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
he_IL
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
מאמר זה מתאר את האינדוקציה הסטנדרטית של פלסטיות קליפת המוח דמוית חיזוק לטווח ארוך באמצעות פרוטוקולי גירוי חוזרים, ואחריו יישום גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בפולס יחיד המונחה על ידי מערכת ניווט עצבי כדי להעריך את הפלסטיות הסינפטית.
בשנים האחרונות, גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) התגלה כטכניקה לא פולשנית, זולה ויעילה להערכת שינויים סינפטיים במוח. פלסטיות סינפטית היא מנגנון בסיסי של פלסטיות עצבית המשקף את יכולתו של המוח לשנות את החוזק והיעילות של קשרים סינפטיים בתגובה לחוויה או לגירויים סביבתיים. העצמה לטווח ארוך (LTP) משמשת כמודל הניסויי השולט לחקר מנגנוני הפלסטיות הסינפטית, וממלאת תפקיד קריטי בהבנת הפלסטיות הסינפטית ותפקוד המוח הכללי. דפוסי גירוי ספציפיים, במיוחד דפוסים חוזרים או מתפרצים של פולסים כגון גירוי פרץ תטא לסירוגין (iTBS), יכולים לגרום לפלסטיות קליפת המוח דמוית LTP, ולספק גישה לא פולשנית אפשרית להערכת הפלסטיות הסינפטית. עם זאת, היישום של טכניקות אלו דורש הקפדה על פרוטוקולים סטנדרטיים כדי להבטיח את הדיוק והאמינות של התוצאות. לכן, מאמר זה נועד להדגים גישה סטנדרטית להשראת פלסטיות דמוית LTP באמצעות iTBS, ואחריה הערכה של פלסטיות סינפטית עם TMS דופק יחיד, כאשר שני ההליכים מונחים על ידי מערכת ניווט עצבי. ההתמקדות של מאמר זה תהיה בהליכים הטכניים החיוניים ובשיקולים התפעוליים הדרושים להשגת מדידות מדויקות ואמינות של פלסטיות קליפת המוח.
בשנים האחרונות, גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) התגלה כטכניקה לא פולשנית, חסכונית ויעילה לחקירה וויסות פעילות עצבית במוח האנושי1. בין פרדיגמות הגירוי השונות, גירוי פרץ תטא לסירוגין (iTBS) משך תשומת לב משמעותית בשל יכולתו לגרום לפלסטיות דמוית חיזוק לטווח ארוך (LTP) בקליפת המוח המוטורית האנושית2. באופן ספציפי, iTBS מספק התפרצויות בתדר גבוה במרווחי תטא, ומחקה דפוסי צימוד תטא-גמא אנדוגניים הקשורים לפלסטיות סינפטית3. הוא גורם לפלסטיות דמוית LTP על ידי הפעלת קולטני N-methyl-D-aspartate (NMDARs)4, מה שמקל על בלוק Mg2+ ומאפשר ל-Ca2+ להיכנס לנוירון הפוסט-סינפטי5. זרם Ca2+ זה מפעיל מפלי איתות במורד הזרם, כולל הפעלה של חלבון קינאז II מגורה סידן/קלמודולין (CaMKII), המקדם את הזרחן6 והחדרת קולטני חומצה α-אמינו-3-הידרוקסי-5-מתיל-4-איזוקסזולפרופיונית (AMPARs), ובכך משפר את ההעברה הסינפטית7. בהשוואה לגישות לא פולשניות אחרות, כגון גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי חוזר (rTMS) או גירוי זרם ישר טרנס-גולגולתי (tDCS), iTBS יכול לגרום לפלסטיות קליפת המוח דמוית LTP עם משך גירוי קצר יותר ועוצמה נמוכה יותר, מה שהופך אותו לאופציה נסבלת יותר בנבדקים 8,9,10. כדי להעריך את ההשפעות הנוירופלסטיות הנגרמות על ידי iTBS, חוקרים מודדים בדרך כלל שינויים במשרעות פוטנציאל מעורר מוטורי (MEP) שנרשמו באמצעות אלקטרומיוגרפיה (EMG), המשקפות ריגוש קורטיקו-שדרה מוגבר11. מחקרים הראו כי שיפורי MEP אלה יכולים להימשך עד 60 דקות לאחר הגירוי, מה שמעיד על אפנון חולף אך חזק של ריגוש קליפת המוח10,12. בשל זמן המתן הקצר ופרופיל הבטיחות המבוסס היטב, iTBS מתאים במיוחד ליישומים חוזרים בהקשרים ניסיוניים וקלינייםכאחד. באופן ספציפי, פרוטוקול iTBS סטנדרטי (600 פולסים, 192 שניות), כמו גם פרוטוקולי rTMS קונבנציונליים של 10 הרץ (1,200-1,500 פולסים, 15-20 דקות), גורמים באופן אמין להשפעות פלסטיות דומות דמויות LTP 8,13. ככזה, נעשה בו שימוש יותר ויותר כדי לחקור פלסטיות סינפטית אצל אנשים בריאים ואוכלוסיות חולים, ומספק תובנות חשובות לגבי ליקויים הקשורים לפלסטיות בהפרעות נוירולוגיות כגון מחלת אלצהיימר (AD), שבץ ודיכאון.
פלסטיות סינפטית, מנגנון בסיסי של פלסטיות עצבית, עומדת בבסיס תהליכים קריטיים כמו למידה וזיכרון. הוא משקף את יכולתו של המוח לשנות את החוזק והיעילות של קשרים סינפטיים בתגובה לחוויה או לגירויים סביבתיים14. בין צורות שונות של פלסטיות סינפטית, LTP הוא מודל מבוסס היטב ללמידה וזיכרון באמצעות שיפור ההעברה הסינפטית15. עדויות מצטברות מצביעות על כך שליקויים בפלסטיות דמוית LTP קשורים קשר הדוק לליקויים קוגניטיביים והתנהגותיים בהפרעות נוירולוגיות כגון AD16. ליקויים אלה עשויים לשקף שיבושים ספציפיים למחלה באיתות סינפטי ובמסלולים מולקולריים הקשורים לפלסטיות, כולל שינויים באינדוקציה, ביטוי או תחזוקה של LTP17. לפיכך, הבנה וכימות של פלסטיות סינפטית חיונית לקידום אסטרטגיות טיפוליות לשיקום תפקוד קוגניטיבי, שליטה מוטורית, אינטגרציה חושית וויסות רגשי, ולהקל על שיקום נוירולוגי יעיל.
בעוד שטכניקות כגון iTBS להשראת פלסטיות דמוית-LTP ו-TMS עם פולס יחיד להערכת פלסטיות קליפת המוח מציעות פוטנציאל מלהיב, היישום שלהן דורש הקפדה על פרוטוקולים סטנדרטיים כדי להבטיח דיוק ושחזור. שיטות לא עקביות עלולות להוביל לשונות, שעלולה לעכב את מהימנות הממצאים. יתר על כן, חוסר עקביות מתודולוגית בין מחקרים, כולל הבדלים בעוצמת הגירוי, מיקום הסליל ותזמון מדידות התוצאה, מגבילים את יכולת השחזור של ממצאי פלסטיות הנגרמת על ידי TMS. בפועל, iTBS מנוהל בדרך כלל ב-80% מהסף המוטורי במנוחה (RMT)18, ואינדוקציה אמינה של פלסטיות דמוית LTP תלויה עוד יותר במיקום מדויק של הסליל, המושג לרוב באמצעות הנחיית ניווט עצבי19. בהתאם לכך, מאמר זה נועד להדגים פרוטוקול סטנדרטי מונחה ניווט עצבי להשראת פלסטיות דמוית LTP באמצעות iTBS, ואחריו הערכת הפלסטיות של קליפת המוח באמצעות TMS דופק יחיד. ההתמקדות של מאמר זה תהיה בהליכים הטכניים החיוניים ובשיקולים התפעוליים הדרושים להשגת מדידות מדויקות ואמינות של פלסטיות קליפת המוח.
ועדת האתיקה של בית החולים המסונף הראשון לאוניברסיטה הרפואית נאנג'ינג אישרה את הפרוטוקולים (מספר 2023-SR-789), והפרוטוקול נרשם במרשם הניסויים הקליניים הסיני (מספר ChiCTR2400082549). כל ההליכים התנהלו בהתאם להצהרת הלסינקי. הסכמה מדעת בכתב הושגה לפני ההרשמה למחקר.
1. תהליך ההסכמה
2. הכנת מודל הראש באמצעות מערכת ניווט עצבי
3. זיהוי נקודה חמה של המנוע
4. קביעת RMT
5. הערכת פלסטיות דמוית LTP

