Search for approaches to transcranial neuromodulation in patients with post-stroke hemiparesis in real clinical practice
- Authors: Zakharov Y.Y.1,2, Belkin A.A.1,2, Shirokov V.A.2, Pozdnyakov D.G.1
-
Affiliations:
- Clinic Institute of Brain
- Ural State Medical University
- Issue: Vol 6, No 2 (2024)
- Pages: 88-97
- Section: ORIGINAL STUDY ARTICLE
- URL: https://journals.eco-vector.com/2658-6843/article/view/627445
- DOI: https://doi.org/10.36425/rehab627445
- ID: 627445
Cite item
Full Text
Abstract
BACKGROUND: To increase the efficiency of motor recovery after a stroke in routine clinical practice, the search for selective biomarkers that determine the choice of the optimal strategy for noninvasive neuromodulation of the brain remains relevant. The study of interhemispheric interaction patterns can hypothetically help in determining the correct conceptual model of neuromodulation. AIM: To determine variants of interhemispheric interaction based on a correlation analysis of motor cortex excitability in patients with poststroke hemiparesis stratified by the degree of motor deficit. MATERIALS AND METHODS: This retrospective observational study involved 185 people (men, 56.2%; women, 43.8%) aged 19–88 years with verified poststroke hemiparesis and 40 healthy volunteers (men, 55.0%; women, 45.0%) aged 20–85 years. The patients underwent diagnostic transcranial magnetic stimulation in the projection of the cortical representation of m. abductor pollicis brevis and m. tibialis anterior of both brain hemispheres. The excitability level of the motor cortex and its interhemispheric asymmetry were recorded, and correlation analysis in subgroups stratified by the degree of paresis was performed. RESULTS: No interhemispheric correlation of resting motor thresholds (rMT) was found in patients with a level of muscle strength for the “hand” segment of 0–2 points (р >0.05). In the remaining subgroups, positive interhemispheric correlations of the rMT were noted (p <0.02). A positive correlation of the rMT of the damaged brain hemisphere and interhemispheric asymmetry of the motor cortex excitability for all degrees of paresis was observed when evaluating the cortical representation of the upper limb muscles. A negative correlation between the rMT of the unaffected brain hemisphere and interhemispheric asymmetry was detected for all degrees of motor deficit of the “foot” segment (p <0.02). CONCLUSION: The study did not confirm the concept of interhemispheric competition of the studied functional activity of the brain. Three authentic variants of interhemispheric interaction were identified: unidirectional hemispheric interaction with predominant reactivity of the affected hemisphere, unidirectional hemispheric interaction with predominant reactivity of the unaffected hemisphere, and functional interhemispheric dissociation. The results indicate the need to rethink some approaches to transcranial neuromodulation strategies in the analyzed cohort.
Full Text
ОБОСНОВАНИЕ
С целью содействия двигательному восстановлению после инсульта в реабилитационной практике активно применяются различные технологии неинвазивной нейромодуляции головного мозга [1, 2]. Увеличение возбудимости поражённой гемисферы головного мозга (ПГ) и способствующее этому (в рамках модели функционального резерва) снижение или повышение возбудимости непоражённой гемисферы (НГ) являются основными стратегиями транскраниальной нейромодуляции у данной категории пациентов [3–5]. Ингибирующая нейромодуляция НГ, базирующаяся на концепции межполушарной конкуренции (дезадаптивное трансколлазальное подавление ПГ со стороны расторможенного непоражённого полушария) [6–8], не показавшая достаточной клинической эффективности на популяционном уровне [9] и, предположительно, более эффективная в стратифицированной подгруппе с лёгким постинсультным двигательным дефицитом [4, 5, 10], противопоставляется активирующей нейромодуляции НГ, реализующей концепцию викариации (адаптивная поддержка или замещение подавленых или утраченных функций ПГ через активационную кортикальную реогранизацию, в том числе со стороны непоражённого полушария) и повышающей в пилотных исследованиях эффективность двигательного восстановления у пациентов с выраженными двигательными нарушениями [11–13]. Вышеописанная стратегическая дихотомия корригирующих вмешательств актуализирует поиск критериев выбора концептуальной модели нейромодуляции, определяющих, какая из них (межполушарной конкуренции или викариации) более полезна для прогнозирования благоприятного исхода восстановительного лечения у конкретного пациента.
Раскрытие вариаций корреляционного межполушарного взаимодействия на основе рутинно измеряемых нейрофизиологических биомаркеров (в частности, показателя кортикальной моторной возбудимости) в сцепке со стандартными клиническими биомаркерами (например, выраженность двигательного дефицита), по нашему мнению, поможет в оптимизации выбора стратегии транскраниальной нейромодуляции в условиях обычной клинической практики.
