Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

9.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60706

⸱

23 lutego 2020

 ,  ,  ,  , 
1School of Kinesiology, Brain Behavior Laboratory, University of Michigan

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Streszczenie

Zrozumienie interakcji między obszarami mózgu jest ważne dla badania zachowań ukierunkowanych na cel. Funkcjonalne neuroobrazowanie połączeń mózgowych dostarczyło ważnych informacji na temat podstawowych procesów zachodzących w mózgu, takich jak poznanie, uczenie się i kontrola motoryczna. Jednak takie podejście nie może dostarczyć dowodów przyczynowo-skutkowych na zaangażowanie obszarów zainteresowania mózgu. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest potężnym, nieinwazyjnym narzędziem do badania ludzkiego mózgu, które może przezwyciężyć to ograniczenie poprzez przejściową modyfikację aktywności mózgu. W tym miejscu zwracamy uwagę na ostatnie postępy przy użyciu metody TMS z dwoma miejscami z dwoma cewkami, która przyczynowo bada interakcje korowo-korowe w ludzkim układzie ruchowym podczas różnych kontekstów zadań. Dodatkowo opisujemy protokół TMS z podwójnym miejscem oparty na stymulacji asocjacyjnej par korowych (cPAS), który przejściowo zwiększa wydajność synaptyczną w dwóch połączonych ze sobą obszarach mózgu poprzez zastosowanie powtarzających się par bodźców korowych z dwiema cewkami. Metody te mogą zapewnić lepsze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw funkcji poznawczo-motorycznych, a także nową perspektywę manipulowania określonymi ścieżkami neuronowymi w ukierunkowany sposób w celu modulowania obwodów mózgowych i poprawy zachowania. Podejście to może okazać się skutecznym narzędziem do opracowania bardziej wyrafinowanych modeli relacji mózg-zachowanie oraz poprawy diagnostyki i leczenia wielu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.

Wprowadzenie

Nieinwazyjna stymulacja mózgu jest obiecującym narzędziem oceny i leczenia wielu zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera i udar mózgu1,2,3,4. Istnieje coraz więcej dowodów potwierdzających związek między behawioralnymi objawami chorób neurologicznych a nieprawidłowościami pobudliwości korowej, neuroplastyczności, łączności korowo-korowej i korowo-podkorowej5,6. Dlatego podstawowa wiedza na temat dynamiki sieci mózgowej i plastyczności w stanach neurologicznych może dostarczyć nieocenionego wglądu w diagnozowanie choroby, postęp i odpowiedź na terapię. Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) jest użytecznym narzędziem do zrozumienia złożonych relacji między mózgiem a zachowaniem zarówno w zdrowych, jak i chorych sieciach mózgowych i ma potencjał do ulepszenia leczenia w oparciu o perspektywę sieciową7,8,9. Jednak fMRI ma charakter korelacyjny i nie może zapewnić związku przyczynowo-skutkowego między funkcjonowaniem mózgu a zachowaniem, ani manipulować funkcjonalną łącznością w celu przywrócenia nieprawidłowych obwodów neuronalnych związanych z zaburzeniami zachowania u pacjentów10,11,12. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) może zarówno przyczynowo mierzyć, jak i modulować funkcję i zachowanie ludzkiego mózgu w zdrowiu i chorobie3,13,14,15.

