Frontiers | A Case of Right Alien Hand Syndrome Coexisting with Right-Sided Tactile Extinction | Human Neuroscience

Introduction

AHS is een bizarre en zeer zeldzame neurologische bewegingsstoornis die voor het eerst werd beschreven door Goldstein (1908). Patiënten met AHS ervaren een van hun ledematen als buitenaards, dat zich autonoom gedraagt en doelgerichte bewegingen uitvoert die niet worden geleid door de intentie van de patiënt. Patiënten grijpen bijvoorbeeld naar voorwerpen of raken hun gezicht aan zonder dat ze dat willen. Patiënten kunnen zelfs agressief tegen zichzelf handelen. De patiënt is zich bewust van de discrepanties tussen de intenties en de handelingen van de hand. Vaak probeert hij of zij te voorkomen dat de hand beweegt door deze stevig vast te pakken met de andere hand. Patiënten met AHS beschrijven de ervaring van hun vreemde ledemaat alsof iemand anders de vreemde hand beweegt (Goldstein, 1908). De patiënt waarover Goldstein (1908) klaagde dat er een “kwade geest” in de hand moest zijn. Bijgevolg noemen AHS-patiënten de vreemde ledemaat vaak in de derde persoon. Desondanks zijn de patiënten zich ervan bewust dat het ledemaat nog steeds deel uitmaakt van hun lichaam en ontkennen zij niet dat zij eigenaar zijn van hun lichaamsvreemde ledemaat wanneer hen daarom wordt gevraagd (in tegenstelling tot gevallen van asomatognosie; Goldstein, 1908; Biran en Chatterjee, 2004; Fitzgerald et al,

AHS is gemeld na laesies in verschillende hersengebieden, bijvoorbeeld supplementary motor area (SMA), anterior cingulate, corpus callosum, anterior prefrontale cortex, posterior pariëtale cortex, en thalamus (Goldberg et al., 1981; Martí-Fàbregas et al., 2000; Marey-Lopez et al., 2002; Scepkowski and Cronin-Golomb, 2003; Biran and Chatterjee, 2004; Assal et al., 2007; Fitzgerald et al., 2007; Brainin et al., 2008). Op grond van de anatomische laesies en klinische kenmerken zijn verschillende subtypes van AHS beschreven (Bogen, 1993; Bundick en Spinella, 2000; Biran en Chatterjee, 2004). Een duidelijke anatomisch-klinische correlatie van de verschillende klinische kenmerken ontbreekt echter nog steeds.

Hierom blijven de neurale mechanismen van deze dissociatie tussen wil en actie nog steeds onduidelijk. Slechts zeer weinig studies hebben getracht de neurale correlaten van deze ongewenste bewegingen te rapporteren (Assal et al., 2007; Schaefer et al., 2010). Interessant is dat recente studies de mechanismen van deze eigenaardige bewegingsstoornis trachten te ontrafelen door gebruik te maken van experimenten die multisensorische integratieprocessen manipuleren. Zo is bij gezonde proefpersonen aangetoond dat het lichamelijke zelf gemakkelijk kan worden verstoord door eenvoudige manipulaties van multisensorische integratie (visie, tast, proprioceptie), resulterend in eigendomsfouten van geziene of gevoelde ledematen (de zogenaamde rubber hand illusie, RHI; Botvinick en Cohen, 1998; Armel en Ramachandran, 2003). Bij deze illusie keken deelnemers naar een levensgrote rubberen hand die op een tafel voor hen werd gelegd, terwijl hun eigen arm aan het zicht werd onttrokken. De experimentator gebruikte nu twee verfkwasten om zowel de rubberen hand als de echte verborgen hand herhaaldelijk synchroon aan te raken. Na een tijdje voelden de deelnemers de aanraking van de nephand, wat de belichaming van de rubberen hand suggereerde. Deze eigendomsillusie verdween of verminderde wanneer een kleine asynchronie werd geïntroduceerd tussen het strelen van de rubberen en de echte hand (Botvinick en Cohen, 1998). In onze vorige studie testten we een patiënt met AHS op een specifieke versie van deze illusie, de somatische rubber hand illusie (SRI), en vonden we een interactie van experimenteel geïnduceerde lichaamsillusies (gebaseerd op de manipulatie van tast en proprioceptieve informatie) met de alien hand. We observeerden sterke bewegingen van de buitenaardse hand binnen enkele seconden wanneer deze lichaamsillusie begon. De patiënte gebruikte onmiddellijk haar gezonde hand om de bewegingen van de alien hand te stoppen, omdat zij zich zeer ongemakkelijk voelde bij deze onwillekeurige bewegingen. Omdat we deze bewegingen van de alien hand betrouwbaar konden uitlokken telkens wanneer we de illusie startten, kregen we de indruk dat we deze illusie konden gebruiken om de alien hand “wakker te maken” (Schaefer et al., 2013).

