RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
تصف هذه الورقة الحث القياسي للدونة القشرية الشبيهة بالتقوية طويلة المدى باستخدام بروتوكولات التحفيز المتكرر ، متبوعا بتطبيق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة أحادي النبضة مسترشدا بنظام الملاحة العصبية لتقييم اللدونة المشبكية.
في السنوات الأخيرة ، ظهر التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) كتقنية غير جراحية ومنخفضة التكلفة وفعالة لتقييم التغيرات المشبكية في الدماغ. اللدونة المشبكية هي آلية أساسية للدونة العصبية التي تعكس قدرة الدماغ على تعديل قوة وفعالية الوصلات المشبكية استجابة للتجربة أو المحفزات البيئية. يعمل التقوية طويلة الأجل (LTP) كنموذج تجريبي سائد لدراسة آليات اللدونة المشبكية ، ويلعب دورا مهما في فهم اللدونة المشبكية ووظيفة المخ بشكل عام. يمكن أن تؤدي أنماط التحفيز المحددة ، وخاصة أنماط النبضات المتكررة أو المتفجرة مثل تحفيز انفجار ثيتا المتقطع (iTBS) ، إلى اللدونة القشرية الشبيهة ب LTP ، مما يوفر نهجا غير جراحي مجديا لتقييم اللدونة المشبكية. ومع ذلك ، فإن تطبيق هذه التقنيات يتطلب الالتزام الصارم بالبروتوكولات الموحدة لضمان دقة وموثوقية النتائج. لذلك ، تهدف هذه المقالة إلى إظهار نهج موحد لتحفيز اللدونة الشبيهة ب LTP باستخدام iTBS ، متبوعا بتقييم اللدونة المشبكية باستخدام TMS أحادي النبضة ، مع توجيه كلا الإجراءين بنظام الملاحة العصبية. سينصب تركيز هذه المقالة على الإجراءات الفنية الأساسية والاعتبارات التشغيلية اللازمة لتحقيق قياسات دقيقة وموثوقة للدونة القشرية.
في السنوات الأخيرة ، ظهر التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) كتقنية غير جراحية وفعالة من حيث التكلفة وفعالة لفحص وتعديل النشاط العصبي في الدماغ البشري1. من بين نماذج التحفيز المختلفة ، اجتذب تحفيز انفجار ثيتا المتقطع (iTBS) اهتماما كبيرا لقدرته على إحداث اللدونة الشبيهة بالتقوية طويلة المدى (LTP) في القشرة الحركية البشرية2. على وجه التحديد ، يوفر iTBS رشقات نارية عالية التردد على فترات ثيتا ، مما يحاكي أنماط اقتران ثيتا جاما الداخلية المرتبطة باللدونةالمشبكية 3. إنه يحفز اللدونة الشبيهة ب LTP عن طريق تنشيط مستقبلات N-methyl-D-aspartate (NMDARs)4 ، مما يخفف من كتلة Mg2+ ويسمح ل Ca2+ بدخول الخلايا العصبية بعد المشبكية5. يؤدي تدفق Ca2+ هذا إلى شلالات إشارات المصب ، بما في ذلك تنشيط بروتين كيناز II المحفز بالكالسيوم / الكالمودولين (CaMKII) ، والذي يعزز الفسفرة6 وإدخال مستقبلات حمض حمض α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (AMPARs) ، وبالتالي تعزيز النقل المشبكي7. بالمقارنة مع الأساليب الأخرى غير الغازية ، مثل التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (rTMS) أو تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS) ، يمكن أن تحفز iTBS اللدونة القشرية الشبيهة ب LTP مع مدة تحفيز أقصر وكثافة أقل ، مما يجعلها خيارا أفضل للتحمل في الأشخاص8،9،10. لتقييم تأثيرات البلاستيك العصبي الناجمة عن iTBS ، يقيس الباحثون عادة التغيرات في اتساعات الجهد الحركي (MEP) المسجلة من خلال تخطيط كهربية العضل (EMG) ، والتي تعكس استثارة القشرية النخاعية المحسنة11. أظهرت الدراسات أن تحسينات الهندسة الكهربائية والميكانيكية هذه يمكن أن تستمر لمدة تصل إلى 