en English is Íslenska

Thesis University of Iceland > Heilbrigðisvísindasvið > B.S. verkefni - Heilbrigðisvísindasvið >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1946/24613

Title: 
  • The use of high-density EEG to map out cortical motor activity and reorganization following lower-limb amputation
Submitted: 
  • May 2016
Abstract: 
  • Introduction: Studies have shown that after amputation, changes occur in the sensory and motor cortex. These changes are called cortical reorganization, where adjacent cortical areas occupy the cortical area of the amputated limb. High-density electroencephalography (EEG) has been used to observe cortical reorganization in the motor cortex following upper limb amputation. The aim of this study was to use high-density EEG to map out motor cortical activity and cortical reorganization following lower limb amputation.
    Materials and methods: One healthy and one left transfemoral amputee participated in the study. Using a 256-electrode, high-density EEG system, EEG signals were acquired while participants performed sets of motor tasks. The amputated participant was asked to try to voluntarily execute each movement for the missing limb, not simply imagine the movement. EMG data was acquired simultaneously. Participants walked on a treadmill for four minutes while EEG and EMG data was recorded. The EEG data was mapped onto structural MRI brain images and motor activity generated by each set of movement was localized in the motor cortex. Additionally, diffusion tensor imaging analysis of neural tracts was performed.
    Results: By mapping the cortical surface potential over time, cortical activity was observed in different parts of the brain, e.g. the visual cortex, prefrontal cortex and the motor cortex. For the amputated participant, motor representations for movement tasks were mapped out and showed additional cortical activity located more laterally than expected from somatotopic maps of the motor cortical homunculus. This additional cortical activity was not observed for the healthy participant.
    Discussion: The results indicate that motor cortical activity and cortical reorganization following lower limb amputation can be observed using high-density EEG. More measurements and data analysis is required, e.g. with the use of other processing software. The diffusion tensor images show neural tracts but further work is needed to evaluate whether white matter changes associated with the amputation can be observed. The method could be used to evaluate the effects of high-tech myoelectric prostheses with sensory feedback on cortical reorganization. It would also be interesting to further investigate the connection between cortical reorganization and phantom limb pain.

  • is

    Inngangur: Rannsóknir sýna að eftir aflimun verða breytingar á svæðum í heilaberki. Þessar breytingar kallast endurskipulagning (e. cortical reorganization) og gerast bæði í skynberki og hreyfiberki, þar sem heilasvæði aðlægra líkamshluta þenjast inn í svæði aflimaða líkamshlutans. Há-þéttleika heilarafrit (e. EEG) hefur verið notað til þess að meta endurskipulagninu hreyfibarkar eftir aflimun á efri útlim. Markmið rannsóknarinnar var að kanna hvort hægt væri að nota há-þéttleika heilarafrit til þess að kortleggja heilavirkni í hreyfiberki og meta endurskipulagningu í kjölfar aflimunar á neðri útlim.
    Efniviður og aðferðir: Þátttakendur voru tveir, einn með aflimun við lærlegg og einn án aflimunar. Há-þéttleika heilarafrit með 256 rafskautum var notað til að mæla heilavirkni á meðan þátttakendur framkvæmdu mismunandi endurteknar hreyfingar á neðri útlimum. Þátttakandinn með aflimun var beðinn um að reyna meðvitað að framkvæma hreyfingarnar þeim megin sem aflimunin er en ekki bara ímynda sér hreyfingarnar. Vöðvarafrit (e. EMG) mældi virkni vöðva samtímis. Þátttakendur gengu á hlaupabretti í fjórar mínútur á meðan heilarafrit og vöðvarafrit voru mæld. Segulómmynd (e. MRI) af heila var tekin af þátttakendum. Staðsetning heilavirkni fyrir hverja hreyfingu var reiknuð út frá heilarafritsmerkjunum og segulómsmyndinni. Að auki var diffusion tensor myndtækni (e. Diffusion tensor imaging) beitt til þess að kortleggja taugabrautir í heila þátttakenda.
    Niðurstöður: Kortlagning yfirborðsspennu yfir tíma sýndi virkni í heilaberki frá sjónberki að hreyfiberki. Hjá þátttakandanum með aflimun sást auka virkni í hreyfiberki hliðlægt við fótleggjasvæði í hreyfiberki sem ekki sást í þátttakandanum án aflimunar.
    Ályktanir: Niðurstöðurnar benda til þess að hægt sé að rannsaka endurskipulagninu í hreyfiberki eftir aflimun á neðri útlim með há-þéttleika EEG. Þörf er á frekari mælingum og úrvinnslu, t.d. með nýjum úrvinnsluforritum. DTI aðferðin sýnir corticospinal taugabrautirnar en meiri vinnu þarf til að sjá hvort um rýrnun sé að ræða þeim megin sem tilheyrir aflimuninni. Aðferðin gæti verið notuð til að meta áhrif hátækni gerviútlima sem er stjórnað af vöðvavirkni og veita notendum upplýsingar um afstöðu útlimsins (e. sensory feedback). Einnig væri áhugavert að skoða tengsl draugaverkja og endurskipulagningar en magn endurskipulagningar sem á sér stað hefur verið tengt við styrk draugaverkja.

Accepted: 
  • May 12, 2016
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/24613


Files in This Item:
Filename Size VisibilityDescriptionFormat 
The use of high-density EEG to map out cortical motor activity and reorganization following lower-limb amputation - Valur Guðnason.pdf572.06 kBOpenHeildartextiPDFView/Open