Veranderingen in Hersenconnectiviteit na Functieherstel van een Beroerte: Hoe Herorganiseren de Hersenen zich bij Afasiepatiënten? Justin Steenhuis 4 juni 2012 Instituut: Universiteit van Amsterdam Studentnummer: 5806976 Naam docent: Renate van de Ven Studieonderdeel: Bachelorthese Aantal woorden: 5674
Inhoudsopgave Abstract
3
Veranderingen in Hersenconnectiviteit na Functieherstel van een Beroerte: Hoe
4
Herorganiseren de Hersenen zich bij Afasiepatiënten? Welke hersengebieden zijn betrokken bij functieherstel?
5
De invloed van therapie en training op de hersenen
9
Conclusie
14
Literatuur
16
2
Abstract Dit literatuuroverzicht gaat in op de vraag wat de neurale basis is van herstel van taalvaardigheid na een afatische beroerte. Daarbij wordt zowel gekeken naar de reorganisatie van hersengebieden die gepaard gaat met spontaan herstel, als naar de invloed van therapie en training op de hersenen. Spontaan herstel van de taalvaardigheid blijkt gepaard te gaan met veranderingen in activiteit in zowel de rechter als de linker hersenhelft. Dit proces van herstel blijkt bovendien dynamisch; in de acute fase na een beroerte zijn andere hersengebieden betrokken bij herstel dan in de subacute en chronische fasen. Ook therapie en training blijken de hersenen aan te zetten tot dynamische bilaterale reorganisatie. De rol van de rechter hersenhelft bij herstel is echter niet eenduidig.
3
Veranderingen in Hersenconnectiviteit na Functieherstel van een Beroerte: Hoe Herorganiseren de Hersenen zich bij Afasiepatiënten? Taal is een onmisbare manier om met andere mensen te communiceren. Ons taalvermogen stelt ons niet alleen in staat om te praten en om te begrijpen wat er door anderen tegen ons gezegd wordt, maar ook om te lezen en te schrijven. Wanneer het taalvermogen door hersenbeschadiging wordt aangetast, spreken we van afasie (Hillis, 2007). Meestal is die hersenbeschadiging het gevolg van een beroerte, waarbij de bloedtoevoer naar de hersenen plotseling wordt onderbroken. Dit kan komen door een obstructie in een bloedvat (bij een herseninfarct), of het openbarsten van een zwakke plek in een vaatwand (bij een hersenbloeding). In beide gevallen wordt er geen zuurstof meer via het bloed naar de achterliggende verzorgingsgebieden in de hersenen gestuurd, waardoor dat deel van de hersenen afsterft (Sims & Muyderman, 2010). Wanneer dit het taalgebied betreft, welke bij de meeste (rechtshandige) mensen in de linker hersenhelft is gelokaliseerd, leidt dit tot afasie. Afasie kan degene die dit overkomt veel leed bezorgen. Zo zijn sommige afasie patiënten, afhankelijk van de ernst van de afasie, niet meer in staat om zichzelf uit te drukken. Ze kunnen de dingen niet vertellen zoals ze dat willen en wat ze zeggen wordt niet door andere mensen begrepen (Hillis, 2007). Gelukkig kunnen de hersenen zich, afhankelijk van de mate van de beschadiging, weer gedeeltelijk of zelfs geheel herstellen. Dit kan doordat de hersenen een bepaalde mate van plasticiteit bezitten, wat wil zeggen dat de hersenen het functieverlies kunnen proberen te compenseren door bijvoorbeeld andere hersengebieden aan te wenden (Johansson, 2000; Kleim & Jones, 2008). Welke hersengebieden precies betrokken zijn bij functieherstel na een afatische beroerte is echter nog niet geheel duidelijk. In dit literatuuroverzicht wordt daarom ingegaan op de vraag hoe de hersenconnectiviteit verandert bij patiënten die herstellen van afasie als gevolg van een beroerte. Om die vraag te beantwoorden zal niet alleen worden gekeken naar de hersengebieden die betrokken zijn bij spontaan herstel, maar ook naar de hersengebieden die betrokken zijn bij herstel als gevolg van een afasie behandeling. De afasie behandeling die in dit literatuuroverzicht met name wordt besproken is constraint‐induced aphasia (of language) therapy, afgekort tot CIAT/CILT (Pulvermüller et al., 2001). Dit is een intensieve taaltherapie waarbij de patiënt bijvoorbeeld drie uur per dag gedurende tien achtereenvolgende werkdagen die onderdelen van taal oefent die gestoord zijn. Waar conventionele therapieën zich vooral richten op de taalaspecten die niet gestoord zijn en oefenen met compenserende strategieën, is het bij CIAT juist de bedoeling om compensatiegedrag zoveel mogelijk te vermijden en gebruik te stimuleren van verbale uitingen die voor de patiënt moeilijk zijn. Het is dus niet toegestaan dat de patiënt gebruik maakt van non‐verbale communicatie, zoals gebaren en het maken van tekeningen. Kennis over de neurale basis van herstel door een 4
dergelijke behandeling zou kunnen helpen bij het stellen van een prognose en biedt extra ondersteuning voor de basis van de behandeling. In de eerste paragraaf van dit literatuuroverzicht wordt ingegaan op de vraag welke hersengebieden betrokken zijn bij spontaan herstel na een afatische beroerte. De tweede paragraaf gaat in op de invloed van training en therapie op veranderingen in hersenconnectiviteit. Daarbij wordt vooral gekeken naar de invloed van constraint‐induced aphasia/language therapy. Welke hersengebieden zijn betrokken bij functieherstel? Deze paragraaf gaat in op de vraag wat het neurale substraat is dat ten grondslag ligt aan het (gedeeltelijke) herstel van taalfuncties na een afatische beroerte. Oftewel, welke hersengebieden zijn na herstel betrokken bij taalfuncties die dat voor de beroerte niet waren? Er zal zowel naar de rol van de linker als van de rechter hersenhelft worden gekeken. Ook zal worden gekeken naar verschillen in betrokken hersengebieden tijdens de verschillende fasen van herstel. Dat zowel de