Name: 유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템 (EPOCS) : 만성 신경근 장애에 대한 연구 도구 및 새로운 치료법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 8 s
Description: 학습하세요 EPOCS를 활용한 H-반사 조작적 조건화 방법으로 척수손상 및 만성 신경근 장애 환자의 보행 기능과 운동 회복을 개선하는 신경재활 기법입니다.

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이 연구는 NIH (NIBIB) P41EB018783 (JRW), NIH (NINDS) R01NS114279 (AKT), NIH (NINDS) U44NS114420 (I. Clements, AKT, JRW), NYS SCIRB C33279GG & C32236GG (JRW), NIH (NICHD) P2C HD086844 (S. Kautz), Doscher Neurorehabilitation Research Program (AKT) 및 Stratton Albany VA Medical Center의 지원을 받았습니다.

<ol><li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+neuroplasticity+for+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Targeted neuroplasticity for rehabilitation.</a> Progress in Brain Research. 218, 157-172 (2015).</li>
<li>Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+can+the+spinal+cord+teach+us+about+learning+and+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">What can the spinal cord teach us about learning and memory.</a> Neuroscientist. 16 (5), 532-549 (2010).</li>
<li>Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+a+spinal+reflex+can+improve+locomotion+after+spinal+cord+injury+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans.</a> Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotor+impact+of+beneficial+or+nonbeneficial+H-reflex+conditioning+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Locomotor impact of beneficial or nonbeneficial H-reflex conditioning after spinal cord injury.</a> Journal of Neurophysiology. 111 (6), 1249-1258 (2014).</li>
<li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((H-reflex+conditioning+during+locomotion+in+people+with+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">H-reflex conditioning during locomotion in people with spinal cord injury.</a> Journal of Physiology. 599 (9), 2453-2469 (2021).</li>
<li>Bunday, K. L., Perez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+recovery+after+spinal+cord+injury+enhanced+by+strengthening+corticospinal+synaptic+transmission%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Motor recovery after spinal cord injury enhanced by strengthening corticospinal synaptic transmission.</a> Current Biology. 22 (24), 2355-2361 (2012).</li>
<li>Schalk, G., McFarland, D., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BCI2000%3A+a+general-purpose+brain-computer+interface+%28BCI%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">BCI2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).</li>
<li>Schalk, G., Mellinger, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchalk%2C+G+%22A+Practical+Guide+to+Brain-Computer+Interfacing+with+BCI2000%22">A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000</a>. , Springer. London, UK. (2010).</li>
<li>Wolpaw, J. R., Braitman, D. J., Seegal, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+plasticity+in+primate+spinal+stretch+reflex%3A+initial+development%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Adaptive plasticity in primate spinal stretch reflex: initial development.</a> Journal of Neurophysiology. 50 (6), 1296-1311 (1983).</li>
<li>Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+primate+spinal+reflexes%3A+The+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of primate spinal reflexes: The H-reflex.</a> Journal of Neurophysiology. 57 (2), 443-459 (1987).</li>
<li>Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+H-reflex+in+freely+moving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of H-reflex in freely moving rats.</a> Journal of Neurophysiology. 73 (1), 411-415 (1995).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+H-reflex+can+correct+a+locomotor+abnormality+after+spinal+cord+injury+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of H-reflex can correct a locomotor abnormality after spinal cord injury in rats.</a> Journal of Neuroscience. 26 (48), 12537-12543 (2006).</li>
<li>Chen, X. Y., Chen, L., Chen, Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+reciprocal+inhibition+in+rat+soleus+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of reciprocal inhibition in rat soleus muscle.</a> Journal of Neurophysiology. 96 (4), 2144-2150 (2006).</li>
<li>Thompson, A. K., Pomerantz, F. R., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+a+spinal+reflex+can+improve+locomotion+after+spinal+cord+injury+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of a spinal reflex can improve locomotion after spinal cord injury in humans.</a> Journal of Neuroscience. 33 (6), 2365-2375 (2013).</li>
<li>Thompson, A. K., Favale, B. M., Velez, J., Falivena, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+up-conditioning+of+the+tibialis+anterior+motor-evoked+potential+in+multiple+sclerosis%3A+feasibility+case+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plasticity%22%5BJournal%5D)">Operant up-conditioning of the tibialis anterior motor-evoked potential in multiple sclerosis: feasibility case studies.</a> Neural Plasticity. , 4725393(2018).</li>
<li>Thompson, A. K., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+a+simple+motor+skill%3A+Task-dependent+adaptation+plus+long-term+change+in+the+human+soleus+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation plus long-term change in the human soleus H-reflex.</a> Journal of Neuroscience. 29 (18), 5784-5792 (2009).</li>
<li>Makihara, Y., Segal, R. L., Wolpaw, J. R., Thompson, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+the+soleus+H-reflex+does+not+induce+long-term+changes+in+the+gastrocnemius+H-reflexes+and+does+not+disturb+normal+locomotion+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of the soleus H-reflex does not induce long-term changes in the gastrocnemius H-reflexes and does not disturb normal locomotion in humans.</a> Journal of Neurophysiology. 112 (6), 1439-1446 (2014).</li>
<li>Hoffmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beitrag+zur+Kenntnis+der+menschlichen+Reflexe+mit+besonderer+Ber%C3%BCcksichtigung+der+elektrischen+Erscheinungen%5BTitle%5D)+AND+%22Archiv+f%C3%BCr+Anatomie%2C+Physiologie+und+Wissenschaftliche+Medicin%22%5BJournal%5D)">Beitrag zur Kenntnis der menschlichen Reflexe mit besonderer Berücksichtigung der elektrischen Erscheinungen.</a> Archiv für Anatomie, Physiologie und Wissenschaftliche Medicin. 1, 223-246 (1910).</li>
<li>Magladery, J. W., McDougal, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrophysiological+studies+of+nerve+and+reflex+activity+in+normal+man%2C+I%3A+Identification+of+certain+reflexes+in+the+electromyogram+and+the+conduction+velocity+of+peripheral+nerve+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+the+Johns+Hopkins+Hospital%22%5BJournal%5D)">Electrophysiological studies of nerve and reflex activity in normal man, I: Identification of certain reflexes in the electromyogram and the conduction velocity of peripheral nerve fibers.</a> Bulletin of the Johns Hopkins Hospital. 86, 265-289 (1950).</li>
<li>Zehr, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+for+use+of+the+Hoffmann+reflex+in+exercise+studies%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Considerations for use of the Hoffmann reflex in exercise studies.</a> European Journal of Applied Physiology. 86 (5), 455-468 (2002).</li>
<li>Misiaszek, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+H-reflex+as+a+tool+in+neurophysiology%3A+Its+limitations+and+uses+in+understanding+nervous+system+function%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">The H-reflex as a tool in neurophysiology: Its limitations and uses in understanding nervous system function.</a> Muscle & Nerve. 28 (2), 144-160 (2003).</li>
<li>Pierrot Deseilligny, E., Burke, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPierrot+Deseilligny%2C+E+%22The+Circuitry+of+the+Human+Spinal+Cord%3A+Its+Role+in+Motor+Control+and+Movement+Disorders%22">The Circuitry of the Human Spinal Cord: Its Role in Motor Control and Movement Disorders</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2012).</li>
<li>Skinner, B. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkinner%2C+BF+%22The+Behavior+of+Organisms%3A+An+Experimental+Analysis%22">The Behavior of Organisms: An Experimental Analysis</a>. , Appleton-Century-Crofts. New York, USA. (1938).</li>
<li>Eftekhar, A., Norton, J. J. S., McDonough, C. M., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retraining+reflexes%3A+Clinical+translation+of+spinal+reflex+operant+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotherapeutics%22%5BJournal%5D)">Retraining reflexes: Clinical translation of spinal reflex operant conditioning.</a> Neurotherapeutics. 15 (3), 669-683 (2018).</li>
<li>Norton, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+condition+of+the+flexor+carpi+radialis+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Operant condition of the flexor carpi radialis H-reflex.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 101 (12), 145-146 (2020).</li>
<li>Crone, C., Johnsen, L. L., Hultborn, H., Orsnes, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amplitude+of+the+maximum+motor+response+%28Mmax%29+in+human+muscles+typically+decreases+during+the+course+of+an+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Amplitude of the maximum motor response (Mmax) in human muscles typically decreases during the course of an experiment.</a> Experimental Brain Research. 124 (2), 265-270 (1999).</li>
<li>Devetzoglou-Toliou, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recursive+PID+controller+for+automatically+adjusting+M-wave+size+during+H-reflex+operant+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22International+IEEE%2FEMBS+Conference+on+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Recursive PID controller for automatically adjusting M-wave size during H-reflex operant conditioning.</a> International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering. 10, 1079-1082 (2021).</li>
<li>Wolpaw, J. R., Seegal, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+rhythm+in+the+spinal+stretch+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal rhythm in the spinal stretch reflex.</a> Brain Research. 244 (2), 365-369 (1982).</li>
<li>Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circadian+rhythm+in+rat+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Circadian rhythm in rat H-reflex.</a> Brain Research. 648 (1), 167-170 (1994).</li>
<li>Carp, J. S., Tennissen, A. M., Chen, X. Y., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+H-reflex+variation+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal H-reflex variation in mice.</a> Experimental Brain Research. 168 (4), 517-528 (2006).</li>
<li>Lagerquist, O., Zehr, E. P., Baldwin, E. R., Klakowicz, P. M., Collins, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diurnal+changes+in+the+amplitude+of+the+Hoffmann+reflex+in+the+human+soleus+but+not+in+the+flexor+carpi+radialis+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Diurnal changes in the amplitude of the Hoffmann reflex in the human soleus but not in the flexor carpi radialis muscle.</a> Experimental Brain Research. 170, 1-6 (2006).</li>
<li>Thompson, A. K., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+spinal+reflexes%3A+From+basic+science+to+clinical+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Integrative+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of spinal reflexes: From basic science to clinical therapy.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 8, 25(2014).</li>
<li>Segal, R. L., Wolf, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+spinal+stretch+reflexes+in+patients+with+spinal+cord+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Neurology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of spinal stretch reflexes in patients with spinal cord injuries.</a> Experimental Neurology. 130 (2), 202-213 (1994).</li>
<li>Wolf, S. L., Segal, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reducing+human+biceps+brachii+spinal+stretch+reflex+magnitude%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Reducing human biceps brachii spinal stretch reflex magnitude.</a> Journal of Neurophysiology. 75 (4), 1637-1646 (1996).</li>
<li>Mrachacz-Kersting, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+a+simple+motor+skill%3A+Task-dependent+adaptation+and+long-term+changes+in+the+human+soleus+stretch+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Acquisition of a simple motor skill: Task-dependent adaptation and long-term changes in the human soleus stretch reflex.</a> Journal of Neurophysiology. 122 (1), 435-446 (2019).</li>
<li>Thompson, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operant+conditioning+of+the+motor-evoked+potential+and+locomotion+in+people+with+and+without+chronic+incomplete+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Operant conditioning of the motor-evoked potential and locomotion in people with and without chronic incomplete spinal cord injury.</a> Journal of Neurophysiology. 121 (3), 853-866 (2019).</li>
<li>Thompson, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+sensorimotor+rhythm+modulation+on+the+human+flexor+carpi+radialis+H-reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Effects of sensorimotor rhythm modulation on the human flexor carpi radialis H-reflex.</a> Frontiers in Neuroscience. 12, 505(2018).</li>
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JRW와 AKT는 H-반사 컨디셔닝과 관련된 세 가지 특허에 대한 발명가입니다. 다른 저자는 보고할 재정적 이해관계나 이해 상충이 없습니다.