Цель исследования ― определить варианты межполушарного взаимодействия на основании корреляционного анализа кортикальной моторной возбудимости в стратифицированных по степени двигательного дефицита подгруппах пациентов с постинсультным гемипарезом.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Дизайн исследования
В ретроспективное обсервационное исследование по данным регистра лаборатории нейрофизиологии нейрореабилитационного центра на основании 754 обработанных обезличенных информационных карт пациентов и здоровых добровольцев, проходивших исследование моторных вызванных потенциалов методом транскраниальной магнитной стимуляции, отобрано 185 человек в возрасте от 19 до 88 лет с верифицированным постинсультным гемипарезом (мужчин ― 56,2%, женщин ― 43,8%) и 40 здоровых волонтёров в возрасте от 20 до 85 лет (мужчин ― 55,0%, женщин ― 45,0%). Схема исследования представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема исследования. Примечание. * Из исследования исключаются результаты определения порогов моторного ответа полушарий головного мозга, соответствующих кортикальным представительствам первичной моторной коры индикаторных мышц верхних (m. abductor pollicis brevis) и/или нижних (m. tibialis anterior) конечностей, при отсутствии регистрации вызванного моторного ответа на транскраниальную магнитную стимуляцию поражённой гемисферы.
В репрезентативных подгруппах пациентов изучалась зависимость кортикальной моторной возбудимости от степени пареза в дистальных сегментах конечностей («кисть», «стопа»), соответствующих функциональной вовлечённости тестируемых мышц, а также её межполушарные корреляции с точки зрения функциональной коннективности.
Критерии соответствия
Критерии включения: наличие результатов тестирования методом транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) по определению уровней порога моторного ответа полушарий головного мозга, соответствующих кортикальным представительствам первичной моторной коры индикаторных мышц верхних (m. abductor pollicis brevis) и нижних (m. tibialis anterior) конечностей у пациентов с постинсультным гемипарезом, обусловленным нейровизуализационно (магнитно-резонансная томография, компьютерная томография) подтверждённым нарушением мозгового кровообращения по ишемическому типу сроком от 8 до 365 суток с локализацией очага в бассейнах внутренних сонных или среднемозговых артерий.
Критерии невключения: повторный инсульт; нарушение сознания; другие заболевания и травмы центральной и/или периферической нервной системы; нейрохирургическое вмешательство на головном мозге в анамнезе; острые инфекционные заболевания и лихорадка; тяжёлая соматическая патология; эпилепсия или эпилептические приступы в анамнезе, эпилептиформная активность, выявленная при проведении электроэнцефалографии; сопутствующее лечение препаратами, влияющими на возбудимость коры головного мозга (антидепрессанты, стимуляторы нервной системы и антипсихотические препараты); приём алкоголя и/или наркотических препаратов (или период их резкой отмены).
Критерии исключения: из исследования исключались результаты ТМС-тестирования кортикальной моторной возбудимости полушарий головного мозга при отведении с индикаторных мышц верхних и/или нижних конечностей в случае отсутствия регистрации вызванного моторного ответа от поражённой гемисферы.
Методы регистрации исходов
Исследование моторных вызванных потенциалов (МВП) проводилось на электронейромиографах «Нейро-МВП-5», «Нейро-МВП-Микро» с использованием магнитного стимулятора «Нейро-МС/Д» и двойного («восьмёрка») индуктора «ИДУ-02-100-О», кольцевого индуктора «ИК-02-150-О» (Нейрософт, Россия). Одноимпульсная диагностическая ТМС проводилась в области кортикального представительсва musculus abductor pollicis brevis (короткая мышца, отводящая большой палец кисти) и musculus tibialis anterior (передняя большеберцовая мышца) обоих полушарий и фокусировалась по максимальной амплитуде вызванного моторного ответа контралатеральной верхней или нижней конечности (зона «горячей точки» ― hotspot).
Для характеристики возбудимости первичной моторной коры головного мозга изучали уровень порога моторного ответа покоя и его межполушарную асимметрию. Порог моторного ответа покоя (ПМОпокоя) определялся как минимальная интенсивность (магнитная индукция) стимулятора, выраженная в процентах от максимально возможной интенсивности аппарата с использованием описанных выше индукторов, необходимая для вызова МВП амплитудой не менее 50 мкВ в 50% и более предъявленных стимулов (не менее 10 стимулов) в hotspot-фокусе М1 индикаторных мышц. Показатели межполушарной асимметрии расчитывались как модуль разности значений ПМОпокоя, полученных для левого/правого (для здоровых волонтёров) и поражённого/непоражённого полушария.
