非流暢性失語に対する右Broca相同領域への１HzTMSと前後の脳活動（２症例）

Brain Lang. 2009 Oct;111(1):20-35. doi: 10.1016/j.bandl.2009.07.007. Epub 2009 Aug 19.

Overt naming fMRI pre- and post-TMS: Two nonfluent aphasia patients, with and without improved naming post-TMS.

Martin PI1, Naeser MA, Ho M, Doron KW, Kurland J, Kaplan J, Wang Y, Nicholas M, Baker EH, Alonso M, Fregni F, Pascual-Leone A.

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Abstract

Two chronic, nonfluent aphasia patients participated in overt naming fMRI scans, pre- and post-a series of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) treatments as part of a TMS study to improve naming. Each patient received 10, 1-Hz rTMS treatments to suppress a part of R pars triangularis. P1 was a 'good responder' with improved naming and phrase length; P2 was a 'poor responder' without improved naming. Pre-TMS (10 years poststroke), P1 had significant activation in R and L sensorimotor cortex, R IFG, and in both L and R SMA during overt naming fMRI (28% pictures named). At 3 mo. post-TMS (42% named), P1 showed continued activation in R and L sensorimotor cortex, R IFG, and in R and L SMA. At 16 mo. post-TMS (58% named), he also showed significant activation in R and L sensorimotor cortex mouth and R IFG. He now showed a significant increase in activation in the L SMA compared to pre-TMS and at 3 mo. post-TMS (p < .02; p < .05, respectively). At 16 mo. there was also greater activation in L than R SMA (p < .08). At 46 mo. post-TMS (42% named), this new LH pattern of activation continued. He improved on the Boston Naming Test from 11 pictures named pre-TMS, to scores ranging from 14 to 18 pictures, post-TMS (2-43 mo. post-TMS). His longest phrase length (Cookie Theft picture) improved from three words pre-TMS, to 5-6 words post-TMS. Pre-TMS (1.5 years poststroke), P2 had significant activation in R IFG (3% pictures named). At 3 and 6 mo. post-TMS, there was no longer significant activation in R IFG, but significant activation was present in R sensorimotor cortex. On all three fMRI scans, P2 had significant activation in both the L and R SMA. There was no new, lasting perilesional LH activation across sessions for this patient. Over time, there was little or no change in his activation. His naming remained only at 1-2 pictures during all three fMRI scans. His BNT score and longest phrase length remained at one word, post-TMS. Lesion site may play a role in each patient's fMRI activation pattern and response to TMS treatment. P2, the poor responder, had an atypical frontal lesion in the L motor and premotor cortex that extended high, near brain vertex, with deep white matter lesion near L SMA. P2 also had frontal lesion in the posterior middle frontal gyrus, an area important for naming (Duffau et al., 2003); P1 did not. Additionally, P2 had lesion inferior and posterior to Wernicke's area, in parts of BA 21 and 37, whereas P1 did not. The fMRI data of our patient who had good response following TMS support the notion that restoration of the LH language network is linked in part, to better recovery of naming and phrase length in nonfluent aphasia.

日本語抄録

経頭蓋磁気刺激を用いた呼称機能の改善を目的として、２名の非流暢性失語患者の呼称中の脳賦活を、磁気刺激前後に機能的MRIを用いて撮像を行なった。被験者は、１０回の１Hzの磁気刺激を右pars triangularisの一部の機能を抑制するために行なった。患者１は、磁気刺激により呼称と単語数の長さで改善が見られた。患者２は、磁気刺激による呼称の改善が認められなかった。

