Cutting Your Nerve Changes Your Brain | El Paso, TX.

Dopu a trasezzione di u nervu perifericu di i membri superiori è a riparazione chirurgica, alcuni pazienti recuperanu una bona funzione sensomotoria mentre altri ùn. Capisce i meccanismi periferichi è centrali chì contribuiscenu à a recuperazione pò facilità u sviluppu di novi interventi terapeutici. A plasticità dopu a transizione di u nervu perifericu hè stata dimustrata in tutta a neuroaxi in mudelli animali di ferita nervosa. Tuttavia, i cambiamenti cerebrali chì si verificanu dopu a transizione di u nervu perifericu è a riparazione chirurgica in l'omu ùn sò micca stati esaminati. Inoltre, a misura in cui a rigenerazione nervosa periferica influenza i cambiamenti funziunali è strutturali di u cervellu ùn hè stata caratterizata. Dunque, avemu dumandatu se i cambiamenti funzionali sò accumpagnati da cambiamenti strutturali di materia grigia è / o bianca è se sti cambiamenti si riferenu à a recuperazione sensoriale? Per affruntà sti prublemi chjave avemu (i) valutatu a rigenerazione di u nervu perifericu; (ii) misurazione di a risonanza magnetica funzionale attivazione cerebrale (segnale dipendente da u livellu di ossigenu in sangue; BOLD) in risposta à un stimulu vibrotattile; (iii) hà esaminatu a plasticità cerebrale strutturale di a materia grigia è bianca; è (iv) misure correlate di recuperu sensoriale cù cambiamenti di materia grigia in a transizione di u nervu perifericu è i pazienti di riparazione chirurgica. Rispuntendu à u nervu contralesionale sanu di ogni paziente, i nervi transettati anu alteratu a conduzione nervosa 1.5 anni dopu a transizione è a riparazione, cunducendu cù una ampiezza diminuita è una latenza aumentata. Rispuntendu à i controlli sani, i pazienti di transizione nervosa periferica è di riparazione chirurgica avianu alteratu l'attività di signale dipendente da u nivellu di ossigenu in u sangue in e cortecce somatosensoriale primarie è secondarie contralesionali, è in un inseme di aree cerebrali cunnisciute cum'è a "rete di attività positiva". Inoltre, e riduzioni di materia grigia sò state identificate in parechje zone cerebrali, cumprese e cortecce somatosensoriale primarie è secondarie contralesionali, in e stesse zone induve sò state identificate riduzioni di segnale dipendenti da u livellu di ossigenu in u sangue. Inoltre, a materia grisa chì assottiglia in u gyrus post-centrale era negativamente correlata cù misure di recuperu sensoriale (rilevazione meccanica è di vibrazioni) dimustrendu un ligame chjaru trà funzione è struttura. Infine, avemu identificatu una anisotropia frazzionale di materia bianca ridotta in l'isula destra in una regione chì hà ancu dimustratu una materia grigia ridotta. Questi risultati furniscenu una visione di a plasticità di u cervellu è di e relazioni struttura-funzione-comportamentu dopu a ferita nervosa è anu implicazioni terapeutiche impurtanti.

Segni: cortical thickness; fMRI; diffusion tensor imaging; plasticità; lesioni nervatura perifèrica
Abbreviazioni: BA = area Brodmann; BOLD = u liveddu di u oxigenu di u sangue; FMRI = funziunale di impresa di resonance magnetica;
PNIr = curazione di u nervu periferu è a riparazione kirurgiaria; S1 = cortex somatosensoriale primariu; S2 = corti corticalume somatuensensoriale

I MUVRINI

Dopu a trasezzione nervosa periferica di i membri superiori è a riparazione chirurgica (PNIr),? 25% di i pazienti ùn anu micca tornatu à travaglià 1.5 anni dopu a chirurgia (Jaquet et al., 2001). Inoltre,? 57% di i pazienti cun ferite nervose sò trà 16-35 anni (McAllister et al., 1996); cusì, una longa vita di disabilità è di difficultà ecunomiche pò accumpagnà a transezione di u nervu di u membru superiore. Capisce e ramificazioni centrali è periferiche di a ferita nervosa periferica pò facilità u sviluppu di nuove strategie terapeutiche è prugrammi d'intervenzione.

Ùn si cunnosce chì u core risponde à u PNIr in l'omu. In ogni modu, studienti animali anu stabilitu chì a plasticità in u corti corticalse somatosensoriale accumenza immediatamenti dopu a transizione di u cummerciu periferali, è chì l'annu dopu a transizione nerveale cumpletu è a reparazione kirurgiaria, i mapei corticale cuntenenu parolle di e regule nontretetivi di i nervi transettati è adiacenti (Wall et al ., 1). I mécanismi chì facilitendu a plasticità funzionale sò pensati per cumprendi l'immascenza immediata di e projezzione preeistenti da i livelli corticale è subcorticale adatti, è a braccialazione di l'axonni à i nivuli multiplicità di a neuroaxis, cumpresu a cortica somatosensoriale primaria (S1986) (Florence è Kaas , 1; Hickmott è Steen, 1995).

U studienti di l'umani di u circulu umanu anu corroboratu i valutati da mudelli d'animali cù l'identificazione di i mapaggini d'attivazione funziona MRI alterati per causa di spinali dentale, amputation, toe-to-thumb transfer, è in i sindromi di u carpelle (Lotze et al., 2001; Manduch et al., 2002; Jurkiewicz et al., 2006; Napadow et al., 2006). Inoltre, i studienti strutturale MRI anu vistu pocu à visualizà i materiali grigi è bianchi cambiamenti traumatii e in diverse situazioni patologichi, inclusi l'amputazione di u membre è u dolor crònicu (Apkarian et al., 2004; Draganski et al., 2006; Davis et al., 2008; Geha et al., 2008; Maig, 2008). I cambiamenti di a materia grisa sò pensati per esse ligati à i cambiamenti in a tene di cile, l'atrofia è / o a perdita di i neuroni o glia, mentri chì i cambiamenti bianchi sò influinzati da a degenerazioni axonali è a perdita di mieline (Beaulieu, 2002; Maig, 2008).

