Meny

Afasi og plastisitet: hvordan språkbearbeidelsen i hjernen kan endre seg etter skade

Innledning

Hvordan endrer hjernen seg – både gjennom livet og etter skader? Hvordan er hjerneaktiviteten knyttet til språklige prosesser hos afasirammede sammenlignet med friske personer? Påvirkes endringer av språkaktivitet i hjernen av ulike faktorer som f.eks. forløpet eller behandlingen?

Frank Becker er lege og hjerneforsker. Etter at han flyttet fra Tyskland til Norge i 1998 har han for det meste arbeidet ved Sunnaas sykehus og Universitetet i Oslo, men er for tiden ansatt ved nevrokirurgisk avdeling på St. Olavs hospital i Trondheim. I januar i år forsvarte han sin doktorgradsavhandling om språklydprosessering ved afasi
og om plastiske endringer etter
hjerneskade. Hans faglige og forskningsmessige hovedinteresser er rehabilitering av pasienter med ervervet hjerneskade, kognitive funksjoner, afasi og plastisitet.
Foto: Frode Hansen, VG

De siste 25 årene har hjerneforskningen fått nye metoder til å studere hjerneaktivitet. Resultater fra studier som bruker disse metodene har gitt oss ny viten om hvordan hjernen kan endre sin funksjon og sin strukturelle oppbygging. Man har funnet at slike endringer – plastisitet – ikke bare kan settes i gang etter en skade, men at de faktisk skjer i hjernen hele tiden. Den senere tid har det også blitt gjennomført studier som har sett på endringer i hjernens språkaktivitet hos afasirammede. Resultatene tydeliggjør kompleksiteten i prosessene som utspiller seg i hjernen etter en skade.

Denne artikkelen skal gi en oversikt over denne forskningen. Den er basert på ikkesystematisk litteratursøk og egen forskning. Innledningsvis vil det bli gitt en meget kort oversikt over språkbearbeidelse i den friske hjernen. Deretter vil konseptet plastisitet bli definert og presentert. Fordi de nye forskningsmetodene har vært avgjørende for utviklingen av feltet, følger en framstilling av metodene inkludert deres svakheter og styrker. Deretter gis det en rekke eksempler på hvordan språklig aktivitet er endret hos pasienter med afasi og hvordan ulike faktorer ser ut til å påvirke plastisiteten.

Hjernen og språk

Det er i sammenheng med denne artikkelen ikke mulig å gi en utfyllende framstilling av hjernens strukturelle og funksjonelle oppbygning. Dette avsnittet skal derfor kun gi en meget kort skisse over hvordan hjernen bearbeider språk i den grad det er nødvendig som grunnlag for forståelse av resten av artikkelen.

Hjernen, og i forbindelse med denne artikkelen menes herved storhjernen, kan ut fra dens funksjon deles i primære, sekundære og tertiære områder (Hartje & Poeck 2002). I primær hjernebark når informasjonen fra sanseorganene storhjernen. I de sekundære områdene blir signalene fra sanseorganene satt sammen til større enheter. Informasjonen fra sanseorganene som i utgangspunktet består av mange biter blir på denne måten integrert og i den videre bearbeidingen behandlet som én enhet. Dette innebærer at informasjonen til en viss grad blir fortolket slik at det som oppfattes som vesentlig blir vektlagt, mens mindre viktig informasjon blir nedprioritert. I tertiære områder blir informasjon fra de ulike sansemodalitetene integrert. Her finner vi høyere kognitive funksjoner som kreativitet, planlegging mm. Når man f.eks. hører en språklig beskjed som ”Kast ballen til meg!”, innebærer det involvering av både primære områder (hørselsbark hvor impulser fra ørene når hjernebarken), sekundære områder (områder i tinninglappene hvor signalene om enkelte akustiske frekvenser blir analysert og sammensatt til informasjonsenheter tilsvarende stavelser og ord) og tertiære områder (områder fordelt over store deler av hjernebarken hvor betydningen av ordene er konseptualisert, hvor den nye informasjonen knyttes til tidligere kognitive og emosjonelle erfaringer med ballkasting mm.).

Storhjernen består av to hjernehalvdeler, hemisfærer, som på visse områder er spesialiserte. Hos de fleste mennesker foregår språkbearbeidelse primært i venstre hjernehalvdel, som også kalles for den språkdominante hemisfæren. Hjerneområdene som er en del av språkfunksjonsnettverket er lokalisert rundt den såkalte sylviske fissur som er hjernefuren som skiller panne- fra isselappen. På 1800-tallet ble det beskrevet et fremre språkområde i nedre pannelapp (Broca) og et bakre språkområde i øvre tinningog nedre isselapp (Wernicke). Ifølge den mest brukte modellen for språkprosessering i hjernen, Wernicke-Geschwind-modellen (se f.eks. Goodglass 1993 for en modifisert versjon av modellen), er det fremre språkområdet vesentlig for språkproduksjon, mens det bakre språkområdet er spesialisert på språkforståelse.

Nyere forskning om språkbearbeidelse indikerer at store deler av hjernen er involvert i normal språkprosessering, ikke kun Broca’s og Wernicke’s område (Demonet og medarbeidere 2005; Wise 2003). Det har gjennom historien vært mange diskusjoner om hvor ”modul-organisert” hjernen er, dvs. hvor lokalisert enkelte hjernefunksjoner er i hjernen. Holistiske tilnærminger foreslår at mer eller mindre hele hjernen er involvert i høyere hjernefunksjoner (Hughlings-Jackson 1878), mens assosiasjonister hevder at hver funksjon er lokalisert til et begrenset, spesifikt hjerneområde, også kalt modul (Geschwind 1965). Den for tiden dominerende oppfatningen synes å være at visse hjerneområder er spesialisert for enkelte funksjoner, men at det er utstrakte forbindelser mellom de ulike områdene slik at så å si all hjerneaktivitet medfører aktivering av store nettverk fordelt over store deler av hjernen. Anatomiske studier viser at det er mange forbindelser mellom språkområdene i venstre hjernehalvdel, og også mellom disse områdene og de tilsvarende områdene i motsatt hemisfære. Venstre hjernehalvdel er den mest aktive under språkprosessering, men nettverket innebefatter altså begge storhjernehalvdeler, og det synes å være individuelle forskjeller i hvor lateralisert språkbearbeidelsen er.

