Сіздің нервтерді кесу сіздің миыңызды өзгертеді Эль Пасо, Техас.

Жоғарғы аяқтың перифериялық нервтерін кесу және хирургиялық жөндеуден кейін кейбір науқастар жақсы сенсомоторлы функцияны қалпына келтіреді, ал басқалары жоқ. Қалпына келтіруге ықпал ететін перифериялық және орталық механизмдерді түсіну жаңа терапевтік араласуларды әзірлеуді жеңілдетуі мүмкін. Перифериялық жүйке трансекциясынан кейінгі икемділік жүйке зақымдануының жануарлар үлгілерінде нейроаксис бойынша көрсетілді. Алайда перифериялық нервтердің трансекциясынан және адамдарда хирургиялық жөндеуден кейін пайда болатын ми өзгерістері зерттелмеген. Сонымен қатар, перифериялық жүйке регенерациясының мидың функционалдық және құрылымдық өзгерістеріне әсер ету дәрежесі сипатталмаған. Сондықтан біз функционалдық өзгерістер сұр және/немесе ақ заттың құрылымдық өзгерістерімен бірге жүре ме және бұл өзгерістер сенсорлық қалпына келтіруге қатысты ма деп сұрадық. Осы негізгі мәселелерді шешу үшін біз (i) перифериялық жүйке регенерациясын бағаладық; (ii) вибротактильді ынталандыруға жауап ретінде өлшенген функционалдық магнитті-резонанстық бейнелеу миының белсендіруі (қандағы оттегі деңгейіне тәуелді сигнал; BOLD); (iii) сұр және ақ заттардың құрылымдық ми пластикасы зерттелді; және (iv) перифериялық жүйке трансекциясы және хирургиялық жөндеу пациенттеріндегі сұр заттың өзгеруімен байланысты сенсорлық қалпына келтіру шаралары. Әрбір емделушінің сау контралезиялық нервімен салыстырғанда, кесілген нервтердің амплитудасы төмендеген және кідірістің жоғарылауымен өткізетін трансекция мен жөндеуден кейін 1.5 жылдан кейін жүйке өткізгіштігі бұзылған. Дені сау бақылаулармен салыстырғанда, перифериялық жүйке трансекциясы және хирургиялық жөндеу емделушілер контразиялы бастапқы және қайталама соматосенсорлық кортиктерде және «тапсырма позитивті желі» деп аталатын ми аймақтарының жиынтығында қанның оттегі деңгейіне тәуелді сигнал белсенділігін өзгертті. Сонымен қатар, қандағы оттегі деңгейіне байланысты сигналдың төмендеуі анықталған аймақтарда, соның ішінде контралезиялық бастапқы және қайталама соматосенсорлық кортикстерді қоса, бірнеше ми аймақтарында сұр заттың азаюы анықталды. Сонымен қатар, орталықтан кейінгі гирустағы сұр заттың жұқаруы функция мен құрылым арасындағы анық байланысты көрсететін сенсорлық қалпына келтіру шараларымен (механикалық және дірілді анықтау) теріс корреляцияланды. Соңында, біз сұр заттың азайғанын көрсететін аймақта оң жақ инсуладағы ақ заттың азайған фракциялық анизотропиясын анықтадық. Бұл нәтижелер жүйке жарақатынан кейінгі мидың пластикасы мен құрылым-функция-мінез-құлық қатынастары туралы түсінік береді және маңызды терапиялық әсерге ие.

Түйін сөздер: қыртыстың қалыңдығы; fMRI; диффузиялық тензорлық бейнелеу; пластикалық; перифериялық жүйке жарақаты
Қысқартулар: BA=Brodmann ауданы; BOLD=қандағы оттегі деңгейіне байланысты; fMRI=функционалды магнитті-резонансты бейнелеу;
PNIr=перифериялық нервтерді кесу және хирургиялық жөндеу; S1=бастапқы соматосенсорлық қыртыс; S2=екінші реттік соматосенсорлық қыртыс

кіріспе

Жоғарғы аяқтың перифериялық нервтерінің трансекциясынан және хирургиялық жөндеуден (PNIr) кейін пациенттердің 25% операциядан кейін 1.5 жылдан кейін жұмысқа оралған жоқ (Jaquet et al., 2001). Сонымен қатар, жүйке жарақаттары бар науқастардың 57% -ы 16-35 жас аралығында (McAllister et al., 1996); осылайша, мүгедектік пен экономикалық қиындықтардың ұзақ өмір сүруі жоғарғы аяқ нервтерінің кесілуімен бірге жүруі мүмкін. Перифериялық жүйке зақымдануының орталық және перифериялық салдарын түсіну жаңа терапиялық стратегиялар мен араласу бағдарламаларын әзірлеуді жеңілдетуі мүмкін.

Мидың адамдарда PNIr-ге қалай жауап беретіні белгісіз. Алайда, жануарларға жүргізілген зерттеулер соматосенсорлық қыртыстың ішіндегі пластикалық перифериялық нервтердің трансекциясынан кейін бірден басталатынын және толық жүйке трансекциясынан және хирургиялық жөндеуден кейін 1 жылдан кейін кортикальды карталарда кесілген және іргелес нервтердің тегіс емес, үзіліссіз бейнелері болатынын анықтады (Уолл және басқалар). ., 1986). Функционалды пластиканы жеңілдететін механизмдер іргелес кортикальды және субкортикальды деңгейлерден бұрыннан бар проекцияларды дереу ашуды және нейроаксистің көптеген деңгейлерінде, соның ішінде бастапқы соматосенсорлық кортексті (S1) аксондардың ұзақ мерзімді өсуін қамтиды (Флоренс және Каас). , 1995; Хикмот және Стин, 2005).

Адамның миын бейнелеуге арналған зерттеулер жұлын жарақатына, ампутацияға, саусақты саусаққа ауыстыруға және карпель туннель синдромы бар емделушілерге байланысты өзгертілген функционалды МРТ белсендіру карталарын анықтаумен жануарлар үлгілерінің нәтижелерін растады (Lotze және т.б., 2001; Manduch et al., 2002; Jurkiewicz et al., 2006; Napadow et al., 2006). Сонымен қатар, құрылымдық МРТ зерттеулері жақында травматикалық жарақаттардан кейін және әртүрлі патологиялық жағдайларда, соның ішінде аяқ-қол ампутациясы мен созылмалы ауырсынудан кейінгі сұр және ақ заттардың өзгерістерін визуалды түрде көрсетті (Apkarian және басқалар, 2004; Драгански және басқалар, 2006; Дэвис және т.б., 2008; Geha және т.б., 2008; Мамыр, 2008). Сұр заттың өзгеруі жасуша мөлшерінің өзгеруіне, нейрондардың немесе глиялардың атрофиясына және/немесе жоғалуына байланысты деп есептеледі, ал ақ заттың өзгеруіне аксональды дегенерация және миелиннің жоғалуы әсер етеді (Beaulieu, 2002; мамыр, 2008).