Een andere recente studie gebruikte vergelijkbare manipulaties van visuotactiele integratieprocessen om het gevoel van een alien hand te beïnvloeden. Romano et al. (2014) stelden de hypothese dat vrijwillige motorische controle verbeterd zou kunnen worden door de congruentie tussen motorische intenties en visuele feedback te herstellen. Om hun hypothese te testen gebruikten zij een spiegeldoos paradigma voor een patiënt met AHS in de rechterhand. De spiegeldoos bestond uit een ondoorzichtige doos met een gat in de wand tegenover de patiënt, waar zij haar hand in kon steken, en een spiegel met de parasagittale wand ervan. De patiënte werd gevraagd haar armen op de tafel te leggen, waarbij de vreemde hand in het spiegeldoosje werd gehouden en de andere buiten het doosje, voor de spiegel. De patiënte voerde nu ritmische tikkende bewegingen uit met beide wijsvingers. Door de spiegeldoos was de patiënte in staat alleen haar intacte hand te zien bewegen, wat resulteerde in een spiegelreflectie die overeenkwam met het beeld van de buitenaardse hand. De hypothese van de auteurs was dat een training gebaseerd op dit spiegeleffect de motorische controle over de aangedane hand zou verbeteren. In feite toonden de resultaten een verbeterde motorische snelheid aan na de spiegeldoos training en ook een kwalitatieve verbetering van het motorisch gedrag van de aangedane hand. De auteurs verklaarden deze resultaten door te stellen dat de visuele feedback die door de spiegel werd gegeven, het gevoel van congruentie tussen intentie en zintuiglijke feedback (de visuele informatie) kan hebben vergroot.

De huidige studie onderzocht de visuo-tactiele verwerking bij een 74-jarige dame met rechtshandig AHS. De patiënte werd gediagnosticeerd met een atypisch Parkinson syndroom door mogelijke corticobasale degeneratie. Het doel van deze studie was om te testen of deze patiënt mogelijk vergelijkbare interacties van visuo-tactiele illusies met de vreemde hand vertoont als aangetoond in ons eerdere artikel (Schaefer et al., 2013). Gegeven dat we een sterk effect van de RHI op alien bewegingen vonden in onze vorige studie, veronderstelden we dat de alien hand van onze patiënt op een gelijkaardige manier zou kunnen interageren met de illusie. Dus veronderstelden we dat een succesvolle inductie van een RHI bij de patiënt buitenaardse handbewegingen zou uitlokken. We testten twee versies van de RHI, omdat de vorige studie alleen effecten liet zien voor de somatische versie van de RHI. Bovendien voerden we een derde tactiele experiment uit om de algemene tactiele verwerking bij deze patiënt aan te tonen.

Casusverslag

De patiënt werd gerekruteerd op de afdeling Neurologie van de Otto-von-Guericke Universiteit, Magdeburg, Duitsland. De studie voldeed aan de Verklaring van Helsinki en schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen van de patiënt.

De 74-jarige rechtshandige dame werd 4 jaar geleden gediagnosticeerd met het Parkinson-syndroom. Zij meldde een progressieve stijfheid van haar rechterhand en een later beginnende onregelmatige tremor. Bovendien beweerde zij dat zij haar rechterhand niet onder controle kon houden en dat zij het gevoel had dat deze hand een eigen leven leidde. Soms had zij moeite om de greep van deze hand los te maken. Stijfheid en tremor verspreidden zich naar de linkerhand sinds 6 maanden en naar het rechterbeen sinds 2 maanden met daaropvolgende loopstoornis. Momenteel was de patiënte niet in staat haar rechterhand te gebruiken voor eenvoudige taken.

