Jūsų nervų pjovimas keičia jūsų smegenis. | El Pasas, TX.

Po viršutinės galūnės periferinio nervo pernašos ir chirurginio remonto kai kurie pacientai atgauna gerą sensomotorinę funkciją, kiti - ne. Suprasti periferinius ir centrinius mechanizmus, kurie prisideda prie sveikimo, gali palengvinti naujų terapinių intervencijų kūrimą. Plastika po periferinio nervo pernešimo buvo įrodyta per visą neuroaxis, naudojant gyvūnų nervų pažeidimo modelius. Tačiau smegenų pokyčiai, atsirandantys po periferinio nervo pernešimo ir chirurginio taisymo žmonėms, nebuvo ištirti. Be to, nebuvo apibūdinta, kiek periferinio nervo regeneracija įtakoja smegenų funkcinius ir struktūrinius pokyčius. Todėl mes paklausėme, ar funkcinius pokyčius lydi pilkosios ir (arba) baltosios medžiagos struktūriniai pokyčiai ir ar šie pokyčiai yra susiję su jutimo atsigavimu? Norėdami išspręsti šias pagrindines problemas, i) įvertinome periferinių nervų regeneraciją; ii) išmatuotas funkcinis magnetinio rezonanso smegenų aktyvavimas (kraujo deguonies lygio priklausomas signalas; BOLD) reaguojant į vibrotaktilinį stimulą; (iii) ištirtas pilkosios ir baltosios medžiagos struktūrinis smegenų plastiškumas; ir (iv) koreliacinės jutimo atkūrimo priemonės su pilkosios medžiagos pokyčiais periferinio nervo pernašos ir chirurginio remonto pacientams. Palyginti su kiekvieno paciento sveiku kontralesiniu nervu, perkeltiems nervams sutriko nervų laidumas praėjus 1.5 metų po persiuntimo ir taisymo, atliekant mažesnę amplitudę ir padidėjusį latentą. Palyginti su sveikų kontrolinių pacientų, periferinio nervo transliacijos ir chirurginio remonto pacientai pakeitė deguonies kiekio kraujyje priklausomą signalo aktyvumą kontralesiniuose pirminiuose ir antriniuose somatosensoriniuose žievėse ir smegenų srityse, vadinamose „užduoties teigiamais tinklais“. Be to, buvo nustatyta pilkosios medžiagos sumažėjimas keliose smegenų srityse, įskaitant kontralesinius pirminius ir antrinius somatosensorinius žieves, tose pačiose vietose, kur buvo nustatytas kraujo deguonies lygio priklausomas signalo sumažėjimas. Be to, pilkosios medžiagos retėjimas post-centriniame gyrus buvo neigiamai koreliuojamas su jutimo atstatymo priemonėmis (mechaniniu ir vibracijos aptikimu), parodančiais aiškų sąsają tarp funkcijos ir struktūros. Galiausiai mes nustatėme sumažintą baltosios medžiagos dalinę anizotropiją dešiniajame regione, kuris taip pat parodė sumažėjusį pilkosios medžiagos kiekį. Šie rezultatai suteikia supratimą apie smegenų plastiškumą ir struktūros, funkcijos ir elgesio santykius po nervų pažeidimo ir turi svarbių terapinių padarinių.

Raktažodžiai: kortical storis; fMRI; difuzijos tenzoriaus vaizdavimas; plastiškumas; periferinių nervų pažeidimas
Santrumpos: BA = Brodmann plotas; BOLD = priklausomas nuo deguonies kiekio kraujyje; fMRI = funkcinis magnetinio rezonanso vaizdas;
PNIr = periferinių nervų transekcija ir chirurginis taisymas; S1 = pirminis somatosensorio žievė; S2 = antrinė somatosensorio žievė

Įvadas

Po viršutinės galūnės periferinio nervo pernašos ir chirurginio remonto (PNIr), 25% pacientų 1.5 metų po operacijos negrįžo į darbą (Jaquet ir kt., 2001). Be to, 57% pacientų, sergančių nervų pažeidimais, yra nuo 16 iki 35 metų amžiaus (McAllister ir kt., 1996); taigi ilgas negalios ir ekonominių sunkumų gyvenimas gali lydėti viršutinės galūnės nervų transekciją. Suprasti centrinius ir periferinius periferinio nervo pažeidimo padarinius gali būti lengviau kurti naujas terapijos strategijas ir intervencijos programas.

Nėra žinoma, kaip smegenys reaguoja į PNIr žmonėms. Tačiau atlikus tyrimus su gyvūnais nustatyta, kad plastiškumas somatosensorinėje žievėje prasideda iš karto po periferinių nervų transekcijos ir kad po 1 metų po visiško nervų transekcijos ir chirurginio remonto korticalo žemėlapiai turi neaiškius, nepertraukiamus pernešamų ir gretimų nervų vaizdus (Wall et al. ., 1986). Manoma, kad mechanizmai, kurie palengvina funkcinį plastiškumą, apima greitą anksčiau egzistuojančių progresavimą iš gretimų kortiko ir subkortito lygių ir ilgalaikį aksonų dauginimąsi į daugelį neuroakio lygių, įskaitant pirminę somatosensorinę žievę (S1) (Florenciją ir Kaasą) , 1995; Hickmott ir Steen, 2005).

Žmonių smegenų vizualizavimo tyrimai patvirtino gyvūnų modelių išvadas, nustatant pakeistus funkcinius MRI aktyvinimo žemėlapius dėl nugaros smegenų pažeidimo, amputacijos, nugaros į nugaros ir pacientų su carpel tunelio sindromu (Lotze et al., 2001; Manduch ir kt., 2002, Jurkiewicz ir kt., 2006; Napadow ir kt., 2006). Be to, struktūriniai MRT tyrimai neseniai parodė, kad pilvo ir baltosios medžiagos pokyčiai atsiranda dėl trauminių sužeidimų ir įvairiomis patologinėmis sąlygomis, įskaitant galūnių amputaciją ir lėtinį skausmą (Apkarian ir kt., 2004; Draganski ir kt., 2006; Davis et al., 2008; Geha ir kt., 2008; gegužė, 2008). Manoma, kad pilkosios medžiagos pokyčiai yra susiję su ląstelių dydžio pokyčiais, atrofija ir (arba) neuronų ar gliazės praradimu, o baltosios medžiagos pokyčius veikia aksono degeneracija ir mielino praradimas (Beaulieu, 2002, May, 2008).