TMSの効果を認めた患者１（発症後１０年）では、磁気刺激前、両側の一次運動感覚野、右IFG、両側SMAが呼称中（２８％正答率）に有意な賦活を認めた。３ヶ月後、患者１では、呼称中（４２％正答率）に引き続き両側一次運動感覚野、右IFG、両側SMAに有意な賦活を認めた。１６ヶ月後の呼称中（５８％正答率）には、同様に両側一次運動感覚野と右IFGに有意な賦活を認め、左SMAの活動上昇は、TMS前（p<0.02）、TMS３ヶ月後(p<0.05)と比較して有意な差を認めた。また、TMS１６ヶ月後において、左SMAは、右SMAに比べて大きな賦活を認めた（p<0.08）。TMS４８ヶ月後（４２％正答率）、この左半球の賦活優位性は変わらず認められた。患者１では、ボストン呼称課題で磁気刺激前１１個の呼称から磁気刺激後（２〜４３ヶ月後）に１４〜１８個の呼称が可能となった。彼の最も長いフレーズの長さは、磁気刺激後３語から５〜６語へ改善が見られた。

一方TMSのの効果が認められなかった患者２（発症後１．５年）では、呼称中（３％正答率）に右IFGに有意な賦活を認めた。TMS３ヶ月後、６ヶ月後では、右IFGの有意な賦活は認められなかったが、右一次運動感覚野に有意な賦活を認めた。患者２は、全ｆMRIスキャンで両側SMAの有意な賦活を認めた。さらに、セッション間で新しく、継続した損傷領域周囲の賦活は認められず、全体を通して呼称中の賦活パターンはほとんど変化を認めなかった。患者２の呼称の成績は、TMS前、３ヶ月後、６ヶ月後で、１，２個の呼称しかできなかった。また、ベントン呼称課題の成績もほとんど変化しなかった。患者２の損傷領域がこのような結果を引き起こしていると考えられる。損傷領域は、左運動野、運動前野からvertexまで損傷が広がっており、左SMA周辺では白質を含む深層部分にまで損傷が伸びていた。患者２は、また呼称に重要な働きをしていることが知られている左中前頭回も損傷を受けいた。一方、患者１ではこの領域には損傷はなかった。さらに、患者２では、患者１には見られないウェルニッケ領野の下部、後方部（BA２１、３７野を含む）にも損傷をうけていた。これらの結果より、TMSによる呼称機能改善は、左半球言語ネットワークの回復が、部分的ではあるが非流暢性失語の呼称機能やフレーズの長さの回復につながっていることがわかる。

うーん、患者１と患者２では、まず重症度が大きくちがいますねえ。しかし、どうして患者２では、右IFGの有意な賦活が消えてしまったんでしょうか。。。磁気刺激のせいなんですかねえ。

四肢切断者のゴムの手錯覚の神経基盤：２症例報告

Neurocase. 2014 Aug;20(4):407-20.

Neural correlates of the rubber hand illusion in amputees: a report of two cases.

Schmalzl L¹, Kalckert A, Ragnö C, Ehrsson HH.

Abstract

One of the current challenges in the field of advanced prosthetics is the development of artificial limbs that provide the user with detailed sensory feedback. Sensory feedback from our limbs is not only important for proprioceptive awareness and motor control, but also essential for providing us with a feeling of ownership or simply put, the sensation that our limbs actually belong to ourselves. The strong link between sensory feedback and ownership has been repeatedly demonstrated with the so-called rubber hand illusion (RHI), during which individuals are induced with the illusory sensation that an artificial hand is their own. In healthy participants, this occurs via integration of visual and tactile signals, which is primarily supported by multisensory regions in premotor and intraparietal cortices. Here, we describe a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study with two upper limb amputees, showing for the first time that the same brain regions underlie ownership sensations of an artificial hand in this population. Albeit preliminary, these findings are interesting from both a theoretical as well as a clinical point of view. From a theoretical perspective, they imply that even years after the amputation, a few seconds of synchronous visuotactile stimulation are sufficient to activate hand-centered multisensory integration mechanisms. From a clinical perspective, they show that a very basic sensation of touch from an artificial hand can be obtained by simple but precisely targeted stimulation of the stump, and suggest that a similar mechanism implemented in prosthetic hands would greatly facilitate ownership sensations and in turn, acceptance of the prosthesis. 