Forskning fra de senere år når det gjelder forståelse av auditivt presentert språk viser at informasjonen som når hjernebarken i det primære hørselsområdet (Heschl’s hjernefure), videre bearbeides på to ulike veier: i en dorsal (bakre) og en ventral (fremre) informasjonsstrøm (se f.eks. Hickok & Poeppel 2007). Begge strømmer fører signaler fra tinninglappen til frontale arealer i Broca’s område, men de to strømmene er funksjonelt forskjellige: Mens den ventrale strømmen for det meste bearbeider egenskaper relatert til meningsinnholdet i en auditiv språkstimulus (”hva-strøm”), er den dorsale informasjonsstrømmen mer knyttet til formelle aspekter spesielt relatert til lydens fonologiske og fonetiske egenskaper (”hvor-strøm”). Sammenfattet tegner bildet av språkbearbeidelse i hjernen seg som mer komplekst enn tidligere modeller kan ha gitt inntrykk av. Bearbeidelse av språklige signaler involverer mange hjerneområder rundt den sylviske fissur i venstre hemisfære. Flere veier av informasjonsbearbeidelse eksisterer i venstre hemisfære, men også områder i motsatt hjernehalvdel er involvert.

Plastisitet

Plastisitet kan defineres som hjernens evne til å endre struktur og funksjon (Pascual- Leone og medarbeidere 2005). Hjernen oppfattes dermed ikke som et statisk organ som ikke forandrer seg nevneverdig etter dens utvikling gjennom barne- og ungdomsperioden, men som en dynamisk enhet som er i stadig tilpasning og endring. Enhver sensorisk input, bevegelse, assosiasjon, belønning, mental plan og erkjennelse utløser forandringer i hjernen. Plastisitet anses dermed som en obligatorisk og integrert del av hjernens funksjon. Plastisitet finner sted i hjernen din nå mens du leser denne teksten – ellers vil du etterpå ikke kunne huske noe av det du har lest. Nervesystemet og spesielt hjernen har dermed en unik evne til å kunne forandre seg i møte med ytre stimuli, men samtidig er den stabil nok til at ikke alle ytre innflytelser har en umiddelbar, for stor påvirkning på den. I noen sammenhenger brukes begrepet plastisitet kun om prosesser på nervecellenivå, men i denne artikkelen menes altså hjernens generelle evne til å forandre sin struktur og funksjon som definert ovenfor.

Plastiske endringer skjer ved hjelp av to mekanismer som illustreres gjennom en studie hvor friske testpersoner lærte seg en enkel motorisk oppgave: Over fem uker skulle de lære seg å spille en lett enhånds-sekvens på piano gjennom daglige øvelser á 30 minutter, i fem dager per uke (Pascual-Leone og medarbeidere 1995). Allerede etter tre dager kunne forskerne rett etter øvingsseansen påvise en umiddelbar økning av hjerneaktivitet i hjernebarkens område for hånden som ble trent. Denne økningen i aktivitet etter øvelsesøkten kunne deretter påvises etter treningen hver dag framover; den ble større dag for dag. For å se etter mer varige endringer ble hjerneaktiviteten også målt foran hver øvelse, og etter noen uker kunne man registrere en merkbar økning av aktiviteten (i forhold til hjerneområdet som styrer hånden som ikke ble trent) også før hver øvelse. Denne studien viser 1) at trening fører til en umiddelbar økning av hjerneaktivitet rett etter treningen og 2) at repetisjoner fører til en vedvarende økning av hjerneaktivitet. Interessant nok fant forskerne at aktivitetsøkningen som ble målt etter hver øvelse etter hvert avtok i størrelse, samtidig som den varige aktivitetsøkningen bygget seg opp.

Ulike mekanismer i hjernen bidrar til plastiske forandringer i hjernen: vi kan skille mellom prosesser på cellenivå og på nettverksnivå. På cellenivå finnes mekanismer som f.eks. oppjustering av elektrisk aktivitet (langtidspotensiering, LTP (Bliss & Lømo 1973)), økt antall forbindelser mellom nerveceller (knoppskyting (f.eks. Lamprecht & LeDoux 2004)) og aktivering av såkalte stille forbindelser mellom nerveceller (Malenka & Nicoll 1997). Nyere studier har dessuten vist at støttecellene i hjernen, den såkalte nevroglia, ikke barer forsyner nervecellene med surstoff og næringsstoffer, men også direkte påvirker signaloverføringen (Fields & Stevens-Graham 2002). Selv om man inntil nylig trodde at dette ikke var mulig i det hele tatt, vet man nå også at det i enkelte tilfeller finnes nydanning av nerveceller også i hjernen hos voksne (Steindler & Pincus 2002).

Også forandringer på nettverksnivå er involvert i plastisitet: Allerede tidlig på 1900-tallet ble det hevdet at en skade ett sted i hjernen kan føre til forandringer i hjerneaktiviteten andre steder i hjernen, såkalt diaschisis (von Monakov 1914). Videre kan man tenke seg at en viss funksjon, f.eks. språkproduksjon, er styrt av et nervecellenettverk flere plasser i hjernen. Når ett område og dermed en del av nettverket blir skadet, kan de fortsatt fungerende delene av nettverket reorganisere seg og dermed muliggjøre at den tapte funksjonen gjenvinnes. I tillegg har man også funnet indikasjoner på at et funksjonelt nettverk i spesielle tilfeller kan overta funksjoner fra et annet, f.eks. at synshjernebarken hos blinde kan være aktivert når hjernen bearbeider hørselsinntrykk (Kujala og medarbeidere 2000).

De ovennevnte prosessene utspiller seg ikke uavhengig av hverandre, men det synes å foreligge et komplekst samspill. Hvor stor betydning de enkelte prosessene har for gjenvinning av funksjon etter en skade er foreløpig ukjent. Gjenvinning av språkforståelse hos en afasirammet etter hjerneslag bør ikke ses på som kun én prosess. Det er grunn til å anta at en slik bedring består av forandringer i en rekke underliggende kognitive prosesser. Ulike plastiske mekanismer, ulike nettverk og ulike områder i hjernen er derfor antakeligvis involvert i at hjernen gjenoppnår en viss funksjon etter en skade (jf. Weiller & Rijntjes 1999).

