Efekt neinvazivní mozkové stimulace na řečové a nemotorické projevy Parkinsonovy choroby

Mgr. Luboš Brabenec, Ph.D.

Doctoral thesis

Effect of non-invasive brain stimulation on speech and non-motor symptoms of Parkinson's disease

Abstract:

Úvod Hypokinetická dysartrie (HD) je častým příznakem Parkinsonovy nemoci (PN), který na chirurgickou a dopaminergní léčbu reaguje pouze částečně. Cílem tohoto výzkumu bylo prozkoumat krátkodobé i dlouhodobé účinky repetitivní transkraniální magnetické stimulace na HD. Zaměřili jsme se také na písmo pacientů s PN. Metody Nejprve byla provedena systematická rešerše studií o HD u PN, se zaměřením na klinické a zobrazovací studie zabývající se patofyziologickými mechanismy a léčbou HD. Dále jsme zkoumali krátkodobé účinky repetitivní transkraniální magnetické stimulace (rTMS) aplikované na levou orofaciální primární motorickou oblast, pravý gyrus temporalis superior (STG) a na vertex (kontrolní místo stimulace). Na základě výsledků této exploratorní studie jsme pak zkoumali dlouhodobé účinky opakovaných sezení s nízkofrekvenční rTMS aplikovanou nad STG. Ve studii písma jsme zkoumali vliv jeho pokročilé parametrizace na diagnostiku PN a její monitorování. Výsledky V exploratorní studii vyvolala 1 Hz stimulace nad STG signifikantní zlepšení artikulace. Tyto pozitivní účinky byly doprovázeny zvýšenou klidovou funkční konektivitou mezi stimulovanou oblastí a pravým parahippocampálním gyrem. V longitudinální studii stimulace pravého STG významně zlepšila po dobou dvou měsíců artikulaci, prozódii a srozumitelnost řeči. Tyto behaviorální účinky byly lepší než účinky vyvolané sham stimulací a byly doprovázeny změnami v aktivacích v orofaciálním senzorimotorickém kortexu a v nucleu caudatu (CN). Mezi STG a těmito oblastmi byla také pozorována zvýšená konektivita v klidovém stavu. Ve studii písma byla nejpřesnější klasifikace získána analýzou konvenčních parametrů. Nové parametry pak lépe korelovaly s mírou závažnosti symptomů PN. Závěry Exploratorní studie ukázala, že rTMS aplikovaný nad STG může vést ke zlepšení řeči u PN prostřednictvím zvýšené konektivity mezi mozkovými oblastmi zapojenými do dorzální řečové dráhy. Na základě výsledků longitudinální studie předpokládáme, že tyto pozitivní účinky by mohly být dlouhodobé. Výsledky studie písma by také mohly zlepšit vyšetření pacientů s PN.

Abstract:

Background Hypokinetic dysarthria (HD) is a common symptom of Parkinson’s disease (PD), which responds only partially to surgical and dopaminergic treatment. The objective of this research was to investigate both short-term and long-term effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on HD. We also focused on handwriting of PD patients. Methods First, we systematically review papers on HD in PD with a focus on clinical and imaging studies dealing with the pathophysiological mechanisms and HD treatment. Next, we explored short-term effects of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) applied over left orofacial primary motor area, the right superior temporal gyrus (STG), and over the vertex (a control site). Based on results from an exploratory study we investigated long-term effects of repeated sessions of low-frequency rTMS applied over the STG. In a handwriting study, we explored the impact of advanced handwriting parameterization on the PD diagnosis and its monitoring. Results In the exploratory study, the 1 Hz STG stimulation produced significant improvement of articulation. These positive effects were accompanied by increased resting state functional connectivity between the stimulated region and the right parahippocampal gyrus. In the longitudinal study, stimulation of the right STG significantly improved articulation, prosody and speech intelligibility for two months. These behavioral effects were superior to sham-induced changes and were accompanied by changes in activations in the orofacial sensorimotor cortex and caudate nucleus (CN). Increased resting state connectivity between the STG and these brain regions was also observed. In a handwriting study, the highest classification accuracy was obtained by analyzing conventional parameters. The new parameters were better related to PD severity than the conventional parameters. Conclusions The exploratory study showed that rTMS applied over the STG may lead to improvement of speech in PD through enhanced connectivity among brain regions involved in the dorsal language pathway. Based on results of the longitudinal study, we assume that these positive effects could be long-lasting. Results of the handwriting study could also improve assessment of PD patients.

Keywords

Parkinson's disease, Hypokinetic dysarthria, Repetitive transcranial magnetic stimulation, Acoustic analysis, Auditory feedback area, Micrographia, Kinematic analysis, Functional magnetic resonance imaging

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 29. 9. 2020
• Supervisor: prof. MUDr. Irena Rektorová, Ph.D.
• Reader: doc. MUDr. Bc. Libor Ustohal, Ph.D., doc. Ing. Jan Rusz, Ph.D., MUDr. Tereza Serranová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurosciences / Neurosciences