（日本語訳）
 最先端義肢装具の分野において重要な試みの一つとして挙げられるのは、使用者に詳細な感覚フィードバック情報を提供できる人工四肢の開発である。四肢からの感覚フィードバック情報は、自己受容意識や運動制御のみならず、身体所有感や自己の身体が自分のものであるという感覚を生じさせることにも重要である。感覚フィードバック情報と身体所有感が非常に強く関連していることは、いわゆるゴムの手錯覚と呼ばれる錯覚、人工の手をまるで自己の手のように感じる錯覚において繰り返し示されてきた。健常者において、このような錯覚は、主に運動前野や頭頂間溝領域において行われる視覚情報と触覚情報との統合により生じる。そこで、本研究では、fMRIを用いて、二人の上肢切断患者においてはじめて人工手の身体所有感を司る脳領域を明らかにした。予備的なデータではあるが、これらのデータは、理論的な視点と臨床的な視点の両者にとって役に立つデータとなるだろう。理論的な視点からは、四肢切断後数年経過するにもかかわらず、数秒間の視覚・触覚刺激が手中心の多感覚統合メカニズムを十分賦活させることである。臨床的な視点からは、人工手から生じていると感じる感覚が、四肢切断端への刺激により得られることを示し、義手を用いているときに生じるのと同様のメカニズムが、身体所有感を増強させ、さらにそのことが、義手の受容と繋がることが示唆された。

（すこし感想）
スウェーデンのカロリンスカ研究所のHenrik Ehrssonらのグループの研究。彼らはすでに健常者におけるゴムの手錯覚時の脳賦活を計測し、その神経基盤を同定しており、運動前野と頭頂葉領域が重要な領域であると報告している。そして、今度は、四肢切断患者において、ゴムの手錯覚中の脳活動を計測することで、義肢が自己の手のように感じる感覚が、健常者で生じるゴムの手錯覚を生じさせる神経メカニズムと同じであるかを調べた研究。四肢切断患者で、ゴムの手錯覚を生じさせるためには、一つ工夫が必要となる。それは、切断端分の一部に、触ると幻肢が触れられたと感じる部位があり、その部位へのブラシによる触覚刺激を与えることである。この刺激により、四肢切断者は、まるで幻肢が触られているような感覚（referred sensation）が生じて、ゴムの手錯覚が可能となる。これにより、四肢切断者がゴムの手錯覚を生じている時に賦活する神経メカニズムは、健常者と同様の運動前野と頭頂葉領域の賦活が見られていた。まあ、このことから、referred sensationは、幻肢の感覚として処理されているってことになり、今後の幻肢痛の介入とかにも色々応用がききそうだなあ。

神経因性疼痛と非神経因性疼痛における体性感覚野の可塑的変化

J Neurosci. 2012 Oct 24;32(43):14874-84. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1733-12.2012.

Pain and plasticity: is chronic pain always associated with somatosensory cortex activity and reorganization?

Gustin SM1, Peck CC, Cheney LB, Macey PM, Murray GM, Henderson LA.

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Abstract

The somatosensory cortex remodels in response to sensory deprivation, with regions deprived of input invaded by neighboring representations. The degree of cortical reorganization is correlated with ongoing pain intensity, which has led to the assumption that chronic pain conditions are invariably associated with somatosensory cortex reorganization. Because the presentation and etiology of chronic pain vary, we determined whether cortical changes in human subjects are similar for differing pain types. Using functional and anatomical magnetic resonance imaging, we found that, while human patients with neuropathic pain displayed cortical reorganization and changes in somatosensory cortex activity, patients with non-neuropathic chronic pain did not. Furthermore, cortical reorganization in neuropathic pain patients was associated with changes in regional anatomy. These data, by showing that pain per se is not associated with cortical plasticity, suggest that treatments aimed at reversing cortical reorganization should only be considered for use in patients with certain types of chronic pain.