Un accostu putente per delineate i miccanesi di a patologia è di a plasticità hè di cunghjuntà tecniche funzionale è strutturale di tecnulugia di grisa è bianca. Avemu infurmatu infurmatu chì i malfattenti cù uparatu superipipe cumplitivu PNI retenu troppu dumanità somatosensoriale chì persistenu 41.5 anni dopu a cirugia (Taylor et al., 2008a). Basatu nantu à sti trovii, avemu ragiunatu chì i sti pazienti anu exhibe funziunale è strutturale cambiamenti di u core in i lochi di somatensensorio chjosi chjave Dunque, in stu studiu, avemu a ssusurità chì i pazienti di PNIr anu da: (i) risposti di rispunsabilità di u liveddu di u oxigenu di sangue (BOLD) à l'estimulazione vibratori di u territoriu nervatu transettatu, in a regione di S1 chì rapprisenta u partitu superi feritali è in u secundariu cutxa somatuensensoriale (S2); (ii) a reduczione in u cortese gruesu in queste rigioni di u cuntralioniali S1 è S2; (iii) una correlazione entre cambiamenti in u grose corticale è i psicofisichi di a funzione somatuensoriale (vibrazione è trisoru di cunte); e (iv) anisotropija fraccionata ridutta (una misura di a integrità bianca) in materie nettu chì alimenta in / fora di sti area corticale somatensensoriale.

mètudi

Subjects

Avemu recrutatu 27 pazienti cun transezione cumpleta di a mediana è / o di u nervu ulnare seguitatu da riparazione chirurgica da chirurghi plastichi affiliati à u prugramma di mani di l'Università di Toronto trà ghjugnu 2006 è maghju 2008. Da questa coorte più grande, 14 pazienti senza dolore (trè femine , 11 masci; 34? 10 anni) cù transezione cumpleta di a mediana dritta è / o di u nervu ulnare sò stati inclusi in u studiu [per evità cunfusioni in relazione à a presenza di dolore è di lateralità pazienti cun dolore (n = 6) è lesioni di latu sinistro (n = 7) sò stati esclusi da questa analisi]. Tutti i pazienti sò stati sottumessi à a riparazione di u microchirurgicu di u nervu almenu 1.5 anni prima di studià l'iscrizzione (u tempu di recuperu variava da 1.5 à 8 anni). Inoltre, avemu recrutatu 14 controlli sani abbinati à l'età è à u sessu (3 femine, 11 masci; 34? 10 anni). Tutti i sughjetti anu datu un accunsentu scrittu infurmatu à e prucedure appruvate da u Cunsigliu di Etica di a Rete di a Salute Universitaria. Tutti i sughjetti eranu manu destra (determinati aduprendu l'inventariu di manu di Edimburgo: Oldfield, 1971) è ùn avianu micca storia di ferita neurologica o dolore cronicu (prima o dopu a transizione nervosa). Vede a Tabella 1 per i dettagli demografichi.

Studiu studiu

Ogni sughjettu participà à una sessione di imaghjini chì inclettenu: (i) funziunamentu di resonance magnetichi funziunali (fMRI) in risposta à stimuli vibrotactile applicati à u dito indices (in u territoriu mediu mediu); (ii) un scanamentu anatomicu di u risultatu di u culu tuttu, acquistatu per registrazione d'imaghjini è per l'analisi di materia grisgia cortica; è (iii) dui scansi di scanning per imaging scintillanti per a valutazione di a integrità bianca. Prima di l'imaging, i sugetti sò struitu in u cuncettu basatu di l'esperimentu è ricurdaru à esse still like possible during a durazione di l'scan.

I temi eranu liberi di sughjirà di l'estudo in ogni mumentu. Inoltre, una evaluazione sensu è muturale hè stata realizata per tutti i sughjetti (Taylor et al., 2008a). Quandu l'umicchia di u minimu di a tingazione è a vibrazzioni èranu correlati cù u grossu corticale una discrizzione di sti metudi hè cundutu sottu (altre misure psicofisichi seranu informati in avanti).

Ughjettu di Vibrazione

U limiti chjappu di a dettazione di vibrazioni sò stati determinati cù un Bio-Thésiometru (Bio-Medical Instrument Company, USA). U dispusitivu hè una sonda 12-mm chì hè stata colapita nantu à a falange distale di u dito indici (D2). Li limiti fussenu dispunuti cù u metu di limiti: l'amplitude (tensione) hè anu aghjustatu à u suvitatu indizienti ch'elli perceonu l'stimulu. U minimu di a vibrazzioni hè stata acquistata trè volte e un valore mediu hè calculatu. Duranti a prova di umbrini di vibrazione, i sugetti eranu struitu à chjude l'ochji è ripiglià a volta di a so manu nantu à un cushion supportive.

Limitu per a dettazione meccanica

E soglie di rilevazione meccanica sò state determinate aduprendu un inseme standardizatu di filamenti von Frey (OptiHair2 Marstock Nervtest, Germania) chì cuntenenu 12 filamenti calibrati logaritmicamente spaziati chì furnianu forze da 0.25-512 mN. U diametru di a superficia di cuntattu di tutti i 12 filamenti era ~ 0.4 mm. E prove sò state cundutte cù l'ochji di u sughjettu chjusi è e mani appughjate nantu à un cuscinu dolce. E sonde sò state applicate in una serie ascendente è i sughjetti eranu tenuti à fà una risposta ogni volta chì sentianu chì una sonda tocca a punta di u dittu D2 ghjusta. Stu prucessu hè statu ripetutu trè volte. A forza per u filamentu chì hè stata rilevata in almenu dui di i trè prucessi hè stata riportata cum'è a soglia di rilevazione meccanica di u sughjettu.

