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A neural signature for brain compensation in stroke with EEG and TMS: Insights from the DEFINE cohort study - 06/07/24

Doi : 10.1016/j.neucli.2024.102985 
Guilherme JM Lacerda a, b, Kevin Pacheco-Barrios a, d, Sara Pinto Barbosa b, Lucas M Marques b, Linamara Battistella b, c, Felipe Fregni a,
a Neuromodulation Center and Center for Clinical Research Learning, Spaulding Rehabilitation, Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, United States 
b Instituto de Medicina Física e Reabilitação, Hospital das Clínicas HCFMUSP, Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brazil 
c Departamento de Medicina Legal, Bioética, Medicina do Trabalho e Medicina Física e Reabilitação do da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP), São Paulo, Brazil 
d Universidad San Ignacio de Loyola, Vicerrectorado de Investigación, Unidad de Investigación para la Generación y Síntesis de Evidencias en Salud, Lima, Peru 

Corresponding author at: Harvard Medical School, Harvard T.H. Chan School of Public Health, Neuromodulation Center and Center for Clinical Research Learning, Spaulding Rehabilitation, Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, USA, 1575 Cambridge Street, Cambridge, MA, 02138, United States.Harvard Medical School, Harvard T.H. Chan School of Public Health, Neuromodulation Center and Center for Clinical Research Learning, Spaulding Rehabilitation, Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, USA1575 Cambridge StreetCambridgeMA02138United States

Abstract

Objective

This study aimed to explore the relationships between potential neurophysiological biomarkers and upper limb motor function recovery in stroke patients, specifically focusing on combining two neurophysiological markers: electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS).

Methods

This cross-sectional study analyzed neurophysiological, clinical, and demographical data from 102 stroke patients from the DEFINE cohort. We searched for correlations of EEG and TMS measurements combined to build a prediction model for upper limb motor functionality, assessed by five outcomes, across five assessments: Fugl-Meyer Assessment (FMA), Handgrip Strength Test (HST), Finger Tapping Test (FTT), Nine-Hole Peg Test (9HPT), and Pinch Strength Test (PST).

Results

Our multivariate models agreed on a specific neural signature: higher EEG Theta/Alpha ratio in the frontal region of the lesioned hemisphere is associated with poorer motor outcomes, while increased MEP amplitude in the non-lesioned hemisphere correlates with improved motor function. These relationships are held across all five motor assessments, suggesting the potential of these neurophysiological measures as recovery biomarkers.

Conclusion

Our findings indicate a potential neural signature of brain compensation in which lower frequencies of EEG power are increased in the lesioned hemisphere, and lower corticospinal excitability is also increased in the non-lesioned hemisphere. We discuss the meaning of these findings in the context of motor recovery in stroke.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Stroke, Neuromodulation, Neuroplasticity, TMS, Transcranial magnetic stimulation, EEG, Electroencephalography, Motor, Recovery, Neural signature, Fugl-Meyer, Handgrip, Finger Tapping, Nine-Hole Peg Test, Pinching, Theta/Alpha ratio, Theta/Alpha oscillations, Theta oscillation, Alpha oscillation


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Vol 54 - N° 5

Article 102985- septembre 2024 Retour au numéro
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  • Exploring the effect of the nerve conduction distance on the MScanFit method ofmotor unit number estimation (MUNE)
  • H.Evren Boran, Halil Can Alaydin, Ilker Arslan, Ozlem Kurtkaya Kocak, Hasan Kılınc, Bulent Cengiz
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  • Posterior insula repetitive transcranial magnetic stimulation for chronic pain in patients with Parkinson disease – pain type matters: A double-blinded randomized sham-controlled trial
  • Victor Rossetto Barboza, Gabriel Taricani Kubota, Valquíria Aparecida da Silva, Luciana Mendonça Barbosa, Debora Arnaut, Antônia Lilian de Lima Rodrigues, Ricardo Galhardoni, Egberto Reis Barbosa, Andre Russowsky Brunoni, Manoel Jacobsen Teixeira, Rubens Gisbert Cury, Daniel Ciampi de Andrade

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