Name: 一次運動野の皮質内抑制は注意の焦点を変更することで変調することができます。 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: 学ぶTMSプロトコルで一次運動野の皮質内抑制が注意の焦点によって変調される神経メカニズムを探索する。subTMSとSICIを用いて運動パフォーマンスと神経生理学的指標を関連付け、外部焦点の利点を解明する。

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このプロトコルは、TMS を用いた M1 内抑制性回路の活動を調査する 2 つの方法を示しています。もっと正確に、これらの 2 つのプロトコルは、M1 内抑制性回路の活動に注意の焦点の影響を調査する本研究で使用されています。
本手法の 1 つの制限は、前円滑化せず subTMS 誘発筋電図抑制が発生する可能性はない常にことです。この研究では、たとえば、4 科目削除しなければならなかった最終的な分析から、一貫性のある subTMS 誘発筋電図抑制を示さなかったよう。それにもかかわらず、この非侵襲的脳刺激法は測定し、M1 の32,34内皮質内抑制性回路の活動を定量化も受け付けています。本研究のもう一つの制限は、subTMS および ppTMS で説明されている注意の焦点の違いが脳内上流に M1 を頼ること除くことができないです。どちらの方法が仮定されること事実にもかかわらず皮質 GABA 抑制性介在ニューロン23...

IF と比較して EF を採用または中立的な焦点運動パフォーマンスと多数の設定1での学習を促進することが今一般に受け入れられます。それが示されている、たとえば、精度2,3では利点につながる EF を採用することと、4,5,6のバランス、生産7、8パフォーマンスのジャンプを強制的に7,9,10,11、移動速度12、酸素消費13,14、および疲労タスク15,16。
一方、脳の活性化、すべての動きの基礎であるので、運動の神経制御のいくつかの側面を検討されている.たとえば、レベルと M1 内の皮質内抑制を調節する能力はすくみ調整17、姿勢制御18、器用さ19などの運動機能に強い影響力を持っている示されています。さらに、高齢者や子供 (生まれた早産20) などの若い大人よりも貧しいモータ制御能力を持つ集団は、あまり顕著抑制を通常表示されます。したがって、抑制過程の役割ではありませんがまだよく理解し、抑制のプロセスそれにもかかわらずよう運動遂行の質に重要な一般的にです。
皮質内抑制性回路を調査する可能性は、非侵襲的な経頭蓋磁気刺激 (TMS) を使用することです。最も一般的に使用される刺激プロトコル SICI を誘発するペアパルス TMS (ppTMS) に適用されます。このプロトコルは、1-5 ms21,22,23の刺激間隔で刺激閾コントロール刺激応答の振幅を低減する運動閾値下刺激を使用してください。,24.、コントロール刺激の割合として報告、運動誘発電位 (Mep) の振幅比較できる条件が、皮質の阻害活性と M1 の変調についての情報を与えます。
Intractortical 抑制性回路の活動を評価するために別の刺激プロトコルは、すべての刺激の強度の運動閾値 (すなわちsubTMS) 以下に配信先の単一パルスを適用されます。このプロトコルは、継続的な筋活動18,25,26の抑制を誘導します。このいわゆる subTMS 誘発筋電図抑制は、金額と期間の点で比較できます。このプロトコルは広く使用されません、標準 SICI プロトコルに比べていくつかの利点があります。このプロトコルは、閾刺激を誘発しないよう運動の遂行を妨害しません。両方の方法は、皮質内ガンマ-アミノ酪酸 (GABA) 抑制性介在ニューロン23,27の応答をテストします。
モーターの性能1の場合と比較して、EF を使用してよく知られている利点があるにもかかわらず根本的な神経プロセスは不明します。FMRI 研究28,、M1、体性感覚、主に血中酸素レベル依存 (BOLD) 活性化を高めたと島国的な皮質科目指を実行するシーケンスし IF と比較して EF を採用を示した。別の最近の研究16規定 EF に関連付けられている M1 の活性の増強、実際、できる皮質内の高められた活動のため、興奮性と抑制性の活動を fMRI29によって区別できないが、抑制性回路。正確に、この研究は、抑制性 Gaba ニューロンの興奮性を注意フォーカスと同じ人で採用の種類によって即座に変調することができることを示した。
現在のプロトコルの主な目的は、M1 内の皮質内抑制性回路の活動認知操作 (すなわち、注意書きのフォーカス) の即時の効果を比較する 2 つの可能な方法を示すことです。SubTMS と ppTMS の両方が使用されます。さらに、このプロトコルは、FDI の最大等尺性持続収縮の TTF の調査で非常に制御された方法でモーターの挙動に注意巣の影響を探索する 1 つの方法を示しています。

