Involvement of cortico-subcortical circuits in normoacousic chronic tinnitus: A source localization EEG study

To better characterize brain circuits dysfunctions in normoacousic tinnitus sufferers. Methods: 17 normoacousic chronic, unilateral high-pitched tinnitus sufferers (6 females, 43.6 ± 9.8 y.o, disease duration 22 ± 35 months) underwent a 29-channel resting-state electroencephalography (EEG – 5 min opened-eyes, 5 min closed-eyes) and auditory oddball paradigm for event-related potentials analyses (ERPs – N1, P2 and P300). Cortical 3D distribution of current source density was computed with sLORETA. Results were compared with 17 controls (9 females, 45.7 ± 15.1 y.o). Results: Eyes opened, tinnitus sufferers had lower alpha and beta sources in the left inferior parietal lobule. Eyes closed, tinnitus sufferers had decreased alpha sources in the left inferior temporal and post-central gyri, and low gamma sources in the left middle temporal gyrus. EEG data did not correlate with tinnitus sufferers’ clinical features. Subjects with tinnitus had shorter N1 and P2 latencies. P300 did not differ between groups. sLORETA solutions showed decreased sources of these ERPs in the left inferior temporal gyrus in the tinnitus group. Conclusions: We showed cortico-thalamo-cortical involvements in normoacousic tinnitus with hyperexcitability of the left auditory cortex and inferior temporal gyrus. Significance: This might reflect processes of maladaptive cortical plasticity and memory consolidation. Further validation is needed to establish the value of this tool in customizing therapeutic approach

Rehabilitation of COVID-19 patients

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COVID-19 rehabilitation units are twice as expensive as regular rehabilitation units

Objective: The COVID-19 pandemic has caused significant motor, cognitive, psychological, neurological and cardiological disabilities in many infected patients. Functional rehabilitation of infectious COVID-19 patients has been implemented in the acute care wards and in appropriate, ad hoc, multidisciplinary COVID-19 rehabilitation units. However, because COVID-19 rehabilitation units are a clinical novelty, clinical and organizational benchmarks are not yet available. The aim of this study is to describe the organizational needs and operational costs of such a unit, by comparing its activity, organization, and costs with 2 other functional rehabilitation units, in San Raffaele Hospital, Milan, Italy. Methods: The 2-month activity of the COVID-19 Rehabilitation Unit at San Raffaele Hospital, Milan, Italy, which was created in response to the emergency need for rehabilitation of COVID-19 patients, was compared with the previous year's activity of the Cardiac Rehabilitation and Motor Rehabilitation Units of the same institute. Results: The COVID-19 Rehabilitation Unit had the same number of care beds as the other units, but required twice the amount of staff and instrumental equipment, leading to a deficit in costs. Discussion: The COVID-19 Rehabilitation Unit was twice as expensive as the 2 other units studied. World health systems are organizing to respond to the pandemic by expanding capacity in acute intensive care and sub-intensive care units. This study shows that COVID-19 rehabilitation units must be organized and equiped according to the clinical and rehabilitative needs of patients, following specific measures to prevent the spread of infection amongs patients and workers

Perceiving What Is Reachable Depends on Motor Representations: Evidence from a Transcranial Magnetic Stimulation Study

Background: Visually determining what is reachable in peripersonal space requires information about the egocentric location of objects but also information about the possibilities of action with the body, which are context dependent. The aim of the present study was to test the role of motor representations in the visual perception of peripersonal space. Methodology: Seven healthy participants underwent a TMS study while performing a right-left decision (control) task or perceptually judging whether a visual target was reachable or not with their right hand. An actual grasping movement task was also included. Single pulse TMS was delivered 80 % of the trials on the left motor and premotor cortex and on a control site (the temporo-occipital area), at 90 % of the resting motor threshold and at different SOA conditions (50ms, 100ms, 200ms or 300ms). Principal Findings: Results showed a facilitation effect of the TMS on reaction times in all tasks, whatever the site stimulated and until 200ms after stimulus presentation. However, the facilitation effect was on average 34ms lower when stimulating the motor cortex in the perceptual judgement task, especially for stimuli located at the boundary of peripersonal space. Conclusion: This study provides the first evidence that brain motor area participate in the visual determination of what is reachable. We discuss how motor representations may feed the perceptual system with information about possibl

Rôle des informations somesthésiques dans la modulation de l'excitabilité des aires corticales motrices et influence de la stimulation magnétique répétitive