Pruduczioni di Conducta Nerviale

I pazienti anu participatu à studii bilaterali di cunduzione di i sensori è di i nervi motori in a clinica di elettromiografia (EMG) di u Toronto Western Hospital. Per a cunduzione di u nervu mutore, l'elettrodu stimulante hè statu piazzatu à u polsu è à u gomitu (separatamente) è l'elettrodu di registrazione hè statu piazzatu sopra l'abduttore pollicis brevis, per a valutazione mediana di u nervu, o l'abduttore digiti minimi per a valutazione di u nervu ulnare. Per a prova di u nervu sensoriale l'elettrodu di registrazione hè statu piazzatu à u polsu è l'elettrodu stimulante hè statu piazzatu à e cifre D2, D3 è D5. Un neurologu anzianu è sperimentatu da a Clinica EMG di u Toronto Western Hospital (Dr Peter Ashby) hà rivisatu tutte e valutazioni cliniche per determinà chì nervi anu dimustratu risposte normali / anormali. Cume e misure di ampiezza è di latenza sò cunnisciute per varià sustanzialmente trà i sughjetti (per via di fattori cum'è a densità di innervazione, a prufundità di u nervu è u spessore di a pelle di un sughjettu individuale) (Kimura, 2001) u nervu micca trasettatu di ogni paziente hà servitu cum'è u so propiu cuntrollu per paragunà cù i valori da u latu transettu. In quelli pazienti cun risposte rilevabili di conduzione nervosa, sò stati effettuati testi t accoppiati per valutà a differenza di misure di latenza o di ampiezza trà i nervi transettati è contralezionali di ogni paziente.

Parametri di l'imagine

I dati di l'imaghjini di u cervellu sò stati acquistati utilizendu un sistema MRI 3T GE dotatu di una bobina di testa in fase di ottu canali. I sughjetti sò stati posti in supina nantu à a tavola MRI è a testa di ogni sughjettu hè stata imbottita per riduce u muvimentu. I dati fMRI di u cervellu tutale sò stati acquistati utilizendu l'imaghjini planari di eco (28 fette assiali, campu di vista (FOV) = 20 x 20 cm, matrice 64 x 64, voxels 3.125 x 3.125 x 4 mm, tempu di eco (TE) = 30 ms, ripetizione tempu (TR) = 2000 ms). U tempu di scansione era 5 min è 8 s (154 frames). Durante a scansione, un stimulu vibrotactile non doloroso di 12 Hz hè statu appiicatu à a falange distale di a diritta D2 utilizendu diaframmi di palloncini guidati da aria compressa (Dispositivo fabbricatu da Dr Christo Pantev; www.biomag.uni-muenster.de). Stimuli sò stati mandati in blocchi di 10s interleaved with 20s of rest, per un totale di 10 blocchi di stimulazione è 10 blocchi di restu. I primi 8 s (4 TRs) di dati acquistati da ogni corsa sò stati scartati per permette l'equilibriu di u signale fMRI. I sughjetti sò stati urdinati di mantene l'ochji chjusi durante u scanning è fucalizza nantu à i stimuli. Una scansione anatomica tridimensionale (3D) in alta risoluzione di u cervellu tutale (124 fette sagittali, 24 x 24 cm FOV, 256 x 256 matrice, 1.5 x 0.94 x 0.94 mm voxels) hè stata acquistata cù un gradiente di sequence spoiled 1D ponderatu T3. (un signalu mediu, flip angle = 20? , TE ? 5 ms). Inoltre, duie scansioni di imaging di tensor di diffusione (38 fette assiali, FOV 24 x 24 cm, 128 x 128 matrice, 1.875 x 1.875 x 3 mm voxels) sò state acquistate in 23 direzioni cù un valore b di 1000smm�2. Ogni corsa cuntene ancu dui volumi senza ponderazione di diffusione.

Analisis fMRI

Data analizate u Brainvoyager QX v1.8 (Brain Innovaton, Maastricht, Paesi Bassi). A pre-processazione hè chjamata: 3D correzione di mozzjoni, currezzione di scanella di scanella, curata di tendenza linearata, filtramentu d'altu passatu (cinque cìculi per corpu), è smoothing spaziale cun un largu sanu 6mm à a mità di u massimu (FWHM) di u nucleatu Gaussianu. i frigni di data fMRI anu interpolati à 3 x 3 x 3 mm voxels, rregistrati à l'imagine analisi d'alta resolutione è normalizatu à u spaziu standard Talairach (Talairach è Tournoux, 1988). Voxels sò informati cum'è 1 x 1 x 1 mm. Data analizate cù u mudellu lineale generale; U mudellu hè stata ottinutu cù a funziona boxcar di u tempu curretta di stimulazione tactil cun a funzione standard rispunsevuli omoplastia. Per identificà entre differenzi di u gruppu in i mudelli d'attivazione un analizamentu di l'effetti fissi hè statu fattu cù i cuntrasti: (i) cuntrolli sani: stimulazione 4 reste; (ii) PNIr: stimulazione 4 reste; è (iii) cuntrolli sani 4 PNIr. I mapaggini di attivazione eranu straggiati à un valore curretta di P50.05 (derivatu da un vcorreghju micca cuntrullatu P50.0001 è 120mm3 contigu cù a rappurtata prima: Taylor è Davis, 2009); Hè stata validata ancu eseguisce una Simulazione Monte Carlo cù l'applicazione d'AlphaSim implementata in l'analisis di funnziale Neuroimage (AFNI). Questa analizazione ncludia solu i pazzii 11 chì transettenu in u transazzione di u nervu medianu ghjusta (n = 9) o a mediana gialla è u nervu cubitalu (n = 2) (ie i trè pazzii cù una transizione nera di u puzzu pura d'ulnar) ùn eranu micca include in questa analizazione ).

