Cortical somatosensory evoked responses in a subacute phase after a limb injury : an explorative MEG study.

Abstract

Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena oli tarkastella tuntoaivokuoren toimintaa murtumapotilailla varhaisessa toipumisvaiheessa. Aiemmissa aivokuvantamis- ja kliinisissä tutkimuksissa on tarkasteltu somatosensorisen järjestelmän plastisia muutoksia vammojen kroonisessa toipumisvaiheessa ja komplisoituneissa tapauksissa tai kokeellisin menetelmin terveillä koehenkilöillä. Ei-komplisoituneisiin ja ei hermovammaa sisältäviin raajavammoihin liittyvää tuntoaivokuoren toimintaa ei ole juurikaan tutkittu tai raportoitu kirjallisuudessa, etenkään varhaisen toipumisvaiheen osalta. Raajavammojen jälkeiseen heikkoon toipumiseen mahdollisesti altistavien neuraalisten mekanismien tunnistamiseksi erilaisia hermostollisia mekanismeja tulisi tarkastella ja ymmärtää tarkemmin yleisessä raajavammajoukossa. Tämä tutkielma pyrki hakemaan vastauksia kahteen kysymykseen: 1. Eroavatko tuntoaivokuoren herätevasteet toisistaan murtumapotilaiden ja terveiden verrokkien välillä? 2. Eroavatko tuntoaivokuoren herätevasteet toistaan vammautuneen ja terveen puolen välillä?

Tähän tutkimukseen rekrytoitiin 10 tervettä henkilöä ja 9 rannemurtumapotilasta. Murtumasta oli tutkimushetkellä kulunut keskimäärin 9 viikkoa, immobilisaation kesto oli keskimäärin 5 viikkoa ja potilaat olivat pääosin oireettomia. Tuntoärsykkeenä käytettiin sähköistä, kivutonta stimulusta, joka annettiin eriaikaisesti molempiin käsiin, ja somatosensoriset aivokuoren herätevasteet mitattiin MEG:lla (magnetoenkefalografialla). Lisäksi tutkittavien käsien tuntoa arvioitiin kliinisien testien avulla, jolla saatiin tutkimusjoukkoa kuvaavaa tietoa. Päätulosmuuttujana oli tuntoaivokuorelta mitattujen herätevasteiden huippuamplitudit.

Aivokuorelta mitatut vasteet paikannettiin molemmissa ryhmissä temporoparietaalisille alueille, kahdessa aikaikkunassa (39-69 ms ja 90-110 ms ärsykkeen jälkeen). Huippuvasteiden oletettiin kuvastavan S1 ja S2 (primaarinen ja sekundaarinen tuntoaivokuori) toimintaa. Yhdessäkään ryhmien tai puolien (oikea vs. vasen, vamma vs. terve) välisissä vertailuissa ei havaittu tilastollisesti merkitseviä eroja mitatuissa huippuamplitudeissa, kummallakaan aivoalueella. Parietaalialueella havaittiin suuntaus voimakkaampiin kontralateraalisiin vasteisiin murtuneen käden osalta verrokkeihin (35 %) ja terveeseen käteen (26 %) verrattuna. Aivopuoliskojen välinen (kontra- vs. ipsilateraalinen vaste) suhde korostui niillä potilailla (n=3), joilla ilmeni eniten oireita kliinisessä tutkimuksessa.

The aim of this master’s thesis was to explore cortical somatosensory function in a general fracture patient population during a subacute recovery phase. Previous brain imaging and clinical studies have explored plastic changes in the somatosensory system in chronic and complicated limb injury cases or in experimental studies on healthy subjects. There is very limited evidence and literature available that would describe cortical somatosensory nervous system responses to non-neural and non-complicated limb injuries, particularly in the early-to-mid phases of recovery. In order to gain perspective of neural mechanisms that may act as predisposing factors for poor recovery after a limb injury, different neural mechanisms and changes in a general limb injury population need to be explored and understood better. This study aimed at answering two questions: 1. Do cortical somatosensory evoked responses differ between fracture patients and healthy controls? 2. Do cortical somatosensory evoked responses differ between the affected and non-affected sides?

Ten healthy subjects and 9 distal radius fracture patients were recruited for this study. The mean time from the fracture was 9 weeks at the time of assessment, mean duration of immobilization was 5 weeks and patients were mainly asymptomatic. Somatosensory evoked responses were triggered using an electronic, non-painful stimulus to both hands separately and cortical responses were recorded using MEG (magnetoencephalography). Clinical assessment focusing on sensory function of the hands was carried out in all participants to provide descriptive data of the study population. Main outcomes were the peak amplitudes of stimulus evoked somatosensory cortical responses.

Cortical responses were retrieved to temporoparietal areas in two time windows (39-69 ms and 90-110 ms post stimulus) in both groups. The peak responses were assumed to reflect S1 and S2 (primary and secondary somatosensory cortex) activity. There were no statistically significant differences in any of the analyzed peak amplitudes between groups or between sides (right vs left, affected vs non-affected) in either cortical area. A tendency for stronger contralateral parietal cortex activity was noted for the fractured hand stimuli when compared to healthy controls (35 %) or to the healthy side (26 %). Within person interhemispheric relationship (contra vs ipsilateral response) was further enhanced in those patients (n=3) that presented with several symptoms or sensory signs in the clinical assessment.