Changes in the sensory regions of the brain in patients with multiple sclerosis after complex neurorehabilitation according to resting functional magnetic resonance imaging

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Multiple sclerosis is the one of leading causes of non-traumatic disability in young adult patients. An in-depth understanding of the processes of neuroplasticity underlying rehabilitation measures will ensure full and effective recovery of patients with this disease.

AIM: To evaluate changes in the brain connectome in patients with multiple sclerosis in response to complex rehabilitation.

MATERIALS AND METHODS: A prospective cohort study included 20 patients with relapsing-remitting multiple sclerosis (EDSS 1.5–6.5) in remission. All patients underwent comprehensive inpatient neurorehabilitation in a volume corresponding to individual rehabilitation needs for 5 weeks. To assess changes in the connectome, resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) was performed at three points: before the start of rehabilitation, immediately after its completion, and one month after discharge from the hospital. Statistical analysis is carried out using the CONN 7 (based on MathLab). Clinical neurological examination included examination using functional tests, passing questionnaires, and determining scores on the EDSS scale before and after rehabilitation.

RESULTS: A total of 20 patients were examined, 13 of them at three control points. According to rs-fMRI data, clusters of decreased connectivity were identified between the left parahippocampal gyrus and the lateral cortex of the right occipital lobe, and between the right parahippocampal gyrus and the precuneus (p-FWE, p-FDR of cluster size and mass <0.05). Clusters of increased connectivity were determined between the left inferior temporal gyrus and the lateral occipital cortex of the left hemisphere, between the left middle temporal gyrus and the right frontal field, between the pole of the left temporal lobe and the lateral cortex of the left hemisphere (p-FWE, p-FDR of cluster size and mass <0.05). Other clusters of sufficient size demonstrated borderline statistical significance (individual adjusted p values for cluster size and mass exceeded 0.05).

CONCLUSION: The identified changes indicate a functional reorganization of brain structures responsible for the perception of complex visual information, the functioning of executive control systems, as well as the implementation of memory and sequential action planning.

About the authors

Yuliya P. Kopteva

City Hospital N 40 of the Resort District of St. Petersburg; St. Petersburg State University

Email: koptevaup@ctmri.ru
ORCID iD: 0009-0001-1223-0255
SPIN-code: 5552-2764

MD, doctor of the CT and MRI Room of the Radiology Department, Assistant at the Department of Postgraduate Medical Education of the Faculty of Medicine

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Svetlana D. Ponomaryova

City Hospital N 40 of the Resort District of St. Petersburg

Email: sd.ponomarevaa@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-5167-5110
SPIN-code: 9251-4697

MD, Neurologist

Russian Federation, St. Petersburg

Alina S. Agafina

City Hospital N 40 of the Resort District of St. Petersburg

Email: a.agafina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2598-4440

MD, Cand. Sci. (medicine), neurologist, the head of the clinical and preclinical Research Department

Russian Federation, St. Petersburg

Yana A. Filin

Almazov National Medical Research Centre

Author for correspondence.
Email: filin_yana@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-0778-6396
Russian Federation, St. Petersburg

Gennady E. Trufanov

Almazov National Medical Research Centre

Email: trufanovge@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1611-5000
SPIN-code: 3139-3581

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Sergey G. Sherbak

City Hospital N 40 of the Resort District of St. Petersburg; St. Petersburg State University

Email: b40@zdrav.spb.ru
ORCID iD: 0000-0001-5036-1259
SPIN-code: 1537-9822

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Chief Medical Officer, the Head of the Department of Postgraduate Medical Education of the Faculty of Medicine