Патология мен пластика механизмдерін анықтаудың күшті тәсілі сұр және ақ затты бейнелеудің функционалдық және құрылымдық әдістерін біріктіру болып табылады. Жоғарғы аяқ-қолдың толық PNIr бар емделушілер операциядан кейін 41.5 жыл бойы сақталатын терең соматосенсорлық тапшылықты сақтағанын бұрын хабарлаған болатынбыз (Taylor et al., 2008a). Осы нәтижелерге сүйене отырып, біз бұл науқастар мидың негізгі соматосенсорлық аймақтарында функционалдық және құрылымдық ми өзгерістерін көрсетеді деп ойладық. Сондықтан, осы зерттеуде біз PNIr пациенттерінде: (i) зақымдалған жоғарғы аяқты білдіретін S1 аймағында және қайталама жүйке аймағында кесілген жүйке аумағының діріл стимуляциясына қандағы оттегі деңгейіне тәуелді (BOLD) жауаптардың төмендеуі болады деп болжадық. соматосенсорлық қыртыс (S2); (іі) S1 және S2 контразиясының осы аймақтарында кортикальды қалыңдығының сәйкес төмендеуі; (iii) қыртыстың қалыңдығының өзгеруі мен соматосенсорлық функцияның психофизикалық өлшемдері арасындағы корреляция (діріл мен жанасуды анықтау шектері); және (iv) осы соматосенсорлық кортикальды аймақтарға/шығатын ақ заттағы төмендетілген фракциялық анизотропия (ақ заттың тұтастығының өлшемі).

әдістері

Тақырыптар

Біз 27 жылдың маусымы мен 2006 жылдың мамыры аралығында Торонто университетінің қол бағдарламасына кіретін пластикалық хирургтардан ортаңғы және/немесе шынтақ нерві толық кесілген 2008 науқасты жұмысқа алдық. Осы үлкен топтан ауырмайтын 14 пациент (үш әйел) , 11 ер адам; 34 ? 10 жаста) оң жақ медиана және/немесе шынтақ нерві толық кесілген (ауырсыну және бүйірлік науқастардың ауыруы (n=6) және сол жақты зақымдануы бар науқастардың болуына байланысты шатасуды болдырмау үшін) зерттеуге қосылды. (n=7) бұл талдаудан шығарылды]. Барлық емделушілер оқуға түсуге дейін кемінде 1.5 жыл бұрын микрохирургиялық жүйке жөндеуден өтті (қалпына келтіру уақыты 1.5 жылдан 8 жылға дейін өзгерді). Сонымен қатар, біз жасы мен жынысы бойынша сәйкес келетін 14 дені сау бақылаушыларды (3 әйел, 11 ер; 34 ? 10 жас) қабылдадық. Барлық субъектілер Университеттің денсаулық сақтау желісін зерттеу этикасы кеңесі бекіткен процедураларға хабарланған жазбаша келісімін берді. Барлық субъектілер оң қолды болды (Эдинбург қолдылығы инвентаризациясы арқылы анықталды: Олдфилд, 1971) және неврологиялық жарақат немесе созылмалы ауырсыну тарихы (жүйке трансекциясына дейін немесе одан кейін) болған жоқ. Демографиялық мәліметтерді 1-кестеден қараңыз.

Зерттеу дизайны

Барлық зерттелушілер мыналарды қамтитын бейнелеу сессиясына қатысты: (i) оң жақ сұқ саусаққа (ортаңғы жүйке аумағында) қолданылатын вибротактильді ынталандыруға жауап ретінде функционалдық магниттік-резонанстық бейнелеу (fMRI); (ii) кескінді тіркеу және кортикальды сұр затты талдау үшін алынған бүкіл мидың жоғары ажыратымдылықтағы анатомиялық сканерлеуі; және (iii) ақ заттың тұтастығын бағалауға арналған екі диффузиялық тензорлық бейнелеу сканері. Бейнелеуге дейін субъектілерге эксперименттің негізгі дизайны бойынша нұсқау берілді және сканерлеудің барлық уақытында мүмкіндігінше қозғалыссыз болуды еске салды.

Субъектілер кез келген уақытта зерттеуден бас тарта алады. Сонымен қатар, барлық субъектілер үшін сенсорлық және моторлық бағалау жүргізілді (Taylor et al., 2008a). Жанасу мен дірілді анықтау шектері кортикальды қалыңдығымен корреляцияланғандықтан, бұл әдістердің сипаттамасы төменде келтірілген (басқа психофизикалық шаралар басқа жерде хабарланады).

Діріл шегі

Дірілді анықтау шектері қолмен ұсталатын био-тезиометр (Bio-Medical Instrument компаниясы, АҚШ) арқылы анықталды. Құрылғыда оң жақ сұқ саусақтың дистальды фалангасына (D12) қойылған 2 мм зонд бар. Шекті мәндер шектер әдісі арқылы анықталды: амплитудасы (кернеу) зерттелуші ынталандыруды қабылдағанын көрсеткенше бірте-бірте ұлғайтылды. Діріл шектері үш рет алынды және орташа мән есептелді. Діріл шегін сынау кезінде субъектілерге көздерін жұмып, қолының артын тірек жастықшаға қоюға нұсқау берілді.

Механикалық анықтау шегі

Механикалық анықтау шектері 2–12 мН күш беретін 0.25 логарифмдік арақашықтықты калибрленген жіптерден тұратын фон Фрей жіптерінің стандартталған жиынтығын (OptiHair512 Marstock Nervtest, Германия) пайдаланып анықталды. Барлық 12 жіптің жанасу бетінің диаметрі ~0.4 мм болды. Сынақтар сыналушының көздерін жұмып, қолдарын жұмсақ жастыққа тіреп жүргізді. Зондтар өсу қатарында қолданылды және субъектілерден зонд D2 саусағының оң жақ ұшына тиіп тұрғанын сезген сайын жауап беру қажет болды. Бұл процесс үш рет қайталанды. Үш сынақтың кем дегенде екеуінде анықталған жіпке арналған күш осы субъектінің механикалық анықтау шегі ретінде хабарланды.