Klinisch onderzoek toonde een sterk rechtszijdige vermindering van de lichamelijke beweging (hypokinesie) met rigor en dystonie in de hand. Bovendien zagen we snelle, onwillekeurige spiercontracties van de rechterarm (myoklonus). De patiënt toonde een opgeheven rechterarm met verminderde zwaai tijdens het lopen. Reflexen waren verzwakt in de rechterarm. Gedetailleerde neuropsychologische beoordeling toonde moeilijkheden in motorische planning (ideomotorische apraxie), spiegelbewegingen, en tactiele benoemingsstoornis. De patiënt meldde episodes van tonisch grijpen.

Structurele MRI toonde globale atrofie met focus op de frontoparietale cortex en de linker pre- en postcentrale gyrus inclusief primaire somatosensorische cortex (SI, Brodmann gebieden 1, 2, 3) en primaire motorische cortex (M1, Brodmann gebied 4; zie figuur 1). Traceronderzoek (DAT-Scan en FDG-PET) toonde verlies van presynaptisch dopamine aan, evenals een asymmetrisch hypometabolisme van de linker frontale, pariëtale en insulaire cortex, evenals van de linker caudatekern.

FIGUUR 1

Figuur 1. Transaxiale MR-beelden van de patiënt. T1-gewogen (eerste rij) en T2-gewogen (tweede rij), met duidelijke atrofie van de linker superieure frontale en pariëtale cortex (pijlen), waarbij voornamelijk de primaire somatosensorische (Brodmann-gebieden 1, 2, 3) en primaire motorische cortex (Brodmann-gebied 4) betrokken zijn. MR-gegevens werden verkregen met een 3 T Magnetom Trio Siemens scanner (3D-SPGR, TR = 24 ms, TE = 8 ms).

Op basis van de klinische presentatie en de beeldvormingsgegevens stelden we de diagnose atypisch Parkinson-syndroom door mogelijke corticobasale degeneratie en AHS aan de rechterkant.

Procedure

De patiënt nam deel aan drie tests. Ten eerste onderzochten we de klassieke RHI bij deze patiënte. Ten tweede hebben we haar getest met de SRI. Ten derde onderzochten we de algemene tactiele detectie bij deze patiënte.

Voor de klassieke RHI zit de deelnemer op een comfortabele stoel, met de armen op een tafel voor hem of haar geplaatst. Een staand scherm wordt gebruikt om de linker (rechter) arm aan het zicht van de proefpersoon te onttrekken. Vervolgens plaatst de experimentator een levensgroot rubberen model van een linker- (rechter-) hand op de bovenkant van de tafel (in hetzelfde perspectief als de echte hand van de patiënt). De experimentator gebruikt nu twee kleine kwasten om zowel de rubberen hand als de verborgen hand van de proefpersoon synchroon te strelen (of asynchroon voor de controle conditie). De meeste deelnemers (ongeveer 80%) ontwikkelen al snel een gevoel van eigenaarschap voor deze rubberen hand (Botvinick en Cohen, 1998). Dit wordt getest aan de hand van een vragenlijst die de patiënt na elke conditie (linker/rechterhand, synchroon, asynchroon) moest invullen. In deze vragenlijst wordt de patiënt gevraagd de mate van overeenstemming te beoordelen met vijf stellingen uit de studies van Botvinick en Cohen (1998) en Ehrsson et al. (2004). Zo wordt de patiënt gevraagd of hij tijdens het experiment het gevoel had dat de rubberen hand zijn eigen hand was, of hij de aanraking van de verfkwast voelde op de plaats waar hij de rubberen hand zag aankomen, of zijn eigen hand kunstmatig aanvoelde, of hij zijn eigen hand voelde bewegen, en of hij het gevoel had meer dan één linker- (rechter-) hand te hebben. De eerste en tweede uitspraak geven het optreden van de illusie aan, de andere uitspraken waren controlevragen.