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Olek MJ. Multiple sclerosis. Ann Intern Med. 2021;174(6): ITC81–ITC96. doi: 10.7326/AITC202106150
  2. Haki M, Al-Biati HA, Al-Tameemi ZS, et al. Review of multiple sclerosis: Epidemiology, etiology, pathophysiology, and treatment. Medicine (Baltimore). 2024;103(8):e37297. doi: 10.1097/MD.0000000000037297
  3. Amin M, Hersh CM. Updates and advances in multiple sclerosis neurotherapeutics. Neurodegener Dis Manag. 2023;13(1):47–70. doi: 10.2217/nmt-2021-0058
  4. Lublin FD, Häring DA, Ganjgahi H, et al. How patients with multiple sclerosis acquire disability. Brain. 2022;145(9):3147–3161. doi: 10.1093/brain/awac016
  5. Salari N, Hayati A, Kazeminia M, et al. The effect of exercise on balance in patients with stroke, Parkinson, and multiple sclerosis: a systematic review and meta-analysis of clinical trials. Neurol Sci. 2022;43(1):167–185. doi: 10.1007/s10072-021-05689-y
  6. Centonze D, Leocani L, Feys P. Advances in physical rehabilitation of multiple sclerosis. Current Opinion in Neurology. 2020;33(3): 255–261. doi: 10.1097/wco.0000000000000816
  7. Sîrbu CA, Thompson DC, Plesa FC, et al. Neurorehabilitation in Multiple Sclerosis-A Review of Present Approaches and Future Considerations. J Clin Med. 2022;11(23):7003. doi: 10.3390/jcm11237003
  8. Guerra-Carrillo B, Mackey AP, Bunge SA. Resting-state fMRI: a window into human brain plasticity. Neuroscientist. 2014;20(5): 522–533. doi: 10.1177/1073858414524442
  9. Thiebaut de Schotten M, Forkel SJ. The emergent properties of the connected brain. Science. 2022;378(6619):505–510. doi: 10.1126/science.abq2591
  10. Rocca MA, Schoonheim MM, Valsasina P, et al. Task- and resting-state fMRI studies in multiple sclerosis: From regions to systems and time-varying analysis. Current status and future perspective. Neuroimage Clin. 2022;35:103076. doi: 10.1016/j.nicl.2022.103076
  11. Bučková B, Kopal J, Řasová K, et al. Open Access: The Effect of Neurorehabilitation on Multiple Sclerosis-Unlocking the Resting-State fMRI Data. Front Neurosci. 2021;15:662784. doi: 10.3389/fnins.2021.662784
  12. Carotenuto A, Valsasina P, Schoonheim MM, et al. Investigating Functional Network Abnormalities and Associations With Disability in Multiple Sclerosis. Neurology. 2022;99(22):e2517–e2530. doi: 10.1212/WNL.0000000000201264
  13. Chen MH, Wylie GR, Sandroff BM, et al. Neural mechanisms underlying state mental fatigue in multiple sclerosis: a pilot study. J Neurol. 2020;267(8):2372–2382. doi: 10.1007/s00415-020-09853-w
  14. Tao Y, XueSong Z, Xiao Y, et al. Association between symbol digit modalities test and regional cortex thickness in young adults with relapsing-remitting multiple sclerosis. Clin Neurol Neurosurg. 2021;207:106805. doi: 10.1016/j.clineuro.2021.106805
  15. Golde S, Heine J, Pöttgen J, et al. Distinct Functional Connectivity Signatures of Impaired Social Cognition in Multiple Sclerosis. Front Neurol. 2020;11:507. doi: 10.3389/fneur.2020.00507
  16. Cooray GK, Sundgren M, Brismar T. Mechanism of visual network dysfunction in relapsing-remitting multiple sclerosis and its relation to cognition. Clin Neurophysiol. 2020;131(2):361–367. doi: 10.1016/j.clinph.2019.10.029
  17. Huang Q, Lin D, Huang S, et al. Brain Functional Topology Alteration in Right Lateral Occipital Cortex Is Associated With Upper Extremity Motor Recovery. Front Neurol. 2022;13:780966. doi: 10.3389/fneur.2022.780966
  18. Carotenuto A, Cocozza S, Quarantelli M, et al. Pragmatic abilities in multiple sclerosis: The contribution of the temporo-parietal junction. Brain Lang. 2018;185:47–53. doi: 10.1016/j.bandl.2018.08.003
  19. Grothe M, Jochem K, Strauss S, et al. Performance in information processing speed is associated with parietal white matter tract integrity in multiple sclerosis. Front Neurol. 2022;13:982964. doi: 10.3389/fneur.2022.982964
  20. Toko M, Kitamura J, Ueno H, et al. Prospective Memory Deficits in Multiple Sclerosis: Voxel-based Morphometry and Double Inversion Recovery Analysis. Intern Med. 2021;60(1):39–46. doi: 10.2169/internalmedicine.5058-20

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Cluster of decreased connectivity, localized in the right occipital lobe

Download (24KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Cluster of decreased connectivity localized in the precuneus

Download (24KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Cluster of increased connectivity, localized in the left parietal and occipital lobes

Download (31KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Cluster of increased connectivity, localized in the right lobe pole

Download (24KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Cluster of increased connectivity, localized in the left temporal and occipital lobes

Download (21KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Cluster of increased connectivity, localized in the left occipital lobe

Download (24KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Connectogram showing increased connectivity between the right cerebellar hemisphere and the sensorimotor network

Download (101KB)
Indexing metadata

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».