Выраженность двигательного дефицита определяли методом функционального мышечного тестирования с использованием шкалы Комитета медицинских исследований (Medical Research Council Weakness scale, MRC), согласно регламенту рутинной клинической практики, отдельно посегментно для верхней («плечо» ― отведение плеча; «предплечье» ― сгибание в локтевом суставе; «кисть» ― разгибание в лучезапястном суставе) и нижней («бедро» ― сгибание бедра; «голень» ― разгибание в коленном суставе; «стопа» ― тыльное сгибание в голеностопном суставе) конечности. Интерпретация по шкале MRC: полное отсутствие произвольной мышечной активности ― 0 баллов; нормальная мышечная сила ― 5 баллов; суммарно для одной конечности при отсутствии пареза ― 15 баллов.
Таблица 1. Общие демографические и клинические характеристики групп
Table 1. General demographic and clinical characteristics of the groups
Показатель | Пациенты, n=185 | Контрольная группа, n=40 |
Возраст, лет, M±SD | 60,51±12,97 | 60,63±13,83 62 [54; 69] |
Пол, женщин, n (%) | 81 (43,8) | 18 (45,0) |
Срок заболевания (дней), M±SD | 66,41±70,94 37 [31; 59] | - |
Поражённая гемисфера, правая, n (%) | 83 (44,9) | - |
Доминантная гемисфера, левая, n (%) | 174 (94,1) | 37 (92,5) |
МВП [отведение с верхних конечностей (mm. abductor pollicis brevis)], M±SD | ||
• ПМОпокоя ДГ здоровых волонтёров, % | - | 45,65±5,58 45,5 [41; 50] |
• ПМОпокоя НДГ здоровых волонтёров, % | - | 45,95±4,91 |
• ПМОпокоя БиГзд, % | - | 45,80±5,23 46 [42; 49] |
• ПМОпокоя ПГ/БиГзд, % | 76,08±25,51* 90 [49; 100] | |
• ПМОпокоя НГ/БиГзд, % | 44,42±7,67# 45 [40; 50] | |
• МПА, % | 32,07±23,16* | 4,8±2,91 4,5 [3; 7] |
МВП [отведение с нижних конечностей (mm. tibialis anterior)], M±SD | ||
• ПМОпокоя ДГ здоровых волонтёров, % | - | 65,63±5,75 65 [62; 68] |
• ПМОпокоя НДГ здоровых волонтёров, % | - | 66,1±7,13 65 [60; 72] |
• ПМОпокоя ПГ/БиГзд, % | 89,70±13,83* 100 [80; 100] | 65,86±6,44 65 [61; 70] |
• ПМОпокоя НГ/БиГзд, % | 71,84±15,21 71 [60; 85] | |
• МПА, % | 19,57±14,07* 17 [9; 29] | 6,1±3,28 5,5 [4; 8] |
Степень пареза (шкала MRC), M±SD | ||
• сегмент «кисть» паретичной руки/ сегмент «кистьзд», балл | 1,68±1,34* 2,0 [0; 3] | 5±0 |
• сегмент «стопа» паретичной ноги/ сегмент «стопазд», балл | 1,9±1,26* 2 [1; 3] | 5±0 |
Примечание. * Статистическая достоверность отличий группы пациентов и здоровых (р <0,05); # статистическая достоверность отличий ПМОпокоя поражённой и непоражённой гемисферы. МВП ― моторные вызванные потенциалы, индуцированные методом транскраниальной магнитной стимуляции; ПМОпокоя ― порог моторного ответа покоя; ДГ, НДГ, ПГ, НГ ― доминантная, недоминантная, поражённая, непоражённая гемисферы головного мозга; БиГзд ― бигемисферные (объединённые) показатели в группе здоровых волонтёров; МПА ― межполушарная асимметрия; MRC ― шкала Комитета медицинских исследований. Сегменты «кистьзд», «стопазд» ― показатели силы тестируемых мышц в группе здоровых волонтёров.
Note. * Statistical significance of differences between the group of patients and healthy controls (p <0.05); # statistical significance of differences between the ПМОпокоя of the affected and unaffected hemisphere. МВП ― motor evoked potentials induced by transcranial magnetic stimulation; ПМОпокоя ― resting motor response threshold; ДГ, НДГ, ПГ, НГ ― dominant, non-dominant, affected and unaffected hemispheres of the brain; БиГзд ― bigemispheric (combined) indices in the group of healthy volunteers; МПА ― interhemispheric asymmetry; MRC ― Medical Research Council Scale. Segments «кистьзд», «стопазд» ― indices of strength of tested muscles in the group of healthy volunteers.
