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Language Representation Following Left MCA Stroke in Children and Adults: An fMRI Study

Published online by Cambridge University Press:  04 May 2017

Robyn Westmacott*
Affiliation:
Children’s Stroke Program, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada The Hospital for Sick Children, Toronto, Ontario, Canada; Division of Neurology, Department of Pediatrics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
Mary Pat McAndrews
Affiliation:
Faculty of Medicine, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada; Krembil Neuroscience Program, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada University Health Network, Toronto, Ontario, Canada; and the Department of Psychology (MPM), University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
Gabrielle deVeber
Affiliation:
Children’s Stroke Program, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada The Hospital for Sick Children, Toronto, Ontario, Canada; Division of Neurology, Department of Pediatrics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
*
Correspondence to: Robyn Westmacott, Department of Psychology, Hospital for Sick Children, 555 University Avenue, Toronto, ON M5G 1X8, Canada. Email: robyn.westmacott@sickkids.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Background: In this case series, functional magnetic resonance imaging was used to examine brain networks that mediate different aspects of language function in 4 young adults (17-22 years) with a history of left middle cerebral artery (MCA) stroke in childhood (<7 years of age but after the neonatal period), and five older individuals (42-57 years) with left MCA stroke as adults (>40 years of age). Although it is widely believed that altered lateralization patterns are more likely to occur following early brain injuries compared with later brain injuries, the presumed plasticity of the young brain has been challenged in recent years, particularly in the domain of language. Methods: We explored this issue by contrasting the brain activation patterns of individuals with childhood left MCA stroke and adult left MCA stroke while performing two language tasks: verb generation and picture-word matching. Importantly, both groups showed significant recovery of language function, based on standard clinical indicators. Results: Controls showed left lateralized activation for both tasks, although much more pronounced for verb generation. Adult stroke patients also showed left lateralization for both tasks, though somewhat weaker than controls. Childhood stroke patients exhibited significantly weaker lateralization than the adult group for verb generation, but there was no significant group difference for picture-word matching. Conclusions: These preliminary findings suggest that successful reorganization of language function is more likely to involve bilateral recruitment following left MCA stroke in childhood than in adulthood. Of importance, although childhood stroke patients had primarily subcortical lesions, there were substantial alterations in cortical activation patterns.

Résumé

Représentation du langage suite à un accident vasculaire cérébral chez l’enfant et chez l’adulte.Contexte : Nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique pour examiner les réseaux cérébraux qui médient différents aspects de la fonction du langage chez 4 jeunes adultes âgés de 17 à 22 ans atteints d’un accident vasculaire cérébral (AVC) impliquant l’artère cérébrale moyenne (ACM) dans l’enfance (après la période néonatale mais en bas de 7 ans) et chez 5 adultes âgés de 42 à 57 ans dont l’AVC au niveau de l’ACM était survenu à l’âge adulte, alors qu’ils étaient âgés de plus de 40 ans. Bien qu’on estime généralement qu’une altération des patterns de latéralisation soit davantage susceptible de survenir suite à des lésions précoces du cerveau par rapport à des lésions plus tardives, la plasticité présumée du cerveau jeune a été remise en question au cours des dernières années, particulièrement en ce qui concerne le langage. Méthodologie : Nous avons exploré cette question en comparant les patterns d’activation du cerveau au moment où des individus ayant subi un AVC de l’ACM gauche dans l’enfance et des individus ayant subi un AVC de l’ACM gauche à l’âge adulte effectuaient deux tâches langagières : la formation de verbes et l’appariement d’images et de mots. Il est à noter que les deux groupes de sujets présentaient une récupération importante de la fonction du langage, selon les indicateurs cliniques standards. Résultats : Les sujets témoins présentaient une activation latéralisée à gauche lors des deux tâches, bien qu’elle ait été beaucoup plus prononcée lors de la formation de verbes. Les patients adultes atteints d’un AVC présentaient également une latéralisation gauche lors de l’exécution des deux tâches, bien qu’elle ait été plus faible que celle des sujets témoins. Les patients qui avaient subi un AVC dans l’enfance présentaient une latéralisation significativement plus faible que celle du groupe adulte lors de la formation de verbes, mais il n’y avait pas de différence significative entre les groupes lors de l’appariement d’images et de mots. Conclusions : Selon ces constatations préliminaires, une réorganisation efficace de la fonction du langage est plus susceptible d’impliquer un recrutement bilatéral suite à un AVC de l’ACM gauche survenant dans l’enfance qu’à l’âge adulte. Il est important de noter que, bien que les patients qui avaient subi un AVC dans l’enfance présentaient principalement des lésions sous-corticales, ils avaient des altérations importantes des patterns d’activation corticaux.

Information

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Original Articles
Copyright
Copyright © The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc. 2017 
Figure 0

Table 1 Patient demographics and clinical profiles

Figure 1

Table 2 Neuropsychological profiles, experimental task performance, and LIs for patients

Figure 2

Figure 1 Activation patterns for verb generation>baseline in controls, adult stroke (A1-A5), and childhood stroke (C1-C4). LIs are presented below each subject’s activation map.

Figure 3

Figure 2 Activation patterns for picture-word matching>baseline in controls, adult stroke (A1-A5,) and childhood stroke (C1-C4). LIs are presented below each subject’s activation map.

Figure 4

Figure 3 Box plots depicting the variability in LIs for controls, adult stroke (A1-A5), and childhood stroke (C1-C4) on the verb generation task.

Figure 5

Figure 4 Box plots depicting the variability in LIs for controls, adult stroke (A1-A5), and childhood stroke (C1-C4) on the picture-word matching task.

Figure 6

Table 3 Areas activated by control subjects during verb generation and picture-word matching

Figure 7

Table 4 Areas activated by adult stroke patients during verb generation and picture-word matching

Figure 8

Table 5 Areas activated by childhood stroke patients during verb generation and picture-word matching