<table><tbody><tr><td>MC3A-100</td><td>Advanced Mechanical Technologies Inc.、マサチューセッツ州ウォータータウン、米国</td><td>-</td><td>力トランスデューサ</td></tr><tr><td>ーBlueSensor P</td><td>Ambu A / S、Bellerup、デンマーク</td><td>-</td><td>EMG用Ag/AgCl表面電極</td></tr><tr><td>Polaris Spectra</td><td>Northern Digital、ウォータールー、オンタリオ州、カナダ</td><td>-</td><td>ニューロナビゲーションシステム、アクティブまたはパッシブマーカー</td></tr><tr><td>トラッカーLocalite TMS Navigatorバージョン2.0.5</td><td>LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany</td><td>-</td><td>経頭蓋磁気刺激(TMS)用ナビゲーションシステムMagVenture</td></tr> <tr><td>MagPro X100</td><td>MagVenture A/S, Farum, Denmark</td><td>9016E0711</td><td>Transcranial magnetic stimulator</td></tr><tr><td>MagVenture D-B80</td><td>MagVenture A/S, Farum, Denmark</td><td>9016E0431</td><td>TMSコイル(8の字)</td></tr><tr><td>ゴニオメーター</td><td>N/A</td><td>-</td><td>カスタムメイドのゴニオメーター</td></tr><tr><td>Othopedicスプリント</td><td>N / A</td><td>-</td><td>カスタムメイド</td></tr>スプリント<tr><td>録音ソフトウェア</td><td>LabViewベース</td><td>-</td><td>カスタムメイドスクリプト</td></tr></tbody></table>

一次運動野の皮質内抑制は注意の焦点を変更することで変調することができます。

Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention

注目の内部フォーカス (IF) と比較して外部フォーカス (EF) が運動学習とパフォーマンスを向上させることも認識されます。研究は、精度、バランス、利点強制的に生産、跳躍性能, 運動速度, 酸素消費量と作業の疲労を示されています。EF の戦略を使用しての行動の結果がよく、探検が神経の基になるメカニズムは不明のまま。最近 TMS 研究は、EF と IF の間一次運動野 (M1) の活性を比較しました。正確には、この研究は、EF を採用し、皮質内抑制性回路の活動が拡張されを示した。
行動のレベルでは、議定書最初背側骨間 (FDI) の最大の収縮を実行するときタスクの失敗 (TTF) 時間に注意の焦点の影響をテストします。さらに、現在の紙は注意条件が M1 内皮質抑制性回路の活動に及ぼす影響を評価するために 2 つの TMS のプロトコルについて説明します。したがって、本稿は、強度を運動閾値 (subTMS) の下での単一パルス TMS と M1 に適用すると、短い間隔皮質内抑制 (SICI) を誘発するペアパルス TMS を使用する方法について説明します。これらのメソッドは、脊髄反射回路の影響を受けず、gaba 作動性抑制性ニューロンの応答性を反映すると見なされます、彼らは M1 内の皮質内抑制性回路の活性の測定に適しています。
結果は、参加者がタスクの失敗に時間を延長することができる外部の注意を向ける運動パフォーマンスを向上させることを示します。さらに、IF と比較して EF を採用するとき、結果はより大きい subTMS 誘発筋電図抑制と SICI を伴っていた。M1 内の皮質内抑制のレベルはモーターの性能に影響を及ぼす以前示した、EF と拡張の抑制と長期の TTF で示された行動のタスクにみられる運動効率の向上に貢献するかもしれない、EF。

注意の焦点の運動パフォーマンスに及ぼす影響:
現在の研究では行動のテストは、運動課題の実現可能性を証明するために、EF を適用するときに積極的に反応した主題を識別するために使用されました。以前の研究 (レビュー1参照)、我々 の結果を示す長期 TTF 参加者が IF と比較して EF を採択したとき (図 3参照)。したがって、それは、等尺性人差し指拉致中、に、運動の効率を EF によって高めることができるようです。McNevin と同僚の38 「制約された行動の仮説」を仮定した運動パフォーマンスに注目のさまざまな焦点の効果を説明し、運動学習。彼らの仮説の措定著者: EF を使用が運動制御の大きい処理を促進することにより運動パフォーマンスと改善します。対照的に、モータ制御のより意識型が使用される場合の採用...