Доминантное полушарие определялось с помощью Эдинбургского опросника право-/леворукости (Edinburgh Handedness Inventory) [14]. Общие демографические и клинические характеристики группы пациентов и здоровых добровольцев приведены в табл. 1.
Условия проведения
Исследование проведено на базе Клинического института мозга.
Этическая экспертиза
Проведение исследования одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России (протокол № 8 от 18.09.2020).
Статистический анализ
Для проверки нормальности распределения был выбран критерий Шапиро–Уилка. Данные представлены в виде значения среднего ± одно стандартное отклонение (M±SD), а также медианы и квартилей 25% и 75% (Ме, 25%; 75%). В случае нормального (Гауссовского) распределения при сравнении двух групп использовался одновыборочный t-критерий Стьюдента, а при множественном сравнении групп ― однофакторный дисперсионный анализ с последующим попарным сравнением групп с применением критерия Ньюмана–Кейсла. В условиях отклонения гипотезы нормальности распределения выборок при сравнении двух групп применялся непараметрический критерий Манна–Уитни, а при множественном сравнении независимых выборок ― критерий Краскела–Уоллиса с последующим попарным сравнением групп с помощью критерия Данна. Для корреляционного анализа использовался коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Статистическая значимость определялась при р <0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Основные результаты исследования
При изучении зависимости кортикальной моторной возбудимости от степени пареза (табл. 2) выявлено увеличение ПМОпокоя поражённой гемисферы в подгруппах пациентов с уровнем мышечной силы в сегментах «кисть» (0–2 балла) и «стопа» (0–3 балла). Уровни ПМОпокоя поражённой гемисферы в подгруппах пациентов с показателем мышечной силы в сегменте «кисть» 3, 4 балла и в сегменте «стопа» 4 балла, а также ПМОпокоя непоражённой гемисферы в подгруппах пациентов с показателем мышечной силы в сегменте «кисть» 0–3 балла и в сегменте «стопа» 0–4 балла значимо не отличались от нормативных показателей. Отмечен факт снижения ПМОпокоя непоражённой гемисферы в подгруппе пациентов с минимальным исследованным уровнем снижения мышечной силы (4 балла по MRC) для сегмента «кисть» (при неотличимых от нормативных показателей ПМОпокоя поражённой гемисферы). Межполушарная асимметрия ПМОпокоя поражённой и непоражённой гемисфер головного мозга статистически значимо увеличивалась в подгруппах пациентов с уровнем мышечной силы в сегментах «кисть» и «стопа» в диапазоне от 0 до 2 баллов.
Таблица 2. Сравнительная характеристика ПМОпокоя гемисфер головного мозга при различной степени двигательного дефицита (n=185)
Table 2. Comparative characteristics of resting motor thresholds of the brain hemisphere with varying degrees of motor deficit (n=185)
Показатель | Пациенты | Контрольная группа | |||||
M±SD, Ме [25%; 75%] | |||||||
Сегмент «кисть» | |||||||
MRC, балл | 0 (n=29) | 1 (n=18) | 2 (n=30) | 3 (n=19) | 4 (n=10) | 5 (n=1) | 5 (n=40) |
ПМОпокоя ПГ, % | 90,44±19,494,5,7–11,13 100 [100; 100] 1 | 85,5±23,004,5,7–11,13 2 | 81,7±20,834,5,7–11,13 3 | 54,47±20,29 4 | 45,5±11,45 5 | 38 6 | 45,80±5,23 46 [42; 49] 13 |
ПМОпокоя НГ, % | 45,37±7,49 45 [40; 49] 7 | 46,67±10,53 8 | 44,17±6,69 44,5 [40; 50] 9 | 44,58±6,76 10 | 41,0±8,271–4,13 11 | 38 12 | |
МПА, % | 45,27±19,2417,18,20 53 [38; 60] 14 | 38,83±18,6917,18,20 15 | 38,0±19,3417,18,20 16 | 11,16±16,9 4 [1; 10] 17 | 4,5±5,76 18 | 0 19 | 4,8±2,91 4,5 [3; 7] 20 |
Сегмент «стопа» | |||||||
MRC, балл | 0 (n=27) | 1 (n=25) | 2 (n=44) | 3 (n=35) | 4 (n=13) | 5 (n=1) | 5 (n=40) |
ПМОпокоя ПГ, % | 93,93±11,717–10,13 100 [95; 100] 1 | 93,08±12,237–10,13 100 [90; 100] 2 | 90,66±12,537–10,13 3 | 86,80±15,487–10,13 95 [73; 100] 4 | 81,08±14,86 92,5 [72; 100] 5 | 62 6 | 65,86±6,44 65 [61; 70] 13 |
ПМОпокоя НГ, % | 68,33±19,02 7 | 72,28±16,85 71 [60; 85] 8 | 70,70±12,31 9 | 74,0±14,05 10 | 76,31±15,93 72 [70; 87] 11 | 72 12 | |
МПА, % | 27,0±14,6317,18,20 14 | 20,8±15,1617,18,20 21 [7; 33] 15 | 20,77±11,9117,18,20 16 | 15,51±14,23 17 | 9,38±8,25 10 [4; 10] 18 | 10 19 | 6,1±3,28 5,5 [4; 8] 20 |
Примечание. 1–20 Достоверность отличий с показателями ячейки своей категории под номером (цифра в левом нижнем углу ячейки) от 1 до 20 (р <0,05). MRC ― шкала Комитета медицинских исследований; ПМОпокоя ― порог моторного ответа покоя; ПГ, НГ ― поражённая, непоражённая гемисферы головного мозга; МПА ― межполушарная асимметрия ПМОпокоя.
