Artykuł metodologiczny

Nieinwazyjna ocena zmian w przekaźnictwie kortykomotoneuronalnym u ludzi

DOI:

10.3791/52663

⸱

24 maja 2017

 ,  ,  , 
1Department of Medicine, Movement and Sport Science, University of Fribourg (Switzerland), 2Department of Sport Science, University of Freiburg (Germany), 3Department of Neuroscience and Pharmacology, University of Copenhagen, 4Department of Nutrition, Exercise and Sports, University of Copenhagen

W tym artykule

Podsumowanie

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

Celem niniejszego badania było oszacowanie zmian w transmisji w synapsach korowo-motorycznych u ludzi po powtarzającej się przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. W tym celu wprowadza się metodę elektrofizjologiczną, która pozwala na ocenę szlaku specyficznego dla przekaźnictwa korowo-rdzeniowego, czyli różnicowania szybkich, bezpośrednich szlaków korowo-rdzeniowych od połączeń polisynoptycznych.

Streszczenie

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

Szlak korowo-rdzeniowy jest główną ścieżką łączącą mózg z mięśniami i dlatego jest bardzo istotny dla kontroli ruchu i uczenia się motorycznego. Istnieje szereg nieinwazyjnych metod elektrofizjologicznych badających pobudliwość i plastyczność tego szlaku. Jednak większość metod opiera się na ilościowym określaniu potencjałów złożonych i pomija fakt, że szlak korowo-rdzeniowy składa się z wielu różnych połączeń, które są mniej lub bardziej bezpośrednie. W niniejszej pracy przedstawiamy metodę, która pozwala na badanie pobudliwości różnych frakcji przekaźnictwa korowo-rdzeniowego. Ta tak zwana technika kondycjonowania H-odruchu pozwala na ocenę pobudliwości najszybszych (monosynaptycznych), a także polisynoptycznych szlaków korowo-rdzeniowych. Ponadto, dzięki zastosowaniu dwóch różnych miejsc stymulacji, kory ruchowej i połączenia szyjnego i rdzeniowego, umożliwia nie tylko różnicowanie efektów korowych i rdzeniowych, ale także ocenę transmisji w synapsie korowo-tonowej. W tym manuskrypcie opisujemy, w jaki sposób ta metoda może być wykorzystana do oceny transmisji korto-tonowej po powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej o niskiej częstotliwości, metody, która, jak wcześniej wykazano, zmniejsza pobudliwość komórek korowych. Tutaj pokazujemy, że ta powtarzająca się stymulacja wpływa nie tylko na komórki korowe, ale także na transmisję w synapsie korowo-motorycznej na poziomie rdzenia. Odkrycie to jest ważne dla zrozumienia podstawowych mechanizmów i miejsc neuroplastyczności. Oprócz badania podstawowych mechanizmów, technika warunkowania H-reflex może być stosowana do testowania zmian w przekaźnictwie korowo-rdzeniowym po interwencjach behawioralnych (np. treningowych) lub terapeutycznych, patologii lub starzeniu się, a tym samym umożliwia lepsze zrozumienie procesów neuronalnych, które leżą u podstaw kontroli ruchu i uczenia się motorycznego.

Wprowadzenie

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

U naczelnych droga korowo-rdzeniowa stanowi główną ścieżkę zstępującą kontrolującą dobrowolne działania1. Szlak korowo-rdzeniowy łączy obszary kory ruchowej z neuronami rdzeniowymi α-motoneuronami poprzez bezpośrednie monosynaptyczne połączenia korowo-motorowe oraz poprzez pośrednie połączenia oligo- i polisynaptyczne2,3. Chociaż kora ruchowa może być łatwo wzbudzona nieinwazyjnie przez przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS), wywołana reakcja elektromiograficzna na tę stymulację jest często trudna do zinterpretowania. Powodem tego jest to, że na złożony potencjał wywołany motoryczny (MEP) mogą wpływać zmiany w pobudliwości neuronów wewnątrzkorowych i korowo-rdzeniowych, interneuronów rdzeniowych i rdzeniowych α-motoneuronów4,5,6,7. Kilka nieinwazyjnych technik elektrofizjologicznych i protokołów stymulacji ma na celu ustalenie, czy zmiany w pobudliwości korowo-rdzeniowej i transmisji są spowodowane zmianami na poziomie kory mózgowej lub rdzenia. Zazwyczaj zmiany amplitudy elektrycznie wywołanego odruchu H są wykorzystywane jako "wskaźnik" zmian pobudliwości w puli neuronów ruchowych. Jednak wcześniej wykazano, że odruch H zależy nie tylko od pobudliwości puli neuronów ruchowych, ale jest również modulowany przez inne czynniki, takie jak hamowanie presynaptyczne8,9 lub homosynaptyczna depresja poaktywacyjna5,10. Kolejnym ograniczeniem przy porównywaniu MEP i odruchów H jest niezdolność do wykrywania zmian pobudliwości na poziomie międzyneuronalnym11,12. Oprócz tych wad, neurony ruchowe mogą być inaczej aktywowane przez stymulację nerwów obwodowych niż przez TMS, tak że zmiany w pobudliwości motoneuronalnej wpłynęłyby na te reakcje w inny sposób niż odpowiedzi, w których pośredniczy szlak korowo-rdzeniowy13,14,15.

