このプロトコルは、頭皮鍼治療を用いた一次運動野(M1)ホットスポットを局在する指屈筋(FDS)を導入し、従来のC3部位に対する有効性を検証します。
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この記事について
サマリー
要約
特定の筋肉に対応する一次運動野(M1)の正確な位置特定は、神経調節の効果を高める上で極めて重要です。ナビゲーション経頭蓋磁気刺激(nTMS)やその他のマッピングツールが利用できない場合、通常は標準的な10-20 EEGシステムのC3部位に刺激が施されます。しかし、新たな証拠はC3が手の筋肉を標的とする最適な部位ではない可能性を示しています。したがって、本研究の目的は、手の筋肉のM1ホットスポットを特定し、C3部位と比較してその有効性を検証するための革新的な神経解剖学ベースの局在化方法を提案することです。鍼治療を用いたアプローチを用いて、指屈筋(FDS)のM1ホットスポットを特定するための段階的なプロトコルが開発されました。特定されたホットスポットは、基準および神経調節後の運動誘発電位(MEP)を評価することで、従来のC3部位と比較されました。代表的なデータにより、提案されたM1ホットスポットは、基線および神経調節後の両面でC3サイトよりも有意に高いMEP振幅を生み出していることが示されました。提案されたアプローチは、FDSのM1ホットスポットを局所化するための検証済みかつ実用的な方法を提供します。この技術は、高度な神経画像ツールが利用できない臨床実践における神経調節の効果を向上させる可能性があります。
概要
特定の筋肉を標的とした神経調節のために、一次運動皮質(M1)の皮質ホットスポットを正確に定位することは、運動リハビリテーションの成果を最適化するために重要です。ナビゲーション経頭蓋磁気刺激(nTMS)は、直接皮質刺激と比較して非侵襲的かつ信頼性の高い運動マッピング手法として採用されています。しかし、そのようなツールがない場合、標準的な10-20 EEGシステムで定義されるC3(左半球)とC4(右半球)が、神経調節3を伝達するためのM1ターゲットとして一般的に用いられます。しかし、研究によればC3は実際のM1ホットスポット4,5を表しておらず、神経調節の最適な部位ではない可能性が示されています。なぜなら、C3は周囲の他の部位と比べて運動誘発電位(MEP)振幅が低いためです。さらに、高精細経頭蓋電気刺激(HD-tES)は調節効果を高める可能性があります 7,8,9,10;しかし、従来のモンタージュと比べて、標的刺激部位のより正確な局在化が求められます。したがって、高度な神経画像機器が利用できない中でM1ホットスポットを正確に特定する方法が必要です。
中国頭皮鍼治療は、伝統的な中国の針法と大脳皮質の代表的な領域の現代神経解剖学を統合した現代的な鍼治療技術です。従来の鍼治療とは異なり、頭皮鍼治療は中枢神経系の機能を担う皮質領域に沿った定義された領域を皮下針で挿入します。ジャオ、リン、ジン、タンによって確立されたものや、国際的に標準化された中国頭皮ポイントプロトコル14など、運動障害の治療にいくつかの頭皮鍼治療システムが開発・利用されています。これらのアプローチの中で、焦の頭皮鍼治療は現代の神経解剖学と神経生理学の原理を伝統的な中国鍼治療技術と統合し、中枢神経系の機能を調節する革新的な方法を生み出しています。しかし、その概念が上肢の神経調節研究に適用・検証できるかどうかは依然として不明です。
したがって、本プロトコルは頭皮鍼治療のランドマーク(AC)を用いて、指屈筋(FDS)のM1ホットスポットを局在化する新たなアプローチを探り、HD-tES介入前後の皮質脊髄興奮性と従来のC3部位の興奮性を比較してこのアプローチを検証することを目的としています。しかし、現在のアプローチは、頭皮の解剖学的ランドマークが明確に特定できる健康な参加者、特にFDS筋に対してのみ検証されています。この方法が他の上肢の筋肉に一般化できるか、あるいは神経障害のある個人に適用できるかはまだ不確かです。
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プロトコル
参加者は右利きの健康な成人で、上肢に神経系または筋骨格系の疾患の既往がない。研究プロトコルはヒューストンにあるテキサス大学健康科学センターの被験者保護委員会(CPHS)によって審査・承認されました。参加前に全参加者から書面によるインフォームドコンセントが取得されました。
1. 準備
- 参加者が自然に腕を休めて快適な姿勢で背筋を伸ばして座るようにしてください。M1 FDSホットスポット定位プロトコルには、巻尺とマーカーが必要です。FDSのホットスポットを局所化するプロセスは、現代の頭皮鍼治療戦略に従うべきです。
2. 上部運動点(UMP)の局在化
注:上運動点(UMP)は、眉間の中間点(グラベラ)から眉間線(inion)まで伸びる前後線の中点から0.5cm後方に位置する点と定義されます。