Жүйке өткізгіштігін тексеру

Пациенттер Торонто Батыс Госпиталінің электромиография (ЭМГ) клиникасында екі жақты сенсорлық және моторлы жүйке өткізгіштігін зерттеуге қатысты. Қозғалтқыш жүйке өткізгіштігі үшін ынталандырушы электрод білекке және шынтаққа (бөлек) орналастырылды және тіркеу электроды орта жүйкені бағалау үшін abductor pollicis brevis немесе шынтақ жүйкесін бағалау үшін abductor digiti minimi үстіне қойылды. Сенсорлық жүйке сынағы үшін жазу электроды білекке, ал ынталандырушы электрод D2, D3 және D5 сандарына қойылды. Торонтодағы Батыс Госпиталінің EMG клиникасының аға, тәжірибелі невропатологы (д-р Питер Эшби) қай нервтердің қалыпты/анормальды реакциялар көрсеткенін анықтау үшін барлық клиникалық бағалауларды қарап шықты. Амплитуда мен латенттік өлшемдер субъектілер арасында айтарлықтай өзгеретіні белгілі болғандықтан (иннервацияның тығыздығы, жүйке тереңдігі және жеке субъектінің терісінің қалыңдығы сияқты факторларға байланысты) (Кимура, 2001) әр пациенттің кесілмеген нерві кесілген жағынан мәндермен салыстыру үшін өз бақылауы ретінде қызмет етті. Анықталған жүйке өткізгіштік жауаптары бар науқастарда әр пациенттің кесілген және қарама-қарсы трансекцияланбаған нервтері арасындағы кідіріс немесе амплитудалық өлшемдердегі айырмашылықты бағалау үшін жұптастырылған t-тесттері орындалды.

Бейнелеу параметрлері

Миды бейнелеу деректері сегіз арналы фазалық массив басы катушкасымен жабдықталған 3T GE MRI жүйесі арқылы алынды. Субъектілер МРТ үстеліне шалқасынан жатқызылды және қозғалысты азайту үшін әрбір субъектінің басына төсем салынды. Бүкіл мидың fMRI деректері эхо-жазық бейнелеу (28 осьтік кесінділер, көру өрісі (FOV) = 20 x 20 см, 64 x 64 матрица, 3.125 x 3.125 x 4 мм воксель, жаңғырық уақыты (TE) = 30 мс, қайталау) көмегімен алынды. уақыт (TR) = 2000 мс). Сканерлеу уақыты 5 минут және 8 секунд (154 кадр) болды. Сканерлеу кезінде қысылған ауамен басқарылатын баллонды диафрагмалар көмегімен оң жақ D12 дистальды фалангасына ауыртпайтын, 2 Гц вибротактильді ынталандыру қолданылды (Доктор Кристо Пантев жасаған құрылғы; www.biomag.uni-muenster.de). Ынталандырулар 10 демалумен араласқан 20 блоктарда жеткізілді, барлығы 10 ынталандыру блогы және 10 демалыс блогы. Әрбір іске қосудан алынған деректердің алғашқы 8 с (4 TR) fMRI сигналының тепе-теңдігін қамтамасыз ету үшін жойылды. Субъектілерге сканерлеу кезінде көздерін жұмып, тітіркендіргіштерге назар аударуға нұсқау берілді. Бүкіл мидың үш өлшемді (3D) жоғары ажыратымдылығы бар анатомиялық сканерлеуі (124 сагитальді кесінділер, 24 x 24 см FOV, 256 x� 256 матрица, 1.5 x 0.94 x 0.94 мм воксельдер) T1 өлшенген 3D градиентті бұзылған эхокуенциямен алынды. (бір сигналдың орташа мәні, бұрылу бұрышы = 20? , TE ?5 мс). Сонымен қатар, екі диффузиялық тензорлық бейнелеу сканері (38 осьтік кесінді, FOV 24 x 24 см, 128 x 128 матрица, 1.875 x 1.875 x 3 мм воксель) b-мәні 23smm² 1000 бағыт бойынша алынды. Әрбір жүгіріс диффузиялық салмағы жоқ екі томды қамтыды.

fMRI талдау

Деректер Brainvoyager QX v1.8 (Brain Innovaton, Маастрихт, Нидерланды) көмегімен талданды. Алдын ала өңдеу мыналарды қамтиды: 3D қозғалысты түзету, кесінділерді сканерлеу уақытын түзету, сызықтық трендті жою, жоғары жиілікті сүзу (әрбір жұмыс үшін бес цикл) және 6 мм толық ені бар кеңістіктік тегістеу, жарты максимум (FWHM) Гаусс ядросы. fMRI деректер жинақтары 3 x 3 x 3 мм воксельдерге интерполяцияланды, жоғары ажыратымдылықтағы анатомиялық кескінге тіркелді және стандартты Talairach кеңістігіне қалыпқа келтірілді (Talairach және Tournoux, 1988). Дауыстар 1 x 1 x 1 мм ретінде хабарланады. Деректер жалпы сызықтық модельді қолдану арқылы талданды; модель тактильді ынталандырудың уақыт курсының вагон функциясын стандартты гемодинамикалық жауап функциясымен біріктіру арқылы алынды. Белсендіру үлгілеріндегі топтық айырмашылықтарды анықтау үшін контрасттармен бекітілген әсерлер талдауы жүргізілді: (i) сау бақылаулар: ынталандыру 4 демалыс; (ii) PNIr: ынталандыру 4 тыныштық; және (iii) сау бақылаулар 4 PNIr. Белсендіру карталары P50.05 түзетілген мәнінде шекті болды (бұрын хабарланғандай түзетілмеген P50.0001 және 120мм3 іргелес воксельдерден алынған: Taylor and Davis, 2009); Бұл сонымен қатар Функционалдық нейробейнелерді талдау (AFNI) бағдарламалық құралында енгізілген AlphaSim қолданбасымен Монте-Карло симуляциясын іске қосу арқылы расталды. Бұл талдау оң жақ ортаңғы нервтің (n=11) немесе оң жақ медиана мен шынтақ нервінің (n = 9) трансекциясын ұстанған 2 пациентті ғана қамтыды (яғни оң жақ шынтақ нервісінің таза трансекциясы бар үш пациент бұл талдауға қосылмаған. ).

