Corticospinal tract integrity and lesion volume play different roles in chronic hemiparesis and its improvement through motor practice

Background. Initial evidence suggests that the integrity of the ipsilesional corticospinal tract (CST) after stroke is strongly related to motor function in the chronic state but not the treatment gain induced by motor rehabilitation. Objective. We examined the association of motor status and treatment benefit by testing patients with a wide range of severity of hemiparesis of the left and right upper extremity. Method. Diffusion tensor imaging was performed in 22 patients beyond 12 months after onset of stroke with severe to moderate hemiparesis. Motor function was tested before and after 2 weeks of modified constraint-induced movement therapy. Results. CST integrity, but not lesion volume, correlated with the motor ability measures of the Wolf Motor Function Test and the Motor Activity Log. No differences were found between left and right hemiparesis. Motor performance improved significantly with the treatment regime, and did so equally for patients with left and right arm paresis. However, treatment benefit was not associated with either CST integrity or lesion volume. Conclusion. CST integrity correlated best in this small trial with chronic long-term status but not treatment-induced improvements. The CST may play a different role in the mechanisms mediating long-term outcome compared to those underlying practice-induced gains after a chronic plateau in motor function.

Transcranial magnetic stimulation in mild to severe hemiparesis early after stroke: a proof of principle and novel approach to improve motor function

Low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of the unaffected hemisphere can enhance function of the paretic hand in patients with mild motor impairment. Effects of low-frequency rTMS to the contralesional motor cortex at an early stage of mild to severe hemiparesis after stroke are unknown. In this pilot, randomized, double-blind clinical trial we compared the effects of low-frequency rTMS or sham rTMS as add-on therapies to outpatient customary rehabilitation, in 30 patients within 5-45 days after ischemic stroke, and mild to severe hand paresis. The primary feasibility outcome was compliance with the interventions. The primary safety outcome was the proportion of intervention-related adverse events. Performance of the paretic hand in the Jebsen-Taylor test and pinch strength were secondary outcomes. Outcomes were assessed at baseline, after ten sessions of treatment administered over 2 weeks and at 1 month after end of treatment. Baseline clinical features were comparable across groups. For the primary feasibility outcome, compliance with treatment was 100% in the active group and 94% in the sham group. There were no serious intervention-related adverse events. There were significant improvements in performance in the Jebsen-Taylor test (mean, 12.3% 1 month after treatment) and pinch force (mean, 0.5 Newtons) in the active group, but not in the sham group. Low-frequency rTMS to the contralesional motor cortex early after stroke is feasible, safe and potentially effective to improve function of the paretic hand, in patients with mild to severe hemiparesis. These promising results will be valuable to design larger randomized clinical trials.

Genetic and hormonal factors modulate spreading depression and transient hemiparesis in mouse models of familial hemiplegic migraine type 1.

Familial hemiplegic migraine type 1 (FHM1) is an autosomal dominant subtype of migraine with aura that is associated with hemiparesis. As with other types of migraine, it affects women more frequently than men. FHM1 is caused by mutations in the CACNA1A gene, which encodes the alpha1A subunit of Cav2.1 channels; the R192Q mutation in CACNA1A causes a mild form of FHM1, whereas the S218L mutation causes a severe, often lethal phenotype. Spreading depression (SD), a slowly propagating neuronal and glial cell depolarization that leads to depression of neuronal activity, is the most likely cause of migraine aura. Here, we have shown that transgenic mice expressing R192Q or S218L FHM1 mutations have increased SD frequency and propagation speed; enhanced corticostriatal propagation; and, similar to the human FHM1 phenotype, more severe and prolonged post-SD neurological deficits. The susceptibility to SD and neurological deficits is affected by allele dosage and is higher in S218L than R192Q mutants. Further, female S218L and R192Q mutant mice were more susceptible to SD and neurological deficits than males. This sex difference was abrogated by ovariectomy and senescence and was partially restored by estrogen replacement, implicating ovarian hormones in the observed sex differences in humans with FHM1. These findings demonstrate that genetic and hormonal factors modulate susceptibility to SD and neurological deficits in FHM1 mutant mice, providing a potential mechanism for the phenotypic diversity of human migraine and aura.

Fever, Hemiparesis and Hyponatraemia in a 63-year-old. HIV, another Great Masquerader?

