraient être comptabilisées comme étant correctes si elles diffèrent de la cible de pas plus d'un phonème 8. Liste ordre des mots doit être randomisés dans toutes les disciplines et chaque sujet doit recevoir différentes listes de mots à chaque visite.
  4. Déterminer l'emplacement de stimulation optimal en effectuant un échantillon de tests t comparant l'évolution des performances image de nommage sur chaque site pour le changement moyen en nommant performanCE pour toutes les autres sites. Ensuite, comparer l'évolution des performances sur le site optimal pour la variance de la performance dans les six sessions pré-rTMS, si l'évolution des performances après SMTr est supérieure à deux fois l'écart type de la moyenne des performances pré-TMS, il est peu probable que l'avantage en nommant performance est attribuable aux test-retest variabilité 9.
  5. Pour imposture site constatation, administrer STMS sur le triangularis des pars. Cet endroit est le «site optimal" pour le bras imposture de la phase de traitement, tel que décrit dans le protocole section 4.

4. Phase de traitement

  1. Administrer rTMS ou STMS sur le site de stimulation optimal pendant dix jours sur une période de douze jours (stimulation de tous les jours avec le week-end de repos).
  2. Le premier jour de la stimulation, l'ordre des événements est la suivante: demander au patient de subir une IRM (avec concurrente image de nommage, comme référence), administrer la tâche de dénomination de 40 items, stimuler le s optimalite à l'aide de 20 min soit 1 Hz SMTr à 90% RMT ou STMS, administrer à nouveau la tâche de dénomination, et enfin que le patient subisse un deuxième IRMf avec concurrente image de nommage.
  3. Les jours de deux à neuf, le protocole consiste en une séance de 20 minutes de SMTr (1200 impulsions), en utilisant 1 Hz SMTr à 90% RMT ou STM.
  4. En dix jours, de stimuler le site optimal pendant 20 min avec 1 Hz SMTr, précédé et suivi par le groupe de photo de nommage. Fait à noter, point d'image apparaît sur les listes un et dix jours devrait être différent, mais adapté pour la fréquence, la longueur des mots, et la catégorie sémantique comme indiqué ci-dessus.

5. Deux et six mois des visites de suivi

  1. Deux mois après dix jours de SMTr soit ou STMS, répétez les tests de base (étape 2.1), ainsi que l'IRMf avec concurrente image de nommage.
  2. Les patients de l'état imposture doivent ensuite traverser à condition réelle des TMS, en commençant par la phase site constatation optimale (figure 1).
  3. Six mois suiLowing dix jours de véritable stimulation rTMS, les tests de base de répétition (comme dans l'étape 2.1), et ont également des patients subir un autre IRMf avec une tâche de dénomination image concurrente.

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Representative Results

Dans la phase site conclusion de cette enquête, la plupart, mais pas tous les patients répondent de façon optimale à la tâche image de nommage à la stimulation des bons pars triangularis 14. Dans notre expérience, la performance des patients sur l'image appellation est la plus constante facilitée par la stimulation de la face postérieure ventrale de la triangularis pars (Figure 3).

Amélioration à long terme de la performance sur les évaluations linguistiques standardisés est illustrée dans la Figure 4. Cette figure montre les résultats d'un patient représentant en qui exactitude image de dénomination à la fois dans la BNT et bdae (dénomination de Produits paragraphes) a augmenté au fil du temps après le traitement avec rTMS.

Figure 1
Figure 1. organigramme du Protocole. Après la visite de deux mois, tous les patients dans la condition croix imposture over à la véritable bras de SMTr.

Figure 2
Figure 2. Les candidats pour le site. Optimal de Stimulation Ces comprennent M1 correspondant à la bouche (rouge) et cinq endroits dans le rIFG: 1) pars Opercularis (BA 44; orange), 2) anterior pars triangularis (BA 45, jaune), 3) dorsale pars triangularis postérieur (BA 45, bleu), 4) pars triangularis ventrales postérieures (BA 45, vert), et 5) pars orbitalis (BA 47, violets). La flèche pleine indique la branche horizontale antérieure. La flèche hachurée indique la branche montante.