Inna metoda używana do oddzielenia efektów rdzeniowych od korowych reprezentuje przezczaszkową stymulację elektryczną (TES) kory ruchowej16. Twierdzono, że TES stosowany przy niskiej intensywności stymulacji nie ma wpływu na zmiany w pobudliwości kory mózgowej. Ponieważ zarówno TES, jak i TMS aktywują α-motoneurony za pośrednictwem szlaku korowo-rdzeniowego, porównanie magnetycznie i elektrycznie wywołanych MEP stanowi bardziej atrakcyjną metodę wyciągania wniosków na temat korowej natury zmian w wielkości MEP niż porównanie między H-odruchami a MEP. Jednakże, gdy intensywność stymulacji jest zwiększona, MEP wywołani TES są również pod wpływem zmian w pobudliwości korowej17,18. Problem ten można obejść, gdy stymulacja elektryczna nie jest stosowana do kory ruchowej, ale do połączenia szyjnego i rdzeniowego. Jednakże, chociaż stymulacja elektryczna może wywoływać motoryczne potencjały wywołane szyjnym rdzenia szyjnego (cMEP) w mięśniach kończyn górnych i dolnych, większość badanych postrzega stymulację elektryczną w pniu mózgu (i korze mózgowej) jako wyjątkowo nieprzyjemną i bolesną. Mniej bolesną alternatywą jest aktywacja szlaku korowo-rdzeniowego w złączu szyjnym za pomocą stymulacji magnetycznej w inion19. Ogólnie przyjmuje się, że stymulacja magnetyczna rdzenia szyjki macicy (CMS) aktywuje wiele takich samych włókien zstępujących, jak TMS kory ruchowej i że zmiany w pobudliwości kory mózgowej można wykryć, porównując MEPs z cMEPs19. Uważa się, że wzrost pobudliwości komórek wewnątrzkorowych i komórek korowo-motorowych ułatwia wywołanie MEP w korze bez jednoczesnej zmiany w MEP wywołanym w odcinku szyjno-rdzeniowym.

Jednak w większości tematów niemożliwe jest uzyskanie magnetycznie wywołanych cMEPów w dolnej kończynie w spoczynku20,21. Jednym ze sposobów przezwyciężenia tego problemu jest zwiększenie pobudliwości neuronów rdzeniowych poprzez dobrowolne wstępne skurczenie docelowego mięśnia. Wiadomo jednak, że niewielkie zmiany siły skurczu wpływają na wielkość cMEP. W związku z tym trudno jest porównywać różne zadania. Ponadto zmiany w pobudliwości neuronalnej spowodowane skurczem wstępnym będą miały wpływ na posłów do PE i posłów do Parlamentu Europejskiego, ale niekoniecznie w takim samym stopniu. Wreszcie, porównując złożonych posłów do PE ze złożonymi posłami do PE, gubi się pewne informacje zawarte w opadających salwach. Zostało to ujawnione w badaniach dotyczących warunkowania odruchu H mięśni płaszczkowatego, piszczelowego przedniego i promieniowego nadgarstka za pomocą magnetycznej stymulacji korowej motorycznej12,22. Łącząc stymulację nerwów obwodowych i TMS nad korą ruchową ze specyficznymi interwałami międzybodźcowymi (ISI), możliwe jest badanie ułatwiającego i hamującego wpływu różnych salw zstępujących na odruch H. Technika ta jest w dużym stopniu inspirowana techniką ułatwień przestrzennych używaną do określania transmisji w ścieżkach neuronowych w eksperymentach na zwierzętach i może być postrzegana jako nieinwazyjna, pośrednia wersja tej techniki23. Chociaż odruch H jest ważny nie tylko dla rozróżnienia różnych frakcji szlaku korowo-rdzeniowego (szybkie i wolniejsze projekcje korowo-rdzeniowe), ale także dla podniesienia pobudliwości kręgosłupa w kontrolowany i porównywalny sposób. Tak więc, w spoczynku i podczas aktywności, ta kombinacja technik stymulacji pozwala na ocenę zmian w różnych frakcjach szlaku korowo-rdzeniowego z wysoką rozdzielczością czasową, tj. w najszybszych, przypuszczalnie monosynaptycznych połączeniach korowo-neuronalnych oraz w wolniejszych szlakach oligo- i polisynaptycznych 12,22,24,25. Ostatnio technika ta została rozszerzona nie tylko o warunkowanie odruchu H za pomocą TMS nad korą ruchową (kondycjonowanie M1), ale także przez dodatkową stymulację kondycjonującą w złączu szyjnym i rdzeniowym (CMS-conditioning)26. Porównując efekty między warunkowaniem M1 i CMS, technika ta umożliwia różnicowanie specyficzne dla szlaku z wysoką rozdzielczością czasową i umożliwia interpretację mechanizmów korowych i rdzeniowych. Ponadto, co najważniejsze w odniesieniu do obecnego badania, technika ta pozwala na ocenę transmisji w synapsie korowo-tonowej, biorąc pod uwagę wczesne ułatwienie. Wczesne ułatwienie odruchu H jest najprawdopodobniej spowodowane aktywacją bezpośrednich, monosynaptycznych projekcji korto-tonalnych do rdzeniowych motoneuronów12,26. Aby przetestować najszybsze drogi korowo-rdzeniowe, a tym samym wczesne ułatwienie, odruch H musi zostać wywołany 2 do 4 ms przed TMS. Powodem tego jest nieco krótsze opóźnienie MEP (około 32 ms; patrz27) w porównaniu do H-reflex (około 34 ms; patrz25). Wywołanie odruchu H na krótko przed zastosowaniem TMS prowadzi do zbieżności wzbudzeń wstępujących i najszybciej opadających na poziomie neuronów ruchowych rdzenia. Gdy TMS zostanie zastosowany na połączeniu szyjnym rdzeniowym, salwa opadająca dotrze około 3 - 4 ms wcześniej do puli neuronów ruchowych rdzenia kręgowego niż po stymulacji przez M1. W przypadku kondycjonowania CMS, stymulacja nerwów obwodowych powinna być wywołana 6 - 8 ms przed impulsem magnetycznym. Zmiana wczesnego ułatwienia po kondycjonowaniu CMS wskazuje na różnicową transmisję w synapsie między drogą korowo-rdzeniową a α-motoneuron28. W obecnym badaniu ta niedawno opracowana technika została wykorzystana do różnicowania efektów rdzeniowych i korowych po powtarzającym się TMS o niskiej częstotliwości (rTMS). Mówiąc dokładniej, postawiliśmy hipotezę, że jeśli wczesna facylitacja za pomocą warunkowania M1 jest zmniejszona po interwencji rTMS, ale wczesna facylitacja po warunkowaniu CMS nie jest, efekt powinien być pochodzenia czysto korowego. W przeciwieństwie do tego, jeśli wczesna facylitacja za pomocą warunkowania CMS również się zmienia, zmiana ta powinna być związana z mechanizmami zachodzącymi na poziomie kręgosłupa. Dokładniej rzecz ujmując, ponieważ uważa się, że wczesne ułatwienie odruchu H jest spowodowane aktywacją bezpośrednich, kortykoneuronalnych projekcji do rdzeniowych motoneuronów12,29, zmiana odruchu H uwarunkowanego CMS i M1 w momencie wczesnego ułatwienia powinna wskazywać na zmienioną transmisję korowo-motoryczną, tj. skuteczność synaptyczną28.