In tegenstelling tot de vorige illusie moet de patiënt bij de SRI geblinddoekt zijn. Een levensgroot rubberen model van een hand wordt op de tafel gelegd tussen de handen van de deelnemer. De experimentator beweegt nu de linker wijsvinger van de patiënt zodanig dat deze de rechter rubberen hand raakt op de knokkel van de wijsvinger. Tegelijkertijd raakt de experimentator ook de knokkel van de wijsvinger van de rechterhand van de patiënt aan op een synchrone manier. In een controleconditie raakt de experimentator de handen op een asynchrone manier aan. Als de aanrakingen synchroon gebeuren, ervaren de deelnemers een sterke illusie dat ze hun eigen hand aanraken (in plaats van de rubberen hand; Ehrsson et al., 2005). Het optreden van de illusie wordt opnieuw getest met een vragenlijst volgens de studie van Ehrsson et al. (2005). De deelnemer wordt gevraagd of hij het gevoel had dat hij zijn rechterhand aanraakte met zijn linker wijsvinger (en vice versa, respectievelijk), of hij meer dan één linker (rechter) hand voelde, of hij het gevoel had dat zijn eigen hand groter aanvoelde dan normaal, of hij het gevoel had dat de eigen hand bewoog, en of hij de indruk had dat hij de eigen hand niet meer voelde. De eerste uitspraak geeft het optreden van de illusie aan, de andere uitspraken waren controlevragen. Voor beide experimenten moest de patiënt zijn antwoorden aanduiden op een zevenpuntsschaal gaande van “helemaal mee oneens” (-3) tot “helemaal mee eens” (+3). Voor verdere methodologische details voor beide experimenten zie Schaefer et al. (2013).

Ten slotte pasten we een tactiele detectietaak toe (e.g., Gainotti et al., 1975; Schwartz et al., 1977). Hierbij ontving de patiënt aanrakingen met de vinger van de experimentator op de handen en arm van de proefpersoon. Het onderzoek omvatte 20 proeven van asynchrone (enkele aanraking) of gelijktijdige lichte aanrakingen van de handpalm, in een willekeurige volgorde. Synchrone aanrakingen waren aanrakingen op ongeveer dezelfde plaatsen aan beide zijden van het lichaam. De geblinddoekte patiënt werd gevraagd te antwoorden of ze aanrakingen voelde op beide handen of slechts op één hand (of armen, respectievelijk). Verdere condities (steeds 20 proeven) omvatten sterkere aanrakingen van de handen en verschillende locaties van de aanrakingen (duim, wijsvinger, bovenarm; synchrone aanrakingen betroffen steeds het analoge lichaamsdeel van de andere kant van het lichaam). Daarnaast waren er condities van lichte aanraking van de handpalm met de ogen open en lichte aanraking van de handpalm met respectievelijk een stok en een verfkwast. Wanneer de ogen open werden gelaten, zorgden wij ervoor dat de patiënt de eigenlijke stimulatie nog steeds niet kon zien (met behulp van een papieren bord; non-informatieve visie). De patiënte was dus in staat om haar lichaam en de meeste delen van de arm en de hand te zien, maar niet de eigenlijke stimulatie. De proeven werden in een willekeurige volgorde uitgevoerd.

Resultaten

Voor zowel de klassieke RHI als de SRI voelde de patiënte geen illusies die bekend zijn voor de meerderheid van de gezonde proefpersonen. Alle vragen van de vragenlijsten werden volledig weerlegd voor alle runs en beide experimenten (-3 op de zeven-punt schaal gaande van “volledig oneens” (-3) tot “volledig eens” (+3)). De patiënt antwoordde dus helemaal geen illusie te voelen (ongeacht de handen; zie tabel 1).

TABLE 1

Tabel 1. Resultaten van rubber hand illusie (RHI) en somatische rubber hand illusie (SRI).

In de derde test vonden we dat wanneer aanraking werd toegepast op zowel de linker gezonde hand als de rechter alien hand op een asynchrone manier, de patiënt ons vertelde dat ze deze aanraking duidelijk voelde op zowel de alien hand als op de gezonde hand (in 100% van alle trials). Bovendien verklaarde de patiënte dat zij deze aanraking op beide handen op dezelfde manier en sterkte voelde. In contrast hiermee, wanneer de gezonde hand en de alien hand synchroon werden aangeraakt, beweerde de patiënte aanraking te voelen op de gezonde hand, maar helemaal niets op de alien hand (opnieuw, in 100% van alle trials). Dit resultaat kon betrouwbaar worden gerepliceerd.

