경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

Summary

이 기사에서는 경두개 자기 자극을 통해 기능적으로 특정 신경 경로를 측정하고 강화하는 새로운 접근법을 설명합니다. 이러한 고급 비침습적 뇌 자극 방법론은 뇌-행동 관계의 이해와 뇌 질환을 치료하는 새로운 치료법의 개발을 위한 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.

Abstract

뇌 영역 간의 상호 작용을 이해하는 것은 목표 지향적 인 행동의 연구에 중요합니다. 뇌 연결의 기능적 신경 이미징은 인지, 학습 및 운동 제어와 같은 뇌의 기본 과정에 대한 중요한 통찰력을 제공했습니다. 그러나, 이 접근은 관심의 두뇌 지역의 관련을 위한 인과적인 증거를 제공할 수 없습니다. 경두개 자기 자극 (TMS)은 뇌 활동을 일시적으로 수정하여 이러한 한계를 극복 할 수있는 인간의 뇌를 연구하기위한 강력하고 비 침습적 인 도구입니다. 여기에서는 서로 다른 작업 컨텍스트 동안 인간 모터 시스템에서 피질 피질 상호 작용을 인과적으로 프로브하는 두 개의 코일을 사용하여 쌍펄스, 이중 사이트 TMS 방법을 사용하여 최근의 발전을 강조합니다. 또한, 우리는 피질 쌍을 이루는 연관 자극 (cPAS)에 근거를 둔 이중 사이트 TMS 프로토콜을 설명합니다 2개의 코일과 피질 자극의 반복된 쌍을 적용해서 두 개의 상호 연결된 두뇌 지역에 있는 시냅스 효율성을 일시적으로 향상시냅스 효율성을 향상합니다. 이 방법은 두뇌 회로를 조절하고 행동을 향상시키기 위하여 표적으로 한 방식으로 특정 신경 통로를 조작에 대한 새로운 관점 뿐만 아니라 인지 모터 기능의 근본적인 기계장치의 더 나은 이해를 제공할 수 있습니다. 이 접근은 두뇌 행동 관계의 더 정교한 모형을 개발하고 많은 신경학상 및 정신 장애의 진단 그리고 처리를 향상하는 효과적인 공구일 수 있습니다.

Introduction

비침습적 뇌 자극은 파킨슨병, 알츠하이머병,뇌졸중^1,2,3,4와같은 많은 신경 질환에 대한 유망한 평가 도구 및 치료법이다. 신경 질환의 행동 징후와 피질 흥분성, 신경 가소성, 피질 피질 및 피질 피질 피질 피질^{연결성5,6의}이상 사이의 관계를 확립하는 증거가 축적되어 있습니다. 따라서 신경 학적 조건에서 뇌 네트워크 역학 및 가소성에 대한 기본 지식은 질병 진단, 진행 및 치료에 대한 반응에 대한 귀중한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 기능성 자기공명영상(f MRI)은 건강하고 병들인 뇌망 모두에서 뇌와 행동 사이의 복잡한 관계를 이해하는 데 유용한 도구이며네트워크 관점^7,8,9에기초하여 치료를 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나, fMRI는 본질적으로....

Protocol

다음 세 가지 TMS 방법은 아래에 설명되어 있습니다. 첫째, 두 가지 방법은 이중 사이트 경두개 자기 자극 (dsTMS)을 사용하여 피질 피질 연결을 측정하는 데 설명되어 있으며 참가자는 1) 휴식 상태 (휴식 상태) 또는 2) 개체 지향 도달 - 투 - 파악 운동을 수행하는 동안 ( 작업에 따라 다름). 둘째, 피질 쌍을 이루는 연관 자극 (cPAS) 방법은 기능적 강화를 위해 피질 자극 (예를 들어, 후방 정수리 및 1 차 모터 코르티제)를 페어링하여 통제 된 방식으로 두 뇌 영역 사이의 상호 작용을 조절하는 것으로 설명됩니다. TMS와 특정 신경 통로 피 질 흥분성의 변화를 유도. 각 방법에 대해 대표 데이터 집합이 제공됩니다. 이 프로토콜에 설명된 모든 방법은 헬싱키 선언에 따라 미시간 대학 기관 검토 위원회의 승인을 받았습니다.

