Summary
두 개의 다른 transcranial 자석 자극 (TMS) 프로토콜을 사용 하 여,이 원고는 측정 하 고 다른 attentional foci 채택 하는 경우 기본 모터 피 질에서 대뇌 피 질의 억제를 비교 하는 방법을 설명 합니다.
Abstract
잘 인식 된다 외부 초점 (EF)가 관심의 내부 초점 (IF)에 비해 모터 학습 및 성능 향상. 연구는 정확도, 균형, 혜택 강제로 생산, 성능, 이동 속도, 산소 소비, 점프 하 고 작업을 피곤 하 게 표시 했습니다. EF 전략을 사용 하 여의 행동의 결과 잘 탐험 있지만, 근본적인 신경 메커니즘 알 수 없는 남아 있습니다. 최근 TMS 연구 활동의 기본 모터 피 질 (M1) IF와 EF 사이 비교. 더 정확 하 게,이 연구는 EF를 채택할 때 intracortical 억제 회로의 활동 강화, 나타났다.
행동 수준에 현재 프로토콜 첫 등 상호 (FDI)의 submaximal 수 축을 수행할 때 작업 실패 (TTF) 시간에 attentional foci의 영향을 테스트 합니다. 또한, 현재 종이 m 1에서 대뇌 피 질의 억제 회로의 활동에 attentional 조건의 영향을 평가 하기 위해 두 개의 TMS 프로토콜을 설명 합니다. 따라서, 현재 문서 사용 모터 임계값 (subTMS) 농도에서 단일 펄스 TM과 짝 펄스 TMS, m 1에 적용 될 때 짧은 간격 intracortical 억제 (SICI)를 유도 하는 방법을 설명 합니다. 이러한 메서드는 척추 반사 회로 의해 영향을 받지 않고 GABAergic 억제 신경의 응답을 반영 하도록 간주 됩니다, m 1 내 intracortical 억제 회로의 활동을 측정 하는 데 적합 있습니다.
결과 표시는 모터 성능 향상 주의 외부 감독 참가자 수 작업 실패 시간을 머리말을 붙이는 것 처럼. IF에 비해 EF를 채택 하는 때 또한, 결과 더 큰 subTMS 유도 전도 억제 및 SICI에 함께 했다. EF와 함께 향상 된 억제와 장기간된 TTF로 표시 행동 작업에서 더 나은 운동 효율에 기여할 수 있습니다 m 1에서 대뇌 피 질의 억제의 레벨은 이전 모터 성능에 영향을 같이, 한 EF입니다.
Introduction
그것은 지금 일반적으로 수용 IF에 비해 EF 채택 또는 주의의 중립 초점 모터 성능 및 수많은 설정1에서 학습 촉진. 그것은 표시 되었습니다, 예를 들어 그 정확도2,3혜택을 리드 EF를 채택,4,,56균형, 강제로 생산7,8, 성능 점프 7 , 9 , 10 , 11, 이동 속도12, 산소 소비13,14, 그리고 피곤한 작업15,16.
다른 측면에서 뇌 활성화 이기 때문에 모든 운동의 기초 운동 신경 제어의 여러 가지 측면 있다 조사. 예를 들어 수준 및 m 1 내 intracortical 억제를 조절 하는 능력 interlimb 조정17,18, 자세 제어 등 손 재주19모터 기능에 강한 영향력을가지고 표시 되었습니다. 또한, 젊은 성인, 노인 대상 또는 어린이 (태어난된 preterm20), 등 보다 가난한 모터 제어 능력을 가진 인구는 일반적으로 덜 억제 제어 발음 표시. 따라서, 금지 프로세스의 역할은 아니지만 아직 잘 이해 하 고, 금지 프로세스 역시 것 같다 모터 실행의 품질에 중요 한 일반적.
Intracortical 억제 회로 조사할 가능성이 비-침략 적 transcranial 자석 자극 (TMS)를 사용 하는 것입니다. 가장 일반적으로 사용 되 자극 프로토콜 SICI 유도 하 쌍 펄스 TM (ppTMS)를 적용 합니다. 이 프로토콜 모터 임계값 조절 자극을 사용 하 여 1-5 ms21,,2223 interstimulus 간격 elicited suprathreshold 제어 자극 응답의 진폭을 감소 , 24. 다음, 컨트롤 자극의 백분율로 보고, 모터 되 살려 진 잠재력 (Mep)의 진폭이 비교 될 수 있다 대뇌 피 질의 억제 활동 및 m 1에 내에서 변조에 대 한 정보를 제공 하는 조건에서.
또 다른 자극 프로토콜 intractortical 억제 회로의 활동을 평가 하기 위해 단일 펄스, 모든 자극 농도 (즉, subTMS) 모터 임계값 아래에 전달 됩니다 적용 됩니다. 이 프로토콜은 지속적인 EMG 활동18,,2526에 억제를 유도합니다. 이 소위 subTMS 유도 EMG 억제 금액 및 기간 비교할 수 있습니다. 이 프로토콜은 너무 일반적으로 사용 되지, 표준 SICI 프로토콜에 비해 이점이 있다. Suprathreshold 자극을 유도 하지 않습니다으로이 프로토콜 모터 실행을 방해 하지 않습니다. 두 방법 모두 intracortical 감마-aminobutyric 산 (GABA) 금지 수23,27의 응답을 테스트합니다.
