亜急性期脳卒中患者における両半球への経頭蓋直流刺激が上肢機能に及ぼす影響:症例研究~ニューロリハビリテーション研究センター

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運動を司る脳領域の損傷により、主動作筋と拮抗筋の同時収縮を認め、選択的な運動が失われることがあります。そのため、損傷した運動領域の機能回復を高める必要があります。経頭蓋直流電気刺激(tDCS)は、非侵襲的に大脳皮質活動を高める方法として用いられますが、亜急性期脳卒中患者に対する両側の一次運動野へのtDCS(Bi-tDCS)が及ぼす影響は明らかではありませんでした。 畿央大学大学院 博士後期課程 蓮井  成人 氏、 森岡 周 教授らは、宝塚リハビリテーション病院 芝 貴裕 氏、日本福祉大学 水田 直道 助教と共同で、Bi-tDCSを併用した上肢トレーニングが及ぼす影響について検証しました。この研究成果は、Frontiers rehabilitation science誌(Effect of bihemispheric transcranial direct current stimulation on upper limb function and corticospinal tract excitability in a patient with subacute stroke: a case study)に掲載されています。

研究概要

脳卒中後の上肢運動麻痺は日常生活を阻害します。上肢運動麻痺では遠位部の回復が遅れることが多く、異常なパターンが残ります。指を伸ばす筋肉の改善が上肢運動麻痺の回復の指標とされ、損傷半球の皮質脊髄路が運動機能回復に重要とされる一方で、脳卒中後は主動作筋と拮抗筋の同時収縮を認め、選択的な運動が失われることがあります。経頭蓋直流電気刺激(tDCS)は、非侵襲的に大脳皮質活動を高める方法として用いられています。しかし、両側の一次運動野へのtDCS刺激が損傷側一次運動野へのtDCS刺激よりも効果的であるかどうかは不明です。また亜急性期脳卒中患者における上肢運動時の遠位筋活動パターンや皮質脊髄路の興奮性に対する効果については詳しく検討されていません。畿央大学大学院 博士後期課程 蓮井  成人氏、森岡 周 教授らは、宝塚リハビリテーション病院 芝 貴裕 氏、日本福祉大学 水田 直道 助教と共同で、上肢トレーニング時に損傷側へのtDCS刺激と両側半球へのtDCS刺激を1週間ずつ行い、両側の一次運動野へのtDCS刺激が、上肢機能や皮質脊髄路の興奮性を高め過剰な同時収縮を抑えることを明らかにしました。

本研究のポイント

・上肢遠位に重度運動麻痺を有する脳卒中者1名を対象に、両側の一次運動野へのtDCSを併用したトレーニングを実施した。

・両側の一次運動野へのtDCSでは、筋活動や皮質脊髄路の興奮性を高め、過剰な同時収縮も抑制された。

・両側の一次運動野へのtDCSを併用した上肢機能訓練を行うことで、運動学的及び神経学的に良好な変化をもたらすことが示唆された。

研究内容

核磁気共鳴画像で右中大脳動脈に高信号の反応を示し左上下肢麻痺を呈した脳卒中患者1名を対象とした。発症3週間後の上肢のFMAスコアは38点でしたが、手関節2点、手指は0点と重度の運動麻痺を有していました。

A期では損傷側一次運動野へのtDCS刺激、B期では両側の一次運動野への刺激を併用しながら上肢トレーニングを行いました。

各セッションは1週間で、その間に3日間の偽刺激を行いました。評価時期は各セッション前後とし、上肢機能はBox and Block Test (BBT)、Fugl–Meyer Assessment (FMA)、総指伸筋と浅指屈筋の筋活動及び筋内コヒーレンス(β帯域:皮質脊髄路の興奮性を反映)としました(図1)。

図1. tDCS評価期間と電極装着位置

 

(A)損傷側刺激では、tDCSの陽極と陰極はそれぞれ損傷側の一次運動野と損傷していない前額面に配置し、両側刺激では、両側の一次運動野に電極を配置しました。各セッションは1週間、その間に3日間の偽刺激を行いました。(B)は各セッション前後の評価詳細を示しています。

 

研究の結果、BBTスコア、FMAともに改善していきました。また、EMGデータ解析の結果では、bihemispheric tDCSでは他のフェーズよりも有意に筋活動が上昇しました。加えて、総指伸筋-浅指伸筋の共収縮指数は、bihemispheric tDCSで減少しました(図2)。

 

図2. 各実験週における筋電図検査の時系列推移

 

図2. (A)課題(1サイクル)中の手関節の筋電図データの概要として、上から順に背屈筋、屈筋、共収縮筋を示しています。 (B-D)手関節と手指の筋電図。(B)手関節および手指の運動中の伸筋の筋活動であり、(c)は運動中の屈筋の筋活動、(D)伸筋と屈筋の共収縮指数を示しています。

 

さらに、手指運動時の活動筋-活動筋、活動筋-拮抗筋のコヒーレンスの結果は、bihemispheric tDCSは選択的運動に必要な筋活動や皮質脊髄路の興奮性増加、同時収縮を減少させることを示しました(図3)。

 

図3. (a,b)総指伸筋-総指伸筋または総指伸筋-浅指屈筋におけるβ帯域のコヒーレンス結果

 

両側刺激は手関節と手指の総指伸筋-総指伸筋コヒーレンスを増加させ総指伸筋-浅指屈筋の活動を減少させました。

本研究の臨床的意義および今後の展開

この研究では、上肢遠位に重度の運動麻痺を有する脳卒中患者を対象に、両側の一次運動野へのtDCSを併用した上肢トレーニングが、上肢機能や手関節及び手指運動時の皮質脊髄路興奮性や同時収縮に及ぼす影響について検証しました。結果として、両側の一次運動野へのtDCSの併用はFugl-Meyer AssessmentやBox and Block Test、筋活動及び皮質脊髄路興奮性を増加させ、同時収縮を減少させることが分かりました。今後は多くの症例を対象に、運動麻痺の重症度に合わせたtDCSの刺激方法によって上肢機能や皮質脊髄路興奮性に影響を及ぼすのかについて検証していく必要があります。

論文情報

Takahiro Shiba, Naomichi Mizuta, Naruhito Hasui, Yohei Kominami, Junji Taguchi, Tomoki Nakatani, Shu Morioka.

Effect of bihemispheric transcranial direct current stimulation on upper limb function and corticospinal tract excitability in a patient with subacute stroke: a case study.

Frontiers Rehabilitation Science. 2023

詳細▶︎https://www.kio.ac.jp/topics_press/81401/

注)プレスリリースで紹介している論文の多くは、単純論文による最新の実験や分析等の成果報告に過ぎました。 さらに研究や実験を進める必要があります。十分に配慮するようにしてください。

亜急性期脳卒中患者における両半球への経頭蓋直流刺激が上肢機能に及ぼす影響:症例研究~ニューロリハビリテーション研究センター

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