Sizin Sinirinizi Kəsmə Braininizi dəyişir El Paso, TX.

Üst ekstremal periferik sinir transeksiyası və cərrahi təmirdən sonra bəzi xəstələr yaxşı sensorimotor funksiyasını bərpa edir, digərləri isə yox. Bərpa etməyə kömək edən periferik və mərkəzi mexanizmləri anlamaq yeni terapevtik müdaxilələrin inkişafını asanlaşdıra bilər. Periferik sinir transeksiyasından sonra plastiklik, sinir zədələnməsinin heyvan modellərində nöroaksiya boyunca nümayiş etdirilmişdir. Bununla birlikdə, insanlarda periferik sinir transeksiyası və cərrahi bərpa sonrasında meydana gələn beyin dəyişiklikləri araşdırılmamışdır. Bundan əlavə, periferik sinir bərpasının funksional və struktur beyin dəyişikliklərini təsir dərəcəsi xarakterizə olunmamışdır. Bu səbəbdən, funksional dəyişikliklərin boz və / və ya ağ maddənin struktur dəyişiklikləri ilə müşayiət olunduğunu və bu dəyişikliklərin sensor bərpa ilə əlaqəli olub olmadığını soruşduq. Bu əsas məsələləri həll etmək üçün (i) periferik sinir rejenerasiyasını qiymətləndirdik; (ii) vibrotaktil stimula cavab olaraq ölçülmüş funksional maqnit rezonans görüntüləmə beyin aktivasiyası (qan oksigen səviyyəsindən asılı siqnal; BOLD); (iii) boz və ağ maddənin struktur beyin plastisiyasını araşdırdı; və (iv) periferik sinir transeksiyasındakı boz maddə dəyişiklikləri və cərrahi təmir xəstələri ilə əlaqəli həssas bərpa tədbirləri. Hər bir xəstənin sağlam kontralesional sinirinə nisbətən keçid olunan sinirlər transeksiya və təmirdən 1.5 il sonra azalmış amplituda və artan gecikmə ilə aparan sinir keçiriciliyini pozmuşdur. Sağlam nəzarətlə müqayisədə periferik sinir transeksiyası və cərrahi təmir xəstələri kontralesional birincil və ikincil somatosensor kortekslərdə və "tapşırıq pozitiv şəbəkəsi" olaraq bilinən bir sıra beyin sahələrində qan oksigen səviyyəsindən asılı siqnal aktivliyini dəyişdirmişlər. Əlavə olaraq, qan oksigen səviyyəsinə bağlı siqnal azalmalarının müəyyən edildiyi bölgələrdə kontralesional birincil və ikincil somatosensor kortekslər də daxil olmaqla bir neçə beyin bölgəsində boz maddə azalmaları müəyyən edilmişdir. Bundan əlavə, mərkəzdən sonrakı girusdakı boz maddənin seyrəlməsi, funksiya və quruluş arasında açıq bir əlaqə nümayiş etdirən sensor bərpa (mexaniki və vibrasiya aşkarlanması) tədbirləri ilə mənfi bir şəkildə əlaqələndirildi. Nəhayət, azalmış boz maddəni göstərən bir bölgədə sağ insulada azaldılmış ağ maddənin fraksiyonel anizotropisini təyin etdik. Bu nəticələr sinir zədələnməsindən sonra beyin plastisiyasına və quruluş-funksiya-davranış əlaqələrinə dair fikir verir və vacib terapevtik təsirlərə malikdir.

Açar sözlər: kortikal qalınlıq; fMRI; diffuziya tensor görüntüləmə; plastiklik; periferik sinir yaralanması
Kısaltmalar: BA = Brodmann sahəsi; BOLD = qanın oksigen səviyyəsindən asılıdır; fMRI = funksional maqnetik rezonans görüntüləmə;
PNIr = periferik sinir transeksiyonu və cərrahi təmir; S1 = əsas somatosensor korteks; S2 = ikincil somatosensor korteks

giriş

Üst ətraf periferik sinir transeksiyası və cərrahi təmirdən (PNIr) sonra xəstələrin% 25-i əməliyyatdan 1.5 il sonra işə qayıtmadı (Jaquet və digərləri, 2001). Bundan əlavə, sinir xəsarətləri olan xəstələrin% 57'si 16 35 yaş arasındadır (McAllister et al., 1996); beləliklə uzun bir əlillik həyatı və iqtisadi çətinliklər yuxarı ətraf sinir transeksiyasını müşayiət edə bilər. Periferik sinir zədələnməsinin mərkəzi və periferik təsirlərini anlamaq yeni terapevtik strategiyaların və müdaxilə proqramlarının inkişafını asanlaşdıra bilər.

Beynin PNIr-ə necə cavab verdiyi məlum deyil. Lakin, heyvan tədqiqatları somatosensor korteks içərisində plastisiyanın periferik sinir transeksionasından dərhal sonra başlayacağını və tam sinir transeksionu və cərrahi təmirdən sonra 1 il sonra kortikal xəritələr transheyasiya və bitişik sinirlərin qeyri-davamlı təsvirlərini (Wall və s. ., 1986). Funksional plastisiteyi asanlaşdıran mexanizmlər, əvvəlcədən mövcud proqnozların bitişik kortikal və subkortikal səviyyələrdən dərhal sökülməsini və primer somatosensory korteks (S1) (Florensiya və Kaas) daxil olmaqla neyroaksinin bir çox səviyyəsində aksonların uzun müddətli böyüməsini ehtiva edirdi , 1995; Hickmott və Steen, 2005).

İnsan beyin görüntüləmə işləri spinal kord yaralanması, amputasiya, toe-başparmak ötürülməsi və karpel tunel sindromu olan xəstələrdə (Lotze və digərləri, 2001; Manduch et al., 2002; Jurkiewicz və digərləri, 2006; Napadow et al., 2006). Bununla yanaşı, struktur MRİ tədqiqatları son zamanlarda travmatik zədələnmələr və müxtəlif patoloji şəraitlərdə, əlamət amputasiyası və kronik ağrı (Apkarian və s., 2004; Draganski et al., 2006; Davis et al., 2008; Geha və s., 2008, May, 2008). Gri maddə dəyişikliklərinin hüceyrə ölçüsü, ətraf və / və ya nöronların və ya gliyanın itkisi ilə əlaqəsi olduğu düşünülür, ağ maddələrin dəyişməsi isə aksonal degenerasiya və miyelin itkisi ilə təsirlənir (Beaulieu, 2002, May, 2008).