linker als de rechter hersenhelft betrokken zijn bij herstel na een afatische beroerte bleek toen acht afasie patiënten werden vergeleken met zes neurologisch normale proefpersonen (Cardebat et al., 2003). Beide groepen werden op twee momenten getest. Bij de patiënten gebeurde dit respectievelijk twee en 11 maanden na het optreden van de beroerte. Het interval tussen de meetmomenten waarop de controles werden getest was gemiddeld 15 maanden. Hersenactiviteit werd beide keren in rust en tijdens het uitvoeren van een woord generatie taak gemeten middels een PET scan. Bij deze taak moesten de proefpersonen zoveel mogelijk woorden noemen uit dezelfde categorie als een auditief aangeboden stimuluswoord. Uit de resultaten bleek dat de patiënten op het tweede meetmoment meer woorden konden genereren dan op het eerste meetmoment; de controle proefpersonen vertoonden geen verbetering. De prestatieverbetering van de patiënten ging gepaard met een bilaterale toename van activiteit in de superieure posterieure temporale cortex. Het bovengenoemde experiment maakte gebruik van een taak waarin het ging om taalproductie. Crinion en Price (2005) vonden dat de rechter temporaal kwab mogelijk ook een rol speelt bij taalbegrip. Zij vergeleken een groep neurologisch normale proefpersonen met twee groepen patiënten met afasie als gevolg van een enkele beroerte in de linkerhersenhelft. Beide patiëntgroepen hadden dus schade aan de linker hersenhelft, maar bij de ene groep patiënten was de linker temporaal kwab intact gebleven, terwijl deze bij de andere groep beschadigd was geraakt. Middels fMRI werd onderzocht welke hersengebieden actief waren tijdens het luisteren naar betekenisvolle verhalen ten opzichte van betekenisloze omgekeerde spraak. Daarnaast werd auditief zinsbegrip gemeten met de comprehensive aphasia test (CAT) zonder gebruik te maken van de fMRI scanner. De prestaties op de zinsbegriptaak van de CAT werden vervolgens gecorreleerd met de 5
gevonden hersenactiviteit bij de luistertaak. Auditief zinsbegrip bleek positief te correleren met bilaterale temporale activiteit wanneer de linker temporaal kwab gespaard was. Wanneer de linker temporaal kwab echter beschadigd was, correleerde auditief zinsbegrip alleen positief met activiteit in de rechter temporaal kwab. De onderzoekers concludeerden dat de rechter hersenhelft een bijdrage levert aan spraakbegrip. Hoewel de onderzoekers wilden uitzoeken of de rechter hersenhelft een rol speelt bij taal na een afatische beroerte, zijn ze hier niet in geslaagd. Ze vonden namelijk geen verschil in activiteit tussen de neurologisch normale patiënten en de afasie patiënten; bij beide groepen was er activiteit in de rechter hersenhelft. Dus, zoals de onderzoekers zelf ook aangaven, werd er geen evidentie gevonden voor een verschuiving van functie van de linker naar de rechter hemisfeer. In de bovengenoemde onderzoeken werd steeds gekeken naar de chronische fase van afasie, waarin taalfuncties min of meer hersteld waren. De gevonden hersengebieden beschrijven dus het gereorganiseerde taalnetwerk en niet het proces van reorganisatie. Saur et al. (2006) onderzochten elke fase na een afatische beroerte apart. De patiënten werden driemaal getest: in de acute fase (tot vier dagen na de beroerte), in de subacute fase (twee weken na de beroerte) en in de chronische fase (vier tot 12 maanden na de beroerte). Een groep neurologisch normale personen diende als controle en werd eenmalig getest. Het testen bestond uit een auditieve begripstaak, waarbij de proefpersonen correcte zinnen (“De piloot bestuurt het vliegtuig”) of zinnen met een semantische schending (“De piloot eet het vliegtuig”) te horen kregen, of betekenisloze zinnen (hierbij werd het audiosignaal omgekeerd afgespeeld). De proefpersonen moesten aangeven wanneer ze een betekenisloze zin hoorden door op een knop te drukken. Ondertussen werd hersenactiviteit gemeten middels fMRI. Door spraak met omgekeerde spraak te contrasteren konden de gebieden worden geïdentificeerd die cruciaal zijn voor taalbegrip. In de acute fase werd er alleen zwakke activiteit in de linker inferieure frontale gyrus (IFG) gevonden. Activiteit in de rechter IFG bleek in de subacute fase sterk te zijn toegenomen ten opzichte van de acute fase. Deze toename correleerde bovendien met een verbetering in taalfuncties, zoals gemeten met een afasie testbatterij. Ook was de activiteit in de rechter IFG in deze fase groter dan bij de controle groep het geval was. In de chronische fase was de activiteit teruggekeerd naar het niveau van de controle groep, waarbij de piekactiviteit zich weer in de linker IFG bevond. Activiteit in de rechter IFG was in de chronische fase afgenomen ten opzichte van de subacute fase, maar nog steeds groter dan in de acute fase. Over het geheel genomen nam activiteit in de rechter IFG dus aanvankelijk sterk toe en daarna weer af, terwijl activiteit in de linker IFG door de verschillende fasen heen doorlopend toenam. Concluderend stelden de onderzoekers een model voor waarin taal zich in drie fasen herstelt, waarin activiteit in de linker IFG belangrijk is in de beginfase en rechter frontaal gebieden een rol spelen bij verbetering tijdens de tweede fase. Bij patiënten met de mogelijkheid tot herstel van de linker hersenhelft, keert activiteit in de derde fase 6