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

Protokół

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

Ten protokół został zatwierdzony przez lokalną komisję etyki, a eksperymenty są zgodne z Deklaracją Helsińską (1964).

1. Przygotowanie do przedmiotu

UWAGA: Instrukcje dla tematu - Przed rozpoczęciem eksperymentu, poinstruuj każdego uczestnika o celu badania i potencjalnych czynnikach ryzyka. W przypadku przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) ryzyko medyczne obejmuje historię napadów padaczkowych, implanty mentalne w oczach i/lub głowie, wszelkie choroby układu sercowo-naczyniowego oraz ciążę. Wyklucz wszystkie osoby, które afirmują jeden z tych czynników ryzyka. Ponadto w eksperymencie testującym osoby zdrowe należy wykluczyć wszystkie osoby z chorobami neurologicznymi i/lub ortopedycznymi.

  1. Rozmieszczenie tematu
    1. Umieść obiekt na krześle, które podpiera nogi, tułów i głowę na miejscu. Upewnij się, że nogi są wyciągnięte, tak aby kolana były wyprostowane, a nerw obwodowy znajdował się bliżej skóry, dzięki czemu nerw jest łatwiejszy i bardziej niezawodnie pobudliwy dzięki stymulacji elektrycznej.
    2. Upewnij się, że głowa fotografowanej osoby jest zgięta, spoczywa na stabilnej powierzchni podparcia, takiej jak stół, i jest zabezpieczona poduszkami. Upewnij się, że szyja i szczytowo-potyliczna są zgięte, aby umożliwić stymulację szlaku korowo-rdzeniowego.
    3. Ustaw cewkę magnetyczną z podwójnym stożkiem tak, aby jej środkowa część znajdowała się na wejściu lub w jego pobliżu, a pierwsza pochodna indukowanego prądu była skierowana w stronę czaszki 19,26. Użyj elastycznych pasków na głowie i tułowiu, aby zapewnić utrzymanie tej pozycji przez cały czas trwania eksperymentu.
  2. Za pomocą elektrod powierzchniowych mierz odpowiedzi elektrofizjologiczne za pomocą stymulacji nerwów obwodowych (PNS) i TMS.
    1. Przygotuj skórę nad mięśniem brzucha płaszczkowatego poprzez golenie, dezynfekcję propanolem i lekkie ścieranie.
      1. Umieść samoprzylepne elektrody EMG na skórze nad mięśniem brzucha m. soleus. Umieść elektrodę referencyjną na skórze nad kością, np. na rzepce lub kostce przyśrodkowej.
      2. Podłącz wszystkie elektrody do wzmacniacza EMG, a na końcu do przetwornika analogowo-cyfrowego. Wzmocnij sygnały EMG (×1000), filtr pasmowo-przepustowy (10 - 1000 Hz) i próbkowanie przy 4 kHz.
    2. PNS (Amerykański Związek T
      1. W przypadku kondycjonowania H-odruchowego rejestruj odruchy H w mięśniu płaszczkowatym, stymulując tylny nerw piszczelowy w dole podkolanowym. Zastosuj stymulację impulsami fali prostokątnej trwającymi 1 ms. W celu stymulacji przymocuj anodę o wymiarach 5 x 5 cm za pomocą taśmy na przedniej stronie kolana tuż pod rzepką.
        UWAGA: Stabilna amplituda H-refleksu jest warunkiem wstępnym udanego kondycjonowania H-refleksu, a najmniejszą zmienność wszystkich mięśni można znaleźć podczas nagrywania z mięśnia płaszczkowatego.
      2. Przesuwaj katodę w dole podkolanowym, aż zostanie znaleziona najlepsza pozycja do stymulacji.
        UWAGA: Najlepsza pozycja odnosi się do rejestrowania odruchów H w mięśniu płaszczkowatym przy minimalnej intensywności stymulacji, bez widocznego załamka M w zapisach EMG przy tych niskich intensywnościach stymulacji i bez uzyskania żadnej odpowiedzi u antagonisty m. tibialis.