体性感覚皮質において、感覚入力が減衰した領域は、周辺の表象（領域）により侵入されるという適応的な変化が生じる。この皮質の変化の程度は、継続する痛みの強さと相関しており、このことは、慢性疼痛は常に体性感覚皮質の再構築を生じさせるだろうという仮説を導かせる。しかしながら、慢性疼痛の症状や原因は多岐にわたるため、痛みの種類により皮質の再構築が異なるのかどうかをヒトの被験者に対して調べた。我々は、機能的、構造的MRIを用いて、神経因性疼痛を有する被験者では皮質の再構築や体性感覚皮質の活動パターンの変化が見られ、非神経因性疼痛ではそのような変化が見られないことを示した。さらに、痛みの種類により皮質の変化が必ずしも生じないことにより、皮質の再構築を目指す治療法は、ある種のタイプ疼痛（例えば神経因性疼痛）を有する患者に対してのみ効果が見られることを示唆している。

久しぶりの更新です。

今回の研究は、神経因性と非神経因性でS1の体性感覚地図の変化がどのように異なるのか？ということを調べた研究です。最近、腰痛（back pain）や肩こり（shoulder pain）に鏡療法などの中枢性疼痛に対する治療法が効果があるのかどうかが疑問に思っていたんで、参考になりました。やはり、神経に損傷がある場合とそうでない場合に一次体性感覚野の感覚地図の再構成に差が見られたことは、両者に対するアプローチは違うぽいですね。

CRPS患者におけるNeglect-like symptoms

J Pain Symptom Manage. 1999 Sep;18(3):213-7.

Neglect-like symptoms in complex regional pain syndrome: results of a self-administered survey.

Galer BS1, Jensen M.

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Abstract

Reflex sympathetic dystrophy (RSD), recently reclassified as a complex regional pain syndrome, type I (CRPS-I), is best known for its disabling sensory symptoms, including pain, allodynia, and abnormal skin temperature. Yet, motor dysfunction is common in CRPS and can result in major disability. In addition to weakness of the involved limb, CRPS patients may develop symptoms akin to a neurological neglect-like syndrome, whereby the limb may feel foreign ("cognitive neglect") and directed mental and visual attention is needed to move the limb ("motor neglect"). Members of the patient support group, the Reflex Sympathetic Dystrophy Syndrome Association (RSDSA), were mailed a questionnaire inserted in their newsletter which inquired about the presence of these neglect-like symptoms; in addition, a separate medical history questionnaire was included to assess adequate documentation for the diagnosis of CRPS. A total of 242 patients returned the questionnaire but only 224 of the questionnaires were analyzed; 15 were excluded due to inadequate documentation of CRPS and 3 were excluded due to non-limb involvement. Eighty-four percent (84%) of these respondents endorsed the presence of at least one neglect symptom and 47% indicated they had both "cognitive" and "motor" neglect symptoms. Of interest, approximately 33% of respondents spontaneously wrote comments regarding the significant disability due to these neglect symptoms and the difficulty explaining these unusual symptoms to their health care providers and family. This patient survey confirms the presence of neglect-like symptoms in a subset of CRPS patients. Neglect-like symptoms need to be addressed and validated by health care providers.

この論文は、CRPS患者での運動問題を初めて質問紙調査を行った研究。

この論文でのCRPS患者に行った質問。

当てはまる以下の項目にチェックをつけてください。

①痛みのある患肢は、注意を向けなければ動かない。（motor neglect）

②痛みのある患肢は、体の一部のように感じない。 (cognitive neglect)

③痛みのある患肢を思い通りに動かそうとするときは、全力で注意を向けなければならない。 (motor neglect)

④痛みのある患肢は、時々動かそうとしてないないのに勝手に動く。(motor neglect)

⑤痛みのある患肢は、壊死してしまったように感じる。(cognitive neglect)

（結果）

質問４の２２４名のCRPS患者の回答

◯８４％　４問中１問でも該当すると答えた患者数　

◯４７％　②と③両方の項目で該当すると答えた患者

◯６０％　②が該当すると答えた患者　

◯５６％　③が該当すると答えた患者

◯４２％　①が該当すると答えた患者

◯３９％　⑤が該当すると答えた患者

◯６８％　④に該当すると答えた患者

かなりの数のCRPS患者が運動的側面にも問題があることを訴えていることが明らかになった。

　

CRPSと運動イメージ

Pain. 2004 Mar;108(1-2):192-8.