Mekanismene som ligger til grunn for plastisitet er ikke uavhengig av faktorer som ytre miljø og personlige egenskaper. For eksempel har man vist at rotter med ryggmargsskade trener seg bedre opp når de holdes i et bur med mange stimuli (trapper, evighetshjul, leker), enn i et enkelt bur med spartansk miljø (Dobrossy & Dunnett 2001). Slike forsøk er ikke etisk forsvarlig gjennomførbar med mennesker; de understreker betydningen av et stimulerende miljø for gjenvinning av funksjon.

Hvorvidt psykologiske faktorer hos de som gjennomgår rehabilitering påvirker bedringen, er et spørsmål som har kommet i fokus den senere tid. En lang rekke psykologisk forskning har definert faktorer som er knyttet til vellykket mestring (f.eks. Rutter 1987). Om faktorer som f.eks. evnen til å se positiv på livssituasjonen konkret påvirker hvor mye bedring pasienter opplever etter en hjerneskade, er gjenstand av flere pågående forskningsprosjekter. En nylig publisert studie viste bedre kognitiv og motorisk funksjon hos de pasienter med hjerneslag som ved hjelp av et spørreskjema ble bedømt til å være positivt innstilt ved utreise fra rehabiliteringsinstitusjon (Ostir og medarbeidere 2008). Imidlertid er det foreløpig uklart om disse positive egenskapene er årsaken eller snarere en følge av den opplevde bedringen. Intensiteten av opptrening er en avgjørende faktor for gjenvinning av funksjon etter skade; dette finnes det nå mye evidens for. Fra afasifeltet har man en oversiktsstudie som har sett på hva som skilte enkelundersøkelser som hadde vist at språktrening ved logoped er effektiv fra studier som ikke kunne påvise en slik effekt (Bhogal og medarbeidere 2003). Det viste seg at det i de studiene som påviste behandlingsfekt var gitt flere timer behandling over et kortere tidsrom enn i de studiene hvor man ikke kunne påvise at språktreningen hjalp. Rundt ni timer med språkterapi per uke gitt over tre uker, dvs. intensiv trening, hadde effekt, mens to timer per uke gitt over et 11 ukers tidsrom ikke hadde målbar effekt. Plastiske endringer i hjernen synes å bli utløst i størst grad og på en mest hensiktsmessig måte gjennom intensiv trening av akkurat den funksjonen som skal gjenvinnes. Antakelig bør det ikke gå for lang tid mellom treningsøktene for at plastiske endringer utløst av en treningsøkt ikke forsvinner før neste økt. Et spørsmål som fortsatt ikke er entydig besvart, er hvorvidt det er spesielt viktig med trening tidlig etter en hjerneskade, og om det til og med finnes en avgjørende sensitiv fase for å etablere plastiske forandringer. Noen studier på hjerneskader generelt indikerer at tidlig rehabilitering gir et bedre resultat (f.eks. Sörbo og medarbeidere 2005). På afasiområdet har en meta-analyse (Robey 1994) og en evidensbasert systematisk gjennomgang (Cherney og medarbeidere 2008) av effektstudier av afasibehandling vist en svak tendens til at tidlig behandling er mer effektiv. Det er av metodiske årsaker vanskeligere å påvise effekt av behandling tidlig i forløpet, noe som kan være årsaken til at man så langt ikke har klart å påvise positive effekter av tidlig rehabilitering tydeligere.

Imidlertid synes det å være enighet om at det ikke finnes en kritisk fase i den forstand at trening etter denne fasen er nytteløs. Det har den senere tid blitt publisert mange studier som viser at behandling, spesielt intensiv språktrening, har effekt f.eks. på benevning også i kronisk fase (f.eks. Pulvermüller og medarbeidere 2005). Når det gjelder språktrening hos pasienter som har hatt sin afasi i over ett år, synes det å være like god effekt av behandlingen uansett når i den kroniske fasen denne skjer (Moss & Nicholas 2006).

Metoder for å måle av hjerneaktivitet

Plastisitetsforskningen har hatt en stor utvikling spesielt de siste to tiår, ikke minst takket være utviklingen av metoder for å måle hjerneaktivitet. Med hjerneaktivitet i denne sammenheng menes fysiske fenomener som oppstår i forbindelse med informasjonsbearbeidelse i hjernen. Informasjon mellom nerveceller utveksles via synapser, forbindelser mellom nerveceller, hvor kjemiske substanser, transmittere, frisettes fra den ”sendende” nervecellen for så å koble seg til den ”mottakende” nervecellen. Innenfor nervecellen videresendes informasjon i form av små elektriske potensialer, såkalte aksjonspotensialer. Felles for både den biokjemiske (synapse) og den elektriske (aksjonspotensial) signaloverføringen er at begge prosesser forbruker energi og surstoff, ikke minst for å gjenopprette nullbalansen etter at en nerveimpuls har blitt sendt.

Metodene som i dag brukes for å registrere hjerneaktivitet måler enten elektrisk hjerneaktivitet direkte eller registrerer aktiviteten indirekte ved å måle surstoff- eller sukkerforbruk. Mål på elektrisk aktivitet har som fordel at aktiviteten måles direkte og at man kan registrere tidsforskjeller i hjerneprosesser ned på tusendels sekundnivå. Metodene som baserer seg på registrering av surstoff-/ energiforbruk har ikke denne tidsnøyaktigheten, men gir svært nøyaktig informasjon over hvor prosesser foregår i hjernen. En tredje målemetode er å deaktivere visse hjerneområder midlertidig per magnetfelt hvor man måler hvor mye deaktivering som er nødvendig for å undertrykke en viss hjernefunksjon. Tabell 1 gir en oversikt over de mest brukte metodene i hjerneaktivitetsforskningen.