모터 성능1IF에 비해 EF를 사용 하 여 잘 알려진 혜택에도 불구 하 고 기본 신경 프로세스 크게 알려지지 않은 남아 있습니다. 전 fMRI 연구28, 혈액 산소 수준에 따라 다릅니다 (BOLD) 활성화 기본 somatosensory, m 1에서 향상 되었습니다 및 과목 실행 손가락 섬 외피가 시퀀스와 IF에 비해 EF 채택 보였다. 또 다른 최근 연구16 EF와 관련 된 m 1에서 향상 된 활동, 사실, 것 intracortical의 향상 된 활동으로 인해 규정으로 흥분 성의 억제 활동 fMRI29에 의해 분화 될 수 없다, 억제 회로입니다. 더 정확 하 게,이 연구는 금지 GABAergic 신경의 흥분 한 같은 사람 채택 attentional 집중의 형식에 의해 즉시 변조 수는 나타났다.
현재의 프로토콜의 주요 목표는 intracortical 억제 회로 m 1에 내에서 활동에 인지 조작 (주의 지침즉, 초점)의 즉각적인 효과 비교 하 여 두 가지 가능한 방법을 보여주는 것입니다. SubTMS와 ppTMS 모두 사용 됩니다. 또한,이 프로토콜에는 FDI의 submaximal 지속적인된 수축 isometric TTF를 조사 함으로써 매우 제어 방식에서 모터 동작에 attentional foci의 영향을 탐구 하는 한 가지 방법은 보여 줍니다.
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Protocol
이 프로토콜 로컬 윤리 위원회에 의해 승인 되었다 그리고 헬싱키 (1964 년)의 선언에 따라 실험은.
1. 윤리적인 승인 및 주제 지도
- 측정을 시작 하기 전에 잠재적인 위험 요인 및 연구의 목적에 대 한 모든 참가자를 지시. 이 결과 영향을 미칠 수 있습니다 attentional 포커스에 대 한 정보를 제공 하지 않습니다. 연구 설정 30에 TMS의 응용 프로그램에 대 한 안전 지침 준수 확인.
참고: TMS를 적용 하는 경우는 이식된 두개골 전극 및 달팽이 임 플 란 트, 실 신 이나 발작, 간 질, 뇌 병 변, 임신, 마약/약물 상호 작용, 최근 마약 철수의 개인 역사를 포함 하 여 일부 의료 위험 요소 또는 질병입니다. TMS 어린이 관리 안 합니다. - 건강 한 참가자를 포함 하는 연구에서 (n = 14) 18 ~ 35 세 사이. 어떤 정형 외과 / 신경/정신 질환과 주제를 제외 합니다. 모든 참가자는 오른 손잡이 확인 하십시오.
2. 실험 설계 및 설치
- 나누기 두 그룹. 하나를 지시할 경우 지침에 그룹의 절반 먼저, EF 지침 두 번째 실험 세션 (섹션 4.2.2 구두 지침 참조)에서 다음. 다른 절반 counterbalanced 순서로 지시.
참고: 실험 최소 72 h로 구분 되어야 합니다 ( 그림 1 참조) 4 개의 실험실 세션의 총 구성 되어 있습니다. 첫 번째 두 개의 세션 최대 힘 (Fmax)와 submaximal 지속적인된 검지 납치의 TTF 측정 구성 (4 단계 참조). SubTMS 및 ppTMS ( 그림 1 참조) 작업 중 m 1에 내에서 억제 회로의 활동을 측정의 3 번째와 4 번째 세션 구성.
3. 주제 준비
- 좌석 전체에 걸쳐 조정 하 고 편안한의 자에 참가자 실험. 모니터는 참가자 앞 1m 장소.
- 테이블, 왼쪽된 다리에 휴식 편안 하 고 편안한 위치에 왼쪽된 팔을 배치 합니다. 필요한 경우, 베개와 팔의 위치를 조정 합니다. Pronated 위치에 사용자 부 목에 피사체의 오른쪽 팔을 배치 ( 그림 2 참조).
참고: 여기, 부 목이 이루어집니다 (자세한 내용은 참조 16) 열가 소성 및 적합 모든 참가자의. 또한, 부 목 손목 관절의 자유도 제한 하 생각 되었다 ( 그림 2B 참조). 허용 하는 유일한 움직임은 납치와 오른손의 집게 손가락의 손바닥 관절의 예증. - 주문 품 장치의 회전 축과 손가락 관절을 맞춥니다. 최적의 위치 발견 되 면 수동으로 기록 하 고 2, 3, 및 4 세션에 유사한 위치를 사용 하 여 부 목의 antero 후부 및 평점 옆 위치의 사진의 찍을.
4. 세션 1과 2: 행동 테스트
- 최대한 isometric 수축 (참조 그림 1A ).
- 는 각도 공동 손바닥의 회전의 축 정렬 및 제대로 나사 ( 그림 2 참조)를 사용 하 여 각도 수정. 힘 변환기 ( 그림 2B 참조) 최대 자발적 수축에 대 한 허용 하는 방식으로 배치.
- 적절 한 증폭기 및 아날로그 디지털 (A-D) 변환기를 EMG 케이블 (FDI 근육), 힘 변환기 및 각도 케이블을 연결.
- 는 각 수축 사이 30 s 브레이크 집게 손가락의 3 최대한 아이소메트릭 납치를 수행 하 고는 Fmax를 결정 참가자.