The authors describe the unusual case of a 63-year-old patient who was referred with fever and lethargy, and was found to be hyponatraemic. The patient subsequently developed hemiparesis, and neuroradiology showed several space-occupying brain lesions. The cause was later identified as cerebral toxoplasmosis in undiagnosed Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS).

Tele-Supervised FES-Assisted Exercise for Hemiplegic Upper Limb

Stroke survivors often have upper limb (UL) hemiparesis, limiting their ability to perform activities of daily life (ADLs). Intensive, task-oriented exercise therapy (ET) can improve UL function, but motivation to perform sufficient ET is difficult to maintain. Here we report on a trial in which a workstation was deployed in the homes of chronic stroke survivors to enable tele-coaching of ET in the guise of computer games. Participants performed 6 weeks of 1 hour/day, 5 days/week ET. Hand opening and grasp were assisted with functional electrical stimulation (FES). The primary outcome measure was the Action Research Arm Test (ARAT). Secondary outcome measures included a quantitative test of UL function performed on the workstation, grasp force measurements and transcranial magnetic stimulation (TMS). Improvements were seen in the functional tests, but surprisingly, not in the TMS responses. An important finding was that participants commencing with intermediate functional scores improved the most.

CONCLUSIONS: 1) Daily, tele-supervised FES-ET in chronic stroke survivors is feasible with commercially-available technology. 2) The intervention can significantly improve UL function, particularly in people who start with an intermediate level of function. 3) Significant improvements in UL function can occur in the absence of changes in TMS responses.

Is mental practice an effective adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke? A systematic review and meta- analysis

Stroke is one of the most common conditions requiring rehabilitation, and its motor impairments are a major cause of permanent disability. Hemiparesis is observed by 80% of the patients after acute stroke. Neuroimaging studies showed that real and imagined movements have similarities regarding brain activation, supplying evidence that those similarities are based on the same process. Within this context, the combination of mental practice (MP) with physical and occupational therapy appears to be a natural complement based on neurorehabilitation concepts. Our study seeks to investigate if MP for stroke rehabilitation of upper limbs is an effective adjunct therapy. PubMed (Medline), ISI knowledge (Institute for Scientific Information) and SciELO (Scientific Electronic Library) were terminated on 20 February 2015. Data were collected on variables as follows: sample size, type of supervision, configuration of mental practice, setting the physical practice (intensity, number of sets and repetitions, duration of contractions, rest interval between sets, weekly and total duration), measures of sensorimotor deficits used in the main studies and significant results. Random effects models were used that take into account the variance within and between studies. Seven articles were selected. As there was no statistically significant difference between the two groups (MP vs control), showed a - 0.6 (95% CI: -1.27 to 0.04), for upper limb motor restoration after stroke. The present meta-analysis concluded that MP is not effective as adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke.

An episode mimicking a versive seizure in acute bilateral pontine stroke.

Pontine ischemia usually results in focal deficits such as hemiparesis, facial palsy, dysarthria, disorders of eye movements or vertigo. Although rarely described, involuntary abnormal movements and "convulsions" due to pontine lesions can also occur. Here we describe a 67-year-old woman with hypertension who presented with a tonic movement mimicking a versive seizure in the acute phase of bilateral pontine ischemia. Post-stroke movement disorders are well known. They are usually associated with supratentorial lesions and rarely occur in the acute phase, but "seizure-like" episodes can be seen in pontine ischemia. Awareness of this rare phenomenon is useful for the management of acute stroke patients.

Mutism and Amnesia following High-Voltage Electrical Injury: Psychogenic Symptomatology Triggered by Organic Dysfunction?

Background: Mutism and dense retrograde amnesia are found both in organic and dissociative contexts. Moreover, dissociative symptoms may be modulated by right prefrontal activity. A single case, M.R., developed left hemiparesis, mutism and retrograde amnesia after a high-voltage electric shock without evidence of lasting brain lesions. M.R. suddenly recovered from his mutism following a mild brain trauma 2 years later. Methods: M.R.'s neuropsychological pattern and anatomoclinical correlations were studied through (i) language and memory assessment to characterize his deficits, (ii) functional neuroimaging during a standard language paradigm, and (iii) assessment of frontal and left insular connectivity through diffusion tractography imaging and transcranial magnetic stimulation. A control evaluation was repeated after recovery. Findings: M.R. recovered from the left hemiparesis within 90 days of the accident, which indicated a transient right brain impairment. One year later, neurobehavioral, language and memory evaluations strongly suggested a dissociative component in the mutism and retrograde amnesia. Investigations (including MRI, fMRI, diffusion tensor imaging, EEG and r-TMS) were normal. Twenty-seven months after the electrical injury, M.R. had a very mild head injury which was followed by a rapid recovery of speech. However, the retrograde amnesia persisted. Discussion: This case indicates an interaction of both organic and dissociative mechanisms in order to explain the patient's symptoms. The study also illustrates dissociation in the time course of the two different dissociative symptoms in the same patient.

