DE KLINISCHE EN
ELEKTROFYSIOLOGISCHE
CORRELATEN VAN FONOLOGISCH,
SEMANTISCH EN GRAMMATICAAL
BEGRIP BIJ PERSONEN MET
VERWORVEN EPILEPSIE
Aantal woorden: 12.855
Hanna François
Stamnummer: 01410379
Promotor: Prof. dr. Miet De Letter
Copromotoren: Prof. dr. Alfred Meurs en drs. Elissa-Marie Cocquyt
Masterproef voorgelegd voor het behalen van de graad master in de richting Logopedische en Audiologische wetenschappen
2
Abstract (Nederlands)
Doelstelling en methode - Talig event-related potential (ERP)-onderzoek kan mogelijks waardevolle inzichten opleveren in de taalverwerking van populaties met taalstoornissen, waaronder personen met epilepsie. Aan de hand van verfijnde ERP-paradigma’s kunnen namelijk de temporele karakteristieken van specifieke deelprocessen van de taalverwerking (spectro-temporele verwerking, fonologie, semantiek, grammatica) bestudeerd worden. De verkregen (temporele) inzichten kunnen in de toekomst gebruikt worden om het therapiebeleid van klinische populaties te optimaliseren. Aangezien talig ERP-onderzoek bij personen met epilepsie beperkt is, werd de meerwaarde van elektrofysiologische evaluaties tot nu toe niet bewezen. Bovendien is het niet eenvoudig de neurale oorsprong van de epileptogene haard te achterhalen, waardoor het onderzoek naar taalverwerkingsprocessen bij deze populatie bemoeilijkt wordt. Daarom werd beslist om een talige ERP-studie uit te voeren bij een populatie met een welomlijnd letsel waarbij in het verleden reeds ERP-onderzoek verricht werd, met name afasiepatiënten. Het doel van dit onderzoek was om aan te tonen dat ERPs een meerwaarde zijn om de taalproblemen van afasiepatiënten in kaart te brengen, naast de gedragsmatige evaluaties. Met de Akense Afasie Test (AAT) werden de gedragsmatige taalproblemen van acht afasiepatiënten onderzocht. Daarnaast werden de piekamplitudes- en latenties van twee ERP-componenten, de Mismatich Negativity (MMN) en de P300, tijdens een fonologische discriminatietaak geanalyseerd en vergeleken met normatieve waarden. De ERP-veranderingen werden opgewekt door het standaardfoneem /be/ af te wisselen met een afwijkend foneem /ge/. De verkregen gedragsmatige en elektrofysiologische data werden ten slotte met elkaar vergeleken.
Resultaten en discussie - Op basis van de gedragsmatige resultaten kon een patiëntengroep met vrij hoge scores en een patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores onderscheiden worden. Zeven van de acht afasiepatiënten hadden afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden van de MMN- en/of P300-component t.o.v. de normatieve range. De belangrijskte bevinding was dat de MMN en de P300 gevoelig zijn voor subtiele taalproblemen aangezien afwijkende amplitude- en latentiewaarden gedetecteerd werden, zelfs wanneer gedragsmatige plafondeffecten op taalbegripstaken bereikt waren. Een ander opvallend resultaat was dat gedragsmatige begripstoornissen bevestigd werden door afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden tijdens de elektrofysiologische evaluaties. Er was echter geen continuïteit in de resultaten terug te vinden wat betreft de richting waarin de ERP-waarden afweken ten opzichte van de normatieve range.
Conclusie - ERPs kunnen een meerwaarde zijn in de klinische praktijk van afasiepatiënten aangezien ze mogelijks sensitiever zijn voor het opsporen van subtiele taalstoornissen. Meer onderzoek met grotere klinische populaties en andere ERP-paradigma’s is noodzakelijk. Bovendien dienen de variabelen die de amplitude- en latentiewaarden van ERPs beïnvloeden in kaart gebracht te worden. Op die manier kan het toepassingsgebied van ERPs in de klinische diagnostiek verder uitgewerkt én uitgebreid worden naar andere klinische populaties, zoals bij personen met epilepsie.
3
Abstract (English)
Objectives and methods - Language-related event related potential (ERP) research can potentially provide valuable insights into the language processing of populations with language disorders, including people with epilepsy. Temporal characteristics of language comprehension sub-processes (spectro-temporal processing, phonology, semantics, grammar) can be studied using specific ERP paradigms. The (temporal) insights obtained from the ERP research can be used to improve the treatment of clinical populations in the future. As language-related ERP research in people with epilepsy is limited, the value of electrophysiological evaluations has not been proven so far. Furthermore, determination of the initial epileptogenic zone is not always possible, which complicates the language research in this population. Therefore, we decided to perform a language-related ERP study in a population with a well-defined lesion and in which ERP research has been performed in the past, namely people with aphasia. The aim of this study was to show that ERPs have value in mapping language problems of people with aphasia, in addition to behavioral evaluations. Therefore, eight aphasics underwent a behavioral language evaluation, namely the Aachen Aphasia Test (AAT). In addition, the peak amplitudes and peak latencies of two ERP components, the Mismatch Negativity (MMN) and the P300, were analyzed during a phonological discrimination task and compared with normative values. The ERP changes were elicited by alternating the standard phoneme /be/ with a deviant phoneme /ge/. Finally, the obtained behavioral and electrophysiological data were compared.
Results and discussion - Based on the behavioral results, a patient group with high scores and a patient group with low to average scores was distinguished. In seven out of the eight aphasics amplitude and/or latency values of the MMN and/or P300 component deviated from the normative range. An important finding was that the MMN and P300 are sensitive to subtle language problems as deviated amplitude and/or latency values were detected even when behavioral ceiling effects on language comprehension tasks were reached. Another remarkable result was that behavioral comprehension disorders were confirmed by deviated amplitude and/or latency values during the electrophysiological evaluations. However, no continuum was found with respect to the direction in which the ERP values deviated from the normative range.
Conclusion - ERPs may have value in the clinical practice of people with aphasia, as they may be more sensitive to detect subtle language problems. More research with a larger clinical population and other language-related ERP paradigms is necessary. Furthermore, variables influencing the amplitude and latency values of ERPs need to be identified. This way, the application of ERPs in clinical practice can be further developed and extended to other clinical populations, such as people with epilepsy.
4
Inhoudsopgave
Abstract (Nederlands) ... 2 Abstract (English) ... 3 Voorwoord ... 12 1. Inleiding ... 131.1 Auditieve taalverwerking en ERP-onderzoek ... 13
1.1.1 Het auditief taalbegrip ... 13
1.1.2 Neuroanatomie van het auditief taalbegrip ... 14
1.1.3 Neurofysiologie van het auditief taalbegrip ... 15
1.2 ERP-onderzoek bij personen met epilepsie ... 18
1.2.1 Definitie ... 18
1.2.2 Cognitieve symptomen ... 19
1.2.3 ERP-onderzoek ... 19
1.3 ERP-onderzoek bij personen met afasie ... 20
1.3.1 Definitie van afasie ... 20
1.3.2 Herstelverloop en neuroplasticiteit bij afasie ... 21
1.3.3 ERP-onderzoek ... 23 1.4 Huidige studie ... 24 2. Methode ... 25 2.1 Patiënten ... 25 2.2 Gedragsmatige taaltests ... 27 2.3 EEG-registratie ... 27 2.3.1 ERP-paradigma’s ... 27 2.3.2 Dataverzameling en -analyse ... 28 2.3.3 Taakbeschrijving en testprocedure ... 29 3. Resultaten ... 31 3.1 Gedragsmatige resultaten ... 31 3.1.1 Spontane taalproductie ... 31 3.1.2 Overige AAT-subtests ... 32
3.1.3 Beïnvloedende factoren in het afasieherstel ... 34
3.2 ERP-resultaten ... 35
3.2.1 Mismatch Negativity ... 35
3.2.2 P300 ... 36
3.3 Een vergelijking tussen de gedragsmatige- en de ERP-resultaten ... 37
4. Discussie ... 38
4.1 Vergelijking tussen gedragsmatige en elektrofysiologische resultaten ... 38
4.2 Beïnvloedende factoren op de resultaten ... 40
4.3 Suggesties verder onderzoek en klinische implicaties ... 41
4.4 Protocol voor vervolgonderzoek ... 43
Probleemstelling en doel van het onderzoek ... 43
Onderzoeksvragen en -hypothesen ... 43
5
5. Conclusie ... 47
6. Referenties ... 48
Bijlage 1. Goedkeuring Ethisch Comité ... 59
12
Voorwoord
Het onderzoek voor deze masterthesis naar de klinische en elektrofysiologische correlaten van fonologisch, semantisch en grammaticaal begrip bij personen met verworven epilepsie omvat een uitgebreide literatuurstudie (deel 1) en een pilootstudie over het fonologisch begrip bij afasiepatiënten (deel 2). Deze masterthesis is geschreven in het kader van mijn afstuderen aan de opleiding logopedische en audiologische wetenschappen, afstudeerrichting logopedie, aan de Universiteit Gent. Van oktober 2018 tot en met juni 2020 ben ik bezig geweest met het literatuuronderzoek en het schrijven van deze masterthesis.