במהלך ההדגמה, נעשה שימוש במערכת ניווט עצבי כדי להנחות את המיקום המדויק של סליל ה-TMS מעל הנקודה החמה של המנוע, לספק משוב מרחבי בזמן אמת ולמזער את השונות במיקום הסליל. מכשיר TMS (סליל בצורת שמונה, 70 מ"מ) סיפק גירוי לאורך כל הפגישה. כדי להמחיש את ההליך, מוצגות להלן תוצאות מייצגות של משתתף אחד. אמפליטודות ה-MEP שתועדו הראו תגובות יציבות ועקביות על פני ניסויים בפולסים בודדים, המשקפות את היציבות המסופקת על ידי מיקום הסליל בהנחיית ניווט עצבי. עליות תלויות זמן במשרעת MEP בעקבות iTBS מצביעות על פלסטיות דמוית LTP. ניתן לנתח את הנתונים על ידי השוואת אמפליטודות MEP גולמיות בסיסיות ופוסט-גירוי ומשרעות MEP מנורמלות, כמו גם על ידי סיווג תגובות אינדיבידואליות כהקלה, עיכוב או ללא שינוי. בסך הכל, תוצאות מייצגות אלו מדגימות כי הפרוטוקול המתואר מאפשר מיקום מדויק של נקודות חמות מוטוריות, גירוי הניתן לשחזור והערכה כמותית של שינויים פלסטיים דמויי LTP המושרים על ידי גירוי.
הגדרה ולוקליזציה של מערכת ניווט עצבי
הגדרת מערכת הניווט העצבי והליך הלוקליזציה בוצעו כדי לזהות ולרשום ציוני דרך אנטומיים בודדים על פני מישורי ציר, סגיטלי ועטרה, כולל הנזיון, החריץ הסופרטרגי השמאלי והחריץ הסופרטרגי הימני. ציוני דרך אלה שימשו כהפניות נאמנויות ליצירה הבאה של מודל הראש התלת-ממדי האינדיבידואלי, תוך הבטחת רישום משותף מדויק בין מבנים אנטומיים ומטרות גירוי (איור 1). הרישום המרחבי אותחל על ידי זיהוי אותם שלושה ציוני דרך אנטומיים בקרקפת. המערכת סיפקה משוב חזותי בזמן אמת על מיקום הסליל ויישורו ביחס לאתרי הגירוי המוגדרים מראש בתוך ה-M1 הנגדי לשריר המטרה, והבטיחה שהגירוי הועבר במדויק לאזורי קליפת המוח הממוקדים.