1. 참가자 모집

1. 모집 전에 TMS^{95,96,97,98,99,100....}

Results

도 5는 참가자가 휴식 상태인 동안 PPC(CS-TS, 적색 트레이스)로부터 무조건적인 시험 자극(TS 단독에서 M1, 청색 트레이스) 또는 컨디셔닝된 자극에 대해 TMS에 의해 FDI 근육에서 유도된 예시MEP 반응의 크기를 나타내거나 물체(하단 패널)에 대한 목표 지향적 인 파악 작용을 계획한다. 나머지에서, PPC는 M1(상부 패널)을 통해 Suprathreshold TS 전에 PPC 5 ms 를 통해 전달된 서브 임계값 CS에 의해 강화된 MEP 진폭의 감소에 의해 나타난 바와 같이, ipsilateral M1에 억제 영향을 미친다. 파악 작용의 준비 동안, PPC에서 휴식이 그물 억제 드라이브는 촉진으로 전환 (억제의 방출). 휴식 시간 대 작업 요구 중 PPC-M1 상호 작용을 직접 비교하기 위해 MEP 진폭은 각 조건에 대한 TS 단독 시험으로 정규화되고 MEP 진폭에 대한 비율로 플롯되었습니다. PPC-M1 상호 작용은 객체 지향 손아귀(보라색 막대)를 계획할 .......

Discussion

여기에 설명된 이중 사이트 TMS 방법은 참가자가 휴식을 취하거나 목표 지향적 인 행동을 계획하는 동안 기본 모터 피질과 상호 연결된 다른 피질 영역 간의 기능적 상호 작용을 조사하기 위해 사용될 수 있습니다. 두뇌 화상 진찰은 상관관계, 이중 사이트 TMS 방법에서 기본적인 지식은 피질 피질 회로에 있는 변경과 관련되었던 인과 두뇌 행동 관계를 드러낼 수 있습니다. 또한 M1과 상호 연결된 영역에 적용된 두 개의 TMS 코일과 피질 짝을 이루는 연관 자극을 사용하여 이동 제어를 위한 기능적 특정 연결을 강화하고 가소성 유도의 효율성을 높일 수 있습니다. 종합하면, 이러한 방법은 이러한 TMS 프로토콜이 해부학적, 작업 및 운동 시스템 내의 시간 의존적 방식으로 뇌 영역 간의 기본 정보 흐름을 측정하고 조작할 수 있음을 보여줍니다. 이것은 모터 기능에 대한 피질 영역의 인과 적 기여와 관련된 다양한 가설을 테스트 할 수있는 기회를 제공합니다.

이러한 관점에서, 접근법은 또한 유사.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
알파 B.I. D50 코일(코팅)	Magstim		50mm 코일
BrainSight 2.0 소프트웨어	Rogue Research		Neuronavigation 소프트웨어
BrainSight 프레임리스 정위 시스템	Rogue Research		신경 항행 장비
D702 코일	Magstim		70mm 코일
디스커버리 MR750	일반 전기		3.0T MRI 기계
일회용 귀마개	3M		폼 귀마개
ECG 전극 30mm x 24mm	Coviden-Kendall	H124SG	일회용 전극
4채널 절연 증폭기	Intronix Technologies Corporation	2024F	EMG 증폭기
gGAMMAcap	g.tec 의료 공학		EEG 헤드 캡
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Scientific 데이터 레코더 및 가공 기계
Nuprep Skin Prep Gel	Weaver and Company		스킨 프렙 연마 젤
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		데이터 수집 및 분석 소프트웨어
The Magstim BiStim2	Magstim		경두개 자기 자극기(2002 유닛 2개)