Patoloji və plastisiyanı müəyyənləşdirmək üçün güclü bir yanaşma funksional və struktur boz və ağ camsı görüntüləmə üsullarını birləşdirməkdir. Daha əvvəl bildirildiyimiz kimi, tam əlamətdar PNIr olan xəstələr əməliyyatdan sonra 41.5 il davam edən dərin somatosensor çatışmazlıqlarını qoruyurlar (Taylor və s., 2008a). Bu nəticələrə əsaslanaraq, biz bu xəstələrin əsas somatosensor beyin sahələrində funksional və struktur beyin dəyişmələri nümayiş etdirəcəyini əsaslandırdıq. Buna görə də, bu çalışmada, PNIr xəstələrinin aşağıdakıları olduğunu fərz etdik: (i) transsərhəd sinir ərazisinin vibrasiya stimullaşdırılmasına oksigen səviyyəsində asılı (BOLD) reaksiya, zədələnmiş yuxarı hissəsini təmsil edən S1 bölgəsində və orta səviyyədə somatosensory korteks (S2); (ii) contralesional S1 və S2 bu bölgələrdə kortikal qalınlığın müvafiq azalması; (iii) kortikal qalınlıqdakı dəyişikliklər və somatosensor funksiyasının psixofiziki tədbirləri (vibrasiya və toxunma aşkarlanmaları) arasında korrelyasiya; və (iv) bu somatosensory kortik bölgələrə daxil / xaricində qidalanan ağ maddədə fraksiya anizotropiyi (ağ maddə bütövlüyünün ölçüsü) azaltmışdır.

metodika

Mövzu

Orta və / və ya ulnar sinirin tam transeksiyası olan 27 xəstəni işə götürdük, ardından 2006-cı ilin iyun və may 2008-ci il tarixləri arasında Toronto Universiteti Əl Proqramına bağlı plastik cərrahlardan cərrahi təmir edildi. Bu daha böyük qrupdan 14 ağrısız xəstə (üç qadın) , 11 kişi; 34? 10 yaş) sağ medianın və / və ya ulnar sinirin tam kəsiyi ilə [ağrı və lateral xəstələrin ağrının olması ilə əlaqəli qarışıqlıqların qarşısını almaq üçün (n = 6) və sol tərəfli lezyonlar (n = 7) bu analizdən xaric edilmişdir]. Bütün xəstələr tədqiqata başlamazdan ən azı 1.5 il əvvəl mikro cərrahi sinir təmirinə məruz qalmışlar (bərpa müddəti 1.5 ilə 8 il arasında dəyişmişdir). Bundan əlavə, 14 yaş və cinsə uyğun sağlam nəzarət (3 qadın, 11 kişi; 34? 10 yaş) işə götürdük. Bütün mövzular, Universitet Sağlamlıq Şəbəkəsi Tədqiqat Etik Şurası tərəfindən təsdiqlənmiş prosedurlara yazılı şəkildə razılıq verdi. Bütün subyektlər sağ tərəfdən idilər (Edinburgh əl-ələ envanterindən istifadə edilərək təyin olundu: Oldfield, 1971) və heç bir sinir zədəsi və ya xroniki ağrı (sinir transeksiyasından əvvəl və ya sonra) tarixçəsi yox idi. Demoqrafik detallar üçün Cədvəl 1-ə baxın.

Tədqiqatın dizaynı

Bütün subyektlər aşağıdakılar daxil olmaqla bir görüntüləmə sessiyasına qatıldılar: (i) sağ index barmağına tətbiq olunan vibrotaktile stimullara cavab olaraq funksional maqnetik rezonans görüntüləmə (fMRI) (median sinir ərazisi daxilində); (ii) görüntülərin qeydiyyatı və kortikal boz maddənin analizi üçün əldə edilən bütün beyinin yüksək qətnamə anatomik taraması; və (iii) ağ ədəd bütövlüyünün qiymətləndirilməsi üçün iki diffuziya tensor görüntülənməsi. Görüntülemeden əvvəl, subyektlər eksperimentin əsas dizaynı ilə təlimatlandırılmış və tarama müddəti boyunca mümkün qədər də qalmasını xatırlatmışdır.

Mövzular hər hansı bir zamanda tədqiqatdan çəkinməyə qadir idi. Bundan əlavə, bütün mövzularda (Taylor və s., 2008a) bir sensor və motor qiymətləndirmə aparıldı. Toxunma və vibrasiya aşkarlama eşikləri kortik qalınlığı ilə əlaqəli olduğu üçün bu metodların təsviri aşağıda verilmişdir (digər psixofizik tədbirlər başqa yerlərdə təqdim ediləcəkdir).

Vibrasiya Eşiği

Titrəmə aşkarlama hədləri Bio-Thesiometer (Bio-Medical Instrument Company, ABŞ) əlindən istifadə edərək müəyyən edilmişdir. Cihaz hüdud göstərici barmağının distal phalanx (D12) üzərində yerləşdirilən 2-mm probuna malikdir. Hədlər məhdudiyyət üsulu ilə təyin edildi: amplituda (gərginlik) tədqiqatçı dərk etdiyini göstərənə qədər tədricən artdı. Vibrasiya hədləri üç dəfə əldə edilmiş və orta dəyər hesablanmışdır. Titrəmə sindikatı testi zamanı subyektlərə gözlərini bağlamaq və əllərinin arxasını dəstəkləyici bir yastığa aparmaq təlimatlandırıldı.

Mexanik Deteks Eşik

Mexanik aşkarlama eşikləri, 2 12 mN-dən qüvvət verən 0.25 loqaritmik aralıqlı kalibrlənmiş liflərdən ibarət standart bir von Frey filament dəsti (OptiHair512 Marstock Nervtest, Almaniya) istifadə edərək müəyyən edilmişdir. Bütün 12 filamanın təmas səthinin diametri ~ 0.4 mm idi. Sınaqlar, mövzunun gözləri bağlı və əlləri yumşaq bir yastığa söykənərək aparıldı. Zondlar artan bir seriyada tətbiq olundu və subyektlərdən hər dəfə bir zondun sağ D2 barmaq ucuna toxunduğunu hiss etdikdə cavab verməsi tələb edildi. Bu proses üç dəfə təkrarlandı. Üç sınaqdan ən az ikisində aşkarlanan filamentin qüvvəsi, bu mövzunun mexaniki aşkarlama hüdudu olduğu bildirildi.