위에서 설명한 프로토콜은 신경 장애가없는 전형적인 성인에서 단독 H- 반사 다운 컨디셔닝을 입증하는 데 적합합니다. 정확한 매개 변수 값은 사람마다 다를 수 있으며 특히 장애의 함수로 다를 수 있습니다. 비디오에서 참가자의 모집 곡선은 약 25mA의 자극 전류에서 Mmax에 도달했지만 다른 사람은 50mA 이상이 필요할 수 있으므로 모집 곡선 측정 중에 전류가 더 큰 단계로 증가합니다. 또한 더 긴 펄스 지속 시간이 필요할 수도 있습니다. 세 번째 사람은 더 민감할 수 있으며 더 작은 현재 설정이 필요할 수 있습니다. 프로토콜은 또한 조절되는 근육에 따라 조정되어야합니다. 예를 들어, 굴곡근 카르피 요골 근육(24, 25)을 표적화할 때, 더 낮은 전류 설정이 일반적으로 사용되며; 자발적 수축 모드는 배경 EMG 제한에 대한 척도를 설정하는 데 사용해야 합니다. 그리고 전극 배치를 최적화하는 동안과 자세를 최적화하는 동안 더 많은 주의를 기울여야 하며, 이는 시험 전반에 걸쳐 일정하게 유지되어야 합니다.
이 프로토콜은 자극기 전류 설정과 실제로 신경에 전달되는 전류의 양 사이의 관계 변화에 민감하며, 이는 자세의 작은 변화, 참가자의 수분 공급 및 접착 전극 젤의 건조에 의해 영향을받을 수 있습니다. H-반사 컨디셔닝에서 이 문제는 M-파 크기를 효과적인 자극 강도의 지표로 사용하여 완화할 수 있습니다. 그것은 자극에 의해 흥분된 솔레우스 운동 뉴런 원심성 축삭의 수를 반영합니다. 따라서 M- 파 크기가 일정하게 유지되면 자극에 의해 여기되는 1 차 구 심성 축삭, 즉 H- 반사를 유도하는 축삭의 수도 일정하게 유지됨을 의미합니다 (Crone et al.26 참조). 따라서 이 M파를 소프트웨어에서 기준 응답이라고 합니다. 이러한 이유로 4.5.12 단계. 목표 M 파 크기를 기록해야한다고 언급합니다. 실제로 공칭 전류를 엄격하게 일정하게 유지하는 것보다 이 응답 크기를 대략적으로 일정하게 유지하는 것이 더 중요합니다. 분석 창의 시퀀스 탭에서는 각 실행에 대한 M-파 불변성을 후향적으로 확인할 수 있습니다. 솔레 우스 H- 반사 컨디셔닝의 경우, 이것은 종종 문제를 해결하기에 충분합니다. 제어를 강화하기 위해 두 번째 모니터를 컴퓨터에 부착하여 시험별 수동 조정을 안내하는 실시간 M-wave 분석을 표시할 수 있습니다. 이 제어 작업의 자동화는 진행중인 프로젝트27입니다.
주간 변화는 또한 사람의 전기 생리 학적 반응에 영향을 미칠 수 있습니다 28,29,30,31. 이러한 이유로, 모든 세션은 하루 중 동일한 시간, 즉 동일한 3시간 시간 윈도우 내에 수행되는 것이 좋습니다.
조작적 조건화의 성공은 H-반사를 정의하기 위해 연산자가 선택한 시간 간격의 정확도에 민감할 수 있습니다. 특히 간격이 너무 넓어서는 안됩니다. 올바른 간격 정의에 대한 자세한 지침은 현재 문서의 범위를 벗어납니다. 이것은 또한 소프트웨어의 향후 버전에서 자동화 될 기능입니다.
프로토콜의 중요한 단계는 4.5.6단계로, 작업자는 고정된 횟수의 시도 후에 자극기 전류를 반복적으로 수동으로 증가시킵니다. 여기에서 시험을 잘못 계산하거나 현재 다이얼을 잘못 조정하면 결과 모집 곡선이 왜곡될 수 있습니다. 이러한 사용자 오류 가능성은 하나의 특정 자극기 모델에 대한 전류 조정을 자동화할 수 있는 Digitimer Link 옵션을 활성화하여 완화할 수 있습니다.
이 기사는 EPOCS의 잠재적 임상 응용 프로그램 중 가장 완벽하게 개발된 H-반사 컨디셔닝에 중점을 두었습니다. 기존 소프트웨어는 광범위한 임상 보급을 위해 이 프로토콜을 연마하기 위한 지속적인 노력에서 연구자를 돕습니다32. H- 반사 컨디셔닝 외에도 EPOCS는 현재 형태로 더 다양한 자극 방법 및 유발 반응에 적용될 수 있습니다. 예를 들어, 스트레치 반사를 유도하는 기계 장치를 동등하게 잘 트리거 할 수 있으며, 이는 또한 조절 될 수 있습니다33,34,35. 이 접근 방식은 개인의 장애에 적응할 수 있습니다. 한 사람의 경우, 단독 H- 반사를 다운 컨디셔닝하면 경련성 과다 반사를 줄임으로써 운동이 향상됩니다14; 다른 한편으로, 경골 전방 MEP의 상향 조절은 발 낙하36을 완화함으로써 운동을 개선한다.
프로토콜의 상업적 구현을 위한 노력이 진행 중인 동안, 원래 소프트웨어는 표적 신경 가소성 분야를 확장하는 데 필요한 유연성을 제공하는 연구 도구로 병렬로 유지될 것입니다. 이러한 유연성은 EPOCS의 기반이 되는 광범위하고 잘 구축된 BCI2000 소프트웨어 플랫폼의 모듈성과 확장성을 통해 가능합니다. 즉, 소프트웨어 엔지니어의 개입을 최소화하면 훨씬 더 다양한 연구 목적으로 시스템을 재구성 할 수 있습니다. 예를 들어, 추가 생체신호 채널 또는 추후 분석을 위한 추가 센서(예를 들어, 풋 스위치 및 모션 추적 센서)를 기록하도록 구성될 수 있다. 또한 자극에 대한 추가 트리거링 기준(예: 보행 주기의 특정 부분에서만 자극 트리거)을 고려하거나 성공 또는 실패한 시험에서 추가 강화 자극을 트리거하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 예제 사용자 지정 파일이 제공됩니다.
표적 신경 가소성은 아직 초기 단계에 있습니다. 아직 탐험되지 않은 길은 새로운 치료법 (위에서 논의한 바와 같이)을 개발하고 건강과 질병모두에서 질병의 자연사와 중추 신경계 기능의 메커니즘을 밝히는 데 큰 이점을 제공 할 것으로 예상됩니다 2,32,37. 따라서 우리는 이러한 치료 및 과학적 잠재력을 실현하기 위한 핵심 도구로서 EPOCS를 유지하고 지원하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

