Artykuł metodologiczny

TMS: Wykorzystanie protokołu Theta-Burst do badania mechanizmów plastyczności u osób z zespołem kruchego chromosomu X i autyzmem

DOI:

10.3791/2272

⸱

28 grudnia 2010

 ,  , 
1Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Wyznaczenie spoczynkowego progu motorycznego:

  1. Na początek posadź badanego na wygodnym krześle.
  2. Następnie przyłóż powierzchniowe elektrody EMG nad pierwszym mięśniem międzykostnym grzbietowym prawej dłoni badanego. (INSERT FIGURE1) Jeśli masz trudności z zlokalizowaniem tego mięśnia, poproś badanego o wykonanie ruchu szczypiącego lub poruszanie palcem wskazującym w przód i w tył – powinno to ułatwić lokalizację mięśnia.
  3. Umieść elektrodę uziemiającą na mięsistej części przedramienia badanego.
  4. Wyznacz położenie lewej kory ruchowej badanego. Chociaż obszar ten różni się nieco u każdej osoby, zazwyczaj znajduje się on około 3,5 cm rostrolateralnie od wierzchołka czaszki. Można przeszukać niewielką siatkę wokół tego regionu i dostosowywać kąt stymulacji, aż do znalezienia motorycznego „hotspotu”.
  5. Po odnalezieniu M1, zaczynając od 50% mocy, rozpocznij stymulację pojedynczym impulsem w tym obszarze i zmierz wynikające z niej wywołane MEP.
  6. Zwiększaj lub zmniejszaj moc, aż będziesz w stanie wywołać MEP o amplitudzie większej niż 50 μV dokładnie w 5 z 10 kolejnych impulsów. Ten poziom mocy stanowi spoczynkowy próg motoryczny badanego.

2. Wyznaczenie aktywnego progu motorycznego

  1. Korzystając z tego samego układu elektrod, który opisano powyżej, poproś badanego o ściśnięcie prawego palca wskazującego i kciuka z siłą wynoszącą około 20%.
  2. Podczas gdy badany utrzymuje tę pozycję uścisku, rozpocznij stymulację pojedynczym impulsem z mocą 50% nad obszarem M1 i zmierz powstałe MEP.
  3. Reguluj moc w górę lub w dół, aż uzyskasz MEP powyżej 200 μV dokładnie w 5 z 10 kolejnych impulsów. Poziom mocy ten stanowi aktywny próg motoryczny badanego.

3. Wyznaczenie bazowego Mep

  1. Aby określić bazową amplitudę MEP badanego, stymuluj punkt zapalny (hotspot) kory ruchowej z intensywnością 120% spoczynkowego progu motorycznego, stosując 10 pojedynczych impulsów.
  2. Zmierz MEP po każdym impulsie.
  3. Wyciągnij średnią z wartości MEP z trzech serii po 10 impulsów.

4. Ustawianie parametrów TMS

  1. Zastosujemy standardowe parametry Theta-Burst: trzy impulsy o częstotliwości 50 Hz przy intensywności 80% aktywnego progu motorycznego w odstępach 200 ms.
  2. Aby podać przerywany TBS (iTBS), wygeneruj dwusekundowy pociąg stymulacji (zgodnie z wyżej wymienionymi parametrami), po którym nastąpi osiem sekund przerwy w stymulacji. Powtarzaj przez 190 sekund (łącznie 600 impulsów). Wykazano, że iTBS ułatwia aktywność korową.
  3. Aby podać ciągły Theta-Burst (cTBS), wygeneruj nieprzerwany pociąg stymulacji (zgodnie z wyżej wymienionymi parametrami) przez 47 sekund (łącznie 600 impulsów). Wykazano, że cTBS hamuje aktywność korową.

5. Stymulacja TMS

  1. W ramach tego protokołu należy zastosować iTBS lub cTBS nad wcześniej wyznaczonym hotspotem motorycznym M1.

6. Wyznaczenie MEP po stymulacji

  1. Po TBS, analogicznie jak poprzednio, stymuluj punkt zapalny (motor hotspot) z intensywnością 120% spoczynkowego progu motorycznego za pomocą 10 pojedynczych impulsów.
  2. Oblicz średnią dla serii 10 poziomów MEP.
  3. Zbieraj średnie z nowych serii 10 impulsów w odstępach 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 i 120 minut po stymulacji.

7. Reprezentatywne wyniki

Podczas stosowania wzorca iTBS należy zaobserwować wzrost wartości MEP przez czas odzwierciedlający naturalny stan plastyczności badanego. Podobnie, przy stosowaniu wzorca cTBS, należy zaobserwować spadek wartości MEP przez czas odzwierciedlający naturalny stan plastyczności badanego.

Schemat przezczaszkowej stymulacji mózgu i testu odpowiedzi EMG ilustrujący badanie neuromodulacji.
Rysunek 1. Schemat rozmieszczenia elektrod do pomiaru MEP.

Schemat plastyczności kory rdzeniowej; protokoły cTBS, iTBS; zmiany amplitudy MEP; efekty LTP, LTD.
Rycina 2. Schemat wzorca stymulacji iTBS.

Schemat cTBS przedstawiający sekwencję impulsów; serie po 3 impulsy z częstotliwością 50 Hz co 200 ms w celu stymulacji mózgu.
Rycina 3. Schemat wzorca stymulacji cTBS.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pfeiffer, B. E., Huber, K. M. The state of synapses in fragile x syndrome. Neuroscientist. 15, 549-567 (2009).
  2. O'Donnel, W. T., Warren, S. T. A decade of molecular studies of fragile x syndrome. Annual Review of Neuroscience. 25, 315-338 (2002).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Hagerman, R. J. Fragile X: perspectives from birth through aging. Biological Psychiatry. 57, 73s-73s (2005).
  7. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).
  8. Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. , MIT Press. Cambridge. (2005).
  9. Thickbroom, G. W. Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models. Experimental Brain Research. 180, 583-593 (2007).
  10. 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).
  11. 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

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Stymulacja wi zk thetaprzezczaszkowa stymulacja magnetycznaplastyczno koryspektrum autyzmupotencja y wywo ane ruchowopobudliwo korowo rdzeniowaprzerywana stymulacja wi zk thetaci g a stymulacja wi zk thetazaburzenia neurorozwojowe

Powiązane artykuły