איור 1: רישום ציוני דרך. זיהוי נקודות דרך אנטומיות בגולגולת של המשתתף באמצעות מערכת הניווט העצבי כדי לאפשר רישום מרחבי מדויק. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
הקמת מודל ראש תלת מימד
מודל ראש תלת מימדי אינדיבידואלי של הקרקפת של המשתתף נוצר על סמך רישום ניווט עצבי ודגימת פני הקרקפת. שגיאת הרישום הממוצעת במהלך יישור ציוני דרך אנטומיים וצורת הראש הייתה מתחת ל-1.5 מ"מ, מה שאפשר מיקום מדויק של הסליל לאורך כל סשן הגירוי (איור 2).

איור 2: בניית מודל ראש תלת-ממדי. הדמיה של מודל הראש התלת מימדי המשוחזר המבוסס על רישום ניווט עצבי ודגימת פני הקרקפת, המאפשר מעקב מדויק אחר סליל ומיפוי קליפת המוח במהלך הגירוי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
זיהוי נקודה חמה מוטורית
הנקודה החמה המוטורית זוהתה מבחינה תפקודית על סמך MEPs מעוררים TMS על ידי גירוי המוח עם TMS ורישום MEPs. האתר שמייצר את התגובה החזקה ביותר הוגדר כנקודה החמה של המנוע (איור 3).

איור 3: לוקליזציה של נקודה חמה מנועית. תצוגה בזמן אמת של אתר הגירוי מעל ה-M1 הנגדי לשריר המטרה המתאים לנקודה החמה המוטורית עבור APB המטרה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
קביעת RMT
ה-RMT נקבע באמצעות TMS דופק יחיד. ה-RMT הייתה עוצמת הגירוי הנמוכה ביותר שבה נצפו MEPs עם אמפליטודות שיא לשיא >50 μV לפחות ב-5 מתוך 10 ניסויים רצופים, לפי הגדרת RMT הסטנדרטית28, מה שמבטיח שגירוי ה-TMS היה מעל הסף להפעלה מוטורית יעילה (איור 4).

איור 4: קביעת RMT. צורת גל MEP מייצגת שהוקלטה מ-APB היעד במהלך הערכת RMT. המספרים 1-10 מצביעים על 10 ניסויים רצופים ב-TMS עם פעימה אחת. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
מדידות בסיסיות
לפני iTBS, ריגוש קורטיקו-ספינלי הוערך על ידי מתן 20 גירויים TMS בפולס יחיד ב-120% RMT במרווחים של 5 שניות מעל הנקודה החמה המוטורית שזוהתה (איור 5).

