Neuronal correlates of the mirror illusion in normal subjects and stroke patients

Einführung: Spiegeltherapie wird zunehmend in der Therapie von Schmerzsyndromen und den Symptomen nach Schlaganfall eingesetzt. Positive Effekte auf Motorik und Sensibilität sind beschrieben. Der Effekt des Spiegels auf die Hirnaktivität, insbesondere der beiden Hemisphären, bei Gesunden als auch bei Schlaganfallpatienten ist noch unzureichend geklärt. Methoden: Untersucht wurden 15 gesunde, rechtshändige Probanden, sowie 5 Schlaganfallpatienten mit schwerer Armparese, die Finger-Daumen- Oppositionsbewegungen unter normaler (NOR) und gespiegelter (MIR) visueller Kontrolle durchführten. Die Normalprobanden beobachteten anschließend dieselben Bewegungen einer fremden Hand (OBS). Mit SPM8 wurden die fMRT Daten analysiert. Für Normalprobanden erfolgte eine Gruppenanalyse für den Kontrast MIR > NOR und umgekehrt, sowie für den Kontrast der Beobachtung einer rechten (RH) und linken Hand (LH). Mit jeweils der bewegten > der statischen Bedingung wurde für MIR, NOR und OBS eine Lateralisierungsanalyse der aktivierten Areale anhand von Zuordnungen der SPM Anatomy Toolbox durchgeführt. Für alle Probanden und Patienten wurde schließlich der Kontrast MIR > NOR und umgekehrt auch auf Einzelebene gerechnet und die Aktivierungsstärke bei Normalprobanden mit der Bewegungsgeschwindigkeit und subjektiver Stärke der Spiegelillusion korreliert. Ergebnisse: Der Kontrast MIR > NOR auf Gruppenebene zeigte lateralisierte Gehirnaktivierungen im Precuneus jeweils kontralateral zur visuell wahrgenommenen Hand. Der Kontrast OBS RH > LH und umgekehrt führte zu keiner signifikanten Aktivierung. In der Berechnung jeweils der bewegten > statischen Kondition fanden sich signifikante Aktivierungen in den Arealen BA 2, 3b, 4, 44 und 6, in V5 und dem SPL 5 und 7. Hierbei zeigte sich in BA 4 eine Lateralisierung strikt kontralateral zur bewegten Hand, wohingegen die Lateralisierung der primär sensorischen Areale durch die Art der visuellen Wahrnehmung (NOR oder MIR) beeinflussbar war. Auf Einzelebene konnte bei den meisten Patienten die in der Gruppenanalyse beobachtete lateralisierte Aktivierung im Precuneus festgestellt werden. Schlussfolgerungen: Ein Effekt auf die Aktivität im Precuneus zeigte sich nur durch die Anwendung von gespiegelter visueller Rückkopplung, nicht aber bei reiner Beobachtung einer rechten oder linken Hand. Dies bedeutet, dass die Spiegeltherapie, nicht aber die Videotherapie, eine lateralisierte kortikale Aktivierungsänderung auslöst. Die Lateralisierungsanalyse ergab einen direkten Einfluss der Spiegelillusion nur auf die primär sensorischen, nicht auf die primär motorischen Areale. Dies legt unterschiedliche Wirkmechanismen der Spiegeltherapie bezüglich motorischer, im Gegensatz zu sensorischer Erholung nach Schlaganfall nahe, insbesondere auch mit unterschiedlichen Zeitverläufen. Der auch auf Einzelebene an Patienten beobachtete Effekt des Spiegels spricht dafür, dass die an Normalprobanden beschriebenen kortikalen Korrelate der Spiegeltherapie wahrscheinlich vergleichbar sind für Schlaganfallpatienten.Introduction: Mirror therapy is increasingly employed for the treatment of pain syndrome and symptoms following stroke. Positive effects on motor and sensory functions have been described. The mirror’s effect on brain activity, especially of the two hemispheres, in patients and healthy controls, is still not fully understood. Methods: 15 healthy right-handed subjects and 5 stroke patients with severe arm paresis performed finger-thumb opposition movements under normal (NOR) and mirrored (MIR) visual control in an fMRI setting. Normal subjects then observed those same movements performed by a third person’s hand (OBS). Data was analysed with SPM8. A group analysis of the contrasts MIR > NOR and vice versa as well as OBS RH > LH and vice versa was carried out for normal subjects. With the respective moved > static condition of MIR, NOR and OBS, a laterality analysis was conducted for detected regions mapped by the Anatomy Toolbox. Finally, for all participants, MIR > NOR and vice versa was also calculated on a single subject level and normal subject’s activation strength was correlated with movement speed and reported subjective strength of the mirror illusion. Results: Contrasting MIR > NOR on the group level showed lateralised cerebral activations at Precuneus contralateral to the observed hand. The comparison of OBS RH > LH and vice versa provoked no significant activation. When calculating the moved > static condition, significant activations were seen in area BA 2, 3b, 4, 44 and 6, in V5 as well as SPL 5 and 7. BA 4 was lateralised strictly contralateral to the moved hand, while lateralisation of primary somatosensory areas proved to be dependent on the type of visual feedback (NOR or MIR). On a single subject level, the mirror’s effect was similar for most patients. Conclusion: An effect on Precuneus was only observed during movement mirroring, not during movement observation of a right or a left hand. This shows that mirror therapy elicits lateralised cortical activation changes, while video therapy does not. Laterality analysis showed a direct influence of the mirror illusion only on primary somatosensory areas, but not on primary motor areas. This implies a different working mechanism of mirror therapy for motor and sensory recovery after stroke as well as different processing. The effect of the mirror could also be found in most of the patients. Therefore cortical correlates of mirror therapy described in healthy controls probably also apply for stroke patients