De patiënt slaagde er niet in synchrone aanraking op de buitenaardse hand te detecteren, zelfs niet als we de kracht van de aanrakingen verhoogden. Aanraking van de handen met een klein stokje of een zachte verfkwast gaf hetzelfde resultaat. Bovendien voelde zij nog steeds geen synchrone aanraking als wij de plaats van aanraking op de hand veranderden (b.v. andere vingers, palm van de hand). Wanneer we echter synchrone aanraking op de bovenarmen toepasten, kon zij deze stimulatie wel waarnemen. Bovendien, het toestaan aan de patiënt om de stimulatie te zien (niet-informatieve visie) toonde geen mislukking in de detectie van synchrone aanraking (zie tabel 2 voor gedetailleerde resultaten).

TABLE 2

Tabel 2. Resultaten van gedragstesten bij lichte aanraking met de wijsvinger van de experimentator.

Discussie

AHS is een zeer zeldzame bewegingsstoornis die wordt gekenmerkt door onwillekeurige en ongewilde doelbewuste bewegingen van meestal de linkerhand. Hier presenteren we een patiënt met rechtshandige AHS naast rechtszijdige tactiele extinctie.

Er zijn verschillende studies die enkelvoudige gevallen van AHS beschrijven als gevolg van verschillende anatomische laesies bij de patiënten. Echter, AHS wordt meestal beschreven als een gevolg van de rechter hemisfeer, resulterend in een linkshandige vreemde hand. Slechts enkele gevallen melden rechtshandige AHS. Della Sala et al. (1991) bijvoorbeeld beschrijven een rechtshandige vreemde hand bij een patiënt met een bilaterale frontale vasculaire laesie en beschadiging van het corpus callosum. McNabb et al. (1988) rapporteren over een patiënt met rechtshandig AHS na infarct van de linker superieure en mediale frontale en pariëtale cortex en van het corpus callosum. Meer recent beschrijven McBride et al. (2013) een vreemd handgedrag van de rechterhand bij een patiënt met het corticobasaal syndroom. Onze eigen recente studie meldt een rechtsvreemd ledemaat na een acute ischemische beroerte (arteriosclerose van de linker interne halsslagader; Schaefer et al., 2013). Romano et al. (2014) beschrijven een patiënt met rechts AHS aansluitend op een intracerebrale bloeding in de linker fronto-pariëtale regio. De auteurs stellen dat het rechtshandige AHS niet verklaard kan worden door atypische hemisferische lateralisatie, omdat hun patiënt volledige rechtshandigheid tot uitdrukking bracht.

In tegenstelling tot onze vorige patiënt waren we niet in staat om eigendomsillusies zoals de klassieke RHI of de SRI uit te lokken. Daarom konden we geen interacties van het vreemde lidmaat met mogelijke tactiele illusies detecteren. Hoewel veel gezonde deelnemers de RHI’s ook niet ervaren, kan het gebrek aan illusie bij onze patiënt verklaard worden door het resultaat van ons derde experiment. Zo ontdekten we dat onze patiënte aanraking van haar rechter buitenaardse hand alleen waarnam als deze gescheiden werd gepresenteerd van aanraking van de andere hand (asynchrone aanraking). Het synchroon aanraken van zowel de alien als de gezonde hand resulteerde in het niet herkennen van de aanraking van de alien hand. Aanraking van de gezonde hand resulteerde in correcte detectie van deze simulatie, ongeacht of we de alien hand synchroon of asynchroon aanraakten. Deze tactiele stoornissen zijn beschreven als tactiele uitdoving (bv. Gainotti et al., 1975; Schwartz et al., 1977). Patiënten vertonen extinctie gedrag wanneer zij rapporteren op een stimulus in isolatie maar niet in staat zijn te reageren op dezelfde stimulus die gelijktijdig gepresenteerd wordt met een andere stimulus aan de andere kant. Uitdovingsverschijnselen zijn niet alleen bekend voor de tactiele modaliteit. Bijvoorbeeld, visuele uitdoving (pseudohemianofobie) is beschreven als het onvermogen om twee gelijktijdige stimuli in elk visueel veld waar te nemen. Auditieve extinctie wordt gedefinieerd als het onvermogen om gelijktijdige stimuli aan de linker- en rechterkant te horen. Er is verondersteld dat extinctie gerelateerd is aan verwaarlozing en geassocieerd kan zijn met een hoger niveau van inputverwerking (Brozzoli et al., 2006). Vergelijkbaar met AHS, zijn tactiele uitdovingsverschijnselen vaker geassocieerd met rechter dan met linker hemisfeer laesies.