60 دقيقة بعد التحفيز ، مما يشير إلى تعديل عابر ولكنه قوي للاستثارة القشرية10،12. نظرا لوقت إدارته القصير وملف تعريف السلامة الراسخ ، فإن iTBS مناسب بشكل خاص للتطبيقات المتكررة في كل من السياقات التجريبية والسريرية10. على وجه التحديد ، فإن بروتوكول iTBS القياسي (600 نبضة ، 192 ثانية) ، بالإضافة إلى بروتوكولات rTMS التقليدية 10 هرتز (1,200-1,500 نبضة ، 15-20 دقيقة) ، تحفز بشكل موثوق تأثيرات اللدونة الشبيهة ب LTP 8,13. على هذا النحو ، فقد تم استخدامه بشكل متزايد للتحقيق في اللدونة المشبكية في الأفراد الأصحاء والمرضى ، مما يوفر رؤى قيمة حول العجز المرتبط باللدونة في الاضطرابات العصبية مثل مرض الزهايمر (AD) والسكتة الدماغية والاكتئاب.
اللدونة المشبكية ، وهي آلية أساسية للدونة العصبية ، تكمن وراء العمليات الحرجة مثل التعلم والذاكرة. يعكس قدرة الدماغ على تعديل قوة وفعالية الوصلات المشبكية استجابة للتجربة أو المحفزات البيئية14. من بين أشكال مختلفة من اللدونة متشابكة ، LTP هو نموذج راسخ للتعلم والذاكرة من خلال تعزيز النقل المشبكي15. تشير الأدلة المتراكمة إلى أن الضعف في اللدونة الشبيهة ب LTP يرتبط ارتباطا وثيقا بالعجز المعرفي والسلوكي في الاضطرابات العصبية مثلAD 16. قد تعكس هذه الأعطال اضطرابات خاصة بالمرض في الإشارات المشبكية والمسارات الجزيئية المرتبطة باللدونة ، بما في ذلك التغيرات في تحريض LTP17 أو التعبير عنه أو صيانته. ومن ثم ، فإن فهم اللدونة المشبكية وقياسها أمرا ضروريا لتطوير الاستراتيجيات العلاجية لاستعادة الوظيفة المعرفية ، والتحكم الحركي ، والتكامل الحسي ، والتنظيم العاطفي ، وتسهيل إعادة التأهيل العصبي الفعال.
في حين أن تقنيات مثل iTBS لتحفيز اللدونة الشبيهة ب LTP و TMS أحادي النبضة لتقييم اللدونة القشرية توفر إمكانات مثيرة ، فإن تطبيقها يتطلب الالتزام الصارم بالبروتوكولات القياسية لضمان الدقة والاستنساخ. يمكن أن تؤدي الأساليب غير المتسقة إلى التباين ، مما قد يعيق موثوقية النتائج. علاوة على ذلك ، فإن التناقضات المنهجية عبر الدراسات ، بما في ذلك الاختلافات في شدة التحفيز ، وتحديد موضع الملف ، وتوقيت قياسات النتائج ، تحد من قابلية تكرار نتائج اللدونة التي يسببها TMS. من الناحية العملية ، عادة ما يتم إعطاء iTBS عند 80٪ من عتبة محرك الراحة (RMT) 18 ، ويعتمد الحث الموثوق به للدونة الشبيهة ب LTP أيضا على تحديد المواقع الدقيقة للملف ، والذي يتم تحقيقه بشكل شائع من خلال إرشادات الملاحة العصبية19. وفقا لذلك ، تهدف هذه المقالة إلى إظهار بروتوكول موحد موجه للملاحة العصبية لتحفيز اللدونة الشبيهة ب LTP من خلال iTBS ، متبوعا بتقييم اللدونة القشرية باستخدام TMS أحادي النبضة. سينصب تركيز هذه المقالة على الإجراءات الفنية الأساسية والاعتبارات التشغيلية اللازمة لتحقيق قياسات دقيقة وموثوقة للدونة القشرية.
وافقت لجنة الأخلاقيات في المستشفى الأول التابع لجامعة نانجينغ الطبية على البروتوكولات (رقم 2023-SR-789) ، وتم تسجيل البروتوكول في سجل التجارب السريرية الصيني (رقم ChiCTR2400082549). وقد نفذت جميع الإجراءات وفقا لإعلان هلسنكي. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة قبل التسجيل في الدراسة.
1. عملية الموافقة
2. إعداد نموذج الرأس باستخدام نظام الملاحة العصبية
3. تحديد نقطة اتصال المحرك
4. تحديد RMT
5. تقييم اللدونة الشبيهة ب LTP