Note. 1–20 The reliability of differences with the indicators of the cell of their category under the number (the figure in the lower left corner of the cell) from 1 to 20 (p <0.05). MRC ― Medical Research Committee scale; ПМОпокоя ― resting motor response threshold; ПГ, НГ ― affected, unaffected brain hemispheres; МПА ― interhemispheric asymmetry of ПМОпокоя.
Межполушарный корреляционный анализ ПМОпокоя при различной выраженности двигательного дефицита выявил отсутствие зависимости переменных у пациентов с уровнем мышечной силы для сегмента «кисть» 0–2 балла (табл. 3). В остальных сравниваемых подгруппах отмечалась положительная межполушарная корреляция ПМОпокоя, что характеризовало и группы контроля. Положительная корреляция показателей ПМОпокоя поражённой гемисферы и межполушарной асимметрии (МПА) для всех степеней пареза наблюдалась при исследовании кортикального представительства мышц верхних конечностей, тогда как для нижних конечностей зависимость этих переменных практически отсутствовала (за исключением подгруппы мышечной силы ― 2 балла по MRC). При этом показательно отсутствие корреляции ПМОпокоя поражённой/непоражённой гемисфер и МПА для контрольных измерений. Обратная (отрицательная) корреляционная зависимость ПМОпокоя непоражённой гемисферы и МПА выявлялась для всех степеней двигательного дефицита сегмента «стопа», в то время как для сегмента «кисть» корреляционная связь определялась только в двух подгруппах (положительная ― при 3 баллах по MRC, отрицательная ― при 0 баллов).
Таблица 3. Корреляция ПМОпокоя гемисфер головного мозга при различной степени двигательного дефицита (n=183)
Table 3. Correlation of resting motor thresholds of the brain hemisphere with varying degrees of motor deficit (n=183)
Показатель | Пациенты | Контрольная группа | ||||
Сегмент «кисть» | ||||||
MRC, балл | 0 (n=29) | 1 (n=18) | 2 (n=30) | 3 (n=19) | 4 (n=10) | 5 (n=40) |
ПМОпокоя ПГ и НГ/ДГ и НДГ | R=0,24; р >0,21 | R=0,40; р >0,10 | R=0,30; р >0,11 | R=0,56; р <0,02 | R=0,68; р <0,03 | R=0,42; р <0,007 |
ПМОпокоя ПГ и МПА/ДГ и МПА | R=0,59; р <0,0007 | R=0,78; р <0,00012 | R=0,84; р <0,0001 | R=0,78; р=0,0001 | R=0,79; р <0,007 | R=0,07; р >0,66 |
ПМОпокояНГ и МПА/НДГ и МПА | R=-0,55; р <0,002 | R=-0,07; р >0,79 | R=-0,12; р >0,54 | R=0,57; р=0,0103 | R=0,18; р >0,61 | R=0,15; р >0,36 |
Сегмент «стопа» | ||||||
MRC, балл | 0 (n=27) | 1 (n=25) | 2 (n=44) | 3 (n=35) | 4 (n=13) | 5 (n=40) |
ПМОпокоя ПГ и НГ/ДГ и НДГ | R=0,59; р <0,001 | R=0,59; р <0,002 | R=0,40; р <0,008 | R=0,63; р <0,0001 | R=0,63; р=0,020 | R=0,42; р <0,007 |
ПМОпокоя ПГ и МПА/ДГ и МПА | R=-0,24; р >0,24 | R=0,19; р >0,37 | R=0,47; р <0,002 | R=0,27; р >0,12 | R=0,28; р >0,35 | R=0,28; р >0,08 |
ПМОпокояНГ и МПА/НДГ и МПА | R=-0,86; р <0,0001 | R=-0,65; р <0,0005 | R=-0,52; р <0,0004 | R=-0,36; р <0,03 | R=-0,68; р <0,02 | R=0,23; р >0,16 |
Примечание. Жирным шрифтом отмечена статистическая значимость (р <0,05); R ― коэффициент ранговой корреляции Спирмена. MRC ― шкала Комитета медицинских исследований; ПМОпокоя ― порог моторного ответа покоя; ПГ, НГ ДГ, НДГ ― поражённая, непоражённая, доминантная, недоминантная гемисферы головного мозга; МПА ― межполушарная асимметрия ПМОпокоя.