La réalisation d'un mouvement volontaire implique la mise en jeu de structures cérébrales responsables des étapes de planification, de programmation, d'exécution et d'arrêt du mouvement. Par leur action via des circuits intracorticaux excitateurs et inhibiteurs, les influx sensoriels afférents générés au cours du mouvement semblent jouer un rôle primordial dans l'exécution et l'arrêt du mouvement, en limitant en particulier la survenue de mouvements parasites. Les objectifs de ce travail de thèse étaient d'étudier l'activité électrique des aires cérébrales impliquées dans le contrôle moteur et l'excitabilité du cortex moteur primaire liées aux influx sensoriels afférents à l'aide de deux outils électrophysiologiques complémentaires : l'électroencéphalographie (EEG) et la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Nous voulions d'une part déterminer de quelle façon l'activité du cortex sensorimoteur pouvait être modulée par les afférences sensorielles et d'autre part à quel point une modulation de cette excitabilité corticale pourrait influencer le contrôle moteur. Les rythmes EEG sont caractérisés par leur fréquence, leur amplitude, leur localisation et leur réactivité à un événement, c'est-à-dire la variation d'amplitude du signal EEG liée à un événement. Les rythmes mu et bêta, enregistrés en regard de la région centrale, sont associés au comportement moteur. La méthode des Désynchronisations et Synchronisations Liées à l'Evénement (DLE/SLE) permet l'étude de la réactivité des rythmes EEG. Elle consiste à déterminer l'évolution temporelle de la puissance du signal EEG dans une bande de fréquence donnée avant, pendant et après un événement. La DLE, qui correspond à une diminution d'amplitude du signal, serait le reflet de l'activation des neurones corticaux impliqués dans la préparation et l'exécution du mouvement. La SLE des rythmes bêta reflète quant à elle une augmentation de la puissance du signal après la fin du mouvement. Sa signification est encore discutée. Elle serait liée à la désactivation des neurones corticaux impliqués dans la programmation motrice mais serait également fortement dépendante des afférences sensorielles puisqu'elle disparaît sous ischémie. La SMT consiste en l'induction d'un courant électrique au niveau cérébral à partir de deux bobines délivrant un champ magnétique à la surface du scalp. Appliquée en regard du cortex moteur à une intensité supraliminaire, la SMT évoque une réponse musculaire, le potentiel évoqué moteur, dont l'amplitude est le reflet de l'état d'excitabilité de la voie corticospinale, elle-même dépendante des multiples influences (notamment sensorielles) qui s'exercent sur l'aire motrice primaire. La SMT répétitive (SMTr) permet quant à elle de modifier temporairement l'excitabilité corticale. Ainsi, une stimulation à haute fréquence du cortex moteur primaire augmente l'excitabilité de ce dernier alors qu'une stimulation basse fréquence la diminue. Dans ce travail, nous avons tout d'abord voulu déterminer si l'analyse de la SLE bêta pouvait être un bon moyen d'étude du traitement cortical des afférences sensorielles. Pour cela nous avons comparé, dans un groupe de sujets sains, la SLE bêta induite par un mouvement volontaire à des SLE bêta provoquées par différents types de stimulations périphériques. Cette étude nous a permis de conclure que les caractéristiques de la SLE bêta (amplitude et durée) sont étroitement dépendantes des afférences sensorielles et que la SLE bêta dépend du type de fibres sensorielles stimulées et de la durée de stimulation. La SLE bêta reflèterait donc une période d'inhibition corticale post-mouvement étroitement dépendante des afférences sensorielles. Elle permet donc l'étude des mécanismes corticaux de traitement des informations sensorielles liées au mouvement, mécanismes intervenant dans les processus d'intégration sensorimotrice. A la suite de ce travail mené chez le sujet sain, nous avons étudié l'intégration sensorimotrice (ISM) et l'excitabilité corticale chez des patients souffrant de myoclonies corticales. Les myoclonies corticales sont de brèves secousses musculaires provoquées par l'action et qui sont dues à une hyperexcitabilité du cortex sensorimoteur. Plusieurs arguments suggèrent des anomalies d'ISM chez ces patients. Nous avons voulu déterminer si ces anomalies impliquaient également le contrôle moteur et si elles pouvaient être détectées au cours d'un mouvement volontaire par la technique des D/SLE. Nous n'avons pas mis en évidence d'anomalie des D/SLE des rythmes bêta. En revanche, la DLE des rythmes mu, témoin de l'activation nécessaire à la programmation et l'exécution du mouvement était plus ample que les sujets témoins. Ceci confirme l'hyperexcitabilité corticale présente chez ces patients. L'étude de la SLE bêta n'a montré aucune anomalie des interactions sensorimotrices au cours du mouvement volontaire. En revanche, protocoles de SMT nous ont permis de mettre en évidence un défaut d'inhibition intracorticale et un dysfonctionnement de l'ISM à courte latence liée aux fibres extéroceptives chez les patients myocloniques. Par ailleurs, l'ISM à longue latence qui pourrait être le corrélat de la SLE bêta était normale, ce qui semble en accord avec les résultats obtenus en EEG. Toutes ces anomalies sont en faveur d'une déficience des mécanismes d'inhibition corticale, probablement responsable de l'hyperexcitabilité rapportée. Nous avons donc tenté, dans la dernière partie de ce travail, de diminuer l'excitabilité du cortex moteur primaire chez des patients souffrant de myoclonies corticales, afin de déterminer si cette diminution pouvait avoir un bénéfice clinique. Pour cela, nous avons d'abord évalué les effets de la SMTr du cortex moteur primaire et du cortex prémoteur, à basse et haute fréquence et à différentes intensités sur les courbes entrée-sortie - témoignant de l'excitabilité de la voie corticospinale - de trois muscles du membre supérieur chez des sujets sains. Cette étude nous a permis d'approfondir nos connaissances sur les effets de la stimulation magnétique répétitive sur les circuits moteurs intracorticaux en montrant notamment qu'une stimulation basse fréquence du cortex prémoteur était plus efficace qu'une stimulation du cortex moteur primaire. Les effets inhibiteurs d'une telle stimulation ont ensuite été étudiés chez une patiente souffrant de myoclonies corticales. Nous avons ainsi mis en évidence une amélioration de ses symptômes, et des bénéfices cliniques accrus après deux jours de stimulation consécutifs. Nos résultats confirment donc l'intérêt du cortex moteur/prémoteur comme cible thérapeutique de la stimulation magnétique répétitive, tout en en soulevant les limites de cette méthodologie.LILLE2-BU Santé-Recherche (593502101) / SudocSudocFranceF