terug naar linker (perilesionale) gebieden. Een kritiekpunt op dit onderzoek is dat de onderzoekers zeer selectief zijn geweest bij het kiezen van proefpersonen; alleen proefpersonen die aan allerlei voorwaarden voldeden werden geselecteerd, zo mocht de mate van afasie niet te ernstig zijn. De resultaten kunnen hierdoor niet zonder meer worden gegeneraliseerd naar andere afasie populaties. Een functionele hersenscan techniek als fMRI is geschikt om in kaart te brengen welke hersengebieden actief worden tijdens het uivoeren van een bepaalde taak. De techniek kan dus worden gebruikt om te achterhalen welke gebieden betrokken zijn bij taalverwerking, maar toont niet aan of die gebieden ook essentieel zijn. Een techniek waarmee dit wel kan worden aangetoond is repetetive transcranial magnetic stimulation (rTMS). Door rTMS toe te passen op de rechter IFG, bleek dat dit gebied bij sommige afasie patiënten inderdaad essentieel is voor het functioneren van de overgebleven taalfuncties (Winhuisen et al., 2005). De onderzochte proefpersonen werden allen in de eerste twee weken na een beroerte in de linker hemisfeer onderzocht en bevonden zich dus in de acute tot subacute fase. Alvorens rTMS kon worden toegepast, werden eerst de actieve gebieden in de linker en rechter IFG gelokaliseerd tijdens een semantische taak. Vervolgens kon activiteit in de individueel geïdentificeerde gebieden met rTMS worden geremd, terwijl de patiënten een werkwoord‐productie taak uitvoerden. In die taak werd het aantal geproduceerde werkwoorden per minuut gemeten (verbale vloeiendheid). Uit de resultaten van de PET scan bleek dat de rechter IFG bij 73% van de patiënten was geactiveerd en de linker IFG bij 53%. Deze resultaten komen overeen met eerder besproken onderzoek, waarin de rechter IFG in de subacute fase actiever bleek (Saur et al., 2006). Desondanks bleek de verbale vloeiendheid slechts bij 45% van de patiënten te verslechteren wanneer de rechter IFG werd geremd, terwijl de verbale vloeiendheid bij 91% van de patiënten verslechterde wanneer de linker IFG werd geremd. Deze resultaten tonen aan dat de rechter IFG voor sommige patiënten essentieel is voor taalfuncties, maar dat de compenserende werking van de rechter IFG minder groot is dan die van de linker IFG. Een verschil met het eerder besproken onderzoek van Saur et al. (2006) is wel dat er in dit onderzoek werd gekeken naar taalproductie in plaats van alleen taalbegrip. Mogelijk is de rechter IFG voor dit laatste essentiëler. Crinion en Price (2005) en Saur et al. (2006) keken naar de rol van de rechter hersenhelft bij taalbegrip. Raboyeau et al. (2008) keken naar activiteit in de rechter hersenhelft bij taalproductie. Franstalige neurologisch normale proefpersonen werden vergeleken met Franstalige afasie patiënten. De taak bestond uit het benoemen van plaatjes. De afasie patiënten moesten dit doen in hun moedertaal (Frans), terwijl de controles dit in een buitenlandse taal moesten doen. De proefpersonen werden op twee momenten gemeten middels een PET scan: voor en na een training, waarin de plaatjes met de correcte benamingen werden geoefend. Het idee was dat het zoeken naar nieuw geleerde buitenlandse woorden vergelijkbaar is met de woordvindproblemen bij afasiepatiënten. Uit de resultaten bleek dat in beide groepen het benoemen verbeterde na de 7
training en dat in beide groepen twee frontale gebieden in de rechter hemisfeer een grotere activiteit vertoonden: de insula en de laterale inferieure frontale cortex. Aangezien de toename van activiteit in zowel afatische als normale proefpersonen plaatsvond, concludeerden de onderzoekers dat deze gebieden geen compenserende rol spelen bij herstel van afasie en dat de activiteitstoename geen gevolg is van laesies in de linker hemisfeer. Hoewel in eerder besproken onderzoek een compenserende rol werd verondersteld voor rechter frontale gebieden, trekt dit onderzoek die conclusie dus in twijfel. De activiteitstoename in rechter frontale gebieden lijkt zowel op te treden bij gezonde als afatische personen, wanneer beide met soortgelijke woordvindproblemen worden geconfronteerd. Naast evidentie dat de rechter hemisfeer wat betreft taalproductie geen andere rol lijkt te spelen als bij neurologisch normale mensen, is er ook evidentie dat verhoogde activiteit in de rechter hemisfeer juist zorgt voor een prestatieverslechtering (Naeser et al., 2005). Om dit aan te tonen werd bij vier patiënten met chronische en niet‐vloeiende afasie als gevolg van een beroerte dagelijks rTMS toegepast op het anterieure deel van het rechter homologe gebied van Broca. In dit geval werd rTMS zodanig toegepast dat activiteit in het betreffende gebied werd geremd. Voor en na het toedienen van de rTMS werd taalproductie gemeten met een benoemtaak, waarbij de proefpersonen zo snel mogelijk getoonde plaatjes moesten benoemen. De prestatie op deze benoemtaak was beter na het toedienen van rTMS dan daarvoor. De onderzoekers concludeerden dat TMS misschien een methode biedt om afasie te behandelen. Hierbij moet wel worden aangetekend dat het alleen patiënten met niet‐vloeiende afasie betreft. De hierboven besproken onderzoeken vonden uiteenlopende resultaten. Mogelijk is dit het gevolg van de gebruikte scantechnieken. Zo zijn fMRI en PET minder goed in staat om het tijdsverloop van veranderingen in activiteit van neurale netwerken te meten dan bijvoorbeeld een techniek als EEG. Activiteitsveranderingen volgen elkaar namelijk op in tientallen van milliseconden en EEG is door de hogere temporele resolutie van deze techniek geschikter voor het meten van deze veranderingen. Spironelli, Angrilli en Pertile (2008) gebruikten daarom EEG om verschillen te vinden in hersenactiviteit tussen afasie patiënten en gezonde proefpersonen. De proefpersonen deden drie taken: een fonologische taak, waarin moest worden beslist of twee woorden rijmden; een semantische taak, waarin moest worden beslist of twee woorden uit dezelfde semantische categorie afkomstig waren; en een orthografische taak (ter controle), waarin moest worden beslist of twee woorden verschilden wat betreft hoofdletter gebruik. De twee woorden werden één voor één aangeboden en er werden EEG metingen verricht op drie verschillende momenten: tijdens de laatste 0,5 seconde waarin het eerste woord werd aangeboden, en tijdens de eerste en laatste seconde van het interval tussen de twee aangeboden woorden. De afasie patiënten vertoonden bij de fonologische en semantische taken tijdens elk meetpunt een grotere activiteit in linker anterieure, 8