Effets de la vibration des muscles sur les mécanismes neuronaux et la fonction du membre supérieur et inférieur des personnes ayant une hémiparésie chronique

Cette thèse vise à répondre à trois questions fondamentales: 1) La diminution de l’excitabilité corticospinale et le manque d’inhibition intracorticale observés suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) du cortex moteur de la main atteinte de sujets hémiparétiques sont-ils aussi présents suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte? 2) Est-ce que les altérations dans l’excitabilité corticomotrice sont corrélées aux déficits et incapacités motrices des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral depuis plus de 6 mois? 3) La vibration musculaire, étant la source d’une forte afférence sensorielle, peut-elle moduler l’excitabilité corticomotrice et améliorer la performance motrice de ces personnes? Premièrement, afin d’appuyer notre choix d’intervention et d’évaluer le potentiel de la vibration mécanique locale pour favoriser la réadaptation des personnes ayant une atteinte neurologique, nous avons réalisé une révision en profondeur de ses applications et intérêts cliniques à partir d’informations trouvées dans la littérature scientifique (article 1). La quantité importante d’information sur les effets physiologiques de la vibration contraste avec la pauvreté des études qui ont évalué son effet thérapeutique. Nous avons trouvé que, malgré le manque d’études, les résultats sur son utilisation sont encourageants et positifs et aucun effet adverse n’a été rapporté. Dans les trois autres articles qui composent cette thèse, l’excitabilité des circuits corticospinaux et intracorticaux a été étudiée chez 27 sujets hémiparétiques et 20 sujets sains sans atteintes neurologiques. Les fonctions sensorimotrices ont aussi été évaluées par des tests cliniques valides et fidèles. Tel qu’observé à la main chez les sujets hémiparétiques, nous avons trouvé, par rapport aux sujets sains, une diminution de l’excitabilité corticospinale ainsi qu’un manque d’inhibition intracorticale suite à la SMT du cortex moteur de la jambe atteinte (article 2). Les sujets hémiparétiques ont également montré un manque de focus de la commande motrice lors de l’activation volontaire des fléchisseurs plantaires. Ceci était caractérisé par une augmentation de l’excitabilité nerveuse des muscles agonistes, mais aussi généralisée aux synergistes et même aux antagonistes. De plus, ces altérations ont été corrélées aux déficits moteurs au membre parétique. Le but principal de cette thèse était de tester les effets potentiels de la vibration des muscles de la main (article 3) et de la cuisse (article 4) sur les mécanismes neuronaux qui contrôlent ces muscles. Nous avons trouvé que la vibration augmente l’amplitude de la réponse motrice des muscles vibrés, même chez des personnes n’ayant pas de réponse motrice au repos ou lors d’une contraction volontaire. La vibration a également diminué l’inhibition intracorticale enregistrée au quadriceps parétique (muscle vibré). La diminution n’a cependant pas été significative au niveau de la main. Finalement, lors d’un devis d’investigation croisé, la vibration de la main ou de la jambe parétique a résulté en une amélioration spécifique de la dextérité manuelle ou de la coordination de la jambe, respectivement. Au membre inférieur, la vibration du quadriceps a également diminuée la spasticité des patients. Les résultats obtenus dans cette thèse sont très prometteurs pour la rééducation de la personne hémiparétique car avec une seule séance de vibration, nous avons obtenu des améliorations neurophysiologiques et cliniques.

