Messung und Manipulation funktionell spezifischer neuronaler Bahnen im menschlichen Motorsystem mit transkranieller Magnetstimulation

Diese Technik gibt Einen Einblick in die Art und Weise, wie Gehirnkreise schief gehen, bei psychiatrischen und neurologischen Störungen. Und wie wir Gehirnaktivität manipulieren können, um diese dysfunktionalen Schaltkreise zu reparieren, um das Verhalten zu verbessern. Durch die direkte Aktivierung und Hemmung der Erregbarkeit und Schaltung des Gehirns ermöglicht diese Technik die Verschiebung des neurowissenschaftlichen Fokus von der Beobachtung zur Kausalität und ermöglicht ein tieferes Verständnis des Gehirns und des Verhaltens.

Nicht-invasive Hirnstimulation kann sowohl zur Beurteilung als auch zur Behandlung vieler neurologischer Erkrankungen verwendet werden und kann dazu beitragen, Diagnosen und Therapien zu verbessern, basierend auf komplexeren Modellen von Gehirnverhaltensverbindungen. Diese Methode kann nicht nur veränderten Konnektivitätsmustern im motorischen System entgegenwirken, sondern auch in kognitiven Netzwerken, die mit physiologischem Altern, psychiatrischen und neurologischen Störungen verbunden sind. Nachdem die Teilnehmer auf Rechtshändigkeit und etwaige Kontraindikationen für TMS und MRT überprüft wurden, informieren Sie jeden Teilnehmer über die vom lokalen institutionellen Prüfungsausschuss genehmigten Studienziele, Verfahren und Risiken und erhalten eine schriftliche Zustimmung.

Für die Platzierung der EMG-Elektroden, lassen Sie den Teilnehmer bequem im experimentellen Stuhl sitzen, mit beiden Armen in entspannter Position unterstützt und bieten eine Kinnstütze, um die Kopfbewegung während der Stimulation auf ein Minimum zu halten. Verwenden Sie ein mildes Schleifmittel, um die Haut über den Muskel von Interesse zu reinigen. Mit einer Bauchsehnenelektrodenanordnung legen Sie eine Einweg-Silberchloridelektrode auf den Bauchmuskel und eine weitere auf ein nahe gelegenes knöchernes Wahrzeichen als Referenzstelle auf beiden Händen des Teilnehmers.

Dann verbinden Sie eine Bodenelektrode mit dem Besitzer Styloid-Prozess, dann überprüfen Sie zwischen jeder Elektrode in der Haut, um einen vollständigen Kontakt zu bestätigen. Platzieren von Klebeband über der Oberfläche der Elektrode, um den Hautoberflächenkontakt bei Bedarf zu verbessern. Laden Sie vor der TMS-Sitzung den strukturellen MRT-Scan der Teilnehmer in ein Neuronavigationssystem hoch.

Platzieren Sie innerhalb des Scans einen Bahnradierer am Handknopf das anatomische Wahrzeichen, das M-one entspricht. Im linken präzentralen Gyrus 45 Grad von der mittleren sagittalen Linie, und etwa senkrecht zum zentralen Sulcus. Zeichnen und benennen Sie das anatomische Wahrzeichen mit dem Neuronavigationssystem, und platzieren Sie einen zweiten Flugbahnmarker über dem nicht-motorischen Interessenbereich.

Zeichnen Sie dann den zweiten Standort mit dem Neuronavigationssystem auf und benennen Sie ihn. Kalibrieren Sie zunächst jede TMS-Spule mit dem Kalibrierblock, und legen Sie den Headtracker sicher auf den Kopf des Teilnehmers, so dass der Tracker während der gesamten Dauer des Experiments sichtbar ist. Registrieren Sie die anatomischen Landmarken auf dem Kopf der Teilnehmer, zum Neuronavigationssystem.

Um zu lokalisieren und Schwelle mit Spule zwei, positionieren Sie zuerst die Mitte der Spule über dem Ziel M-one Position, um eine hintere anteriorische Stromrichtung im Gehirn zu induzieren. Um den optimalen Ort für die Aktivierung des Zielmuskels zu finden, geben Sie Impulse an M-one bei 30% der maximalen Stimulatorleistung der Maschinen ab und beobachten Sie, ob die gelieferte Stimulation ein Muskelzucken erzeugt. Bestimmen Sie die Amplitude des motorisch evozierten Potentials, das mit den EMG-Elektroden aus der vom Datenerfassungssystem angezeigten Muskelaktivität aufgezeichnet wird.

Wenn ein motorisch evoziertes Potential oder ein sichtbares Muskelzucken nicht beobachtet wird, erhöhen Sie die Stimulatorleistung weiterhin um 5%-Schritte. Wenn eine Reaktion beobachtet wird, senken Sie die Intensität schrittweise auf die niedrigste Intensität, die mindestens fünf von zehn motorisch evozierten potenziellen Antworten mit einer Amplitude von mindestens 50 Mikrovolt erzeugt, während der Teilnehmer bei der Bestimmung des Ruhemotorschwellenwerts schritt. Um die M-one-Spule zu lokalisieren und zu befestigen, verwenden Sie die M-one-Spule, um die optimale Stimulationsposition zu bestimmen.

Bestimmen Sie die niedrigste Stimulator-Intensität, die benötigt wird, um motorisch evozierte Potenziale von mindestens einem Millivolt zu erzeugen, in fünf von 10 Versuchen im Zielhandmuskel, wenn der Muskel vollständig entspannt ist. Markieren und zeichnen Sie dann die Position der M-one-Spule innerhalb des Neuronavigationssystems auf. Bei TMS mit zwei Standorten, wenn sich der Teilnehmer im Ruhezustand befindet, verbinden Sie die achtförmigen Spulen der Figur mit zwei einzelnen TMS-Stimulatoren.