Graded motor imagery is effective for long-standing complex regional pain syndrome: a randomised controlled trial.

Moseley GL.

Department of Physiotherapy, The University of Queensland and Royal Brisbane and Women's Hospital, Herston, 4029 Brisbane, Qld, Australia. 

Abstract

Complex regional pain syndrome type 1 (CRPS1) involves cortical abnormalities similar to those observed in phantom pain and after stroke. In those groups, treatment is aimed at activation of cortical networks that subserve the affected limb, for example mirror therapy. However, mirror therapy is not effective for chronic CRPS1, possibly because movement of the limb evokes intolerable pain. It was hypothesised that preceding mirror therapy with activation of cortical networks without limb movement would reduce pain and swelling in patients with chronic CRPS1. Thirteen chronic CRPS1 patients were randomly allocated to a motor imagery program (MIP) or to ongoing management. The MIP consisted of two weeks each of a hand laterality recognition task, imagined hand movements and mirror therapy. After 12 weeks, the control group was crossed-over to MIP. There was a main effect of treatment group (F(1, 11) = 57, P < 0.01) and an effect size of approximately 25 points on the Neuropathic pain scale. The number needed to treat for a 50% reduction in NPS score was approximately 2. The effect of treatment was replicated in the crossed-over control subjects. The results uphold the hypothesis that a MIP initially not involving limb movement is effective for CRPS1 and support the involvement of cortical abnormalities in the development of this disorder. Although the mechanisms of effect of the MIP are not clear, possible explanations are sequential activation of cortical pre-motor and motor networks, or sustained and focussed attention on the affected limb, or both.

日本語抄録

複合性局所疼痛症候群１型（CRPS type I: Complex Regional Pain Syndrome）は、幻肢痛や脳卒中後に生じる大脳皮質の異常な可塑的変化が生じる。これらの疾患群では、治療の目標として症状のある四肢の制御に関わる大脳皮質ネットワークを、例えば、鏡療法などで賦活させることとなる。しかしながら、鏡療法は、慢性CRPS type1に対して効果が見られない事がわかっており、その理由として、症状のある四肢を動かすと、非常に強い痛みを生じさせるからである。そのため、運動を伴わずに症状のある四肢の制御に関わる脳領域を賦活させることができれば、CRPS1の患者において痛みを軽減させることが出来るのではという仮説をたてた。１３名の慢性期CRPS１患者を、運動イメージプログラム（MIP）と通常のプログラム（コントロール群）に無作為に割り当てた。MIPは、手左右判別課題、手運動イメージ、そして鏡療法をそれぞれ２週間ずつ行う。１２週間後、コントロール群もMIPを行った。結果は、治療介入法で主効果が見られ、Neuropathic Pain Scale (NPS)で効果量が２５点までであった。NPSで５０％の痛み軽減を生じさせるのは、〜２点である。治療効果は、コントロール群の治療介入をMIPに変えても同様　の効果が得られた。この結果は、実運動を含まないMIPは、CRPS1に効果があるという仮説を支持する結果であった。MIPの痛み軽減機序は不明であるが、運動前野と運動野を含む運動制御ネットワークの賦活、症状のある四肢への注意を向けた効果のどちらか、または両者が原因と考えられる。

CRPSに対する治療プログラムの開発に取り組んでいるオーストラリアのグループからの研究です。この筆者は、今も精力的にこのプログラムの開発に取り組んでいて、最近はこのプログラムで症状の改善が見られなかった症例を集めいていました。確かに、CRPSに痛みのある四肢の運動を行わせることは、痛みを増悪させてしまうことが多いように思います。

身体所有感と一人称視点の自分の手

Neuropsychologia. 2011 Dec;49(14):3946-55. 