TMS to bezpieczna, nieinwazyjna metoda stymulacji ludzkiego mózgu16,17 i może być używana do indukowania i mierzenia plastyczności18. Metoda ta może poszerzyć naszą wiedzę na temat związków przyczynowo-skutkowych między poszczególnymi obszarami mózgu a zachowaniem10,11,12,19 oraz ich specyficznych interakcji funkcjonalnych z innymi węzłami sieci mózgowej20,21,22,23. Do tej pory większość badań koncentrowała się na ludzkim układzie motorycznym, biorąc pod uwagę, że TMS do obszaru ręki kory ruchowej (M1) może wytwarzać motoryczne potencjały wywołane (MEP) jako fizjologiczne odczyty zmian związanych z zachowaniem motorycznym24, co pozwala na badanie różnych obwodów hamujących i pobudzających na poziomie systemu w ludzkim mózgu25. Ostatnie postępy w zastosowaniu metody TMS opartej na teście kondycjonowania z dwiema cewkami pokazują, że możliwe jest mierzenie interakcji funkcjonalnych między różnymi obszarami kory mózgowej. W układzie motorycznym eksperymenty TMS z dwoma miejscami pokazują, że dane wejściowe z obszarów korowych połączonych z M1 mogą się zmieniać w zależności od wymagań zadania, wieku lub choroby14,26. Przełomowe prace Ferberta i współpracowników wykazały, że zastosowanie bodźca kondycjonującego do M1 przed bodźcem testowym drugiego M1 może spowodować zahamowanie amplitudy MEP, zjawisko znane jako hamowanie międzypółkulowe w krótkim odstępie czasu (SIHI)28. Szereg badań TMS wykorzystujących to podejście wykazało również, że M1 jest silnie powiązany z przeciwległą M1, brzuszną korą przedruchową (PMv), grzbietową korą przedruchową (PMd), dodatkowym obszarem motorycznym (SMA), pre-SMA, pierwszorzędową korą czuciową (S1), grzbietowo-boczną korą przedczołową (DLPFC) i tylną korą ciemieniową (PPC) w spoczynku27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42. Co ciekawe, wpływ stymulacji z tych obszarów kory mózgowej na pobudliwość kory ruchowej jest anatomicznie, czasowo i funkcjonalnie specyficzny dla trwającej aktywności mózgu podczas przygotowania ruchu (zależne od stanu i kontekstu43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60, 61,62,63,64,65,66,67,69). Jednak bardzo niewiele badań z użyciem dwumiejscowego TMS scharakteryzowało wzorce funkcjonalnej łączności korowo-korowej z zaburzeniami motorycznymi i poznawczymi u pacjentów z zaburzeniami mózgu70,71,72. Stwarza to możliwości opracowania nowych metod oceny i leczenia zaburzeń motorycznych i poznawczych.

Korzystając z tej techniki, stwierdzono również, że powtarzające się pary korowych TMS dotyczyły obszarów korowych połączonych z M1, takich jak przeciwległe M168,69,70, PMv76,77,78, SMA71, oraz PPC80,81,82 może indukować zmiany w wydajności synaptycznej w określonych ścieżkach neuronowych w oparciu o hebbiańską zasadę plastyczności asocjacyjnej83,84,85,86 i zwiększać wydajność behawioralną72,73,74. Mimo to w niewielu badaniach wykorzystano to podejście do badania dysfunkcji obwodu i plastyczności w zaburzeniach neurologicznych2,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,90,91,92,93,94,95,96. Pozostaje do pokazania, czy wzmocnienie funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą TMS może przywrócić aktywność w dysfunkcyjnych obwodach, czy też prospektywne wzmocnienie nienaruszonego obwodu może zwiększyć odporność97 w sieciach mózgowych wspierających funkcje motoryczne i poznawcze przez całe życie i w chorobie. Brak fundamentalnego zrozumienia mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw zaburzeń neurologicznych i wpływu stymulacji na wzajemnie połączone dysfunkcyjne sieci mózgowe ogranicza obecne leczenie.

