Neuropsychological Functions and Cognitive Neurorehabilitation in Multiple Sclerosis

Although cognitive difficulties are not frequently reported by patients among the initial symptoms of Multiple Sclerosis (MS), there is sufficient evidence that cognitive impairment is present from the early stage of the disease. Today it is commonly accepted that roughly one-half of individuals with MS will experience cognitive dysfunction over the course of the disease. Though MS was originally considered a disease of white matter, more recent investigations with advanced immunohistochemistry techniques have revealed that demyelination of gray matter is a common neuropathological feature in MS contributing significantly to cognitive impairment. However, despite now been recognized as a core symptom of MS, evidence up till now is only modest regarding the efficacy of pharmacological agents on cognitive dysfunction and non-pharmacological interventions such as cognitive rehabilitation also provide incomplete evidence on whether they might improve or stabilize cognitive impairment and especially over long follow up periods. Despite this general consensus, there are studies that have reported the efficacy of cognitive neurorehabilitation in reducing MS associated cognitive deficits. In this chapter we provide a selective review of the most relevant features related to this topic

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, Cognition, and Multiple Sclerosis: An Overview

Multiple sclerosis (MS) affects cognition in the majority of patients. A major aspect of the disease is brain volume loss (BVL), present in all phases and types (relapsing and progressive) of the disease and linked to both motor and cognitive disabilities. Due to the lack of effective pharmacological treatments for cognition, cognitive rehabilitation and other nonpharmacological interventions such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) have recently emerged and their potential role in functional connectivity is studied. With recently developed advanced neuroimaging and neurophysiological techniques, changes related to alterations of the brain’s functional connectivity can be detected. In this overview, we focus on the brain’s functional reorganization in MS, theoretical and practical aspects of rTMS utilization in humans, and its potential therapeutic role in treating cognitively impaired MS patients

Efficacy of a Computer-Assisted Cognitive Rehabilitation Intervention in Relapsing-Remitting Multiple Sclerosis Patients: A Multicenter Randomized Controlled Trial

Cognitive impairment is frequently encountered in multiple sclerosis (MS) affecting between 40–65% of individuals, irrespective of disease duration and severity of physical disability. In the present multicenter randomized controlled trial, fifty-eight clinically stable RRMS patients with mild to moderate cognitive impairment and relatively low disability status were randomized to receive either computer-assisted (RehaCom) functional cognitive training with an emphasis on episodic memory, information processing speed/attention, and executive functions for 10 weeks (IG; n=32) or standard clinical care (CG; n=26). Outcome measures included a flexible comprehensive neuropsychological battery of tests sensitive to MS patient deficits and feedback regarding personal benefit gained from the intervention on four verbal questions. Only the IG group showed significant improvements in verbal and visuospatial episodic memory, processing speed/attention, and executive functioning from pre - to postassessment. Moreover, the improvement obtained on attention was retained over 6 months providing evidence on the long-term benefits of this intervention. Group by time interactions revealed significant improvements in composite cognitive domain scores in the IG relative to the demographically and clinically matched CG for verbal episodic memory, processing speed, verbal fluency, and attention. Treated patients rated the intervention positively and were more confident about their cognitive abilities following treatment

The effects of an individualised cognitive-behavioral and electromyographic feedback intervention on HIV-seropositive patients.