Кортикальды қалыңдықты талдау

Кортикальды қалыңдық талдауы Freesurfer (http:// surfer.nmr.mgh.harvard.edu) көмегімен орындалды; әдістер басқа жерде егжей-тегжейлі сипатталған (Dale et al., 1999; Fischl et al., 1999a, b; Fischl and Dale 2000). Қысқаша айтқанда, жоғары ажыратымдылықтағы T1 өлшенген анатомиялық деректер жиынтығы Talairach атласына тіркелді (Talairach және Tournoux, 1988). Осыдан кейін қарқындылықты қалыпқа келтіру, бас сүйегінің аршу және жарты шарлардың бөлінуі болды. Кейіннен ақ/сұр зат (ақ бет деп аталады) және сұр/CSF (пиаль беті деп аталады) шекаралары анықталды және сегменттелді. Содан кейін ақ және пиальді беттердің арасындағы қашықтық мидың әрбір жарты шарындағы әрбір нүктеде есептелді. 14 пациент пен 14 жас/жынысы сәйкес келетін бақылаулар арасындағы топтық айырмашылықтарды анықтау үшін мидың әрбір нүктесінде жалпы сызықтық модель талдауы жасалды. Жеке адамның кортикальды топографиясы гетерогенді болғандықтан, статистикалық талдау алдында 5 мм FWHM кеңістіктік тегістейтін ядро ​​қолданылды. Деректер түзетілген P50.05 (түзетілмеген P50.0075 және 102 іргелес шыңдардан алынған) бойынша көрсетіледі; бұл AlphaSim көмегімен Монте-Карло симуляциясын іске қосу арқылы есептелді. Шың екі өлшемді парақтағы нүктені білдіреді және бұл зерттеуде екі шыңның арасындағы қашықтық 0.80 мм2 құрайды.

Науқастардың кесілген жүйке аумағында соматосенсорлық функцияның елеулі тапшылығы байқалғандықтан, біз соматосенсорлық функцияның өлшемдері (діріл және жанасуды анықтау) орталықтан кейінгі орталық гируста (бастапқы және қайталама соматосенсорлық қыртыстар) кортикальды қалыңдығымен корреляцияланады деп болжадық. Сондықтан біз пациенттер тобында корреляциялық талдауларды орындадық: (i) кортикальды қалыңдығы және дірілді анықтау шегі; және (іі) кортикальды қалыңдығы және жанасуды анықтау шектері. Бір пациент психофизикалық бағалауды аяқтамады; сондықтан бұл талдау 13 PNIr пациентін қамтыды. Сонымен қатар, кортикальды қалыңдығы мен қалпына келтіру уақыты арасында байланыс бар-жоғын анықтау үшін осы екі өлшем арасында корреляциялық талдау жүргізілді. Бұл корреляциялық талдаулар жалпы сызықтық модельге масканы (атласқа салынған Freesurfer-тен алынған) қосу арқылы контралесционнан кейінгі орталық гируспен шектелді. Монте-Карло симуляциясы орындалды, ол орталықтан кейінгі контралезиялық гирус ішіндегі шыңдар санымен шектелді; кескіндер түзетілген P50.05 (түзетілмеген P50.0075 және 68 іргелес шыңдардан алынған) арқылы көрсетіледі.

Диффузиялық тензорлық кескінді талдау

Диффузиялық тензорлық кескінді өңдеу DTiStudio (www.MriStudio.org) және FSLv.4.0 (www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/) көмегімен орындалды. Суреттер алдымен үлгі ретінде алынған бірінші сериядағы бірінші B0 кескінін пайдаланып, DTiStudio бағдарламасында енгізілген автоматты кескінді тіркеу құралымен қайта тураланды. Бұл процесс нысан қозғалысы мен құйынды ток бұрмалануын түзетеді. Содан кейін барлық кескіндер кескін сапасын және бөлек диффузиялық тензорлық кескіндеу жүгірістерінің туралануын бағалау үшін визуалды түрде тексерілді. Егер артефакт анықталса, екі бөлек диффузиялық тензорлық бейнелеудің орташа мәнін есептеу алдында кесінді жойылды. Жеке FA карталары FSL жүйесінде енгізілген DTIFIT құралы арқылы есептелді. Тракт негізіндегі кеңістіктік статистиканы пайдалана отырып, орташа бөлшек анизотропиядағы топтық айырмашылықтарды анықтау үшін воксельді статистикалық талдау жүргізілді; осы әдістердің толық сипаттамасын қараңыз Smith et al. (2006). Қысқаша айтқанда, кескіндер мақсатты кескінге (MNI152) сызықты емес түрде тіркелді, содан кейін орташа кескін барлық деректер жиынынан жасалды және бұл кескін барлық субъектілерге ортақ барлық трактатты көрсету үшін кейін жіңішкерілді. Әр субъектінің ең жоғары фракциялық анизотропия мәндері ақ заттың қаңқасындағы әрбір нүктеге перпендикуляр ақ затты іздеу арқылы қаңқаға проекцияланды. Содан кейін топтар арасында (14PNIr және 14 сау бақылау) бүкіл мидың воксельді статистикалық талдауы жүргізілді және кескіндер P50.05 деңгейінде бүкіл ми түзетілді. Сонымен қатар, ақ заттарда қызығушылық аймағын талдау жасалды трактаттар қарама-қарсы S1, таламус және екі жақты алдыңғы және артқы инсулаға іргелес. Бұл аймақтар бұрын соматосенсация аспектілеріне қатысты болғандықтан және олар fMRI және кортикальды қалыңдық талдауы (CTA) топтық талдауларында анықталған аймақтарға сәйкес болғандықтан таңдалды. Қызықты аймақтар ақ заттың қаңқасына төмендегідей сызылған: (i) Қарама-қарсы S1 қызығушылық аймағы корона-радиатаның ақ зат қаңқасы мен пост-орталық гирусқа енетін қаңқа бөлігінің түйіскен жерінде медиальды түрде пайда болды; берілген кесінді ішінде тракттың соңында аяқталады.