지난 10 년 동안 표적 신경 가소성 전략은 신경 장애 1,2의 재활을위한 새로운 접근법으로 등장했습니다. 그러한 전략 중 하나는 유발 된 잠재력의 조작 적 조건화입니다. 이것은 예를 들어 뇌파 검사 (EEG) 또는 표면 근전도 검사 (EMG)에 의해 비 침습적으로 측정 할 수있는 전기 생리 학적 반응을 반복적으로 유도하고 치료사 또는 조사자가 설정 한 기준 수준과 관련하여 각 반응의 크기에 대한 즉각적인 피드백을 제공합니다. 시간이 지남에 따라이 프로토콜은 사람이 반응을 높이거나 낮추도록 훈련시키고 결과적으로 이동 또는 도달 및 파악과 같은 행동에서 중요한 중추 신경계 부위에 유익한 변화를 목표로 삼을 수 있습니다. 목표 변경은 성과에 도움이 되며, 또한 전체 동작을 개선하는 광범위한 유익한 변경으로 이어지는 더 나은 관행을 가능하게 합니다. 예를 들어, clonus가 운동을 손상시키는 불완전 척수 손상 (iSCI) 환자의 경우, 한쪽 다리의 솔 루스 근육에서 호프만 반사를 감소시키는 조작 적 컨디셔닝은 양쪽 다리의 운동 근육 활동을 개선하여 보행 속도를 높이고 오른쪽 / 왼쪽 단계 대칭을 복원합니다 1,3,4,5 . 또 다른 예는 쌍 펄스 자극으로, 경두개 자기 자극에 대한 운동 유발 전위(MEP)의 크기를 지속적으로 증가시켜 iSCI6 이후 만성 손과 팔 장애가 있는 사람들의 도달 및 파악 기능을 향상시킬 수 있습니다.
이러한 프로토콜을 구현하려면 여러 기능을 수행해야 하는 특수 용도의 소프트웨어가 필요합니다. 특히 전기 생리 학적 신호를 지속적으로 수집, 처리 및 저장해야합니다. 신경계의 상태를 지속적으로 모니터링하고 엄격한 실시간 제약 하에서 적절하게 자극을 유발해야합니다. 지속적인 순간별 피드백, 시행 별 피드백 및 세션 별 피드백을 제공해야합니다. 조사자 또는 치료사의 설정 및 조정을 안내하는 사용자 인터페이스를 제공해야 합니다. 마지막으로 신호 데이터와 메타 정보를 표준화된 형식으로 저장하고 구성해야 합니다.
유발 된 잠재적 조작 적 조건화 시스템 (EPOCS)은이 뛰어난 요구에 대한 우리의 해답입니다. 내부적으로 소프트웨어는 전 세계 수백 개의 실험실에서 사용되는 오픈 소스 신경 기술 플랫폼 인 BCI2000을 기반으로합니다 7,8. EPOCS에서 BCI2000의 일반적인 사용자 인터페이스는 숨겨져 있으며 잠재적 조작적 컨디셔닝 프로토콜에 최적화된 간소화된 인터페이스로 대체됩니다.
현재 기사와 함께 제공되는 비디오는 하나의 특정 프로토콜에서 EPOCS의 사용을 보여줍니다 : 솔레 우스 근육에서 호프만 (H-) 반사의 크기를 줄이기위한 조작 적 조건화. 이 반응은 무릎 저크 스트레치 반사의 전기적으로 유도 된 아날로그입니다. H-반사 하향 조절은 iSCI 9,10,11,12,13이 있는 동물과 iSCI, 다발성 경화증 또는 뇌졸중5,14,15가 있는 인간의 운동에 대한 클로너스의 영향을 줄이고 이를 개선하는 것으로 나타났습니다. 신경 학적 손상이 있거나없는 동물 및 사람에게 부작용없이 적용될 수 있습니다16,17.
조작적 조건화 프로토콜은 각각 몇 초 동안 지속되는 여러 시도를 수행하여 작동합니다. 한 시행의 이벤트 순서는 그림 1에 개략적으로 나와 있으며 숫자는 다음 기능을 나타냅니다.
1. 연속 배경 EMG는 표적 근육 (soleus)과 그 길항제 (경골 전방)의 양극성 표면 전극에서 기록됩니다. 배경 레벨은 슬라이딩 윈도우에서 고역 통과 필터링 신호의 평균 정류 값으로 평가됩니다.
2. 목표 근육의 배경 EMG 수준은 참가자의 화면에 지속적으로 업데이트되는 막대의 높이로 표시됩니다. 이렇게 하면 참가자가 지정된 범위(해치 영역) 내에서 활동을 유지하는 데 도움이 됩니다.
3. 소프트웨어는 전기 자극을위한 적절한 순간을 판단하고 그에 따라 자극기를 트리거합니다. 주요 기준은 이전 자극 이후 최소 5초가 경과해야 하고 배경 EMG 수준이 2초 동안 지속적으로 지정된 범위에 남아 있어야 한다는 것입니다.
4. 정전류 자극기는 경골 신경에 경피적으로 전기 펄스를 전달합니다(일반적으로 단상, 1ms 지속 시간).
5. 결과 자극 고정 반응이 기록됩니다. 이 소프트웨어는 특히 관심있는 두 가지 구성 요소의 크기를 계산합니다 : 운동 축삭의 직접적인 자극으로 인한 근육 활성화를 반영하는 초기 M 파; 그리고 척수 18,19,20,21,22의 반사 아크를 통해 전달되는 신호를 반사하는 후기 H- 반사. EPOCS는 이들을 각각 기준 반응과 표적 반응으로 지칭합니다.
6. 현재 시행의 H-반사 크기는 성공 또는 실패한 시행을 정의하는 원하는 기준 수준을 기준으로 두 번째 막대의 높이로 표시됩니다. 다운 컨디셔닝의 경우 H- 반사 크기가 기준 아래로 떨어지면 막대가 짙은 녹색이고 그렇지 않은 경우 밝은 빨간색입니다 (업 컨디셔닝의 경우 그 반대). 동시에 누적 성공률의 숫자 표시가 그에 따라 업데이트됩니다. 함께, 이들 그래픽 디스플레이 요소들은 조작적 조건화가 의존하는 즉각적인 긍정 또는 부정 보강을 제공한다(23).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig01.jpg"> 그림 1: 솔레우스 H-반사의 다운컨디셔닝 중 EPOCS의 핵심 기능에 대한 개략도. 참가자는 배경 EMG 수준, 가장 최근의 H-reflex 크기, 현재 75번의 실행에서 지금까지 완료된 시도 수 및 실행에 대한 성공적인 시도의 실행 비율을 보여주는 대형 모니터 화면을 봅니다. 한 시험에서 사건의 순서는 소개에 설명 된대로 숫자 1-6으로 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
인간 H-반사 컨디셔닝 프로토콜은 일반적으로 6개의 기준선 세션으로 구성되며, 그 다음에는 주당 3세션의 비율로 10주에 걸쳐 24-30개의 컨디셔닝 세션과 이후 3-6개월에 걸친 여러 후속 세션으로 구성됩니다14,16. 각 세션은 60-90 분 동안 지속됩니다.
이 프로토콜 및 기타 관련 프로토콜을 지원하기 위해 EPOCS에는 5가지 고유한 작동 모드가 있으며, 각 모드는 자극 테스트, 자발적 수축, 모집 곡선, 대조 시험 및 교육 시험이라는 기본 창의 탭 중 하나에서 제공됩니다.
자극 테스트 모드에서 소프트웨어는 몇 초마다 자극을 트리거하며 반드시 대상 근육의 상태에 따라 달라지는 것은 아닙니다. 반응 신호는 각 자극 후에 화면에 표시됩니다. 이를 통해 작업자는 전극 연결 및 EMG 신호의 품질을 확인할 수 있습니다. 자극 및 기록 전극의 위치를 최적화하는 단계; 개인의 반응 형태를 확립합니다.
자발적 수축 모드에서 소프트웨어는 배경 EMG 수준을 측정하고 표시하며 참가자는 전기 자극이 없을 때 가능한 한 근육을 수축하도록 권장됩니다. 일부 프로토콜에서, 최대 자발적 수축(MVC)에서의 근전도 수준은 배경 근전도 기준을 설정하기 위한 유용한 기준이다. 여기에 설명 된 프로토콜에서는 안정적인 서있는 자세가 솔레 우스 근육의 활동을 충분히 표준화하기 때문에 필요하지 않습니다.
채용 곡선 모드에서 자극은 올바른 범위에 남아 있는 배경 EMG 수준(화면에 지속적으로 표시됨)에 따라 달라집니다. 응답 신호는 각 자극 후에 화면에 표시됩니다. 그리고 응답의 순서는 실행의 끝에서 분석될 수 있다. 이를 통해 운영자는 관심있는 응답이 나타나는 시간 간격의 시작과 끝을 결정할 수 있습니다. 자극 강도와 반응 크기 사이의 관계를 결정하기 위해, 컨디셔닝이 실행되기 전과 후에 모두; 컨디셔닝에 사용할 자극 강도를 결정합니다.
제어 시험 모드에서 자극은 배경 EMG 수준(화면에 계속 표시됨)에 따라 달라지지만 대상 반응 크기에 대한 피드백은 제공되지 않습니다. 반응 크기의 순서 및 분포가 분석될 수 있다. 이 모드는 반응 크기의 기준 측정값을 수집하거나 교차 또는 피험자 간 실험 설계에서 조작적 조건화와 비교하기 위한 제어 조건으로 사용할 수 있습니다. 각 세션의 시작에서 조작적 조건화에 대한 성능 기준을 설정하기 위한 기초가 될 수 있습니다.
마지막으로, 훈련 시험 모드에서 자극은 배경 EMG 수준(화면에 지속적으로 표시됨)에 따라 달라지며, 위에서 설명하고 그림 1에 표시된 대로 목표 응답 크기를 표시하여 시행별 강화도 제공됩니다. 조작적 조건화가 수행되는 모드입니다.
다음 섹션에서는 신경 학적 손상없이 성인 참가자의 단독 H- 반사를 다운 컨디셔닝하는 프로토콜을 시연함으로써 독자를 5 가지 모드로 안내합니다.