Analisi di Cortical Spedizione

L'analisi di u spessore corticale hè stata fatta cù Freesurfer (http: // surfer.nmr.mgh.harvard.edu); i metudi sò stati spiegati in dettu in altrò (Dale et al., 1999; Fischl et al., 1999a, b; Fischl è Dale 2000). In breve, inseme di dati anatomichi ponderati T1 ad alta risoluzione sò stati registrati in l'atlas di Talairach (Talairach è Tournoux, 1988). Questu hè statu seguitu da a normalizazione di intensità, spogliatura di u craniu è a separazione di i emisferi. In seguitu, a materia bianca / grigia (chjamata a superficia bianca) è u grisu / CSF (chjamata a superficie pial) sò state identificate è segmentate. A distanza trà e superfici bianche è pial hè stata allora calculata in ogni puntu in ogni emisferu di u cervellu. Per identificà e differenze di gruppu trà i pazienti 14 è i controlli di 14 età / sessu, una analisi di mudellu lineare generale hè stata effettuata in ogni puntu di u cervellu. Cum'è a topografia corticale di l'individuu hè intrinsecamente eterogena, un kernel di lisciatura spaziale FWHM da 5 mm hè statu applicatu prima di l'analisi statistica. I dati sò visualizati à un P50.05 corregitu (derivatu da un P50.0075 non correttu è 102 vertici contigui); questu hè statu calculatu eseguendu una simulazione Monte Carlo cù AlphaSim. Un vertice riprisenta un puntu nantu à un fogliu bidimensionale, è, in stu studiu, a distanza trà dui vertici hè 0.80mm2.

Cum'è i pazienti anu presentatu deficit significativi in ​​funzione somatosensoriale in u territoriu nervu transettuatu, avemu fattu l'ipotesi chì e misure di a funzione somatosensoriale (rilevazione di vibrazioni è toccu) si correlerianu cù u spessore corticale in u girus post-centrale contralesionale (cortici somatosensoriali primarie è secondarie). Dunque, avemu realizatu analisi di correlazione in u gruppu di pazienti trà: (i) spessore corticale è soglia di rilevazione di vibrazioni; è (ii) soglie di rilevazione di spessore corticale è di toccu. Un paziente ùn hà micca compiu a valutazione psicofisica; dunque, sta analisi includia 13 pazienti PNIr. Inoltre, per determinà s'ellu ci era una relazione trà u spessore corticale è u tempu di recuperu una analisi di correlazione hè stata ancu effettuata trà queste duie misure. Queste analisi di correlazione sò state limitate à u gyrus contralesional post-centrale includendu una maschera (presa da Freesurfer incorporata in l'atlas) in u mudellu lineare generale. Una simulazione di Monte Carlo hè stata effettuata chì era limitata à u numeru di vertici in u circondu contralazionale post-centrale; L'imaghjini sò visualizati cù un P50.05 corregitu (derivatu da un P50.0075 micca correttu è 68 vertici contigui).

Diffusion Tensor Image Analysis

L'elaborazione di l'imagine di u tensore di diffusione hè stata fatta cù DTiStudio (www.MriStudio.org) è FSLv.4.0 (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/). L'imaghjini sò stati riallineati prima cù l'uttellu di Registrazione Automatica di l'Image implementatu in DTiStudio, aduprendu a prima maghjina B0 in a prima seria acquistata cum'è mudellu. Stu prucessu corregge per u muvimentu di u sughjettu è a distorsione di u currente di parolle. Tutte l'imaghjini sò stati ispezionati visualmente per valutà a qualità di l'immagine è l'allineamentu di i percorsi di imaging tensori di diffusione separati. Se un artefattu hè statu rilevatu, a fetta hè stata rimossa prima di calculà a media di e duie corse di imaging tensore di diffusione separate. E carte individuali FA sò state calcolate aduprendu u strumentu DTIFIT implementatu in FSL. L'analisi statistica sàviu-Voxel hè stata realizata per identificà e differenze di gruppu in l'anisotropia frazzionale media aduprendu Statistiche Spaziali Basate in Tratti; per una descrizzione cumpleta di sti metudi vede Smith et al. (2006). In breve, e immagini sò state registrate in modu non lineare à una maghjina di destinazione (MNI152), a maghjina media hè stata creata da tutti i datasets è sta maghjina hè stata successivamente diluita per rapprisintà tutti i tratti chì eranu cumuni à tutti i sughjetti. I valori più elevati di anisotropia frazionale di ogni sughjettu sò stati poi prughjettati nantu à u scheletru cercendu in materia bianca perpendiculare à ogni puntu nantu à u scheletru di materia bianca. Un'analisi statistica di u voxel sanu sanu sanu hè stata dopu realizata trà gruppi (14PNIr è 14 cuntrolli sani) è l'imaghjini sò stati corrugati sanu à P50.05. Inoltre, una regione di analisi di interessu hè stata effettuata in materia bianca viaghji adiacenti à l'S1 contralateral, tatuamo e bilaterali prevale è dopu insula. Sti rigioni sò stati scelti quand'elli anu prustamentu implicati in aspetti di a somatulazione è perchì currispondenu cù e regions chì eranu identifikati in l'analisi fMRI è di u gruppu di analizamentu corticale (CTA). I tarritorii di interessu sò stati dumandati nantu à u schellinu biancu quantu seguitu: (i) A regione regiunale contralateral S1 originata medialmente à a junction entre u schema biancu d'un corona-radiata è a secciona di scheletru introduva in u gyrus post-centru; finiscinu à a fine di a stesa di una fugliale dada.