z бағытында қызығушылық аймағы z=49-дан 57-ге дейін ұзартылды; қол аймағын қамтамасыз ететін ақ заттар трактаттары. (ii) Қарама-қарсы таламус аймағы қызығушылық тудыратын артқы және медиальды таламус ядроларын (соматосенсорлық функцияға қатысатын ядролар) қоршап тұрған ақ заттық жолдармен шектелді, z = �1-ден 4-ке дейін. (iii) Қызығушылықты білдіретін инсулярлық аймақтар екі жақты түрде тартылды. біздің зертханада бұрын жарияланған критерийлерге негізделген алдыңғы және артқы инсулаға іргелес ақ зат (Taylor et al., 2008b). Қызығушылық аймағы z = 2-ден 8-ге дейін кеңейтілді. Осы қызығушылық аймақтарының әрқайсысынан фракциялық анизотропия мәндері алынды және әлеуметтік ғылымдарға арналған v13.0 статистикалық пакетін (SPSS Inc, Чикаго), ол барлық алты аймақ үшін бөлшек анизотропия мәндерін қамтиды.

нәтижелері

1-кестеде зерттеуге қатысушылардың демографиялық мәліметтері берілген. Барлық 14 пациент оқуға жазылар алдында кемінде 1.5 жыл бұрын оң жақ медиана және/немесе шынтақ нервінің толық кесіндісін жүргізді, содан кейін микрохирургиялық жөндеу жүргізілді. Операциядан тестілеуге дейінгі уақыт 1.5 жылдан 8 жылға дейін орташа (?SD) 4.8 ? 3 жыл. Пациенттер мен бақылаулар (34 ? 10 жыл екі топ; t = 0.04; P = 0.97).

Психофизика

Діріл шектері барлық үш өлшемнен есептелді, өйткені дисперсияның бір жақты қайталанатын өлшем талдауы (ANOVA) үш сынақ арасында айтарлықтай айырмашылықтар жоқ екенін көрсетті [F (25, 1)=0.227, P=0.64]. Діріл және механикалық анықтау шектері PNIr пациенттерінде сау бақылаулармен салыстырғанда айтарлықтай бұзылған (діріл: t = 4.77, P50.001, 3А-сурет; механикалық: t=3.10, P=0.005, 3D-сурет).

Жүйке өткізгіштігін тексеру

Торонтодағы Батыс госпиталінің EMG клиникасының тәжірибелі невропатологы әрбір науқастың контразия нервтерінен алынған амплитудалық және латенттік өлшемдерді қалыпты деп жіктеді. 14 пациенттің тоғызы жүйке өткізгіштігін тексеруді аяқтады. 2-кестеде білектен abductor pollicis brevis (медиана) немесе abductor digiti minimi (ulnar) бұлшықеттеріне дейін сенсорлық жүйке өткізгіштігі үшін және білезіктен D2 (медиана) және D5 (сенсорлық өткізгіштік үшін) орташа ұлғайту/азайту кідірісі мен амплитудалық деректері көрсетілген. ульнар) әрбір пациентпен салыстырғанда зақымданбаған контралезиялық жүйке. Тоғыздың ішінде жеті пациентте ортаңғы нервті қамтитын трансекциялар болды. Осы жетеуінен бір пациентте мотор сынағы кезінде анықталатын жауап болмады, ал басқа пациентте сенсорлық тестілеу кезінде анықталатын жауап болмады.

Анықталған жауаптары бар алты пациентте мотор өткізгіштік кідірістері 43%-ға артты (t=6.2; P=0.002) және амплитудалары 38%-ға төмендеді (t=�2.6; P=0.045) әр пациенттің нерві кесілген кезде. олардың жарақаттанбаған жағымен салыстырғанда. Медиандық нервтердің сенсорлық өткізгіштігі де қалыпты қарама-қайшы нервтермен салыстырғанда кідірістің 26%-ға жоғарылауын (t=3.9; P=0.011) және амплитудасының 73%-ға төмендеуін (t=�8.0; P=0.000) анықтады. Шынтақ нервтерінің трансекциясы бар төрт пациентте сенсорлық жүйке сынағы кезінде бір науқаста анықталатын жауап болмады. Жауаптары бар науқастарда ульнар нервтерінің қозғалтқышының кідірістері айтарлықтай жоғарылаған жоқ (t = 2.8; P = 0.070); дегенмен амплитудалары айтарлықтай болды
41%-ға төмендеді (t = �5.9; P = 0.010). Шынтақ нервінің сенсорлық сынағы кідірістің 27% ұлғаюын көрсетті (t = 4.3; P = 0.049), бірақ амплитуданың айтарлықтай жоғарылауы жоқ (t = 3.5; P = 0.072).

Бастапқы соматосенсорлық кортекстегі функционалдық пластикалық

Функционалды МРТ карталары оң жақ ортаңғы нервтердің трансекциялары бар 11 PNIr пациенттерінен есептелді (бұл талдаудан шынтақ нервтерінің кесінділері бар науқастар алынып тасталды) және жасы мен жынысы сәйкес келетін 11 сау бақылау. 1А суретінен PNIr пациенттері дені сау бақылаулармен салыстырғанда, Brodmann 1 (BA2) аймағына (Talairach and Tournoux, 2) және S1988 (толығырақ ақпаратты 2-кестені қараңыз) сәйкес келетін S3 аймағында белсендіру айтарлықтай аз екені анық. . Осы қызығушылық аймақтарындағы оқиғаға қатысты орташа жауаптар пациенттердің сол жақ BA2 және сол S2 (тиісінше 1B және C суреті) ішіндегі әлсіреген BOLD реакциясын көрсетеді. Бір қызығы, пациенттердегі вибротактильді ынталандыру орталықтан кейінгі гирустың жоғары бөлігін белсендірді (мүмкін BA1 / 3) (Talairach және Tournoux, 1988) (Cурет 1A және 3-кесте). Оқиғаға байланысты орташа мән (1D-сурет) сау бақылаулар осы аймақта минималды белсендіруге ие болғанын көрсетеді. Сонымен қатар, пациенттер жалпы түрде тапсырманың оң желісі ретінде белгілі ми аймақтарында айтарлықтай белсендірілген (1-суреттегі жұлдызшалар). Іске қосылған позитивті ми аймақтарының толық тізімін көру үшін 3-кестені қараңыз. Бұл желіге латеральды префронтальды, латеральды париетальды, премоторлы және төменгі уақытша қыртыстар кіреді (3-кесте): зейінді қажет ететін тапсырманы орындау кезінде белсендірілетін және демалыс кезінде басылатын немесе белсенді емес ми аймақтары немесе когнитивті немесе зейінді қиындатпайтын тапсырмалар (Fox et al. т.б., 2005; ДеЛука және т.б., 2006; Seminowicz және Davis 2007).