Ph.D.The Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) has taken on pandemic proportions world wide, providing the health care system with the greatest challenge since its existence. At present, infection with the Human Immunodeficiency virus (HIV) is incurable, fatal and dangerously contagious influencing the health of the public as well as exerting profound effects on political, social and economic circumstances of the world. The challenge was and still is, to develop an effective treatment method for Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection and /or Clinical AIDS. Up to the present time no effective treatment method has been found, as the retroviral agents typically only cause a temporary inhibition of the progression of the HIV and not a permanent cessation of the activity of the virus. In the absence of any pharmacological treatment, behavioral interventions and in particular biopsychosocial interventions utilizing cognitive-behavioral therapy and ergometric aerobic exercise take on particular importance as adjunctive treatment methods, especially during the asymptomatic and early symptomatic HIV, (CDC stages 2 and 3 and WR stages 2-4 A), but non-Clinical AIDS stages. Adding Electromyographic-feedback assisted relaxation training to the above therapeutic modalities increased the likelihood of addressing specific physiological variables associated with HIV-seropositivity, and served as a direct operant intervention in indirectly enhancing immune system functioning, through psychophysiological mechanisms or by means of the relaxation effect which it produces. In South-Africa the HIV\ AIDS situation is further compounded by a number of social and economic factors in a society expressing rapid political changes against a background of apartheid. Herein, issues of poverty, violence, proper medical care for HIV sufferers, especially in the rural areas where antiviral medications and other health services are not easily accessible, inadequate housing and unemployment place even greater burdens on the already under-served HIV sufferer. With the above aspects in mind and considering the seriousness of the AIDS pandemic in South-Africa as well as the absence of effective pharmacological agents in curing this disease, an 8-week combined biopsychosocial treatment intervention utilizing individualised cognitive-behavioral therapy, aerobic exercise and Electromyographic-feedback assisted relaxation training was developed. The objective of this research was to determine whether the combined biopsychosocial treatment intervention that had been developed would serve as a successful adjunctive treatment method to the present pharmacological treatments, especially during the asymptomatic and early symptomatic stages of HIV-infection where the apparent sluggishness of immunological functioning may be most amenable to interventions that enhance effector functions and communication between CD4 T-lymphocytes, CD8 T-lymphocytes, macrophages and B cells via increases in lymphokine production. The intervention further aimed to decrease depression, physiological tension and anxiety and fatigue levels, as well as increase vigor-activity levels important in the overall health status of HIV-seropositive patients. The intervention was implemented on a group of South- African asymptomatic and early symptomatic (CDC stages 2 and 3 and WR stages 2-4 A) HIV- seropositives. The results of the research revealed no statistically significant between-group differences in any of the cellular immune measurements. Clinically and statistically significant withingroup differences were however found in baseline to post-test measures of total lymphocyte counts in subjects of the experimental group. Statistically significant between-group differences were also found in the tension-anxiety, depression-dejection, fatigue-inertia and vigor-activity levels of experimental subjects as compared to control group subjects. The study further found that subjects who recorded lower depression and tension-anxiety levels at baseline and post-intervention phases had higher CD4 -T lymphocyte counts and therefore, increased resistance to HIV-related infections and diseases. The study also revealed significant within-group differences in terms of the baseline to post-test relaxation effect of the EMG-feedback assisted relaxation training, as well as clinically significant within-group increases in the CD4-T lymphocyte counts of experimental subjects who experienced this relaxation effect

Νευροψυχολογική λειτουργία και συσχέτιση με τομογραφία εκπομπής μονήρους φωτονίου (SPECT) σε Έλληνες ασθενείς με σκλήρυνση κατά πλάκας: επίδραση ενός λογισμικού προγράμματος γνωστικής αποκατάστασης