참고:는 Fmax 힘 변환기에서 얻은 힘 신호에서 가장 높은 봉우리로 결정 됩니다. 최대한 수축 개별 최대 0 N에서에서 힘에 있는 점진적 증가 이루어져 참가자에 게 설명 한다. 중요 한 것은, 참가자 고정 힘 변환기에 대 한 수축 isometric 수행을 지시 합니다. 참가자는 손바닥 관절에 검지 손가락을 납치 하 고 힘 변환기에 대 한 가능한 하드 밀어 해야 합니다. 수축, 당 3-s 기간을 부여 해야 하 고 2 s 16 , , 25 26 최대한 힘을 유지 하기 위해 참가자를 지시 한다. 각 수축 사이 봐 주 참가자 30 s. - 가 관심의 초점에 대 한 모든 지침을 제공 하지 않고 힘 변환기에 대 한 레버를 밀어 주제.
참고: 동일한 작업 세션 2는 Fmax와 부 목에 위치 세션 간에 변경 되지 않은 있도록의 시작 부분에서 수행 됩니다. - 최대한 수축 후 검지 손가락 (납치/예증) 가로 평면에서 자유롭게 이동할 수 있도록 힘 변환기 제거.
- 최대한 아이소메트릭 납치 (4.1.3 단계)에서 Fmax를 계산 원시 데이터를 사용 하 여 컴퓨터에. 30% 결정 (Fmax * 0.3; 세션 1과 2) 10% (Fmax * 0.1; 3 및 4 세션) Fmax의.
참고: 가장 높은 피크 힘 변환기에서 얻은 힘 신호에는 Fmax 고려. 다음 세션에서 다른 수축 강도 (30%, 10%)는 실험의이 단계에서 얻은 Fmax에서 계산 됩니다. - 단계 4.1.6에서에서 얻은 Fmax의 30% 금액에 물 한 병을 작성 합니다. 소자의 밧줄에 Fmax의 무게를 첨부 ( 그림 2A 참조).
참고: 물의 체적 질량 밀도 1 k g/l. 따라서, 한 참가자의 Fmax의 30%를 나타내는 경우 0.4 k g, 0.4 kg.에 상응 하는 병의 무게를 조정
- TTF까지 수축 지속 (참조 그림 1A ).
- 지시 작업에 대 한 참가자 들.
참고: 참가자 해야 합니다 손가락은 대상 위치에 counteracting 무게 여 ( 그림 2 참조), 검지 손가락의 납치를 수행. 작업 작업 실패까지 수행 해야 합니다. 작업 오류는 대상 위치에서 10도 보다 큰 편차로 결정 됩니다. 편차는 각도 측정 및 모니터에 표시 됩니다 ( 그림 2B 참조). - 세션의 순서를 임의화 (참조 단계 2.1; EF 또는 IF 조건). 구두로 지시 하는 적절 한 조건에 참가자 (IF 또는 EF).
- Th에 대 한e EF 조건을 다음과 같이 지시: "는 각도의 위치에 집중. 가능한 한 오랫동안이 자리를 잡아. 각도의 위치 변경, 화면에 빨간 선의 두께 변경 됩니다. 빨간색 선은 다시 얇은 될 때까지 각도의 위치를 수정. " 참가자 지시 " 제어와 각도의 위치에 집중 " 각 30 s.
- IF에 대 한 조건을 다음과 같이 지시: " 당신의 손가락의 위치에 집중. 가능한 한 오랫동안이 자리를 잡아. 손가락의 위치 변경, 화면에 빨간 선의 두께 변경 됩니다. 빨간색 선은 다시 얇은 될 때까지 당신의 손가락의 위치를 수정. " 참가자 지시 " 계약 하 고 그의 손가락 근육에 집중 " 각 30 s.
- 가지고 참가자 손가락은 대상 위치에 counteracting 무게 여 ( 그림 2 참조), 검지 손가락의 납치를 수행. 그들이 작업을 수행 하는 작업 실패까지.
- 보도 " 기록 " 각도 신호를 녹음을 시작 하 여 작업 실패까지 기다려 레코딩 소프트웨어에 단추. 작업 실패에 도달 하면 눌러는 " 기록 중지 " 녹음을 중지 하 고 컴퓨터에 각도 신호를 저장 하려면 녹음 소프트웨어에 단추. 참가자 제거 ' 정형 외과 용 부 목;에서 손을 첫 번째 세션 이제 끝났습니다.
- 존중 최소 간 세션 기간 (72 h), 4.2.1-4.2.4 단계를 반복 합니다. 또한, 2, 3 세션 및 세션 3와 4 사이 72 h 휴식의 최소 허용.
- 지시 작업에 대 한 참가자 들.
5. 세션 3, 4: 두뇌 자극
- 표면 전도 (sEMG) 녹음.
- 필요한 경우에 오른쪽 FDI 근육 이상 피부에 머리를 면도 하 고 약간 침식 마모 젤을 사용 하 여 피부. 침식된 지역 80% 에탄올과 1% 글 리세 린을 포함 하는 솔루션으로 치료. 증발을 에탄올 허용.
- 는 외국인 직접 투자, 1 cm interelectrode 거리에 배꼽-힘 줄 몽타주에 Ag/AgCl 전극 양극 표면를 놓습니다. 참조 전극 digitus medius의 방진에 배치.
- EMG 케이블 (FDI 근육) 및 각도 케이블을 연결 EMG 증폭기 A D 변환기.
- 사용 Ag/AgCl 양극 표면 전극 기록 하 고 근육 활동 및 FDI 근육에서 두뇌 자극에 의해 elicited electrophysiological 응답 측정.