Бастапқы соматосенсорлық кортекстегі сұр заттың азаюы сенсорлық қалпына келтірумен сәйкес келеді

Барлық 14 пациентте және жас/жынысы сәйкес келетін 14 сау бақылауда кортикальды қалыңдықты талдау PNIr тобындағы қыртыстардың айтарлықтай жұқарған бірнеше локустарын анықтады (2-сурет және 4-кесте). Атап айтқанда, пациенттерде сол жақ (контралезиялық) S13, S22, алдыңғы алдыңғы цингулят гирусы, вентролатеральды префронтальды кортекс және оң жақ алдыңғы инсула, алдыңғы/артқы ортаңғы цингулярлық гирус және парацентральды лобуладағы қыртыстың қалыңдығы 1% -2% қысқарды. Бір қызығы, орталықтан кейінгі гирус ішіндегі сұр заттың жұқарған жерлері вибротактильді ынталандырудан кейін төмендеген BOLD аймақтарымен сәйкес келеді (4-кесте). Біз пациенттердің сенсорлық жетіспеушіліктері және қалпына келтіру уақыты (мысалы, микрохирургиялық жөндеуден кейінгі уақыт) туралы алдын ала білгендіктен, біз келесі кезекте пациенттердің орталықтан кейінгі гирустағы кортикальды қалыңдығы олардың сенсорлық механикалық және дірілді анықтау шектерімен немесе олардың арасындағы корреляциямен байланысты ма деп сұрадық. қалпына келтіру уақыты. Бұл талдаулар BA1/2 және S2 (P50.001, r=?0.80 және ?0.91, сәйкесінше, BA1/2 және S2 үшін; 3-сурет және 5-кесте) қамтитын аймақта қыртыстың қалыңдығы мен дірілді анықтау шектері арасындағы теріс корреляцияны анықтады. ). Сонымен қатар, механикалық анықтау шектері, сондай-ақ сәл жоғарырақ BA2 аймағында және бірдей S2 аймағындағы кортикальды қалыңдығымен теріс корреляцияланды (сәйкесінше P50.001, r = ?0.83 және ?0.85, BA2 және S2 үшін; 3-сурет және кесте. 5). Дегенмен, біз қалпына келтіру уақыты мен кортикальды қалыңдығы арасындағы маңызды байланысты анықтаған жоқпыз. Сондықтан орталықтан кейінгі гируста қыртыстың жұқаруы аса ауыр сенсорлық тапшылықпен байланысты болды. Дегенмен, біз қалпына келтіру уақыты мен кортикальды қалыңдығы арасындағы маңызды байланысты анықтаған жоқпыз. Тағы да, діріл тітіркендіргіштерімен теріс корреляцияланған аймақтардағы кортикальды жұқару мен топтық fMRI және CTA ауытқуларын көрсететін аймақтар арасында сәйкестік болды.

Жүйке трансекциясынан кейінгі ақ заттың ауытқулары

Ақ заттың тұтастығын бағалау үшін біз априорлы гипотезаларға негізделген ақ заттар тобының айырмашылықтарын зерттеу үшін қызығушылық аймағын қолдандық. Қызығушылықты оятатын аймақтар контразиялы S1 және таламусты қоршап, қоректенетін ақ заттық тракттармен шектелді. Сонымен қатар, біз ақ заттың сол және оң жақ, алдыңғы және артқы инсулаға іргелес жатқан аймақтарын да тарттық. Инсула таңдалды, өйткені ол соматосенсорлық өңдеуге қатысады және біз CTA-мен оң жақ алдыңғы инсулярда төмендеген сұр затты анықтадық. Бұл қызығушылық аймағына көзқарас пациенттердің оң жақ алдыңғы жағына іргелес ақ заттың фракциялық анизотропия мәндерінің (MANOVA барлық қызығушылық аймақтарын қоса) айтарлықтай төмендегенін көрсетті [F (1, 26) = 4.39, P = 0.046; 4А-сурет] және артқы инсула [F (1, 26) = 5.55, P = 0.026; 4В-сурет], бірақ сол жақ инсулаға іргелес ақ затта топтық айырмашылықтар болған жоқ (сол жақ алдыңғы инсула: P = 0.51; сол жақ артқы инсула: P=0.26), таламус (P=0.46) немесе S1 (P=0.46) ).

талқылау

Мұнда біз бірінші рет жоғарғы аяқтың перифериялық нервтерін кесу және хирургиялық жөндеуден кейін бірнеше кортикальды аймақтарда функционалдық пластикалық және сұр және ақ заттың құрылымдық ауытқулары бар екенін көрсеттік. Бұл пластикалық перифериялық жүйке регенерациясының толық болмауынан (перифериялық жасушалардың өлуі және/немесе толық емес ре-миелинизация) туындауы мүмкін, өйткені бұл емделушілерде жүйке өткізгіштік шаралары ауыр ауытқуларды көрсетті. Сонымен қатар, біздің деректеріміз орталықтан кейінгі гируста вибротактильді шақыратын fMRI жауаптарының төмендеуі пациенттер тобында сұр заттың жұқаруына сәйкес келетінін көрсетеді. Бұл нәтижелер қысқартылған BOLD жауаптары кортикальды сұр заттың азаюы және/немесе орталықтан кейінгі гирусқа афферентті кірістің төмендеуі арқылы жеңілдетілуі мүмкін екенін көрсетеді. Сонымен қатар, орталықтан кейінгі гирустың дәл осы бөліктеріндегі кортикальды қалыңдығы соматосенсорлық функцияның мінез-құлық өлшемдерімен теріс корреляция жасады. Яғни, соматосенсорлық тапшылықтың жоғарылауы жұқа кортекспен байланысты болды; олардың екеуі де афферентті кіріспен байланысты болуы мүмкін. Бірге алғанда, біздің деректеріміз аяқталмаған перифериялық жүйке регенерациясының соматосенсорлық бұзылуларға, кортикальды сұр заттың атрофиясына және fMRI активациясының төмендеуіне ықпал ететінін көрсетеді (осы нәтижелердің қысқаша мазмұнын 5-суретті қараңыз).