Aktiviteten forbundet med signaloverføring mellom enkeltceller i hjernen er så liten at den ikke kan meningsfull registreres fra utsiden. De fleste hjerneaktivitetsundersøkelsene går derfor ut på at man tar for seg en viss hjernefunksjon, f.eks. det å kunne oppfatte språklyder, og lager et såkalt paradigme, dvs. et testoppsett hvor man prøver å isolere akkurat den prosessen man ønsker å undersøke. F.eks. kan man lage et lydopptak med forskjellige stavelser som er forskjellige kun i den egenskapen man ønsker å studere: Om man er interessert i evnen til å oppfatte konsonantenes stemthet kunne man lage et paradigme som bruker /pa/ vs. /ba/, /ta/ vs. /da/ osv, eller om man er interessert i persepsjon av grad av runding ved vokaler kunne man bruke /i/ vs. /y/ eller /a/ vs. /å/. Man vil så registrere hjerneaktivitet med en av de nevnte metodene mens testpersonen hører lydopptaket. Målingene kan så analyseres ved å sammenligne hjerneaktiviteten ved alle stemte vs. alle ustemte konsonanter hhv. runde vs. ikke-runde vokaler. Det er viktig at man er nøyaktig med paradigmene; analyserer man f.eks. forskjellene mellom /pa/ og /da/, undersøker man ikke bare konsonantenes stemthet, men også deres artikulasjonssted. God kunnskap om bl.a. lingvistiske faktorer er derfor en forutsetning for en vellykket studie.

De fleste språklige prosesser vil kunne undersøkes på denne måten og alle lingvistiske nivåer fra fonologi til pragmatikk har blitt studert med slike paradigmer. Det er imidlertid en del tekniske begrensninger, f.eks. er det ved de fleste metodene en fordel, om ikke en forutsetning, at testpersonen ikke beveger seg. Dette kan f.eks. innskrenke muligheten til å studere språkproduksjon. Andre viktige aspekter er økonomi og praktisk anvendelighet. Alle metoder er forbundet med en del kostbart utstyr, men noen er klart mer ressurskrevende enn andre (jf. tabell 1). Enkelte metoder og paradigmer krever så mye av testpersonen at de kan være vanskelig å bruke i kliniske populasjoner, f.eks. med tanke på at det kreves oppmerksomhet over lengre tid, at det er nødvendig med komplekse motoriske responser eller at det kan være vanskelig å formidle testinstruksjoner, spesielt til afasirammede.

De siste ca. 10 årene har det blitt publisert en rekke undersøkelser av hvordan hjernen til afasirammede bearbeider språk. I det følgende presenteres en del av resultatene som skal illustrere noen aspekter av hvordan språkbearbeidelsen er endret ved afasi og hvilke faktorer som påvirker plastisitet. Det er ikke meningen å gi en omfattende framstilling av de enkelte faktorene, men eksemplene skal heller gi en oversikt over noen aktuelle problemstillinger i afasiplastisitetsforskningen. De skal således illustrere hvordan hjerneaktivitetsmålinger bidrar til en bedre forståelse av hvordan hjernen prosesserer språk og hvordan det kan endre seg etter en skade.

Betydningen av aktivitet i høyre hjernehalvdel

Et lenge undersøkt og diskutert spørsmål er hvorvidt den ikke-språkdominante hjernehalvdelen (for enkelthetens skyld i det følgende omtalt som høyre hjernehalvdel) kan bidra i språkbearbeidelsen hos afasirammede (for nyere oversiktsartikler, se Herholz & Heiss 2000; Rijntjes & Weiller 2002). En rekke studier har funnet aktivering av høyre hjernehalvdel hos afasirammede som man ikke eller kun i mindre grad finner hos friske. Dette gjelder eksempelvis fonologisk prosessering: Figur 1 viser et eksempel fra egen forskning hvor hjerneaktiviteten relatert til prosesser knyttet til automatisk å skille stavelsene /ba/ og /ta/ ble undersøkt (for detaljer, se Becker & Reinvang 2007c). Figuren viser at aktiviteten hos friske kontrollpersoner var størst noe til venstre for midtlinjen, mens maksimumsaktiviteten hos de afasirammede var lokalisert lenger framme i hjernen og også forskjøvet mot høyre (figur 1).

Figur 1

Figur 1. Hjerneaktivitet knyttet til automatisk diskriminasjon av stavelsene / ba/ og /ta/ (ERP-komponent MMN, mismatch negativity). Dypere blåfarge indikerer større aktivitet. Mens aktiviteten hos friske (venstre) er størst over venstre hjernehalvdel, er den maksimale aktiviteten hos afatikerne (høyre) forskjøvet lenger framover og mot høyre. Etter data fra Becker & Reinvang 2007c.


At plastisitet – inkludert aktivitetsendringer mellom hjernehalvdelene – er en dynamisk prosess illustreres godt gjennom studier på hemisfæreforskjeller hos pasienter med afasi på grunn av hjernesvulst. Det spesielle med afasi forårsaket av hjernesvulst – i motsetning til f.eks. hjerneslag – er at hjerneskaden ikke oppstår plutselig, men over tid. Dette gir hjernen mulighet til å tilpasse seg over et lengre tidsrom ved å endre struktur og funksjon, dvs. nettopp plastisitet. I en gruppe av 61 pasienter med afasi på grunn av hjernesvulst var aktiviteten i forbindelse med en gjentakelsesoppgave større over høyre enn venstre hjernehalvdel hos 18 pasienter (Thiel og medarbeidere 2001). Hos enkelte svulstpasienter kan man observere at aktiviteten igjen er størst over venstre hemisfære etter at pasientene er operert og hjernesvulsten er fjernet (Heiss og medarbeidere 2003). Et annet funn ved slike studier er at aktiviteten er størst over høyre hjernehalvdel spesielt hos de pasientene som har mer alvorlig afasi.

Den samme tyske forskergruppen har undersøkt betydningen av språkområdene i venstre hjernehalvdel for god språklig funksjon i en annen studie med tre grupper afasirammede som hadde ulik skadelokalisasjon (Heiss og medarbeidere 1999). For alle tre grupper var det kort tid etter skaden sterkt nedsatt aktivitet i venstre hjernehalvdels språkområder ved gjentagelse av ord. For de to gruppene som hadde blitt nesten eller helt bra åtte uker senere, var det igjen tilkommet aktivitet i områder i venstre tinninglapp hvor det også er mye språklig aktivitet hos friske. Hos de som fortsatt hadde betydelig afasi var det ikke kommet tilbake aktivitet i venstre tinninglapp og aktiviteten var fortsatt størst i høyre hjernehalvdel. Et liknende funn ble gjort i en studie av hjerneaktivitet knyttet til prosesser som analyserer de fonetiske egenskapene av en stavelse, representert gjennom ERPresponsen N100 (Becker & Reinvang 2007a). Aktiviteten ble funnet svekket hos både moderat og alvorlig afasirammede pasienter, mens en høyreforskyvning kun ble observert hos pasientene med alvorlige språkforståelsesvansker (figur 2).