Pomimo swoich możliwości, TMS nie stał się jeszcze standardową częścią arsenału neuronauki i narzędzi klinicznych do zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem, patofizjologii zaburzeń mózgu i skuteczności leczenia. Dlatego, aby wykorzystać jego potencjał i wesprzeć jego zastosowanie na dużą skalę, standaryzacja metod TMS jest ważna, ponieważ z większym prawdopodobieństwem zwiększy rygor przyszłych eksperymentów TMS i odtwarzalność w niezależnych laboratoriach. W tym artykule opisano, w jaki sposób TMS może być używany zarówno do mierzenia, jak i manipulowania interakcjami funkcjonalnymi. Tutaj opisujemy tę technikę w układzie motorycznym (np. szlak ciemieniowo-motoryczny44) poprzez pomiar miar wyjściowych opartych na TMS (np. MEP), gdzie metoda jest najlepiej zrozumiała. Należy jednak pamiętać, że protokół ten można również dostosować do docelowego sprzężenia funkcjonalnego innych obszarów podkorowych85, móżdżku86,87 i obszarów korowych. 73,74,88 Ponadto techniki neuroobrazowania, takie jak EEG89,90,91 i fMRI92,93 mogą być używane do oceny zmian w aktywności i łączności wywołanych przez TMS26,94. Kończymy proponując, że badanie funkcjonalnego zaangażowania połączeń korowych na poziomie obwodu z tymi metodami TMS zarówno w zdrowiu, jak i chorobie umożliwia opracowanie ukierunkowanych diagnoz i innowacyjnych terapii opartych na bardziej wyrafinowanych modelach sieciowych relacji mózg-zachowanie.

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

Protokół

Poniżej opisano trzy metody TMS. Po pierwsze, opisano dwie metody pomiaru łączności kora-kora z wykorzystaniem dwupunktowej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (dsTMS), podczas gdy uczestnicy znajdują się albo 1) w spoczynku (stan spoczynku), albo 2) wykonują ukierunkowany na obiekt ruch sięgania i chwytania (zależny od zadania). Po drugie, opisano metodę korowej stymulacji parowania asocjacyjnego (cPAS), służącą do kontrolowanego modulowania oddziaływań między dwoma obszarami mózgu poprzez parowanie bodźców korowych (np. tylnej kory ciemieniowej i pierwotnej kory ruchowej) w celu wzmocnienia specyficznych funkcjonalnych szlaków neuronalnych za pomocą TMS i wywołania zmian w pobudliwości kory. Dla każdej metody przedstawiono reprezentatywny zestaw danych. Wszystkie metody opisane w niniejszym protokole zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board Uniwersytetu w Michigan zgodnie z Deklaracją Helsińską.

1. Rekrutacja uczestników

  1. Przed rekrutacją przeprowadź u wszystkich uczestników badanie przesiewowe w kierunku przeciwwskazań do TMS95,96,97,98,99,100 oraz obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI). Do eksperymentów badających łączność funkcjonalną w układzie ruchowym zrekrutuj osoby praworęczne101.
  2. Poinformuj każdego uczestnika o celach badania, procedurach i ryzyku zatwierdzonym przez lokalną komisję etyczną. Przed dopuszczeniem danej osoby do udziału w badaniu uzyskaj pisemną zgodę.

2. Rozmieszczenie elektrod do elektromiografii (EMG)

  1. Poproś uczestnika o wygodne usiądnięcie na krześle eksperymentalnym z oboma ramionami podpartymi w rozluźnionej pozycji. Podczas TMS zapewnij uczestnikom podparcie dla brody, aby zminimalizować ruchy głowy podczas stymulacji.
  2. Oczyść skórę nad badanym mięśniem za pomocą łagodnego środka ściernego. Stosując układ elektrod brzuszek-ścięgno, umieść jedną jednorazową elektrodę Ag-AgCl na brzuścu mięśnia, a drugą na pobliskim punkcie kostnym jako elektrodę referencyjną na obu dłoniach uczestnika. Powtórz ten krok dla każdego badanego mięśnia.
  3. Podłącz elektrodę uziemiającą do wyrostka rylcowatego kości łokciowej. Ważne jest kontrolowanie poziomu kontaktu powierzchniowego elektrod ze skórą przez cały czas trwania eksperymentu, ponieważ wpływa to na impedancję i jakość sygnału EMG. Naklejenie taśmy nad elektrodą powierzchniową może poprawić stopień kontaktu z powierzchnią skóry.
    UWAGA: W przypadku czynności chwytania najczęściej badanymi mięśniami są: 1) mięsień pierwszy przestrzeni międzykostnej (FDI), 2) mięsień odwodzący krótki kciuka (APB) oraz 3) mięsień odwodzący mały palec (ADM) dłoni.
  4. Podłącz elektrody powierzchniowe do wzmacniacza EMG i systemu akwizycji danych. Rejestruj i przechowuj sygnały EMG z wzmacniacza na komputerze do zbierania danych za pomocą oprogramowania EMG do monitorowania online i analizy offline sygnału EMG. Opcjonalnie wzmocnij sygnał EMG 1 000x i zastosuj filtr pasmowo-przepustowy w zakresie od 2 Hz do 2,5 kHz, z cyfryzacją przy 5 kHz za pomocą interfejsu analogowo-cyfrowego.

