After-effects of peripheral neurostimulation on brain plasticity and ankle function in chronic stroke: The role of afferents recruited

SummaryAims of the studyThis study tested the after-effects of neuromuscular electrical stimulation (NMES), repetitive peripheral magnetic stimulation (rPMS) and muscle tendon vibration (VIB) on brain plasticity and sensorimotor impairments in chronic stroke to investigate whether different results could depend on the nature of afferents recruited by each technique.Materials and methodsFifteen people with chronic stroke participated in five sessions (one per week). Baseline measures were collected in session one, then, each participant received 4 randomly ordered interventions (NMES, rPMS, VIB and a 'control' intervention of exercises). Interventions were applied to the paretic ankle muscles and parameters of application were matched as closely as possible. Standardized clinical measures of the ankle function on the paretic side and transcranial magnetic stimulation (TMS) outcomes of both primary motor cortices (M1) were collected at pre- and post-application of each intervention.ResultsThe ankle muscle strength was significantly improved by rPMS and VIB (P ≤ 0.02). rPMS influenced M1 excitability (increase in the contralesional hemisphere, P = 0.03) and inhibition (decrease in both hemispheres, P ≤ 0.04). The group mean of a few clinical outcomes improved across sessions, i.e. independently of the order of interventions. Some TMS outcomes at baseline could predict the responsiveness to rPMS and VIB.ConclusionThis original study suggests that rPMS and VIB were efficient to drive M1 plasticity and sensorimotor improvements, likely via massive inflows of 'pure' proprioceptive information generated. Usefulness of some TMS outcomes to predict which intervention a patient could be more responsive to should be further tested in future studies.

RésuméObjectifs de l'étudeTester si les effets de la stimulation électrique neuromusculaire (NMES), la stimulation magnétique périphérique répétitive (rPMS) et la vibration musculo-tendineuse (VIB) sur la plasticité cérébrale et les déficiences sensorimotrices en AVC chronique dépendent des afférences recrutées par chaque intervention.Matériels et méthodesQuinze personnes avec AVC chronique ont participé à cinq sessions (une par semaine). La première servait de ligne de base, et les interventions (NMES, rPMS, VIB et une intervention « contrôle » d'exercices) ont été réalisées dans les quatre sessions suivantes, dans un ordre aléatoire entre participants. Chaque intervention visait les muscles parétiques de la cheville, leurs paramètres étant le plus possible semblables. Différentes mesures cliniques et neurophysiologiques [stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du cortex moteur primaire (M1)] ont été mesurées avant et après chaque intervention.RésultatsrPMS et VIB ont amélioré la force des muscles de la cheville (p ≤ 0,02), mais seule rPMS a influencé l'excitabilité du M1 (augmentation dans l'hémisphère contra-lésionnel, p = 0,03) et l'inhibition intracorticale (levée d'inhibition dans les deux hémisphères, p ≤ 0,04). Quelques mesures cliniques ont démontré des améliorations progressives entre les sessions, et certaines mesures TMS étaient prédictives du succès clinique des interventions.ConclusionCette étude exploratoire supporte que rPMS et VIB seraient plus efficaces que NMES pour induire des changements plastiques dans M1 et des améliorations sensorimotrices, probablement étant donné leur activation minimale des afférences cutanées permettant un recrutement « pure » des afférences proprioceptives. Ces résultats, incluant l'utilité pronostique de certaines mesures TMS, devront être approfondis dans des études futures.