SummaryWhile the prevalence and pattern of cognitive dysfunction in multiple sclerosis (MS) is well documented, cognitive deterioration remains one of the most disabling characteristics of MS, and among the most difficult symptoms to manage. The impact of cognitive dysfunction in this population is significant with negative consequences on activities of daily living, loss of employment and ultimately quality of life. Past and current pharmacological treatments have shown inconsistent findings in alleviating cognitive impairment in MS patients requiring further clarification This inconsistency regarding the effects of pharmacological interventions on cognition, coupled with the reduced ability to effectively handle everyday tasks, loss of employment and social interaction capacity, prioritizes the need for utilizing potentially more effective non-pharmacological, neurobehavioral interventions to adequately address cognitive dysfunction and everyday functioning abilities. Although the utilization of compensatory strategy training and use of external aids may be used in cognitively impaired MS patients with extensive brain atrophy, when neural plasticity mechanisms might be hampered and cortical reorganization of the brain is limited, restorative or functional cognitive training interventions utilizing either computer assisted or manualized interventions have demonstrated positive pre to post treatment effects, including good adherence, acceptability and safety rates. In this multicenter, randomized controlled trial we implemented a computer assisted (RehaCom software), functional training cognitive rehabilitation intervention of 10-weeks duration (twice weekly for 60 minutes), on (n =32) (Intervention group; IG), cognitively impaired relapsing remitting multiple sclerosis (RRMS) patients, with low disability status (EDSS = 3.14), and compared them to a demographically and clinically matched group of cognitively impaired RRMS patients (n =26) (Control group; CG), who received only standard clinical care. Our data showed, that this relatively short period of domain specific functional cognitive training (attention, processing speed, executive functions and episodic memory), was helpful in ameliorating the trained functions, and that effectiveness persisted at 6-months follow up for the attention domain. For the other trained domains, performance did not deteriorate to pretreatment levels after 6-months, implying a possible protective long-term effect of the intervention in terms of cognitive deterioration rate. Our findings are further supported by recent explorative functional neuroimaging studies, which have reported that cognitive rehabilitation interventions, including those that incorporated the RehaCom software, may induce an increase in the brain activation of treated patients and more efficient neural network activity.Another positive attribute of the rehabilitation intervention, was that the majority of treated MS patients responded positively at post treatment assessment to four verbal questions, related to the benefit gained from the intervention and their everyday functioning capacity. Moreover, a cohort of cognitively impaired RRMS patients (n=31), that underwent regional cerebral blood flow (rCBF) brain SPECT evaluation at baseline, demonstrated greater hypoperfusion rates in several predefined Brodmann areas and lobes of the brain, relative to demographically matched healthy controls according to an established normative database (NeuroGam). Furthermore, a different pattern of cortical hypoperfusion severity, between patients with more severe (n=19); (failed ≥ 2 cognitive tests on the administered neuropsychological battery at baseline with performance ≤ 1.5 SD below normative data mean) and less severe (n=12); (failed 1 cognitive test on the administered neuropsychological battery with performance ≤ 1.5 SD below normative data mean) cognitive deterioration was established. Another significant contribution of the study was the important associations that were established between results of perfusion decrements and neuropsychological performance. We found moderate associations between a measure of verbal fluency-language expression and reduced blood flow in the left posterior lateral prefrontal cortex, verbal episodic memory and hypoperfusion in the left temporal lobe, and strong relationships between two measures of executive functions, and severity of hypoperfusion in the left frontal lobes respectively. Overall, the study demonstrates the potential utility of brain perfusion SPECT in monitoring cognitively deteriorated RRMS patients, and due to its accessibility, relatively low cost, practical ease and provision of objective quantitative information, it may be utilized in order to complement neuropsychological assessment in surveillance of cognitive decline in RRMS patients.