- メジャーの「0」マークをグラベラ(図1A)と合わせ、テープが頭皮全体でまっすぐかつ水平に保たれていることを確認してください。
- テープを外後頭隆起の先端である腸体まで伸ばします(図1B)。
- 縦線に沿って、グラベラとイニオンの中間点を特定します。ここから後方0.5cmを測り、見える点で位置を示します。
- テープを左右の耳前ポイント(または耳の先端)の間に合わせ、テープが水平になるようにします(図1C)。この横線の中間点に見える点で印をつけてください。
- ステップ2.4で示された中点を基準に、必要に応じてステップ2.3で特定された点を横方向に調整し、最終的なUMPが横中点を中心にしていることを確実にします(図1D)。
図1:上顎運動点の局在化。 (a) 眉間の中央点(Glabella)。(B)後頭骨の正中線に位置する外後頭隆起(イニオン)(C) 耳の耳耳前端、耳の耳郭の前方に位置する。(D) 左・右前耳の点をつなぐ矢状点中央線と横線の交点から0.5cm後方に位置;この点は上運動点(UMP)と定義されます。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
3. 下位運動点(LMP)の局在化
注:下部運動点(LMP)は、眉毛の外側端からイニオンにかけて前髪生え際と交わる線と交わる部分と定義されます。
- メジャーの「0」マークを顔の左側の眉の側面に合わせます(図2A)。
- この点から巻尺を頭皮の直線斜めの経路に沿って伸ばします(図2A)。
- この斜め線が前髪生え際と交わる点を点で示してください。この点はLMP(図2B)として定義されます。
4. M1 FDSホットスポット(AC)のローカライズ
注:M1 FDSホットスポットは、モーター面積線に沿って上点(上)から下部運動点(LMP)までの距離の5分の2に位置する点と定義されています(図2C)。
- メジャーの「0」マークを上位モーターポイント(UMP)に合わせ、メジャーを下部モーターポイント(LMP)まで伸ばします。
- UMPとLMP間の総距離を記録してください。
- UMPからこの距離の2/5にある点を測定し、見える点でマーキングします。この点は交流ホットスポットと定義されています。
図2:下部運動点とFDSホットスポットの局所化。 (A) 眉毛の側面端からイニオンに伸びる線と前髪生え際の交点。(b) 下位運動点(LMP)。(c) 上位運動点(UMP)、FDSホットスポット(AC)、およびLMP。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
5. M1 FDSホットスポット(AC)検証
注意:参加者には快適な高さに調整された椅子に座り、右手を柔らかい枕に置き、刺激セッション中はリラックスするよう指示してください。
- 右屈筋(FDS)の腹部に双極性表面筋電図(EMG)電極を置き、サンプリング周波数を2kHzに設定します(図3A)。
- 国際10-20 EEGシステムに基づくC3部位をマーキングしてください17。
- 提案されたアプローチでFDSホットスポット(AC)をマークします。
- TMSコイルをAC部位の頭皮に接線方向に位置し、ハンドルを45°の角度で後方に向けます(図3B)。
- 最大TMS出力の30%から始め、シングルパルス刺激を行います。
- 徐々に強度を上げて安静運動閾値(RMT)を測定します。
- 刺激強度をRMTの120%に設定し、ACおよびC3サイトの両方で少なくとも20回連続のMEPを記録します。
図3:EMG電極とTMSコイルの配置。 (A) FDSにおける双極性EMG電極の配置、(B) M1 FDSホットスポットにおける単一パルスTMSの配置。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
6. HD-tES介入
- 参加者には椅子に快適に座り、手をテーブルや肘掛けに置くよう指示します。
- 標準プロトコル17に従って脳波キャップを装着し、頭皮のランドマーク(鼻と頭皮)に正しく整列させます。
- ターゲット部位(ACまたはC3)に1つの電極を配置し、4つの基準電極を目標区域の周囲に均等に配置して安定した電流分布を確保します(図4)。すべての電極部位に導電性ゲルを塗布してインピーダンスを減らしてください。
- 刺激器内蔵のインピーダンスメーターで電極インピーダンスを測定し、値が2 kΩ未満であることを確認しましょう。
- 刺激パラメータを2 mAの強度と21 Hzの周波数に設定し、20分間持続します。
- HD-tESをオンにし、30秒で徐々に強度を2 mAに上げていきます。
- 刺激中の参加者の反応を観察し、不快感、皮膚の刺激、異常な感覚の兆候をチェックします。
- 20分後に機器の電源を切り、慎重に電極を外し、頭皮周辺をきれいにします。
図4:HD-tESのセットアップ。 中心電極はC3またはACをターゲットにし、周囲のチャネルには4つの基準電極が配置されています。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