      3. Unikaj odpowiedzi w mięśniu piszczelowym m. piszczelowym, ponieważ mogą one wpływać na wyniki poprzez wzajemne hamowanie od Ia aferentów N. peroneus communis do rdzeniowych neuronów ruchowych mięśnia płaszczkowatego. Po znalezieniu optymalnego miejsca umieść elektrodę samoprzylepną na skórze i przymocuj elektrodę taśmą, aby zapewnić stałe warunki stymulacji.
    3. Tms
      1. Stymuluj obszar kory ruchowej półkuli przeciwległej za pomocą TMS za pomocą cewki ósemkowej, aby wywołać motoryczne potencjały wywołane (MEP) w zapisach elektromiograficznych mięśnia płaszczkowatego.
      2. Aby znaleźć optymalne miejsce stymulacji, umieść cewkę najpierw nad wierzchołkiem i 1 cm z przodu. Uchwyt cewki powinien być skierowany do tyłu, wywołując tylny lub przedni strumień indukowanego prądu w środku cewki.
      3. Rozpocznij stymulację z niską intensywnością około 20 - 30% maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora, aby badani przyzwyczaili się do bodźca magnetycznego. Wybierz przerwę między kolejnymi bodźcami na 4 s.
      4. Po kilku próbach zwiększ intensywność stymulacji do około 40 - 60% maksymalnej mocy stymulatora i przesuń cewkę w kierunku czołowo-rostralnym i środkowo-bocznym, aby znaleźć punkt zapalny m. soleus. Hotspot definiuje się jako pozycję, w której można wywołać MEP w m. soleus przy minimalnej intensywności stymulacji.
      5. Po znalezieniu gorącego miejsca płaszczkowatego określ spoczynkowy próg motoryczny (1,0 MT) jako minimalne natężenie wymagane do wywołania amplitudy międzyszczytowej MEP w EMG większej niż 50 μV w sześciu z dziesięciu kolejnych prób30. U osób, u których EMG tła wynosi już około 50 μV, jako próg należy przyjąć 100 μV.
    4. Mocowanie cewki
      1. Połóż głowę fotografowanej osoby na stole (patrz "Ułożenie obiektu") i użyj sztywnej pianki, aby zapobiec ruchom głowy we wszystkich kierunkach. Przymocuj cewkę do stojaka, a głowę badanego do krzesła.
      2. Przymocuj cewkę za pomocą pasków na rzepy do głowy i użyj systemu nawigacyjnego TMS sterowanego obrazem do monitorowania pozycji cewki i głowy przez cały czas trwania eksperymentu. Unikaj nawet niewielkich ruchów cewki względem głowy badanego, ponieważ zmienia to rekrutację neuronów przez TMS.
    5. Stymulacja magnetyczna na złączu szyjnym i rdzeniowym
      1. Użyj cewki magnetycznej z podwójnym stożkiem umieszczonej na złączu szyjnym i rdzeniowym, aby wzbudzić aksony drogi korowo-rdzeniowej.
      2. Ustaw cewkę tak, aby pierwsza pochodna indukowanego prądu była skierowana w stronę czaszki i aby jej środkowa część znajdowała się na lub w pobliżu wejścia. Zastosuj stymulację z maksymalną wydajnością stymulatora (100%).
        UWAGA: Nawet przy tak wysokiej intensywności stymulacji, bodziec jest zbyt słaby, aby wystarczająco rekrutować neurony ruchowe rdzenia kręgowego i aktywować mięśnie dolnej części nogi (tj. m. płaszczkowaty i m. piszczelowaty przedni) u większości badanych. Tak więc przy stymulacji szyjnej rdzenia nie ma potencjału złożonego w powierzchniowym EMG mięśni podudzi. Dlatego należy połączyć symulację rdzenia szyjnego z odruchem H (patrz "3.1), aby zwiększyć pobudliwość neuronów ruchowych rdzenia.