Galingas požiūris į patologijos ir plastiškumo mechanizmų apibrėžimą - sujungti funkcinius ir struktūrinius pilotų ir baltųjų daiktų vaizdavimo būdus. Anksčiau mes pranešėme, kad pacientai, turintys visą viršutinę galūnę PNIr, išlieka giliai somatosensinio deficito, kuris išlieka 41.5 metų po operacijos (Taylor ir kt., 2008a). Remdamiesi šiomis išvadomis, mes manome, kad šie pacientai turėtų funkcinių ir struktūrinių smegenų pokyčių pagrindinėse somatosensorinėse smegenų srityse. Todėl šiame tyrime mes hipotezėme, kad PNIr pacientai turėtų: i) sumažinti deguonies priklausomybę nuo kraujo priklausomybę (BOLD), reaguodama į vektorinę transplantuotos nervų teritorijos stimuliavimą, S1 regione, kuriame yra sužeista viršutinė galūne, ir antrinėje somatosensorio žievė (S2); (ii) atitinkamas korticalo storio sumažinimas šiuose kontrastinio S1 ir S2 regionuose; (iii) ryšys tarp kortikos storio pokyčių ir somatosensorinės funkcijos psichofizinių priemonių (vibracijos ir lietimo nustatymo slenksčių); ir (iv) sumažinta trupmeninė anizotropija (baltos medžiagos vientisumo matas) baltosiose medžiagose, į kurias išsiunčiama iš šių somatosensorinių kortikos sričių.

Metodai

Tematika

27 m. Birželio mėn. - 2006 m. Gegužės mėn. Įdarbinome 2008 pacientus, kuriems visiškai perpjautas vidurinis ir (arba) alkūninis nervas, o po to chirurginį remontą atliko plastikos chirurgai, priklausantys Toronto universiteto rankų programai. Iš šios didesnės kohortos 14 pacientų be skausmo (trys moterys , 11 vyrų; 34–10 metų) su visišku dešiniojo vidurio ir (arba) alkūnkaulio nervo transekcija buvo įtraukti į tyrimą [siekiant išvengti painiavos, susijusios su skausmo ir lateralumo pacientų skausmu (n = 6) ir kairės pusės pažeidimais. (n = 7) nebuvo įtraukti į šią analizę]. Visiems pacientams buvo atlikta mikrochirurginė nervų korekcija mažiausiai 1.5 metų prieš įtraukimą į tyrimą (sveikimo laikas svyravo nuo 1.5 iki 8 metų). Be to, įdarbinome 14 pagal amžių ir lytį sveikų kontrolinių grupių (3 moterys, 11 vyrų; 34–10 metų). Visi tiriamieji davė pagrįstą rašytinį sutikimą dėl procedūrų, kurias patvirtino Universiteto sveikatos tinklo tyrimų etikos taryba. Visi tiriamieji buvo dešiniarankiai (nustatyti naudojant Edinburgo rankos aprašą: Oldfield, 1971) ir neturėjo jokių neurologinių pažeidimų ar lėtinių skausmų (nei prieš, nei po nervų persodinimo). Išsamią demografinę informaciją žr. 1 lentelėje.

Studiju dizainas

Visi subjektai dalyvavo fotografavimo seansuose, kurie apima: i) funkcinį magnetinio rezonanso vaizdavimą (fMRI), reaguojant į vibrotactilinius stimulus, taikytus dešiniąja rodyklio pirtimi (vidurinėje nervų teritorijoje); (ii) didelės raiškos anatominis visų smegenų skenavimas, įgytas norint užfiksuoti vaizdą ir analizuoti žievės pilką daiktą; ir (iii) du difuzijos tensoriaus vaizdiniai skenai, skirti baltosios medžiagos vientisumui įvertinti. Prieš vaizdą, subjektai buvo mokomi pagrindiniame eksperimento projekte ir priminė, kad jie visą laiką turi likti kiek įmanoma skenavimo metu.

Tiriamieji bet kuriuo metu gali laisvai pasitraukti iš tyrimo. Be to, buvo atlikti jutimo ir variklio vertinimai visiems dalykams (Taylor ir kt., 2008a). Kadangi liesties ir vibracijos nustatymo slenksčiai buvo koreliuoti su korticalo storiu, toliau pateikiami šių metodų aprašymai (kitos psichofizinės priemonės bus pateiktos kitur).

Vibracijos slenkstis

Vibracijos aptikimo slenksčiai nustatomi naudojant rankinį biologinį tesiometrą (Bio-Medical Instrument Company, JAV). Įrenginys turi 12-mm zondą, kuris buvo dedamas ant dešiniojo rodinio piršto distalinio falango (D2). Ribos buvo nustatytos taikant ribų metodą: amplitudė (įtampa) palaipsniui didėjo, kol subjektas nurodė, kad jie suvokė stimulą. Vibracijos slenksčiai buvo įsigyti tris kartus ir apskaičiuota vidutinė vertė. Vibracijos slenksio testavimo metu asmenims buvo nurodyta uždaryti akis ir laikytis rankos užpakalinės pagalvės.

Mechaninio aptikimo slenkstis

Mechaninio aptikimo slenksčiai buvo nustatyti naudojant standartizuotą von Frey gijų rinkinį („OptiHair2 Marstock Nervtest“, Vokietija), kuriame buvo 12 logaritmiškai išdėstytų kalibruotų gijų, kurios tiekė jėgas nuo 0.25-512 mN. Visų 12 gijų kontaktinio paviršiaus skersmuo buvo ~ 0.4 mm. Tyrimai buvo atliekami uždarius tiriamojo akis ir rankas atsiremiant į minkštą pagalvėlę. Zondai buvo taikomi kylančia serija ir tiriamieji turėjo atsakyti kiekvieną kartą, kai pajuto, kad zondas paliečia dešinįjį D2 piršto galiuką. Šis procesas buvo pakartotas tris kartus. Nurodyta, kad kaitinamojo siūlo jėga, aptikta mažiausiai dviejuose iš trijų bandymų, yra to subjekto mechaninio aptikimo riba.