2 つの異なる経頭蓋磁気刺激 (TMS) プロトコルを使用して、この原稿は測定し、さまざまな注意焦点を採用するとき、一次運動野の皮質内抑制を比較する方法をについて説明します。

It is well recognized that an external focus (EF) compared with an internal focus (IF) of attention improves motor learning and performance. Studies have ...

これら2つの経頭蓋磁気刺激プロトコルの全体的な目的は、異なる注意の焦点の下で運動タスクを実行している間の、一次運動野（M1）における皮質内抑制回路の活動を調査することです。多くの研究によって、内部的な注意の焦点と比較して外部的な注意の焦点に利点があることが確立されていますが、その根底にある神経メカニズムについてはほとんど分かっていません。外部的な注意の焦点は、運動パフォーマンスを向上させる一方で、通常は筋活動の低下を伴うため、抑制メカニズムが関与しているのではないかと推測しました。適用されたTMS手法、すなわちsubTMSおよびSICIを用いることで、注意の焦点が一次運動皮質内の抑制回路の活動に与える影響をより深く理解することが可能になります。閾下経頭蓋磁気刺激法の主な利点は、刺激強度が低いため、運動アーチファクトが生じないことです。対照的に、従来の対ペアパルスプロトコルではより高い刺激強度を使用するため、筋収縮が誘発されます。しかしながら、この手法は十分に確立されており、GABA作動性洞への影響についても徹底的に調査されています。まず、被験者を検査用椅子に座らせ、正面1メートルの位置にモニターを設置します。次に、左腕をテーブルの下で左脚の上に置き、快適でリラックスした状態にします。被験者の右腕を、回内位でカスタムベルト副子に固定します。指関節を、特製デバイスの回転軸に合わせて調整します。最適な位置が決まったら、実験の各セッションで同様の位置を再現できるよう、副子の前後方向および内側・外側方向から写真を撮影します。まず、ゴニオメーターの回転軸と中手指節関節を合わせます。最大随意収縮が可能な状態で力変換器を配置します。次に、被験者に人差し指の最大等尺性外転を3回行い、各収縮の間に30秒間の休憩を挟ませて、Fmaxを決定します。注意点として、参加者は注意の焦点に関する指示を受けることなく、力変換器に向かってレバーを押す必要があります。最大随意収縮後、力変換器を取り外し、人差し指が横平面で自由に動くようにします。次に、Fmaxの30%に相当する量の水をボトルに満たし、Fmaxの重りを装置のロープに取り付けます。被験者に人差し指の外転を行い、重量に対抗して指をターゲット位置に保持させます。タスクが失敗するまでこの動作を継続させます。録画ソフトの録画ボタンを押し、ゴニオメーターの信号の記録を開始し、タスクが失敗するまで待ちます。タスク失敗に達したら、録画ソフトの録画停止ボタンを押して録画を停止し、ゴニオメーターの信号をコンピュータに保存します。最後に、被験者の手を整形外科用スプリントから外します。まず、銀-塩化銀双極表面電極を、電極間距離1 cmでFDI筋に腹側-腱側モンタージュで配置することから始めてください。FDI筋のEMGケーブルとゴニオメーターケーブルを、EMGアンプおよびADコンバーターに接続します。最後に、表面電極を用いて、脳刺激によって誘発される電気生理学的反応におけるFDI筋の筋活動を記録および測定します。まず、両面テープを用いて、被験者の額に反射マーカーを貼付します。TMS刺激装置に取り付けた8の字コイルを用いて、対側の運動領域に刺激を与えます。次に、古典的なマッピング手順を行い、第一背側骨間筋（FDI筋）に運動誘発電位（MEP）を誘発するための、頭蓋骨に対するコイルの最適な位置（ホットスポット）を特定します。この操作を行うには、コイルを頂点から前方へ約0.5 cm、正中線上に配置し、コイルのハンドルを対側の前頭部に向けて45度の角度に設定してください。刺激強度は最大刺激出力（MSO）の25%未満から開始し、被験者にTMS刺激に慣れさせます。その後、刺激強度を徐々に上げながら、コイルを内外方向および前後方向に移動させてホットスポットを探索します。