The differential modulation of the ventral premotor-motor interaction during movement initiation is deficient in patients with focal hand dystonia.

A major feature of focal hand dystonia (FHD) pathophysiology is the loss of inhibition. One inhibitory process, surround inhibition, for which the cortical mechanisms are still unknown, is abnormal in FHD. Since the ventral premotor cortex (PMv) plays a key role in the sensorimotor processing involved in shaping finger movements and has many projections onto the primary motor cortex (M1), we hypothesized that the PMv-M1 connections might play a role in surround inhibition. A paired-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) paradigm was used in order to evaluate and compare the PMv-M1 interactions during different phases (rest, preparation and execution) of an index finger movement in FHD patients and controls. A sub-threshold conditioning pulse (80% resting motor threshold) was applied to the PMv 6 ms before M1 stimulation. Right abductor pollicis brevis, a surround muscle, was the target muscle. In healthy controls, the results show that PMv stimulation induced an ipsilateral ventral premotor-motor inhibition at rest. This cortico-cortical interaction changed into an early facilitation (100 ms before movement onset) and turned back to inhibition 50 ms later. In FHD patients, this PMv-M1 interaction and its modulation were absent. Our results show that although the ipsilateral ventral premotor-motor inhibition does not play a key role in the genesis of surround inhibition, PMv has a dynamic influence on M1 excitability during the early steps of motor execution. The impaired cortico-cortical interactions observed in FHD patients might contribute, at least in part, to the abnormal motor command

Efficacy of virtual reality to reduce chronic low back pain: Proof-of-concept of a non-pharmacological approach on pain, quality of life, neuropsychological and functional outcome.

OBJECTIVES:Chronic pain, such as low-back pain, can be a highly disabling condition degrading people's quality of life (QoL). Not every patient responds to pharmacological therapies, thus alternative treatments have to be developed. The chronicity of pain can lead to a somatic dysperception, meaning a mismatch between patients' own body perception and its actual physical state. Since clinical evaluation of pain relies on patients' subjective reports, a body image disruption can be associated with an incorrect pain rating inducing incorrect treatment and a possible risk of drug abuse. Our aim was to reduce chronic low-back pain through a multimodal neurorehabilitative strategy using innovative technologies to help patients regain a correct body image. METHODS:Twenty patients with chronic low-back pain were included. Before and after treatment, patients underwent: a neurological exam; a neuro-psychological evaluation testing cognitive functions (memory, attention, executive functions) and personality traits, QoL and mood; pain ratings; sensorimotor functional abilities' testing. Patients underwent a 6 week-neurorehabilitative treatment (total 12 sessions) using virtual reality (VRRS system, Khymeia, Italy). Treatment consisted on teaching patients to execute correct movements with the painful body parts to regain a correct body image, based on the augmented multisensory feedback (auditory, visual) provided by the VRRS. RESULTS:Our data showed significant reductions in all pain rating scale scores (p<0.05); significant improvements of QoL in the domains of physical functioning, physical role functioning, bodily pain, vitality, and social role functioning; improvements in cognitive functions (p<0.05); improvements in functional scales (p<0.05) and mood (p = 0.04). CONCLUSION:This non-pharmacological approach was able to act on the multi-dimensional aspects of pain and improved patients' QoL, pain intensity, mood and patient's functional abilities

Kinematic analysis of thumb trajectory.

<p>Data represent the velocity and acceleration of the thumb as a function of the SOA (No-TMS, 50ms–100ms pooled and 200ms–300ms pooled conditions) and for the different sites stimulated (occipito-temporal complex, motor cortex, premotor cortex).</p

Effect of the SOA and the site where TMS was delivered on reaction times in the right-left decision task.

<p>(a) Data represent absolute reaction times (ms) and standard deviations in for the different SOA conditions (no TMS, 50ms, 100ms, 200ms, 300ms) and the different sites stimulated (occipito-temporal complex, motor cortex, premotor cortex). (b). Data represent relative reaction times (ms) and standard deviations according to the no-TMS condition in the different conditions.</p