2. Pomiar wstępny

  1. Dostosuj rozmiar odruchu H (stymulacja nerwów obwodowych)
    1. W przypadku warunkowania H-reflex dostosuj rozmiar H-reflex do 20% maksymalnej fali M (Mmax) 31, zmieniając intensywność stymulacji stymulatora elektrycznego. Aby uzyskać Mmax, zapisz krzywą rekrutacji H-odruchu. W tym celu należy stosować bodźce o różnej intensywności stymulacji. Przerwa między kolejnymi próbami wynosi 4 s.
    2. Oblicz H-odruchy i załamki M jako amplitudy międzyszczytowe w EMG (w mV) online w oprogramowaniu do nagrywania. Należy upewnić się, że rozmiar kontrolnego odruchu H pozostaje stały na poziomie 20% Mmax przez cały czas trwania eksperymentu i sprawdzaj jego rozmiar w każdym badaniu. W przypadku wykrycia systematycznego odchylenia wielkości H-refleksu (kontrolny H-odruch jest zawsze mniejszy lub większy niż rozmiar docelowy), dostosuj intensywność stymulacji tuż przed kolejną próbą.
  2. Dostosuj intensywność stymulacji TMS przed eksperymentem.
    1. W przypadku kondycjonowania H-reflex w spoczynku ustaw intensywność stymulacji TMS w korze ruchowej na 90 - 100% MT. Upewnij się, że w próbach bez PNS.
      nie zaobserwowano MEP. UWAGA: Intensywność symulacji powinna być bliska 100% MT, aby zapewnić duży wpływ na kondycjonowany odruch H w spoczynku, tak aby wczesne ułatwienie można było łatwo wykryć.
    2. Dostosuj intensywność stymulacji szyjnej rdzenia szyjnego przed eksperymentem. W przeciwieństwie do stymulacji korowej, zawsze dostosowuj intensywność stymulacji do stymulacji szyjnej i rdzeniowej do 100% maksymalnej mocy stymulatora.
  3. Kondycjonuj odruch H za pomocą stymulacji magnetycznej nad korą ruchową.
    1. Zastosuj TMS i PNS, zmieniając czas między dwoma bodźcami (warunkowanie H-odruchowe), aby umożliwić ocenę zmian w przekaźnictwie korowo-motorowym. Aby wykryć wczesną facylitację, uruchom protokół kondycjonowania z interwałem międzybodźcowym (ISI) wynoszącym -5 ms i zmieniaj ISI w krokach co milisekundy, od -5 do +1 ms (Rysunek 1B).
      UWAGA: Ujemne ISI wskazują, że PNS jest wywoływany przed TMS, pozytywne ISI wskazują na coś przeciwnego.
    2. Zmieniaj ISI między TMS i PNS losowo z próby stymulacji na próbę stymulacji, aby nie mogło dojść do stronniczości spowodowanej określoną kolejnością bodźców.
      UWAGA: "Wczesna facylitacja" powinna wystąpić w okolicach ISI od -4 ms do -2 ms podczas stosowania TMS na korę ruchową. Oznacza to, że najszybsze (monosynaptyczne szlaki korowo-rdzeniowe) zderzają się w tym czasie z salwą aferentną przez PNS w rdzeniowych neuronach ruchowych (patrz 5.2 w celu wykrycia wczesnego ułatwienia).
    3. Ustaw przerwę między kolejnymi próbami stymulacji na 4 sekundy.
  4. Kondycjonuj odruch H za pomocą stymulacji magnetycznej nad połączeniem szyjnym i rdzeniowym.
    UWAGA: Stosując stymulację szyjną rdzenia szyjnego do kondycjonowania, pobudzenie szlaków korowo-rdzeniowych jest przestrzennie bliższe neuronom ruchowym rdzenia kręgowego niż przy stymulacji kory ruchowej. W związku z tym ISI odpowiadający wczesnej facylitacji jest przesunięty o około 3 - 4 ms. Na przykład, wczesne ułatwienie TMS nad pierwszorzędową korą ruchową przy -4 ms odpowiadałoby ISI między -7 - -8 ms ze stymulacją szyjną.
    1. Stosuj ISI między ISI -9 - -3 ms w krokach co 1 ms do kondycjonowania szyjnego i rdzeniowego. Zastosuj ISI dla TMS nad korą ruchową i TMS nad połączeniem szyjnym i rdzeniowym zawsze razem w jednym badaniu i zapisz kontrolny odruch H i kontrolny MEP również w tym badaniu. Użyj kontrolnego odruchu H jako odniesienia dla warunkowych odruchów H i kontrolnego MEP, aby zapewnić porównywalne warunki stymulacji. Zapisz (co najmniej) dziesięć prób w pomiarze wstępnym.
  5. Naprzemienna stymulacja kory ruchowej i połączenia szyjnego i rdzeniowego
    1. Zastosuj kondycjonowanie odruchu H SOL poprzez magnetyczną stymulację kory ruchowej (kondycjonowanie M1; patrz 2.1) i przez magnetyczną stymulację rdzenia szyjnego (kondycjonowanie CMS; patrz 2.2) w losowej kolejności podczas tego samego badania.
      UWAGA: Zaleca się naprzemienne stosowanie kondycjonowania M1 i CMS w jednym i tym samym badaniu w celu odniesienia uwarunkowanych odruchów H do tej samej próbki kontrolnych odruchów H (patrz Rysunek 1).

