W niniejszym artykule badamy wpływ stymulacji TMS w trybie Theta-Burst na plastyczność kory mózgowej u osób cierpiących na zespół kruchego chromosomu X oraz u osób w spektrum autyzmu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
TMS: Wykorzystanie protokołu Theta-Burst do badania mechanizmów plastyczności u osób z zespołem kruchego chromosomu X i autyzmem
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Zespół kruchego chromosomu X (FXS), znany również jako zespół Martina-Bella, jest nieprawidłowością genetyczną występującą w chromosomie X.1,2 Osoby cierpiące na FXS wykazują nieprawidłowości w ekspresji FMR1 – białka niezbędnego do prawidłowego, zdrowego rozwoju neuronów.3 Niedawne dane sugerują, że utrata tego białka może prowadzić do nadpobudliwości kory mózgowej, co wpływa na ogólne wzorce plastyczności neuronalnej.4,5
Ponadto zespół łamliwego chromosomu X wykazuje silną komorbidność z autyzmem: w rzeczywistości u 30% dzieci z FXS diagnozowany jest autyzm, a 2–5% dzieci z autyzmem cierpi na FXS.6
Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (nieinwazyjna technika neurostymulacyjna i neuromodulacyjna, która może przejściowo lub trwale modulować pobudliwość kory poprzez aplikację zlokalizowanych impulsów pola magnetycznego 7,8) stanowi unikalną metodę badania plastyczności oraz objawów FXS u osób dotkniętych tym zespołem. Bardziej szczegółowo, stymulacja Theta-Burst (TBS), konkretny protokół stymulacyjny, który w zdrowych populacjach wykazuje zdolność do modulowania plastyczności kory przez okres do 30 minut po ustaniu stymulacji, okazała się już skutecznym narzędziem w badaniu nieprawidłowej plastyczności.9,10
Niedawne badania wykazały, że efekty TBS utrzymują się znacznie dłużej u osób w spektrum autyzmu – nawet do 90 minut.11 Ten wydłużony czas trwania efektu sugeruje istnienie podstawowej nieprawidłowości w naturalnym stanie plastyczności mózgu u osób z autyzmem – podobnie jak w przypadku nadpobudliwości indukowanej przez zespół łamliwego chromosomu X.
W niniejszym eksperymencie, przyjmując za punkt odniesienia potencjały wywołane motorycznie (MEPs) po pojedynczym impulsie, zbadamy wpływ przerywanego i ciągłego TBS na plastyczność kory mózgowej u osób cierpiących na FXS oraz osób w spektrum autyzmu.
Protokół
1. Wyznaczenie spoczynkowego progu motorycznego:
- Na początek posadź badanego na wygodnym krześle.
- Następnie przyłóż powierzchniowe elektrody EMG nad pierwszym mięśniem międzykostnym grzbietowym prawej dłoni badanego. (INSERT FIGURE1) Jeśli masz trudności z lokalizacją tego mięśnia, poproś badanego o wykonanie ruchu szczypczącego lub poruszanie palcem wskazującym w przód i w tył – powinno to ułatwić znalezienie mięśnia.
- Umieść elektrodę uziemiającą na mięsistej części przedramienia badanego.
- Wyznacz lokalizację lewej kory motorycznej badanego. Chociaż obszar ten nieco różni się u każdego, zazwyczaj znajduje się on około 3.5 cm rostrolateralnie od wierzchołka czaszki. Nie obawiaj się przeszukać niewielkiej siatki wokół tego regionu i dostosować kąta stymulacji, aż do znalezienia motorycznego „hotspotu”.
- Po znalezieniu M1, zaczynając od 50% mocy, rozpocznij stymulację pojedynczym impulsem w tym obszarze i zmierz powstałe wywołane MEP.
- Reguluj moc w górę lub w dół, aż będziesz w stanie wywołać MEP powyżej 50 μV dokładnie w 5 na 10 kolejnych impulsów. Poziom mocy ten stanowi próg motoryczny spoczynkowy badanego.
2. Wyznaczenie aktywnego progu motorycznego
- Wykorzystując ten sam układ elektrod, który opisano powyżej, poproś badanego o złączenie prawego palca wskazującego i kciuka, wywierając nacisk na poziomie około 20%.
- Podczas gdy badany utrzymuje tę pozycję chwytu pęsetkowego, rozpocznij stymulację pojedynczym impulsem z mocą 50% nad obszarem M1 i zmierz powstałe MEP.
- Koryguj moc w górę lub w dół, aż uda się wywołać MEP o amplitudzie większej niż 200 μV dokładnie w 5 z 10 kolejnych impulsów. Poziom mocy ten stanowi aktywny próg motoryczny badanego.
3. Wyznaczenie podstawowego poziomu Mep
- Aby określić bazową amplitudę MEP badanego, należy stymulować punkt zapalny (hotspot) kory ruchowej z intensywnością 120% spoczynkowego progu motorycznego, podając 10 pojedynczych impulsów.
- Zmierz MEP po każdym impulsie.
- Oblicz średnią wartości MEP z trzech serii po 10 impulsów.
