Remodeling the Brain Plastic Structural Brain Changes Produced by Different Motor Therapies After Stroke

Remodeling the Brain
Plastic Structural Brain Changes Produced by Different Motor Therapies After Stroke

Lynne V. Gauthier, MA; Edward Taub, PhD; Christi Perkins, BS; Magdalene Ortmann; Victor W. Mark, MD; Gitendra Uswatte, PhD

Department of Psychology (L.V.G., E.T. C.P., M.O., G.U.), Department of Physical Medicine and Rehabilitation (V.W.M.), and Department of Physical Therapy (G.U.), University of Alabama at Birmingham, Birmingham, Ala.

Stroke. 2008;39:1520-1525.

  

Background and Purpose—Studies on adult stroke patients have demonstrated functional changes in cortical excitability, metabolic rate, or blood flow after motor therapy, measures that can fluctuate rapidly over time. This study evaluated whether evidence could also be found for structural brain changes during an efficacious rehabilitation program.
Methods—Chronic stroke patients were randomly assigned to receive either constraint-induced movement therapy (n 16) or a comparison therapy (n 20). Longitudinal voxel-based morphometry was performed on structural MRI scans obtained immediately before and after patients received therapy.
Results—The group receiving constraint-induced movement therapy exhibited far greater improvement in use of the more affected arm in the life situation than the comparison therapy group. Structural brain changes paralleled these improvements in spontaneous use of the more impaired arm for activities of daily living. There were profuse increases in gray matter in sensory and motor areas both contralateral and ipsilateral to the affected arm that were bilaterally symmetrical, as well as bilaterally in the hippocampus. In contrast, the comparison therapy group failed to show gray matter increases. Importantly, the magnitude of the observed gray matter increases was significantly correlated with amount of improvement in real-world arm use.
Conclusions—These findings suggest that a previously overlooked type of brain plasticity, structural remodeling of the human brain, is harnessed by constraint-induced movement therapy for a condition once thought to be refractory to treatment: motor deficit in chronic stroke patients. (Stroke. 2008;39:1520-1525.)
Key Words: constraint-induced movement therapy hemiplegia imaging motor activity MRI stroke rehabilitation voxel-based morphometry

『脳の再構築  脳卒中後の異なる運動療法により生じた可塑的な脳構造変化』

【背景と目的】成人脳卒中患者の研究では、運動療法後の皮質の興奮性、代謝率、血流の機能的変化が示されており、時間の経過と共に急速に変動する可能性がある。この研究は、効果的なリハビリテーションプログラムの間に構造的な脳の変化についても根拠を見つけることができるか評価した。 

【方法】慢性脳卒中患者を、CI療法（n＝16）または比較療法（n＝20）のいずれかを受けるようランダムに割り当てた。治療を受けた患者の直前および直後に得られた構造的MRIスキャンについて、縦断的にvoxel-based morphometry(VBM)を行った。

【結果】CI療法を受けた群は、比較治療群よりも、生活場面での麻痺肢の使用において、より大きな改善を示した。構造的な脳の変化は、日常生活活動における麻痺肢の自発的な使用における改善と平行していた。麻痺肢の対側および同側(両側)の感覚及び運動領域における灰白質の顕著な増加は左右対称であり、同様に海馬においても左右対称だった。対照的に、比較治療群は灰白質の増加を示さなかった。重要なことに、観察された灰白質の増加の大きさは、実生活での上肢使用における改善の量との間に相関が認めらた。

コメント：以前,David Morris,Ph.D(University of Alabama CIMT Reserch group director)とお会いした際に紹介してくれた論文. 以前から読んでいた論文だが,learned nonuseを改めて確認し,脳解析方法でVBMなども参考になるので再確認。実生活(real world arm use)での上肢使用頻度が重要なのは周知の事実だが、皮質の興奮性の変化や血流量、機能的変化だけでなく脳の構造的変化まで起こることには初めて読んだ時には驚いた事を覚えている.感覚・運動領域だけでなく海馬が関与している点は興味深い。機能が向上すれば行動が変わるかといえば必ずしもそうではないが、行動が変わると機能や脳構造も変わることが示唆される。Edward Taubなど行動神経科学者(アラバマ大学,心理学)が開発したこともあり、サルの基礎実験から始まった行動変容のための戦略を用いている点が従来の機能訓練だけでは得られない成果を得ている。実生活内での上肢使用頻度の重要性を再認識すると共に,使用頻度に関連する要因など踏み込んで考えて行きたい。