Nervų laidumo testavimas

Pacientai dalyvavo dvišaliuose jutimo ir motorinio nervo laidumo tyrimuose Toronto Vakarų ligoninės elektromiografijos (EMG) klinikoje. Norint atlikti motorinį nervų laidumą, stimuliuojantis elektrodas buvo uždėtas ant riešo ir alkūnės (atskirai), o registruojantis elektrodas buvo uždėtas virš abductor pollicis brevis, kad būtų galima įvertinti vidurinį nervą, arba pagrobėjo digiti minimi, kad būtų galima įvertinti alkūninį nervą. Jutimo nervų tyrimams registravimo elektrodas buvo uždėtas prie riešo, o stimuliuojantis elektrodas - D2, D3 ir D5 skaitmenų. Vyresnysis, patyręs neurologas iš Toronto Vakarų ligoninės EMG klinikos (dr. Peteris Ashby) peržiūrėjo visus klinikinius vertinimus, kad nustatytų, kurie nervai rodo normalų / nenormalų atsaką. Kaip žinoma, amplitudės ir delsos matai skirtingiems tiriamiesiems labai skiriasi (dėl tokių veiksnių kaip inervacijos tankis, nervo gylis ir individualaus subjekto odos storis) (Kimura, 2001), kiekvieno paciento neperdirbtas nervas tarnavo kaip jų pačių kontrolė palyginimui su vertėmis iš perkeliamos pusės. Tiems pacientams, kuriems nustatytas nervinio laidumo atsakas, buvo atlikti poriniai t-testai, siekiant įvertinti latentinės ar amplitudės matų skirtumą tarp kiekvieno paciento perneštų ir prieštaringų neperduotų nervų.

Vaizdavimo parametrai

Smegenų vaizdavimo duomenys buvo gauti naudojant 3T GE MRI sistemą su aštuonių kanalų fazinio matricos galvutės ritė. Tiriamieji buvo paguldyti ant MRT stalo, o kiekvieno tiriamojo galva buvo paminkštinta, kad būtų sumažintas judėjimas. Viso smegenų fMRI duomenys buvo gauti naudojant aido plokštuminį vaizdą (28 ašiniai pjūviai, matymo laukas (FOV) = 20 x 20 cm, 64 x 64 matrica, 3.125 x 3.125 x 4 mm vokseliai, aido laikas (TE) = 30 ms, kartojimas laikas (TR) = 2000 ms). Nuskaitymo laikas buvo 5 minutės ir 8 s (154 kadrai). Skenavimo metu neskausmingas 12 Hz vibrotaktilinis stimulas buvo pritaikytas dešiniojo D2 tolimajai falangai, naudojant suspausto oro varomas balionines diafragmas (įrenginį gamina dr. Christo Pantev; www.biomag.uni-muenster.de). Stimulai buvo pateikiami blokais po 10 s, tarp kurių buvo 20 s poilsio, iš viso 10 stimuliacijos blokų ir 10 poilsio blokų. Pirmosios 8 s (4 TR) duomenų, gautų iš kiekvieno paleidimo, buvo atmesti, kad būtų galima subalansuoti fMRI signalą. Tiriamiesiems buvo nurodyta nuskaityti akis užmerkti ir sutelkti dėmesį į dirgiklius. Visų smegenų trijų matmenų (3D) didelės skiriamosios gebos anatominis skenavimas (124 sagitaliniai pjūviai, 24 x 24 cm FOV, 256 x 256 matrica, 1.5 x 0.94 x 0.94 mm vokseliai) buvo gautas naudojant T1 svertinę 3D gradiento seką. (vieno signalo vidurkis, apvertimo kampas = 20? , TE ?5 ms). Be to, 38 kryptimis buvo gauti du difuzijos tenzorinio vaizdo skenavimai (24 ašiniai pjūviai, FOV 24 x 128 cm, 128 x 1.875 matrica, 1.875 x 3 x 23 mm vokseliai) išilgai 1000 krypčių, kurių b vertė yra 2 mm�XNUMX. Kiekviename bandyme taip pat buvo du tūriai be difuzijos svorio.

fMRI analizė

Duomenys buvo analizuojami "Brainvoyager QX v1.8" (Brain Innovaton, Mastrichtas, Nyderlandai). Išankstinis apdorojimas: 3D judesio korekcija, skenavimo laiko pataisa, linijinės tendencijos pašalinimas, aukšto dažnio filtravimas (penki ciklai už paleidimą) ir erdvinis išlyginimas su 6mm pločio maksimalia pusiausvyra (FWHM) gausiojo branduolio. fMRI duomenų rinkiniai buvo interpoliuojami į 3 x 3 x 3 mm vokselius, užregistruotus didelės skiriamosios gebos analizei ir normalizuoti įprastą Talairach erdvę (Talairach ir Tournoux, 1988). Vokseliai pateikiami kaip 1 x 1 x 1 mm. Duomenys buvo analizuojami naudojant bendrą linijinį modelį; modelis buvo gautas sukant lankstaus stimuliavimo laiko trajektoriją su standartine hemodinamine atsako funkcija. Norint nustatyti aktyvumo modelių grupių skirtumus, buvo atlikta fiksuoto poveikio analizė su kontrastomis: (i) sveiki kontrolė: stimuliavimas 4 poilsis; (ii) PNIr: stimuliavimas 4 poilsis; ir (iii) sveikos kontrolės 4 PNIr. Aktyvinimo žemėlapiai buvo priskirti prie pataisytos P50.05 vertės (gautos iš nekoreguotų gretimų "P50.0001" ir "120mm3" vokelių, kaip anksčiau pranešta: Taylor ir Davis, 2009); tai taip pat buvo patvirtinta atlikus "Monte Carlo" modeliavimą naudojant "AlphaSim" programą, įdiegtą "Functional Neuroimage" (AFNI) programinės įrangos analizėje. Šioje analizėje dalyvavo tik 11 pacientai, kuriems pasireiškė dešiniojo mediano nervo (n = 9) ar dešiniojo vidurio ir lizdinės nervo (n = 2) transekcija (ty trys pacientai, turintys grynos dešiniojo liaukos nervo pūtimą, nebuvo įtraukti į šią analizę )