Sinir keçirmə testi

Toronto Qərb Xəstəxanası elektromiyografi (EMG) klinikasında xəstələr ikitərəfli sensor və motor sinir keçiriciliyi işlərinə qatıldı. Motor sinir keçiriciliyi üçün stimullaşdırıcı elektrod biləyə və dirsəyə (ayrı-ayrılıqda) və qeyd elektrodu orta sinir qiymətləndirilməsi üçün abductor pollicis brevis və ya ulnar sinir qiymətləndirilməsi üçün abduktor digiti minimi üzərinə qoyulmuşdur. Sensor sinir testi üçün qeyd elektrodu biləyə, stimullaşdırıcı elektrod isə D2, D3 və D5 rəqəmlərinə yerləşdirilmişdir. Toronto Qərb Xəstəxanası EMG Klinikasından (Dr Peter Ashby) yüksək səviyyəli, təcrübəli bir nevroloq, sinirlərin normal / anormal reaksiya göstərdiyini təyin etmək üçün bütün klinik qiymətləndirmələri nəzərdən keçirdi. Genlik və gecikmə tədbirlərinin subyektlər arasında (innervasiya sıxlığı, sinirin dərinliyi və fərdi subyektin dərisinin qalınlığı kimi amillər səbəbindən) əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdiyi məlum olduğu üçün (Kimura, 2001) hər xəstənin keçməmiş siniri keçid tərəfindəki dəyərlərlə müqayisə üçün öz nəzarətləri kimi xidmət etdi. Aşkarlana bilən sinir keçiriciliyi reaksiyası olan xəstələrdə, hər bir xəstənin keçdiyi və kontralesional keçməmiş sinirləri arasındakı gecikmə və ya amplituda ölçülərindəki fərqi qiymətləndirmək üçün cüt t-testlər aparıldı.

Görüntüləmə parametrləri

Beyin görüntüləmə məlumatları səkkiz kanallı mərhələli massiv baş sarğısı ilə təchiz edilmiş 3T GE MRI sistemindən istifadə etməklə əldə edilmişdir. Subyektlər MRT masasına uzanmış vəziyyətdə yerləşdirildi və hərəkəti azaltmaq üçün hər bir subyektin başı yastıqlandı. Bütün beyin fMRI məlumatları əks-planar görüntüləmə (28 eksenel dilim, baxış sahəsi (FOV) = 20 x 20 sm, 64 x 64 matris, 3.125 x 3.125 x 4 mm voksel, əks-səda vaxtı (TE) = 30 ms, təkrar) istifadə edərək əldə edilmişdir. vaxt (TR) = 2000 ms). Skan müddəti 5 dəqiqə 8 s (154 kadr) idi. Tarama zamanı sıxılmış hava ilə idarə olunan balon diafraqmalarından istifadə etməklə sağ D12-nin distal falanksına ağrısız, 2 Hz-lik vibrotaktil stimul tətbiq edilmişdir (Cihaz Dr Christo Pantev tərəfindən istehsal edilmişdir; www.biomag.uni-muenster.de). Stimullar cəmi 10 stimullaşdırma bloku və 20 blok istirahət üçün 10-lik istirahət ilə interleaved 10-luq bloklarda çatdırıldı. Hər qaçışdan əldə edilən ilk 8 saniyə (4 TR) məlumat fMRI siqnal tarazlığına imkan vermək üçün atıldı. Subyektlərə skan zamanı gözlərini bağlı saxlamaq və stimullara diqqət yetirmək tapşırılıb. Bütün beynin üçölçülü (3D) yüksək ayırdetmə anatomik skanı (124 sagittal dilim, 24 x 24 sm FOV, 256 x 256 matris, 1.5 x 0.94 x 0.94 mm voksel) T1 ölçülü 3D qradient qradient ardıcıllığı ilə əldə edilmişdir. (bir siqnalın orta, dönmə bucağı = 20? , TE ?5 ms). Bundan əlavə, b-dəyəri 38smm² olan 24 istiqamət üzrə iki diffuziya tenzor təsviri (24 eksen dilim, FOV 128 x 128 sm, 1.875 x 1.875 matris, 3 x 23 x 1000 mm voksel) əldə edilmişdir. Hər qaçışda həmçinin diffuziya çəkisi olmayan iki cild var idi.

fMRI Analizi

Data Brainvoyager QX v1.8 (Brain Innovaton, Maastricht, Niderland) istifadə edərək təhlil edilmişdir. Pre-processing daxildir: 3D hərəkət düzəliş, dilim scan-vaxt düzəliş, xətti trend kənarlaşdırılması, yüksək pass filtreleme (run başına beş dövr) və yarım maksimum (FWHM) Gauss çekirdek bir 6mm tam genişliyi ilə məkan düzəldilməsi. fMRI məlumat dəstləri 3 x 3 x 3 mm voksellərə interpolyasiya edilmiş, yüksək qətnamə şəkli təsvirə yazılmış və standart Talairach məkanına (Talairach və Tournoux, 1988) normalləşdirilmişdir. Voxels 1 x 1 x 1 mm olaraq bildirilir. Ümumi lineer modeli istifadə edərək məlumatlar təhlil edilmişdir; modeli, standart haemodinamik cavab funksiyası ilə toxunma stimullaşdırma müddəti zamanı olan boxcar funksiyasını sarsıtmaq yolu ilə əldə edilmişdir. Aktivizasiya nümunələrində qrup fərqi arasındakı fərqləri müəyyən etmək üçün ziddiyyətlər ilə sabit təsirin analizi aparılır: (i) sağlam nəzarət: 4 stimullaşdırılması; (ii) PNIr: 4 stimullaşdırılması; və (iii) sağlam 4 PNIr nəzarət edir. Aktivləşdirmə xəritələri P50.05-in (düzəldilməmiş P50.0001 və 120mm3 bitişik voksellərdən daha əvvəl bildirildiyi kimi düzəldilmiş bir dəyərdə eşidildi): Taylor və Davis, 2009); bu da Funksional Nöroimage (AFNI) proqramının təhlili aparılmış AlphaSim tətbiqi ilə Monte Carlo simulyasiyası ilə təsdiqləndi. Bu analiz yalnız sağ median sinir (n = 11) və ya sağ median və ulnar sinir (n = 9) (yəni saf hüquqa ulnar sinir transeksiyonu olan üç xəstə) bu təhlili daxil edilməmiş 2 xəstələrinə daxil edilmişdir ).