<table><tbody><tr><td>알코올 면봉</td><td>모든</td><td></td><td>피부</td></tr><tr><td>BNC 케이블(긴) x 1</td><td>모든</td><td></td><td>수 BNC에서 수 BNC에 이르기까지 디지타이저에서 자극기까지 도달할 수 있을 만큼 충분히 긴</td></tr><tr><td>BNC 케이블(중간) x 2</td><td>모든</td><td></td><td>수 BNC에서 수 BNC까지 도달할 수 있을 만큼 충분히 길고 증폭기에서 디지타이저</td></tr><tr><td>BNC 케이블(짧음) x 1</td><td>모두</td><td></td><td>남성 BNC에서 남성 BNC, 짧음 (두 디지타이저 포트 사이에 패치하기 위해)</td></tr><tr><td>BNC 티 커넥터</td><td>모든</td><td></td><td>여성-남성-여성 BNC 분배기</td></tr><tr><td>컴퓨터</td><td>Lenovo</td><td>ThinkStation P340</td><td>특히 USB 디지타이저(PCI 슬롯 필요 없음)를 사용하는 경우 다양한 컴퓨팅 하드웨어가 적합합니다. Windows 7+를 실행해야 합니다. 표준 키보드 포함 & 마우스.</td></tr><tr><td>정전류 자극기</td><td>Digitimer Ltd.</td><td>DS8R</td><td>DS8R은 EPOCS 자동화 지원을 제공합니다. 수동으로 제어하는 경우,&nbsp; 다른 정전류 자극기는 외부 TTL 트리거가 있고 1&nbsp의 펄스 지속 시간을 달성할 수 있는 경우 사용할 수 있습니다. ms 이상.</td></tr><tr><td>디지타이저 (옵션 A)</td><td>내쇼날인스트루먼트</td>의 <td>USB-6212</td><td>USB 디지타이저에는 BNC 커넥터가 통합되어 있습니다.</td></tr><tr><td>디지타이저 (옵션 B)</td><td>National Instruments</td><td>PCIe-6321</td><td>PCIe 디지타이저&mdash; 여유 PCI 슬롯이 있는 데스크탑 컴퓨터, 케이블 및 BNC 터미널 블록이 필요함(아래)</td></tr><tr><td>디지타이저 케이블(옵션 B만 해당)</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>SHC68-68-EPM</td><td>PCIe 디지타이저를 BNC 터미널 블록에 연결</td></tr><tr><td>디지타이저 터미널 블록(옵션 B만 해당)</td><td>내쇼날인스트루먼트</td><td>BNC-2090A</td><td>19인치 랙 장착형 BNC 터미널 블록</td></tr><tr><td>EMG 증폭기 시스템</td><td>Bortec Biomedical Ltd.</td><td>AMT-8</td><td>아날로그 증폭기 + 휴대용 장치 + 긴 전송 케이블 + 배터리 팩 + 2개의 500 이득 활성 전극 리드(1개의 바이폴라, 1개의 바이폴라(접지가 있는 바이폴라)</td></tr> <tr><td></td><td></td><td>참가자가 의도한 시야 거리에서 명확하게 볼 수 있을 만큼 충분히 큽니다.</td><td></td></tr><tr><td>NeuroPlus 전극(22&nbsp; 엑스&nbsp; 22&nbsp; mm) x 6</td><td>버몬트 메디컬 Inc.</td><td>A10040-60</td><td>일회용 자체 접착 실버/은-클로라이드 22&nbsp; 엑스&nbsp; 22&nbsp; mm&nbsp; 표면 EMG 전극. 세션당 6개 필요(참가자의 첫 번째 세션에서 11개)</td></tr><tr><td>NeuroPlus 전극(22&nbsp; 엑스&nbsp; 35&nbsp; mm) x 1</td><td>버몬트 메디컬 Inc.</td><td>A10041-60</td><td>일회용 자체 접착 은/염화은 22 x 35mm 표면 EMG 전극. 세션당 1개 필요.</td></tr><tr>전극을 자극하기 위한 <td>스냅 리드 x 2</td><td>EDR1220</td><td></td><td>리드: 1.5mm DIN에서 버튼 스냅</td></tr><tr><td>와이어</td><td>8</td><td></td><td>&ndash; 10cm 길이의 단심 절연 전선</td></tr></tbody></table>