Korinio storio analizė

Žievės storio analizė atlikta naudojant „Freesurfer“ (http: // surfer.nmr.mgh.harvard.edu); metodai buvo išsamiai išdėstyti kitur (Dale et al., 1999; Fischl et al., 1999a, b; Fischl ir Dale 2000). Trumpai tariant, didelės skiriamosios gebos T1 svertiniai anatominiai duomenų rinkiniai buvo užregistruoti Talairacho atlase (Talairach ir Tournoux, 1988). Po to sekė intensyvumo normalizavimas, kaukolės nuėmimas ir pusrutulių atskyrimas. Vėliau buvo nustatytos ir segmentuotos baltos / pilkosios medžiagos (vadinamos baltu paviršiumi) ir pilkos / CSF (vadinamos pialo paviršiumi) ribos. Tada atstumas tarp baltojo ir pialinio paviršiaus buvo apskaičiuotas kiekviename smegenų pusrutulio taške. Siekiant nustatyti grupių skirtumus tarp 14 pacientų ir 14 pagal amžių / lytį suderintų kontrolinių grupių, kiekviename smegenų taške buvo atlikta bendra linijinė modelio analizė. Kadangi individo žievės topografija yra savaime nevienalytė, prieš statistinę analizę buvo pritaikytas 5 mm FWHM erdvinio lyginimo branduolys. Duomenys rodomi pataisytu P50.05 (gaunami iš netaisytų P50.0075 ir 102 gretimų viršūnių); tai buvo apskaičiuota vykdant Monte Karlo modeliavimą su „AlphaSim“. Viršūnė žymi tašką ant dviejų matmenų lakšto, o šiame tyrime atstumas tarp dviejų viršūnių yra 0.80 mm2.

Kadangi pacientams buvo reikšmingas somatosensorinės funkcijos trūkumas peršviečiamoje nervų teritorijoje, mes iškėlėme hipotezę, kad somatosensorinės funkcijos matavimai (vibracijos ir prisilietimo aptikimas) koreliuos su kortikos storiu kontralesiniame post-centriniame gyrus (pirminiuose ir antriniuose somatosensoriniuose žievėse). Todėl pacientų grupėje atlikome koreliacijos analizę tarp: (i) žievės storio ir vibracijos aptikimo slenksčio; ir ii) žievės storis ir prisilietimo aptikimo slenksčiai. Vienas pacientas neužbaigė psichofizinio įvertinimo; todėl šioje analizėje dalyvavo 13 PNIr pacientų. Be to, siekiant nustatyti, ar egzistuoja ryšys tarp žievės storio ir atsigavimo laiko, taip pat buvo atlikta šių dviejų priemonių koreliacijos analizė. Šios koreliacijos analizės apsiribojo kontralesiniu post-centriniu gyrus, į bendrą tiesinį modelį įtraukiant kaukę (paimtą iš „Freesurfer“ pastatyto atlaso). Buvo atliktas Monte Karlo modeliavimas, kuris buvo apribotas viršūnių skaičiumi kontralesiniame post-centriniame gyrus; vaizdai rodomi su pataisyta P50.05 (gaunama iš netaisytų P50.0075 ir 68 gretimų viršūnių).

Difuzijos tensoriaus vaizdavimo analizė

Difuzinio tensoriaus vaizdo apdorojimas buvo atliktas naudojant DTiStudio (www.MriStudio.org) ir FSLv.4.0 (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/). Vaizdai pirmiausia buvo pertvarkyti naudojant „DTiStudio“ įdiegtą automatinio vaizdo registravimo įrankį, naudojant šabloną pirmąjį B0 vaizdą iš pirmosios serijos. Šis procesas koreguoja objekto judėjimą ir sūkurinės srovės iškraipymus. Visi vaizdai buvo apžiūrimi vizualiai, kad būtų įvertinta vaizdo kokybė ir atskirų difuzinės tenzoriaus vaizdų eigos išlyginimas. Jei buvo aptiktas artefaktas, prieš apskaičiuojant dviejų atskirų difuzijos tenzoriaus vizualizavimo operacijų vidurkį, gabalas buvo pašalintas. Individualūs FA žemėlapiai buvo apskaičiuoti naudojant DTIFIT įrankį, įdiegtą FSL. Statistinė analizė pagal „Voxel“ buvo atlikta siekiant nustatyti vidutinės frakcinės anizotropijos grupių skirtumus, naudojant „Tract Based Spatial Statistics“; Išsamų šių metodų aprašymą žr. Smith ir kt. (2006). Trumpai tariant, vaizdai buvo nelinijiškai užregistruoti taikinyje (MNI152), tada visų duomenų rinkinių vidurkis buvo sukurtas, o vėliau šis vaizdas buvo suplonintas, kad atspindėtų visas trasas, kurios buvo bendros visiems subjektams. Kiekvieno subjekto didžiausios dalinės anizotropijos vertės buvo suprojektuotos ant griaučių, ieškant baltosios medžiagos statmenai kiekvienam baltosios medžiagos griaučio taškui. Tada buvo atlikta statistinė analizė iš visų smegenų pagal vokselį (14PNIr ir 14 sveikų kontrolinių grupių), o vaizdai buvo pataisyti P50.05. Be to, baltosios medžiagos srityje buvo atlikta dominančio regiono analizė traktatai greta kontrastatinio S1, galvos ir dvišalės priekinės ir užpakalinės insulės. Šie regionai buvo pasirinkti, nes jie anksčiau buvo susiję su somatozentizijos aspektais, ir todėl, kad jie atitinka regionus, kurie buvo nustatyti fMRI ir kortikos storio analizės (CTA) grupės analizėse. Regionai, kuriuose dominuoja baltosios medžiagos karkasas, buvo išdėstyti taip: (i) Kontrastatinė S1 regiono susidomėjimas atsirado mediališkai prie sankryžos tarp koroninės spinduliuotės baltosios medžiagos karkaso ir skeleto dalies, maitinančios į centrinę giria; pasibaigiantis trakto pabaigoje per tam tikrą pjūvį.