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結果
結果は3つの重要な発見を示しました。i) 神経解剖学ガイドによる頭皮鍼治療に基づく提案方法(AC)は、TMSガイドホットスポットと重なったFDS筋のM1ホットスポットを成功裏に特定しました。ii) 特定されたM1 FDSホットスポットは、従来標的となっていたC3サイトと重複しなかった。さらに、ACサイトはC3と比較して基準MEP振幅が高かった。iii) AC部位でのHD-tACS介入はMEP振幅を有意に増加させたが、C3部位での刺激後は有意な変化が認められなかった。
図5は代表的な被験者からのACおよびC3サイトを示しています。AC部位はC3部位と重ならず、その約3〜4cm前方に位置しています。前回の論文では、ACサイトは平均してC319の約2.9cm前方に位置していると報告されていました。さらに、ACおよびC3サイトの両方でベースラインのピーク間MEP振幅が測定されました。
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ディスカッション
本研究では、頭皮鍼治療のランドマークに基づきFDS筋肉のM1ホットスポットを局在化する革新的なアプローチが開発されました。提案されたACサイトは、従来のC3サイトと比べて高いベースラインおよび変調後のMEP振幅を持つFDS筋のM1ホットスポットとして強い可能性を示しました。
皮質脊髄路は、随意運動行動において運動皮質から発する最も重要な下降経路の一つです20,21。皮質脊髄路の興奮性を正常に調節することは、神経リハビリテーションに大きな可能性を秘めています22,23。臨床応用において、特定の筋肉に対して皮質ホットスポットを迅速かつ正確に定位する能力は実用的に大きな価値があります。ジャオの頭皮鍼治療は、伝統的な中国鍼治療の技術と現代の神経...
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開示事項
著者らは、本論文で報告された研究に影響を与えた可能性のある競合する財政的利害関係や個人的な関係は既知のものではないと述べています。
謝辞
著者らは、マイアミ大学生体医工学科の張英春博士に、EMG解析の実施において貴重な指導と専門知識を提供してくださったことに感謝しています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 電極ジェル | ソテリックス・メディカル社、ニューヨーク、アメリカ合衆国 | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel | |
| EMG | TMSi、オルデンザール、オランダ | https://www.tmsi.artinis.com/product-overview | |
| 高精細経頭蓋電気刺激(HD-tES) | ソテリックス・メディカル社、ニューヨーク、アメリカ合衆国 | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1 | |
| TMS(マグスティムBistim² 200) | マグスティム・カンパニー社、ウェールズ・ウィットランド、イギリス | 3231-00 |
参考文献
- Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
- Jeltema, H. R., et al. Comparing navigated transcranial magnetic stimulation mapping and "gold standard" direct cortical stimulation mapping in neurosurgery: a systematic review. Neurosurg Rev. 44 (4), 1903-1920 (2021).
- Tang, X., et al. Transcranial direct current stimulation for upper extremity motor dysfunction in poststroke patients: a systematic review and meta-analysis. Clin Rehabil. 38 (6), 749-769 (2024).
- Silva, L. M., Silva, K. M. S., Lira-Bandeira, W. G., Costa-Ribeiro, A. C., Araujo-Neto, S. A. Localizing the primary motor cortex of the hand by the 10-5 and 10-20 systems for neurostimulation: an MRI study. Clin EEG Neurosci. 52 (6), 427-435 (2021).
