Meten en manipuleren van functioneel specifieke neurale paden in het menselijk motorsysteem met transcraniële magnetische stimulatie

Summary

Dit artikel beschrijft nieuwe benaderingen om functioneel specifieke neurale paden te meten en te versterken met transcraniële magnetische stimulatie. Deze geavanceerde niet-invasieve hersenstimulatie methodologieën kunnen nieuwe mogelijkheden bieden voor het begrijpen van relaties met hersengedrag en de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor de behandeling van hersenaandoeningen.

Abstract

Inzicht in interacties tussen hersengebieden is belangrijk voor de studie van doelgericht gedrag. Functionele neuroimaging van de hersenen connectiviteit heeft belangrijke inzichten in fundamentele processen van de hersenen, zoals cognitie, leren, en motorische controle. Deze aanpak kan echter geen causaal bewijs leveren voor de betrokkenheid van hersengebieden van belang. Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een krachtig, niet-invasief hulpmiddel voor het bestuderen van het menselijk brein dat deze beperking kan overwinnen door de hersenactiviteit van voorbijgaande aard te wijzigen. Hier belichten we recente vooruitgang met behulp van een paired-pulse, dual-site TMS-methode met twee spoelen die causaal cortico-corticale interacties in het menselijk motorsysteem sondes tijdens verschillende taakcontexten. Daarnaast beschrijven we een dual-site TMS-protocol op basis van corticale gepaarde associatieve stimulatie (ocpas) dat de synaptische efficiëntie in twee onderling verbonden hersengebieden van voorbijgaande aard verbetert door herhaalde paren corticale stimuli met twee spoelen toe te passen. Deze methoden kunnen een beter begrip bieden van de mechanismen die ten grondslag liggen aan cognitief-motorische functie, evenals een nieuw perspectief op het manipuleren van specifieke neurale paden op een gerichte manier om hersencircuits te moduleren en gedrag te verbeteren. Deze aanpak kan blijken te zijn een effectief instrument om meer geavanceerde modellen van hersenen-gedrag relaties te ontwikkelen en de diagnose en behandeling van vele neurologische en psychiatrische aandoeningen te verbeteren.

Introduction

Niet-invasieve hersenstimulatie is een veelbelovend beoordelingsinstrument en behandeling voor veel neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer, en beroerte^1,2,3,4. Er is accumulerend bewijs dat de relatie aantoont tussen de gedragsmanifestaties van neurologische ziekten en afwijkingen van corticale prikkelbaarheid, neuroplasticiteit, cortico-corticale en cortico-subcorticale connectiviteit^5,6. Daarom kan basiskennis over de dynamiek van het her....

Protocol

Hieronder worden de volgende drie TMS-methoden beschreven. Ten eerste worden twee methoden beschreven om cortico-corticale connectiviteit te meten met behulp van dual-site transcraniële magnetische stimulatie (dsTMS), terwijl de deelnemers ofwel 1) in rust (rusttoestand) of 2) het uitvoeren van een object-gerichte reach-to-grasp beweging ( taakafhankelijk). Ten tweede wordt een corticale gepaarde associatieve stimulatiemethode (ocmw's) beschreven om het samenspel tussen twee hersengebieden op een gecontroleerde manier te moduleren door corticale stimuli (bijvoorbeeld achterste pariëtale en primaire motorcortices) te moduleren om de functionele specifieke neurale paden....

Results

Figuur 5 toont de grootte van een voorbeeld van de reactie van het EpI die TMS in de BDI-spier heeft opgewekt voor een ongeconditioneerde teststimuli (TS alleen tot M1, blauw spoor) of geconditioneerde stimuli van PPC (CS-TS, rood spoor), terwijl de deelnemer in rust was (bovenste paneel) of een doelgerichte grijpactie plant voor een object (onderste paneel). In rust oefent de PPC een remmende invloed uit op ipsilaterale M1, zoals blijkt uit de afname van MEP-amplitudes die wordt versterkt d.......

Discussion

De dual-site TMS-methode die hier wordt beschreven, kan worden gebruikt om functionele interacties tussen verschillende corticale gebieden te onderzoeken die met de primaire motorische cortex zijn verbonden terwijl een deelnemer in rust is of een doelgerichte actie plant. Terwijl de beeldvorming van de hersenen is correlative, basiskennis van dual-site TMS methoden kunnen onthullen causale hersenen-gedrag relaties in verband met veranderingen in cortico-corticale circuits. Bovendien kan corticale associatieve stimulatie .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alpha B.I. D50 coil (coated)	Magstim		50mm coil
BrainSight 2.0 Software	Rogue Research		Neuronavigation software
BrainSight frameless Stereotactic System	Rogue Research		Neuronavigation equiptment
D702 Coil	Magstim		70mm coil
Discovery MR750	General Electric		3.0T MRI machine
Disposable Earplugs	3M		Foam earplugs
ECG Electrodes 30mm x 24mm	Coviden-Kendall	H124SG	Disposable electrodes
Four Channel Isolated Amplifier	Intronix Technologies Corporation	2024F	EMG amplifier
gGAMMAcap	g.tec Medical Engineering		EEG head cap
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Scientific data recorder and processing machine
Nuprep Skin Prep Gel	Weaver and Company		Skin prep abrasive gel
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		Data acquisition and analysis software
The Magstim BiStim2	Magstim		Transcranial magnetic stimulator (two 2002 units)