Figur 1

Figur 2. Hjerneaktivitet knyttet til registrering av stavelsen /ba/, ca 100 ms etter stavelsens begynnelse (ERPkomponent
N1). Dypere blåfarge indikerer større aktivitet. Mens aktiviteten hos friske (Control, venstre) og pasienter med lett og moderat afasi (Moderate aphasia, midten) er størst over midtlinjen, er aktiviteten hos pasienter med alvorlig afasi (Severe aphasia, høyre) betydelig redusert og størst over høyre hjernehalvdel. Gjengitt fra Becker & Reinvang 2007a.


Disse funnene er forenlige med hypotesen om at en restitusjon av funksjonen av språkområdene i venstre hjernehalvdel er vesentlig for en best mulig gjenvinning av språkfunksjonen. Høyre hemisfære kan til en viss grad være involvert i språkprosessering, men dette ser ut til å være forbundet med en dårligere språkfunksjon. Imidlertid viser studier av aktivitetsforandringer over tid, at høyre hjernehalvdel muligens har en avgjørende midlertidig rolle hos de pasientene som gjenvinner språkfunksjonen (se under).

Når man skal vurdere slike funn må det tas forbehold om at økt aktivitet i et hjerneområde ikke nødvendigvis er ensbetydende med kompenserende funksjon. Når det måles relative forskjeller mellom hjernehalvdelene, kan en høyresidig overvekt like godt være forårsaket av mindre aktivitet i venstre hjernehalvdel som av økt aktivitet i høyre. Videre kan man ikke uten videre anta at den økte aktiviteten er funksjonell, fordi man registrerer kun økt antall nerveaktivitet, men ikke kvaliteten på denne aktiviteten. Man kan således ikke utelukke at økt aktivitet representerer ”støy” som er uhensiktsmessig og som ikke fører til bedre funksjon. Økt aktivitet kan også være forårsaket av mindre hemmende signaler fra motsatt hjernehalvdel (diaschisis) uten at dette nødvendigvis er forbundet med bedret funksjon.

Aktivitetsutvikling over tid

Når det gjelder utvikling av aktivitet over tid, kunne man i en enkel modell forestilt seg at en hjerneskade først fører til bortfall eller betydelig reduksjon av hjerneaktivitet; hos de pasientene som blir helt bra kunne deretter spontanbedringen og språktreningen føre til en gradvis økning av aktiviteten til det til slutt oppnås aktivitetsmønstre nokså likt som før skaden. Flere studier indikerer imidlertid at forløpet er mer komplekst. En finsk ERP-studie som fulgte slagpasienter med afasi med gjentatte undersøkelser over seks måneder fant at aktiviteten forbundet med å skille forskjellige typer toner var størst tre måneder etter slaget, mens den igjen hadde avtatt noe etter seks måneder (Ilvonen og medarbeidere 2003). Dette antyder at aktivitetsendringer etter en hjerneskade ikke foregår som en enkel, lineær økning, men at det kanskje finnes en forbigående overaktivering.

Et enda mer komplekst bilde tegner resultatene fra en tysk studie som undersøkte semantisk prosessering av auditivt presenterte ord (Saur og medarbeidere 2006). I denne studien ble afatikere fulgt opp med flere fMRI-registreringer i ett år etter hjerneslag. Resultatene ble sammenlignet med en gruppe friske kontrollpersoner hvor det ved denne oppgaven var aktivitet først og fremst i de klassiske språkområdene i venstre hemisfære, men i noen grad også i frontale områder i høyre hjernehalvdel. For å undersøke hvilke aktivitetsmønstre som er forbundet med en vellykket afasirehabilitering, inngikk i analysen kun dataene til de 14 pasientene som ble helt (eller nesten helt) restituert. Ca to dager etter hjerneslaget var det omtrent ingen aktivitet å registrere hos pasientene. Etter snaue to uker fant man en del aktivitet i venstre hemisfære, men denne var redusert sammenlignet med de friske kontrollene. Imidlertid hadde pasientene større aktivitet over høyre hjernehalvdel enn kontrollene, men i de samme frontale områdene. Etter omtrent elleve måneder var aktivitetsmønsteret hos disse 14 ”tidligere” afatikerne nesten helt lik som hos de friske personene.

På bakgrunn av denne studien foreslår forfatterne derfor en modell for vellykket gjenvinning av språkfunksjon etter hjerneskade (Saur m.fl. 2006): Rett etter en akutt hjerneskade er omtrent all hjerneaktivitet utslått av skaden. I venstre hjernehalvdel vil så aktiviteten langsomt ta seg opp over tid, en prosess som avhengig av skadens alvorlighetsgrad vil ta fra uker til måneder. I høyre hjernehalvdel derimot finner man en rask utvikling av kompensatorisk aktivitet som er en overaktivitet sammenlignet med friske personer. Når aktiviteten i venstre hjernehalvdel etter hvert bygger seg opp igjen, avtar den høyresidige aktiveringen til et normalt nivå. I en norsk studie med åtte afatikere undersøkt mellom tre og sju måneder etter hjerneskaden, observerte vi en endring av aktivitet knyttet til aktiv diskriminasjon av stavelser som er i samsvar med denne modellen (Becker & Reinvang 2007b).

De nye metodene for å måle hjerneaktivitet kan også benyttes til å registrere plastiske endringer knyttet til behandlingsprogrammer: Ni afatikere ble i to uker behandlet med et intensivt treningsprogram etter prinsippene fra såkalt ”constraint-induced language therapy” (Pulvermüller m.fl. 2005). ERP-responsen på både ord og pseudoord ble målt før og etter treningen. Mens aktiviteten utløst av pseudoord forble uforandret, var aktiviteten fremkalt av ordene økt etter behandlingen. Resultatet indikerer at behandlingsprogrammet spesifikt påvirket hjerneaktivitet knyttet til språklig meningsfull prosessering, noe som også ble gjenspeilet i at pasientene etter behandlingen skåret bedre på kliniske afasitester. Denne studien er dermed en av de første som på en direkte måte viser at spesifikk trening kan føre til endringer av hjerneaktivitet.