Kortikal Kalınlık Analizi

Kortikal qalınlıq analizi Freesurfer (http: // surfer.nmr.mgh.harvard.edu) istifadə edilərək aparıldı; metodlar başqa yerlərdə ətraflı şəkildə göstərilmişdir (Dale et al., 1999; Fischl et al., 1999a, b; Fischl and Dale 2000). Qısaca, yüksək qətnamə T1 ağırlığında anatomik məlumat dəstləri Talairach atlasına qeyd edildi (Talairach and Tournoux, 1988). Bundan sonra intensivliyin normallaşması, kəllə soyulması və yarımkürələrin ayrılması izlənildi. Daha sonra, ağ / boz maddə (ağ səth adlanır) və boz / CSF (pial səthi adlanır) sərhədləri müəyyənləşdirildi və bölündü. Ağ və pial səthlər arasındakı məsafə daha sonra beynin hər yarımkürəsindəki hər nöqtədə hesablandı. 14 xəstə ilə 14 yaş / cinsə uyğun nəzarət arasındakı qrup fərqlərini təyin etmək üçün beynin hər nöqtəsində ümumi bir xətti model təhlili aparıldı. Fərdlərin kortikal topoqrafiyası təbii olaraq heterojen olduğundan, statistik analizdən əvvəl 5 mm FWHM məkan hamarlaşdırma nüvəsi tətbiq edilmişdir. Məlumat düzəldilmiş P50.05-də göstərilir (düzəldilməmiş P50.0075 və 102 bitişik zirvələrdən götürülmüşdür); bu, AlphaSim ilə Monte Carlo simulyasiyasının işə salınması ilə hesablanmışdır. Bir təpə iki ölçülü vərəqdəki bir nöqtəni təmsil edir və bu işdə iki təpə arasındakı məsafə 0.80mm2-dir.

Xəstələr keçilən sinir ərazisi daxilində somatosensor funksiyada əhəmiyyətli çatışmazlıqlar nümayiş etdirdikləri üçün, somatosensor funksiyanın ölçülərinin (titrəmə və toxunma aşkarlanması) kontralesional post-mərkəzi girusda (birincil və ikincil somatosensor kortekslər) kortikal qalınlıqla əlaqəli olduğunu fərz etdik. Buna görə, xəstə qrupunda aşağıdakılar arasında korrelyasiya analizləri apardıq: (i) kortikal qalınlıq və vibrasiyanın aşkarlanması həddi; və (ii) kortikal qalınlıq və toxunma aşkarlama eşikləri. Bir xəstə psixofiziki qiymətləndirməni tamamlamadı; bu səbəbdən bu analiz 13 PNIr xəstəsini əhatə etmişdir. Bundan əlavə, kortikal qalınlıq və bərpa vaxtı arasında bir əlaqənin olub olmadığını müəyyən etmək üçün bu iki tədbir arasında bir korrelyasiya analizi də aparılmışdır. Bu korrelyasiya analizləri ümumi xətti modelə bir maska ​​(atlasda tikilmiş Freesurferdən götürülmüşdür) daxil edilməklə kontralesional post-mərkəzi girus ilə məhdudlaşdırılmışdır. Monte Carlo simulyasiyası, kontralesional post-central girus içindəki zirvələrin sayı ilə məhdudlaşdı; şəkillər düzəldilmiş bir P50.05 ilə göstərilir (düzəldilməmiş P50.0075 və 68 bitişik zirvələrdən alınır).

Difüzyon Tensor Imaging Təhlili

Difüzyon tensor görüntü işlənməsi DTiStudio (www.MriStudio.org) və FSLv.4.0 (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/) ilə həyata keçirilmişdir. Şəkillər əvvəlcə DTiStudio-da tətbiq olunan Avtomatik Təsvir Qeydetmə vasitəsi ilə şablon olaraq əldə edilmiş ilk seriyadakı ilk B0 şəklini istifadə edərək yenidən düzəldildi. Bu proses mövzu hərəkəti və eddy-cərəyan təhrifini düzəldir. Bütün görüntülər daha sonra görüntü keyfiyyətini və ayrı diffuziya tensor görüntüləmə işlərinin hizalanmasını qiymətləndirmək üçün vizual olaraq yoxlandı. Bir əsər aşkar edildikdə, dilim iki ayrı diffuziya tensor görüntüləmə işinin ortalamasını hesablamadan əvvəl çıxarıldı. Fərdi FA xəritələri FSL-də tətbiq olunan DTIFIT vasitəsi ilə hesablanmışdır. Trakt əsaslı məkan statistikasından istifadə edərək orta fraksiya anizotropiyasındakı qrup fərqlərini təyin etmək üçün Voxel-müdrik statistik analiz aparıldı; bu metodların tam təsviri üçün Smith və digərlərinə baxın. (2006). Qısaca, şəkillər bir hədəf görüntüsünə (MNI152) qeyri-xətti olaraq qeydə alındı, ortalama şəkil daha sonra bütün məlumat dəstlərindən yaradıldı və bu görüntü daha sonra bütün mövzular üçün ümumi olan bütün traktatları təmsil etmək üçün incəldildi. Hər bir subyektin ən yüksək fraksiyonel anizotropiya dəyərləri, daha sonra ağ maddə skeletinin hər nöqtəsinə dik ağ maddədə axtarılaraq skelet üzərində proqnozlaşdırıldı. Daha sonra qruplar arasında (14PNIr və 14 sağlam nəzarət) bütün beyin vokselinə görə statistik analiz aparıldı və şəkillər bütün beyin P50.05-də düzəldildi. Bundan əlavə, ağ məsələdə maraq bölgəsi analizi aparıldı traktorlar kontralateral S1, talamus və ikitərəfli ön və arxa insulaya bitişik. Bu bölgələr daha əvvəl somatosensasiya baxımından təsirləndikləri və fMİİ və kortikal qalınlıq analizində (CTA) qrup təhlillərində müəyyən edilmiş bölgələrlə əlaqəli olduğu üçün seçiliblər. Ağ məsələnin iskeletinə marağın regionları aşağıdakı kimi olmuşdur: (i) qarşılıqlı S1 regionu korona-radiata ağ məsələnin skeleti və post-mərkəzi qusun içərisində qidalanma şəklində olan skeleton bölməsi ilə qovuşdu; müəyyən bir dilim içərisində traktın sonunda bitmə.