Note. Bold font indicates statistical significance (p <0.05); R ― spearman rank correlation coefficient. MRC ― Medical Research Committee scale; ПМОпокоя ― resting motor response threshold; ПГ, НГ ДГ, НДГ ― affected, unaffected, dominant, non-dominant hemispheres of the brain; МПА ― interhemispheric asymmetry of ПМОпокоя.
ОБСУЖДЕНИЕ
Исключительно положительный знак межполушарной корреляции ПМОпокоя (при её выявлении в исследуемых подгруппах) указывает на однонаправленное изменение кортикальной возбудимости М1 и отсутствие взаимного сдерживания фоновой функциональной активности гемисфер головного мозга. Вышеописанный корреляционный паттерн также является нормативным (свойственен группе здоровых волонтёров).
Истинное растормаживание М1 неповреждённого полушария, наблюдаемое при лёгкой степени пареза в сегменте «кисть» (4 балла MRC), с учётом положительной межполушарной корреляции ПМОпокоя отражает активационный паттерн изменения моторной кортикальной возбудимости обеих гемисфер в ответ на патологический процесс. Дополнительно в этой подгруппе возникает прямая зависимость МПА исключительно от уровня моторной возбудимости ПГ, и, соответственно, транскраниальная нейромодуляция будет оказывать больший терапевтический эффект [15] (подразумевается снижение ПМОпокоя ПГ) при активирующем воздействии на поражённую гемисферу в сравнении с контралатеральной.
В подгруппе сегмента «кисть» с парезом 3 балла однонаправленная гемисферная динамика изменения уровней ПМОпокоя сопровождается двусторонней положительной корреляцией моторной возбудимости полушарий и МПА. В этой подгруппе уже просматривается тенденция к одностороннему патологическому снижению возбудимости М1 ПГ, и теоретически будет эффективна активационная нейромодуляция как поражённого, так и непоражённого полушария (в этом случае реализуется увеличенная норма реакции функциональной активности М1 ПГ при нейромодуляции любой из гемисфер). Возможно, целесообразным будет применение бигемисферного активационного протокола стимуляции. При этом тормозное воздействие на НГ, в рамках рассматриваемых корреляционных отношений, прогностически будет реализовано увеличенным ингибирующим (повышение ПМОпокоя) эффектом в ПГ.
Максимальные величины ПМОпокоя ПГ и МПА, наблюдаемые в подгруппах сегмента «кисть» с наибольшими степенями двигательного дефицита (0–2 балла MRC), маркируют значительное нарушение структурной сохранности кортикоспинального тракта, что реализуется утратой корреляционной связи между полушариями [15–17]. Функциональное межполушарное разобщение симметричных представительств кисти М1 гипотетически указывает на необходимость поиска (посредством навигационного картирования) новых моторных фокусов, сформированных в процессе кортикальной реорганизации [7, 13]. В условиях нарушения функциональной коннективности зон кисти М1 в подгруппах с парезом 2 и 1 балл по MRC сохраняется исключительное влияние (положительная корреляция) уровня моторной возбудимости поражённой гемисферы на межполушарную асимметрию ПМОпокоя, дополняемое в подгруппе с плегией (0 баллов по MRC) в кисти отрицательным корреляционным влиянием ПМОпокоя НГ на МПА.
Характерная для всех подгрупп сегмента «стопа» положительная межполушарная корреляционная связь ПМОпокоя сочетается с отрицательным корреляционным влиянием ПМОпокоя НГ на МПА. В условиях сниженной кортикальной моторной возбудимости ПГ выявленные корреляционные взаимоотношения предопределяют более выраженную реактивность М1 непоражённого полушария на нейромодуляцию. Изменение двустороннего характера активации коры головного мозга на односторонний (с усиленной активацией представительств мышц ноги М1 непоражённой гемисферы) у пациентов с постинсультным парезом при воспроизведении паттерна ходьбы отмечается в ряде публикаций [18, 19], улучшение ходьбы при этом ассоциируется с выравниванием активности М1 полушарий. Учитывая однонаправенное (положительная корреляция ПМОпокоя ПГ и НГ) изменение кортикальной возбудимости М1 полушарий головного мозга, высокие усреднённые ПМОпокоя ПГ (ограничение по эффективности и безопасности стимуляции), потенциальную реакционную инертность поражённой коры (в сравнении с контралатеральным полушарием) на нейромодуляцию и умеренные уровни МПА ПМОпокоя в подгруппах, общей оптимальной стратегией для восстановления кортикальной моторной возбудимости ПГ (в парадигме межполушарных корреляционных взаимоотношений), предположительно, будет являться активирующая нейромодуляция М1 НГ при любой степени пареза. У пациентов с индивидуально невысоким ПМОпокоя ПГ целесообразно применение активирующей нейромодуляции М1 поражённого полушария или (по нашему мнению) бигемисферной активации М1.