Individuelle faktorer

Noen hjerneaktivitetsstudier indikerer dessuten at språkfunksjon etter en skade ikke bare er avhengig av faktorer knyttet til skaden (årsak, lokalisasjon, størrelse mm.), men at plastisiteten også kan påvirkes av individuelle faktorer knyttet til hjernen før skaden oppstod, såkalte premorbide egenskaper. En optimal forskningsprotokoll for å undersøke betydningen av slike faktorer for hjerneaktiviteten etter en skade, hadde vært å sammenligne hjerneaktiviteten før og etter en skade og så se om det er forskjeller mellom de enkelte testpersonene. Men dette er selvfølgelig bortimot umulig, siden pasienter med hjerneskade som regel ikke har blitt undersøkt med hjerneaktivitetsregistreringer før de pådro seg skaden sin. Man er derfor avhengig av indirekte funn som f.eks. kommer fra en tysk studie som undersøkte språkprosessering hos friske testpersoner med både fMRI og TMS (Knecht og medarbeidere 2002).

Forskerne var ute etter 2 grupper som skilte seg ved at deres språkprosessering var kjennetegnet ved ulik lateralisering, dvs. at testpersonene i ulik grad brukte venstre og høyre hjernehalvdel i en språklig oppgave. Ved hjelp av fMRI hos friske personer kom man på denne måten fram til 2 grupper som var stort sett like, men hvor det hos den ene gruppen var først og fremst venstre hjernehalvdel som var aktivert ved språkoppgaven, mens det hos den andre gruppen var mest aktivitet over høyre hemisfære.

I et neste forsøk ble så begge gruppene utsatt for en midlertidig, lett ”hjerneskade”, dvs. at man ved TMS-metoden plasserte et magnetfelt over språkområdene og dermed forstyrret språkområdene og simulerte en hjerneskade med afasi. Dette ble hos begge gruppene i separate forsøk gjort på både venstre og høyre side. Mens denne forstyrrelsen av språkprosesseringen foregikk, fikk testpersonene som oppgave å matche bilder med ord, og responstiden ble målt. Resultatet var at responstiden var forlenget ved ”hjerneskade” på den samme siden som tidligere ved fMRI hadde vist seg å være siden hvor det var mest aktivitet ved språkprosessering: gruppen med mest aktivering over venstre hjernehalvdel ble mest påvirket av TMS over venstre hemisfære, og høyre hjernehalvdel –gruppen over høyre hemisfære. Med bakgrunn i dette funnet foreslår forfatterne at en og samme hjerneskade vil ha ulike følger avhengig av om den inntreffer hos en person som i utgangspunktet bruker mest venstre eller mest høyre side i forbindelse med språkbearbeidelse i hjernen. Funnet virker kanskje ikke så overraskende fordi det er kjent at enkelte venstrehendte med hjerneslag i venstre hjernehalvdels språkområder ikke har afasi. Imidlertid tyder nyere forskning på at alle mennesker har et bilateralt språknettverk, dvs. at språkbearbeidelse hos alle skjer i begge hjernehalvdeler, men hvor begge sidene brukes i ulik grad. Spørsmålet er da altså ikke om en person bruker venstre eller høyre hjernehalvdel til språkprosessering, men i hvilken grad. Hvor store utfall en skade i hhv. venstre eller høyre hjernehalvdel utløser, og hvor god prognosen er, kan dermed være avhengig av lateraliseringen før skaden.

Et annet funn i denne studien var for øvrig at magnetstimulering med TMS på motsatt side av språkdominant hemisfære kortet responstiden ned, dvs. bedret prestasjonen på den språklige oppgaven. At TMS kan ha aktiverende, prestasjonsbedrende virkninger – både når det brukes på motsatt og på samme side som skaden, avhengig av hvordan magnetfeltet appliseres – har blitt observert i flere studier. TMS er derfor nå under utforskning som et redskap i behandling av pasienter med hjerneskade.

Forskning på hjerneaktivitet er som oftest utført i gruppestudier, men man finner forandringer også på individnivå. Vi observerte f.eks. i en longitudinell studie forskjellige mønstrer av aktivitetsutvikling (Becker & Reinvang 2007b) fra tre til sju måneder etter skaden: Mens mønsteret til en pasient forble omtrent uendret, utviklet et høyresidig overvekt seg til en mer jevn fordeling hos den andre pasienten. Dermed hadde disse to pasientene ganske like aktivitetsmønstre sju måneder etter skaden, mens de klinisk fortsatt var svært forskjellige idet den ene pasienten hadde alvorlig, men den andre kun lett afasi. Forskningen framover bør i sterkere grad prøve å kartlegge individuelle faktorer. Å identifisere konsistente mønstre hos enkeltindivider som kan relateres til visse forstyrrelser eller prognostiske faktorer, er en forutsetning for eventuell klinisk bruk av metodene som måler hjerneaktivitet.

Metodene kan gi oss fascinerende muligheter for å studere hjernen, som illustrert gjennom en fMRI-studie av benevning hos en 80 år gammel kronisk afatiker som fikk et intensivt treningsprogram i to uker (Meinzer og medarbeidere 2006). Pasienten hadde alvorlig afasi og klarte kun å benevne noen få bilder korrekt, mens hun gjorde en rekke feil hvor hun svarte enten med neologismer eller med semantiske parafasier. fMRI-dataene ble analysert i henhold til forskjeller mellom riktige og feilaktige svar. Ved riktige svar var det økt hjerneaktivitet i høyre pannelapp tilsvarende Broca’s område. Aktiviteten i dette området var betydelig større for riktige svar sammenlignet med neologismer, mens den kun var litt større ved riktige svar sammenlignet med semantiske parafasier. Man kan dermed si at det ble registrert større aktivitet over høyre hjernehalvdel, jo mer riktig svaret var. Resultatene fra denne pasienten tyder altså på at aktivitet i høyre hjernehalvdel er fordelaktig hos akkurat denne pasienten, noe som går imot den ovennevnte hypotesen om at høyre hjernehalvdel er en mindreverdig erstatning for språkprosessering i venstre hjernehalvdel. Man kan imidlertid hevde at aktivitetsmønsteret hos denne pasienten over det hele er lite suksessrik, fordi hun har alvorlig afasi og kun klarte å benevne et fåtall av de bildene hun fikk presentert.