Z istiqamətində maraq bölgəsi z = 49-dan 57-yə qədər uzandı; ağ bölgəni təmin edən ağ maddə yolları. (ii) Qarşılıqlı talamus bölgəsi z = -1-dən 4-ə qədər uzanan arxa və medial talamik nüvələri (somatosensor funksiyasında iştirak edən nüvələr) əhatə edən ağ maddə izləri ilə məhdudlaşdırıldı. (iii) İlgili bölgələr ikitərəfli olaraq içəridə çəkildi. laboratoriyamız tərəfindən əvvəllər dərc olunmuş meyarlara əsasən ön və arxa insula bitişik ağ maddə (Taylor et al., 2008b). Maraq bölgəsi z = 2-dən 8-ə qədər uzandı. Bu maraq bölgələrinin hər birindən fraksional anizotropiya dəyərləri çıxarıldı və Sosial Elmlər v13.0 (SPSS Inc, üçün Statistik Paket) istifadə edərək çox dəyişkən bir varyans analizi (MANOVA) həyata keçirildi. Maraqlanan altı bölgə üçün fraksiya anizotropiya dəyərlərini daxil edən Chicago).

Nəticələr

Cədvəl 1 tədqiqat iştirakçıları üçün demoqrafik təfərrüatları təqdim edir. 14 xəstənin hamısı sağ medianın və / və ya ulnar sinirin tam bir kəsişməsini davam etdirdi və ardından müdaxilədən ən az 1.5 il əvvəl mikro cərrahi təmir edildi. Əməliyyatdan testə qədər olan müddət ortalama 1.5? (SD) ilə 8 ilə 4.8 il arasında dəyişdi. 3 il. Xəstələr və idarələr etmədilər (34? 10 il hər iki qrup; t = 0.04; P = 0.97).

Psixofizika

Vibrasiya hədləri hər üç ölçmədən hesablanmışdır, çünki birtərəfli təkrarlanan tədbirlər varyansının analizi (ANOVA) üç sınaq arasında [F (25, 1) = 0.227, P = 0.64] arasında əhəmiyyətli fərq göstərilməmişdir. PNİr xəstələrində titrəmə və mexaniki aşkarlama təzyiqli xəstələr sağlam nəzarətlə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə pozulmuşdular (vibrasiya: t = 4.77, P50.001, Şəkil 3A, mexaniki: t = 3.10, P = 0.005, Şəkil 3D).

Sinir keçirmə testi

Hər xəstənin kontralesional sinirlərindən alınan genlik və gecikmə tədbirləri Toronto Western Hospital EMG Klinikasında təcrübəli bir nevroloq tərəfindən normal olaraq təsnif edilmişdir. 14 xəstədən 2-u sinir keçiriciliyi testini tamamladı. Cədvəl 2, biləkdən abductor pollicis brevis (median) və ya abductor digiti minimi (ulnar) əzələlərinə və biləkdən D5 (median) və DXNUMX-ə qədər duyğu keçiriciliyi üçün sensor sinir keçiriciliyi üçün orta artım / azalma gecikmə və amplituda məlumatlarını göstərir. ulnar) hər xəstəyə nisbətən zədələnməmiş kontralesional sinir. Doqquzdan yeddi xəstədə orta sinir daxil olan kəsiklər var. Bu yeddidən birinin motor testi zamanı, digər bir xəstənin duyğu testi zamanı aşkarlanılan reaksiyası yox idi.

Algılanan reaksiyaları olan altı xəstədə motor keçiriciliyi gecikmələri% 43 artdı (t = 6.2; P = 0.002) və amplitüdlər% 38 azaldı (t = -2.6; P = 0.045) hər xəstənin keçdiyi sinir. zədələnməyən tərəfləri ilə müqayisədə. Median sinirlərdə hissiyyat keçiriciliyi də gecikmədə normal nisbi sinirlərə nisbətən% 26 artım (t = 3.9; P = 0.011) və amplituda (t = -73; P = 8.0) 0.000% azalma aşkar etdi. Ülnar sinir kəsikləri olan dörd xəstədə bir xəstədə sensor sinir testi zamanı aşkarlanılan bir reaksiya olmadı. Cavabları olan xəstələrdə ulnar sinir motor gecikmələri əhəmiyyətli dərəcədə yüksəlməmişdir (t = 2.8; P = 0.070); Bununla birlikdə, genliklər əhəmiyyətli dərəcədə idi
41% azalıb (t = �5.9; P = 0.010). Ulnar sinirin hissiyyat testi gecikmədə 27% artım nümayiş etdirdi (t = 4.3; P = 0.049), lakin amplituda əhəmiyyətli bir artım olmadı (t = 3.5; P = 0.072).

Əsas Somatosensory Korteksdə Funksional Plastisitə

Funksional MRI xəritələri sağ orta sinir keçidi olan 11 PNIr xəstəsindən (ulnar sinir keçidi olan xəstələr bu analizdən xaric edildi) və 11 yaş və cinsə uyğun sağlam nəzarətdən hesablandı. Şəkil 1A-dan, PNIr xəstələrinin sağlam nəzarətlə müqayisədə Brodmann sahəsi 1 (BA2) (Talairach və Tournoux, 2) və S1988-yə uyğun bir S2 bölgəsində aktivləşmə göstəricilərinin az olduğu aydın görünür (ətraflı məlumat üçün Cədvəl 3) . Bu maraq bölgələrindəki hadisələrlə əlaqəli orta reaksiyalar, xəstələrin sol BA2 və S2 sollarında zəifləmiş BOLD reaksiyasını vurğulayır (müvafiq olaraq Şəkil 1B və C). Qəribədir ki, xəstələrdə vibrotaktil stimullaşdırılması post-mərkəzi girusun daha üstün hissəsini (ehtimal ki BA1 / 3) aktivləşdirdi (Talairach və Tournoux, 1988) (Şəkil 1A və Cədvəl 3). Bir hadisə ilə əlaqəli ortalama (Şəkil 1D) sağlam nəzarətin bu bölgədə minimal aktivləşmə göstərdiyini göstərir. Bundan əlavə, xəstələrin tapşırıq pozitiv şəbəkəsi olaraq bilinən beyin bölgələrində əhəmiyyətli dərəcədə daha çox aktivasiyası var idi (Şəkil 1-də ulduzlar). Aktivləşdirilmiş tapşırıq pozitiv beyin sahələrinin tam siyahısı üçün Cədvəl 3-ə baxın. Bu şəbəkəyə yanal prefrontal, lateral parietal, ön və alt müvəqqəti kortekslər daxildir (Cədvəl 3): diqqət tələb edən bir tapşırıq yerinə yetirilərkən aktivləşdirilən və istirahət zamanı və ya bilişsel və ya diqqətlə çətin olmayan işlərdə yatırılan və ya hərəkətsiz olan beyin sahələri (Fox et al., 2005; DeLuca et al., 2006; Seminowicz and Davis 2007).