유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템 (epocs) : 만성 신경근 장애에 대한 연구 도구 및 새로운 치료법

The Evoked Potential Operant Conditioning System (EPOCS): A Research Tool and an Emerging Therapy for Chronic Neuromuscular Disorders

유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템 (EPOCS)은 신경근 장애가있는 사람들의 자극 유발 근육 반응을 조작 적으로 조절하기위한 프로토콜을 구현하는 소프트웨어 도구로, 적절하게 적용될 때 감각 운동 기능을 향상시킬 수 있습니다. EPOCS는 특정 목표 근육의 상태(예: 서 있는 동안의 표면 근전도(EMG) 또는 트레드밀을 걷는 동안의 보행 주기 측정)를 모니터링하고 사전 정의된 조건이 충족되면 자동으로 보정된 자극을 트리거합니다. 그것은 사람이 목표 경로의 흥분성을 조절하는 법을 배울 수 있도록 두 가지 형태의 피드백을 제공합니다. 첫째, 대상 근육에서 진행 중인 EMG 활동을 지속적으로 모니터링하여 사람이 컨디셔닝에 적합한 일관된 수준의 활동을 생성하도록 안내합니다. 둘째, 각 자극 후 반응 크기에 대한 즉각적인 피드백을 제공하고 목표 값에 도달했는지 여부를 나타냅니다.
그 사용법을 설명하기 위해이 기사에서는 사람이 솔레 우스 근육에서 호프만 반사 (척추 스트레칭 반사의 전기적으로 유도 된 유사체)의 크기를 줄이는 방법을 배울 수있는 프로토콜을 설명합니다. 이 경로의 흥분성을 하향 조정하면 불완전한 척수 손상으로 인해 경련성 보행이 있는 사람들의 보행을 개선할 수 있습니다. 이 문서에서는 장비를 설정하는 방법을 보여 줍니다. 자극 및 기록 전극을 배치하는 방법; 자유 소프트웨어를 사용하여 전극 배치를 최적화하고, 직접 모터 및 반사 반응의 모집 곡선을 측정하고, 조작적 조건화 없이 응답을 측정하고, 반사를 조절하고, 결과 데이터를 분석하는 방법. 여러 세션에서 반사가 어떻게 변하고 걷기가 어떻게 개선되는지 보여줍니다. 또한 시스템이 다른 종류의 유발 반응 및 다른 종류의 자극, 예를 들어 경두개 자기 자극에 대한 운동 유발 전위에 어떻게 적용될 수 있는지에 대해 논의합니다. 다양한 임상 문제를 해결할 수있는 방법; 건강과 질병의 감각 운동 기능에 대한 연구를 어떻게 지원할 수 있는지.