posterieure en centrale gebieden dan in diezelfde gebieden in de rechter hersenhelft. Dit was bij de controle proefpersonen niet het geval. De controle proefpersonen vertoonden een meer gelijke activiteit in linker en rechter centrale en posterieure gebieden. Bij de orthografische controle taak werden zoals verwacht geen verschillen gevonden. De in deze paragraaf besproken onderzoeken laten zien dat beide hersenhelften een rol spelen bij herstel na een afatische beroerte. Dit herstel lijkt een dynamisch proces te zijn, waarbij eerst alleen de linker hersenhelft betrokken is (acute fase), daarna ook de rechter hersenhelft (subacute fase) en uiteindelijk met name de linker hersenhelft (chronische fase). De rol van de rechter hersenhelft is echter niet eenduidig. De rechter IFG lijkt betrokken te zijn bij verbetering van taalfuncties in de subacute en chronische fasen van herstel. Voor sommige patiënten lijkt de rechter IFG zelfs essentieel te zijn voor herstel van taalfuncties in de subacute fase. Ander onderzoek toont echter aan dat de rechter inferieure frontale cortex ook betrokken is bij verbeterde taalfuncties bij neurologisch gezonde personen. De rechter hersenhelft lijkt op grond hiervan dus voornamelijk een ondersteunende rol te spelen en geen directe compenserende rol. Daarnaast blijkt een ander gebied in de rechter hersenhelft, namelijk het anterieure deel van het rechter homologe gebied van Broca, juist te zorgen voor een prestatieverslechtering. Dat de hersenen zich herstellen na een afatische beroerte en dat daarbij zowel gebieden links als rechts in de hersenen betrokken zijn, maken de in deze paragraaf besproken onderzoeken duidelijk. Het is echter nog onduidelijk of training en therapie nog een effect hebben op de hersenen bovenop het effect van spontaan herstel. De volgende paragraaf gaat hierop in. De invloed van therapie en training op de hersenen Bekend is dat therapie kan bijdragen aan functieherstel na een afatische beroerte (Pulvermüller et al., 2001), maar wat de neurale basis is van dit herstel is nog onduidelijk. De onderzoeken die in deze paragraaf worden besproken tonen aan dat hersengebieden in beide hersenhelften bij herstel betrokken zijn. De therapie waar vooral naar zal worden gekeken is een relatief nieuwe, intensieve vorm van therapie genaamd constraint‐induced aphasia/language therapy (CIAT/CILT). Menke et al. (2009) lieten zien dat training ook in de chronische fase kan zorgen voor veranderingen in de hersenen. Zij onderzochten acht chronische afasiepatiënten met een woordvindstoornis (amnestische afasie) middels fMRI bij een object benoemtaak. Er werd op drie momenten getest: voor de training, direct na de training en acht maanden na de training. De training bestond uit oefeningen in het benoemen van objecten waarmee de patiënten moeite hadden. Op beide meetmomenten na het trainen lieten de patiënten een grote prestatieverbetering zien. De hierbij betrokken hersengebieden bleken echter verschillend te zijn afhankelijk van het 9
meetmoment. Direct na de training bleek activiteitstoename in hersengebieden die betrokken zijn bij geheugen‐, aandachts‐ en integratieprocessen te correleren met de prestatieverbetering. Dit waren de parahippocampi (bilateraal), de linker hippocampus, de rechter precuneus en de rechter cingulate gyrus. Acht maanden na de training was dit beeld echter anders. Prestatieverbetering correleerde nu met een activiteitstoename in de rechter temporaal kwab en perilesionale gebieden in de linker temporaal kwab. Deze resultaten laten niet alleen zien dat herstel in de chronische fase mogelijk is, maar ook dat dit een dynamisch proces is. In de vorige paragraaf bleek al dat het functieherstel dat optreedt tussen de acute en de chronische fase een dynamisch proces is (Saur et al., 2006). Naast een training in object benoemen, blijkt ook een therapievorm als CIAT tot veranderingen in de hersenen te leiden in de chronische fase van afasie (Meinzer, Flaisch, Breitenstein, Wienbrunch, Elbert & Rockstroh, 2008). Voor dit onderzoek werd een heterogene groep patiënten onderzocht, i.e. patiënten met verschillende afasie syndromen (Wernicke, Broca en globale afasie) en verschillende laesiegroottes en ‐locaties. Wel hadden alle patiënten een beroerte in de linker hemisfeer gehad. De tijd sinds de laesie was bij iedereen ten minste zes maanden. De patiënten kregen een tiendaagse CIAT behandeling en bij alle patiënten werden MEG metingen vóór de behandeling, en fMRI metingen vóór en na de behandeling gedaan. Met de MEG metingen werden disfunctionele hersengebieden per patiënt vastgesteld. Veranderingen in hersenactiviteit in deze gebieden werden vervolgens gemeten middels de fMRI tijdens een plaatje‐benoemtaak. De prestatie op deze benoemtaak bleek na de behandeling te zijn verbeterd. Dit bleek te correleren