Z kryptimi dominantis regionas tęsėsi nuo z = 49 iki 57; baltosios medžiagos takai aprūpina rankų regioną. ii) dominantis kontralateralinis talamo regionas buvo apribotas baltosios medžiagos takais, supančiais užpakalinius ir medialinius talamino branduolius (branduolius, susijusius su somatosensorine funkcija), besitęsiančius nuo z = 1 iki 4. iii) dominantys salos regionai buvo sudaromi dvišaliai baltoji medžiaga, esanti šalia priekinės ir užpakalinės izoliacijos, remiantis anksčiau mūsų laboratorijos paskelbtais kriterijais (Taylor ir kt., 2008b). Lankytinas regionas tęsėsi nuo z = 2 iki 8. Iš kiekvieno iš šių dominančių regionų buvo išgautos trupmeninės anizotropijos vertės ir atlikta daugiamatinė dispersijos analizė (MANOVA), naudojant Socialinių mokslų statistikos paketą v13.0 (SPSS Inc, Čikaga), į kurią įeina dalinės anizotropijos vertės visiems šešiems dominantiems regionams.

rezultatai

1 lentelėje pateikiama išsami demografinė informacija apie tyrimo dalyvius. Visiems 14 pacientų buvo atlikta visiška dešiniojo vidurinio ir (arba) alkūninio nervo transekcija, po kurios atlikta mikrochirurginė operacija bent prieš 1.5 metų iki įtraukimo į tyrimą. Laikas nuo operacijos iki bandymo svyravo nuo 1.5 iki 8 metų, vidutinis (? SD) - 4.8? 3 metai. Pacientai ir kontrolinės grupės pacientai to nedarė (34–10 metų abi grupės; t = 0.04; P = 0.97).

Psichofizika

Vibracijos slenksčiai buvo apskaičiuoti iš visų trijų matavimų, nes vienos krypties pakartotinių variacijos variacijos analizė (ANOVA) nenustatė reikšmingų trijų bandymų [F (25, 1) = 0.227, P = 0.64] skirtumų. PNIr pacientams, palyginus su sveikais kontrolė (vibracija: t = 4.77, P50.001, 3A pav., Mechaninis: t = 3.10, P = 0.005, 3D pav.), Labai sumažėjo vibracijos ir mechaninio aptikimo slenksčiai.

Nervų laidumo testavimas

Toronto Vakarų ligoninės EMG klinikos patyręs neurologas priskyrė normalaus amplitudės ir delsos matus iš kiekvieno paciento priešingų nervų. Devyni iš 14 pacientų baigė nervų laidumo tyrimus. 2 lentelėje pateikiami jutimo nervo laidumo nuo riešo iki pagrobėjo pollicis brevis (mediana) ar pagrobėjo digiti minimi (ulnar) raumenų ir jutimo laidumo nuo riešo iki D2 (mediana) ir D5 vidutinio padidėjimo / sumažėjimo duomenys. ulnar), palyginti su kiekvienu pacientu nesužalotu kontralijiniu nervu. Iš devynių septynių pacientų buvo atliktos operacijos, įskaitant vidurinį nervą. Iš šių septynių vienam pacientui motorinio testo metu nebuvo pastebimo atsako, o kitam - jutimo tyrimo metu.

Šešiems pacientams, kuriems buvo nustatytas atsakas, motorinio laidumo latentai padidėjo 43% (t = 6.2; P = 0.002), o amplitudės sumažėjo 38% (t = 2.6; P = 0.045), kai kiekvieno paciento pernešamas nervas palyginti su jų nesužeista puse. Vidutinių nervų jutimas taip pat atskleidė latentinio laiko padidėjimą 26% (t = 3.9; P = 0.011) ir 73% amplitudės sumažėjimą (t = 8.0; P = 0.000), palyginti su įprastais kontralesiniais nervais. Keturiems pacientams, turintiems alkūninio nervo pernešimus, tiriant jutimo nervą, vienam pacientui atsakas nebuvo pastebimas. Tiems pacientams, kuriems buvo atsakas, alkūninio nervo variklio latentai nebuvo reikšmingai padidėję (t = 2.8; P = 0.070); tačiau amplitudės buvo reikšmingai
sumažėjo 41% (t = 5.9; P = 0.010). Sensorinis alkūninio nervo tyrimas parodė, kad latentinė padėtis padidėjo 27% (t = 4.3; P = 0.049), tačiau reikšmingo amplitudės padidėjimo nebuvo (t =? 3.5; P = 0.072).

Funkcinis plastiškumas pirminėje somatosensorinėje kortezėje

Funkciniai MRT žemėlapiai buvo apskaičiuoti iš 11 PNIr pacientų, kuriems buvo dešiniosios vidurinės nervų transliacijos (pacientai, kuriems buvo padaryta alkūninio nervo transliacija, iš šios analizės nebuvo įtraukti) ir 11 sveikų kontrolinių grupių pagal amžių ir lytį. Iš 1A pav. Akivaizdu, kad PNIr pacientai aktyvuojasi žymiai mažiau, palyginti su sveikomis kontrolėmis, S1 regione, atitinkančiame Brodmanno sritį 2 (BA2) (Talairach ir Tournoux, 1988) ir S2 (išsamią informaciją žr. 3 lentelėje). . Vidutinis su įvykiais susijęs atsakas iš šių dominančių regionų parodo susilpnėjusį BOLD atsaką pacientų kairiajame BA2 ir kairiajame S2 (atitinkamai 1B ir C pav.). Įdomu tai, kad pacientų vibrotaktilinė stimuliacija suaktyvino aukštesnę postcentrinio gyruso dalį (tikriausiai BA1 / 3) (Talairach ir Tournoux, 1988) (1A pav. Ir 3 lentelė). Su įvykiu susijęs vidurkis (1D pav.) Parodo, kad sveikų kontrolinių grupių aktyvumas šiame regione buvo minimalus. Be to, pacientai aktyvavo žymiai daugiau smegenų regionų, kurie bendrai vadinami užduoties teigiamais tinklais (žvaigždutės 1 pav.). Išsamų aktyvuotų smegenų sričių sąrašą galite rasti 3 lentelėje. Šis tinklas apima šoninius prefrontalinius, šoninius parietalinius, premotorinius ir apatinius žievės žieves (3 lentelė): smegenų sritys, kurios aktyvuojamos atliekant dėmesį reikalaujančią užduotį ir yra slopinamos ar neaktyvios poilsio metu, arba užduotys, kurios nėra pažintinės ar dėmesingos. al., 2005; DeLuca ir kt., 2006; Seminowicz ir Davis 2007).