참고: 최종 분석 (subTMS 유도 EMG 억제 및 피크 대 피크 MEP 진폭)에 대 한 (FDI)에서 EMG 신호 조정 해야 합니다 다음과 같습니다: x1000의 증폭, 버터워스 대역 통과 10-1000 Hz의 필터링 및 4 kHz의 샘플링. 오프 라인 분석을 위해 컴퓨터에서 모든 EMG 데이터를 저장.
- 3.1 및 3.2 단계를 반복 하십시오.
- Transcranial 자석 자극
- 참가자에 반사 마커 수정 ' 양면 접착 테이프를 가진 s 마.
참고: 반사 표식에 대 한 수는 지속적으로 TMS의 neuronavigation 시스템을 사용 하 여 M1 이상 대상 지역에 배달 ( 그림 2 참조). Neuronavigation 시스템의 장점은 코일 위치 공간에서 두개골 위치를 기준으로 기록 될 수 있습니다 및 언제 든 지 전체 실험을 통해 확인. - 95 m m 초점 그림의 8 코일 사용 contralateral 모터 피 질 손 영역에 자극을 제공 하는 TMS 자극에 연결 된.
참고:는 자극 쌍 펄스 자극 패러다임 (세션 4)에 대 한 수 있습니다 확인 하십시오. 또한, 유도 전류 후부 앞쪽에 이동 해야 합니다 고 역방향 모드에 전달 해야 합니다. 파형 monophasic 되어야 합니다. - 클래식 매핑 절차를 수행 하 여 FDI 근육에 모터 갖는 잠재력 (Mep)을 도출을 위한 두개골을 기준으로 코일의 최적의 위치 (핫 스팟)을 찾아.
- 는 코일을 배치 하 여 시작
- 꼭지점 앞쪽 그리고 contralateral이 마 쪽으로 45 °를 가르키고 코일 손잡이와 중간에 약 0.5 c m.
참고: 이렇게 하면 유도 전류 흐름은 대략 수직 중앙 고 랑 31. - TMS 자극 하는 데 사용 하는 참가자를 최대 자극 출력 (MSO)의 25% 농도에서 시작 합니다. 그런 다음, 자극 강도 증가 하 여 핫 스폿을 평점-측면 및 rostro 정면 방향으로 코일을 이동 시작.
- 꼭지점 앞쪽 그리고 contralateral이 마 쪽으로 45 °를 가르키고 코일 손잡이와 중간에 약 0.5 c m.
- 핫 스폿을 발견 되 면 기록 neuronavigation 시스템으로 최적의 위치. 자극 기 출력의 강도 조정 하 여 활성 모터 임계값 (aMT)를 결정 합니다. 0.1 보다 큰 투자의 EMG에서 MEP 피크-피크 진폭을 연상 하는 데 필요한 최소 강도 aMT 정의 3/5 연속 실험 21 mV.
- 참가자에 반사 마커 수정 ' 양면 접착 테이프를 가진 s 마.
- 세션 3: SubTMS 유도 EMG 억제 (참조 그림 1B ).
- 준비 물 병을 작성 하 여 Fmax의 10%를 대표 하는 무게 (4.1.7 단계 참조).
참고: Fmax의 10% 단계 4.1.3에서에서 수행 Fmax (3 재판 최고의)에 따라 선택 됩니다. Subthreshold TMS 프로토콜에는 Fmax의 10%만 같이 그것은 이전 되었습니다 피로 EMG 억제 32 , subTMS 유도 33에 영향을 미치는를 선택할 수 있다. 같은 이유로 subTMS 세션 별도 세션에서 실시 해야 합니다. 여기에 사용 되는 물의 볼륨은 0.3 L (Fmax의 최소 30%) ~ 1.2 L (Fmax의 최대 30%). - 지시 작업에 대 한 참가자, 모터 작업 (검지 손가락의 납치, 동일한 작업 세션 1과 2, 하지만 적은 무게로) 10%의 경량을 counteracting 대상 위치에 검지 손가락을 잡고 구성.
- 는 참가자 편안한 위치에 편안 하 게 남아 찾을 subTMS EMG 억제, 관심의 초점에 대 한 모든 지침을 제공 하지 않고 도출에 대 한 최적의 강도. 이렇게 하려면 연속 2%의 단계에서 축소 이전 결정 aMT에서 MSO.
- 그들은 여전히 편안 하 고 편안한 위치에 장착 하는 동안 참가자 Fmax의 10%에 두 개의 별도 아이소메트릭 검지 납치를 수행 하 고 FDI의 EMG 신호 기록 있다. 이 사시 검지 납치 동안 기록 (눌러는 " 기록 " 레코딩 소프트웨어에 단추)와 20 시련과 1.1 0.8에서까지 무작위로 interstimulus 간격 (이시스)와 TMS, 없이 20 시련 s 16 100 ms 시간 창에서 , 25 , 26 , , 33 34.
참고:이 간격 하면 참가자 너무 오랫동안 모터 작업을 수행할 필요가 없습니다 따라서 피곤한 효과 최소화 합니다. 각 시리즈 후 subTMS 유도 EMG 억제를 확인 하십시오.- 적용은 EMG에서 긍정적인 진폭을 모든 부정적인 진폭을 변환 하 여 전파 정류 신호. EMG 신호 시간 정규화 평균 35를 사용 하 여 평균.
참고: subTMS EMG 억제의 TMS 후와 시련과 그 없이 TMS의 차이 20에서 50 ms의 시간 창에서 적어도 4 ms에 대 한 부정적인 때 순간으로 정의 됩니다: EMG 비교 EMG 없이 =-EMG 와 함께 .