De patiënt in de huidige studie is een van de weinige gevallen van AHS die samengaan met tactiele distinctie. Lin et al. (2007) beschrijven AHS en linkshandige tactiele extinctie bij een patiënt met een gemengd frontaal en callosaal type. Hun patiënt werd gekenmerkt door ischemische beroerte van het linker en rechter corpus callosum. Voor zover wij weten, zijn er tot nu toe geen rapporten over patiënten met corticobasale degeneratie en zowel AHS als tactiele sensorische extinctie.

Interessant is dat onze patiënt alleen tactiele extinctie vertoonde bij het sluiten van de ogen. Niet-informatieve visie resulteerde in correcte herkenning van aanraking. Voor de perceptie van ons eigen lichaam zijn visuele en tactiele zintuigen bijzonder belangrijk. Informatie van beide modaliteiten moet worden geïntegreerd om een coherente interne representatie te produceren. Recente studies suggereren cross-modale verbanden tussen visie en somatosensatie in een vroeg stadium van de zintuiglijke verwerking (b.v. Driver en Spence, 1998). Bovendien hebben recente studies gedragsmatig aangetoond dat het bekijken van het gestimuleerde lichaamsdeel de tactiele detectie en het discriminatievermogen op de gestimuleerde plaats kan verbeteren. Kennett et al. (2001) maten tactiele tweepuntsdiscriminatiedrempels op de onderarm terwijl ze de zichtbaarheid van de arm manipuleerden. Zij rapporteerden een verbeterde tactiele prestatie wanneer de deelnemers de arm konden zien, maar geen verbetering wanneer een neutraal object werd getoond op de plaats van de arm. Deze visueel-tactiele verbetering lijkt enkele seconden tot minuten te duren (Taylor-Clarke et al., 2002, 2004; Ro et al., 2004). Een andere studie meldt dat het kijken naar de arm reacties op een onzichtbare tactiele stimulus op de arm kon versnellen (Tipper et al., 1998, 2001). Vandaar dat cross-modale interacties de tactiele vaardigheden kunnen verbeteren bij de huidige patiënt, die in staat was om gelijktijdige aanrakingen op beide handen te detecteren bij het openen van de ogen (zonder de stimulatie direct te zien). Men kan dus speculeren dat onze patiënt baat kan hebben bij multisensorische training (bijv. Serino et al., 2007; voor patiënten met een beroerte).

Hoewel, hoewel vreemde hand en tactiele uitdoving bij onze patiënt dezelfde kant betroffen, voelen we ons niet in staat om te ontwarren of deze symptomen gerelateerd zijn. Door de meervoudige laesies veroorzaakt door corticobasale degeneratie (hier, bijvoorbeeld, laesies in pre- of postcentrale gebieden), kan tactiele extinctie onafhankelijk zijn van het AHS bij deze patiënt. Toekomstige studies zijn nodig om andere AHS patiënten te testen op tactiele uitdovingsverschijnselen om mogelijke relaties tussen AHS en uitdoving te begrijpen. Bovendien, hoewel we geen interacties met de vreemde ledematen vonden bij deze patiënt (in tegenstelling tot onze vorige studie), geloven we dat toekomstige studies verder moeten proberen om benaderingen uit de cognitieve neurowetenschappen te gebruiken om deze eigenaardige bewegingsstoornis te helpen begrijpen, waarvan de neurale onderbouwing nog onduidelijk is, en waarvoor we nog steeds geen gevestigde behandelingen hebben.

Bijdragen van auteurs

Ontworpen van het experiment: MS en IG. Schreef het manuscript: MS en CD. Beeldvorming: IA. Aangeleverd materiaal: H-JH.

Conflict of Interest Statement

De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

Armel, K. C., and Ramachandran, V. S. (2003). Projectie van sensaties op externe objecten. Evidence from skin conductance response. Proc. Biol. Sci. 270, 1499-1506. doi: 10.1098/rspb.2003.2364