خلال العرض التوضيحي ، تم استخدام نظام ملاحة عصبية لتوجيه تحديد المواقع بدقة لملف TMS فوق نقطة اتصال المحرك ، مما يوفر ردود فعل مكانية في الوقت الفعلي ويقلل من تباين وضع الملف. قام جهاز TMS (ملف على شكل ثمانية ، 70 مم) بتوصيل التحفيز طوال الجلسة. لتوضيح الإجراء ، يتم عرض النتائج التمثيلية من أحد المشاركين أدناه. أظهرت سعات الهندسة الكهربائية والميكانيكية المسجلة استجابات مستقرة ومتسقة عبر تجارب أحادية النبضة ، مما يعكس الاستقرار الذي يوفره وضع الملف الموجه بالملاحة العصبية. تشير الزيادات المعتمدة على الوقت في سعة الهندسة الكهربائية والميكانيكية بعد iTBS إلى اللدونة الشبيهة ب LTP. يمكن تحليل البيانات من خلال مقارنة سعات الهندسة الكهربائية والميكانيكية الخام لخط الأساس وما بعد التحفيز وسعات الهندسة الكهربائية والميكانيكية الطبيعية ، وكذلك عن طريق تصنيف الاستجابات الفردية على أنها تسهيل أو تثبيط أو دون تغيير. بشكل عام ، توضح هذه النتائج التمثيلية أن البروتوكول الموصوف يتيح توطين نقطة اتصال حركية دقيقة ، وتحفيز قابل للتكرار ، وتقييم كمي للتغيرات البلاستيكية الشبيهة ب LTP التي يسببها التحفيز.
إعداد نظام الملاحة العصبية وتوطينه
تم إجراء إعداد نظام الملاحة العصبية وإجراء التوطين لتحديد وتسجيل المعالم التشريحية الفردية عبر المستويات المحورية والسهمية والإكليلية ، بما في ذلك الناسيون ، والشق الأيسر ، والشق الأيمن فوق السطحي. كانت هذه المعالم بمثابة مراجع ائتمانية للإنشاء اللاحق لنموذج الرأس ثلاثي الأبعاد الفردي ، مما يضمن التسجيل المشترك الدقيق بين الهياكل التشريحية وأهداف التحفيز (الشكل 1). تمت تهيئة التسجيل المكاني من خلال تحديد نفس المعالم التشريحية الثلاثة على فروة الرأس. قدم النظام ملاحظات بصرية في الوقت الفعلي حول موضع الملف ومحاذاته بالنسبة لمواقع التحفيز المحددة مسبقا داخل M1 المقابلة للعضلة المستهدفة ، مما يضمن توصيل التحفيز بدقة إلى المناطق القشرية المستهدفة.