- 적용은 EMG에서 긍정적인 진폭을 모든 부정적인 진폭을 변환 하 여 전파 정류 신호. EMG 신호 시간 정규화 평균 35를 사용 하 여 평균.
- 반복 단계 5.4.3 최적의 자극 강도 찾을 때까지, 큰 EMG 억제로 표시.
참고: 최적의 강도 aMT 16의 약 80%에서 발견 된다. - 줄 참가자는 적절 한상태에 관한 (단계 4.2.2 참조) structions (IF 또는 EF). 각 시리즈 (단계 4.2.2) 이전 명령을 반복 해.
- 그들은 편안 하 고 편안한 위치에 앉아있는 동안 4 개의 별도 아이소메트릭 검지 납치를 수행 하는 참가자가 (2 회와 각 초점: EF, IF) Fmax의 기록 EMG 신호는 FDI의 10%.
- 가 아이소메트릭 검지 납치 동안 기록 (눌러는 " 기록 " 기록 소프트웨어에 단추) 40 시험 및 각 조건에 대 한 무작위 이시스와 TMS 없이 40 재판 (즉, IF 및 EF)는 counterbalanced에 순서입니다. 동일한 강도 사용 하 여 각 조건 (포인트 5.4.5 결정)에 대 한.
- 각 시리즈 사이 허용 피로 의해 유발 될 수 있습니다 어떤 편견을 최소화 하기 위해 5 분의 최소 휴식.
- 준비 물 병을 작성 하 여 Fmax의 10%를 대표 하는 무게 (4.1.7 단계 참조).
- 세션 4: ppTMS (참조 그림 1B ).
참고: 0.8 aMT, 1.2 suprathreshold 제어 자극 다음에 컨디셔닝 자극 쌍 펄스 패러다임 구성 리소스 - 반복 단계 5.1-5.4
- 입니다. 간단히, EMG 전극 FDI 근육 이상, 조절 하 고 편안한의 자에 참가자 좌석 놓고 테이블 (즉, 왼쪽된 다리에) 아래 안락 하 고 편안한 위치에 왼쪽된 팔을 배치 합니다. TMS에 대 한 m 1는 핫스팟 찾을.
- 는 자극, 2.5 ms 36, ISI와 짝 및 단일 펄스 TMS 0.25 Hz에서 사이의 간격에 강도 설정.
- 참가자 적절 한 지침을 제공 (단계 4.2.2 참조) 조건에 대 한 (즉, IF 또는 EF). 각 시리즈 이전 명령을 반복 해.
- 는 4 개의 별도 아이소메트릭 검지 납치를 수행 하는 참가자 (2 회와 각 초점: EF, IF) Fmax의 기록 EMG 신호는 FDI의 10%에. Isometric 수축 하는 동안 기록 각 조건에 대해 20 TMS 자극 (즉, IF 및 EF) counterbalanced 순서로.
참고: 1 세트 20 자극의 10 바른 mep로 구성 되어야 합니다 (0.8-1.2 쌍 펄스 aMT) 및 10 제어 Mep (1.2 aMT에서 단일 펄스). 동일한 강도 사용 하 여 각 조건 (단계 5.5.2에서에서 결정)에 대 한. - 각 시리즈 사이 허용 피로 의해 유발 될 수 있습니다 어떤 편견을 최소화 하기 위해 5 분의 최소 휴식.
6. 데이터 처리 및 분석
- SubTMS.
- (5.1.1.3 단계), 위에서 설명한 해결 및 분석을 위한 EMG 평균.
- 검색 subTMS EMG 억제의 발병 ( 그림 4 참조).
참고: 때 TMS 없이 모든 시험의 평균 간의 차이 TMS 후 20-50 ms에서 시간 창에 적어도 4 ms에 대 한 부정적 이다 순간으로 정의 됩니다. - SubTMS EMG 억제의 끝을 감지 하는 순간 억제 (6.1.2 단계)의 발병 후 때 TMS 없이 모든 시험의 평균 간의 차이가 다시 적어도 4 ms에 대 한 긍정적인 정의 (참조 그림 4a ).
- 계산 subTMS 유도 EMG 다음과 같습니다:
EMG 비교 EMG 없이 = – EMG와 와.- 계산 누적 사다리꼴 숫자 통합 발병에서 EMG 억제 subTMS 유도의 양을 계량 하는 억압의 끝.
- ppTMS.
MEP 제어에 관련 된 백분율 SICI의 크기를 표현 하기 위해
- 사용 다음 수식:
100 – (조절 MEP/제어 MEP × 100).- 최종 분석에 대 한 백분율 값으로 결과 사용 하 여.
- 피크 대 피크 MEP 진폭 (mV, EF, IF 조건)을 계산 하 고 최종 분석에 두 개의 조건을 비교.
- 사용 다음 수식:
- EMG.
- 배경 EMG는 MEPs 37의 크기에 영향을 미치는, EMG 활동 TMS 전에 100 ms 창에서 루트-의미-스퀘어 값을 계산 함으로써 결정.