Tijdens dit tweejarig proces was het enerzijds een uitdaging om mij meester te maken van de grote hoeveelheid informatie over de taalverwerkingsprocessen van klinische populaties, anderzijds heeft dit ervoor gezorgd dat mijn interesse voor neurogene taalstoornissen is toegenomen. In februari 2020 bleek het prospectief onderzoek bij epilepsiepatiënten logistiek onhaalbaar en werd beslist om in de plaats daarvan een retrospectieve studie bij afasiepatiënten te verrichten. Deze omschakeling veroorzaakte de nodige stress maar gaf mij tegelijkertijd nieuwe inzichten in het taalbegrip van afasiepatiënten. Ik wil graag mijn promotor, Prof. dr. De Letter en copromotor, Prof. dr. Meurs bedanken voor het beschikbaar stellen van dit boeiend onderwerp en om mij de kans te geven kennis te maken met ERP-onderzoek bij epilepsie- en afasiepatiënten. In het bijzonder ben ik mijn copromotor, drs. Elissa-Marie Cocquyt, erg dankbaar voor het geduld en de waardevolle feedback waarmee ze mij gedurende het volledige proces ondersteund heeft. Daarnaast nam ze de ERP-analyse voor haar rekening toen dit voor mij niet mogelijk bleek vanwege de coronacrisis. Verder wil ik ook mijn dank betuigen aan mijn ouders, mijn vriend en mijn vriendinnen omdat ik steeds bij hen terecht kon voor morele steun en motiverende woorden.
13
1. Inleiding
Event-related potentials (ERPs) werden ontdekt in de jaren dertig van de vorige eeuw. Het gebruik van ERPs in de klinische praktijk is echter recent. Ze worden steeds vaker aangewend in diagnostisch onderzoek en meer specifiek in de evaluatie van de taalverwerking. De toepasbaarheid van taalgerelateerde ERPs in de klinische taaldiagnostiek staat echter nog in zijn kinderschoenen. Zo is het onduidelijk of ERPs, naast gedragsmatige evaluaties, een meerwaarde kunnen betekenen in de klinische diagnostiek van personen met epilepsie. Er werd tot op heden namelijk weinig talig ERP-onderzoek verricht bij deze populatie. In het eerste deel van de inleiding wordt dieper ingegaan op de auditieve taalverwerking en op taalgerelateerd ERP-onderzoek. Het tweede deel bevat een overzicht van de talige ERP-studies van personen met epilepsie. Vervolgens wordt een koppeling gemaakt met ERP-onderzoek van afasiepatiënten. Tot slot wordt de onderzoeksvraag van de huidige studie beschreven.
1.1 Auditieve taalverwerking en ERP-onderzoek
1.1.1 Het auditief taalbegrip
Tijdens het begrijpen van een gesproken woord moeten meerdere, afzonderlijke fasen met succes worden doorlopen alvorens de luisteraar een correcte betekenis aan het woord kan koppelen. Er bestaan meerdere modellen die het verloop van een inkomend spraaksignaal naar het begrijpen van dat inkomende spraaksignaal proberen te verklaren (Ellis & Young, 1988; Friederici, 2002; McClelland & Elman, 1986; Nickels, Byng & Black, 1991). In deze studie wordt gesteund op het taalverwerkingsmodel van Ellis en Young (1988). Centraal in hun model staat een mentaal lexicon voor gesproken woorden: het semantisch systeem. Voor het begrijpen van een gesproken woord wordt het semantisch systeem geactiveerd nadat de auditieve inputfasen zijn doorlopen. Dit zijn (1) de fonologische analyse, (2) het fonologische inputlexicon en (3) de toegang tot het semantische systeem, wat uiteindelijk leidt tot (4) de semantische verwerking van het woord.
14
Figuur 1. Schematische weergave van de taalverwerking van een gesproken woord, gebaseerd op het
taalverwerkingsmodel van Ellis en Young (1988).
(1) In de eerste fase, de auditieve fonologische analyse, worden betekenisonderscheidende klanken (= fonemen) geïdentificeerd en gediscrimineerd op basis van de articulatieplaats, -wijze en stemhebbendheid. (2) Nadat het spraaksignaal gesegmenteerd is in verschillende fonemen wordt een fonologische representatie opgebouwd en in het geval van een correcte representatie kan toegang worden verleend tot het fonologische inputlexicon. In het fonologisch inputlexicon worden bestaande van niet-bestaande auditief aangeboden woorden onderscheiden (= lexicale decisie). Dus, als een verkeerd foneem onderscheiden wordt tijdens de fonologische analyse, als gevolg van een identificatie- en/of discriminatie probleem, bijvoorbeeld het onderscheid in articulatieplaats niet kunnen maken, is het mogelijk dat een bepaald woord niet herkend wordt als een bestaand woord. (3) Wanneer de correcte fonologische structuur gevormd en gekoppeld is met opgeslagen, bestaande woorden, wordt toegang verleend tot het semantisch systeem. (4) Ten slotte, wanneer toegang verleend is tot het semantisch systeem, wordt aan het auditief waargenomen woord een betekenis gekoppeld.
1.1.2 Neuroanatomie van het auditief taalbegrip
De auditieve taalverwerking vindt plaats in gespecialiseerde neurale netwerken van de dominante hemisfeer die onderling met elkaar verbonden zijn. Bij gezonde individuen is de linkerhemisfeer doorgaans de taaldominante hemisfeer (Knecht et al., 2000). Volgens het auditief spraakperceptiemodel van Hickok en Poepel (2000, 2004) zijn de belangrijkste taalnetwerken opgebouwd uit twee verwerkingsstromen, met name een dorsale stroom en een ventrale stroom.
Auditieve fonologische analyse
Fonologische inputbuffer Semantisch systeem Auditieve inputroute (1) (2) (3) (4)
15
Figuur 2. Model voor de functionele anatomie van taal van Hickok en Poeppel (2004) (met toestemming
overgenomen van Hickok & Poeppel, 2004).
Eerst wordt bilateraal een akoestisch-fonetische analyse uitgevoerd ter hoogte van het centrale en het achterste deel van de superieure temporale gyrus (STG) en de superieure temporale sulcus (STS). Vervolgens splitst het corticale netwerk in een dorsale en een ventrale verwerkingsstroom, afhankelijk van de taalfunctie. De ventrale stroom projecteert zich van het achterste deel van de STG naar de centrale en inferieure gebieden in de temporaalkwab die via korte vezelkanalen binnen de temporaalkwab en via de voorste temporele gebieden naar inferieure frontale gebieden lopen langs de fasciculus uncinatus, de capsula extrema en de inferieure fronto-occipitale fasciculus (IFOF). In de ventrale stroom wordt betekenis aan geluid gekoppeld. De dorsale stroom projecteert zich van het achterste deel van de STG via de inferieure pariëtaalkwab naar frontale gebieden langs de fasciculus arcuatus en de superieure longitudinale fasciculus. In de dorsale stroom worden geluidsrepresentaties omgezet naar articulatorische presentaties. De ventrale stroom is bilateraal georganiseerd terwijl de dorsale stroom links gelateraliseerd is. De auditieve spraakperceptie doet dus beroep op de dorsale en ventrale verwerkingsstroom (Hickok & Poeppel, 2004)
1.1.3 Neurofysiologie van het auditief taalbegrip
De taalverwerking in functie van het begrijpen van een gesproken woord, omvat meerdere deelprocessen en vindt plaats in een gespecialiseerd taalnetwerk. Gebaseerd op de veronderstelling dat taalprocessen een intrinsieke tijdsvolgorde hebben (Stowe, & Wijers, 1998) is het eveneens belangrijk om het onderlinge tijdsverloop in kaart te brengen. Dankzij de uitstekende temporele resolutie bieden ERPs een betrouwbare methode om de temporele verwerking van taal op een objectieve en niet-invasieve wijze te bestuderen (Cocquyt, De Groote, De Keyser, Stalpaert & De Letter, 2019). ERPs zijn elektrische reacties van de hersenen opgewekt door een visuele, auditieve of somatosensorische stimulus. De ERPs worden geëxtraheerd uit het elektro-encefalogram (EEG), dat de elektrische basisactiviteit van de hersenen weergeeft (Luck, 2014).