الشكل 1: تسجيل المعالم. تحديد المعالم التشريحية على جمجمة المشارك باستخدام نظام الملاحة العصبية لتمكين التسجيل المكاني الدقيق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
إنشاء نموذج رأس ثلاثي الأبعاد
تم إنشاء نموذج رأس ثلاثي الأبعاد فردي لفروة رأس المشارك بناء على تسجيل الملاحة العصبية وأخذ عينات من سطح فروة الرأس. كان متوسط خطأ التسجيل أثناء محاذاة المعالم التشريحية وشكل الرأس أقل من 1.5 مم ، مما يتيح وضع الملف بدقة طوال جلسة التحفيز (الشكل 2).

الشكل 2: بناء نموذج الرأس ثلاثي الأبعاد. تصور نموذج الرأس ثلاثي الأبعاد المعاد بناؤه بناء على تسجيل الملاحة العصبية وأخذ عينات سطح فروة الرأس ، مما يسمح بتتبع الملف بدقة ورسم الخرائط القشرية أثناء التحفيز. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تحديد نقطة اتصال المحرك
تم تحديد النقطة الساخنة الحركية وظيفيا بناء على MEPs المستحضرة من TMS عن طريق تحفيز الدماغ باستخدام TMS وتسجيل MEPs. تم تعريف الموقع الذي ينتج أقوى استجابة على أنه نقطة ساخنة للمحرك (الشكل 3).

الشكل 3: توطين نقطة اتصال المحرك. عرض في الوقت الفعلي لموقع التحفيز فوق M1 المقابل للعضلة المستهدفة المقابلة للنقطة الساخنة للمحرك ل APB المستهدف. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تحديد RMT
تم تحديد RMT باستخدام TMS أحادي النبضة. كان RMT هو أقل شدة تحفيز لوحظت عندها MEPs ذات السعات من الذروة إلى الذروة >50 ميكرو فولت في 5 على الأقل من أصل 10 تجارب متتالية ، وفقا لتعريف RMTالقياسي 28 ، مما يضمن أن تحفيز TMS كان أعلى من عتبة التنشيط الحركي الفعال (الشكل 4).

الشكل 4: تحديد RMT. شكل موجة MEP التمثيلي المسجل من APB المستهدف أثناء تقييم RMT. تشير الأرقام من 1 إلى 10 تجارب متتالية أحادية النبضة TMS. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
قياسات خط الأساس
قبل iTBS ، تم تقييم استثارة القشرية النخاعية من خلال تقديم 20 محفزا TMS أحادي النبضة بنسبة 120٪ RMT مع فواصل زمنية مدتها 5 ثوان فوق النقطة الساخنة الحركية المحددة (الشكل 5).

الشكل 5: أعضاء البرلمان الأوروبي الأساسيون. تم استنباط عشرين ممثلا من أعضاء البرلمان الأوروبي من APB المستهدف بواسطة TMS أحادي النبضة بنسبة 120٪ RMT في ظل ظروف مريحة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تحريض اللدونة الشبيهة ب LTP
تم تسليم بروتوكول iTBS بنسبة 80٪ من RMT الفردي ، باستخدام رشقات نارية من ثلاث نبضات عند 50 هرتز متكررة عند 5 هرتز (600 نبضة على مدى 200 ثانية). أكدت سجلات وضع المحفز أن جميع الجلسات قدمت عدد النبضات المخطط له دون انقطاع ، وظلت شدة الإخراج مستقرة طوال الوقت.
قياس كمية اللدونة الشبيهة ب LTP
بعد تطبيق بروتوكول iTBS ، تم تسجيل اتساع MEP في نقاط زمنية متعددة (على سبيل المثال ، 5 دقائق و 10 دقائق و 15 دقيقة و 30 دقيقة) لمراقبة التغيرات في الاستثارة القشرية بمرور الوقت (الشكل 6).