In a direzzione z a regione d'interessu si stende da z = 49 à 57; tratti di materia bianca chì furniscenu a regione di a manu. (ii) A regione di thalamus contralaterale d'interessu era limitata à tracce di materia bianca chì circundavanu i nuclei talamici posteriori è mediali (nuclei implicati in funzione somatosensoriale), chì si stendenu da z = 1 a 4. (iii) E regioni insulari di interessu sò state tracciate bilateralmente in materia bianca adiacente à l'isula anteriore è posteriore basata nantu à criteri publicati prima da u nostru laburatoriu (Taylor et al., 2008b). A regione d'interessu estesa da z = 2 à 8. I valori di anisotropia frazionale sò stati estratti da ognuna di queste regioni di interessu è una analisi multivariata di varianza (MANOVA) hè stata effettuata aduprendu u Pacchettu Statisticu per e Scienze Sociali v13.0 (SPSS Inc, Chicago), chì includia valori anisotropichi frazionali per e sei regioni di interessu.

Risposte alla lingua

A Table 1 furnisce dettagli demografici per i participanti à u studiu. Tutti i pazienti 14 anu sustinutu una transezione cumpleta di a mediana ghjusta è / o di u nervu ulnare seguita da una riparazione microchirurgica almenu 1.5 anni prima di l'iscrizzione di studiu. U tempu da a chirurgia à e prove variava da 1.5 à 8 anni cù una media (? SD) di 4.8? 3 anni. I pazienti è i controlli ùn anu micca (34? 10 anni entrambi i gruppi; t = 0.04; P = 0.97).

Psicofisica

U minimu di a vibrazzioni sò stati calculati da tutti i trè misurazioni, chì l'analisi di a varianza (ANOVA) indican nudda diferenza significativa entre i tri studi [F (25, 1) = 0.227, P = 0.64]. A vibrazione è i dettaminte meccanica anu detta da i sughjettii significativamente in pacienti PNIr in cunfronti cù cuntrolli sani (vibrazione: t = 4.77, P50.001, Fig. 3A; mekkanika: t = 3.10, P = 0.005, Fig. 3D).

Pruduczioni di Conducta Nerviale

E misure di ampiezza è latenza ottenute da i nervi contralesionali di ogni paziente sò stati classificati cum'è normali da un neurologu sperimentatu in a Clinica EMG di Toronto Western Hospital. Nove di i pazienti 14 anu fattu test di conduzione nervosa. A Tabella 2 mostra a crescita media / diminuzione di latenza è amplitudine dati per a conduzione nervosa sensoriale da u polu à l'abductor pollicis brevis (mediana) o abduttore digiti minimi (ulnare) musculi è per a conduzione sensoriale da u polsu à D2 (mediana) è D5 ( ulnar) paragunatu à ogni paziente nervu contralesional senza ferite. Nantu à nove, sette pazienti anu avutu transezzioni chì includenu u nervu medianu. Di questi sette, un paziente ùn hà avutu alcuna risposta rilevabile durante e prove di u mutore è un altru paziente ùn hà avutu alcuna risposta rilevabile durante i test sensoriali.

In i sei pazienti cun risposte rilevabili, e latenze di conduzione motoria sò state aumentate di 43% (t = 6.2; P = 0.002) è l'amplitudini sò diminuite di 38% (t = 2.6; P = 0.045) quandu u nervu transettatu di ogni paziente era paragunatu à u so latu micca feritu. A cunduzione sensoriale in i nervi mediani hà ancu rivelatu un incremento di 26% in latenza (t = 3.9; P = 0.011) è una diminuzione di 73% di ampiezza (t = .8.0; P = 0.000) paragunatu à i nervi contralesionali normali. In i quattru pazienti cun transezzioni di u nervu ulnare un paziente ùn hà avutu alcuna risposta rilevabile durante i test di u nervu sensoriale. In quelli pazienti cun risposte, e latenze di u mutore di u nervu ulnare ùn eranu micca significativamente elevate (t = 2.8; P = 0.070); però, l'amplitudini eranu significativamente
diminuitu di 41% (t = 5.9; P = 0.010). Pruvenzi sensoriali di u nervu ulnare hà dimustratu un aumentu di 27% in latenza (t = 4.3; P = 0.049) ma nisun aumentu significativu di amplitudine (t =? 3.5; P = 0.072).

A plasticità funziunale in a Cortese Primariu Somatosensariu

E carte MRI Funzionali sò state calcolate da i pazienti PNIr 11 cù transezzioni nervose mediane dirette (i pazienti cun transezioni nervose ulnari sò stati esclusi da questa analisi) è 11 controlli sani abbinati à l'età è u sessu. Da a Fig. 1A, hè chjaru chì i pazienti PNIr anu significativamente menu attivazione, paragunatu à i controlli sani, in una regione di S1 ​​chì currisponde à a zona di Brodmann 2 (BA2) (Talairach è Tournoux, 1988) è S2 (vede a Tabella 3 per i dettagli) . A risposta media cunnessa à l'eventi da queste regioni di interessu mette in evidenza a risposta BOLD attenuata in i pazienti - lasciò BA2 è lasciava S2 (Fig. 1B è C, rispettivamente). Curiosamente, a stimolazione vibrotattile in i pazienti hà attivatu una parte più superiore di u gyrus post-centrale (probabilmente BA1 / 3) (Talairach è Tournoux, 1988) (Fig. 1A è Table 3). Una media ligata à l'avvenimentu (Fig. 1D) dimostra chì i cuntrolli sani avianu una minima attivazione in questa regione. Inoltre, i pazienti anu avutu significativamente più attivazione in e regioni di u cervellu cullettivamente cunnisciute cum'è a rete pusitiva positiva (asterischi in Fig. 1). Vede a Tabella 3 per l'elencu cumpletu di l'area cerebrale pusitiva attivata attivata. Questa rete include cortezze laterali prefrontali, laterali parietali, premotori è inferiori (Tabella 3): aree cerebrali chì sò attivate durante a prestazione di un compitu chì richiede attenzione è soppresse o inattive durante u riposu o attività chì ùn sò micca sfida cognitiva o attente (Fox et al., 2005; DeLuca et al., 2006; Seminowicz è Davis 2007).