Sumažėjusi pilka medžiaga pirminėje somatosensorinėje kortoje koreliuoja su sensoriniu išgijimu

Visų 14 pacientų žievės storio analizė ir 14 sveikų kontrolinių pacientų, kurių amžius ir lytis buvo suderinti, nustatė kelis reikšmingo žievės retėjimo lokusus PNIr grupėje (2 pav. Ir 4 lentelė). Konkrečiai, pacientams žievės storis sumažėjo 13% - 22% kairiojo (kontralinio) S1, S2, pregenualinės priekinės cingulinės giros, ventrolateralinės prefrontalinės žievės ir dešinės priekinės insula, priekinės / užpakalinės cingulinės gyrus ir paracentralinės skilties. Įdomu tai, kad pilkosios medžiagos retėjimo vietos po centrinio gyruso sutampa su sumažėjusio BOLD regionais po vibrotaktilinės stimuliacijos (4 lentelė). Kadangi mes turėjome išankstinių žinių apie pacientų jutimo deficitą ir atsigavimo laiką (ty laiką nuo mikrochirurginio remonto), mes paklausėme, ar pacientų žievės storis postcentriniame gyrus koreliuoja su jų jutimo mechaninėmis ir vibracijos aptikimo ribomis, ar su jų atsigavimo laikas. Šios analizės atskleidė neigiamą žievės storio ir vibracijos aptikimo slenksčių koreliaciją BA1 / 2 ir S2 apimančiame regione (P50.001, r =? 0.80 ir? 0.91, atitinkamai BA1 / 2 ir S2; 3 pav. Ir 5 lentelė. ). Be to, mechaninio aptikimo slenksčiai taip pat buvo neigiamai koreliuojami su kortikos storiu šiek tiek pranašesniame BA2 regione ir tame pačiame S2 regione (P50.001, r =? 0.83 ir? 0.85, atitinkamai BA2 ir S2; 3 pav. Ir lentelė. 5). Tačiau mes nenustatėme reikšmingo ryšio tarp atsigavimo laiko ir žievės storio. Todėl po centrinio gyrus žievės retėjimas buvo susijęs su sunkesniu jutimo deficitu. Tačiau mes nenustatėme reikšmingo ryšio tarp atsigavimo laiko ir žievės storio. Vėlgi, buvo žievės retėjimo srityse, neigiamai koreliuojančiose su vibraciniais dirgikliais, ir regionų, rodančių grupių fMRI ir CTA anomalijas, atitikimas.

Baltųjų medžiagų nukrypimai po nervų transekcijos

Norėdami įvertinti baltosios medžiagos vientisumą, naudodamiesi dominuojančiu regionu aptarti baltosios medžiagos grupių skirtumus, pagrįstus a priori hipotezėmis. Suinteresuotos regionai buvo apriboti baltosios medžiagos traktais, kurie apėmė ir maitino į kontrastinį S1 ir talamumą. Be to, mes taip pat atkreipėme dėmesį į baltąsias medžiagas, esančias šalia kairės ir dešinės, priekinės ir užpakalinės insulės. Insula buvo pasirinkta, nes ji yra susijusi su somatosensoriniu apdorojimu ir kadangi mes nustatėme sumažintą pilką daiktą dešinėje priekinėje izoliuotoje su CTA. Šis interesų metodo regionas parodė, kad pacientai gerokai sumažino baltosios medžiagos dalinės anizotropijos vertes (MANOVA, įskaitant visus šešis dominančius regionus) greta priekinės priekinės dalies [F (1, 26) = 4.39, P = 0.046; 4A pav.] Ir užpakalinė insula [F (1, 26) = 5.55, P = 0.026; 4B pav.], Tačiau baltųjų medžiagų, esančių greta kairės insulos (kairioji priekinė insula: P = 0.51, kairioji užpakalinė insula: P = 0.26), talaminas (P = 0.46) arba S1 (P = 0.46) )

Diskusija

Čia pirmą kartą parodėme, kad kai kuriose kortikos srityse po viršutinės galūnės periferinių nervų transekcijos ir chirurginio remonto yra funkcinio plastiškumo ir pilvo ir baltojo pėdsakų struktūrinių pakitimų. Šis plastiškumas gali atsirasti dėl neišsamios periferinių nervų regeneracijos (periferinių ląstelių mirties ir (ar) nekompleksinio reemelinizacijos), nes šių pacientų nervų laidumo matai parodė didelius nukrypimus. Be to, mūsų duomenys rodo, kad sumažėjęs vibrotatiko sukeltų fMRI atsakas po centrinės žievės atitinka pilvo masto retinimą pacientų grupėje. Šie rezultatai rodo, kad sumažėjusį "BOLD" atsaką galima palengvinti sumažinus žievės žievės dalį ir (arba) sumažindamas aferentinį indėlį į centrinę kraipą. Be to, korticalo storis tose pačiose post-centrinės vagos dalyse neigiamai koreliuoja su somatosensorinės funkcijos elgesio priemonėmis. Tai reiškia, kad padidėjęs somatosensinis deficitas buvo siejamas su plonesniuoju žievės skilveliu; abu gali būti susiję su aferentine įneša. Apibendrinant, mūsų duomenys rodo, kad nekompleksinis periferinių nervų regeneravimas prisideda prie somatosensorinių sutrikimų, kortikinės pilkosios medžiagos atrofijos ir sumažėjusios fMRI aktyvacijos (žr. 5 pav., Kai pateikiama šių išvadų santrauka).