그림 2 는 M- 파 및 H- 반사 모집 곡선을 측정하고 일정한 자극 강도에서 H- 반사 크기의 분포를 측정하는 위의 프로토콜의 효과를 보여줍니다. 또한 신경학적으로 장애가 없는 참가자의 H-반사 크기를 변경하고 불완전한 척수 손상이 있는 참가자의 운동 기능을 개선하는 데 있어 다중 세션 프로토콜의 전반적인 효과를 보여줍니다.
그림 2A 는 H-reflex 조작 컨디셔닝 동안 모집 곡선 모드에서 수행된 실행 후 분석 창의 스크린샷을 보여줍니다(프로토콜 단계 4.5 참조). 창의 아래쪽 절반( 시퀀스 창)에서 가로 축은 시행 횟수를 표시하므로 자극 강도가 왼쪽에서 오른쪽으로 증가합니다. H-반사 크기(녹색 원)는 자극 강도의 함수로 상승했다가 떨어지는 반면, M-파 크기(갈색 삼각형)는 상승한 다음 포화됩니다. 그림 2B 는 H-reflex 조작적 컨디셔닝 동안 제어 시험 또는 훈련 시험 모드에서 수행된 실행 후 분석 창의 스크린샷을 보여줍니다(프로토콜 단계 4.6. 및 단계 4.7 참조). 하단 패널("분포" 창)에서 H-반사 크기의 히스토그램은 후속 상향 또는 하향 조절을 위한 적절한 기준 수준의 선택을 용이하게 합니다. 그림 2C에서 신경학적으로 장애가 없는 참가자의 H-반사 크기는 6개의 기준 세션, 24개의 컨디셔닝 세션 및 4개의 후속 세션에 걸쳐 세션 번호의 함수로 표시됩니다. 데이터는 15명의 참가자(남성 8명, 여성 7명)로부터 수집되었으며 그 중 2명은 상향 및 하향 조절 팔에 모두 참여했습니다. 참가자는 21-55 세였습니다. 모든 참가자는 정보에 입각 한 동의를했습니다. 이 프로토콜은 뉴욕 주 보건부의 기관 검토위원회 (IRB) (승인 번호 05-058)의 승인을 받았습니다. Thompson et al.16 은 더 자세한 내용을 제공합니다. 그림 2D 는 불완전한 척수 손상 후 만성 하지 장애가 있는 참가자에서 단독 H-반사 하향 조절의 유익한 효과를 보여줍니다. 성공적인 컨디셔닝은 보행 대칭 및 기준선에 대한 보행 속도의 개선과 관련이 있습니다. 데이터는 정보에 입각 한 동의를 한 28-68 세의 13 명의 참가자 (남성 9 명, 여성 4 명)로부터 수집되었습니다. 이 프로토콜은 헬렌 헤이즈 병원의 IRB (승인 번호 07-07)에 의해 승인되었습니다. Thompson et al.14 는 더 자세한 내용을 제공합니다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63736/63736fig02.jpg"> 그림 2: 대표 결과 . (A) 채용 곡선 분석 창의 스크린샷. (B) 대조 시험 또는 훈련 시험 분석 창의 스크린 샷. (C) 부상을 입지 않은 참가자에서 단독 H- 반사의 상향 및 하향 조절의 대조 효과. 빨간색 상향 삼각형은 N = 6 명의 성공적으로 상향 조절 된 참가자 (8 명 중)의 평균 H- 반사 크기를 보여줍니다. 파란색 하향 삼각형은 N = 8 성공적으로 하향 조절 된 참가자 (9 명 만점)의 평균 응답을 보여줍니다. 오차 막대는 표준 오차를 나타냅니다. 이 이미지는 Thompson et al.16에서 수정되었습니다. (D) 불완전 척수 손상 후 만성 장애가 있는 사람들의 보행 속도 및 보행 대칭에 대한 단독 H-반사 하향 조절의 치료 효과. 막대는 H- 반사가 성공적으로 하향 조절 된 N = 6 명의 참가자와 대조 조건 (조작 적 조건화 없음)의 N = 4 명의 참가자 및 다운 컨디셔닝 프로토콜이 반사 크기를 줄이지 못한 N = 3 명의 참가자에 대한 결과를 대조합니다. 오차 막대는 표준 오차를 나타냅니다. 각 별표는 사전 컨디셔닝 측정값과 사후 컨디셔닝 측정값을 비교하는 쌍체 t-검정에서 0.05 미만의 p-값을 나타냅니다. 이 이미지는 Thompson et al.14에서 수정되었습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63736/63736fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템은 감각 운동 기능에 대한 과학적 조사를 돕고 신경근 장애에서 감각 운동 재활에 영향을 줄 수있는 표적 신경 행동 훈련을 시행 할 수 있습니다. 이 기사에서는 그 기능을 설명하고 운동 기능의 지속적인 개선을 달성하기 위해 간단한 척추 반사를 수정하는 응용 프로그램을 설명합니다.

유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템 (EPOCS) : 만성 신경근 장애에 대한 연구 도구 및 새로운 치료법

The Evoked Potential Operant Conditioning System (EPOCS) is a software tool that implements protocols for operantly conditioning stimulus-triggered muscle ...