16
Een ERP is een weergave van de som van postsynaptische potentialen die simultaan optreden in piramidale cellen met een gelijkaardige oriëntatie. Dit kan geregistreerd worden door elektroden ter hoogte van de schedel als de som van de postsynaptische potentialen voldoende groot is (Luck, 2014). Elke ERP wordt gekarakteriseerd door vier kenmerken. Een eerste kenmerk is de polariteit, dewelke verwijst naar de richting van de potentiaalverandering die positief (aangeduid door P) of negatief (aangeduid door N) kan zijn. Een tweede kenmerk is de latentie, de tijdsduur in milliseconden (ms) tussen de stimulus en het optreden van de respons. Een derde kenmerk van de ERP-component is de amplitude, een maat voor de neuronale allocatie in microvolt (μV). De amplitude is afhankelijk van fysieke stimulusparameters maar ook van cognitieve variabelen. Ten slotte kunnen ERP-componenten variëren in topografie. De topografie wijst op de distributie van de elektrische activiteit op de schedel (Hagoort & Brown, 1993; Luck, 2014).Op een elektro-encefalogram (EEG) zijn ERPs klein in vergelijking met de spontane neurale activiteit. Door herhaaldelijk stimuli aan te bieden en vervolgens de signalen te combineren, worden de ERPs zichtbaar in de vorm van een gemiddelde ERP-golf. Uit een gemiddelde ERP-golf kunnen componenten worden gehaald die een specifiek neuraal proces weergeven (Luck, 2014). Deze ERP-componenten kunnen worden uitgelokt door specifieke paradigma’s. In deze studie wordt gefocust op auditieve ERP-paradigma’s ter evaluatie van het auditief taalbegrip. Het auditief taalbegrip bestaat uit meerdere deelprocessen die succesvol uitgevoerd moeten worden (Ellis & Young, 1988). De temporele kenmerken van die deelprocessen kunnen aan de hand van specifieke paradigma’s bestudeerd worden. Het detecteren van een geluid lokt een P1-N1-P2 complex uit (Alain & Tremblay, 2007). Dit primair auditief complex bestaat uit de P50 (P1), een positieve potentiaal die optreedt rond 50 ms, de N100 (N1), een negatieve potentiaal rond 100 ms en de P200 (P2), een positieve potentiaal rond 200 ms (Cooper, Todd, McGill, & Michie, 2006). Het P1-N1-P2 complex wordt uitgelokt door elke auditieve stimulus ongeacht of er aandacht aan de stimulus geschonken wordt en kan dus met meerdere ERP-paradigma’s worden opgewekt. De aanwezigheid van het complex impliceert dat een perceptuele detectie van de auditieve stimulus heeft plaatsgevonden en beschikbaar is voor verdere verwerking (Alain & Tremblay, 2007). De Mismatch Negativity (MMN) en de P300 worden gebruikt om de verdere auditieve discriminatie in kaart te brengen (Näätänen, Paavilainen, Rinne, & Alho, 2007). De MMN is een negatieve potentiaal die optreedt tussen 100 en 200 ms na stimulusaanbieding (Luck, 2014). Ze wordt door minstens twee corticale bronnen gegenereerd. Eén bevindt zich supratemporaal in de auditieve cortex, de tweede zou gelokaliseerd zijn in de prefrontale cortex (Figuur 3) (Luck, 2014; Van Den Bruel, 2009). De P300, soms ook P3 of P3b genoemd, is een positieve ERP-component die gemeten wordt op 300 ms na stimulusaanbieding (Figuur 4) (Luck, 2014). De P300 wordt gegenereerd in het grensgebied tussen de temporaal- en pariëtaalkwab en de laterale prefrontale cortex (Luck, 2014).
17
Figuur 3. Grafische voorstelling van de standaard golfvorm (stippellijn) en de afwijkende (= deviant)
golfvorm (zwarte lijn). De MMN wordt voorgesteld als het verschil tussen de standaard- en de afwijkende golfvorm (rode lijn). De voltageveranderingen in μV (y-as) worden geplot in functie van de tijd in ms (x-as). De MMN wordt frontocentraal gegenereerd (met toestemming overgenomen van Ono, Yamasaki, Altmann, & Mima, 2017).
Figuur 4. Grafische voorstelling van de P300. De voltageveranderingen in μV (y-as) worden geplot in
functie van de tijd in ms (x-as) (met toestemming overgenomen van Sahoo, Malhotra, Basu, & Modi, 2016).
Een paradigma dat vaak gebruikt wordt om de MMN en de P300 uit te lokken is het oddball-paradigma. Tijdens een oddball-taak worden standaardstimuli afgewisseld met afwijkende stimuli op onregelmatige en infrequente basis (Luck, 2014). Als oddball-stimuli kunnen tonen, fonemen, syllaben en (pseudo)woorden gebruikt worden (Cocquyt, De Groote et al., 2019). Met behulp van tonen kan tijdens een oddball-taak de onbewuste (MMN) en bewuste (P300) spectrotemporele informatieverwerking in kaart gebracht worden (Aerts et al., 2013; Tampas et al., 2005). De afwijkende toon verschilt van de standaardtoon in een akoestische parameter: intensiteit, toonhoogte of stimulusduur (Luck, 2014). Fonemen leveren informatie op over foneemdiscriminatie, -categorisatie en -identificatieprocessen (Cocquyt, De Groote et al., 2019). Het afwijkend foneem zal van het standaardfoneem verschillen in een distinctief kenmerk, met name articulatieplaats, articulatiewijze of stemhebbendheid (Aerts et al.,
18
2013). Met behulp van syllaben en (pseudo)woorden kan tenslotte de lexicale decisie geëvalueerd worden (MacGregor, Difrancesco, Pulvermüller, Shtyrov, & Mohr, 2015). Voor zowel de MMN als de P300 dient de proefpersoon tijdens het oddball-paradigma (on)bewust de afwijkende stimulus te vergelijken met een geheugenspoor dat gecreëerd werd op basis van de aangeboden standaardstimuli (Van Den Bruel, Gailly, Hulstaert, Devriese, & Eyssen, 2009). De afwijkende stimulus zal bij gezonde proefpersonen een grotere amplitude veroorzaken dan de standaardstimulus doordat het verwachtingspatroon doorbroken wordt (Luck, 2014; Näätänen et al., 2007; Van Den Bruel, 2009). In tegenstelling tot het uitlokken van de MMN, is voor het uitlokken van de P300 aandacht van de proefpersoon vereist. Tijdens een P300-paradigma zal de afwijkende stimulus aan een reactie gekoppeld worden, bijvoorbeeld het indrukken van een knop. Doordat de MMN geen aandacht vereist kan deze component gebruikt worden om de centraal auditieve verwerking te onderzoeken bij populaties die moeite hebben met het uitvoeren van gedragstaken, zoals afasiepatiënten (Lamoré, 2009).Voor het begrijpen van gesproken boodschappen treden naast fonologische verwerkingsprocessen, semantische en grammaticale verwerkingsprocessen op. De belangrijkste ERP-componenten die informatie verschaffen over de semantische en grammaticale verwerking zijn respectievelijk de N400 en de P600 (Friederici, 2002). In de paradigma’s wordt een 50/50 verdeling tussen congruente en incongruente condities gehanteerd. Als stimuli worden grotere spraakcomponenten gebruikt, namelijk woorden en zinnen (Friederici, 2011; Kutas & Federmeier, 2011). De N400 is een negatieve potentiaal met een piek op ongeveer 400 ms. Ze reflecteert lexicale en semantische integratie op woordniveau en integratie van semantische kenmerken in een zinscontext (Friederici, 2011; Kutas & Federmeier, 2011). Tijdens een N400-paradigma worden bijvoorbeeld correcte zinnen afgewisseld met semantisch incorrecte zinnen. Bij gezonde proefpersonen is de amplitude van de N400 vergroot voor de afwijkende zinnen (Friederici, 2011). De P600 is een positieve potentiaal met een piek op ongeveer 600 ms. Er dienen twee condities beoordeeld te worden, op basis van de grammaticale correctheid (bv. de woordvolgorde). Grammaticale inconsistenties resulteren bij gezonde personen in een grotere amplitude van de P600 (Hagoort, Wassenaar, & Brown, 2003).
1.2 ERP-onderzoek bij personen met epilepsie
1.2.1 Definitie
Epilepsie is wereldwijd één van de meest voorkomende neurologische aandoeningen en treft ongeveer 1 op 150 mensen. Epilepsie wordt gekenmerkt door spontane aanvallen met onwillekeurige bewegingen van het volledige of een deel van het lichaam, mogelijks met bewustzijnsverlies. Deze aanvallen worden veroorzaakt door tijdelijke, plotselinge en ongecontroleerde ontladingen van neuronen (World Health Organization, 2019). Het type epilepsie waarbij de epileptische verstoring begint op één plaats in de hersenen, of beperkt blijft tot één hemisfeer, wordt focale epilepsie genoemd (Fisher et al., 2017). De taalverwerking van personen met focale epilepsie is een interessant onderzoeksobject omdat de
19
epileptische verstoring een reorganisatie van de taalfuncties kan veroorzaken (Baciu & Perrone-Bertolotti, 2015).1.2.2 Cognitieve symptomen
Cognitieve functies, voornamelijk geheugen- en aandachtsfuncties, kunnen verstoord zijn bij personen met epilepsie (Taylor & Baker, 2010). De ernst van deze cognitieve symptomen kan op termijn afnemen (Holmes, Dodrill, Wilkus, L. Ojemann, & G. Ojemann 1998) of toenemen (Hermann et al., 2006). Het cognitief profiel van een persoon met epilepsie kan sterk variëren, dit door interindividuele verschillen betreffende de onderliggende etiologie van epilepsie, het effect van de epileptische aanvallen en het effect van de anti-epileptische medicatie op het centrale zenuwstelsel (Aldenkamp, De Krom, & Reijs, 2003; Hermann, Meador, Gaillard, & Cramer, 2010). Epilepsie kan eveneens een invloed hebben op de taalfuncties. Doordat epileptische activiteit het neuronaal weefsel beschadigt, wordt een pathologische neuroplasticiteit geïnduceerd (Kolb & Whishaw, 1998). Neuroplasticiteit is het vermogen van de hersenen om in functie en structuur te wijzigen of te reorganiseren, door het vormen van nieuwe neurale verbindingen (Grafman, 2000). Personen met epilepsie hebben vaker een atypische taaldominantie of taallateralisatie, namelijk een rechter hemisferische- of bilaterale taaldominantie. Dit wijst op een pathologische reorganisatie van de taalnetwerken (Perrone-Bertolotti, Zoubrinetzky, Yvert, Le Bas, & Baciu, 2012). De ernst en de aard van taalproblemen bij epilepsie varieert al naargelang het type, de ernst en de etiologie van de epilepsie (Karunanayaka, Kim, Holland, & Szaflarski, 2011). Personen met temporaalkwabepilepsie hebben vaak ernstige taalproblemen (Drane & Pedersen, 2019) en dit voornamelijk wanneer de epileptische activiteit zich bevindt in de taaldominante hemisfeer (Hamed, 2009). Woordvindingsproblemen worden het meest gerapporteerd dewelke semantisch (Fonseca et al., 2009; Hickok et al., 2008; Jaimes-Bautista, Camacho, Martínez-Juárez, & Rodríguez-Agudelo, 2015; Miozzo & Hamberger, 2015) of fonologisch (Fonseca et al., 2009; Jaimes-Bautista et al., 2015; Miozzo & Hamberger, 2015) van aard kunnen zijn. Verbale vloeiendheid en begrijpend lezen kunnen eveneens aangetast zijn (Rouhl & Vlooswijk, 2018). Niet alleen de epileptische activiteit heeft invloed op de taalfuncties, maar ook anti-epileptica (bv. topiramaat) kunnen taalproblemen veroorzaken (Reynolds 1983; Szaflarski, 2012).