Figure 3
Figure 3. Variation en pourcentage de dénomination selon les patients. L'changement pour cent de la performance sur une tâche de dénomination observed avant et après SMTr aux six sites de l'hémisphère droit au cours de la phase de prétraitement site pour trouver des neuf patients. Les lignes verticales représentent l'erreur standard.

Figure 4
Figure 4. Proportion correcte au fil du temps dans l'image de nommage des tâches pour un seul patient. Résultats des 20 premiers éléments BNT et bdae «Nommer dans les catégories« paragraphes démontrent une amélioration au fil du temps.

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Discussion

Le but de cet article est de détailler les étapes de l'identification d'un site cible sensible dans l'hémisphère droit chez les patients souffrant d'aphasie non fluente chronique. Ce faisant, nous sommes capables de stimuler cette région cible thérapeutique, d'évaluer les effets de la stimulation sur la capacité de la langue, et utiliser SMTr à basse fréquence pour obtenir des améliorations à long terme dans la dénomination et la fluidité chez les patients souffrant d'aphasie non fluente chronique. Notre approche reprend et étend les méthodes utilisées par les enquêteurs antérieurs, notamment Naeser et collègues 8. Surtout, comme un certain nombre de chercheurs antérieurs 8,12,13,23, nous avons observé que la plupart des patients subissant site constatation répondre de manière optimale à la stimulation de la triangularis des pars. Cependant, nous avons également constaté que les patients varient en ce qui concerne site optimal dans le triangularis des pairs, et qu'une minorité présentent une réponse optimale à un site différent dans le gyrus frontal inférieur droit 11. Cela souligne l'importanceimportance de l'identification du site correct.

Une des limites de l'approche actuelle est que la taille des cohortes de patients qui sont étudiées par nos études et d'autres études ne se prêtent pas à une enquête quantitative de la relation entre localisation de la lésion et la réponse à la SMTr sur des sites spécifiques. Un petit corps de preuves suggère que la distribution des lésions de l'hémisphère gauche peut être un déterminant important de la réponse à la rTMS dans la bonne pars triangularis. Par exemple, Martin et ses collègues 23 résultats contrastés chez deux patients aphasiques qui ont reçu des SMTr à ce site, l'un d'entre eux ont montré une amélioration de nommage et d'autres compétences linguistiques et l'un d'eux ne l'ont pas. Les auteurs ont émis l'hypothèse que les différences dans la distribution des lésions des patients pourraient expliquer les différences dans la réponse à la stimulation du cerveau, en soulignant que le patient qui a répondu mal à rTMS avait une lésion s'étendant au-delà du frontal inférieurgyrus pour englober les régions dorsales du moteur gauche et le cortex prémoteur, la substance blanche profonde près de l'aire motrice supplémentaire gauche, et la partie postérieure du gyrus frontal moyen, une région déjà impliquée comme ayant un rôle important dans la capacité de nommer 24. Les futures études avec de plus grandes cohortes de patients permettront d'enquête supplémentaire de la relation entre la répartition de la lésion de l'hémisphère gauche et la configuration et modification des réseaux linguistiques réorganisés.

Notre conception de l'étude actuelle a des limites méthodologiques potentiels supplémentaires. Par exemple, les tests de base n'est pas répété pour les patients qui avaient initialement reçu une stimulation factice avant de recevoir réels rTMS. S'il est concevable que l'introduction de faux rTMS et un intervalle de temps de deux mois pourrait entraîner niveau de référence différente de la performance de ces patients, il n'y a eu aucune preuve à ce jour pour soutenir les changements de performances entre le début et la 2-month suivi chez les patients recevant STM. Une autre limite méthodologique est que, en raison de la différence dans l'expérience sensorielle entre les vrais rTMS et STMS, il est plausible que certains patients recevant STMS peuvent être conscient du bras de l'étude à laquelle ils ont été randomisés. Cependant, la conception de cette expérience est telle que qu'aucun patient dans le bras imposture de l'étude reçoit réels SMTr avant de traverser plus dans le bras rTMS. Nous n'avons donc pas soupçonner que les patients ont des attentes claires concernant les expériences sensorielles associées aux TMS. Une limite méthodologique potentiel supplémentaire de l'étude est que les stimuli image de nommage utilisés lors de la phase site constatation peut-être pas contrôlé tous les facteurs possibles. Les listes de 40 éléments ont été appariés pour la fréquence, la longueur des mots, et la catégorie sémantique. En outre, l'ordre des listes a été randomisé pour tous les sujets. Toutefois, certaines propriétés telles que l'âge d'acquisition et la familiarité sont pas contrôlés pour, ce qui peutpeut-être eu une incidence sur les séances site constatation.