Əsas Somatosensor Corteksdə Qara Gri Maddənin Dəyişikliyə Qarşı Mübadiləsi

14 xəstənin və 14 yaş / cinsə uyğun sağlam nəzarətin hamısında kortikal qalınlıq analizi PNIr qrupunda əhəmiyyətli dərəcədə kortikal incəlmə lokuslarını aşkar etdi (Şəkil 2 və Cədvəl 4). Xüsusilə, xəstələrdə solda (kontralesional) S13, S22, pregenual ön singulat girus, ventrolateral prefrontal korteks və sağ ön izolyasiya, ön / posterior orta singulat girusu və parasentral lobulada kortikal qalınlığın% 1-2% azalması olmuşdur. Maraqlıdır ki, post-mərkəzi girus içərisində boz maddənin seyrəlmə yerləri, vibrotaktil stimullaşdırıldıqdan sonra azalmış BOLD bölgələri ilə üst-üstə düşür (Cədvəl 4). Xəstələrin duyğu çatışmazlığı və sağalma müddəti barədə əvvəlcədən məlumatımız olduğundan (yəni mikro cərrahi müalicədən bəri vaxt), sonradan xəstələrin post-mərkəzi girusdakı kortikal qalınlığının hissedici mexaniki və titrəmə aşkarlama eşikləri ilə əlaqəli olub olmadığını soruşduq. bərpa müddəti. Bu analizlər BA1 / 2 və S2 (P50.001, r =? 0.80 və? 0.91, müvafiq olaraq BA1 / 2 və S2 üçün əhatə edən bir bölgədə kortikal qalınlıq və titrəmə aşkarlama həddləri arasında mənfi bir əlaqə qurdu; Şəkil 3 və Cədvəl 5 ). Əlavə olaraq, mexaniki aşkarlama eşikləri də bir az daha üstün BA2 bölgəsində və eyni S2 bölgəsində kortikal qalınlıqla mənfi bir şəkildə əlaqələndirilmişdir (sırasıyla BA50.001 və S0.83 üçün P0.85, r =? 2 və? 2; Şəkil 3 və Cədvəl 5). Bununla birlikdə, bərpa müddəti ilə kortikal qalınlıq arasında əhəmiyyətli bir əlaqə müəyyənləşdirmədik. Bu səbəbdən post-mərkəzi girusda kortikal incəlmə daha ağır duyğu çatışmazlığı ilə əlaqələndirildi. Bununla birlikdə, bərpa müddəti ilə kortikal qalınlıq arasında əhəmiyyətli bir əlaqə müəyyənləşdirmədik. Yenə də, titrəmə stimulları ilə mənfi əlaqəli bölgələrdə kortikal incəlmə ilə qrup fMRI və CTA anormallıqlarını göstərən bölgələr arasında bir yazışma var idi.

Sinir Transeksiyasını Sonra Beyaz Matter Anormallikleri

Ağ maddənin bütövlüyünü qiymətləndirmək üçün bir önəmli hipotezlərə əsaslanan ağ qrupu qrup fərqlərini araşdırmaq üçün maraq anlayışından istifadə etdik. Maraqlı bölgələr ətrafdakılar və kontralesional S1 və talamusa qidalanan ağ maddə traktları ilə məhdudlaşdırılmışdı. Bundan əlavə, biz sol və sağ, ön və arxa insula bitişik ağ maddə maraq regionları çəkdi. Insula somatosensor emalında tətbiq olunduğu üçün seçilib və CTA ilə sağ anterior insularda boz rəngli maddəni müəyyən etdik. Bu maraq anlayışı, xəstələrin sağ anterior (F (1, 26) = 4.39, P = 0.046) bitişik ağ materiyalı fraksiyalı anizotropiya dəyərlərini (MANOVA bütün altı bölgəni əhatə edən) Şəkil 4A] və posterior insula [F (1, 26) = 5.55, P = 0.026; Şəkil 4B], lakin sol insula (yaxın sol insula: P = 0.51, sol arxa insula: P = 0.26), talamus (P = 0.46) və ya S1 (P = 0.46 ).

Müzakirə

Burada yuxarı ekstremal periferik sinir transeksiyonu və cərrahi təmirdən sonra bir neçə kortik bölgədə funksional plastisitə və həm də boz və ağ maddə struktur anormalliklərinin olduğunu göstərdik. Bu plastisitə qeyri-nizamlı periferik sinir bərpasından (periferik hüceyrə ölümü və / və ya tamamlanmamış yenidən miyalinizasiya) yarana bilər, çünki bu xəstələrdə sinir keçirilməsi tədbirləri ciddi anomaliyaları göstərib. Bundan əlavə, məlumatlar post-mərkəzi girusda vibraktaktile-uyarılmış fMRI reaksiyalarının azaldığını göstərir ki, xəstə qrupunda boz maddələrin incələşməsi ilə uyğun gəlir. Bu nəticələr göstərir ki, azalmış BOLD cavabları kortikal boz maddədə azalma və / və ya post-mərkəzi girus üçün afferent giriş azalması ilə asanlaşdırıla bilər. Bundan əlavə post-mərkəzi girusun həmin hissələrində kortikal qalınlıq somatosensor funksiyasının davranış meyarları ilə mənfi şəkildə əlaqələndirilmişdir. Yəni somatosensor çatışmazlığının artması tiner korteks ilə əlaqəli idi; hər ikisi afferent girişlə əlaqəli ola bilər. Birlikdə alındığımız məlumatlar, natamam periferik sinir rejenerasyonunun somatosensör bozukluklarına, kortikal boz maddə atrofiyasına və fMRI aktivasyonunun azalmasına gətirib çıxardığını göstərir (bu nəticələrin xülasəsi üçün Şəkil 5-ə baxın).