이 독특한 프로토콜은 신경계의 주요 장소에 유익한 변화를 목표로합니다. 이것은 훨씬 더 광범위한 유익한 변화를 유발합니다. 척수나 뇌 손상으로 손상된 보행과 같은 행동을 크게 개선합니다.EPOCS 소프트웨어의 주요 장점은 프로토콜에 필요한 복잡한 일련의 절차 적 분석 단계를 통해 실험자 또는 치료사를 안내한다는 것입니다. H-반사 조작적 조건화는 척수 손상, 뇌졸중, 다발성 경화증 및 기타 만성 신경 장애가 있는 사람들의 운동 회복 및 기타 중요한 행동을 개선할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다른 다리 또는 팔 근육의 H- 반사에서 피부 반사를 담당하는 경로와 같은 다른 반사 경로 및 뇌를 척수에 연결하는 경로로 확장 될 수 있습니다.이전에 H- 반사 측정을 한 적이 없다면 재활을위한 국립 신경 조절 센터에 연락하여 기본적인 실습 교육 기회를 얻으십시오. 튜토리얼 자료는 웹 사이트에서도 사용할 수 있습니다. 시작하려면 참가자가 자극 전극, 솔 러스 근육의 양극성 EMG 전극 및 접지 전극의 경골 전방으로 설정되어 있는지 확인하십시오.EPOCS 애플리케이션을 시작하고 주체 ID를 입력한 후 세션을 시작합니다. 참가자에게 자연스럽게 서도록 요청하십시오. 자극기를 활성화하고 자극 강도를 최소값으로 설정한 다음 시작을 누릅니다.참가자에게 자극을 기대하도록 경고하고 명확한 H- 반사가 보일 때까지 강도를 점차적으로 10 밀리 암페어 이상으로 높입니다. 음극을 내측으로 전체 전극 폭을 이동시킨 다음 측면으로, 그 다음 절반 전극 폭을 내측 및 측면으로, 마지막으로 전체 전극 폭을 위아래로 이동하여 가장 큰 H- 반사를 유도하는 자극 위치를 찾으십시오. 위치 변경에 도움이 되도록 전극의 위치를 표시하고, 메모하고, 사진을 찍습니다.채용 곡선 탭으로 전환합니다. 설정으로 이동한 다음 EMG로 이동하여 자극을 허용하는 표적 및 길항제 배경 활동 수준의 범위를 구성합니다. 백그라운드 유지 기간을 2초로 설정하여 참가자가 각 자극을 트리거하기 위해 EMG를 범위 내에 지속적으로 유지해야 하는 시간을 지정하고 자극기를 활성화하고 강도를 최소 5밀리암페어로 설정합니다.참가자가 서 있는 상태에서 시작을 누릅니다. 참가자에게 목표 근육의 실시간 배경 EMG 수준을 시연합니다. 두 근육의 활동은 막대를 밝은 빨간색에서 어두운 녹색 음영으로 바꾸는 데 필요한 범위 내에 있어야하며 자극을 유발하려면 2 초 동안 유지되어야합니다.연습 실행이 끝나면 중지를 누릅니다. 참가자가 서 있는 상태에서 시작을 눌러 모집 곡선을 측정합니다. H- 반사가 선택한 시작 강도에서 이미 보이는 경우 H- 반사가 더 이상 보이지 않을 때까지 전류를 점차적으로 줄인 다음 중지를 클릭하고 다시 시작을 클릭하여 실행을 시작합니다.평가판 완료 카운터를 확인합니다. 4번의 시도 후 수동으로 자극 강도를 2밀리암페어씩 늘리고 강도를 기록해 둡니다. M 파 크기가 고원에 도달 할 때까지 계속하십시오.완료되면 중지를 누르고 참가자에게 휴식을 취하도록 요청합니다. 기록된 레코드를 창의 오른쪽 상단에 표시된 실행 번호와 연결합니다. 실행이 끝나면 로그 탭을 열고 관련 정보를 수동으로 입력합니다.분석 버튼을 눌러 분석 창을 엽니다. 분석 창의 위쪽 패널에서 이전 실행의 각 시도에서 얻은 목표 근육 신호의 자극 고정 오버레이를 검사합니다. 녹색 목표 간격과 갈색 참조 간격의 시작과 끝을 조정한 다음 표시된 타이밍 사용 버튼을 클릭하여 이러한 설정을 저장합니다.분석 창의 아래쪽에 있는 시퀀스 창에서 결과 모집 곡선을 평가합니다. 피크 대 피크 또는 평균 정류 진폭을 보고 연속 시행의 결과를 통합하도록 설정을 조정합니다. 시행을 4에서 풀링하도록 지정하고 결과 M-max 및 H-max를 기록합니다.참가자의 첫 번째 세션인 경우 최적의 목표 근육 EMG 기록 위치를 검색합니다. 먼저, 솔레 우스 전극을 반 전극 폭만큼 내측으로 이동 한 다음 전체 모집 곡선을 수집하고 결과 M-max 및 H-max를 기록합니다. 다음으로, 솔레 우스 전극을 원래 위치에서 측면으로 동일한 거리로 이동하고 다시 모집 곡선 측정을 수행하십시오.H-max를 최대화하는 전극 위치를 표시, 메모 및 촬영합니다. 최대 H- 반사에 가깝지만 눈에 보이는 M- 파가있는 자극 강도를 선택하십시오. 이상적으로는 곡선의 상승면을 목표로하십시오.이 경우와 같이 구별 가능한 M-파를 보장하기 위해 필요한 경우에만 더 높은 자극 강도를 선택하십시오. 자극기에서 이 자극 강도 값을 설정하고 이 값과 향후 세션에 대한 해당 M파 크기를 기록해 둡니다. 반응 피드백을 제공하지 않고 H-반사 크기의 분포를 측정하려면 대조 시험 탭으로 전환하십시오.참가자가 서 있는 상태에서 시작을 누르고 참가자에게 필요한 수준의 배경 근육 활동을 유지하도록 지시합니다. 기준선 또는 후속 세션의 경우 연속으로 75번의 시행을 수행하고 컨디셔닝 세션의 경우 20번의 시행을 수행합니다. 평가판이 끝나면 중지를 눌러 실행을 종료한 다음 분석을 누릅니다.상단 패널에서 시행별 응답 파형의 오버레이를 평가하고 필요한 경우 아래의 응답 크기 시퀀스를 평가합니다. 새 탭 배포는 기본적으로 시퀀스 탭 상단에서 활성화됩니다. 로그 결과를 클릭하여 요약 통계를 세션 로그에 추가합니다.기준 세션의 경우 각각 75번의 시행을 총 3회 실행하기 위해 이 단계를 반복하고 마감 모집 곡선 측정으로 건너뜁니다. 컨디셔닝 세션의 경우 목표 백분위수를 66으로 설정합니다. Down-Condition 버튼을 눌러 다운 컨디셔닝에 해당하는 기준을 선택하십시오.이 작업은 자동으로 기록되고 분석 창이 닫힙니다. 교육 시험 탭으로 전환한 다음 참가자가 서 있는 상태에서 시작을 누릅니다. 참가자에게 화면 중앙에있는 음영 처리 된 대상 범위와 관련된 가장 최근의 H- 반사 크기를 보여주는 새로운 피드백 막대를 설명하십시오.응답이 목표 범위 내에 있으면 막대가 짙은 녹색으로 표시되고 시행이 성공한 것으로 계산됩니다. 범위를 벗어나면 막대가 더 밝은 빨간색으로 표시되고 시도는 실패한 것으로 간주됩니다. 참가자가 가능한 한 많은 성공적인 시험을 수행하도록 동기를 부여하십시오.75번의 시도 후 중지를 눌러 실행을 종료한 다음 분석 버튼을 누르고 시퀀스 탭을 사용하여 M파가 원하는 크기로 일정하게 유지되었는지 확인합니다. 분포 탭을 선택한 상태에서 다운 컨디셔닝 버튼을 사용하여 다음 실행을 위한 조작적 조건화 기준을 업데이트합니다. 각각 75회 시행에 대해 이 절차를 두 번 반복합니다.세션이 끝나면 다른 채용 곡선 측정을 수행합니다. 분석은 H-reflex 조작적 조건화 동안 모집 곡선 모드에서 실행한 후 수행되었습니다. 시퀀스 창에서 자극 강도는 시행 번호와 함께 왼쪽에서 오른쪽으로 증가합니다.H-반사 크기는 자극 강도의 함수로 상승했다가 떨어지는 반면, M-파 크기는 증가한 다음 포화됩니다. 분석은 H-반사 조작적 조건화 동안 대조 시험 또는 훈련 시험 모드에서 수행된 실행 후에 수행되었습니다. 분배 패널은 후속 상향 또는 하향 조절을 위한 적절한 기준 수준의 선택을 용이하게 하는 H-반사 크기의 히스토그램을 보여주었습니다.H- 반사 크기와 신경 학적으로 손상되지 않은 참가자는 세션 수의 함수로 플롯되어 상하 컨디셔닝의 대조적 인 효과를 보였다. 단독 H-반사 다운 컨디셔닝의 유익한 효과는 불완전한 척수 손상 후 만성 하지 장애가 있는 참가자에서 관찰되었습니다. 성공적인 컨디셔닝은 기준선에 비해 보행 속도 및 보행 대칭의 개선과 관련이 있습니다.이 프로토콜의 효과는 동기 부여와 피험자가 피드백에 얼마나 관심이 있는지에 달려 있습니다. 피험자가 소프트웨어가 제공하는 피드백을 활용하여 가능한 한 최선을 다해 각 시험에서 성공하도록 격려하는 것이 중요합니다. 물론, 치료사로서 조작적 조건화와 함께 적절한 기능적 또는 운동 조절 운동을 추가하는 것을 고려할 수 있습니다.예를 들어, 최상의 결과를 위해 환자가 솔레 우스 H- 반사 다운 컨디셔닝 직후에 간단한 걷기 연습을하도록 할 수 있습니다. EPOCS의 개발로 우리는 다양한 환자의 진동 및 감각 운동 장애를 치료할 때 조작적 컨디셔닝 응용 프로그램의 범위를 넓힐 수 있었고 신경 재활의 가능성을 확장하기 위해 신경 가소성을 최대한 활용하려는 노력을 가속화했습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