Mirror-view reverses somatoparaphrenia: dissociation between first- and third-person perspectives on body ownership.

Fotopoulou A1, Jenkinson PM, Tsakiris M, Haggard P, Rudd A, Kopelman MD.

• 1Institute of Psychiatry, King's College London, UK. a.fotopoulou@kcl.ac.uk

Abstract

Right-hemisphere stroke can lead to the somatoparaphrenic delusion that parts of one's own body belong to someone else. To our knowledge, no previous study has experimentally assessed the sense of body part ownership in somatoparaphrenic patients when they see the body from a third-person perspective, as in a mirror. In alternating trials, we provided either direct first-person perspective vision of the arms, or indirect third-person perspective vision via a mirror in the frontal plane. We tested body ownership in these conditions in five patients with right-hemisphere lesions with left hemiplegia and neglect, including two patients with this somatoparaphrenic delusion. The somatoparaphrenic patients systematically attributed the ownership of their left plegic hands to someone else in direct view, but showed a statistically significant increase in ownership of the left hand inmirror view trials, as compared with the three control patients. Depending on the view offered (mirror or direct), judgements of ownership and disownership of the same limb could alternate within a few seconds. The patients did not particularly remark on these dramatic and repeated alterations between ownership and disownership. Conditions of direct- and mirror-view with simultaneous touch of the hand by the experimenter showed the same patterns of results as conditions without touch. This study provides the first experimental evidence that limb disownership can be altered using self-observation in a mirror, and in turn suggests dissociation between first- and third-person visual perspectives on the body. Furthermore, the fact that reinstatement of ownership by third-person perspective did not permanently abolish somatoparaphrenia suggests that the subjective sense of body ownership remained dominated by an impaired first-person representation of the body that could not be updated, nor integrated with other signals. More generally, our findings suggest that a neural network involving the perisylvian areas of the right hemisphere may be necessary for the integration of multiple representations of one's body and for a higher order re-representation of various bodily signals into a first-person sense of body ownership. We suggest that other areas, possibly including the occipital cortex, may be involved in the recognition of the body from a third-person visual perspective. We thus propose that somatoparaphrenia can be regarded as a neurogenic dissociation between the 'subjectively felt' and 'objectively seen' body. This recalls the developmental finding that young infants cannot link their 'felt body' with the view of themselves in a mirror.

右半球への脳損傷により、自己の身体が誰か他人の身体の一部のように感じる身体パラフレニアという症状を呈する事がある。身体パラフレニアの患者において自己の身体を鏡を通して三人称視点で見る事により、見ている自分の身体に対する所有感がどのように変化するかを実験的に調べた研究は、我々が知る限りない。そこで、身体パラフレニアの患者に、直接腕を見るという１人称視点または、鏡を通して腕を見るという３人称視点の２つの条件下を設けて、実験を行った。これらの２条件を、５名の右半球損傷患者（２名が身体パラフレニアを有する）に行い身体所有感を調べた。その結果、身体パラフレニア患者では、直接手を見る条件において左麻痺手の身体所有感が低く、他人の手のように感じるが、鏡を通して手を見る条件では、身体所有感が有意に上がり、自己の身体と感じていた。視点の違いによる所有感の有無は、数秒程度ですぐに変化が見られた。患者は、このドラマティックで繰り返される所有感の有無の変化に関してあまり注意を向けていなかった。また、人称視点を変化させると同時に実験者が麻痺手に触れることによる違いは生じなかった。この研究は、身体所有感の欠如は、鏡を用いて見る事により変化し、身体に関する１人称視点と３人称視点の身体が、それぞれ異なる処理を受けていることが示唆される。さらに、３人称視点による身体所有感の惹起が、永久的に身体パラフレニアを消失させない事は、主観的な身体所有感が、障害された身体の１人称称視点の表象により支配されている事が示唆される。

一人称視点で感じる所有感と三人称視点で感じる所有感が異なっている可能性があるんですかね〜。