Ограничения исследования
Данное исследование ограниченно единственным критерием формирования подгрупп ― степенью мышечного пареза. В дальнейшем планируется расширение параметров стратификации (продолжительность постинсультного периода, наличие или отсутствие динамики пареза до и после транскраниальной модуляции нейропластичности), а также увеличение объёма выборки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведённого исследования межполушарной взаимосвязи кортикальной моторной возбудимости покоя у пациентов с постинсультным гемипарезом не подтвердилось ингибирующее действие (конкуренция) гемисфер для данной функциональной активности головного мозга при любой степени двигательного дефицита. Напротив, в случае выявления межполушарной корреляционной связи наблюдалось поддерживающее (положительная корреляция) взаимовлияние, свойственное и здоровым индивидам.
В стратифицированных по степени пареза для сегментов «кисть» и «стопа» подгруппах (при условии сниженной кортикальной моторной возбудимости поражённой гемисферы относительно контралатеральной) было выявлено три аутентичных варианта межполушарного взаимодействия: однонаправленное полушарное взаимовлияние с преобладающей реактивностью поражённого полушария (в подгруппах с лёгким и умеренным парезом сегмента «кисть»); однонаправленное полушарное взаимовлияние с преобладающей реактивностью непоражённого полушария (во всех подгруппах сегмента «стопа»); функциональное межполушарное разобщение (в подгруппах с выраженным парезом сегмента «кисть»).
Полученные результаты требуют дальнейшего уточнения и интерпретации, но уже сейчас указывают на необходимость переосмысления некоторых подходов к стратегиям транскраниальной нейромодуляции у исследуемой когорты пациентов.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Исследование и публикация статьи осуществляются за счёт средств федерального бюджета в рамках государственного научного задания KRWJ-2024-0003, выполняемого ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» по теме «Разработка прецизионной мультимодальной транскраниальной модуляции нейропластичности в нейрореабилитации».
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Вклад авторов. Я.Ю. Захаров ― концепция, дизайн, формирование выборки, анализ и интерпретация результатов, написание текста; А.А. Белкин ― структурирование первичной документации, редактирование, утверждение окончательного варианта; В.А. Широков ― анализ литературы, редактирование; Д.Г. Поздняков ― проведение исследования. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
ADDITIONAL INFORMATION
Funding source. The research and publication of the article is funded from the federal budget under the state scientific assignment KRWJ-2024-0003, carried out by the Ural State Medical University on the topic “Development of precision multimodal transcranial modulation of neuroplasticity in neurorehabilitation”.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
Author contribution. Ya.Yu. Zakharov ― concept, design, sampling, analysis and interpretation of results, writing the text; A.A. Belkin ― structuring of primary documentation, editing, approval of the final version; V.A. Shirokov ― literature analysis, editing; D.G. Pozdnyakov ― conducting the research. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
About the authors
Ya. Yu. Zakharov
Clinic Institute of Brain; Ural State Medical University
Email: ya.zakharov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5605-011X
SPIN-code: 7945-6264
Cand. Sci. (Med.)
Russian Federation, 28-6 Shilovskaya street, Berezovsky, 623702 Sverdlovsk region; EkaterinburgA. A. Belkin
Clinic Institute of Brain; Ural State Medical University
Email: belkin@neuro-ural.ru
ORCID iD: 0000-0002-0544-1492
SPIN-code: 6683-4704
MD, Dr. Sci. (Med.), Professor
Russian Federation, Berezovsky, Sverdlovsk Region; EkaterinburgV. A. Shirokov
Ural State Medical University
Email: vashirokov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1461-1761
SPIN-code: 8387-4080
MD, Dr. Sci. (Med.), Professor
Russian Federation, EkaterinburgD. G. Pozdnyakov
Clinic Institute of Brain
Author for correspondence.