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Representative Results
모터 성능에 Attentional Foci의 영향:
현재 연구에서 행동 테스트 EF를 적용할 때 긍정적으로 반응 하는 주제를 식별 하 고 모터 작업의 타당성을 증명 하기 위해 사용 되었다. 와 라인에서 이전 연구 (1 리뷰 참조), 우리의 결과 장기간된 TTF 참가자 IF에 비해 EF를 채택 하는 때 ( 그림 3참조). 따라서, 그것은, 아이소메트릭 검지 납치 동안 움직임의 효율성 강화 될 수 있다 EF에 의해 보인다. McNevin와 동료38 posited "제한 된 작업 가설" 모터 성능에 관심의 다른 포커스의 효과 설명 하 여 학습 모터. 그들의 가설에 posited 저자: 그 운동 제어에 큰 성을 홍보 하 여 모터 성능을 살펴볼 EF를 사용 하 여. 반면, IF의 채택 해야 모터 시스템 제한 더 의식 유형의 모터 제어를 사용 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 일반1모터 성능에 IF에 비해 EF를 사용 하 여 잘 알려진 혜택에도 불구 하 고 기본 신경 프로세스 남아 제대로 조사. 따라서, 중앙 질문은 남아 있다: IF에 비해 EF와 관련 된 향상 된 운동 효율은 모터 외피의 관점에서 제어 하는 방법을 결정.
Intracortical 저해 및 모터 능력:
대뇌 피 질의 활동은 두뇌 모터 분야24이내 흥분 성의 억제 메커니즘 간의 상호 작용의 구성 했다. 또한, 이러한 프로세스의 변조 모터 제어39필수적입니다. 예를 들어 어린이40,,4142 및 노인 개인43 intracortical 억제의 감소 수준을 표시-건강 한, 젊은 주제 달리-coordinative 능력 감소에 따른. 일반적으로, 그것은 다른 인구를 고려할 때 intracortical 금지 프로세스 및 모터 성능 밀접 하 게 상호는 보인다. 또한, 연령 그룹 또는 다른 인구에서 뿐만 아니라 나이 그룹 내에서 모터 기능 interlimb 조정17 또는 손 재주19등 corticospinal 금지 프로세스에 의해 강력 하 게 변경 될 것으로 보인다. 따라서, m 1 내 intracortical 억제 수준 일반적으로 모터 제어의 특성에 영향을 미칠 것으로 보인다.
측정 및 Intracortical 억제에 Attentional Foci의 영향:
이전 fMRI 연구 Zentgraf 및 동료28 신경 상호 attentional foci (즉, IF 대 EF)와 관련 된 조사를 시작 했다. 결과 다른 뇌 영역에 큰 활성화를 보여주었다-m 1, 섬, 그리고 기본 somatosensory 외피가-과목 IF 조건을 보다 EF 조건에서 키보드 손가락 순서를 수행 하는 때. 다른 과목 직접 비교는 불가능해를 EF와 IF 작업에서 조사 되었다 그 제한 외 fMRI 기법이 아니다 구별할 흥분 성의 억제 신경 활동29, 수 사용 하 여 본질적인 혈액 조직44대조. 그러므로,이 이전 fMRI 연구28 에서 EF 상태에서 m 1에서 더 높은 두뇌 활성화는 증가 흥분 성의 또는 억제 활동에서 발생할 수 있습니다. 따라서, fMRI만29전반적인 신경 활동 대 한 견적을 제공합니다. 반면, fMRI, 보완 TMS 여부 흥분 성의 또는 억제 활동에서 결과 향상 된 활동의 본질에 대 한 정보를 제공할 수 있습니다. 이것을 위한 이유는 TMS 농도 활성 모터 임계값 아래에 m 1에 적용 된 모터 피 질 출력을 억제 대뇌 피 질의 억제 GABAergic 수 흥분 성의 뉴런27, 보다 TMS에 더 낮은 임계값을가지고 45 , 46 , 47 , 48. 또한, 그것은 그 표시 모터 임계값 아래 TMS 내림차순 방비를 발생 하지 않습니다, 따라서 척추 구조23,27을 활성화 하지 않습니다. 이 연구에서 우리는 M1 내 대뇌 피 질의 억제를 측정 하 두 TMS 프로토콜 사용. 첫 번째는 지속적인 EMG 활동에 억제를 유도 하는 단일 펄스 subTMS 프로토콜을 사용 합니다. 그것은 corticospinal 셀 빠르게 실시의 지속적인 활동의 저해는 subTMS 유도 EMG 억제49에 결과 제안 되었습니다.
따라서, subTMS 유도 EMG 억제와 intracortical 억제 회로의 흥분 사이의 관계가 이다. 즉, 더 많은 EMG 억제18m 1 결과 내에서 대뇌 피 질의 억제에 증가. SubTMS 프로토콜은 너무 광범위 하 게 사용 하지, 하지만 그것은 suprathresold 자극을 사용 하 여 프로토콜에 비해 많은 장점을 상속: 첫째, 자극을 추가 하지 않습니다 하지만 오히려 하강 corticospinal 발리에서 활동을 제거, 효과 수 명확 하 게 인할 기본 모터 피 질으로 척추 회로23,27에 의해 영향을 받지 않습니다. 둘째, subthreshold 농도 사용에서 아무 근육 트 위치 모터 성능 방해 수 있습니다 자극에 의해 유도. 이 기술을 사용 하 여, 우리는 subTMS 유도 EMG 억제 했다 즉시 향상 된 IF에 비해 EF를 사용 하 여 시연 (결과 및 분석 그림 4 참조). 특히, 우리의 결과 다른 attentional foci 채택 될 때 m 1 내 intracortical 억제 회로의 활동 즉시 변조 했다.