Et annet eksempel på interessante funn på individnivå er en norsk ERP-undersøkelse av en 48 år gammel kvinne med alvorlig global afasi som hadde fått subaraknoidalblødning og hjerneinfarkt (Becker 2009). Aktivitet relatert til hjernens evne å bearbeide og skille stavelser ble undersøkt med ERP to og ni måneder etter skaden (figur 3). Ved første undersøkelsen var pasienten ikke aktiv i stand til å skille stavelsene /ba/ og /ta/, men denne evnen hadde hun gjenlært sju måneder senere. Dette gjenspeiles i at ERP-komponenten N2, som er knyttet til aktiv diskriminasjon av stimuli, kun var tydelig til stede ved den andre undersøkelsen (figur 3a). Resultatene fra undersøkelsen tidlig etter skaden viser imidlertid at pasientens hjerne allerede da klarte automatisk å oppfatte forskjellen mellom de to stavelsene: ERP-komponenten MMN (mismatch negativity), som er knyttet til hjerneprosesser som automatisk og uten rettet oppmerksomhet oppdager forskjeller mellom stimuli, var til stede allerede på dette tidspunktet (figur 3c). Legg merke til tidsaksene som tydeliggjør at MMN og N2 er prosesser som utspiller seg på ulike tidspunkter i forhold til når stavelsene begynner (som er ved 0 millisekund). Ved første undersøkelse, på et tidspunkt da pasienten ikke er i stand til å skille stavelsene aktivt, er altså noen prosesser målbar som trengs for å oppfatte forskjellen mellom stavelser, men ikke alle. Man kan spekulere i at pasientens hjerne allerede tidlig etter skaden klarte automatisk å skille stavelser, men at den ikke kunne omsette denne evnen til at pasienten kunne klare oppgaven med bevisst diskriminasjon av stavelsene. Eksempelet viser at ERP kan skille mellom flere underliggende kognitive prosesser som alle er nødvendig for en gitt språkfunksjon. Forløpet viste at pasienten etter ni måneder igjen var i stand til aktivt å skille stavelser. Det foreslås at faktumet at MMN ble observert allerede ved undersøkelsen tidlig etter skaden, var et positivt prognostisk tegn med tanke på gjenvinning av den aktive diskriminasjonsevnen.

Figur 1

Figur 3. Utvikling av hjerneaktivitet knyttet til prosessering av stavelser hos en pasient med alvorlig afasi, registrert ved ERP. Aktivitet relatert til aktiv diskriminasjon av stavelser (N2; a) er tydelig til stede etter 9 måneder (session 2), men ikke etter 2 måneder (session 1). Aktivitet knyttet til sensorisk registrering av stavelser (N1; b) og til automatisk diskriminasjon av stavelser (MMN; c) kunne registreres allerede ved første måling etter 3 måneder.
Se tekst for detaljer. Gjengitt fra Becker 2009.


Avslutning og konklusjon

Hvilke mekanismer som trer i kraft etter en hjerneskade er høyst interessant, spesielt for de som prøver å bedre funksjonsnivået etter en skade. Vi har aldri visst mer om dette emnet, men forståelsen vår er fortsatt flekkvis og ufullstendig. Den nevrobiologiske grunnforskningen har oppdaget en rekke mekanismer som bidrar til at hjernen kan endre struktur og funksjon – hjernens plastisitet. Slike mekanismer finnes både på mikroskopisk nivå innenfor hjerneceller og i forbindelsene mellom dem, men også på et mer overordnet nettverksnivå. Hjerneaktivitetsforskningen illustrerer at en rekke faktorer påvirker plastisitet: skadens lokalisasjon og størrelse, skadens årsak, prognose/forløp, behandling/rehabilitering, miljøfaktorer og motivasjon. Det er også forskjeller mellom ulike hjernefunksjoner, det finnes endringer over tid og det er grunn til å anta at det er individuelle forskjeller. Både plastisitetens grunnmekanismer og hjerneaktivitetsendringene viser seg å være mangfoldige og komplekse.

Som behandlere må vi stille oss en noen viktige spørsmål (jf. Thompson 2000): Kan visse behandlingsmåter forsterke hjernens reorganisering etter en skade? Kan tilsvarende visse behandlingsformer forhindre, redusere eller forsinke denne reorganiseringen? Det påhviler oss et ansvar å forske videre på dette feltet for å kunne utvikle behandlingsprogrammer som hjelper afasirammede på en best mulig måte. Mens denne prosessen foregår må vi ta innover oss og omsette i praksis den kunnskapen vi får underveis. Av de faktorene vi har muligheten til å påvirke, synes så langt pasientens motivasjon for trening og intensiteten av behandlingen å være spesielt viktig for et best mulig utkomme.

Referanser:

Becker F. (2009): Auditory perception and
language comprehension in aphasia - an event-related brin potentials (ERP) study. Avhandling for graden PhD, Det Medisinske Fakultet, Universitetet i Oslo.

Becker F & Reinvang I (2007b): Eventrelated potentials indicate bi-hemispherical changes of speech sound processing during aphasia rehabilitation. Journal of Rehabilitation Medicine, 39 (8), pp. 658-661.

Becker F & Reinvang I (2007c): Mismatch negativity elicited by tones and speech sounds: Changed topographical distribution in aphasia. Brain and Language, 100 (1), pp. 69-78.

Becker F & Reinvang I (2007a): Successful syllable detection in aphasia despite processing impairments as revealed by event-related potentials. Behavioral and Brain Functions, 3 (6).

Bhogal SK, Teasell R, & Speechley M (2003): Intensity of aphasia therapy, impact on recovery. Stroke, 34 (4), pp. 987-993.

Bliss TV & Lømo T (1973): Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. Journal of Physiology, 232 (2), pp. 331-356.