4. Ustawianie parametrów TMS
- Będziemy korzystać ze standardowych parametrów Theta-Burst: trzy impulsy o częstotliwości 50 Hz przy natężeniu wynoszącym 80% aktywnego progu motorycznego w odstępach 200 ms.
- Aby zastosować przerywany TBS, należy wygenerować dwusekundowy ciąg stymulacyjny (zgodnie z wyżej wymienionymi parametrami), po którym nastąpi osiem sekund przerwy w stymulacji. Procedurę powtarzać przez 190 sekund (łącznie 600 impulsów). Wykazano, że iTBS wspomaga aktywność kory mózgowej.
- Aby zastosować ciągły Theta-Burst, należy wygenerować nieprzerwany ciąg stymulacyjny (zgodnie z wyżej wymienionymi parametrami) przez 47 sekund (łącznie 600 impulsów). Wykazano, że cTBS hamuje aktywność kory mózgowej.
5. Stymulacja TMS
- W ramach niniejszego protokołu należy zastosować iTBS lub cTBS nad wcześniej wyznaczonym punktem maksymalnej pobudliwości (hotspot) kory motorycznej M1.
6. Wyznaczenie MEP po stymulacji
- Po TBS, podobnie jak poprzednio, stymuluj punkt motoryczny (motor hotspot) z intensywnością 120% spoczynkowego progu motorycznego za pomocą 10 pojedynczych impulsów.
- Wyznacz średnią z serii 10 poziomów MEP.
- Zbieraj nowe średnie z serii 10 impulsów w odstępach 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 i 120 minut po stymulacji.
7. Reprezentatywne wyniki
Przy zastosowaniu wzorca iTBS należy zaobserwować wzrost wartości MEP przez czas odzwierciedlający naturalny stan plastyczności badanego. Analogicznie, przy zastosowaniu wzorca cTBS należy zaobserwować spadek wartości MEP przez czas odzwierciedlający naturalny stan plastyczności badanego.
Rycina 1. Schemat rozmieszczenia elektrod do pomiaru MEP.
Rycina 2. Schemat wzorca stymulacji iTBS.
Rycina 3. Schemat wzorca stymulacji cTBS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Biorąc pod uwagę, że przedłużone utrzymywanie się efektów późnych po TMS odzwierciedla atypową plastyczność neuronalną, badania tego rodzaju mogłyby służyć opracowaniu lepszych i bardziej precyzyjnych protokołów diagnostycznych dla autyzmu i zaburzeń z nim związanych.
Podobnie, dysponując większą ilością danych, być może uda nam się zidentyfikować czasowe markery biologiczne dla innych patologii neurologicznych – w tym dla zespołu kruchego chromosomu X. W tym przypadku, mimo że nie istnieje j...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| gaziki nasączone alkoholem | |||
| elektrody EMG | |||
| sprzęt pomiarowy/oprogramowanie EMG | |||
| zatyczki do uszu | |||
| marker lub pisak permanentny | |||
| dowolne urządzenie TMS z możliwością generowania pojedynczego impulsu | |||
| dowolne urządzenie TMS z możliwością rTMS (do TBS) | |||
| dowolna kompatybilna cewka w kształcie ósemki | |||
| bezramowy sprzęt stereotaktyczny (opcjonalnie) |
Bibliografia
- Pfeiffer, B. E., Huber, K. M. The state of synapses in fragile x syndrome. Neuroscientist. 15, 549-567 (2009).
- O'Donnel, W. T., Warren, S. T. A decade of molecular studies of fragile x syndrome. Annual Review of Neuroscience. 25, 315-338 (2002).
- Tassone, F., Hagerman, R. J., Taylor, A. K., Mills, J. B., Wood, S., Gane, L. W., Hagerman, P. J. American Journal of Human Genetics. 65, A493-A493 (1999).
- Hagerman, R. J., Miller, L. J., McGrath-Clarke, J., Riley, K., Goldson, E., Harris, S. W., Simon, J., Church, K., Bonnell, J., Ognibene, T. C., McIntosh, D. N. Influence of stimulants on electrodermal studies in fragile x syndrome. Microscopy Research and Technique. 57, 168-173 (2002).
- Miller, L. J., McIntosh, D. N., McGrath, J., Shyu, V., Lampe, M., Taylor, A. K., Tassone, F., Neitzel, K., Stackhouse, T., Hagerman, R. J. Electrodermal response to sensory stimuli in individuals with fragile x syndrome: a preliminary report. American Journal of Medical Genetics. 83, 268-279 (1999).
- Hagerman, R. J. Fragile X: perspectives from birth through aging. Biological Psychiatry. 57, 73s-73s (2005).
- Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).
- Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. , MIT Press. Cambridge. (2005).
- Thickbroom, G. W. Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models. Experimental Brain Research. 180, 583-593 (2007).
- Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
- Oberman, L., Eldaief, M. C., Gautam, S., Fecteau, S., Tormos, J. M. Abnormal Cortical Plasticity in Adults with Asperger's Syndrome. , Forthcoming Forthcoming.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