GABAergic 모터 수의 활동을 측정 하기 위한 또 다른 더 광범위 한 가능성 contralateral M1 이상 짧은 interstimulus 간격으로 ppTMS 패러다임을 적용 하는 것입니다. 짝 펄스 자극 SICI, 이라고 하 고 금지 GABAergic 신경21,,4550의 활동을 반영 MEP 진폭에 있는 감소를 유도 합니다.
EF를 채택, 참가자 더 SICI 했다 (참조 그림 5 결과 및 분석). 이것은 잘 subTMS 결과 고51intracortical 억제 회로 구성 하는 GABAergic 신경 attentional 집중의 종류에 따라 m 1에서 다르게 변조는 제안 합니다. 이 m 1은 차동 attentional 상황52에 민감한 보여주는 전 연구에 따라 것입니다. 또한, 모터 피 질에서 대뇌 혈 SICI 양의 사이 긍정적인 상관 관계는 양전자 방출 단층 촬영 연구53에 공개 되었습니다, 우리의 결과 수 추가 지원 m 1에서 향상 된 대뇌 피 질의 활동 그 Zentgraf와 동료28에 의해 발견 되었다. 마지막으로, 모터 작업 및 배경 EMG 자극 하기 전에 두 조건에서 유사 했다, 그것은 되었다 추론 관심의 방향을 실제로 메인 modulatory 규정 구두 지시는 intracortical의 활동에 영향 금지 신경 FDI를 예상입니다.
그림 1입니다. 4 개의 프로토콜의 시간 과정. A. 처음 두 세션 (S1 및 S2)의 목표 30%는 외부 (EF)과 관심 (면)의 내부 초점 사이 Fmax의 오른쪽 검지 손가락의 submaximal 지속적인된 납치의 작업 실패 (TTF) 시간을 비교 하는. EF 세션 주제는 IF 세션 동안 (즉, 운동 효과), 각도 각도에 집중 하도록 요청, 그들은 그들의 집게 손가락에 집중 하 고 (즉, 신체 운동) 근육 하 라는. B. 세 번째와 네 번째 세션 (S3 및 S4) 비교 EF 사이 M1 내 intracortical 억제 회로의 대뇌 피 질의 활동 IF을 목표로 합니다. 이 금액을 비교 하 여 달성 될 수 있다 subthreshold TM (subTMS)의 기간 EMG 억제를 유도 하 고 비교 하 여 짧은 간격 intracortical 억제 (SICI) 양의 쌍 펄스 TM (ppTMS)에 의해 유도 된. 이 그림 쿤 외16에서 적응 시켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2입니다. 실험적인 체제. A. 1입니다. TMS 코일 손 표현을 통해 contralateral m 1에 배치 됩니다. 2. 참가자의 추위와 TMS 코일 두개골을 기준으로 TMS 코일의 위치를 제어 하는 마커를 반영으로 거치 된다. 3. 정형 외과 용 부 목 손목의 움직임을 제한 하 고만 검지 손가락의 움직임을 허용 한다. 4. 근 전도 전극 FDI에 힘 줄-배꼽 몽타주에 배치 됩니다. 5. 각도 검지 손가락의 손바닥 관절의 각도 계산합니다. 6. Fmax의 30% (s 1과 S2) 또는 10% (S3 및 S4)를 대표 하는 무게는 밧줄에 붙어 있다. B. 손바닥 관절의 움직임은 주제 앞 1m 위치 컴퓨터 화면에 표시 됩니다. 각도가 90 ° 인 경우에, 컴퓨터 화면에 표시 되는 빨간색 선이 얇은입니다. 최대한 빨리 참가자의 손가락 왼쪽 이나 오른쪽으로 이동, 빨간색 선은 해당 방향으로 두꺼운 가져옵니다. 모터 작업의 목표는 가능한 얇은 빨간 라인을 유지. (S1 및 S2) Fmax를 측정 하기 위해 힘 변환기는 참가자 90 °의 일정 한 각도 유지 (즉, isometric 수축), 그것에 대하여 밀 수 있다 (1) 배치 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3입니다. 작업 실패 (TTF)의 지속적인된 수축 시간. TTF를 연장 (약 18 여 %) 때 참가자 (n = 14) 주의 (면)의 내부 초점 보다는 오히려 외부 (EF)를 채택. * p < 0.05. 오차 막대는 SEM. 대표 이 그림 쿤 외16에서 적응 시켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4입니다. SubTMS 유도 EMG 억제. A.To의 바로 처음 등 상호 (FDI) 10 %Fmax 지속적인된 수축 중 평균 EMG 활동의 곡선을 획득, subTMS와 재판의 정류 EMG (전파 정류) 없이 재판의 뺀 자극입니다. 수직 라인 (1) EMG 억제 subTMS 유도 및 (2) EMG 억제 유도 하는 subTMS의 끝의 발병을 나타냅니다. B. 대표적인 데이터 (n = 10) subTMS 유도 EMG 억제의 금액의. 데이터 누적 사다리꼴 숫자 통합 발병에서 억제 (즉, 1에서 2 A에 각 곡선 아래 부정적인 지역)의 끝에 계산 하 여 얻을 수 있습니다. 때 외부 초점 (EF) subTMS 유도 EMG 억제의 양을 향상 보다는 주의 (면)의 내부 초점을 채택 했다. C. 대표 데이터 (n = 10) subTMS 유도 EMG 억제 기간 1에서 2로의. 큰 차이 억제의 기간에서 발견 하지만 EF와 함께 더 이상. 따라서, 효과 크기는 너무 작아서 우리의 상대적으로 작은 샘플 크기에 상당한 차이 유도 하는 것을 가정 하는 합리적 이다. p < 0.01. 오차 막대는 SEM. 대표 이 그림 쿤 외16에서 적응 시켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5입니다. 짧은 간격 intracortical 억제 (SICI). A. The SICI 다음 수식을 적용 하 여 제어 MEP fdi에서의 백분율로 표현 된다: 100-(MEP 조절 / MEP × 100). SICI 참가자 IF에 비해 EF를 채택 하는 때 향상 됩니다. 이 intracortical 억제 회로의 큰 활성화를 반영합니다. B.로 컨트롤 MEP 진폭 조절된 MEP의 크기에 영향을 미치는 1.2 aMT 피크 대 피크 진폭에서 MEPs 제어 두 가지 조건 (즉, IF 대 EF) 사이 비교 한다. p < 0.01. 오차 막대는 SEM. 대표 이 그림 쿤 외16에서 적응 시켰다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오./p >
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Discussion
이 프로토콜에는 TMS를 사용 하 여 m 1에 내에서 억제 회로의 활동을 조사 하기 위해 두 가지 가능한 방법을 보여 줍니다. 더 정확 하 게,이 두 프로토콜 attentional foci m 1에 내에서 억제 회로의 활동에의 영향을 조사 하기 위해이 연구에 사용 되었습니다.