3. Lokalizacja obszarów mózgu dla ukierunkowanej TMS

  1. Metoda 1: Lokalizacja bez skanowania MRI
    1. Korzystając z systemu EEG 10–20, zaznaczyć na skórze głowy uczestnika punkty C3, znajdujący się mniej więcej nad lewą pierwotną korą ruchową (M1), oraz P3, znajdujący się mniej więcej nad częścią zakrętu kątowego w lewej tylnej korze ciemieniowej (PPC). W celu uzyskania szczegółowych instrukcji lokalizacji obszarów mózgu za pomocą systemu EEG 10–20 należy odnieść się do metod opisanych wcześniej102 (patrz ryc. 3 i 4 w pracy Villamar i wsp.102).
    2. Alternatywnie, do przybliżonego wyznaczenia obszarów mózgu na skórze głowy można użyć czepka do elektroencefalografii (EEG). Nałożyć na głowę uczestnika czepek EEG o odpowiednim rozmiarze i dopasować pozycję Cz na czepku do zaznaczonej pozycji Cz na skórze głowy uczestnika. Używając czepka, zaznaczyć punkty C3 i P3.
      UWAGA: Lokalizacja bez indywidualnego skanowania MRI może być niedokładna103. Dlatego w celu zwiększenia dokładności i niezawodności celowania TMS silnie zaleca się neuronawigację opartą na MRI. Może to potencjalnie prowadzić do mniejszej zmienności efektów wtórnych indukowanych przez TMS.
  2. Metoda 2: Wykorzystanie skanowania MRI
    1. Przed sesją TMS należy uzyskać strukturalny obraz MRI (T1) uczestnika. Wgrać skan do systemu neuronawigacji.
    2. Za pomocą oprogramowania do neuronawigacji utworzyć trójwymiarową rekonstrukcję mózgu i powłoki skórnej. Umieścić markery na punktach anatomicznych: na czubku nosa, w nasionie, inionie oraz w wcięciach przedusznych obu uszu. Nie należy używać tragusu, ponieważ może on przemieścić się po włożeniu zatyczek do uszu.
    3. Zlokalizować tzw. hand knob, punkt anatomiczny odpowiadający M1104, w lewym zakręcie przedśrodkowym. Za pomocą systemu neuronawigacji ustawić w tym punkcie marker trajektorii. Punkt ten powinien być ustawiony pod kątem 45° od linii środkowej w płaszczyźnie strzałkowej i mniej więcej prostopadle do bruzdy środkowej. Zarejestrować i nazwać punkt anatomiczny w systemie neuronawigacji (Ryc. 1).
    4. Zlokalizować nieruchowy obszar zainteresowania (np. nad obszarem przedniego bruzdy wewnątrzciemieniowej w PPC). Umieścić drugi marker trajektorii nad tym punktem anatomicznym. Zarejestrować i nazwać lokalizację w systemie neuronawigacji (Ryc. 1).
  3. Przeprowadzenie rejestracji cewki i głowy w systemie śledzenia
    1. Zkalibrować obie cewki TMS oddzielnie za pomocą bloku kalibracyjnego, korzystając z systemu neuronawigacji.
    2. Bezpiecznie przymocować tracker głowy do głowy uczestnika w taki sposób, aby tracker był widoczny przez cały czas trwania eksperymentu.
    3. Koregistrować punkty anatomiczne na głowie uczestnika z systemem neuronawigacji. W przypadku braku MRI uczestnika należy użyć szablonowego obrazu MRI z Montreal Neurological Institute.
      UWAGA: Ważne jest, aby nie naciskać zbyt mocno wskaźnikiem na skórę uczestnika, aby uniknąć dyskomfortu i błędów podczas rejestracji. Warto regularnie sprawdzać w trakcie eksperymentu, czy tracker głowy nie przesunął się. Procedury te zapewniają precyzję przy aplikowaniu cewki TMS w obszarze docelowym stymulacji podczas eksperymentu.