1.2.3 ERP-onderzoek
Tot op heden is het onduidelijk of talige ERPs, naast de gedragsmatige evaluaties (bv. taaltesten), een meerwaarde kunnen betekenen in de klinische diagnostiek van personen met epilepsie. Uit een uitgebreide literatuurstudie over taalbegrip bij personen met verworven epilepsie bleek dat er slechts weinig talig ERP-onderzoek beschikbaar is bij deze populatie. Er werden geen ERP-studies teruggevonden die het fonologisch of het grammaticaal taalbegrip onderzochten bij personen met focale epilepsie. Het semantisch taalbegrip van deze populatie werd in enkele studies onderzocht aan de hand van de N400-component. Miyamoto (1995, 2000) gebruikte de N400 om aan te tonen dat de
20
semantische verwerking bij personen met linker temporaalkwabepilepsie verstoord was, dit aan de hand van een visuele semantische beoordelingstaak. De N400 uitgelokt door de prime-woorden (zelfstandig naamwoorden) en de targetwoorden (semantische categorieën) vertoonde een kleinere amplitude bij de personen met linker temporaalkwabepilepsie in vergelijking met de gezonde controles. De latentie en de topografie van de N400 werden niet onderzocht. Verder kunnen ERPs volgens Trimmel et al. (2017) gebruikt worden om de lateralisatie van taalfuncties bij epilepsiepatiënten na te gaan. In deze studie werd het lateralisatiepatroon in een heterogene groep van epilepsiepatiënten onderzocht met de N400 tijdens een visuele rijmbeoordelingstaak met bestaande woorden. Het N400-effect was voornamelijk gelateraliseerd naar de linkerhersenhelft, dit kwam overeen met het lateralisatiepatroon bepaald aan de hand van functionele magnetische resonantie imaging (fMRI).Om de meerwaarde van ERPs in de klinische praktijk van personen met epilepsie aan te tonen, zal in de eerste plaats talig ERP-onderzoek verricht moeten worden bij een populatie met een welomlijnd letsel. Aangezien bij epilepsiepatiënten de oorsprong van de epileptogene haard niet altijd te achterhalen valt (Fisher et al., 2017), werd gekozen voor een populatie met een duidelijk afgebakend letsel, met name personen met afasie.
1.3 ERP-onderzoek bij personen met afasie
1.3.1 Definitie van afasie
Afasie is een verworven taalstoornis waarbij het vermogen om geschreven en/of gesproken taal te produceren en/of te begrijpen is aangetast (Benson & Ardila, 1996). Het treft ongeveer 35% van alle patiënten na een cerebrovasculair accident (CVA) (Kauhanen et al., 2000; Wade et al., 1986). Een CVA wordt veroorzaakt door een acuut zuurstoftekort in de bloedstroom naar de hersenen, waardoor neuronen afsterven (Johnson et al., 2016). CVA’s worden onderverdeeld in twee types: een ischemie en een hemorragie. Een ischemie ontstaat als gevolg van een obstructie die de bloedtoevoer naar de hersenen onderbreekt. Een hemorragie ontstaat als gevolg van een scheur of een malformatie in een bloedvat (National Institute of Neurological Disorders and Stroke, 2019). Het letsel na een CVA omvat welomlijnde gebieden in de hersenen, hetgeen aanleiding kan geven tot specifieke stoornissen, waaronder ook afasie (Code & Petheram, 2011). Afasie heeft niet alleen een grote impact op de communicatieve vaardigheden, maar ook op de levenskwaliteit van de patiënt (Michallet, Tétreault, & Le Dorze, 2003). Afhankelijk van de plaats van het letsel kunnen bij een afasie verschillende taalstoornissen voorkomen. Al naargelang de stoornissen die optreden, kunnen verschillende afasiesyndromen onderscheiden worden. De classificatie van Boston onderscheidt acht vormen van afasie: afasie van Broca, afasie van Wernicke, conductie-afasie, globale afasie, transcorticale motorische afasie, transcorticale sensorische afasie, gemengde transcorticale afasie en anomische afasie (Benson, 1979). In Tabel 1 wordt per afasietype weergegeven welke aspecten voornamelijk gestoord zijn.
21
Tabel 1.De belangrijkste kenmerken van de verschillende afasietypes
Type afasie Plaats van het letsel Spontane spraak
Taalbegrip Herhaling Benoemen
Afasie van Broca - + - -/+
Afasie van Wernicke + - - -/+
Conductie-afasie + + - -/+ Globale afasie - - - - Transcorticale motorische afasie - + + -/+ Transcorticale sensorische afasie + - + -/+ Gemengde transcorticale afasie - - + -/+ Anomische afasie + + + -
Noot: – gestoord, -/+ licht tot matig gestoord, + goed. Gebaseerd op Van Borsel (2013).
Hoewel afasie de productie en/of het begrip van zowel gesproken als geschreven taal kan aantasten, ligt de focus van deze studie op het begrip van de auditieve modaliteit. Auditieve begripsstoornissen kunnen worden veroorzaakt door een verstoorde fonologische, semantische en/of lexicale verwerking.