Εκτεταμένη ΠερίληψηΕνώ ο επιπολασμός και το μοτίβο γνωστικής δυσλειτουργίας στην Σκλήρυνση Κατά Πλάκας (ΣΚΠ), είναι καλά τεκμηριωμένα στην κλινική πράξη και επιστημονική βιβλιογραφία, η γνωστική εξασθένηση αποτελεί ένα από τα ανθεκτικότερα στον χειρισμό συμπτώματα της νόσου προκαλώντας σημαντική αναπηρία, με επιπτώσεις στην καθημερινή λειτουργικότητα, απώλεια της εργασίας και ποιότητα ζωής. Τα νοσοτροποποιητικά φάρμακα που χρησιμοποιούνται στην ΣΚΠ μπορούν δυνητικά να επηρεάσουν θετικά τις γνωστικές λειτουργίες του ασθενή. Ειδικότερα, όλα τα εγκεκριμένα νοσοτροποποιητικά φάρμακα μειώνουν τη συσσωρευμένη μη-αναστρέψιμη νευρολογική βλάβη, όπως διαπιστώνεται από την μείωση του όγκου βλαβών στις Τ1 και Τ2 ακολουθίες της μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου και μέσω μειωμένης εγκεφαλικής ατροφίας. Επιπροσθέτως, η μείωση της ενεργού φλεγμονής, πιθανών να συνεισφέρει ευεργετικά στις επιδόσεις των ασθενών στις νευροψυχολογικές δοκιμασίες. Παρόλα αυτά, αν και υπάρχουν ενδείξεις από παλαιότερες και νεότερες φαρμακευτικές μελέτες ότι οι νοσοτροποποιητικές θεραπείες επιβραδύνουν την εξέλιξη της γνωστικής δυσλειτουργίας στην ΣΚΠ, δεν υπάρχουν μέχρι σήμερα αδιάσειστα ευρήματα για κλινικά σημαντική βελτίωση των γνωστικών ελλειμμάτων με γενίκευση στην καθημερινή λειτουργικότητα. Ωστόσο, πρόσφατες νευροψυχολογικές μελέτες έχουν αναδείξει την σημαντική συνεισφορά νευροσυμπεριφορικών προσεγγίσεων στην αντιμετώπιση των γνωστικών ελλειμμάτων με παρεμβάσεις γνωστικής αποκατάστασης. Οι προσεγγίσεις γνωστικής αποκατάστασης που φαίνεται να έχουν την σημαντικότερη επίδραση είναι αυτές που χρησιμοποιούν λειτουργικές τεχνικές ενδυνάμωσης και επανεκπαίδευσης των γνωστικών λειτουργιών, ενισχύοντας την ενδογενή ευπλαστότητα του εγκεφάλου και βοηθώντας στην αντιστάθμιση της απώλειας στην φυσιολογική συνδεσιμότητα και κατ’ επέκταση στις γνωστικές διαταραχές. Προϋπόθεση επιτυχίας των παρεμβάσεων ενδυνάμωσης είναι να προσφέρονται έγκαιρα πριν η εγκεφαλική ατροφία ξεπεράσει ένα όριο. Οι παρεμβάσεις αυτές επιτυγχάνονται με την χρήση έντυπου υλικού και ειδικού λογισμικού σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (π.x., RehaCom). Περαιτέρω, υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις από λειτουργικές απεικονιστικές μελέτες (f-MRI), ότι ασθενείς με ΣΚΠ που συμμετείχαν σε παρεμβάσεις γνωστικής αποκατάστασης, υφίστανται εύπλαστες μεταβολές του εγκεφάλου τους, επιστρατεύοντας εναλλακτικές περιοχές, ενώ οι μεταβολές αυτές παρουσίασαν αυξημένη συσχέτιση με βελτίωση στις γνωστικές λειτουργίες που είχαν επανεκπαιδευτεί. Η λειτουργική νευροαπεικόνιση (f-MRI) αποτελεί πλέον ισχυρό σύμμαχο στην προσπάθεια να κατανοήσουμε καλύτερα τις διορθωτικές «εύπλαστες» διεργασίες του εγκεφάλου και την θεραπευτική αποτελεσματικότητα της γνωστικής αποκατάστασης σε ασθενείς με ΣΚΠ. Στην παρούσα μελέτη, εφαρμόζοντας ένα πολυκεντρικό (δυο κέντρα) τυχαιοποιημένο ελεγχόμενο ερευνητικό σχεδιασμό, διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα μιας λειτουργικής παρέμβασης ενδυνάμωσης και επανεκπαίδευσης των γνωστικών λειτουργιών, διάρκειας 10 εβδομάδων (2 συνεδρίες την εβδομάδα διάρκειας 60 λεπτών), σε ασθενείς με υποτροπιάζουσα διαλείπουσα ΣΚΠ που παρουσίαζαν γνωστική δυσλειτουργία. Συγκεκριμένα, με την χρήση του λογισμικού προγράμματος γνωστικής αποκατάστασης, γνωστό ως RehaCom, επανεκπαιδεύτηκαν (n=32) ασθενείς με υποτροπιάζουσα διαλείπουσα ΣΚΠ και σχετικά χαμηλό επίπεδο αναπηρίας (EDSS = 3.14), λειτουργώντας ως πειραματική ομάδα (ΠΟ), με εστίαση στις λειτουργίες της επεισοδιακής μνήμης, προσοχής, νοητικής ταχύτητας επεξεργασίας και επιτελικής λειτουργίας, ενώ συνέχιζαν να λαμβάνουν κανονικά την φαρμακευτική τους αγωγή και υπόλοιπη κλινική περίθαλψη. Μια δεύτερη ομάδα (n=26) ασθενών με υποτροπιάζουσα διαλείπουσα ΣΚΠ που παρουσίαζε γνωστική δυσλειτουργία, κλινικά και δημογραφικά εξισωμένη με την πρώτη, λειτουργώντας ως ομάδα ελέγχου (ΟΕ), συνέχισε την τυπική φαρμακευτική αγωγή και κλινική περίθαλψη για την ίδια περίοδο των 10 εβδομάδων, χωρίς ωστόσο, να δέχεται παρέμβαση γνωστικής αποκατάστασης. Οι δυο ομάδες συγκρίθηκαν πριν την έναρξη και αμέσως μετά την λήξη του προγράμματος γνωστικής αποκατάστασης με περιεκτική συστοιχία νευροψυχολογικών δοκιμασιών, ενώ η πειραματική ομάδα αξιολογήθηκε και 6 μήνες μετά την λήξη της παρέμβασης αποκατάστασης. Τα δεδομένα έδειξαν ότι η σχετικά σύντομη περίοδος των 10 εβδομάδων παρέμβασης, είχε θετική αποτελεσματικότητα στις γνωστικές λειτουργίες που επανεκπαιδεύτηκαν, ενώ παρουσίασε και χρόνια θετική επίδραση, αφού διατηρήθηκαν τα θετικά αποτελέσματα για τουλάχιστον 6 μήνες στο πεδίο της προσοχής, ενώ στα υπόλοιπα γνωστικά πεδία η επίδοση στις νευροψυχολογικές δοκιμασίες δεν έπεσε στα επίπεδα που καταγράφηκαν πριν την παρέμβαση, υποδεικνύοντας την πιθανή προστατευτική επίδραση της, στον ρυθμό γνωστικής εξασθένησης. Δεν διαπιστώθηκαν παρόμοια θετικά αποτελέσματα στην ομάδα ελέγχου. Τα ευρήματα μας, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υποστηρίζονται από πρόσφατες μελέτες λειτουργικής νευροαπεικόνισης (f-MRI), που αναφέρουν ότι οι παρεμβάσεις γνωστικής αποκατάστασης σε ασθενείς με ΣΚΠ, συμπεριλαμβανομένης αυτές που έκαναν χρήση του λογισμικού RehaCom, οδηγούν στην αναδιοργάνωση του εγκεφαλικού φλοιού, αντισταθμίζοντας την απώλεια της φυσιολογικής συνδεσιμότητας, με αποτέλεσμα την καλύτερη αποδοτικότητα των νευρωνικών δικτύων και βελτίωση της γνωστικής λειτουργίας. Η θετική έκβαση του προγράμματος γνωστικής αποκατάστασης, διαπιστώθηκε περαιτέρω από την υποβολή των ασθενών της πειραματικής ομάδας σε 4 λεκτικές ερωτήσεις μετά την ολοκλήρωση της θεραπείας, σχετικά με την αποδοτικότητα του προγράμματος σε προσωπικό επίπεδο. Οι πλειοψηφία των ασθενών της ομάδας αυτής ανέφερε θετική επίδραση στις γνωστικές λειτουργίες που γενικεύτηκε στην καθημερινή τους λειτουργικότητα. Πολύ ενδιαφέροντα ευρήματα προέκυψαν και από την αξιολόγηση πριν την έναρξη του προγράμματος γνωστικής αποκατάστασης, με τομογραφία εκπομπής μονήρους φωτονίου (SPECT), δηλαδή την μέτρηση/απεικόνιση της περιοχικής αιματικής εγκεφαλικής ροής (rCBF), σε μια επιμέρους ομάδα (n= 31) ασθενών, από το σύνολο των ασθενών με υποτροπιάζουσα διαλείπουσα ΣΚΠ, που συμμετείχαν στην μελέτη αποκατάστασης. Ειδικότερα, στους ασθενείς αυτούς, διαπιστώθηκε υψηλότερος βαθμός/ρυθμός περιοχικής υποαιμάτωσης σε διάφορες προκαθορισμένες εγκεφαλικές περιοχές, σύμφωνα με την χαρτογράφηση Brodmann, και λοβούς του εγκεφάλου, συγκριτικά με δημογραφικά εξισωμένη ομάδα ελέγχου που είναι ενσωματωμένη στην βάση δεδομένων αναφοράς φυσιολογικής αιμάτωσης του προγράμματος ανάλυσης της SPECT μελέτης γνωστό ως NeuroGam. Μια άλλη σημαντική συνεισφορά της μελέτης, ήταν οι συσχετίσεις που βρέθηκαν μεταξύ της τοπικής αιματικής ροής (υποαιμάτωσης) και την επίδοση σε ορισμένες νευροψυχολογικές δοκιμασίες. Πιο συγκεκριμένα, διαπιστώθηκαν μέτριες συσχετίσεις μεταξύ μιας δοκιμασίας λεκτικής ευφράδειας - γλωσσικής έκφρασης και μειωμένης τοπικής αιματικής ροής στον αριστερό οπίσθιο πλάγιο προμετωπιαίο λοβό και στην δοκιμασία λεκτικής επεισοδιακής μνήμης με την υποαιμάτωση στον αριστερό έσω κροταφικό λοβό. Επιπλέον, βρέθηκαν ισχυρές συσχετίσεις μεταξύ δυο δοκιμασιών που εκτιμούν την επιτελική λειτουργία, αλλά με υψηλή φόρτιση στην γλώσσα και τον βαθμό υποαιμάτωσης στον αριστερό μετωπιαίο λοβό αντίστοιχα. Περαιτέρω, διαπιστώθηκε διαφορετικό μοτίβο τοπικής εγκεφαλικής αιματικής ροής και σοβαρότητα στον ρυθμό υποαιμάτωσης, ανάμεσα σε δυο υπό-ομάδες ασθενών με ΣΚΠ, που προέκυψαν με βάση τα διαφορετικά επίπεδα γνωστικής εξασθένησης που εμφάνιζαν. Η πρώτη ομάδα (n=19), είχε γνωστικά ελλείμματα σε δύο ή περισσότερα γνωστικά πεδία, με επιδόσεις ≤ 1.5 ΤΑ χαμηλότερες από τα κανονιστικά δεδομένα, και η δεύτερη ομάδα (n=12), είχε γνωστικό έλλειμμα σε ένα μόνο γνωστικό πεδίο, με επίδοση ≤ 1.5 ΤΑ χαμηλότερη από τα κανονιστικά δεδομένα. Συνολικά, η μελέτη SPECT ανέδειξε το δυναμικό χρησιμότητας της μεθόδου αυτής, στην αξιολόγηση γνωστικά εξασθενημένων ασθενών με ΣΚΠ και τα ευρήματα μας, συνυπολογίζοντας την ευκολία πρόσβασης, το σχετικά χαμηλό κόστος και την παροχή αντικειμενικών ποσοτικών δεδομένων που προσφέρει, συνηγορούν θετικά στην χρήση της ως συμπληρωματική μέθοδο επιτήρησης, ανίχνευσης και παρακολούθησης της γνωστικής δυσλειτουργίας σε ασθενείς με υποτροπιάζουσα διαλείπουσα ΣΚΠ