4. Lokalizacja optymalnej pozycji cewki TMS i wyznaczanie progów

UWAGA: W tym eksperymencie CoilM1 odnosi się do cewki używanej do dostarczania stymulacji do obszaru M1, natomiast CoilTwo odnosi się do cewki używanej do dostarczania stymulacji do innego obszaru kory o znaczeniu badawczym (np. tylnej części kory ciemieniowej). W celu obliczenia maksymalnej mocy stymulatora (MSO) stosowanej w obszarach pozaruchowych, należy wyznaczyć próg stymulacji w obszarze M1 dla CoilTwo. Wartości progu ruchowego powinny być raportowane, aby umożliwić porównania i powtarzalność pomiędzy eksperymentami.

  1. Lokalizacja i wyznaczanie progu dla cewki CoilTwo
    1. Umieść środek cewki CoilTwo nad zlokalizowanym w poprzedniej sekcji obszarem M1, aby wywołać kierunek prądu tylno-przedni w mózgu.
    2. Aby znaleźć optymalne miejsce aktywacji docelowego mięśnia, podawaj impulsy do M1 z natężeniem 30% MSO urządzenia. Zaobserwuj, czy podawana stymulacja wywołuje drgnienie mięśnia, i określ amplitudę potencjału wywołanego ruchowo (MEP) zarejestrowanego za pomocą elektrod EMG na podstawie aktywności mięśniowej wyświetlanej przez system akwizycji danych.
    3. Jeśli nie zaobserwowano MEP lub widocznego drgnienia mięśnia, zwiększaj wyjście stymulatora w krokach o 5%. Może być konieczna korekta pozycji, rotacji, nachylenia i odchylenia cewki TMS w celu optymalizacji amplitudy MEP. Powtarzaj tę czynność do momentu uzyskania odpowiedzi.
    4. Stopniowo obniżaj natężenie do najniższej wartości, która wywołuje co najmniej 5 z 10 odpowiedzi MEP o amplitudzie ≥50 μV podczas spoczynku uczestnika97,98,105. Jest to definiowane jako spoczynkowy próg motoryczny (RMT).
    5. Upewnij się, że przez cały czas trwania sesji wyznaczania progu obie dłonie znajdują się w pozycji spoczynkowej, a oba ramiona i dłonie są podparte poduszkami.
    6. Zapewnij w czasie rzeczywistym wizualną lub słuchową informację zwrotną o aktywności mięśniowej z EMG (np. na monitorze lub głośniku) przez całą sesję, szczególnie w przypadku nadmiernej aktywności mięśniowej (np. u starszych dorosłych).
    7. Bieżąco pytaj uczestnika o poziom komfortu.
      UWAGA: Ważne jest, aby wszystkie opisane powyżej procedury były wykonywane oddzielnie i powtarzane dla każdej cewki TMS w celu określenia konkretnych parametrów używanych w eksperymencie dla cewek o różnych rozmiarach (np. lokalizacja optymalnej pozycji cewki TMS i wyznaczanie natężeń stymulacji dla progu motorycznego). Ważne jest również, aby odstęp między impulsami TMS wynosił >5 s, aby uniknąć wywołania zmian w pobudliwości kory.
  2. Lokalizacja i wyznaczanie progu dla cewki CoilM1
    1. Powtórz kroki opisane powyżej, aby znaleźć optymalne miejsce stymulacji dla cewki CoilM1.
    2. Wyznacz najniższe natężenie stymulatora niezbędne do wygenerowania MEP o amplitudzie ≥1 mV w 5 z 10 prób w mięśniu dłoni docelowej, gdy mięsień jest całkowicie rozluźniony. Zaznacz i zapisz pozycję cewki CoilM1 za pomocą systemu neuronawigacji.