Cherney LR, Patterson JP, Raymer A, Frymark T, & Schooling T (2008): Evidencebased systematic review: effects of intensity of treatment and constraint-induced language therapy for individuals with strokeinduced aphasia. J Speech Lang Hear Res, 51 (5), pp. 1282-1299.

Demonet JF, Thierry G, & Cardebat D (2005): Renewal of the neurophysiology of language: functional neuroimaging. Physiological Reviews, 85 (1), pp. 49-95.

Dobrossy MD & Dunnett SB (2001): The influence of environment and experience on neural grafts. Nature reviews.Neuroscience, 2 (12), pp. 871-879.

Fields RD & Stevens-Graham B (2002): New Insights into Neuron-Glia Communication. Science, 298 (5593), pp. 556-562.

Geschwind N (1965): Disconnexion syndromes in animals and man. I. Brain, 88 (2), pp. 237-294.

Goodglass H (1993): Understanding Aphasia. Academic Press, San Diego.

Hartje W & Poeck K (2002): Klinische Neuropsychologie. 4. utg. Thieme, Stuttgart.

Heiss WD, Kessler J, Thiel A, Ghaemi M,& Karbe H (1999): Differential capacity of left and right hemispheric areas for compensation of poststroke aphasia. Annals of Neurology, 45 (4), pp. 430-438.

Heiss WD, Thiel A, Winhuisen L, Muhlberger B, Kessler J, & Herholz K (2003): Functional imaging in the assessment of capability for recovery after stroke. Journal of Rehabilitation Medicine, (41 Suppl), Op. 27-33.

Herholz K & Heiss WD (2000): Functional imaging correlates of recovery after stroke in humans. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, 20 (12), pp. 1619-1631.

Hickok G & Poeppel D (2007): The cortical organization of speech processing. Nature reviews.Neuroscience, 8 (5), pp. 393-402.

Hughlings-Jackson J (1878): On affections of speech from disease of the brain. Brain, 1 (3), pp. 304-330.

Ilvonen TM, Kujala T, Kiesilainen A, Salonen O, Kozou H, Pekkonen E, Roine RO, Kaste M, & Näätänen R (2003): Auditory discrimination after left-hemisphere stroke: a mismatch negativity follow-up study. Stroke, 34 (7), pp. 1746-1751.

Knecht S, Floel A, Drager B, Breitenstein C, Sommer J, Henningsen H, Ringelstein EB,& Pascual-Leone A (2002): Degree of language lateralization determines susceptibility to unilateral brain lesions. Nature Neuroscience, 5 (7), pp. 695-699.

Kujala T, Alho K, & Näätänen R (2000): Cross-modal reorganization of human cortical functions. Trends in Neurosciences, 23 (3), pp. 115-120.

Lamprecht R & LeDoux J (2004): Structural plasticity and memory. Nature reviews. Neuroscience, 5 (1), pp. 45-54.

Malenka RC & Nicoll RA (1997): Silent Synapses Speak Up. Neuron, 19 (3), pp. 473-476.

Meinzer M, Flaisch T, Obleser J, Assadollahi R, Djundja D, Barthel G, & Rockstroh B (2006): Brain regions essential for improved lexical access in an aged aphasic patient: a case report. BMC Neurology, 6 (1), p. 28.

Moss A & Nicholas M (2006): Language rehabilitation in chronic aphasia and time postonset: a review of single-subject data. Stroke, 37 (12), pp. 3043-3051.

Ostir GV, Berges IM, Ottenbacher ME, Clow A, & Ottenbacher KJ (2008): Associations between positive emotion and recovery of functional status following stroke. Psychosomatic Medicine, 70 (4), pp. 404-409.

Pascual-Leone A, Amedi A, Fregni F,& Merabet LB (2005): The plastic human brain cortex. Annual Review of Neuroscience, 28 (1), pp. 377-401.

Pascual-Leone A, Nguyet D, Cohen LG, Brasil-Neto JP, Cammarota A, & Hallett M (1995): Modulation of muscle responses evoked by transcranial magnetic stimulation during the acquisition of new fine motor skills. Journal of Neurophysiology, 74 (3), pp. 1037-1045.

Pulvermüller F, Hauk O, Zohsel K, Neininger B, & Mohr B (2005): Therapy-related reorganization of language in both hemispheres of patients with chronic aphasia. Neuroimage, 28 (2), pp. 481-489.

Rijntjes M & Weiller C (2002): Recovery of motor and language abilities after stroke: the contribution of functional imaging. Progress in Neurobiology, 66 (2), pp. 109-122.

Robey RR (1994): The efficacy of treatment for aphasic persons: a meta-analysis. Brain and Language, 47 (4), pp. 582-608.

Rutter M (1987): Psychosocial resilience and protective mechanisms. American Journal of Orthopsychiatry, 57 (3), pp. 316-331.

Saur D, Lange R, Baumgärtner A, Schraknepper V, Willmes K, Rijntjes M,& Weiller C (2006): Dynamics of language reorganization after stroke. Brain, 129 (6), pp. 1371-1384.

Sörbo A, Rydenhag B, Sunnerhagen KS, Blomqvist M, Svensson S, & Emanuelson I (2005): Outcome after severe brain damage, what makes the difference? Brain Injury, 19 (7), pp. 493-503.

Steindler DA & Pincus DW (2002): Stem cells and neuropoiesis in the adult human brain. The Lancet, 359 (9311), pp. 1047- 1054.

Thiel A, Herholz K, Koyuncu A, Ghaemi M, Kracht LW, Habedank B, & Heiss WD (2001): Plasticity of language networks in patients with brain tumors: a positron emission
tomography activation study. Annals of Neurology, 50 (5), pp. 620-629.

Thompson CK (2000): The neurobiology of language recovery in aphasia. Brain and Language, 71 (1), pp. 245-248.

von Monakov C (1914): Die Lokalisation im Großhirn und der Abbau der Funktion durch kortikale Herde. Bergmann, Wiesbaden.

Weiller C & Rijntjes M (1999): Learning, plasticity, and recovery in the central nervous system. Experimental Brain Research, 128 (1-2), pp. 134-138.

Wise RJS (2003): Language systems in normal and aphasic human subjects: functional imaging studies and inferences from animal studies. British Medical Bulletin, 65 (1), pp.
95-119.