איור 5: חברי הפרלמנט האירופי הבסיסיים. עשרים חברי פרלמנט מייצגים מ-APB היעד נלקחו על ידי TMS פעימה אחת ב-120% RMT בתנאים רגועים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
אינדוקציה של פלסטיות דמוית LTP
פרוטוקול iTBS הועבר ב-80% מה-RMT הבודד, תוך שימוש בפרצים של שלושה פולסים ב-50 הרץ שחזרו על עצמם ב-5 הרץ (600 פולסים על פני 200 שניות). יומני מצב הממריץ אישרו שכל המפגשים סיפקו את ספירת הדופק המתוכננת ללא הפרעה, ועוצמת הפלט נותרה יציבה לאורך כל הדרך.
כימות פלסטיות דמוית LTP
בעקבות היישום של פרוטוקול iTBS, אמפליטודות MEP נרשמו במספר נקודות זמן (למשל, 5 דקות, 10 דקות, 15 דקות ו-30 דקות) כדי לצפות בשינויים בריגוש קליפת המוח לאורך זמן (איור 6).

איור 6: חברי פרלמנט לאחר iTBS. נציגי MEP ממשתתף אחד תועדו מ-APB היעד ב-120% RMT ב-(A) 5 דקות, (B) 10 דקות, (C) 15 דקות ו-(D) 30 דקות לאחר iTBS. כל פאנל מציג 20 צורות גל, הממחישות אפנון תלוי זמן במשרעת. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
חברי פרלמנט גולמיים
כדי לכמת את שינויי הריגוש, אמפליטודות MEP הממוצעות משיא לשיא חושבו בקו הבסיס ובכל נקודת זמן לאחר הגירוי (איור 7).

איור 7: אמפליטודות MEP ממוצעות. אמפליטודות ה-MEP הממוצעות נרשמות בנקודת ההתחלה וב-5 דקות, 10 דקות, 15 דקות ו-30 דקות לאחר iTBS במשתתף מייצג. כל נקודת נתונים מייצגת את הממוצע של 20 גירויי TMS בפולס יחיד, עם פסי שגיאה המציינים את סטיית התקן (SD). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
חברי פרלמנט מנורמלים
אמפליטודות ה-MEP בכל נקודת זמן לאחר הגירוי נורמלו לקו הבסיס. העלייה תלוית הזמן והירידה שלאחר מכן במשרעת MEP משקפות את הפרופיל האופייני של פלסטיות דמוית-LTP (איור 8).

איור 8: אמפליטודות MEP ממוצעות מנורמלות. אמפליטודות MEP נורמלו לערכי בסיס (יחס פוסט/בסיס) ב-5 דקות, 10 דקות, 15 דקות ו-30 דקות לאחר iTBS במשתתף מייצג. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
עלייה ניכרת במשרעת MEP נצפתה בדקות הראשונות לאחר הגירוי, המשקפת שיפור חולף בריגוש הקורטיקו-שדרתי. שיפור זה יורד בהדרגה עם הזמן. על פי קריטריוני הסיווג שהוגדרו מראש38 (ערך MEP מנורמל >1.1 כמאפשר, <0.9 כמעוכב ובין 0.9 ל-1.1 ללא שינוי), המשתתף המייצג סווג כמסייע, כאשר ערך ה-MEP הממוצע המנורמל בכל נקודות הזמן שלאחר הגירוי (5 דקות, 10 דקות, 15 דקות ו-30 דקות) עולה על 1.1. אפנון תלוי זמן זה מתפרש בדרך כלל כביטוי של פלסטיות דמוית LTP.
למחברים אין אינטרסים פיננסיים מתחרים או ניגודי אינטרסים אחרים בהתאם לעבודה זו.
מאמר זה מתאר את האינדוקציה הסטנדרטית של פלסטיות קליפת המוח דמוית חיזוק לטווח ארוך באמצעות פרוטוקולי גירוי חוזרים, ואחריו יישום גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בפולס יחיד המונחה על ידי מערכת ניווט עצבי כדי להעריך את הפלסטיות הסינפטית.
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 82372582, 82503067), הפרויקט התחרותי של תוכנית המחקר והפיתוח המרכזית של מחוז ג'יאנגסו (מס' BE2023034).
| סליל TMS 70 מ"מ | חברת יורוידה, ווהאן, סין | ||
| אלקטרודות משטח אלקטרומיוגרפיה | קתאי, שנגחאי, סין | CM25R | |
| מערכת אלקטרומיוגרפיה | חברת יורוידה, ווהאן, סין | ||
| מצביע נוירוניווט | ANT נוירו, גרמניה | ||
| סמנים רפלקטיביים של ניוווט עצבי | ANT נוירו, גרמניה | ||
| מערכת ניווט עצבי | ANT נוירו, גרמניה | Visor2, גרסה 2.5.3.50294 | |
| מגרה TMS | חברת יורוידה, ווהאן, סין | NS5000 |