Məlumdur ki, periferik sinir transplantasiyası və cərrahi müalicə sonrası kortikal plastinka qeyri-insan primatlarında (Kaas, 1991) CNS ərzində baş verə bilər. Bu plastisitin əvvəlcədən səssiz sinapsların və ya aksonal çiçəklənməsinin deafferent əraziyə (Wall və digərləri, 1986, Florensiya və Kaas, 1995) buraxılması səbəbindən düşünülür. Sinir transkripsiyası və cərrahi təmirdən sonra 1 ilinin primat modelində sinirlənmiş korteks bərpa olunan və qonşu (bütöv) sinirlərin tam olmayan və pozğun şəkildə təmsil olunduğu ilə xarakterizə olunur. Bu patchy nümayəndəlik, nadir olmayan periferik bərpasına aiddir, nəticədə sinir kortikal sahəsinin (Kaas, 1991) qismən bərpası nəticələnir. Hasta popülasyonumuzda periferik rejenerasyonun ölçüsünü değerlendirmek üçün transkripsiyon alan boyunca duyusal ve motor sinir iletim çalışmalarını gerçekleştirdik. Sinir keçirmə nəticələrimiz PNIr xəstələrinin öz hiss olunmamış tərəflərlə müqayisədə həm də sensorlu və motor sinirlərində amplituda əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını və gecikmənin gecikməsini göstərir. Artan gecikmə ilə birləşən azalmış amplitudiya periferik liflərdən (yəni hüceyrə ölümü) və / və ya transkripsiyadan sonra anormal və ya tamamlanmamış yenidən miyelinasyonun (Kimura, 1984) göstəricisidir. Ayrıca, dorsal kök ganglion nöronlarının 20% və 50% arasında sinir transeksionu (Liss və s., 1996) sonra ölmək yaxşı müəyyən edilir. Beləliklə, afferent hüceyrə ölümü və natamam bərpası korteksə təsirli azalma ilə nəticələnə bilər ki, bu da davamlı duyğu çatışmazlığını və BA2 və S2-da BOLD cavabını azalda bilər. Bundan əlavə, bu azalmış afferent giriş də korteks eyni bölgələrdə müşahidə kortikal inceltmə hesablamaq bilər. Sensory deprivation, ssiatik sinir bölməsindən sonra (Knyihar-Csillik et al., 1989) aşağıdakı dorsal boynuz daxil olmaqla, MSS-in bir sıra bölgələrində trans-neyronal dejenerasyona səbəb olur və ikinci və üçüncü nöron nöronları (Powell və Erulkar, 1962). Transneuronal dejenerasiya hüceyrə süzgəliyi ilə xarakterizə olunur və azalmış və ya mövcud olmayan afferent girişlə əlaqəli olduğu düşünülür (Knyihar-Csillik et al., 1989). Beləliklə, kortikal boz maddə itkisi (və ya ətrafı) da afferent azalması ilə əlaqəli ola bilər.

BA1 / 3 (Talairach və Tournoux, 1988) uyğun bir bölgədə post-mərkəzi girusda aktivləşdirmə artımını da nümayiş etdirdik. Elektrofizyoloji, anatomik izləmə və neyroimaging tədqiqatları, dərman mexanoreseptiv afferentlərin əksəriyyətində ilk kortikal təyinatların BA1 və BA3b olduğunu təsbit etdi. Bu cytosarchitectonic beyin sahələri hər bir kiçik reseptiv sahələri olan bir somatotopik bədən xəritəsi var. Bundan əlavə, bu sahələr doku və pürüzlülük, stimulun sürəti və əyri kimi (Bodegard və s., 2001) toxunma məlumatlarının bir çox xüsusiyyətlərinə cavab verir. fMRI tədqiqatları, somatosensory korteks içərisində fəaliyyətin təsirinə məruz qaldığına diqqət yetirmişdir, belə ki subyektlər toxunma stimuluna iştirak edərkən S1-da toxunma stimullarına fMRI reaksiyaları artmışdır, lakin subyektlərin diqqətindən kənarlaşdıqda (Arthurs və digərləri, 2004; Porro et al., 2004). Bundan əlavə, xəstələrimiz sağlam nəzarətdən daha çox vəzifəli müsbət şəbəkə (DeLuca və s., 2006) kimi tanınan bir beyin sahəsinin şəbəkəsini aktivləşdirdi. Bu beyin sahələri diqqət tələb edən proseslər zamanı aktivləşdirilir (Fox et al., 2005, Seminowicz və Davis, 2007). Birlikdə, bu tapıntılar, xəstələrin duysal gücü azaldığından görə stimullara nəzarətdən daha çox iştirak etməlidirlər. Bu artan diqqət, BA1 / 3b-də aktivləşdirmə artımını nəzərə ala bilər. Əlbəttə ki, BA1 / 3b-də artan aktivasiya, nəzərəçarpan yüklə əlaqəli olmayan plastisiyanı əks etdirə bilər.