met een toename in hersenactiviteit in de individueel bepaalde disfunctionele hersengebieden, bestaande uit perilesionale gebieden in de linker hemisfeer. De onderzoekers concludeerden dat corticale plasticiteit ook in de chronische fase meetbare functionele veranderingen oplevert, dat dit met name plaatsvindt in perilesionale gebieden en dat dit tot uiting komt in een verbetering van getrainde taalfuncties. Twee tekortkomingen van dit onderzoek zijn het feit dat er geen controle groep wordt gebruikt om te controleren voor niet‐bedoelde effecten van taakherhaling op hersenprocessen en het feit dat er geen follow‐up meting is gedaan om te kijken of de verbeteringen behouden blijven. Meinzer et al. (2008) vonden dat vooral gebieden in de linker hemisfeer konden worden gerelateerd aan herstel na behandeling. Dit is in overeenstemming met de resultaten van Menke et al. (2009) die ook vonden dat verbeteringen correleerden met activiteitstoename in de linker hemisfeer. Diezelfde onderzoekers vonden echter ook dat de rechter hemisfeer betrokken is bij verbetering. Dit kwam niet naar voren in het onderzoek van Meinzer et al. (2008), maar werd wel gevonden in een onderzoek van Pulvermüller, Hauk, Zohsel, Neiniger en Mohr (2005). Zij onderzochten tien patiënten met afasie als gevolg van een enkele beroerte in de linker hemisfeer. Alle patiënten bevonden zich in de chronische fase van afasie (gemiddeld had de beroerte 7,5 jaar 10
geleden plaatsgevonden). De patiënten kregen een tien werkdagen durende CILT behandeling en werden vóór en na behandeling getest middels EEG/ERP tijdens een lexicale beslistaak. Bij deze taak moesten de patiënten aangeven of een woord een betekenisvol woord of een betekenisloos pseudowoord was door op een knop de drukken. Hierbij werden accuratesse en reactiesnelheid bijgehouden. Reactiesnelheid voor woorden bleek na behandeling te zijn verbeterd en dit correleerde met een toename in neurofysiologische activiteit in gebieden in de linker posterieure cortex en rechter frontale cortex. Dit effect trad niet op bij pseudowoorden. Volgens de onderzoekers tonen de resultaten aan dat beide hersenhelften bijdragen aan taalherstel na een beroerte. Een tekortkoming van het laatst besproken onderzoek is dat er, net als in het onderzoek van Meinzer et al. (2008), niet is gekeken of de verbeteringen in taalfunctie door CILT blijvend zijn. Breier et al. (2009) keken niet alleen naar de korte termijn effecten van CILT, maar ook naar de lange termijn effecten. Drieëntwintig patiënten met chronische afasie werden onderzocht. Allen hadden één jaar voor het onderzoek of nog eerder een enkele beroerte in de linker hemisfeer gehad. Er waren drie meetmomenten: direct voor en na de CILT behandeling en drie maanden na de behandeling. Magnetoencephalography (MEG) werd gebruikt om veranderingen in hersenactiviteit te meten. Gedragsveranderingen werden gemeten met een kaarttaak, waarbij de patiënten om de beurt een kaart uit een bepaalde semantische categorie van elkaar moesten vragen. Tussen de patiënten bevond zich een visuele barrière, zodat de bedoelde kaart verbaal moest worden beschreven. Het aantal correct overgebrachte elementen werd gemeten. Voor het verkrijgen van MEG gegevens deden de proefpersonen een woordherkenningstaak. Na afloop bleek dat de patiënten in drie groepen konden worden ingedeeld: (1) patiënten die verbeterden en deze verbetering na drie maanden hadden behouden, (2) patiënten die verbeterden maar deze verbetering na drie maanden weer waren verloren en (3) patiënten die niet reageerden op de behandeling. De eerste groep vertoonde een activiteitstoename in linker temporale gebieden. De tweede groep vertoonde geen activiteitsverandering, maar vertoonde tijdens alle meetmomenten een hogere activiteit van de rechter hersenhelft dan de andere groepen. De derde groep vertoonde een afname van activiteit in linker temporale gebieden. De onderzoekers concludeerden dat hoewel de rechter hersenhelft mogelijk ondersteuning biedt bij herstel van taalfuncties, er ook perilesionale gebieden in de linker hersenhelft nodig zijn om het herstel op de lange termijn te behouden. Naast het ontbreken van een lange termijn meting, is een ander kritiekpunt op de eerder besproken onderzoeken het ontbreken van een controle groep. Hiermee kan worden gecontroleerd voor onbedoelde effecten die ontstaan door bijvoorbeeld taakherhaling (leereffecten). Breier, Maher, Schmadeke, Hasan en Papanicolaou (2007) deden een gevalsbeschrijving van een patiënte die een CILT behandeling onderging en vergeleken de resultaten met een controle persoon die geen 11
CILT behandeling kreeg. De patiënte en controle persoon hadden beide chronische afasie als gevolg van een beroerte in de linker hersenhelft. Net als in het onderzoek van Breier et al. (2009) werden vlak voor, direct na en drie maanden na de CILT behandeling MEG metingen verricht. Ook de taak waarmee gedragsmetingen werden gedaan was hetzelfde (een kaarttaak), net als de taak die werd uitgevoerd tijdens de MEG metingen (woordherkenningstaak). Zowel direct na de behandeling als drie maanden later presteerde de patiënte beter op de kaarttaak, terwijl dit bij de controle persoon niet het geval was. Bovendien werd er direct na de behandeling bij de patiënte een activiteitstoename gevonden in de rechter hemisfeer (in de superieure temporale en supramarginale gyrus) die bij de controle persoon niet werd waargenomen. Drie maanden na de behandeling werd de activiteitstoename in de supramarginale gyrus niet langer waargenomen, maar was er wel een