Liefern Sie die Testreize über M-one mit der M-one Spule, und liefern Sie die Konditionierungsreize in den anderen Bereich von Interesse mit Spule zwei. Bestimmen Sie den Prozentsatz der maximalen Stimulator-Ausgangsintensität für den Konditionierungsreiz für Spule 2, wie gezeigt. Verwenden Sie für den Testreiz die zuvor ermittelte Intensität, die motorisch evozierte Potentialamplituden von etwa einem Millivolt im gezielten Ruhehandmuskel auslöst, und legen Sie das präzise Interstimulus-Intervall zwischen Konditionierung und Testreizen fest.

Positionieren Sie die M-one-Spule über der linken M-one und positionieren Sie spulen zwei über dem anderen Interessenbereich. Liefern Sie die Testreizversuche allein mit der M-one Spule. Für die gepaarten Pulsversuche liefern Sie die Konditionierungsreize mit Spule zwei, gefolgt von den Testreizen an die M-one-Spule im vorgegebenen Interstimulus-Intervall, wobei für jede Studie ein vierSekunden-Datenerfassungs-Sweep verwendet wird, gefolgt von einem zweiten Inter-Trial-Intervall.

Um das Programm an TMS-Impulse zu liefern, verwenden Sie die Trigger-Taste auf der TMS-Maschine für die mitgelieferte Steuerungssoftware oder verwenden Sie das maßgeschneiderte Codierungsskript vom externen Controller. Untersuchen Sie mit der zuvor beschriebenen Methode die funktionellen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen kortikalen Bereichen, die mit M-one verbunden sind, jedoch während der Vorbereitungsphase einer Aufgabe, die das Netzwerk einschaltet. Um wiederholte Paare monophasischer Impulse über kurze Zeiträume mit einem maßgeschneiderten Codierungsskript in zwei verschiedene kortikale Bereiche zu liefern, erzeugen Sie 100 Reizpaare bei 0,2 Hertz für 8,3 Minuten pro Stimulus.

Für den experimentellen cPAS bis M-one Zustand, liefern Sie den ersten Impuls jedes Reizpaares über den nicht-motorischen Bereich mit Spule zwei, bevor Sie den zweiten Impuls über M-one mit der M-one-Spule liefern, mit einem Interstimulus-Intervall von fünf Millisekunden. Die Pulsintensität für beide Spulen sollte zuvor während der Schwellen- und Lokalisierung bestimmt werden. Nach dem Erhalt von Basis-Corticospinal-Messungen mit der M-one-Spule, erhalten Corticospinal-Messungen mit der M-one-Spule zu verschiedenen Zeiten nach cPAS, um den Zeitverlauf der TMS-induzierten Wirkung auf die Erregbarkeit des Gehirns zu untersuchen.

Hier bei einem unkonditionierten Test oder konditionierten Stimulus aus dem hinteren parietalen Kortex, während der Teilnehmer in Ruhe war, oder die Planung einer zielgerichteten Greifaktion zu einem Objekt, wie gezeigt, die Größe einer repräsentativen motorisch evozierten potenziellen Reaktion, die im ersten dorsalen Interossemuskel von TMS ausgelöst wurde. Im Ruhezustand übt der hintere parietale Kortex einen hemmenden Einfluss auf ipsilaterales M-one aus, wie die Abnahme der MEP-Amplituden zeigt, potenziert durch einen subschwelligen Konditionierungsreiz, der über PPC geliefert wird, fünf Millisekunden vor einem Superschwellen-Teststimulus über M-one. Während der Vorbereitung einer Greifaktion, dieses Netz hemmende Antrieb in Ruhe von der hinteren parietalen Kortex, wechseln Sie auf Erleichterung.

Die Normalisierung der motorisch evozierten potentiellen Amplituden zu Testreizen allein für jede Bedingung und das Plotten als Verhältnis für motorisch evozierte potentialamplitude zeigen, dass die hintere parietale Kortex M-one Interaktion von der Ruhe erleichtert wurde, wenn ein Objekt gerichteter Griff geplant wurde. In dieser Analyse können die Veränderungen der motorisch evozierten potentiellen Amplituden während der Verabreichung des cPAS-Protokolls beobachtet werden. Motorisch evozierte potentielle Amplituden, die durch gepaarte Stimulation des hinteren parietalen Kortex und M-one induziert werden, nahmen im Laufe der Zeit während des Stimulationsprotokolls allmählich zu, was auf plastische Effekte auf der Ebene der parietal-motorischen Verbindung, M-one-Kortikospinalneuronen oder beides hindeutet.

Die Größe der motorisch evozierten potentiellen Amplituden erhöhte sich 10 Minuten nach dem cPAS-Protokoll, was darauf hindeutet, dass die motorische Erregbarkeit nach Wirkungen nach Verabreichung der wiederholten Paare kortikaler Reize über den hinteren parietalen Kortex und den M-one induziert wurde. Dieses Protokoll kann auf andere Hirnregionen angewendet oder in Verbindung mit Derhirn-Bildgebung verwendet werden, um kortikale Konnektivität und ihre Auswirkungen auf Kognition, Sinneswahrnehmung und Stimmung zu untersuchen. Die Standardisierung dieser Dual-Sight-Protokolle ermöglicht Verbesserungen im experimentellen Design und die Optimierung zielgerichteter Therapien.

Verringerung der Morbidität und Beeinträchtigungen bei neurologischen und psychiatrischen Störungen.