BA2 və S2 həm BA1 / 3b, həm də ventroposterior talamik kompleksin fərqli hissələrindən (Pons və s. Bunlardan ikisi beyin sahələrdə böyük, çox vaxt çoxrəqəmli (BA2) və ya ikitərəfli (S2) qəbuledici sahələr vardır (Pons və digərləri, 1985; Iwamura və digərləri, 2002). Anatomik proqnozlara və nöronal cavab xüsusiyyətlərinə əsasən, toxunma məlumatlarının hiyerarşik işlənməsi BA1 / 3b-dən BA 2-ə qədər göstərilmişdir (Kaas və digərləri, 2002). Bundan əlavə, makakalardakı elektrofizyolojik tədqiqatlar (Pons et al., 1987) və insanlarda əldə edilən maqnetoensal-faloqrafiya məlumatları, toxunma girişlərinin S1-dən S2-ə qədər daha yüksək primatlarda ardıcıl işlənməsini təklif edir (Frot və Mauguiere 1999; Disbrow et al. ., 2001). Bir neçə tədqiqat BA2-nin forma və əyriliklə üstünlük təşkil etdiyini nümayiş etdirdi (Bodegard və digərləri, 2001), S2 isə toxunma öyrənməsində iştirak edə bilər (Ridley və Ettlinger 1976; Murray və Mishkin, 1984), bu beyin sahələri olduğu fikrini dəstəkləyərək. daha yüksək dərəcəli somatosensor emalda iştirak edirlər. Psixofizik qiymətləndirməmiz, xəstələrin sadə toxunma stimullarının aşkarlanmasında və əməliyyatdan 1.5 il sonra Shape Texture Identification testində əhəmiyyətli dərəcədə zəiflədiyini göstərdi (Taylor et al., 2008a). Bu son test, xəstənin bir bədənin bölgələrinə duyğu məlumatlarının inteqrasiyasını tələb edən bir forma və ya toxuma araşdırarkən bir obyektin xüsusiyyətlərini tanıma qabiliyyətini qiymətləndirir (Rosen və Lundborg, 1998). Birlikdə, məlumatlarımızın bir araşdırması PNIr xəstələrinin vibrotaktil stimuluna daha çox qatılması və vəzifə pozitiv şəbəkəsinin və BA1 / 3 aktivləşməsinin artmasına səbəb olmasıdır. Bununla birlikdə, bu xəstələrdə, məlumatlarımız BA2 və S2 kimi daha yüksək səviyyəli işləmə sahələrinin toxunma məlumatı almadığını, bunun da kortikal incəlmə və BOLD cavabların azalması ilə nəticələnə biləcəyini nəzərdə tutur.

Insula sensorimotor, duysal, allostatik / homeostatik və bilişsel funksiyalar üçün vacib olan multimodal məlumatların inteqrasiyasında rol oynayır (Devinsky və s., 1995; Critchley, 2004; Craig, 2008) və limbik bir duysal korteks (Craig , 2008). Bir neçə tədqiqat toxunma stimuluna cavab olaraq insular aktivləşdirmə barədə məlumat vermişdir (Gelnar et al., 1998;

Downar və s., 2002) və primatlardakı anatomik axtarış işləri insulanın qarşılıqlı olaraq frontal, parietal və temporal loblara (Augustine, 1996) bağlı olduğunu göstərdi. Bizim xəstələrdə, sağ anterior insula, bitişik ağ maddələrdə azalmış fraksiyonel anizotropiya dəyərləri ilə birlikdə əhəmiyyətli kortikal inceltmə nümayiş etdirən yeganə kortikal sahə idi və bu bölgədə kortikal inceltmə bu və ya digər tərəfdən proqnozlaşdırılan liflərin itkiləri ilə əlaqədardır bu quruluş. Sağ anterior insula bədəndən homeostatik girdiyi motivasion, emosional və sosial şərtlərlə inteqrasiya etmək məqsədi ilə interkretsiyada tətbiq olunub (Craig, 2008). Bundan başqa, Critchley et al. (2004) interoceptive qabiliyyətləri və sağ ön insula boz maddə həcmi arasında bir əlaqə olduğunu bildirdi. Sağ anterior insula xəstələrində boz rəngli maddələrin azaldıldığına dair tapıntılarımızı nəzərə alsaq, gələcək tədqiqatlarda periferik sinir zədələnməsindən sonra interoeptiv qabiliyyətləri qiymətləndirmək maraqlı olardı.

Birlikdə götürülən ilk dəfə, mikrosurgically təmir olunmuş üst ekstremal periferik sinirin tam bir transkripsiyasından sonra insan serebral korteksində 1.5 ilində funksional və struktur dəyişikliklərinin ilk dəfə nümayiş etdirildik. Bundan əlavə, sinir keçirmə tədbirləri bu xəstələrdə tam olmayan periferik bərpası göstərir. Bundan başqa, kortik qalınlığın sağlamlığının psixofizik tədbirləri ilə əlaqəli olduğunu göstəririk, BA2 və S2 içərisində bu incə korteks daha kasıb somatosensor funksiyası ilə əlaqələndirilir. Bu məlumatlar normal funksional aktivasiya xəritələrinin bərpası birbaşa periferik afferentlərin müvəffəqiyyətlə bərpası ilə birbaşa əlaqəli olduğunu göstərir.

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

1 Beyin Bölmə, Görüntüləmə və Davranış Sistemlər Nevrologiya, Toronto Qərb Tədqiqat İnstitutu, Universitet Sağlamlıq Şəbəkəsi, Toronto, Kanada M5T258
2 Tibb elmləri İnstitutu, Toronto Universiteti, Kanada
3 Toronto Universiteti Cərrahiyyə Bölümü, Kanada
4 Klinik Araşdırmalar Resurs Mərkəzi, Toronto Qərb Araşdırma İnstitutu, Universitet Sağlamlıq Şəbəkəsi, Toronto, Kanada M5T2S8

Yazışmalar: Karen D. Davis, Ph.D.,
Beyin, Görüntüləmə və Davranış Şöbəsi, Sistem Nörobilimi, Toronto Qərb Tədqiqat İnstitutu,
Toronto Qərb Xəstəxanası,
Universitet Sağlamlıq Şəbəkəsi,
Otaq MP14-306, 399 Bathurst Street,
Toronto, Ontario,
Kanada M5T 2S8
E-mail: kdavis@uhnres.utoronto.ca

Təşəkkürlər

Müəlliflər cənab Geoff Pope, Dr. Adrian Crawley, cənab Eugene Hlasny və cənab Keith Ta-yə ekspert texniki yardım üçün təşəkkür edirlər. Müəlliflər, Toronto Qərb Xəstəxanası EMG Clinic'dən Dr. Peter Ashby və Freddy Paiz'e sinir keçirmə testlərini aparmaq və nəticələrin ekspertizasını təmin etmək üçün təşəkkür edir. Müəlliflər də bu layihə ilə əməkdaşlıq üçün Drs Dvali, Binhammer, Fialkov və Antonyshyn'a təşəkkür edirlər. Dr Davis, Beyin və Davranış üzrə Kanada Araşdırmalar Kürsüsüdür (CIHR MOP 53304).

Maliyyələşdirmə

Toronto Universiteti Ağrı Araşdırması Mərkəzinin / AstraZeneca tərəfindən verilmiş The Physicians Inc Services Inc və ortaq toxum qrantı.

Əlavə material

Əlavə material Brain onlayn mövcuddur.