Materia Reduced Gray in a Cortese Primariu Somatosensariu Correlate cù Sensoriu di Recuperazione

L'analisi di u spessore corticale in tutti i pazienti 14 è i controlli sani di 14 età / sessu hà rivelatu parechji loci di diradamentu corticale significativu in u gruppu PNIr (Fig. 2 è Tabella 4). Specificamente, i pazienti avianu una riduzione di 13% -22% di spessore corticale in sinistra (contralesional) S1, S2, girus cingulate anteriore pregenuale, corteccia prefrontale ventrolaterale è insula anteriore destra, girus cingulare medio anteriore / posteriore è lobule paracentrale. Curiosamente, i lochi di a materia grisa chì si diluisce in u gyrus post-centrale coincidenu cù e regioni di BOLD riduttu dopu a stimolazione vibrotattile (Table 4). Siccomu avemu avutu cunniscenza previa di i deficit sensoriali è di u tempu di recuperu di i pazienti (vale à dì u tempu da a riparazione microchirurgica), avemu dumandatu dopu se u spessore corticale di i pazienti in u gyrus post-centrale hè correlatu cù i so limiti di rilevazione meccanica è di vibrazione sensoriale, o cù i so tempu di ricuperazione. Queste analisi anu rivelatu una correlazione negativa trà u spessore corticale è e soglie di rilevazione di vibrazioni in una regione chì include BA1 / 2 è S2 (P50.001, r =? 0.80 è? 0.91, per BA1 / 2 è S2, rispettivamente; Fig.3 è Table 5 ). Inoltre, i limiti di rilevazione meccanica sò stati ancu correlati negativamente cù u spessore corticale in una regione BA2 leggermente superiore è a stessa regione S2 (P50.001, r =? 0.83 è? 0.85, per BA2 è S2, rispettivamente; Fig.3 è Table 5). Tuttavia, ùn avemu micca identificatu una relazione significativa trà u tempu di recuperu è u spessore corticale. Dunque, in u gyrus post-centrale, u diradamentu corticale hè statu assuciatu cù deficit sensoriali più severi. Tuttavia, ùn avemu micca identificatu una relazione significativa trà u tempu di recuperu è u spessore corticale. Di novu, ci era una corrispondenza trà u diradamentu corticale in e zone correlate negativamente cù stimuli vibratori è e regioni chì mostranu anomalie fMRI è CTA di u gruppu.

Materia White Anomalii Nurmanna Transection

Per evaluà a integrità di a materia bianca avemu usatu una rigione di interessu di cercare per esaminà parechje materiali diferenzi di u gruppu nantu à l'ipotesi priori. I tarritorii di interessu sò stati limitati à e tratta di materia bianca circundendu è alimentendu à u S1 e tralimicu cuntralessionale. Inoltre, avemu ancu pruduce e ricerchi di interessu nantu à a materia bianca à l'oghje è a direa, di l'insula precedente è dopu. L'insula fù sceltu perchè hè implicatu in u processu somatuensoriu è perchè identificamu a materia grisa reducida in l'insular pretendu righjunali cù CTA. Questa agrigatu di l'interessu interessu revelò chì i sughjetti anu dettaminatu significativamente di a prioralità di l'anisotropia frazziunità frazile (MANOVA cumprendi tutti i sei rigioni d'interessu) vicinu à a righione prima [F (1, 26) = 4.39, P = 0.046; Fig. 4A] è insula laterale [F (1, 26) = 5.55, P = 0.026; Fig. 4B], ma ùn ci era micca differenza di gruppu in a materia bianca à l'insula (insurità antica: P = 0.51; insula laterata di laterale: P = 0.26), tatuamo (P = 0.46) o S1 (P = 0.46 ).

Articulu discussione

Eccu, avemu dimustratu per a prima volta chì ci hè a plasticità funzionale è l'abulitani strutturale di a materia grisa è bianca in parechje rigioni corticale sottu à a curretta di u corpu perifèriu superiore superiori è a riparazione kiruritica. Questa plasticità pò esce da una ricchezza perifèrica incompleta di regenerazione (morte di e cungresi periferali è / o rieliminazione incompleta), cum'è e mane di cunducta nervosa in questi pazienti dimustratu anormali severi. Inoltre, i nostri dati demoninzianu chì a diminuite rispunsevuli foggianate di vibrotactile evocati in u gyrus post-cintrali currispondenu cù a materia grisa per ghiacciata in u gruppu di pacienti. Questi risultati suggerenu chì risposti di BOLDi ridotti puderà esse facilitatu da una reducione in a materia grisice cortica e / o di una diminuzione in l'afferent input à u gyrus post-centrale. Inoltre, u grosu corticale in questi stessi partijiet di u gyrus post-centru negativamente correlati cù e cumpurtamentu cumu di a funzione somatuensoria. Hè per esse, l'aumentu dèfichi somatasiensoriale sò stati correlati cù corpu dilicatu; tutti quelli chì ponu esse rilatati à a ricerca affirtu. Pigliati, i nostri dati suggerenu chì a regenerazione nurmale perifèrica in incomplete contribuisce à impuru disfunzioni somatoghi, atrofia curretta greche di caccia è diminuite l'attivazione fMRI (vede Fig. 5 per un sumariu di questi loghazioni).