1.3.2 Herstelverloop en neuroplasticiteit bij afasie
Er worden drie fasen onderscheiden in het herstelverloop van een CVA-gerelateerde afasie: de acute fase, de subacute fase en de chronische fase. Het vroege stadium, de acute fase, beslaat de eerste 2 weken na het ontstaan van de CVA. De tweede fase, de (sub)acute fase, duurt meestal ongeveer 6 maanden. De chronische fase, ten slotte, begint ongeveer 6 maanden na het ontstaan van de CVA en kan de rest van het leven blijven aanhouden (Hillis, 2005). In de chronische fase is taalherstel meestal het gevolg van gereorganiseerde taalnetwerken (Van Borsel, 2013). Specifiek kan het gaan om intrahemisferische reorganisatie, waarbij hersenregio’s rondom het beschadigde gebied gerekruteerd worden, of om interhemisferische reorganisatie, waarbij homologe gebieden in de rechterhersenhelft worden ingezet (Breier et al., 2004). De betrokkenheid van de rechterhemisfeer kan gunstig zijn voor het taalherstel in het geval dat de inhiberende werking van de linker- op de rechterhemisfeer wordt
22
opgeheven. Op die manier kunnen homotopisch georganiseerde rechter hersenregio’s de taalfuncties gedeeltelijk overnemen. Dit gaat echter niet altijd samen met verbeterde taalprestaties, wat wijst op een inefficiënte overname van de taalfuncties (Hamilton, Chrysikou, & Coslett, 2011). De betrokkenheid van de rechterhemisfeer kan ook ongunstig zijn voor het afasieherstel, dit wanneer een verhoogde activiteit rechts resulteert in een inhiberende werking op de linkerhemisfeer. De inhibitie van de reeds beschadigde linkerhemisfeer kan zo het taalherstel belemmeren (Hamilton et al., 2011), dit voornamelijk voor sterk links georganiseerde taalfuncties (bv. fonologie en syntaxis) (Tyler et al., 2010). In welke mate de rechterhemisfeer betrokken is bij het taalherstel, hangt onder meer af van de grootte en de plaats van het letsel, de aanvankelijke taallateralisatie en de herstelfase (Hamilton, Chrysikou, & Coslett, 2011). Grote letsels in de linkerhemisfeer leiden tot een grotere betrokkenheid van de rechterhemisfeer voor de taalfuncties (Heiss & Thiel, 2006). Verder zullen patiënten met een bilaterale taallateralisatie vaker de contralesionele hemisfeer inschakelen in vergelijking met patiënten die een uitgesproken linkerhemisferische lateralisatie hebben (Knecht et al., 2002). Daarnaast kan de betrokkenheid van de rechterhemisfeer in de loop van het herstel veranderen. Afasietesten lokken meer rechterhemisferische activiteit uit tijdens de subacute fase dan tijdens de chronische fase (Saur et al., 2006).Naast alleen het reorganisatiepatroon, maar ook individueel bepaalde en letsel-gerelateerde factoren beïnvloeden het herstelverloop van afasie (Basso, 1992). De individueel bepaalde factoren zijn leeftijd, geslacht en handvoorkeur. Over de invloed van leeftijd bestaat discussie. In sommige studies wordt aangetoond dat jongere patiënten een beter herstelverloop hadden dan oudere patiënten (Marshall, Thompkins, & Phillips, 1982), in andere studies heeft leeftijd geen significant effect op het herstel (Basso, Capitani, & Vignolo, 1979). Over de invloed van geslacht bestaat eveneens discussie. Volgens Pizzamiglio, Mammucari, & Razzano (1985) hebben vrouwen een betere prognose dan mannen voor auditief taalbegrip, volgens Sarno, Buonaguro, & Levita (1985) heeft geslacht geen significante invloed op het herstel. Wat betreft handvoorkeur zijn er geen significante verschillen tussen het herstelverloop van links- en rechtshandigen (Basso et al., 1990; Pedersen et al., 1995). Het effect van leeftijd, geslacht en handvoorkeur op het herstel na afasie is dus onduidelijk. Over de letsel-gerelateerde factoren daarentegen bestaat meer duidelijkheid. De etiologie, omvang en plaats van het letsel hebben een invloed op het herstelverloop. Volgens Basso (1992) en Nagata et al. (1986) hebben patiënten met een hemorragisch letsel een betere prognose dan patiënten met een ischemisch letsel. De plaats van het letsel is een bepalende factor voor de ernst van de initiële taalproblemen: letsels in de area van Broca zijn gerelateerd met matige en tijdelijke taalproblemen, letsels in de area van Wernicke leiden tot een ernstige, langdurige afasie (Brunner, Kornhuber, Seemuller, Surger, & Wallesch, 1982). Hoewel posterieure letsels initieel leiden tot een ernstige afasie, is hun effect op het herstelverloop niet duidelijk (Basso, 1992). Het is wel aangetoond dat de mate van herstel beperkter is wanneer het initiële functioneringsniveau ernstiger verstoord is (Basso, 1979). De invloed van de omvang en de plaats van het letsel hangt samen met de ernst van de afasie. Zo zal een klein letsel in de area van Wernicke meer nadelig zijn voor de taalfuncties dan een uitgebreid letsel in de frontaalkwab (Basso, 1992).
23
1.3.3 ERP-onderzoek
Talige ERPs werden in het verleden meermaals onderzocht bij afasiepatiënten waarbij voor meerdere ERP-componenten vaak gereduceerde amplitudes werden gedetecteerd (Aerts et al., 2015; Csépe et al., 2001; Dejanović et al., 2015; Ilvonen et al., 2004). Dit is waarschijnlijk het gevolg van kleinere of afwezige postsynaptische potentialen, een verminderd aantal neuronen en/of een verminderde temporele neurale synchroniciteit (Ilvonen et al., 2003; Kutas & Federmeier, 2011).
Aangezien in de huidige studie gebruik gemaakt wordt van de MMN- en de P300-component, worden enkel de resultaten van MMN- en P300-studies bij afasiepatiënten besproken. Uit deze studies blijkt dat de amplitude van de MMN bij afasiepatiënten gereduceerd is voor spraakstimuli in vergelijking met de MMN-amplitude van gezonde individuen (Csépe et al., 2001; Ilvonen et al., 2004). De MMN-latentie van afasiepatiënten voor zowel spraakstimuli als tonen, kan gelijkaardig zijn aan die van gezonde individuen (Aerts et al., 2015), of later optreden (Aerts et al., 2015; Ilvonen, 2003, 2004). Resultaten omtrent de P300 van afasiepatiënten zijn uiteenlopend. Tijdens de discriminatie van (non-)verbale stimuli kan de P300-amplitude gelijkaardig (Korpelainen et al., 2000; Trinka et al., 2000) of gereduceerd (Aerts et al., 2015; Dejanović et al., 2015) zijn in vergelijking met die van gezonde individuen. De P300-latentie is normaal (Gummow, Dustman & Keaney, 1986) of treedt later op (Aerts et al., 2015; Dejanović et al., 2015 Korpelainen et al., 2000).
Er werd eveneens aangetoond dat de amplitudes van de MMN en P300 geleidelijk toenemen doorheen het herstelproces bij afasiepatiënten met een linker hemisferisch letsel na intensieve logopedische therapie. De toename van de amplitude kwam bovendien overeen met een toenemende score op de gedragsmatige evaluatie (Aerts et al., 2015; Ilvonen et al., 2003). Op basis van deze bevinding werd gesuggereerd dat de taalvaardigheden van afasiepatiënten tijdens het herstelverloop met behulp van elektrofysiologische metingen geëvalueerd kunnen worden, onafhankelijk van gedragsmetingen (D’Arcy et al., 2003; Kojima & Kaga, 2003).
24
1.4 Huidige studie
ERPs kunnen mogelijks waardevolle informatie opleveren over de taalverwerking van personen met epilepsie. Aangezien talig ERP-onderzoek bij personen met epilepsie beperkt is, werd de meerwaarde van elektrofysiologische evaluaties tot nu toe niet bewezen. Bovendien is het niet eenvoudig de neurale oorsprong van de epileptogene haard te achterhalen, waardoor onderzoek naar taalverwerkingsprocessen bemoeilijkt wordt. Daarom werd beslist om een talige ERP-studie uit te voeren bij een populatie met een welomlijnd letsel waarbij in het verleden reeds ERP-onderzoek verricht werd, namelijk afasiepatiënten. Het doel van dit onderzoek is om de meerwaarde van ERPs, naast de gedragsmatige evaluatie, aan te tonen bij het in kaart brengen van de taalproblemen van afasiepatiënten. Om dit te bereiken worden de resultaten van enkele gedragsmatige taaltests vergeleken met elektrofysiologische correlaten die uitgelokt worden met een auditieve fonologische discriminatietaak die al eerder gebruikt werd in de studie van Aerts et al. (2013). Het stellen van een hypothese is niet mogelijk aangezien er nog maar weinig gelijkaardig onderzoek beschikbaar is.
25
2. Methode
In deze retrospectieve studie werd onderzocht of ERPs een meerwaarde zijn bij het in kaart brengen van de taalproblemen van afasiepatiënten, naast een klassieke, gedragsmatige evaluatie. Het onderzoek was drieledig. Ten eerste werden de taalproblemen van 8 afasiepatiënten onderzocht aan de hand van een gedragsmatige taaltest: de Akense Afasie Test (AAT). Ten tweede werden de elektrofysiologische correlaten van de fonologische vaardigheden onderzocht aan de hand van twee ERP-componenten: de MMN en de P300. Ten slotte kon aan de hand van de verzamelde data een vergelijking gemaakt worden tussen de gedragsmatige en de elektrofysiologische gegevens. De studie werd op 4 mei 2020 goedgekeurd door het Ethisch Comité van de Universitair Ziekenhuis Gent. Voorafgaand aan de studie ondertekenden alle deelnemers een informed consent.
2.1 Patiënten
In totaal werden de retrospectieve data van acht proefpersonen onderzocht, waaronder 6 mannen en 2 vrouwen. Alle proefpersonen waren rechtshandig, met uitzondering van 1 proefpersoon die linkshandig was (patiënt 6). Elke proefpersoon had Nederlands als moedertaal en kreeg gemiddeld 2 tot 3 keer per week logopedische therapie. Op het moment van de testafname hadden de proefpersonen een leeftijdsrange van 47;6 tot 71;10 jaar, met een gemiddelde leeftijd van 59;2 jaar (standaarddeviatie ± 9;6 jaar).
Alle proefpersonen hadden een letsel in de linkerhersenhelft, veroorzaakt door een primair cerebrovasculair accident (CVA). De gemiddelde leeftijd waarop de CVA voorkwam was 58 jaar (standaarddeviatie ± 10;2 jaar), met een range van 46;7 tot 71;4 jaar. De plaats van het letsel varieerde sterk tussen de proefpersonen. Het letsel bevond zich temporaal in 2/8 patiënten, pariëtaal in 1/8 patiënten, pariëto-temporaal in 2/8 patiënten en/of ter hoogte van de basale ganglia in 4/8 patiënten. De specifieke lokalisatie van de letsels is terug te vinden in Tabel 2. Alle proefpersonen werden getest in de chronische herstelfase, met uitzondering van patiënt 4, die zich in de subacute herstelfase bevond. Een samenvatting van de demografische gegevens van de proefpersonen kan teruggevonden worden in Tabel 2.
