TMS en MRI na CVA Rick M. Dijkhuizen, Ph.D. Biomedical MR Imaging and Spectroscopy Group Center for Image Sciences Universitair Medisch Centrum Utrecht r.m.dijkhuizen@umcutrecht.nl

Revalidatie met hersenstimulatie? news.uic.edu/new-stroke-research-combines-brain-stimulation-gait-training MRI TMS

Herstelmogelijkheden na beroerte Trombolyse Revalidatie From Dirnagl and Endres, Stroke 2014

Herstel na een beroerte Adaptieve hersenplasticiteit? Disconnectie Reorganisatie Langhorne et al., Lancet 2011

Translationele neuroimaging met MRI Diermodellen voor beroerte Middle cerebral artery occlusion Rat brain

Locale en globale hersenveranderingen na CVA Functionele MRI Diffusie tensor imaging Human brain Rat brain MRI van acute ischemische lesie Revalidatie +/- Herstel +/- Verandering in hersenactiviteit Modificatie van neuronale connecties Reorganisatie van neurale netwerken

Functionele MRI van hersenactiviteit Taak-gerelateerde fMRI - Gecombineerd met taak/stimulatie - Signaalrespons op taak/stimulatie Functionele activatie ‘Resting-state’ fMRI - Tijdens rusttoestand - Gesynchroniseerde spontane signalen Functionele connectiviteit Biswal et al., Magn Reson Med 1995

fMRI tijdens handbeweging (r) Verschuiving van lateralisatie Verandering in hersenactivatie na beroerte Controle Acuut/subacuut Chronisch fMRI tijdens handbeweging (r) Verschuiving van lateralisatie Normalisatie Mens Rat 3 days 2 weeks fMRI tijdens voorpootstimulatie (r) Grefkes and Ward, Neuroscientist 2014; Dijkhuizen et al., PNAS 2001

* * Verandering in hersenconnectiviteit na beroerte Controle Acuut/subacuut Chronisch Mens * < 2 weken 3 maanden Functionele connectiviteit motorische cortex Verminderde interhemisferische functionele connectiviteit Normalisatie * Rat 3 dagen 2 weken Park et al., Stroke 2011; Van Meer et al., J Neurosci 2010

Interhemisferische functionele connectiviteit vs. functioneel herstel Interhemisferische connectiviteit (between right and left S1fl) Functional connectivity (z’) between right and left S1fl Sensorimotorische functie Large stroke Medium stroke Sensorimotor performace score Time post-stroke (days) Large stroke Medium stroke Time post-stroke (days) Van Meer et al., J Neurosci 2010

Interhemisferische balans Silasi and Murphy, Neuron 2014 Interhemisferische communicatie via corpus callosum Handhaving balans tussen excitatie en inhibitie Wederzijdse inhibitie voor motorische coördinatie

Interhemisferische imbalans na beroerte Stroke in rat brain Diffusie tensor imaging van witte stof banen Schaechter et al., Hum Brain Mapp 2009 Stroke patient Interhemisferische communicatie via corpus callosum Handhaving balans tussen excitatie en inhibitie Wederzijdse inhibitie voor motorische coördinatie

Interhemisferische imbalans na beroerte Silasi and Murphy, Neuron 2014 Interhemisferische communicatie via corpus callosum Handhaving balans tussen excitatie en inhibitie Wederzijdse inhibitie voor motorische coördinatie

Interhemisferische imbalans na beroerte Stroke Brain stimulation Silasi and Murphy, Neuron 2014

Neuromodulatie door non-invasieve hersenstimulatie Magnetic pulses induce electrical currents in brain Transcranial magnetic stimulation (TMS) Direct current flow through brain Transcranial direct current stimulation (tDCS) Anodal High frequency cortical excitability  Cathodal cortical excitability  Low frequency Hypothese: Herhaalde TMS (rTMS) (gecombineerd met revalidatietherapie) → aanhoudende adaptatie van neuronale activiteit en connectiviteit

Effecten van rTMS op motorische functie na beroerte Openstaande vragen: Werkingsmechanisme? Optimaal protocol? Duur van effecten? Invloed van CVA kenmerken? Prognostische factoren? … Hsu et al., Stroke 2012

Preklinische studie Klinische studie Translationeel onderzoek naar behandelingseffecten van rTMS Preklinische studie Julia Boonzaier CVA in rattenmodel Diverse TMS protocollen MRI Gedragstesten Histologie Klinische studie CVA patiënten Contralesionale cTBS MRI Gedragstesten Eline van Lieshout

Klinische trial – B-STARS RCT: Brain STimulation for Arm Recovery after Stroke (B-STARS) Patiënten: - Eenzijdig infarct; 1-2 wkn na beroerte (UMC Utrecht/Hoogstraat) - Milde tot matige hemiparese Behandeling: - cTBS (n=30) of sham-cTBS (n=30) van contralaterale M1 - Gecombineerde hand/arm training - 10 dagelijkse sessies gedurende 2 wkn Uitkomstmaten: - Primair: ARAT score (3 mnd) - Secundair: diverse gedragsmaten (ICF model); MRI parameters - Tijdstippen: 1-3 d pre; 1 d, 1 w, 1 m, 3 m, 6 m, 1 j post behandeling

Betrokkenen UMC Utrecht/De Hoogstraat Rehabilitation, Brain Center Rudolf Magnus Center of Excellence for Rehabilitation Medicine Annet Slabbekoorn, Wilma Jentink, Prof. Anne Visser-Meily Department of Neurology Dr. Bart van der Worp, Prof. Jaap Kappelle Department of Psychiatry Petar Petrov, Dr. Bas Neggers UMC Utrecht, Center for Image Sciences Biomedical MR Imaging and Spectroscopy Group Julia Boonzaier, Eline van Lieshout, Dr. Geralda van Tilborg, Prof. Rick Dijkhuizen Department of Radiology Dr. Hans Hoogduin, Prof. Jeroen Hendrikse VUMC Amsterdam Department of Rehabilitation Medicine Prof. Gert Kwakkel