- Sparing, R., Buelte, D., Meister, I. G., Paus, T., Fink, G. R. Transcranial magnetic stimulation and the challenge of coil placement: a comparison of conventional and stereotaxic neuronavigational strategies. Hum Brain Mapp. 29 (1), 82-96 (2008).
- Kim, H., Wright, D. L., Rhee, J., Kim, T. C3 in the 10-20 system may not be the best target for the motor hand area. Brain Res. 1807, 148311(2023).
- Roy, A., Baxter, B., He, B. High-definition transcranial direct current stimulation induces both acute and persistent changes in broadband cortical synchronization: a simultaneous tDCS-EEG study. IEEE Trans Biomed Eng. 61 (7), 1967-1978 (2014).
- Meng, H., et al. High-definition transcranial alternating current stimulation (HD-tACS) has regional neuromodulation effects in the forearm and hand muscles. Brain Stimul. 18 (1), 94-96 (2025).
- Masina, F., et al. Neurophysiological and behavioural effects of conventional and high-definition tDCS. Sci Rep. 11 (1), 7659(2021).
- Parlikar, R., et al. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): a systematic review on the treatment of neuropsychiatric disorders. Asian J Psychiatr. 56, 102542(2021).
- Alam, M., Truong, D. Q., Khadka, N., Bikson, M. Spatial and polarity precision of concentric high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). Phys Med Biol. 61 (12), 4506-4521 (2016).
- Villamar, M. F., et al. Technique and considerations in the use of 4×1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309(2013).
- Hao, J. J., Hao, L. L. Review of clinical applications of scalp acupuncture for paralysis: an excerpt from Chinese scalp acupuncture. Glob Adv Health Med. 1 (1), 102-121 (2012).
- Lee, G. E., Lee, P. T., Ran, N., Zhou, J. Scalp acupuncture for children with cerebral palsy: a protocol for a systematic review. Medicine (Baltimore). 98 (48), e18062(2019).
- Wang, J., et al. Acupuncture treatment on the motor area of the scalp for motor dysfunction in children with cerebral palsy: study protocol for a multicenter randomized controlled trial. Trials. 21 (1), 29(2020).
- Wu, Y., et al. Potential scalp acupuncture and brain stimulation targets for common neurological disorders: evidence from neuroimaging studies. Chin Med. 20 (1), 58(2025).
- American Electroencephalographic Society. Guideline thirteen: guidelines for standard electrode position nomenclature. J Clin Neurophysiol. 11 (1), 111-113 (1994).
- Westin, G. G., Bassi, B. D., Lisanby, S. H., Luber, B. Determination of motor threshold using visual observation overestimates transcranial magnetic stimulation dosage: safety implications. Clin Neurophysiol. 125 (1), 142-147 (2014).
- Meng, H., Houston, M., Francisco, G. E., Zhang, Y., Li, S. Scalp acupuncture guidance for identifying the optimal site for transcranial electrical stimulation of the hand. Exp Brain Res. 242 (9), 2083-2091 (2024).
- Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annu Rev Neurosci. 31, 195-218 (2008).
- Liu, R., Moe, A. A. K., Liu, W., Zoghi, M., Jaberzadeh, S. Does acupuncture at motor-related acupoints affect corticospinal excitability? a systematic review and meta-analysis. J Integr Med. 23 (2), 113-125 (2025).
- Song, W., Amer, A., Ryan, D., Martin, J. H. Combined motor cortex and spinal cord neuromodulation promotes corticospinal system functional and structural plasticity and motor function after injury. Exp Neurol. 277, 46-57 (2016).
- Krucoff, M. O., Rahimpour, S., Slutzky, M. W., Edgerton, V. R., Turner, D. A. Enhancing nervous system recovery through neurobiologics, neural interface training, and neurorehabilitation. Front Neurosci. 10, 584(2016).
- Søndergaard, R. E., Martino, D., Kiss, Z. H. T., Condliffe, E. G. TMS motor mapping methodology and reliability: a structured review. Front Neurosci. 15, 709368(2021).
- Wang, T. Acupuncture for brain. , Springer. Cham. (2021).
- Meng, H., et al. Efficacy of high-definition transcranial alternating current stimulation (HD-tACS) at the M1 hotspot versus C3 site in modulating corticospinal tract excitability. Biomedicines. 12 (11), 2635(2024).
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