26
Tabel 2.Demografische gegevens van de 8 afasiepatiënten
# Geslacht (m/v) Leeftijd (jaar) Handig-heid (L/R) Leeftijd onset CVA
(jaar) Type CVA Lokalisatie letsel Type afasie
1 m 71;10 R 71;4 Hemorragie Links posterieur
temporaal Anomische afasie 2 m 47;6 R 46;7 Ischemie + postlaesion ele epilepsie Links pariëtaal, caudate nucleus, globus pallidus & insula
Anomische afasie
3 m 63;6 R 63 Ischemie Links
pariëto-temporaal
/
4 m 62;9 R 62;4 Ischemie Links
pariëto-temporaal
Anomische afasie
5 m 56;1 R 55;2 Hemorragie Links temporaal
Wernicke-afasie
6 m 50;7 L 46;9 Ischemie Linker ACM –
mesencephalon - nucleus lentiformis – shift middellijn naar rechts Broca-afasie 7 v 71 R 70;6 Ischemie + hemorragis che omvorming Linker ACM: nucleus caudatus + lentiformis + insula (oedeem) Globale afasie
8 v 50 R 48;6 Hemorragie Basale ganglia +
capsula interna + midline shift
Globale afasie
27
2.2 Gedragsmatige taaltests
De gedragsmatige data werden verkregen aan de hand van een diagnostische taalbatterij met name de Akense Afasie Test (AAT) (Graetz, De Bleser & Willmes, 1992). De AAT heeft als doel om personen met afatische taalstoornissen te identificeren en de taalproblemen te beschrijven op de verschillende linguïstische niveaus (fonologie, semantiek, morfologie, syntaxis), dit voor de vier taalmodaliteiten (spreken, luisteren, lezen, schrijven). De AAT bestaat uit zes subtests: Spontane Taal, Tokentest, Naspreken, Schrijftaal, Benoemen en Taalbegrip. De inhoud van elke subtest wordt in Tabel 3 toegelicht. Op basis van de resultaten op alle subtests wordt de totaalscore berekend. De totaalscore geeft de ernst van de stoornis weer (minimaal tot geen, licht, gemiddeld of zwaar) en ook een classificatie in een van de vier afasietypes (globale, anomische, Wernicke of Broca). Bovendien correleert het resultaat op de Tokentest sterk met de ernst van de afasie (El Hachioui et al., 2013) Tabel 3.
Subtests van de Akense Afasie Test (AAT)
Noot: Gebaseerd op Graetz, De Bleser, & Willems (1992).
2.3 EEG-registratie
2.3.1 ERP-paradigma’s
Voor de huidige studie is een oddball-paradigma gekozen dat in het verleden gebruikt werd door Aerts et al. (2013) om de MMN-component en de P300-component uit te lokken bij gezonde individuen. Het betreft auditieve foneemdiscriminatietaken, waarvan één taak geen aandacht vereist (MMN) en één taak wel (P300). Als standaardstimulus werd het foneem [bə] gekozen, als afwijkende stimulus het foneem [gə] (Aerts et al., 2013). De fonemen werden zo gekozen dat het standaardfoneem slechts in één distinctief kenmerk verschilde van het afwijkend foneem, namelijk qua articulatieplaats. De
Subtest Omschrijving
Spontane taalproductie semi-gestandaardiseerd gesprek over 4 thema’s, gescoord op 6 linguïstische niveaus: communicatief gedrag, articulatie en prosodie, geautomatiseerde taal, semantische structuur, fonematische structuur en syntactische structuur Tokentest tokens van verschillende vorm, grootte en kleur aanwijzen of opdrachten
ermee uitvoeren in stijgende moeilijkheidsgraad
Naspreken auditief aangeboden klanken, eenlettergrepige-, leen- en vreemde-, samengestelde woorden en zinnen herhalen in stijgende moeilijkheidsgraad Schrijftaal hardop lezen, samenstellen op dictaat en schrijven op dictaat
Benoemen afbeeldingen benoemen van voorwerpen met enkelvoudige namen, kleuren, samengestelde namen en situaties en handelingen
28
articulatiewijze en stemgeving bleven ongewijzigd. De auditief aangeboden fonemen hadden een duur van 250 ms. Het interstimulusinterval (ISI) werd ingesteld op 500 ms in het MMN-paradigma en op 2000 ms in het P300-paradigma. De standaardstimulus en de afwijkende stimulus werden aangeboden in een willekeurige volgorde met een respectievelijke probabiliteit van 80% en 20%. Er werden 600 standaard- en 150 afwijkende stimuli aangeboden tijdens het MMN-paradigma. Tijdens het P300-paradigma waren er 160 standaard- en 40 afwijkende stimuli. Er werden nooit twee afwijkende fonemen direct na elkaar aangeboden.2.3.2 Dataverzameling en -analyse
Het elektro-encefalogram (EEG) werd geregistreerd met de Neuron-Spectrum-5 (4EPM) registratiesoftware (Neurosoft, Moskou, Rusland) aan de hand van 20 elektroden die bevestigd waren in een cap (Easycap, BrainProducts). De elektrodecap omvatte volgende elektrodeplaatsen: Cz, Fz, Fpz, Pz, Oz, C3, C4, T3, T4, F3, F4, F7, F8, P3, P4, T5, T6, Fp1, Fp2 en O1. De elektroden werden volgens het internationale 10-20 systeem op de schedel geplaatst. Om de impedantie tussen de huid en de elektroden te verlagen, werd gebruik gemaakt van een geleidende gel. De impedantie van de elektroden werd onder de 5 kΩ gehouden. De elektroden werden verbonden met een SynAmp (Neuroscan) versterker en werden continu gemeten met een samplefrequentie van 500 Hz. De verzamelde elektrofysiologische data werden geanalyseerd aan de hand van BrainVision Analyzer 2.1 (Brain Products). Eerst werden de kanalen van de ruwe data gecontroleerd op overmatige ruis en indien nodig verwijderd. Signalen, geregistreerd vóór de eigenlijke start van het experiment, werden eveneens verwijderd. Vervolgens werden de data gefilterd met een hoogdoorlaatfilter van 0,5 Hz, een laagdoorlaatfilter van 30 Hz en een notch-filter ingesteld op 50 Hz. Nadien werden de artefacten, veroorzaakt door oogknippers en horizontale oogbewegingen, verwijderd aan de hand van independent component analysis (ICA). In een volgende stap werd het EEG-signaal gesegmenteerd. De stappen vanaf de segmentatie gebeurden afzonderlijk voor de standaard- en afwijkende stimuli. Het EEG-signaal van het MMN-paradigma werd gesegmenteerd in een tijdsvenster van 500 ms. Het tijdsvenster omvatte 100 ms voor de onset van de stimulus en 400 ms na de onset van stimulus. Het EEG-signaal van het P300-paradigma werd gesegmenteerd in een tijdsbereik van 1100 ms. Het tijdsbereik liep van 100 ms voor de stimulusaanbieding tot 1000 ms na de stimulusaanbieding. Na de segmentatie werd een baseline-correctie van 100 ms toegepast. Elk tijdsvenster met signalen waarvan de spanning meer was dan ±100 µV werd uitgesloten voor verdere analyse. Specifiek voor het P300-paradigma, werden incorrecte reacties (knop niet indrukken voor een afwijkende stimulus en knop indrukken voor een standaardstimulus) verwijderd voor verdere analyse. Tenslotte werd het gemiddelde (signal-averaging) van de EEG-segmenten berekend per proefpersoon. Voor het MMN-paradigma werd een difference wave gecreëerd door de activiteit van de standaardstimuli af te trekken van de activiteit van de afwijkende stimuli.
29
Uiteindelijk werd voor elke proefpersoon een difference wave bekomen voor het MMN-paradigma en voor het P300-paradigma werd een gemiddelde ERP-golf bekomen voor zowel de standaard- als de afwijkende stimuli. Er werd een semi-automatische piekdetectie uitgevoerd voor alle gecreëerde ERP-golven. Vervolgens werden de piekamplitudes en -latenties geëxtraheerd op de Cz- en Fz-elektroden voor het MMN-paradigma en op de Pz-elektrode voor het P300-paradigma.Voor de data-analyse werd gebruik gemaakt van beschrijvende statistiek. Inferentiële statistiek werd niet toegepast aangezien slechts acht proefpersonen aan de studie deelnamen.
2.3.3 Taakbeschrijving en testprocedure
De dataverzameling vond plaats in het Universitair Ziekenhuis te Gent. Er werden twee ERP-taken afgenomen met als doel de temporele aspecten van het fonologisch taalbegrip in kaart te brengen. Voor de ERP-taak zonder aandacht (MMN), kregen de proefpersonen een geluidloze film te zien. Er werd hen gevraagd de aandacht op de film te richten en de aangeboden stimuli te negeren. De stimuli werden binauraal gepresenteerd via een koptelefoon op een comfortabel luisterniveau van ca. 70 dB. In Figuur 5 wordt de taak schematisch voorgesteld.
Figuur 5. Pre-attentieve auditieve discriminatietaak van fonemen die verschillen qua articulatieplaats:
/b/ en /g/.
Voor de ERP-taak met aandacht (P300), keken de proefpersonen naar een computerscherm waarop een fixatiekruis te zien was. Er werd hen gevraagd hun aandacht op de auditieve stimuli te richten. Deze werden eveneens aangeboden via een oortelefoon op een luisterniveau van ca. 70 dB. Telkens wanneer ze het afwijkende foneem /g/ hoorden, dienden ze een knop indrukken. In Figuur 6 wordt de taak schematisch voorgesteld.
