인간의 코르티 코돈 구강 내 전달의 비 침습적 평가

이 신경생리학 실험의 전반적인 목적은 반복적 경두개 자기 자극 후 인간의 피질운동뉴런 시냅스(Corticomotoneuronal synapses)에서 전달 양상의 변화를 평가하는 것입니다. H-반사 조건화 기법은 신경과학 분야의 여러 질문, 예를 들어 신경가소성의 기본 메커니즘과 부위에 대한 더 나은 이해를 돕는 데 활용될 수 있습니다. 본 연구에서는 특히 피질척수관과 운동뉴런 사이, 즉 피질운동뉴런 시냅스에서 발생하는 가소성에 주목하였습니다.

측정 및 복합 전위와 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 척수 운동 뉴런으로 연결되는 서로 다른 피질척수 연결에 의해 생성된 시냅스 입력을 측정할 수 있다는 점입니다. 복합 전위와 비교하여 조건성 H-반사가 가지는 추가적인 장점은 적어도 두 가지가 있습니다. 첫째, 매우 약한 피질척수 발포의 영향까지 감지할 수 있으며, 둘째, 잠복기가 더 긴 피질척수 발포의 효과를 평가할 수 있다는 점입니다.

실험에 앞서, 먼저 뇌전증 발작 이력과 같은 TMS 의료적 위험 요인에 대해 피험자를 스크리닝하고, 서면 동의서를 작성하며, 피험자에게 실험 목적을 안내합니다. 면도, 프로판올 소독 및 가벼운 피부 마찰을 통해 가자미근(soleus muscle) 위의 표면 전극 배치를 위한 피부 준비를 합니다. 그 다음, 전기생리학적 반응을 측정하기 위해 표면 전극을 부착합니다.

피험자가 저측 굴곡과 배측 굴곡을 수행하는 동안 화면의 EMG 신호를 확인합니다. H-반사 조건화를 위해, 먼저 테이프를 사용하여 5 by 5 cm 크기의 양극을 슬개골 바로 아래 무릎 앞쪽에 고정합니다. 1 ms 지속 시간의 사각파 펄스로 자극을 가하며, 최적의 자극 위치가 찾아질 때까지 오금 부위에서 음극을 이동시킵니다.

그 후, 자가접착 전극을 피부에 부착하고 테이프로 고정합니다. 실험 전, 먼저 HM 동원 곡선을 기록합니다. 기록 소프트웨어 내에서 H-반사(H-Reflexes)와 M-파(M-Waves)를 정점 간(peak to peak) EMG 진폭으로 계산합니다.

H-반사(H-Reflex)의 크기를 최대 M-파(M-Wave)의 20%로 조정합니다. 먼저, 신경 내비게이션 시스템의 캘리브레이션 절차를 수행합니다. 8자형 코일을 사용하여 전극이 배치된 반대측의 피험자 운동 피질 영역을 자극합니다.

최적의 자극 지점을 찾으려면, 먼저 코일을 정점(vertex) 앞 1cm 지점에 배치하십시오. 코일의 핸들을 뒤쪽으로 향하게 하여 코일 중심에서 후방에서 전방으로 유도 전류가 흐르도록 합니다. 최소 자극 강도로 운동 유발 전위(motor evoked potentials)를 유도할 수 있는 위치를 확인하십시오.

이제 피험자의 머리를 테이블 위에 놓고 단단한 폼을 사용하여 움직임을 방지합니다. 실험 전반에 걸쳐 모니터링 코일 및 머리 위치를 잡기 위해 영상 유도 TMS 내비게이션 시스템을 사용하십시오. 그런 다음, 코일을 스탠드에 고정하고 피험자의 머리를 의자에 고정한 후, 벨크로 스트립으로 코일을 머리에 고정합니다.

다음으로, 10회 연속 시도 중 6회에서 peak-to-peak EMG 진폭이 50 micro-volts보다 큰 운동유발전위를 유도하는 데 필요한 최소 강도를 결정합니다. 이것이 피험자의 휴지기 운동 역치(resting motor threshold)입니다. 또한, 피질척수루로의 축삭을 자극하기 위해 경수수질 접합부에 이중 원추형 자기 코일을 배치합니다.