bilaterale activiteitstoename, waaronder in de linker temporale kwab. De onderzoekers concludeerden dat hoewel dit resultaat een mogelijk leereffect niet uitsluit, het wel een eerste ondersteuning biedt aan de specificiteit van het effect voor de behandeling. Toekomstig onderzoek zal een grotere groep patiënten en controle personen moeten gebruiken. In de vorige paragraaf bleek dat de rol van de rechter hersenhelft bij herstel wisselend is; soms lijkt de rechter hersenhelft wel betrokken bij herstel, soms ook niet en soms werkt het herstel tegen. Ook in het onderzoek van Breier et al. (2009) is de rol van de rechter hersenhelft onduidelijk: alleen de patiënten die aanvankelijk verbeterden door de behandeling, maar deze verbetering vervolgens weer verloren, vertoonden verhoogde activiteit in de rechter hersenhelft. Richter, Miltner en Straube (2008) keken daarom specifiek naar de relatie tussen activiteit in de rechter hersenhelft en therapiesucces bij chronische afasie patiënten. Hersenactiviteit werd vergeleken met een controle groep van neurologisch normale proefpersonen. Alle patiënten kregen een twee weken durende CIAT behandeling. Taalprestatie werd voor en na de behandeling bij de patiënten gemeten met twee subtests van de Aachen Aphasia Test en twee subtests van de Amsterdam‐Nijmegen Everyday Languauge Test. Veranderingen in hersenactiviteit werden voor en na de behandeling gemeten middels fMRI tijdens het uitvoeren van een simpele leestaak en een complexe woordstam aanvultaak. Tijdens het eerste meetmoment (vooraf aan de behandeling) vertoonden de patiënten bij de leestaak een grotere activiteit in de rechter inferieure frontale gyrus (IFG) en de aangrenzende insula dan de controle proefpersonen. Dit was echter niet het geval bij de woordstam aanvultaak. Na de behandeling waren de patiënten op drie van de vier afasie subtests verbeterd. Echter, op groepsniveau werd er geen verandering in activiteit gevonden als gevolg van de therapie. Wel werd er een positieve correlatie gevonden tussen de activiteit in de rechter IFG en insula tijdens het eerste meetmoment en de mate van verbetering op de afasie subtests, zowel voor activiteit tijdens de leestaak als de woordstam aanvultaak. Geconcludeerd werd daarom dat de mate van activiteit in de rechter IFG en insula vooraf aan een CIAT behandeling therapiesucces voorspelt. Hoewel er dus geen 12
verandering in hersenactiviteit op groepsniveau werd gevonden, werden er wel veranderingen gevonden op individueel niveau (hierbij nam de activiteit in de rechter IFG en insula af wanneer de taalprestaties verbeterden). Toekomstig onderzoek zal dus mogelijk meer rekening moeten houden met individuele verschillen. In het in de vorige paragraaf besproken onderzoek van Raboyeau et al. (2008) bleek activiteit in de rechter IFG en insula toe te nemen onder invloed van training. Onduidelijk is waarom Raboyeau et al. (2008) wel en Richter et al. (2008) geen (of zelfs een negatieve) verandering van activiteit vonden. De tot nu toe besproken onderzoeken maakten allemaal gebruik van technieken (fMRI, EEG, MEG) om functioneel relevante hersengebieden te lokaliseren als het brein in werking is. Hierdoor konden veranderingen in hersenactiviteit worden waargenomen, maar is het onduidelijk gebleven of er ook structurele veranderingen in de hersenen optreden. Schlaug, Marchina en Norton (2009) toonden aan dat er ook op structureel niveau veranderingen kunnen optreden als gevolg van therapie. Bij zes patiënten met niet‐vloeiende afasie keken zij naar veranderingen in de witte stof banen van de rechter fasciculus arcuatis (AF). De onderzochte patiënten hadden allen minimaal een jaar geleden een beroerte gehad in de linker hemisfeer en kregen voor dit onderzoek een intensieve therapie, namelijk melodic intonation therapy. De linker AF was bij alle patiënten beschadigd en deze therapie zou specifiek homologe gebieden in de rechter hemisfeer stimuleren. Veranderingen in de witte stof van de AF werden gemeten met diffusion tensor imaging (DTI) en werden gecorreleerd met spontane spraak en prestaties op taken waarbij plaatjes en alledaagse handelingen moesten worden beschreven. Het aantal witte stof banen in de rechter AF bleek na de behandeling te zijn toegenomen. Ook verbeterden de patiënten op de onderzochte taken, maar dit leverde slechts een niet‐significante trend op wanneer dit werd gecorreleerd aan de veranderingen van de AF. Mogelijk wordt dit veroorzaakt door het relatief kleine aantal proefpersonen. Geconcludeerd werd dat de gevonden trend aantoont dat hoe meer een patiënt verbeterde, hoe meer witte stof banen werden gevonden. De in deze paragraaf besproken onderzoeken tonen aan dat herstel onder invloed van training of behandeling een dynamisch proces is en dat beide hersenhelften hierin een rol hebben. De prestaties van patiënten met amnestische afasie bleken te verbeteren na een training in het benoemen van objecten. Direct na de training bleken er andere hersengebieden te correleren met de prestatieverbetering dan enkele maanden later toen de patiënten nog steeds beter presteerden dan voor de training. Naast een training voor amnestische afasie, blijkt ook CIAT/CILT therapie te werken bij verschillende vormen van afasie in de chronische fase. Daarbij correleerden prestatieverbeteringen vooral met activiteitstoename in gebieden in de linker hersenhelft, maar ook met gebieden in de rechter hersenhelft. In sommige gevallen was de verbetering door de therapie ook maanden later nog meetbaar. De precieze bijdrage van de rechter hersenhelft is echter 13