Mécanismes neuronaux médullaires, coordination musculaire et fonction motrice chez les sujets hémiparétiques

Dans l’hémiparésie consécutive à un AVC, une coactivation anormale des extenseurs du genou et de la cheville est souvent observée à la jambe atteinte lorsque la personne tente de bouger ou encore lors de la marche. Les mécanismes sous-jacents à cette coactivation sont mal compris. Bien que l’AVC entraîne une lésion supraspinale, des évidences démontrent le dysfonctionnement de certains circuits spinaux dans l’hémiparésie. Ce projet de doctorat visait à évaluer : 1) l’excitabilité des circuits spinaux intersegmentaires projetant des extenseurs du genou aux extenseurs de la cheville et 2) si un éventuel dysfonctionnement de ces circuits dans l’hémiparésie est associé à une coactivation anormale des extenseurs du genou et de la cheville lors de contractions statiques et au cours de la marche. La première étude compare la modulation de l’activité réflexe du soléaire suite à la stimulation du nerf fémoral entre des sujets hémiparétiques et sains. Une augmentation de la facilitation hétéronyme de courte latence et une diminution de l’inhibition ultérieure du réflexe H du soléaire ont été observées chez les sujets hémiparétiques. Ces résultats démontrent un dysfonctionnement des circuits intersegmentaires propriospinaux liant le quadriceps au soléaire suite à l’AVC. La deuxième étude démontre que ces changements dans la modulation hétéronyme des sujets hémiparétiques, évaluée au moyen de la méthode complexe basée sur l’activité réflexe du soléaire, sont similaires à ceux observés lorsque la modulation est évaluée en utilisant une méthode plus simple, soit celle de l’activité volontaire du soléaire. De plus, la modulation hétéronyme évaluée par les deux méthodes est corrélée avec l’atteinte motrice à la jambe parétique. La troisième étude a permis de quantifier une augmentation de la coactivation entre les extenseurs du genou et de la cheville lors de contractions volontaires statiques chez des personnes hémiparétiques par rapport à des personnes saines. De plus, le niveau accru de la coactivation involontaire des extenseurs de la cheville lors de l’activation volontaire des extenseurs du genou s’avère corrélé avec la modulation intersegmentaire du côté parétique. La quatrième étude a utilisé un indice temporel, soit l’intervalle entre les pics d’activation électromyographique (PAI), et un indice d’amplitude de coactivation (CAI) pour quantifier une augmentation de la coactivation entre les extenseurs du genou et de la cheville lors de la marche chez des personnes hémiparétiques par rapport à des personnes saines. Ces indices sont corrélés, pour certains groupes musculaires, avec la modulation intersegmentaire modifiée du côté parétique. Finalement, des résultats préliminaires montrent que la vibration mécanique du tendon rotulien (80 Hz) réduit la facilitation intersegmentaire accrue des sujets hémiparétiques. Ce projet doctoral a permis de mettre en lumière un dysfonctionnement de circuits spinaux liant le quadriceps et le soléaire dans l’hémiparésie consécutive à un AVC. Ce changement dans les mécanismes neurophysiologiques de la moelle épinière est corrélé avec des changements fonctionnels. Ainsi, ce dysfonctionnement pourrait contribuer à la coactivation involontaire entre les extenseurs du genou et de la cheville qui fait partie intégrante de la synergie pathologique en extension souvent rencontrée à la jambe parétique lors d’efforts en statique et pendant la marche. Finalement, une étude préliminaire suggère que la vibration mécanique serait une modalité sensorielle prometteuse pour réguler l’hyperexcitabilité des circuits spinaux qui contribuerait aux atteintes motrices chez les personnes hémiparétiques.

Perception d’effort et de mise en charge et asymétrie motrice lors du passage assis à debout chez le sujet hémiparétique