유도 전류의 1차 도함수가 두측으로 향하도록 코일을 배치하고, 코일의 중앙 위치가 두개골 외막(enium) 위 또는 근처에 오도록 합니다. 시작하기에 앞서, 실험 전반에 걸쳐 대조 H-반사(H-Reflex)의 크기가 일정하게 유지되는지 확인하십시오. 편차가 감지되면 다음 시행 전에 자극 강도를 조정하십시오.

이제 운동 피질 상단의 TMS 코일 자극 강도를 피험자 운동 역치의 90%에서 100% 사이로 조정하십시오. 또한 경수 자극 강도를 자극기 최대 출력의 100%로 설정하십시오. 휴식 상태에서 운동 피질 자극을 통해 H-반사(H-Reflex)의 조건화를 시작하십시오.

TMS와 말초 신경 자극 사이의 타이밍을 변경하며 두 자극을 가함으로써 피질운동뉴런 전도의 변화를 평가합니다. 자극 간 간격(interstimulus interval)을 -5 ms부터 시작하는데, 이는 TMS보다 5 ms 먼저 말초 신경 자극을 유도함을 의미하며, 이후 이 간격을 -5 ms에서 1 ms까지 수 밀리초 단위로 조정합니다. 자극 간 간격에 따라 H-반사는 하행 전도(descending volley)와의 관계에서 전방으로 이동하거나 오른쪽으로 이동할 수 있으며, 이를 통해 더 느린 피질척수 경로를 테스트할 수 있습니다.

자극 순서로 인한 편향을 제거하기 위해 시도마다 간격을 무작위로 변경하고, 자극 시도 사이의 휴지기를 4초로 설정하십시오. 조기 촉진은 -4에서 -2 ms 사이의 간격에서 발생해야 합니다. 다음으로, 경수연수 접합부에 자기 자극을 가하여 H-반사를 조건화하십시오.

-9ms에서 -3ms 사이의 자극 간격을 1ms 단계로 설정하여 사용하십시오. 각 시행마다 두 위치 모두에 이러한 TMS 간격을 함께 적용하고, 그 결과로 나타나는 대조 H-반사 및 운동 유발 전위를 기록하십시오. 대조 H-반사는 조건화된 H-반사의 기준으로 사용하고, 대조 운동 유발 전위는 자극 조건이 비교 가능한지 확인하는 데 사용하십시오.

사전 측정이 완료되면, 자극 강도를 피험자의 운동 임계값의 1.2배로 설정하고 저빈도 반복 TMS 중재를 실시합니다. 피질척수 흥분성의 장기적인 억제를 유도하기 위해 일차 운동 피질 부위를 1 Hz로 20분 동안 자극합니다. 여기에는 M1 조건화 후의 H-반사 조건화 곡선이 표시되며, 여기에는 CMS 조건화 후의 H-반사 조건화 곡선이 표시됩니다.

일차 운동 피질에 대한 TMS의 초기 촉진은 자극 간 간격이 -3 ms 부근에서 발생합니다. CMS 조건화 이후의 초기 촉진은 자극 간 간격이 약 -7 ms인 지점에서 약 3~4 ms 더 빠르게 발생한다는 점에 유의하십시오. 여기에는 rTMS 중재 전후의 대표 피험자 한 명에 대한 10회 추적치의 평균값이 표시되어 있습니다.

초기 촉진을 나타내는 조건화된 H-반사가 M1 및 CMS 조건화 모두 이후에 감소함을 확인할 수 있습니다. 반면, 대조군 H-반사는 변화 없이 유지됩니다. 여기에서는 두 피험자의 평균값이 표시되어 있으며, 대조군 H-반사의 변화 없이 M1 및 CMS 조건화된 H-반사 모두에서 동일한 감소 패턴을 보이고 있습니다.

이 프로토콜은 숙달되면 약 90분에서 120분 정도 소요됩니다. 이 절차를 수행하는 동안 H-Reflex 크기를 일정하게 유지하는 것이 중요합니다. 이 영상을 시청하고 나면 일차 운동 피질과 경수연수 접합부에 조건 자극을 가하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

이는 가장 빠른 피질척수 연결에 의해 매개되는 척수 운동 뉴런으로의 시냅스 입력을 나타내는 초기 촉진을 검출하는 데 사용됩니다.