5. Dwumiejscowa TMS (stan spoczynkowy)

  1. Użyć dwóch cewek w kształcie ósemki (np. CoilM1 i CoilTwo) podłączonych do dwóch oddzielnych stymulatorów TMS (np. dwóch urządzeń Magstim 2002). Przez CoilM1 (np. cewka w kształcie ósemki D70², średnica zewnętrzna pętli 7 cm) dostarczyć bodźce testowe (TS) nad M1, a przez CoilTwo (np. D50 Alpha B.I., średnica zewnętrzna każdej pętli 5 cm) bodźce warunkujące (CS) do innego obszaru zainteresowania.
  2. Wyznaczyć procent natężenia MSO dla bodźca warunkującego (CS) dla CoilTwo.
    UWAGA: Procent natężenia MSO często mieści się w przedziale 70–140 RMT i zależy od konkretnych parametrów oraz celów eksperymentu (patrz Tabela 3 u Lafleura i wsp.14). W tym eksperymencie CS ustawiono na poziomie 90% RMT, zgodnie z parametrami stosowanymi w innych badaniach35,44,60.
  3. W przypadku bodźca testowego (TS) zastosować wcześniej wyznaczone natężenie, które wywołuje amplitudy MEP wynoszące ~1 mV w docelowym, spoczywającym mięśniu dłoni.
  4. Ustawić precyzyjny odstęp międzybodźcowy (ISI) pomiędzy CS a TS.
  5. Do kontroli ISI dla obu impulsów użyć dostarczonego oprogramowania sterującego lub zewnętrznego sterowania za pomocą impulsów TTL. ISI często mieści się w zakresie 4–20 ms (patrz Tabela 1 u Lafleura i wsp.14). W tym eksperymencie CS do PPC poprzedzał TS do M1 o ISI wynoszące 5 ms.
  6. Za pomocą specjalnie przygotowanego skryptu kodującego wygenerować w losowej kolejności próby TMS pojedynczego impulsu (sam TS) oraz próby TMS podwójnego impulsu (CS-TS) przy określonym ISI.
  7. Umieścić CoilM1 nad lewym M1, a CoilTwo nad innym obszarem zainteresowania.
  8. Przez CoilM1 dostarczyć impulsy w próbach z samym TS. W przypadku prób z podwójnym impulsem (CS-TS) dostarczyć CS przez CoilTwo, a następnie TS przez CoilM1 w wyznaczonych odstępach ISI. Zostało to zilustrowane na Rysunku 2. Powtórzyć minimum 12 prób dla każdego warunku. Dostarczyć TS co najmniej 1 s po rozpoczęciu próby, aby zebrać aktywność EMG przed stymulacją. Zastosować 4 s zakres akwizycji danych dla każdej próby, a następnie 1 s odstępu między próbami.
  9. W razie potrzeby lekko skorygować pozycje cewek TMS, aby umożliwić umieszczenie obu cewek nad wybranych lokalizacjach docelowych na głowie uczestnika. Odpowiednio skorygować i zapisać nową lokalizację CoilM1 oraz CoilTwo w systemie neuronavigacji.
  10. Do dostarczenia zaprogramowanych impulsów TMS użyć przycisku wyzwalającego w urządzeniu TMS dla dostarczonego oprogramowania sterującego lub specjalnie przygotowanego skryptu kodującego z zewnętrznego kontrolera.
    UWAGA: W tym eksperymencie do generowania bodźców, przechwytywania danych, sterowania zewnętrznym sprzętem i przeprowadzania analizy użyto systemu akwizycji danych (np. CED Micro 1401) i pakietu oprogramowania (np. Signal wersja 7). Specjalnie przygotowane skrypty kodujące użyte do przeprowadzenia eksperymentów i analizy danych są dostępne od autora korespondencyjnego.