Перифериялық нервтердің трансекциясынан және хирургиялық жөндеуден кейін кортикальды пластика адам емес приматтарда бүкіл орталық жүйке жүйесінде пайда болуы мүмкін екені белгілі (Каас, 1991). Бұл икемділік бұрын үнсіз синапстардың ашылуына немесе саңырау аумаққа аксональды өскіндерге байланысты деп саналады (Уолл және басқалар, 1986; Флоренс және Каас, 1995). Приматтар үлгісінде нерв кесілгеннен және хирургиялық жөндеуден кейін 1 жыл өткен соң жүйке қыртысы қалпына келтірілген және іргелес (бұзылған) нервтердің толық емес және ретсіз көріністерімен сипатталады. Бұл патчиялық көрініс жүйкеленген кортикальды кеңістіктің ішінара қалпына келуіне әкелетін толық емес перифериялық регенерацияға жатады (Каас, 1991). Науқас популяциясындағы шеткергі регенерация дәрежесін бағалау үшін біз кесілген аумақта сенсорлық және моторлы жүйке өткізгіштігін зерттедік. Жүйке өткізгіштігінің нәтижелері PNIr пациенттерінің амплитудасы айтарлықтай төмендегенін және сенсорлық және қозғалтқыш нервтеріндегі кідірістің жоғарылағанын көрсетеді. Амплитуданың төмендеуі және кідірістің жоғарылауы перифериялық талшықтардың жоғалуын (яғни жасушаның өлуін) және/немесе трансекциядан кейінгі қалыпты емес немесе толық емес ре-миелинизацияны көрсетеді (Кимура, 1984). Сонымен қатар, дорсальды түбірлік ганглиондық нейрондардың 20% -дан 50% -на дейін жүйке трансекциясынан кейін өлетіні жақсы анықталған (Liss et al., 1996). Осылайша, афферентті жасуша өлімі және толық емес регенерация кортекске афферентті кірістің төмендеуіне әкелуі мүмкін, бұл тұрақты сенсорлық тапшылықты және BA2 және S2-де BOLD реакциясының төмендеуін есепке алуы мүмкін. Сонымен қатар, бұл төмендеген афферентті кіріс қыртысының сол аймақтарында байқаған кортикальды жұқаруды да есепке алуы мүмкін. Сенсорлық жетіспеушілік ОЖЖ бірнеше аймақтарында транснейрондық дегенерацияны тудыратыны көрсетілді, соның ішінде сиатикалық жүйке бөлімінен кейінгі арқа мүйізі (Knyihar-Csillik және басқалар, 1989) және екінші және үшінші ретті нейрондарды қамтуы мүмкін (Пауэлл және Ерұлқар, 1962). Транснейрондық дегенерация жасушаның қысқаруымен сипатталады және афферентті енгізудің төмендеуімен немесе жоқтығымен байланысты деп есептеледі (Knyihar-Csillik және т.б., 1989). Осылайша, кортикальды сұр заттың жоғалуы (немесе атрофиясы) афферентті кірістің төмендеуіне тікелей байланысты болуы мүмкін.

Біз сондай-ақ BA1/3 сәйкес аймақта орталықтан кейінгі гируста белсендірудің жоғарылауын көрсеттік (Talairach және Tournoux, 1988). Электрофизиологиялық, анатомиялық іздестіру және нейровизуализациялау зерттеулері терінің механикоцептивтік афференттерінің көпшілігі үшін бірінші кортикальды бағыттар BA1 және BA3b болатынын анықтады. Бұл цитоархитектоникалық ми аймақтарының әрқайсысында шағын рецептивті өрістері бар соматотопиялық дене картасы бар. Сонымен қатар, бұл аймақтар тітіркендіргіштердің текстурасы мен кедір-бұдыры, жылдамдығы мен қисаюы сияқты тактильді ақпараттың көптеген ерекшеліктеріне жауап береді (Бодегард және т.б., 2001). fMRI зерттеулері соматосенсорлық кортекстегі белсенділікке назар аудару әсер ететінін көрсетті, сондықтан S1-дегі тактильді ынталандыруға fMRI жауаптары субъектілер тактильді ынталандыруға қатысқан кезде жоғарылайды, бірақ субъектілер алаңдатқанда әлсірейді (Артурс және т.б., 2004; Порро және т.б., 2004). Сонымен қатар, біздің пациенттер сау бақылауларға қарағанда, тапсырманың оң желісі (DeLuca және т.б., 2006) деп аталатын ми аймақтарының желісін белсендірді. Бұл ми аймақтары назар аударуды қажет ететін процестер кезінде белсендіріледі (Фокс және т.б., 2005; Seminowicz және Davis, 2007). Бірге бұл нәтижелер пациенттер сенсорлық кірісінің бұзылуына байланысты бақылауға қарағанда ынталандыруға көбірек қатысуы керек дегенді білдіреді. Бұл зейіннің жоғарылауы BA1/3b активациясының жоғарылауын да есепке алуы мүмкін. Әрине, BA1/3b активациясының жоғарылауы зейін жүктемесіне қатысы жоқ пластиканы да көрсетуі мүмкін.