onduidelijk. Het ene onderzoek vindt wel een rol van de rechter hersenhelft, het andere niet of in mindere mate. Mogelijk wordt dit veroorzaakt door individuele verschillen. Toekomstig onderzoek zal hier dus meer rekening mee moeten houden. Tot slot bleek dat er naast functionele verandering, ook structurele verandering mogelijk is door therapie. Conclusie In dit literatuuroverzicht werd ingegaan op de vraag wat de neurale basis is van herstel van taalvaardigheid na een afatische beroerte. Daarbij werd niet alleen gekeken naar studies waarin afasie patiënten enkel met neurologisch gezonde controle personen werden vergeleken, maar ook naar studies waarin de invloed van therapie en training op de hersenen werd onderzocht. Herstel van taalvaardigheid blijkt samen te gaan met veranderingen in hersenactiviteit in beide hersenhelften. De rol van de rechter hersenhelft is echter niet eenduidig. Daarnaast blijkt dat er verschillende hersengebieden betrokken zijn bij de verbetering van de taalvaardigheid, afhankelijk van de fase van herstel waarin de patiënt zich bevindt. In de eerste paragraaf is gebleken dat een verbetering in de taalproductie samen gaat met een bilaterale toename van activiteit in de superieure posterieure temporale cortex (Cardebat et al., 2003). Bij taalbegrip blijken de linker en rechter inferieure frontale gyri (IFG) de overgebleven taalfuncties te ondersteunen (Saur et al., 2006). In de acute en chronische fasen is vooral de linker IFG belangrijk voor herstel, terwijl in de subacute fase juist de rechter IFG herstel van taalbegrip bevordert. De rechter IFG is bovendien voor sommige patiënten essentieel voor de taalproductie in de subacute fase (Winhuisen et al., 2005). De rechter IFG lijkt echter vooral een ondersteunende rol te hebben en geen directe compenserende rol, aangezien ditzelfde gebied ook betrokken is bij verbeterde taalfuncties bij neurologisch gezonde personen (Raboyeau et al., 2008). Naast een ondersteunende rol van de rechter hersenhelft, lijkt activiteit in de rechter hersenhelft soms ook nadelige effecten te hebben. Zo blijkt het anterieure deel van het rechter homologe gebied van Broca de taalproductie juist te belemmeren (Naeser et al., 2005). Daarnaast tonen de in de tweede paragraaf besproken onderzoeken aan dat herstel van taalvaardigheid in de chronische fase van afasie mogelijk is en dat ook dit gepaard gaat met een toename van activiteit in beide hersenhelften. Bovendien is dit herstel een dynamisch proces; direct na een training van patiënten met amnestische afasie bleken er andere hersengebieden betrokken te zijn bij verbeteringen in taalvaardigheid dan acht maanden later (Menke et al., 2009). Ook blijkt een behandelingsmethode als CIAT/CILT geschikt om de taalvaardigheid te verbeteren in de chronische fase. Verbeterde taalvaardigheid als gevolg van deze behandeling bleek samen te hangen met een toename van activiteit in perilesionale gebieden in de linker hersenhelft (Meinzer et al., 2008) en gebieden in de rechter frontale cortex (Pulvermüller et al., 2005). De verbeteringen in 14
taalvaardigheid door CIAT/CILT zijn echter niet voor alle patiënten blijvend (Breier et al., 2009). Activiteit in de rechter IFG en insula blijkt het succes van een CIAT behandeling te voorspellen (Richter et al., 2008). Naast veranderingen op functioneel niveau, lijken de hersenen ook op structureel niveau te kunnen veranderen onder invloed van training (Schlaug et al., 2009). Een kritiekpunt op de onderzoeken naar de CIAT/CILT behandeling is het ontbreken van een controle groep. Alleen in het onderzoek van Breier et al. (2007) werden twee afasie patiënten met elkaar vergeleken, waarbij de ene patiënt wel een behandeling en de andere patiënt geen behandeling kreeg. Hierbij werden alleen verbeteringen in taalvaardigheid en veranderingen in hersenactiviteit gevonden bij de patiënt die een behandeling kreeg, waardoor het effect dus met grote waarschijnlijkheid kan worden toegeschreven aan de behandeling. Toekomstig onderzoek zal dit resultaat echter moeten repliceren met twee op elkaar afgestemde groepen afasie patiënten, waarbij de ene groep wel een behandeling krijgt en de andere groep niet. Ook moet erop gewezen worden dat de resultaten niet zonder meer gegeneraliseerd kunnen worden naar andere afasie populaties dan de onderzochte afasie patiënten. Om deel te mogen nemen aan een onderzoek, moesten de patiënten soms aan allerlei criteria voldoen. Het belangrijkste criterium was logischerwijs dat de ernst van de afasie gedragsmetingen niet onmogelijk mocht maken; het taalbegrip van de patiënten moest daarom wel zodanig zijn dat ze de taakinstructies nog konden begrijpen. In het onderzoek van Saur et al. (2006), die uitvoerig rapporteerden over het gebruikte selectieproces, voldeden er van de 198 aanvankelijk geworven afasie patiënten echter slechts 14 aan de criteria om deel te mogen nemen aan het onderzoek. Ondanks deze bezwaren valt toch niet te ontkennen dat behandeling effect heeft op de taalvaardigheid van afasie patiënten en de hersenen stimuleren om zich te reorganiseren. Vooral het gegeven dat de therapie in de chronische fase, waarin reorganisatie door spontaan herstel niet of nauwelijks meer optreedt, effectief is, biedt uitkomst voor deze patiënten. Deze verbeteringen in taalvaardigheid waren echter niet mogelijk geweest als het brein niet de eigenschap bezat om hersengebieden te herorganiseren. Het is dus dankzij deze plasticiteit dat afasie patiënten (gedeeltelijk) kunnen herstellen en communicatie weer mogelijk wordt gemaakt.