30
Figuur 6. Attentieve auditieve discriminatietaak van klanken die verschillen qua articulatieplaats: /b/ en
31
3. Resultaten
De resultaten omvatten drie luiken. Eerst worden de gedragsmatige resultaten van de acht afasiepatiënten besproken. De gedragsmatige taalproblemen werden in kaart gebracht op basis van de Akense Afasie Test (AAT). Vervolgens worden de ERP-resultaten beschreven. De elektrofysiologische resultaten werden verkregen door een onbewust (MMN) en bewust (P300) fonologisch ERP-paradigma af te nemen bij de acht afasiepatiënten. Ten slotte wordt een vergelijking gemaakt tussen de gedragsmatige en de elektrofysiologische gegevens.
3.1 Gedragsmatige resultaten
Op basis van de totaalscore op de AAT werden de proefpersonen ingedeeld in één van vier afasietypes (anomische, Wernicke, Broca of globale afasie). Zeven van de acht (87,5%) proefpersonen werden gediagnosticeerd met een afasie, slechts bij één proefpersoon (patiënt 3) kon geen afasie weerhouden worden. Patiënt 1, 2 en 4 werden gediagnosticeerd met een anomische (of amnestische) afasie. De ernst van de afasie voor patiënt 1 was minimaal, patiënt 2 en 4 hadden een milde anomische afasie. Patiënt 5 werd gediagnosticeerd met een ernstige Wernicke-afasie en patiënt 6 met een matige Broca-afasie. Tot slot werd een matige globale afasie vastgesteld bij patiënt 7 en 8.
3.1.1 Spontane taalproductie
De scores voor de zes linguïstische niveaus worden voor elke patiënt afzonderlijk weergegeven in Tabel 4, aangezien er geen percentielscores verbonden zijn aan de subtest spontane taalproductie. De drie patiënten met een anomische afasie (patiënt 1, 2 en 4) hadden weinig tot geen moeilijkheden met de spontane taalproductie. Enkel de fonologische vaardigheden waren licht gestoord. Daarnaast waren het communicatief gedrag van patiënt 1 en de syntactische vaardigheden van patiënt 4 licht gestoord. De spontane taalproductie van de patiënten met een globale afasie (patiënt 7 en 8) was op alle linguïstische niveaus ernstig gestoord, met uitzondering van de articulatie en prosodie bij patiënt 7. Bij de patiënt met een Wernicke-afasie (patiënt 5) waren eveneens alle linguïstische niveaus gestoord doch waren de syntactische vaardigheden minder gestoord dan diens semantische en fonologische vaardigheden. De patiënt met een Broca-afasie (patiënt 6) daarentegen, scoorde minder goed op syntaxis en beter op semantiek en fonologie. Alle onderdelen van de spontane taalproductie waren gestoord, met uitzondering van het onderdeel articulatie en prosodie. De spontane taalproductie van de patiënt waarbij geen afasie te weerhouden was (patiënt 3), was licht gestoord wat betreft de semantiek en fonologie.
32
Tabel 4Testresultaten voor de linguïstische niveaus van de spontane taalproductie
Spontane taalproductie
COM ART AUT SEM FON SYN
Patiënt 1 - Anomisch 4 5 5 5 4 5
Patiënt 2 - Anomisch 5 5 5 5 4 5
Patiënt 3 - Geen afasie te weerhouden 5 5 5 4 4 5 Patiënt 4 - Anomisch 5 5 5 5 4 4 Patiënt 5 - Wernicke 1 4 2 2 2 3 Patiënt 6 - Broca 2 5 3 3 3 2 Patiënt 7 - Globaal 1 5 1 0 0 0 Patiënt 8 - Globaal 0 0 0 0 0 0
Noot: COM: communicatief gedrag, ART: articulatie en prosodie, AUT: geautomatiseerde taal, SEM:
semantische structuur, FON: fonematische structuur, SYN: syntactische structuur.
3.1.2 Overige AAT-subtests
De ruwe scores op de 5 andere subtests van de AAT werden omgezet naar percentielen aan de hand van de beschikbare normtabellen. Een overzicht van de percentielscores per onderdeel wordt weergegeven in Figuur 7. Per subtest werd de ernst van de stoornis (mild/matig/ernstig) bepaald aan de hand van het t-waardenprofiel. Dit wordt weergegeven in Tabel 5.
Figuur 7. AAT-scoreprofiel per patiënt. TT: Tokentest, NA: Naspreken, ST: Schrijftaal, BE: Benoemen,
33
Tabel 5T-waardenprofiel: Ernst van de stoornis per subtest per patiënt
Subtest TT NA ST BE TB Patiënt 1 0 1 0 0 0 Patiënt 2 1 1 0 0 0 Patiënt 3 1 0 0 0 0 Patiënt 4 1 1 0 0 0 Patiënt 5 3 3 2 3 3 Patiënt 6 2 1 2 1 1 Patiënt 7 2 3 2 3 2 Patiënt 8 2 3 3 3 2
Noot: TT: Tokentest, NA: Naspreken, ST: Schrijftaal, BE: Benoemen, TB: Taalbegrip. 0: Minimaal tot
geen, 1: Licht, 2: Gemiddeld, 3: Zwaar.
Op basis van Figuur 7 kunnen twee groepen onderscheiden worden, namelijk een patiëntengroep met vrij hoge scores (patiënt 1, 2, 3 en 4) en een patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores (patiënt 5, 7 en 8). Met licht tot gemiddelde stoornissen behoort patiënt 6 tot geen van beide groepen. De patiëntgroepen worden hieronder meer in detail besproken.
De patiëntengroep met vrij hoge scores had geen of slechts lichte stoornissen op de AAT-subtests en voor bepaalde subtests trad er zelfs een plafondeffect op, met name een percentielscore van of boven 95 (Graetz et al., 1991). Patiënt 1 behaalde percentiel 90 op de Tokentest, percentiel 95 op het onderdeel Schrijftaal en percentiel 100 op de onderdelen Benoemen en Taalbegrip. Voor de onderdelen Schrijftaal, Benoemen en Taalbegrip werd een plafondeffect geobserveerd. Tot slot was het onderdeel Naspreken mild gestoord, dit kwam overeen met een percentielscore van 83. De plafondeffecten voor Schrijftaal, Benoemen en Taalbegrip werden eveneens teruggevonden bij patiënt 2, met respectievelijke percentielscores van 100, 98 en 99. Er werd een milde stoornis vastgesteld op basis van de Tokentest (percentiel (pc) 67) en de subtest Naspreken (pc 85). Bij patiënt 3 waren plafondeffecten aanwezig voor de onderdelen Schrijftaal, Benoemen, Taalbegrip én Naspreken, met respectievelijke percentielscores van 100, 99, 99 en 98. Er werd een milde stoornis vastgesteld op basis van de Tokentest, corresponderend met een percentielscore van 88. Bij patiënt 4 werd eveneens een milde stoornis vastgesteld op basis van de Tokentest (pc 79) alsook voor het onderdeel Naspreken (pc 80). Plafondeffecten werden teruggevonden voor de onderdelen Schrijftaal (pc 97) en Taalbegrip (pc 98), maar niet voor het onderdeel Benoemen (pc 92).
Voor geen van de patiënten behorende tot de groep met laag tot gemiddelde scores werd een plafondeffect teruggevonden. De Tokentest van patiënt 5 was ernstig gestoord (pc 14) alsook de onderdelen Naspreken (pc 10), Benoemen (pc 4) en Taalbegrip (pc 3). Er werd een matige stoornis vastgesteld voor Schrijftaal, dit correspondeerde met een percentielscore van 36. De onderdelen
34
Naspreken en Benoemen waren eveneens ernstig gestoord bij patiënt 7, met respectievelijke percentielscores van 25 en 22. Taalbegrip (pc 37), Schrijftaal (pc 48) en de Tokentest (pc 48) waren matig gestoord. Patiënt 8 had ernstige stoornissen voor Naspreken (pc 1) en Benoemen (pc 4) alsook voor het onderdeel Schrijftaal (pc 3). Op basis van de Tokentest en het onderdeel Taalbegrip werd een matige stoornis vastgesteld met respectievelijke percentielscores van 51 en 45.Tenslotte had Patiënt 6 milde stoornissen voor de onderdelen Naspreken (pc 73), Benoemen (pc 80) en Taalbegrip (pc 77) en matige stoornissen op basis van de Tokentest (pc 43) en het onderdeel Schrijftaal (pc 41).