BA2 және S2 екеуі де BA1/3b проекцияларын, сондай-ақ вентропостериорлы таламус кешенінің бөлек бөліктерінен алады (Pons және басқалар, 1985; Фридман және Мюррей, 1986). Осы екеуі миы аудандарда үлкен, жиі көп таңбалы (BA2) немесе екі жақты (S2) рецептивті өрістер бар (Pons et al., 1985; Iwamura et al., 2002). Анатомиялық проекциялар мен нейрондық жауап қасиеттеріне сүйене отырып, тактильді ақпаратты иерархиялық өңдеу BA1/3b-ден BA 2-ге дейін көрсетілді (Каас және т.б., 2002). Сонымен қатар, макакадағы электрофизиологиялық зерттеулер (Pons және т.б., 1987) және адамдарда алынған магнитоэнцефалография деректері тактильді кірістерді сериялық өңдеу жоғары приматтарда S1-ден S2-ге дейін жүретінін көрсетеді (Frot және Mauguiere 1999; Disbrow және т. ., 2001). Бірнеше зерттеулер BA2 пішіні мен қисаюы арқылы белсендірілетінін көрсетті (Бодегард және басқалар, 2001), ал S2 тактильді оқытуға қатысуы мүмкін (Ридли мен Эттлингер 1976; Мюррей мен Мишкин, 1984), бұл ми аймақтары деген түсінікті қолдайды. жоғары дәрежелі соматосенсорлық өңдеуге қатысады. Біздің психофизикалық бағалауымыз пациенттердің қарапайым тактильді тітіркендіргіштерді анықтау кезінде және операциядан кейін 1.5 жылдан кейін пішін құрылымын анықтау тестінде айтарлықтай бұзылғанын көрсетті (Тэйлор және басқалар, 2008a). Бұл соңғы сынақ пациенттің дене аймақтары бойынша сенсорлық ақпаратты біріктіруді талап ететін пішінді немесе текстураны белсенді түрде зерттей отырып, нысанның сипаттамаларын тану қабілетін бағалайды (Rosen and Lundborg, 1998). Біріктірілген деректердің бір интерпретациясы PNIr пациенттері вибротактильді ынталандыруға көбірек қатысады, бұл тапсырманың оң желісінің және BA1/3 белсендіруінің жоғарылауына әкеледі. Дегенмен, бұл пациенттерде біздің деректеріміз BA2 және S2 сияқты жоғары дәрежелі өңдеу аймақтары тактильді ақпаратты алмағанын білдіреді, бұл өз кезегінде кортикальды жұқаруға және BOLD жауаптарының төмендеуіне әкелуі мүмкін.

Инсула сенсомоторлы, эмоционалды, аллостатикалық/гомеостатикалық және когнитивтік функциялар үшін маңызды мультимодальды ақпаратты біріктіруде рөл атқарады деп саналады (Devinsky және басқалар, 1995; Critchley, 2004; Craig, 2008) және лимбиялық сенсорлық кортекс (Craig) деп белгіленген. , 2008). Бірнеше зерттеулер тактильді ынталандыруға жауап ретінде инсулярлық белсендіру туралы хабарлады (Gelnar et al., 1998;

Downar және т.б., 2002) және приматтардағы анатомиялық бақылау зерттеулері инсула фронтальды, париетальды және уақытша лобтармен өзара байланысты екенін көрсетті (Августин, 1996). Біздің пациенттерімізде оң жақ алдыңғы инсула көрші ақ заттағы төмендетілген фракциялық анизотропия мәндерімен бірге айтарлықтай қыртысты жұқаруды көрсеткен жалғыз қыртыстық аймақ болды, бұл осы аймақтағы кортикальды жұқаруы оған немесе одан шығатын талшықтардың жоғалуымен байланысты екенін көрсетеді. бұл құрылым. Оң жақ алдыңғы инсула интероцепцияға қатысты, өйткені ол дененің гомеостатикалық кірісін мотивациялық, эмоционалдық және әлеуметтік жағдайлармен біріктіру үшін орналасқан (Крейг, 2008). Сонымен қатар, Critchley және т.б. (2004) интероцептивтік қабілеттер мен оң жақ алдыңғы инсуланың сұр затының көлемі арасындағы корреляция туралы хабарлады. Пациенттерде оң жақ алдыңғы инсуладағы сұр заттың азайғанын ескере отырып, болашақ зерттеуде перифериялық жүйке жарақатынан кейінгі интероцептивтік мүмкіндіктерді бағалау қызықты болар еді.

Бірге жинақтасақ, біз микрохирургиялық жолмен жөнделген жоғарғы аяқтың шеткі нерві толық кесілгеннен кейін 1.5 жылдан кейін адамның ми қыртысында функционалдық және құрылымдық өзгерістер бар екенін алғаш рет көрсеттік. Сонымен қатар, жүйке өткізгіштік шаралары бұл науқастарда перифериялық регенерацияның аяқталмағанын көрсетеді. Сонымен қатар, біз кортикальды қалыңдығы қалпына келтірудің психофизикалық шараларымен байланысты екенін көрсетеміз, BA2 және S2 ішіндегі жұқа кортекс нашар соматосенсорлық функциямен байланысты болды. Бұл деректер қалыпты функционалды белсендіру карталарын қалпына келтіру перифериялық афференттердің сәтті регенерациясымен тікелей байланысты екенін көрсетеді.

Кери С. Тейлор, 1,2 Димитри Дж. Анастакис2,3,4 және Карен Д.Дэвис1,2,3

1 Ми, бейнелеу және мінез-құлық бөлімі � Жүйелер неврологиясы, Торонто Батыс зерттеу институты, Университеттің денсаулық сақтау желісі, Торонто, Канада M5T258
2 Медицина ғылымдары институты, Торонто университеті, Канада
3 Хирургия бөлімі, Торонто университеті, Канада
4 Клиникалық зерттеулер ресурстық орталығы, Торонто Батыс ғылыми-зерттеу институты, University Health Network, Торонто, Канада M5T2S8

Корреспондент: Карен Д.Дэвис, Ph.D.,
Ми, бейнелеу және мінез-құлық бөлімі Жүйелік неврология, Торонто Батыс зерттеу институты,
Торонто Батыс ауруханасы,
Университеттің денсаулық сақтау желісі,
Кабинет MP14-306, Баттерст көшесі, 399,
Торонто, Онтарио,
Канада M5T 2S8
Электрондық пошта: kdavis@uhnres.utoronto.ca

Алғыс

Авторлар Джефф Поп мырзаға, доктор Адриан Кроулиге, Евгений Хласни мырзаға және Кейт Та мырзаға сараптамалық техникалық көмек үшін алғыс білдіреді. Авторлар Торонтодағы Батыс Госпиталінің EMG клиникасының докторы Питер Эшби мен Фредди Пейз мырзаға жүйке өткізгіштік сынақтарын жүргізгені және алынған нәтижелерге сараптамалық баға бергені үшін алғыс білдіреді. Авторлар сонымен қатар доктор Двалиге, Бинхаммерге, Фиалковқа және Антонышинге осы жобамен бірлесіп жұмыс істегендері үшін алғысын білдіреді. Доктор Дэвис ми және мінез-құлық бойынша Канаданың зерттеу кафедрасы (CIHR MOP 53304).

қаржыландыру

The Physicians's Services Incorporated және Торонто университетінің ауырсынуды зерттеу орталығы/ AstraZeneca бірлескен тұқым гранты.

Қосымша материалдар

Қосымша материал Brain онлайн режимінде қолжетімді.