출처: Shirozu, K., et al. 전기경련 요법에 의한 효과적인 발작 유도 평가로서의 동공 반응. J. Vis. 경험. (2019년)이 비디오는 인간 환자에게 전기 경련 요법을 수행하는 절차를 보여주고, 자극 과정을 강조하고, 동공 반응을 통해 발작 활동을 평가합니다.

전기경련 요법 수행 및 동공 반응을 통한 발작 효능 평가

출처: Curado, M. et. al., 인간 운동 기능 조절을 위한 비침습적 전기 뇌 자극 몽타주. J. Vis. 경험. (2016년)이 비디오는 인간의 운동 기능을 조절하기 위한 경두개 직류 자극(tDCS)의 설정 및 메커니즘을 보여줍니다. 양극을 일차 운동 피질 위에 배치하고 음극을 반대쪽 안와상 영역 위에 배치함으로써 표적 전기 자극은 피질 흥분성을 증가시켜 운동 뉴런 활동을 향상시키며 운동 성능을 향상시킵니다.

인간 운동 뉴런 활동을 조절하기 위한 비침습적 전기 뇌 자극

목적은 새로운 방법, neuropathic 고통과 spasticity의 관리를위한 호흡 제어 전기 자극 (BreEStim)를 제시하는 것입니다.

Neuropathic 고통과 Spasticity의 관리를위한 호흡 조절 전기 자극 (BreEStim)

참가자가 행동 서열을 관찰하는 동안 1 차적인 운동 피질, 신경 탐색 및 손 근육의 전동 활동의 등록을 통해 단맥 경두개 자기 자극, 및 손 근육의 전기 구균 활동의 등록이 이 연구에서 이용되었습니다.

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

편측성 뇌성마비를 앓고 있는 몇몇 어린이들은 영향을 받은 상지의 보존 능력을 무시하는 것 같습니다. 이 발달적 무시는 문헌에 광범위하게 설명되어 있지만 관련된 인지 과정은 연구되지 않았습니다. 상지 조절의 기저에 있는 인지 요인을 연구하기 위해 사건 관련 잠재적 프로토콜이 개발되었습니다.

대상 - 응답 작업하는 동안 이벤트 관련 전위를 일방적 뇌성 마비 아동의 상지 사용의인지 과정을 연구하기 위해

동 공 응답 (빛 반사) electroconvulsive 치료 전기 자극 후 즉시 자동된 적외선 pupillometer를 사용 하 여 적절 한 나포 유도의 평가 위해 측정 되었다. 수축 비율 계산 하 고 발작 품질 비교 했다.

동 공 응답 Electroconvulsive 치료로 효과적인 나포 유도의 평가와

여기서 제시된 것은 유발되고 자발적인 근전도 전위내의 생체 내 연대순 기록을 위한 이식형 시스템의 제조를 위한 프로토콜이다. 이 시스템은 신경 손상 다음 후두 근육의 회안의 조사에 적용됩니다.

만성 생체 내 근전도를 위한 이식형 시스템

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.

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

이 원고는 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스 (MC-RPNI)라고하는 생물학적 말초 신경 인터페이스를 개발하기위한 혁신적인 방법을 제공합니다.  이 수술 구조는 관련 말초 신경의 운동 원심성 신호를 증폭하여 운동 의도의 정확한 감지와 외골격 장치의 잠재적 제어를 용이하게 할 수 있습니다.

온전한 말초 신경 신호의 증폭을 위한 근육 커프 재생 말초 신경 인터페이스

이 프로토콜은 이벤트 관련 잠재적 기술을 적용하여 청각 감각 대체에 대한 짧은 훈련 기간 후에 심도 난청이 있는 피험자의 근본적인 학습 관련 전기생리학적 변화를 탐구하도록 설계되었습니다.

사건 관련 잠재적 기술을 사용한 심도 난청이 있는 참가자의 청각 감각 대체 훈련 평가

경련성 뇌성마비(SCP)를 앓고 있는 어린이는 대뇌 피질 운동 영역의 손상으로 인해 사지 경련, 운동 장애, 비정상적인 자세 등이 있어 정상적으로 서거나 걸을 수 없습니다. 그러므로, SCP를 앓고 있는 소아의 사지 경련을 완화하고 대근육 운동 기능을 향상시키는 것이 중요한 치료 목표가 되었습니다.

경련성 뇌성마비 소아의 행동 관찰 훈련과 결합된 반복적인 경두개 자기 자극

학습하세요 EPOCS를 활용한 H-반사 조작적 조건화 방법으로 척수손상 및 만성 신경근 장애 환자의 보행 기능과 운동 회복을 개선하는 신경재활 기법입니다.

유발 된 잠재적 조작 적 컨디셔닝 시스템 (EPOCS) : 만성 신경근 장애에 대한 연구 도구 및 새로운 치료법

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