3. Interwencja - Powolny, powtarzalny TMS

  1. Ustaw intensywność stymulacji na 1,2 MT, co wywołuje długotrwałe 32,33 tłumienie pobudliwości korowo-rdzeniowej wymagane, ponieważ kondycjonowanie H-reflex trwa kilka minut. Podczas interwencji rTMS należy nałożyć TMS na pierwszorzędową korę ruchową z częstotliwością 1 Hz przez 20 minut.

4. Pomiar końcowy

  1. Bezpośrednio po interwencji należy zastosować kondycjonowanie H-odruchowe za pomocą tych samych ISI, które zostały użyte w pomiarze wstępnym.
  2. Do stymulacji magnetycznej nad M1 i złączem szyjnym szyjnym należy stosować te same intensywności stymulacji, co w pomiarze wstępnym.
  3. Upewnij się, że kontrolny H-reflex ma taki sam rozmiar, jak w pomiarze wstępnym. W przypadku wykrycia odchylenia systematycznego dostosuj intensywność stymulacji.

5. Przetwarzanie danych

  1. Oblicz wszystkie reakcje fizjologiczne, takie jak odruchy H, MEP i kondycjonowane odruchy H, jako amplitudy między szczytami nieskorygowanego EMG.
    1. Dla każdego ISI średnio dziesięć warunkowych odruchów H dla a) stymulacji korowej i b) szyjnej. Dodatkowo, średnio dziesięć kontrolnych (tj. bezwarunkowych) odruchów H, które służą jako odniesienie (tj. 100%) dla warunkowych odruchów H.
    2. W związku z tym należy wyrazić średnią amplitudę uwarunkowanych odruchów H dla każdego ISI jako procent średniej amplitudy kontrolnego odruchu H zarówno w pomiarze przed, jak i po pomiarze. Zachowaj ostrożność przy określaniu wczesnej facylitacji, ponieważ ma to kluczowe znaczenie:
      UWAGA: Ponieważ istnieje międzyosobnicza zmienność w występowaniu początku wczesnej facylitacji, należy określić wczesne ułatwienie w pomiarze wstępnym dla każdego pacjenta osobno.
  2. Użyj nieparametrycznych testów Wilcoxona, aby określić pierwszy wzrost uwarunkowanego odruchu H. W przypadku warunkowania CMS rozpocznij testy od ISI -9 ms, w przypadku warunkowania M1 szukaj wczesnej facylitacji, zaczynając od ISI -5 ms. Porównaj amplitudę tego wczesnego ułatwienia uzyskaną w pomiarze wstępnym z amplitudą wczesnej facylitacji uzyskaną w pomiarze końcowym przy użyciu tego samego ISI.
  3. Dodatkowo zweryfikuj wczesną facylitację poprzez oględziny.
    UWAGA: Po kondycjonowaniu M1 wczesna facylitacja najprawdopodobniej nastąpi około ISI -3 ms. Krótko po pierwszym wzroście warunkowego odruchu H, tj. 1 do 2 ms później, następuje spadek uwarunkowanego odruchu H, zanim ponownie wzrośnie. Po kondycjonowaniu CMS, wczesna facylitacja prawdopodobnie nastąpi około ISI -7 ms, a więc około 4 ms wcześniej niż po kondycjonowaniu M1.

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

Wyniki

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

Występowanie wczesnej facylitacji po warunkowaniu M1 i CMS

Warunkowanie odruchu H za pomocą TMS nad M1 doprowadziło do wczesnego ułatwienia, które wystąpiło przy ISI -3 & -4 ms. Wczesne ułatwienie po warunkowaniu CMS wystąpiło około 3 ms wcześniej (odpowiednio ISI -6 & -7 ms). Przykładowe krzywe ISI jednego badanego przedstawiono na Rysunku 1. W niniejszym badaniu wczesne uł...

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

Dyskusja

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

Opisana tutaj procedura kondycjonowania H-odruchu została specjalnie skierowana do oceny ostrych zmian w transmisji przez synapsę korowo-motoryczną po powtarzającej się aktywacji szlaku korowo-rdzeniowego28. W związku z tym kondycjonowanie H-odruchowe podkreśliło, że rTMS nie tylko wpływa na pobudliwość struktur korowych, ale także ma wpływ na przekaźnictwo korowo-tonowe w synapsie korowo-tonowej. Jednak metoda ta może mieć rzeczywiście szersze zastosowanie, ponieważ zmiany w przekaźnictwie korowo...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

To badanie zostało wsparte grantem ze Szwajcarskiej Narodowej Fundacji Nauki (316030_128826).