From Broca and Wernicke to the Neuromodulation Era: Insights of Brain Language Networks for Neurorehabilitation

Communication in humans activates almost every part of the brain. Of course, the use of language predominates, but other cognitive functions such as attention, memory, emotion, and executive processes are also involved. However, in order to explain how our brain “understands,” “speaks,” and “writes,” and in order to rehabilitate aphasic disorders, neuroscience has faced the challenge for years to reveal the responsible neural networks. Broca and Wernicke (and Lichtheim and many others), during the 19th century, when brain research was mainly observational and autopsy driven, offered fundamental knowledge about the brain and language, so the Wernicke-Geschwind model appeared and aphasiology during the 20th century was based on it. This model is still useful for a first approach into the classical categorization of aphasic syndromes, but it is outdated, because it does not adequately describe the neural networks relevant for language, and it offers a modular perspective, focusing mainly on cortical structures. During the last three decades, neuroscience conquered new imaging, recording, and manipulation techniques for brain research, and a new model of the functional neuroanatomy of language was developed, the dual stream model, consisting of two interacting networks (“streams”), one ventral, bilaterally organized, for language comprehension, and one dorsal, left hemisphere dominant, for production. This new model also has its limitations but helps us to understand, among others, why patients with different brain lesions can have similar language impairments. Furthermore, interesting aspects arise from studying language functions in aging brains (and also in young, developing brains) and in cognitively impaired patients and neuromodulation effects on reorganization of brain networks subserving language. In this selective review, we discuss methods for coupling new knowledge regarding the functional reorganization of the brain with sophisticated techniques capable of activating the available supportive networks in order to provide improved neurorehabilitation strategies for people suffering from neurogenic communication disorders.</jats:p