Hè cume cunnisciutu chì a plasticità corticale seguite a transetta di u cummerciu periferali è a risoluzione kirurgia pò esse in a CNS in primati non-umani (Kaas, 1991). Questa plasticità hè pensatu per esse da l'imbricarii di sinapsi silenzii previ, o siculate axonali in u territoriu di spiegà (Wall et al., 1986; Florence è Kaas, 1995). In u primatu mudellu, annu 1 dopu a trascurazione di u nervu è a riparazione kirurizali, l'escaliate denervatu hè carattarizatu da representati incompletosi è dispusitivi di i nervi regenerati è adatti (intactu). Sta rapprisagghia sbagliata hè attribuita a regenerazione perifèrica incompleta rizzanda in una rimborsione parali di u spazi corticale denervatu (Kaas, 1991). A valutazione di l'estensità di a regenerazione perifèrica in a nostra populazione di u pacificu avemu realizatu studi di sensitività è conducta di u nervu in u spaziu trasatu. I radici di a nostra trasmissioni di u nervu dimostu chì i pazienti di PNIr anu diminuite significativamente a l'amplitude è l'aumentu latenza in u nervu sensitivu è di u mutore cumparatu cù u so propiu passaghju propriu. A diminuità in l'amplitude cunghjunata cù a latenza più grande hè indicativa di perdita per a periferali di fibra (per esempiu, a morte celular) è / o anomalia intellettualità o incomutata dopu a trasmissione (Kimura, 1984). Inoltre, hè ben stabilitu chì entre 20% è 50% di i neuroni di ganglionu di a rotula dorsali murenu dopu a trascurazione di u nervu (Liss et al., 1996). Cusì, a morte di cellulosa affirtu è a regenerazione incompleta pò esse riducerà a diminuitu aduprata à u corti, chì puderanu contà di datii sensitivi pendenti è diminuite a retazione di BOLD in BA2 è S2. Inoltre, sta staghjunata dimissione di ricerca puderia ancu esse u cuntestu per a manca corticale avemu osservatu in e stessi rughjoni di a corti. A privazzjoni sensitiva hè statu muruta per causà degenerazione transuranale in diverse regioni di u CNS, cumprese a cornu dorsale da a seccion nervosa sciaticu (Knyihar-Csillik et al., 1989), è pò esse implicatu neunori di second-and third order (Powell e Erulkar, 1962). A degenerazione transneurunale hè carattarizata da u cuntrappu di ciumi è hè creatu per esse ligatu à diminuite, o nè chì ne esistenu, l'afferent input (Knyihar-Csillik et al., 1989). Cusì, a perdita di a materia grisa cortica (o atrofia) puderia ancu esse direttamente direttamente cun una aportazione di diminuite.

Avemu dinò chì hà avutu dimustratu creazione d'attivazione in u gyrus post-centru in una regione currispondente à BA1 / 3 (Talairach è Tournoux, 1988). Studii elettrofisiulogichi, anatomichi è di neuroimaggiu anu stabilitu chì per a maiò parte di affarenti mecoreceptivo cutàniesi i primi destinazioni corticales sò BA1 è BA3b. Ci sò citadini citogenichi di u nucleonu chì sò pussede un carte di u corpu somatotopicu cù i picculi campi receptive. Inoltre, issi spazii rispundenu à parechji funziunalità di l'infurmazione ticèta, cum'è a struttura è a rugdura, a velocità è a curvatura di stimuli (Bodegard et al., 2001). i studii fMRI anu dimostratu chì l'attività in u cortese somatuensensoriale hè influinzatu da l'attinzioni cum'è chì e risposti fMRI à i stimuli tactile in S1 sò crescati cù quandu l'attuali assistenu à un stimulu tactile, ma sò attrezzati quandu i subjecte sò distritti (Arthurs et al., 2004; Porro et al., 2004). Inoltre, i nostri pazienti attivatu una retazione di l'alivi di u funziunamentu cunnisciutu cumu a reta di pusiziunale positiva (DeLuca et al., 2006) più contru di sanità. Questi articuli di u cernimentu sò attivati ​​durante l'esigenti prucessi attivi (Fox et al., 2005; Seminowicz è Davis, 2007). Inseme, questi bisogni riceranu chì i maladieti anu da assiste à l'stimulus più di cuntrolli per i so inturniatu sensu input. Questa assistenza aumentata pò ancu esse aghjuntu à l'attivazione creda in BA1 / 3b. Per esse, l'attivazione creciosa in BA1 / 3b pò ancu esse rifirisce a plasticità chì ùn hè inrelated à a carica attentionale.