Le degré de spécificité topographique dans le cortex atteint par TMS est un peu discutable et peut être considérée comme une limitation de l'étude du potentiel. Selon les études de cartographie moteur, la résolution spatiale de naviguer TMS en utilisant un standard de 70 mm figure-of-8 bobine, est pensé pour être de l'ordre de 1 cm 2 ou moins 25. Nous avons donc des raisons de croire que les TMS vise régions aussi précis que ceux délimités dans cette étude. Conformément à cette notion, nos données suggèrent fortement que les effets comportementaux de la SMTr diffèrent substantiellement basées sur le site de stimulation. Résultats plus conforme à l'idée que les TMS effets dans le gyrus frontal inférieur droit peut être très spécifique au site, d'autres ont publié indiquant que rTMS du droit pars triangularis a des effets bénéfiques sur la photo capacité de nommage dans aphasiques non couramment chroniques, tandis que la stimulation de la pars Opercularis adjacentes peuventavoir des effets délétères 17. Cependant, il est également important de noter que notre objectif en ciblant différentes régions du lobe frontal inférieur droit n'est pas d'identifier des sites dans le cerveau où les effets de la TMS sont totalement dissociable. Au contraire, le site d'enquête optimal phase du protocole vise à identifier pour chaque sujet une cible où les effets de la TMS semblent plus importants. Ainsi, il n'a pas fondamentalement modifié la logique de la conception expérimentale si les effets de la TMS à deux régions voisines (par exemple pars postérieures dorsales triangularis vs ventral postérieur pars triangularis) se chevauchent dans une certaine mesure.

Des études récentes portant sur ​​la stimulation transcrânienne à courant continu (STCC), une autre forme de stimulation cérébrale non invasive, ont démontré que les patients peuvent éprouver des gains de synergie dans la performance de la langue lors de la stimulation cérébrale est jumelé avec le discours et les thérapies du langage 26,27. C'est pourquoi une limitation potentielle finale de notre courantapproche est qu'aucun des sujets inclus dans ce protocole recevaient un traitement de la parole concurrente au moment de l'étude. Protocoles de traitement de SMTr futurs peuvent être optimisées en associant la stimulation avec les traitements existants.

Malgré ces réserves, nos nouvelles données suggèrent que la SMTr peut être une technique prometteuse pour assainir capacité de nommage, les capacités de maîtrise de la langue et d'autres chez les patients souffrant d'aphasie chronique. En plus d'enquêteurs explorent les applications potentielles de la stimulation cérébrale non invasive dans neurorehabilitation et plus spécifiquement dans l'aphasie, des résultats comme ceux de la présente étude sont utiles, non seulement parce qu'ils aident à clarifier les mécanismes de récupération de neurones après une lésion cérébrale, mais aussi parce qu'ils permettent de raffinement des approches méthodologiques spécifiques au traitement. Par exemple, notre conclusion préliminaire, basée sur le site procédures d'enquête, que la plupart des patients répondent à une stimulation de la triangularis des pairs, peut aider à establisha approche plus rationnelle de personnes stimulantes avec aphasie chronique. La normalisation des méthodes de stimulation pourrait éventuellement permettre grandes études cliniques qui seront menées afin de valider et quantifier l'efficacité de ce et d'autres techniques de stimulation cérébrale non invasive chez les patients ayant subi un AVC déficits cognitifs.

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Disclosures

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier concurrents.

Acknowledgments

Ce travail est soutenu par les sources de financement suivantes:
MAN: NIH 2R01 DC05672-04A2
RHH: NIH / NINDS 1K01NS060995-01A1
RHH: Programme de développement Robert Wood Johnson Foundation / Harold Amos Faculté de médecine

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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