L’asymétrie de mise en charge (MEC) lors du passage assis à debout (PAD) chez les personnes hémiparétiques est une observation clinique connue mais peu expliquée. Ce projet visait donc le développement de connaissances sur les facteurs explicatifs de l’asymétrie de MEC chez cette clientèle en s’intéressant plus spécifiquement au lien entre la distribution des efforts aux genoux lors du PAD et l’asymétrie de MEC observée ainsi qu’à la perception de ces deux éléments lors de cette tâche. Ainsi, les objectifs généraux étaient de : 1) déterminer si l’exécution spontanée asymétrique du PAD des sujets hémiparétiques est expliquée par une distribution des efforts symétriques aux genoux en quantifiant ces efforts par le Taux d’utilisation musculaire électromyographique (TUMEMG) et, 2) déterminer si les individus hémiparétiques sont conscients des stratégies motrices qu’ils utilisent en évaluant leurs perceptions de MEC et d’efforts aux genoux durant le PAD. La première étude a évalué la capacité des personnes hémiparétiques à percevoir leur distribution de MEC aux membres inférieurs lors du PAD. Par rapport aux participants sains, leur distribution de MEC fut davantage asymétrique et leurs erreurs de perception plus élevées. La deuxième étude a quantifié la distribution des efforts aux genoux chez les sujets sains et hémiparétiques lors du PAD spontané. Les deux groupes ont montré une association entre leur distribution de MEC et leur distribution d’effort. Toutefois, la relation était plus faible chez les patients. Le classement des participants hémiparétiques en sous-groupes selon leur degré d’asymétrie de force maximale des extenseurs des genoux (faible, modéré, sévère) a révélé une similarité des efforts aux genoux parétique et non parétique chez le groupe ayant une atteinte sévère. La troisième étude a déterminé si la perception de la distribution des efforts aux genoux des sujets hémiparétiques était reliée à leur distribution réelle d’effort mesurée lors de PAD exécutés dans différentes positions de pieds. En plus d’être incapables de percevoir les changements de distribution d’effort induits par les différentes positions de pieds, leurs erreurs de perception d’effort furent plus élevées que celles de MEC. Par le biais du test fonctionnel assis-debout de cinq répétitions, la dernière étude a déterminé l’influence du nombre de répétitions du PAD sur les distributions de MEC et d’efforts aux genoux chez les sujets sains et hémiparétiques. Contrairement aux contrôles, les distributions des sujets hémiparétiques furent plus asymétriques à la première répétition du test fonctionnel que lors de l’exécution spontanée unique du PAD. En somme, les résultats de cette thèse ont démontré que la distribution des efforts aux genoux doit être considérée parmi les facteurs explicatifs de l’asymétrie de MEC des individus hémiparétiques lors du PAD et qu’il y a un besoin de mieux documenter la perception des personnes hémiparétiques lorsqu’elles exécutent des tâches fonctionnelles.

How real is movement in virtual environments ?

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Évolution de la répartition de mise en charge au cours de la réadaptation chez les personnes présentant une hémiparésie consécutive à un accident vasculaire cérébral

Il est connu que les personnes ayant une hémiparésie à la suite d’un accident vasculaire cérébral (AVC) présentent une mise en charge (MEC) asymétrique lors de la station debout et lors du passage assis à debout (PAD). Par contre, peu d’études ont quantifié l’évolution de la MEC avec la réadaptation ou la précision avec laquelle ces personnes sont capables de la juger. L’objectif principal de ce projet était d’étudier l’évolution de la répartition et la perception de MEC en position debout et lors du PAD chez des personnes hémiparétiques en réadaptation fonctionnelle intensive (RFI). Un objectif secondaire était d’identifier les facteurs qui caractérisent les personnes hémiparétiques les plus asymétriques et les plus atteintes dans leur perception. Cette étude a été menée auprès de seize participants. Les résultats ont démontré qu’une asymétrie de répartition de l’appui en faveur du côté non parétique est présente dès les premiers mois après l’AVC et qu’elle persiste malgré la RFI. Chez les personnes avec une atteinte sévère de la fonction motrice, la MEC était plus symétrique pour le PAD que la station debout. En termes de perception, les personnes hémiparétiques étaient capables d’identifier le côté sur lequel ils mettaient plus d’appui mais ils avaient tendance à surestimer l’appui sur le côté parétique et donc à se juger moins asymétriques qu’ils ne l’étaient en réalité. Très peu de changements ont été observés lorsque les données au congé étaient comparées aux données à l’entrée dans l’étude. En réponse à l’objectif secondaire, la fonction motrice du membre inférieur parétique évaluée par le Chedoke et la différence de force des extenseurs entre les genoux étaient les facteurs les plus déterminants de l’asymétrie et de la perception de MEC. Les résultats obtenus constituent donc une étape supplémentaire vers la compréhension de la répartition asymétrique et les troubles de perception de MEC lors de la station debout et le PAD chez les personnes hémiparétiques. Il serait intéressant dans le futur d’explorer davantage les facteurs susceptibles d’influencer l’asymétrie et la perception de MEC et d’objectiver la relation de cause à effet entre ces deux variables en plus de préciser l’effet réel de l’asymétrie sur la stabilité posturale.