الشكل 6: أعضاء البرلمان الأوروبي بعد iTBS. تم تسجيل أعضاء البرلمان الأوروبي الممثلين من أحد المشاركين من APB المستهدف عند 120٪ RMT عند (A) 5 دقائق ، (B) 10 دقائق ، (C) 15 دقيقة ، و (D) 30 دقيقة بعد iTBS. تعرض كل لوحة 20 شكلا موجيا ، توضح التعديل المعتمد على الوقت في السعة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
أعضاء البرلمان الأوروبي الخام
لقياس تغيرات الاستثارة ، تم حساب متوسط اتساع الهندسة الكهربائية والميكانيكية من الذروة إلى الذروة عند خط الأساس وفي كل نقطة زمنية بعد التحفيز (الشكل 7).

الشكل 7: متوسط سعات الهندسة الكهربائية والميكانيكية. يتم تسجيل متوسط سعة MEP في خط الأساس وفي 5 دقائق و 10 دقائق و 15 دقيقة و 30 دقيقة بعد iTBS في مشارك تمثيلي. تمثل كل نقطة بيانات متوسط 20 محفزا TMS أحادي النبضة ، مع أشرطة خطأ تشير إلى الانحراف المعياري (SD). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
أعضاء البرلمان الأوروبي العاديون
تم تطبيع سعات MEP في كل نقطة زمنية بعد التحفيز إلى خط الأساس. تعكس الزيادة المعتمدة على الوقت والانخفاض اللاحق في سعة MEP المظهر المميز للدونة الشبيهة ب LTP (الشكل 8).

الشكل 8: متوسط سعة الهندسة الكهربائية والميكانيكية الطبيعية. تم تطبيع سعة MEP إلى قيم خط الأساس (نسبة ما بعد / خط الأساس) في 5 دقائق و 10 دقائق و 15 دقيقة و 30 دقيقة بعد iTBS في مشارك تمثيلي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
لوحظت زيادة ملحوظة في سعة MEP خلال الدقائق القليلة الأولى بعد التحفيز ، مما يعكس تعزيزا عابرا في استثارة القشرة النخاعية. ينخفض هذا التحسين تدريجيا بمرور الوقت. وفقا لمعايير التصنيف المحددةمسبقا 38 (قيمة MEP الطبيعية >1.1 كما تم تيسريها ، و <0.9 كما تم تثبيطها ، وبين 0.9 و 1.1 على أنها دون تغيير) ، تم تصنيف المشارك التمثيلي على أنه ميسر ، مع متوسط قيمة MEP الطبيعية عبر جميع النقاط الزمنية بعد التحفيز (5 دقائق و 10 دقائق و 15 دقيقة و 30 دقيقة) يتجاوز 1.1. يتم تفسير هذا التعديل المعتمد على الوقت بشكل شائع على أنه مظهر من مظاهر اللدونة الشبيهة ب LTP.
ليس لدى المؤلفين مصالح مالية متنافسة أو تضارب مصالح آخر وفقا لهذا العمل.
تصف هذه الورقة الحث القياسي للدونة القشرية الشبيهة بالتقوية طويلة المدى باستخدام بروتوكولات التحفيز المتكرر ، متبوعا بتطبيق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة أحادي النبضة مسترشدا بنظام الملاحة العصبية لتقييم اللدونة المشبكية.
تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 82372582 ، 82503067) ، والمشروع التنافسي لبرنامج البحث والتطوير الرئيسي في مقاطعة جيانغسو (رقم BE2023034).
| ملف TMS 70 مم | شركة ييرويدي، ووهان، الصين | ||
| أقطاب السطح التخطيطية الكهربائية | كاثاي، شنغهاي، الصين | CM25R | |
| نظام التخطيطات الكهربائية | شركة ييرويدي، ووهان، الصين | ||
| مؤشر التنقل العصبي | ANT Neuro، ألمانيا | ||
| علامات الانعكاسية للملاحة العصبية | ANT Neuro، ألمانيا | ||
| نظام الملاحة العصبية | ANT Neuro، ألمانيا | Visor2، الإصدار 2.5.3.50294 | |
| محفز TMS | شركة ييرويدي، ووهان، الصين | NS5000 |