ホットスポットが見つかったら、ニューロナビゲーションシステムを用いて最適な位置を記録します。刺激装置の出力強度を調整し、活動性運動閾値（AMT）を決定します。次に、Fmaxの10%に相当する重量の水をボトルに満たします。参加者がリラックスした快適な姿勢を維持していることを確認してください。次に、以前に決定したAMTから2%MOSずつ段階的に強度を下げ、subTMS誘発EMG抑制を惹起させるための最適強度を決定します。その後、参加者にターゲットの力に合わせるための練習試行を数回行わせます。参加者に10%of Fmaxで人差し指の等尺性外転を4回別々に行わせ、FDIのEMG信号を記録します。各条件において、ランダム化したISI（刺激間隔）を用いて、TMSありの試行を40回、TMSなしの試行を40回、カウンターバランスをとった順序で記録します。 previously determined optimal stimulation intensity（以前に決定した最適刺激強度）を同様に使用してください。subTMS EMG抑制の開始点は、TMS後の20〜50ミリ秒の時間窓において、TMSありの試行とTMSなしの試行の差が少なくとも4ミリ秒間負の値となった時点として定義されます。最後に、ペアパルスTMSを行うため、コイルをM1のホットスポットまで移動させます。刺激装置の強度を設定し、ペアパルスTMSと単一パルスTMSの間隔であるISIを2.5 millisecondsに、頻度を0.25 hertzに設定します。次に、被験者にFmaxの10%で人差し指の等尺性外転を4回個別に行うよう指示し、FDIのEMG信号を記録します。等尺性収縮中に、各条件につき20回のTMS刺激をカウンターバランス順で記録します。短潜時皮質内抑制の量は、対照群の単回パルスMEPと条件刺激後の対パルスMEPの比として定義されます。参加者が内的注意ではなく外的注意を向けた際、TTFは延長しました。閾下強度が使用されているため、刺激によって誘発される筋収縮が運動パフォーマンスを妨げることはありません。結果は、IFと比較してEFを用いた場合に、subTMSによって誘発されるEMG抑制が即座に増強されることを示しました。さらに、EFを採用した際、被験者はより強い短間隔皮質内抑制を示しました。これはsubTMSの結果とよく一致しており、注意の焦点の種類に応じて、M1内の皮質内抑制回路を構成するGABA作動性ニューロンが異なる形で変調されることを示唆しています。一度習得すれば、適切に実施することで、このプロトコルは約90分で完了できます。閾下TMSの手技を行う際は、FDI筋においてsubTMS誘発性のEMG抑制を得るために、適切な刺激強度を設定することが重要です。この目的のため、刺激ありの試行を少なくとも40回、刺激なしの試行を40回平均することが重要となります。M1内の皮質内抑制を測定するsubTMSおよびペアパルスTMSプロトコルに加えて、周囲抑制の測定などの他の手法を実施することで、内部焦点と比較して外部焦点によるタスク効率の向上に関与している可能性のある追加のメカニズムを明らかにすることができます。このビデオを視聴することで、一次運動野におけるsubTMSおよびペアパルスTMSの適用方法について十分に理解できるはずです。これらの手法は、異なる注意の焦点が一次運動野の活動に及ぼす影響を調査するために使用されます。

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Research

JoVE Journal

Behavior

行動

出典: Kuhn, Y. et al.一次運動皮質内の皮質内抑制は、注意の焦点を変えることによって調節できます。J. Vis. 経験。(2017年)このビデオでは、経頭蓋磁気刺激 (TMS) を使用して運動ニューロンの活動を調節し、筋電図 (EMG) を介して筋肉の反応を測定する方法を示します。運動ホットスポットの特定、刺激閾値の決定、皮質抑制に対する閾値下 TMS (subTMS)...

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一次運動野の皮質内抑制は注意の焦点を変更することで変調することができます。

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