Gerai žinoma, kad krūtinės plastiškumas po periferinių nervų transekcijos ir chirurginio remonto gali pasireikšti visose CNS nežmoginių primatų (Kaas, 1991). Manoma, kad šis plastiškumas yra dėl anksčiau tylių sinapsių ar aksonų įsiskverbimo į deafferentinę teritoriją (Wall et al., 1986, Florencija ir Kaas, 1995). Primačių modelyje po 1 metų po nervų transekcijos ir chirurginio remonto denervuotų žievų būdingas neužbaigtas ir netvarkingas regeneruotų ir gretimų (nepažeistų) nervų reprezentavimas. Šis nepatogus vaizdavimas priskiriamas neišsamiam periferiniam regeneravimui, dėl kurio dalinai susigeria denervuotą kortical erdvę (Kaas, 1991). Norint įvertinti periferinės regeneracijos mastą mūsų pacientų populiacijoje, atlikome jutimo ir motorinių nervų laidumo tyrimus per perduotą plotą. Mūsų nervų laidumo rezultatai rodo, kad PNIr pacientai gerokai sumažino amplitudę ir padidino latentinį laiką jutimo ir motorinių nervų, palyginti su jų nepernešta pusė. Sumažėjusi amplitudė kartu su padidėjusiu latentiniu rodikliu rodo periferinio pluošto praradimą (ty ląstelių mirtį) ir (arba) nenormalų arba neišsamį reemelinaciją po transekcijos (Kimura, 1984). Be to, yra aišku, kad tarp nervų šaknų nervinių transekcijų miršta 20% ir 50% nugaros ganglijų neuronų (Liss ir kt., 1996). Taigi, aferentinių ląstelių mirtis ir nepilna regeneracija gali sumažinti aferentinį įėjimą į žievę, o tai gali būti susiję su nuolatiniu sensoriniu deficitu ir sumažėjusiu BOLD atsakymu BA2 ir S2. Be to, šis sumažėjęs aferentinis indėlis taip pat gali reikšti, kad žievės retinimas buvo stebimas tais pačiais žievės regionais. Nustatyta, kad sensorinis nepakankamumas keliuose CNS regionuose sukelia transneuroninę degeneraciją, įskaitant nugaros smegenis po krūtinės nervo dalies (Knyihar-Csillik ir kt., 1989), ir gali apimti antrojo ir trečio laipsnio neuronus (Powell ir Erulkar, 1962). Transneuroninė degeneracija būdinga ląstelių susitraukimui ir manoma, kad ji yra susijusi su sumažėjusiu ar neegzistuojančiu aferentiniu įnašu (Knyihar-Csillik ir kt., 1989). Taigi, korinio pilkųjų medžiagų praradimas (arba atrofija) taip pat gali būti tiesiogiai susijęs su sumažėjusia aferentine įneša.

Mes taip pat parodė aktyvesnį aktyvavimą po centrinės girių regione, atitinkančio BA1 / 3 (Talairach ir Tournoux, 1988). Elektrofiziologiniai, anatominiai tyrimai ir neuroizmo tyrimai parodė, kad daugeliui odos mechaniškai priimtinų aferentų pirmieji koriniai posluoksniai yra BA1 ir BA3b. Šios citochithektoninės galvos smegenų sritys turi somatotopinį kūno žemėlapį su mažais sugeriančiais laukais. Be to, šios zonos reaguoja į daugybę taktilinės informacijos funkcijų, tokių kaip tekstūra ir šiurkštumas, stimulų greitis ir kreivumas (Bodegard et al., 2001). fMRI tyrimai parodė, kad somatosensorinės žievės veikimą įtakoja toks dėmesys, kad fMRI atsakas į lytėjimo stimulas S1 didėja, kai subjektai prisitaiko prie lytėjimo stimulo, tačiau jie susiduria, kai subjektai yra išsiblaškę (Arthurs et al. 2004; Porro ir kt., 2004). Be to, mūsų pacientai aktyvavo smegenų sričių tinklą, žinomą kaip užduoties teigiamas tinklas (DeLuca ir kt., 2006) labiau nei sveikos kontrolės. Šios smegenų sritys aktyvuojamos dėmesio reikalaujančių procesų metu (Fox ir kt., 2005, Seminowicz ir Davis, 2007). Kartu šios išvados reiškia, kad pacientai turi veikti stimuliuojančią priemonę labiau, nei kontroliuoja, dėl to, kad jutimo įtaka yra sutrikusi. Šis padidėjęs dėmesys taip pat gali būti susijęs su aktyvesniu aktyvumu BA1 / 3b. Žinoma, padidėjęs aktyvinimas BA1 / 3b gali taip pat atspindėti plastiškumą, kuris nėra susijęs su dėmesio apkrova.