BA2 è S2 dui ricivete projezzione di BA1 / 3b è ancu da parte distinta di u cumpurtamentu termale ventroposterior (Pons et al., 1985; Friedman è Murray, 1986). Tutti dui u cori e zone anu campi ricettivi grandi, spessu multi-cifri (BA2) o bilaterali (S2) (Pons et al., 1985; Iwamura et al., 2002). Basatu nantu à e proiezioni ana-tomiche è e pruprietà di risposta neuronale, l'elaborazione gerarchica di l'infurmazioni tattili hè stata dimustrata da BA1 / 3b à BA 2 (Kaas et al., 2002). Inoltre, studii elettrofisiulogichi in macachi (Pons et al., 1987) è magnetoence-falugrafia dati acquistati in l'omu, suggerenu chì l'elaborazione seriale di input tattili si faci da S1 à S2 in primati superiori (Frot è Mauguiere 1999; Disbrow et al. ., 2001). Parechji studii anu dimustratu chì BA2 hè attivatu preferenzialmente da forma è curvatura (Bodegard et al., 2001), mentre S2 pò esse implicatu in l'apprendimentu tattile (Ridley è Ettlinger 1976; Murray è Mishkin, 1984), supportendu a nozione chì queste zone cerebrali sò ingaghjati in trasfurmazioni somatosensoriale d'ordine superiore. A nostra valutazione psicofisica hà dimustratu chì i pazienti eranu significativamente compromessi à a rilevazione di stimuli tattili semplici, è in u test di Identificazione di Struttura di Forma 1.5 anni dopu a chirurgia (Taylor et al., 2008a). Quest'ultimu test valuta l'abilità di un paziente di ricunnosce e caratteristiche di un oggettu mentre esplora attivamente una forma o struttura, chì richiede l'integrazione di l'informazioni sensoriali in e regioni di u corpu (Rosen è Lundborg, 1998). Presi inseme, una interpretazione di i nostri dati hè chì i pazienti PNIr assistenu di più à u stimulu vibrotattile, purtendu à una attivazione aumentata di a reta di pusitivu pusitivu è BA1 / 3. Tuttavia, in questi pazienti, i nostri dati implicanu chì e zone di trasfurmazione d'ordine superiore, cume BA2 è S2, ùn anu micca ricevutu informazioni tattili, chì, à u so tornu, ponu resultà in un assottamentu corticale è ridotte risposte BOLD.

L'insula hè pensatu per intervene un rolu à integrate l'infurmazioni multimodale importate per i funziunamentu sensorimotor, emutivu, allostaticu / homeostaticu è cognitivu (Devinsky et al., 1995; Critchley, 2004; Craig, 2008) è hà statu denominuatu cortezu sensu lòbicu (Craig , 2008). Diversi studii anu infurmatu l'attivazione insular in risposta à l'stimulazione tactil (Gelnar et al., 1998;

Downar et al., 2002) è studienti di traccia anatomichi in primati anu dimostratu chì l'insula hè recettucipatu in cunnessione frontale, parietale è temporal lobes (Augustine, 1996). In i nostri pazienti, l'insula righjale ghjusta era l'unica area cortica chì demonice vernice cortical significativu in cunjunzione cù valurizazioni anisotropichi fraccionati ridutta in a materia bianca vicinu, chì suggerenu chì a crescita in a regione hè assuciata da una perdita di fibri chì sughjenu à o da sta struttura. L'intrattenimentu righjuntu di a righjoni hè stata implicata in l'interocezione chì hè situatu per integra l'entrata homeostaticità da u corpu cù cundizzioni motivati, emotivi è ecunomichi (Craig, 2008). Inoltre, Critchley et al. (2004) informa una correlazione entre l'abbilitivi interoziativi è u vulume di a materia grisa di u primu insula ghjusta. A causa di a nostra trovi chì i pazienti anu diminuitu à a materia grisa in l'insula prima di u dirittu, sarà d'interesse per evaluà e capacitàti interoceve in seguitu a ferita periferiale in u futuru studiu.

Cunziunatu, avemu dimustratu per a prima volta chì alterazione funziona è strutturale sò prisenti in l'escurazza cerebrale umana 1.5 anni dopu una transzione sana di un nervu periferali in uperu superiore chì hè stati microsurguli riparati. Inoltre, l 'imurrogenza di nurmanu adopranu una regenerazione perifèrica incompleta in questi pazienti. In più, avemu indicatu chì u gruesu cortical hè in relazione cù e mezi psicofisichi di a rilazione, in quellu corti in u BA2 è S2 hè assuciatu cù a funzione somatuensensiatura povira. Sti dati suggerenu chì u resestatu di i mapaggiu di activazione normale funziona hè direttamente assuciatu cù a regenerazione successiva di l'affittu persunale.

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

1 Divisione di Cervellu, Imaging è Comportamentu - Neuroscienze di i Sistemi, Toronto Western Research Institute, University Health Network, Toronto, Canada M5T258
Institutu 2 di Scienze medica, Università di Toronto, Canada
Dipartimentu di Cirurgia 3, Università di Toronto, Canada
Centro di Resource Center d'Istudii Climatichi 4, Istitutu di Ricerca di u Toronto, Università di Salute Università, Toronto, Canada M5T2S8

Correspondenza à: Karen D. Davis, Ph.D.,
Divisione di Cervellu, Imaging è Comportamentu - Neuroscienze di i Sistemi, Toronto Western Research Institute,
'Ovest Western Australia,
Network di Salute Universitarie,
Camera MP14-306, 399 Bathurst Street,
Toronto, Ontario,
Canada M5T 2S8
E-mail: kdavis@uhnres.utoronto.ca

Acknowledgements

L'autori aghjungi u missu Geoff Pope, u Dr. Adrian Crawley, u Sur Eugene Hlasny è u Signore Keith Ta per l'assistenza tècnica esperta. L'autori facenu vulete aghjungi u dirittu Dr. Peter Ashby è u Signore Freddy Paiz da a Clinica EMG di u Circuitu Western Toronto per i cunducini i teste di conduction di u corpu è per furnisce una valuta d'ipertificà di e risultati. L'autura anu ancu aghjunghje i Drs Dvali, Binhammer, Fialkov è Antonyshyn per cullaburà cun stu prughjettu. U Dr. Davis hè un Catedra di Ricerca di Canada in Brain and Behavior (CIHR MOP 53304).

Funding

The Physicians Services Incorporated è una borsa cumuna di sementi da l'Università di Toronto Center for the Study of Pain / AstraZeneca.

Materia supplimentale

U materiale supplementariu hè dispunibule in Brain online.