15
Literatuur Breier, J. I., Juranek, J., Maher, L. M., Schmadeke, S., Men, D., & Papanicolaou, A. C. (2009). Behavioral and neurophysiologic response to therapy for chronic aphasia. Arch Phys Med Rehabil, 90, 2026‐2033. Breier, J. I., Maher, L. M., Schmadeke, S., Hasan, K. M., & Papanicolaou, A. C. (2007). Changes in language‐specific brain activation after therapy for aphasia using magnetoencephalography: a case study. Neurocase, 13, 169‐177. Cardebat, D., Démonet, J. F., De Boissezon, X., Marie, N., Marié, R. M., Lambert, J., et al. (2003). Behavioral and neurofunctional changes over time in healthy and aphasic subjects: A PET language activation study. Stroke, 34, 2900‐2907. Crinion, J., & Price, C. J. (2005). Right anterior superior temporal activation predicts auditory sentence comprehension following aphasic stroke. Brain, 128, 2858‐2871. Hillis, A. E. (2007). Aphasia: Progress in the last quarter of a century. Neurology, 69, 200‐213. Johansson, B. B. (2000). Brain plasticity and stroke rehabilitation: The Willis Lecture. Stroke, 31, 223‐ 230. Kleim, J. A., & Jones, T. A. (2008). Principles of experience‐dependent neural plasticity: Implications for rehabilitation after brain damage. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 51, 225‐239. Meinzer, M., Flaisch, T., Breitenstein, C., Wienbruch, C., Elbert, T., & Rockstroh, B. (2008). Functional re‐recruitment of dysfunctional brain areas predicts language recovery in chronic aphasia. NeuroImage, 39, 2038‐2046. Menke, R., Meinzer, M., Kugel, H., Deppe, M., Baumgärtner, A., Schiffbauer, H., et al. (2009). Imaging short‐ and long‐term training success in chronic aphasia. BMC Neuroscience, 10, 118‐130. Naeser, M. A., Martin, P. I., Nicholas, M., Baker, E. H., Seekins, H., Kobayashi, M., et al. (2005). Improved picture naming in chronic aphasia after TMS to part of right Broca’s area: An open protocol study. Brain and Language, 93, 95‐105. Pulvermüller, F., Hauk, O., Zohsel, K., Neininger, B., & Mohr, B. (2005). Therapy‐related reorganization of language in both hemispheres of patients with chronic aphasia. NeuroImage, 28, 481‐489. Pulvermüller, F., Neininger, B., Elbert, T., Mohr, B., Rockstroh, B., Koebbel, P., et al. (2001). Constraint‐induced therapy of chronic aphasia after stroke. Stroke, 32, 1621‐1626. Raboyeau, G., De Boissezon, X., Marie, N., Balduyck, S., Puel, M., Bezy, C., et al. (2008). Right hemisphere activation in recovery from aphasia: Lesion effect or function recruitment? Neurology, 70, 290–298. 16
Richter, M., Miltner, W. H. R., & Straube, T. (2008). Association between therapy outcome and right‐ hemispheric activation in chronic aphasia. Brain, 131, 1391‐1401. Saur, D., Lange, R., Baumgaertner, A., Schraknepper, V.,Willmes, K., Rijntjes, M., et al. (2006). Dynamics of language reorganization after stroke. Brain, 129, 1371–1384. Schlaug, G., Marchina, S., & Norton, A. (2009). Evidence for plasticity in white‐matter tracts of patients with chronic Broca’s aphasia undergoing intense intonation‐based speech therapy. Annals of the New York Academy of Sciences, 1169, 385–394. Sims, N. R., & Muyderman, H. (2010). Mitochondria, oxidative metabolism and cell death in stroke. Biochimica et Biophysica Acta, 1802, 80‐91. Spironelli, C., Angrilli, A., & Pertile, M. (2008). Language plasticity in aphasics after recovery: Evidence from slow evoked potentials. NeuroImage, 40, 912‐922. Winhuisen, L., Thiel, A., Schumacher, B., Kessler, J., Rudolf, J., Haupt, W. F., et al. (2005). Role of the contralateral inferior frontal gyrus in recovery of language function in poststroke aphasia: A combined repetitive transcranial magnetic stimulation and positron emission tomography study. Stroke, 36, 1759‐1763.
17
Feedbackverslag In het boek van Starreveld (2007) staat inderdaad dat bij een publicatie met zes of meer auteurs al bij de eerste verwijzing de verkorte vorm mag worden gebruikt en dat in de literatuurlijst na de naam en initialen van de zesde auteur dan ‘et al.’ komt. Ik heb in de tekst en in de literatuurlijst daarom alle verwijzingen met meer dan zes auteurs aangepast naar de verkorte vorm. Verder heb ik alle aangegeven punten geprobeerd te verbeteren. Het laatste artikel van de tweede paragraaf over structurele veranderingen in de hersenen is echter niet verder te integreren, omdat er gebruik wordt gemaakt van een specifieke therapievorm die niet in een van de andere onderzoeken wordt gebruikt en ook specifiek kijkt naar de AF. Ik vond het artikel echter wel geschikt, omdat het juist laat zien dat er ook op structureel niveau veranderingen op kunnen treden, terwijl alle andere artikelen alleen naar functionele veranderingen kijken.
18