BA2 ir S2 abu gauna projekcijas iš BA1 / 3b, taip pat iš atskirų ventroposterinio talomo komplekso dalių (Pons ir kt., 1985, Friedman ir Murray, 1986). Abu šie smegenys vietovėse yra dideli, dažnai daugženkliai (BA2) arba dvišaliai (S2) imlūs laukai (Pons et al., 1985; Iwamura et al., 2002). Remiantis ana- tominėmis projekcijomis ir neuronų atsako savybėmis, buvo parodytas taktilinės informacijos hierarchinis apdorojimas nuo BA1 / 3b iki BA 2 (Kaas ir kt., 2002). Be to, elektrofiziologiniai makakų tyrimai (Pons et al., 1987) ir žmonių gauti magnetoencefalografijos duomenys rodo, kad lytėjimo įvesties serijinis apdorojimas aukštesniuose primatuose vyksta nuo S1 iki S2 (Frot ir Mauguiere 1999; Disbrow ir kt. ., 2001). Keletas tyrimų parodė, kad BA2 pirmiausia suaktyvina forma ir kreivumas (Bodegard ir kt., 2001), o S2 gali būti susijęs su taktiliniu mokymusi (Ridley ir Ettlinger 1976; Murray ir Mishkin, 1984), patvirtindami mintį, kad šios smegenų sritys dalyvauja aukštesnio laipsnio somatosensoriniame apdorojime. Mūsų psichofizinis vertinimas parodė, kad pacientams buvo pastebimai sutrikusi nustatant paprastus lytėjimo dirgiklius, o praėjus 1.5 metų po operacijos atlikus formos tekstūros identifikavimo testą (Taylor ir kt., 2008a). Pastarasis testas įvertina paciento gebėjimą atpažinti objekto charakteristikas, aktyviai tyrinėjant formą ar faktūrą, reikalaujant juslinės informacijos integravimo tarp kūno regionų (Rosen ir Lundborg, 1998). Apibendrinant, vienas iš mūsų duomenų aiškinimų yra tas, kad PNIr pacientai labiau rūpinasi vibrotaktiliniu dirgikliu, todėl aktyvėja užduoties teigiamas tinklas ir BA1 / 3. Tačiau šiems pacientams mūsų duomenys reiškia, kad aukštesnio lygio apdorojimo sritys, tokios kaip BA2 ir S2, negavo lytėjimo informacijos, o tai savo ruožtu gali sukelti žievės retėjimą ir sumažinti BOLD atsakymus.

Manoma, kad izoliacija atlieka svarbų vaidmenį integruojant multimodalinę informaciją, kuri svarbi jutiklinių, emocinių, alostatinių / homeostazinių ir pažinimo funkcijų veikimui (Devinsky et al., 1995, Critchley, 2004, Craig, 2008) ir yra priskiriama limbiniam sensoriniam skausmui (Craigas , 2008). Keli tyrimai pranešė apie izoliuotą aktyvavimą atsakant į taktilinę stimuliaciją (Gelnar ir kt., 1998;

Downar ir kt., 2002) ir anatominių tyrimų tyrimai su primatais parodė, kad insula yra tarpusavyje sujungta su priekine, parietaline ir laikine lobale (Augustinas, 1996). Mūsų pacientams dešinoji priekinė insula buvo vienintelė korticalinė sritis, kuri parodė reikšmingą korinį retinimą kartu su sumažėjusia dalinio anizotropijos verte gretimoje baltoje medžiagoje, todėl krekenos retinimas šiame regione yra susijęs su pluoštų praradimu iš orų ši struktūra. Dešinė priekinė insula buvo susijusi su tarpusavio įsisavinimu, nes ji įsitvirtina, kad į kūno homeostazę įtrauktų motyvacines, emocines ir socialines sąlygas (Craigas, 2008). Be to, Critchley et al. (2004) pranešė apie tarpusavio sąveikos sugebėjimų koreliaciją su dešiniojo priekinės insulos pilkosios medžiagos kiekiu. Atsižvelgiant į mūsų išvadą, kad pacientai sumažino pilvą depresiją dešinėje priekinėje insulėje, būsimame tyrime būtų įdomu įvertinti sąveikos su periferinių nervų pažeidimu savybes.

Atsižvelgiant į tai, mes pirmą kartą parodėme, kad funkciniai ir struktūriniai pokyčiai žmogaus smegenų žievėje yra 1.5 metų po to, kai buvo visiškai perkeltas viršutinės galūnės periferinis nervas, kuris mikroskopiniu būdu buvo suremontuotas. Be to, nervų laidumo priemonės rodo, kad šiems pacientams neužbaigta periferinė regeneracija. Be to, mes parodome, kad kortikos storis yra susijęs su psichofizikinėmis atkūrimo priemonėmis, nes BA2 ir S2 plonesni žievės ląstelės buvo susijusios su blogesne somatosensorine funkcija. Šie duomenys rodo, kad normalių funkcinių aktyvinimo žemėlapių atkūrimas yra tiesiogiai susijęs su sėkmingu periferinių aferentų regeneravimu.

Keri S. Taylor, 1,2 Dimitri J. Anastakis2,3,4 ir Karen D. Davis1,2,3

1 smegenų, vaizdo ir elgesio sistemų neuromokslų skyrius, Toronto Vakarų tyrimų institutas, universiteto sveikatos tinklas, Torontas, Kanada M5T258
2 Medicinos mokslų institutas, Toronto universitetas, Kanada
3 chirurgijos katedra, Toronto universitetas, Kanada
4 klinikinių tyrimų išteklių centras, Toronto Vakarų tyrimų institutas, universiteto sveikatos tinklas, Torontas, Kanada M5T2S8

Adresas susirašinėjimui: Karen D. Davis, Ph.D.
Toronto Vakarų tyrimų instituto smegenų, vaizdavimo ir elgesio sistemų neuromokslų skyrius,
Toronto vakarų ligoninė,
Universiteto sveikatos tinklas,
Kambarys MP14-306, 399 Bathurst Street,
Torontas, Ontarijas,
Kanada M5T 2S8
El. paštas: kdavis@uhnres.utoronto.ca

Padėka

Autoriai dėkoja ponui Geoffui Popei, dr. Adrianui Crawleyui, p. Eugeniui Hlasniui ir p. Keit Taui už techninę pagalbą. Autoriai norėtų padėkoti Dr. Peter Ashby ir p. Freddy Paiz iš Toronto Vakarų ligoninės EMG klinikos už nervų laidumo testus ir ekspertų įvertinimą. Autoriai taip pat dėkoja Dvarui Dvaliui, Binhammerui, Fialkui ir Antonyšinui už bendradarbiavimą su šiuo projektu. Dr. Davis yra Kanados smegenų ir elgesio tyrimo katedra (CIHR MOP 53304).

Finansavimas

Įtrauktos „Gydytojų paslaugos“ ir bendra Toronto universiteto skausmo tyrimo centro „AstraZeneca“ stipendija.

Papildoma medžiaga

Papildoma medžiaga yra "Brain online".