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Samoprzylepne elektrody EMGNiebieski czujnik N, Ambu, Ballerup, DaniaSłuży do nagrywania sygnałów EMG
Stymulator elektrycznyDigitimer DS7A, Hertfordshire, Wielka BrytaniaSłuży do wywoływania mięśnia płaszczkowatego H-refleksu
Elektroda stymulującaNiebieski czujnik N, Ambu, Ballerup, DaniaSłuży do wywoływania mięśnia płaszczkowatego H-refleks
Stymulator magnetyczny #1Stymulator TMS Magstim Rapid2, Magstim Company Ltd., Whitland, Wielka BrytaniaSłuży do wywoływania przeciwstawnych potencjałów wywołanych motorycznych w mięśniu płaszczkowatym
Cewka #1: Cewka ósemkowa 90 mm Magstim Company Ltd., Whitland, Wielka BrytaniaSłuży do wywoływania przeciwstronnych potencjałów wywołanych motorycznych w mięśniu płaszczkowatym
         Stymulator #1 i cewka #1 zostały użyte w oryginalnej publikacji (Taube i wsp. 2014; Kora mózgowa)
Stymulator magnetyczny #2MagPro X100 z MagOption, MagVenture A/S, Farum, DaniaSłuży do wywoływania przeciwległych potencjałów wywołanych motorycznych w mięśniu płaszczkowatym
Co#2: ogniskowa 95 mm " w kształcie motyla" cewka (D-B80) MagVenture A/S, Farum, Dania
Stymulator no2 i cewka no2 zostały użyte w sesji wideo
Stymulator magnetyczny #3Magstim Company Ltd., Whitland, Wielka BrytaniaSłuży do stymulacji na złączu szyjnym i rdzeniowym
Cewka #3: cewka magnetyczna z podwójnym stożkiemMagstim Company Ltd., Whitland, Wielka BrytaniaSłuży do stymulacji w połączeniu
szyjnym i rdzeniowymSystem nawigacyjny TMS sterowany obrazem #1Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, KanadaWykorzystany w oryginalnej publikacji (Taube i in. 2014; Kora mózgowa) do monitorowania położenia cewki przez cały czas trwania eksperymentu
System nawigacyjny TMS sterowany obrazem #2TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, NiemcyWykorzystany do sesji
Literatura: 
Taube i in. 2014Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. & Lundbye-Jensen, J. Powtarzająca się aktywacja szlaku korowo-rdzeniowego za pomocą rTMS może zmniejszyć wydajność synaps kortykomotoneuronalnych. Kora mózgowa, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).
wideo