From Broca and Wernicke to the Neuromodulation Era: Insights of Brain Language Networks for Neurorehabilitation

Communication in humans activates almost every part of the brain. Of course, the use of language predominates, but other cognitive functions such as attention, memory, emotion, and executive processes are also involved. However, in order to explain how our brain “understands,” “speaks,” and “writes,” and in order to rehabilitate aphasic disorders, neuroscience has faced the challenge for years to reveal the responsible neural networks. Broca and Wernicke (and Lichtheim and many others), during the 19th century, when brain research was mainly observational and autopsy driven, offered fundamental knowledge about the brain and language, so the Wernicke-Geschwind model appeared and aphasiology during the 20th century was based on it. This model is still useful for a first approach into the classical categorization of aphasic syndromes, but it is outdated, because it does not adequately describe the neural networks relevant for language, and it offers a modular perspective, focusing mainly on cortical structures. During the last three decades, neuroscience conquered new imaging, recording, and manipulation techniques for brain research, and a new model of the functional neuroanatomy of language was developed, the dual stream model, consisting of two interacting networks (“streams”), one ventral, bilaterally organized, for language comprehension, and one dorsal, left hemisphere dominant, for production. This new model also has its limitations but helps us to understand, among others, why patients with different brain lesions can have similar language impairments. Furthermore, interesting aspects arise from studying language functions in aging brains (and also in young, developing brains) and in cognitively impaired patients and neuromodulation effects on reorganization of brain networks subserving language. In this selective review, we discuss methods for coupling new knowledge regarding the functional reorganization of the brain with sophisticated techniques capable of activating the available supportive networks in order to provide improved neurorehabilitation strategies for people suffering from neurogenic communication disorders