Email: dg.pozdnykov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0496-1899
Russian Federation, Berezovsky, Sverdlovsk Region
References
- Lefaucheur JP, Aleman A, Baeken C, et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS): An update (2014–2018). Clin Neurophysiol. 2020;131(2):474–528. doi: 10.1016/j.clinph.2019.11.002
- Fregni F, El-Hagrassy MM, Pacheco-Barrios K, et al. Evidence-based guidelines and secondary meta-analysis for the use of transcranial direct current stimulation in neurological and psychiatric disorders. Int J Neuropsychopharmacol. 2021;24(4):256–313. EDN: OHXDZX doi: 10.1093/ijnp/pyaa051
- Guo Z, Jin Y, Bai X, et al. Distinction of high- and low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation on the functional reorganization of the motor network in stroke patients. Neural Plast. 2021;2021:8873221. doi: 10.1155/2021/8873221
- Di Pino G, Pellegrino G, Assenza G, et al. Modulation of brain plasticity in stroke: A novel model for neurorehabilitation. Nat Rev Neurol. 2014;10(10):597–608. doi: 10.1038/nrneurol.2014.162
- Lin YL, Potter-Baker KA, Cunningham DA, et al. Stratifying chronic stroke patients based on the influence of contralesional motor cortices: An inter-hemispheric inhibition study. Clin Neurophysiol. 2020;131(10):2516–2525. doi: 10.1016/j.clinph.2020.06.016
- Hummel FC, Cohen LG. Non-invasive brain stimulation: A new strategy to improve neurorehabilitation after stroke? Lancet Neurol. 2006;5(8):708–712. doi: 10.1016/S1474-4422(06)70525-7
- Grefkes C, Fink GR. Reorganization of cerebral networks after stroke: New insights from neuroimaging with connectivity approaches. Brain. 2011;134(Pt 5):1264–1276. EDN: OLUBSZ doi: 10.1093/brain/awr033
- Sebastianelli L, Versace V, Martignago S, et al. Low-frequency rTMS of the unaffected hemisphere in stroke patients: A systematic review. Acta Neurol Scand. 2017;136(6):585–605. doi: 10.1111/ane.12773
- Harvey RL, Edwards D, Dunning K, et al. Randomized sham-controlled trial of navigated repetitive transcranial magnetic stimulation for motor recovery in stroke. Stroke. 2018;49(9): 2138–2146. doi: 10.1161/STROKEAHA.117.020607
- Dodd KC, Nair VA, Prabhakaran V. Role of the contralesional vs. ipsilesional hemisphere in stroke recovery. Front Hum Neurosci. 2017;(11):469. doi: 10.3389/fnhum.2017.00469
- Jaillard A, Martin CD, Garambois K, et al. Vicarious function within the human primary motor cortex? A longitudinal fMRI stroke study. Brain. 2005;128(Pt 5):1122–1138. EDN: ILYNKX doi: 10.1093/brain/awh456
- McCambridge AB, Stinear JW, Byblow WD. Revisiting interhemispheric imbalance in chronic stroke: A tDCS study. Clin Neurophysiol. 2018;129(1):42–50. doi: 10.1016/j.clinph.2017.10.016
- Sankarasubramanian V, Machado AG, Conforto AB, et al. Inhibition versus facilitation of contralesional motor cortices in stroke: Deriving a model to tailor brain stimulation. Clin Neurophysiol. 2017;128(6):892–902. doi: 10.1016/j.clinph.2017.03.030
- Oldfield RC. The assessment and analysis of handedness: The Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 1971;9(1):97–113. doi: 10.1016/0028-3932(71)90067-4
- Veldema J, Nowak DA, Gharabaghi A. Resting motor threshold in the course of hand motor recovery after stroke: A systematic review. J Neur Rehab. 2021;18(1):158. EDN: MFWRSJ doi: 10.1186/s12984-021-00947-8
- Rossini PM, Di Iorio R, Bentivoglio M, et al. Methods for analysis of brain connectivity: An IFCN-sponsored review. Clin Neurophysiol. 2019;130(10):1833–1858. doi: 10.1016/j.clinph.2019.06.006
- Rosso C, Lamy JC. Does resting motor threshold predict motor hand recovery after stroke? Front Neurol. 2018;(9):1020. doi: 10.3389/fneur.2018.01020
- Luft AR, Forrester L, Macko RF, et al. Brain activation of lower extremity movement in chronically impaired stroke survivors. Neuroimage. 2005;26(1):184–194. doi: 10.1016/j.neuroimage.2005.01.027
- Dobkin BH, Firestine A, West M, et al. Ankle dorsiflexion as an fMRI paradigm to assay motor control for walking during rehabilitation. Neuroimage. 2004;23(1):370–381. doi: 10.1016/j.neuroimage.2004.06.008
Supplementary files
![](/img/style/loading.gif)