제시 방법의 한 가지 한계는 아니에요 항상 그것을 선행 하는 것은 촉진 없이 subTMS 유도 EMG 억제를 일으킬 수입니다. 이 연구에서 예를 들어 4 과목 했다 최종 분석에서 제거할 어떤 일관 된 subTMS 유도 EMG 억제를 보여주지 않았다. 그럼에도 불구 하 고,이 비-침략 적 뇌 자극 방법은 잘 측정 하 고 측정 m 132,34내 intracortical 억제 회로의 활동에 대 한 허용 됩니다. 이 연구의 또 다른 한계는 제외할 수 없습니다 subTMS 및 ppTMS에 의해 제시 된 관심의 포커스의 차이점 두뇌 지역 상류에 m 1 의존 이다. 두 방법 모두 간주 됩니다 사실에도 불구 하 고 intracortical GABA 금지 수23,의27, 응답 속도 테스트 하는 SICI 와 subTMS 유도 EMG 억제의 금액 사이의 상관 관계가 16; 추가 조사 필요 합니다.
또한, 그것은 별도 세션 (≥ 72 h 휴식), subTMS 실험을 실시 하 고 무작위 조건 TMS 프로토콜 중 가벼운 저항 (Fmax의 10%)를 사용 하는 것이 중요. 주된 이유는 피로 영향을 미칠 수 subTMS 유도 EMG 억제32 의 크기와 SICI54, 관심의 주요 효과 피로 의해 바이어스 될 수 있습니다 의미의 수준입니다. 피곤한 작업 중 주변, 바꾸어, 및 대뇌 피 질의 메커니즘의 숫자는 성능에서 또한 중요 한 역할을 재생할 수 있습니다. 또한, 그것은 중요 하다 neuronavigation 시스템을 사용 하 여 TMS 코일 각 재판 전에 같은 자리에 배치 해야 합니다. 또한,이 시스템 전체 실험을 통해 언제 든 지 코일 위치를 확인 하는 실험을 수 있습니다.
현재 연구의 주요 발견은 그 m 1에서 대뇌 피 질의 억제 영향을 받을 수 즉시 모터 실행 하는 동안 채택 attentional 집중에 따라 동일한 주제에. 금지 프로세스는 밀접 하 게 관련 모터 실행의 품질에 일반적인 것, IF에 비해 EF의 향상 된 효율성 우리의 결과 신경 수준에서 설명할 수 있습니다. EF 동안 억제의 증가 수준을 불필요 한 공동 활동을 방지 하 고 보다 효율적인 모터 실행 결과로 더 초점 활성화를 리드 추측 수 있습니다. 이 방법에서는, 우리의 결과 "제한 된 작업 가설."의 기본 메커니즘 중 하나를 구성 수 있습니다. 또한,이 프로토콜은 먼저 반복 측정 설계를 사용 하 여 동일한 참가자를 subTMS 및 ppTMS를 적용 하는 방법을 보여 줍니다. 또한, 연구의 많은 표시 IF에 비해 EF 채택 추진 모터 성능만 거의 때 다른 기본 신경 메커니즘을 조사 수많은 설정1에서 학습 하는 사실에도 불구 attentional 구두 지시를 통해 규정 하는 경우는 입양된16,,2855.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자 아무 승인 있다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MC3A-100 | Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA | - | Force transducer |
| BlueSensor P | Ambu A/S, Bellerup, Denmark | - | Ag/AgCl surface electrodes for EMG |
| Polaris Spectra | Northern Digital, Waterloo, ON, Canada | - | neuronavigation system, active or passive markers tracker |
| Localite TMS Navigator Version 2.0.5 | LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany | - | navigation system for transcranial magnetic stimulation (TMS) |
| MagVenture MagPro X100 | MagVenture A/S, Farum, Denmark | 9016E0711 | Transcranial magnetic stimulator |
| MagVenture D-B80 | MagVenture A/S, Farum, Denmark | 9016E0431 | TMS coil (figure of eight) |
| Goniometer | N/A | - | Custom-made goniometer |
| Othopedic splint | N/A | - | Custom-made splint |
| Recording software | LabView based | - | Custom-made script |
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