Relationship Between Cortical Excitability Changes and Cortical Thickness in Subcortical Chronic Stroke

Abstract

Structural and functional changes of the corticospinal tract (CST) after ischemic stroke have been related to motor recovery processes. Cortical thickness (CoT), a measure of brain cortical structure, might serve as a biomarker to improve current prediction models. Different studies have observed cortical thinning or, less common, thickening after stroke. However, the associations between CoT and clinical motor function or the functional integrity of the CST remain unclear. In the present study, whole-brain and region of interest analyses were conducted in fourteen chronic subcortical stroke patients to explore how CoT is related to motor function or to transcranial magnetic stimulation (TMS)-derived measurements of CST function, namely properties of the recruitment curve of the maximum motor evoked potentials. As a control group, 17 healthy participants were used. Bilateral, predominantly ipsilesional, cortical thinning was observed in the patients when compared with controls in primary and secondary motor and non-motor brain regions. Nonetheless, these CoT alterations were neither associated with clinical motor function nor with CST excitability. Future studies including layer-based CoT analyses are warranted to shed further light on the interrelationships between brain structure, CST function, and motor function after stroke.

Strukturelle und funktionelle Veränderungen des kortikospinalen Trakts (CST) nach einem ischämischen Schlaganfall können zur Vorhersage der Erholung der motorischen Funktion herangezogen werden. Die kortikale Dicke (CoT), ein Maß für die kortikale Struktur des Gehirns, könnte ein Biomarker sein, mit dem derzeitige Vorhersagemodelle weiter verbessert werden könnten. Verschiedenen Studien haben eine Ausdünnung oder, seltener, eine Verdickung des Kortex nach einem Schlaganfall beobachtet. Die Zusammenhänge zwischen CoT und der klinischen motorischen Funktion oder der funktionellen Integrität der CST sind jedoch weiterhin nicht gut verstanden. In der vorliegenden Studie wurden bei 14 chronischen Schlaganfallpatienten mit subkortikalen Läsionen Ganzhirnanalysen und regionsspezifische Analysen durchgeführt, um zu untersuchen, wie die CoT mit der motorischen Funktion und mit Maßen der kortikospinalen Erregbarkeit, quantifiziert durch Analyse von Rekrutierungskurven von magnetisch evozierten motorischen Potenzialen, zusammenhängt. Als Kontrollgruppe wurden Daten von 17 gesunden Probanden herangezogen. Bei den Patienten wurde im Vergleich zu den Kontrollpersonen eine bilaterale, vorwiegend ipsiläsionale kortikale Ausdünnung in primär und sekundär motorischen und nicht-motorischen Hirnregionen beobachtet. Diese CoT-Veränderungen waren jedoch weder mit der motorischen Funktion noch mit der Erregbarkeit des CST verbunden. Weitere Studien, z.B. auch unter Anwendung schichtbasierter CoT-Analysen, sind gerechtfertigt, um die die Zusammenhänge zwischen der Hirnstruktur und der CST-Funktion und der motorischen Funktion nach einem Schlaganfall weiter besser zu erfassen.