Search for approaches to transcranial neuromodulation in patients with post-stroke hemiparesis in real clinical practice

Cover Page

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.

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; Ekaterinburg

A. 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; Ekaterinburg

V. 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, Ekaterinburg

D. 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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Research schema. Note. * The results of determining the thresholds of the motor response of the cerebral hemispheres corresponding to the cortical representations of the primary motor cortex of the indicator muscles of the upper (m. abductor pollicis brevis) and (or) lower (m. tibialis anterior) extremities are excluded from the study if there is no registration of the evoked motor response to transcranial magnetic stimulation of the affected hemisphere.

Download (674KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».