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lemon, R. N., Kirkwood, P. A., Maier, M. A., Nakajima, K., Nathan, P. Direct and indirect pathways for corticospinal control of upper limb motoneurons in the primate. Prog.Brain Res. , 263-279 (2004).
  2. Jankowska, E., Padel, Y., Tanaka, R. Projections of pyramidal tract cells to alpha-motoneurones innervating hind-limb muscles in the monkey. J. Physiol. 249, 637-667 (1975).
  3. Maertens de Noordhout, A., et al. Corticomotoneuronal synaptic connections in normal man: an electrophysiological study. Brain. 122, 1327-1340 (1999).
  4. Noordhout, M. D., Pepin, J. L., Gerard, P., Delwaide, P. J. Facilitation of responses to motor cortex stimulation: effects of isometric voluntary contraction. Ann.Neurol. 32, 365-370 (1992).
  5. Nielsen, J., Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O. On the comparability of H-reflexes and MEPs. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 93-101 (1999).
  6. Morita, H., et al. Differential changes in corticospinal and Ia input to tibialis anterior and soleus motor neurones during voluntary contraction in man. Acta Physiologica Scandinavica. 170, 65-76 (2000).
  7. Ugawa, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Sakai, K., Kanazawa, I. Facilitatory effect of tonic voluntary contraction on responses to motor cortex stimulation. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol. 97, 451-454 (1995).
  8. Rudomin, P. Selectivity of the central control of sensory information in the mammalian spinal cord. Adv.Exp.Med.Biol. 508, 157-170 (2002).
  9. Eccles, J. C. Presynaptic inhibition in the spinal cord. Prog.Brain Res. 12, 65-91 (1964).
  10. Hultborn, H., et al. On the mechanism of the post-activation depression of the H-reflex in human subjects. Exp.Brain Res. 108, 450-462 (1996).
  11. Burke, D., Gandevia, S. C., McKeon, B. Monosynaptic and oligosynaptic contributions to human ankle jerk and H-reflex. J Neurophysiol. 52, 435-448 (1984).
  12. Nielsen, J., Petersen, N., Deuschl, G., Ballegaard, M. Task-related changes in the effect of magnetic brain stimulation on spinal neurones in man. J. Physiol. 471, 223-243 (1993).
  13. Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. Recruitment of extensor-carpi-radialis motor units by transcranial magnetic stimulation and radial-nerve stimulation in human subjects. Exp Brain Res. 128, 557-562 (1999).
  14. Hultborn, H., Nielsen, J. B. H-reflexes and F-responses are not equally sensitive to changes in motoneuronal excitability. Muscle Nerve. 18, 1471-1474 (1995).
  15. Awiszus, F., Feistner, H. Recruitment order of single motor units of the anterior tibial muscle in man. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 102-112 (1999).
  16. Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. J Physiol. 388, 397-419 (1987).
  17. Day, B. L., Thompson, P. D., Dick, J. P., Nakashima, K., Marsden, C. D. Different sites of action of electrical and magnetic stimulation of the human brain. Neurosci.Lett. 75, 101-106 (1987).
  18. Lemon, R. N., et al. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., et al. , Arnold. 61-77 (2002).
  19. Taylor, J. L. Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects. J. Electromyogr. Kinesiol. 16, 215-223 (2006).
  20. Oya, T., Hoffman, B. W., Cresswell, A. G. Corticospinal-evoked responses in lower limb muscles during voluntary contractions at varying strengths. J. Appl. Physiol. 105, 1527-1532 (2008).
  21. Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. Magnetic stimulation of corticospinal pathways at the foramen magnum level in humans. Ann.Neurol. 36, 618-624 (1994).
  22. Nielsen, J., Petersen, N. Changes in the effect of magnetic brain stimulation accompanying voluntary dynamic contraction in man. J. Physiol. 484, 777-789 (1995).
  23. Baldissera, F. H. H., Illert , A. I. Handbook of Physiology. Section 1: The nervous system, vol II. Motor control. Brooks, V. B. , American Physiological Society. 509-595 (1981).
  24. Petersen, N., Christensen, L. O. D., Nielsen, J. B. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. J Physiol. 513, 599-610 (1998).
  25. Taube, W., et al. Direct corticospinal pathways contribute to neuromuscular control of perturbed stance. J Appl Physiol. 101, 420-429 (2006).
  26. Taube, W., Lundbye-Jensen, J., Schubert, M., Gollhofer, A., Leukel, C. Evidence that the cortical motor command for the initiation of dynamic plantarflexion consists of excitation followed by inhibition. PLoS.One. 6, e25657(2011).
  27. Petersen, N., Christensen, L. O., Morita, H., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Evidence that a transcortical pathway contributes to stretch reflexes in the tibialis anterior muscle in man. J. Physiol. 512, 267-276 (1998).
  28. Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B., Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex. , (2014).
  29. Nielsen, J., Petersen, N. Evidence favouring different descending pathways to soleus motoneurones activated by magnetic brain stimulation in man. J Physiol. 486, 779-788 (1995).
  30. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
  31. Crone, C., et al. Sensitivity of monosynaptic test reflexes to facilitation and inhibition as a function of the test reflex size: a study in man and the cat. Exp.Brain Res. 81, 35-45 (1990).
  32. Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability. Exp.Brain Res. 133, 425-430 (2000).
  33. Fitzgerald, P. B., Brown, T. L., Daskalakis, Z. J., Chen, R., Kulkarni, J. Intensity-dependent effects of 1 Hz rTMS on human corticospinal excitability. Clin.Neurophysiol. 113, 1136-1141 (2002).
  34. Nielsen, J., Petersen, N., Ballegaard, M. Latency of effects evoked by electrical and magnetic brain stimulation in lower limb motoneurones in man. J. Physiol. 484, 791-802 (1995).
  35. Leukel, C., et al. Changes in corticospinal transmission following 8weeks of ankle joint immobilization. Clin neurophysiol. , (2014).
  36. Schubert, M., et al. Balance training and ballistic strength training are associated with task-specific corticospinal adaptations. Eur J Neurosci. 27, 2007-2018 (2008).
  37. Taube, W., et al. Cortical and spinal adaptations induced by balance training: correlation between stance stability and corticospinal activation. Acta Physiol (Oxf). 189, 347-358 (2007).
  38. Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial stimulation in conscious humans. J. Physiol. 508, 625-633 (1998).
  39. Edgley, S. A., Eyre, J. A., Lemon, R. N., Miller, S. Comparison of activation of corticospinal neurons and spinal motor neurons by magnetic and electrical transcranial stimulation in the lumbosacral cord of the anaesthetized monkey. Brain. 120 (Pt 5), 839-853 (1997).
  40. Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial electrical stimulation over the motor cortex hand area in conscious humans. Exp.Brain Res. 124, 525-528 (1999).
  41. Taube, W., et al. Brain activity during observation and motor imagery of different balance tasks: An fMRI study. Cortex. 64, 102-114 (2015).

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

Warunkowanie odruchu Hprzezczaszkowa stymulacja magnetycznastymulacja kory ruchowejpo czenie szyjno rdzeniowerejestracja elektrofizjologicznapowierzchniowa elektromiografiaocena neuroplastyczno cipomiar wk adu synaptycznegodroga korowo rdzeniowa

Powiązane artykuły