3.1.3 Beïnvloedende factoren in het afasieherstel
Hoewel de afatische stoornissen bij alle patiënten voortkomen uit een cerebrovasculair letsel, is er binnen de patiëntengroep een grote variatie in de etiologie en de plaats van het letsel. Wat betreft de etiologie van het letsel, hadden 3/8 patiënten (patiënt 1,5 en 8) een hemorragisch CVA, de overige patiënten (patiënt 2, 3, 4, 6 en 7) een ischemisch CVA. In de patiëntengroep met vrij hoge scores valt op dat de Tokentest, die correleert met de ernstgraad van de afasie, niet gestoord was bij de patiënt met de hemorragie (patiënt 1), maar mild gestoord was bij de patiënten met een ischemie (patiënt 2, 3 en 4). In de patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores werd geen correlatie tussen de etiologie van het letsel (hemorragie vs. ischemie) en de ernstgraad van de afasie opgemerkt. Wat betreft de plaats van het letsel, bleken de basale ganglia in 4/8 patiënten (patiënt 2, 6, 7 en 8) aangetast. De overige patiënten (patiënt 1, 3, 4 en 5) hadden corticale letsels in de temporaal- en/of pariëtaalkwab. In de patiëntengroep met vrij hoge scores werd geen invloed van de plaats van het letsel opgemerkt. In de patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores daarentegen, hadden 2/3 patiënten (patiënt 7 en 8) letsels ter hoogte van de basale ganglia. Patiënt 5, die een temporaal letsel had, scoorde slechter op zowel de Tokentest als het onderdeel Taalbegrip in vergelijking met patiënt 7 en 8.
35
3.2 ERP-resultaten
De piekamplitudes en -latenties van de MMN en P300 werden vergeleken met de normatieve range voor verschillende leeftijdscategorieën uit het artikel van Aerts et al. (2013).
3.2.1 Mismatch Negativity
De piekamplitude van de MMN-component was in 3/8 (37,5%) van de afasiepatiënten (patiënt 5, 6 en 7) gereduceerd t.o.v. de normatieve range. In 1/8 (12,5%) van de afasiepatiënten (patiënt 1) werd een vergrote amplitude waargenomen t.o.v. de normatieve range. De pieklatentie van de MMN-component was verlaagd in 3/8 (37,5%) van de afasiepatiënten (patiënt 2, 6 en 8) en verhoogd in 1/8 (12,5%) van de afasiepatiënten (patiënt 3) t.o.v. de normatieve range. De piekamplitudes- en latenties van de MMN worden voor elke patiënt weergegeven in Figuur 8.
Figuur 8. Verschilgolven voor de MMN-paradigma’s in elektroden Cz (rood) en Fz (zwart). De latentie
(x-as) wordt weergegeven in milliseconden (ms) en de amplitude (y-as) in microvolt (μv). Negatieve waarden worden boven de x-as uitgezet.
(a) pati¨ent 1 (b) pati¨ent 2
(c) pati¨ent 3 (d) pati¨ent 4
(e) pati¨ent 5 (f) pati¨ent 6
36
3.2.2 P300
De piekamplitude van de P300-component was in 4/8 (50%) van de afasiepatiënten (patiënt 1, 3, 7 en 8) gereduceerd t.o.v. de normatieve range. De pieklatentie van de P300-component was verhoogd in 2/8 (25%) van de afasiepatiënten (patiënt 1 en 6) en verlaagd in 1/8 (12,5%) van de afasiepatiënten (patiënt 2) t.o.v. de normatieve range. De piekamplitudes- en latenties van de P300 worden voor elke patiënt weergegeven in Figuur 9.
Figuur 9. Gemiddelde P300-golven in elektrode Pz voor de standaardstimulus (rood) en de afwijkende
stimulus (zwart). De latentie (x-as) wordt weergegeven in milliseconden (ms) en de amplitude (y-as) in microvolt (μv). Negatieve waarden worden boven de x-as uitgezet.
(a) pati¨ent 1 (b) pati¨ent 2
(c) pati¨ent 3 (d) pati¨ent 4
(e) pati¨ent 5 (f) pati¨ent 6
37
3.3 Een vergelijking tussen de gedragsmatige- en de ERP-resultaten
Stoornissen op de AAT-subtests werden bevestigd door afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden van de MMN en de P300 ten opzichte van de normatieve range (Aerts et al., 2013). Een duidelijk onderscheid tussen de patiëntengroep met vrij hoge gedragsmatige resultaten en de patiëntengroep met minder goede resultaten werd niet teruggevonden in de ERP-resultaten. Hoewel patiënten geen of slechts milde stoornissen hadden voor één of meerdere gedragsmatige AAT-subtests, werden toch afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden van de MMN en P300 opgemerkt. Patiënten met matige tot ernstige stoornissen voor één of meerdere gedragsmatige AAT-subtests, hadden eveneens afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden van de MMN en P300.
Aangezien de elektrofysiologische resultaten verkregen werden aan de hand van een fonologische begripstaak, werd er voornamelijk vergeleken met de onderdelen van de AAT die peilden naar het taalbegrip, namelijk de Tokentest en de subtest Taalbegrip.
Voor de patiëntengroep met vrij hoge scores (patiënt 1, 2, 3 en 4) werd een gedragsmatig plafondeffect vastgesteld voor het onderdeel Taalbegrip en geen of slechts een milde stoornis voor de Tokentest. Op basis van de fonologische ERPs werden daarentegen afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden ten opzichte van de normatieve range vastgesteld voor al deze patiënten, met uitzondering van patiënt 4. Tijdens de onbewuste fonologische discriminatie (MMN) had patiënt 1 een vergrote piekamplitude en hadden patiënt 2 en patiënt 3 respectievelijk een verlaagde en een verhoogde pieklatentie. Tijdens de bewust fonologische discriminatie (P300) hadden patiënt 1 en patiënt 3 een gereduceerde piekamplitude, terwijl patiënt 2 een verlaagde en patiënt 1 een verhoogde pieklatentie had.
Voor de patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores (patiënt 5, 7 en 8) werd een matig tot ernstige stoornis vastgesteld voor het onderdeel Taalbegrip en de Tokentest. Deze begripsproblemen werden bevestigd door afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden, uitgelokt met foneemdiscriminatietaken. Tijdens de onbewuste fonologische discriminatie (MMN) hadden patiënt 5 en 7 een gereduceerde piekamplitude en patiënt 8 een verlaagde pieklatentie. Tijdens de bewust fonologische discriminatie (P300) hadden patiënt 7 en 8 een gereduceerde piekamplitude.
38
4. Discussie
Met dit onderzoek werd getracht de meerwaarde van ERPs, naast de gedragsmatige evaluatie, aan te tonen om de taalproblemen van afasiepatiënten in kaart te brengen. De gedragsmatige taalproblemen van acht afasiepatiënten werden in kaart gebracht op basis van de Akense Afasie Test (AAT) waarvan de totaalscore een indeling opleverde in één van vier afasiesyndromen. De verschillende taalmodaliteiten werden onderzocht met gestandaardiseerde subtests. Aangezien de focus van dit onderzoek ligt op het taalbegrip van afasiepatiënten, werd voornamelijk aandacht besteed aan de resultaten op de Tokentest en de subtest Taalbegrip. Op basis van de gedragsmatige resultaten konden twee groepen onderscheiden worden, namelijk een patiëntengroep met vrij hoge scores (patiënt 1, 2, 3 en 4) en een patiëntengroep met laag tot gemiddelde scores (patiënt 5, 7 en 8). Naast de gedragsmatige evaluatie, werden de afasiepatiënten onderworpen aan een elektrofysiologische evaluatie op basis van een (on)bewuste foneemdiscriminatietaak. Voor alle afasiepatiënten werden afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden van de MMN- en/of P300-component vastgesteld t.o.v. de normatieve range (Aerts et al., 2013), met uitzondering van patiënt 4. Om de additionele waarde van de MMN- en de P300-component aan te tonen, naast de AAT, werden de verkregen gedragsmatige en elektrofysiologische resultaten vergeleken.
4.1 Vergelijking tussen gedragsmatige en elektrofysiologische resultaten
Een opvallende bevinding is dat gedragsmatige plafondeffecten voor de subtest Taalbegrip gepaard gaan met afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden t.o.v. de normatieve range. Daarnaast zijn de amplitude- en/of latentiewaarden afwijkend wanneer geen of slechts milde stoornissen gedetecteerd worden op basis van de gedragsmatige Tokentest. Een andere belangrijke bevinding is dat matig tot ernstige gedragsmatige stoornissen op basis van de subtest Taalbegrip en de Tokentest bevestigd worden door afwijkende amplitude- en/of latentiewaarden op basis van een foneemdiscriminatietaak. De patiëntengroep met vrij hoge gedragsmatige scores bereikte gedragsmatig een plafondeffect voor het onderdeel Taalbegrip. Toch hadden 3/4 van de patiënten afwijkende ERP-waarden ten opzichte van de normatieve range tijdens de foneemdiscriminatietaak. Deze resultaten komen overeen met de resultaten uit recent onderzoek van Aerts et al. (2015), waarin werd aangetoond dat afasiepatiënten die gedragsmatig een plafondeffect bereikten afwijkende ERP-waarden hadden. Er werd gesuggereerd dat subtiele taalstoornissen, die niet te detecteren zijn met een gedragsmatige taalevaluatie, opgespoord kunnen worden aan de hand van specifieke ERP-paradigma’s (Becker & Reinvang, 2007b; Hurley et al., 2012). Op basis hiervan kan gesteld worden dat de fonologische discriminatieprocessen van patiënt 1, 2 en 3 licht gestoord zijn ondanks het feit dat op basis van de AAT geen stoornis gedetecteerd werd. Dit zou overeenstemmen met de ervaring in de kliniek dat veel afasiepatiënten na een revalidatietraject nog (subtiele) klachten ervaren, ook al bereiken ze maximumscores op de gedragsmatige (sub)testen (Cocquyt, De Groote et al., 2019).