6. TMS w dwóch punktach (kontekst zadania)

UWAGA: TMS dwumiejscowy może być również wykorzystany do zbadania, czy funkcjonalna łączność w spoczynku może być modulowana przez różne konteksty zadań.

  1. Zastosuj tę samą metodę opisaną w powyższej sekcji, aby zbadać interakcje funkcjonalne między różnymi obszarami kory połączonymi z M1, ale podczas fazy przygotowawczej zadania angażującego sieć (np. podczas planowania działania w celu chwytu).
  2. Określ przebieg czasowy oraz obszar kory będący przedmiotem zainteresowania (np. PPC), aby zbadać interakcje funkcjonalne z M1 podczas przygotowania złożonego planu ruchu (np. precyzyjnego chwytu sterowanego obiektem lub chwytu całą dłonią43,44,45,46,47,48,49,106) dla wybranych mięśni dłoni.
  3. Za pomocą specjalnie przygotowanego skryptu kodującego wygeneruj w losowej kolejności czas wystąpienia prób z samym TS oraz prób z podwójnym impulsem (CS-TS) przy danym ISI po sygnale „GO” w okresie czasu reakcji (faza planowania), tak aby zapisy MEP były zbierane przed rozpoczęciem ruchu (okres przedruchem) w danym zadaniu.
  4. Podaj bodźce TMS pojedynczym impulsem (sam TS) lub TMS podwójnym impulsem (CS-TS) w przedziale od 50 do 800 ms po sygnale „GO”47,49 podczas planowania działania złożonych ruchów dłoni. Harmonogram próby powiązanej z zdarzeniem dla tego eksperymentu przedstawiono na Rysunku 3. Specjalnie przygotowane skrypty kodujące służące do sterowania czasem prób powiązanych z zdarzeniami są dostępne u autora korespondencyjnego.
    1. Przed sesją testową z TMS poproś uczestnika o wykonanie zadania w co najmniej 50 próbach treningowych w celu ustalenia stałego czasu reakcji. Zachęć uczestnika do zadawania pytań dotyczących zadania, aby zapewnić rzetelne wykonanie podczas sesji testowej z TMS.
    2. Użyj specjalnie przygotowanego skryptu kodującego, aby podać wszystkie kombinacje TMS pojedynczym impulsem (sam TS) lub TMS podwójnym impulsem (CS-TS) oraz zadania (np. chwyć mniejszy górny obiekt lub chwyć większy dolny obiekt) w okresie czasu reakcji (faza planowania), tak aby zapisy MEP były zbierane przed rzeczywistym rozpoczęciem ruchu.

7. Korowa sparowana stymulacja asocjacyjna (cPAS)

UWAGA: Niniejszy protokół polega na podawaniu par impulsów jednofazowych do dwóch różnych obszarów kory w krótkich odstępach czasu w celu wywołania specyficznych dla szlaku zmian w sile synaptycznej między połączeniami w ludzkim mózgu. Podejście to opiera się na zasadach Hebba dotyczących plastyczności zależnej od czasu wystąpienia impulsu107,108,109,110. Podobnie jak w metodach TMS dwumiejscowej, cPAS jest realizowany za pomocą dwóch urządzeń TMS połączonych z dwiema oddzielnymi cewkami TMS umieszczonymi nad dwoma różnymi obszarami kory (np. PPC i M1).

  1. Za pomocą dedykowanego skryptu kodującego wygenerować 100 par bodźców z częstotliwością 0,2 Hz (każda seria o czasie trwania 8,3 min). W warunku eksperymentalnym cPASTwo→M1 należy podać pierwszy bodziec nad obszarem niemotorycznym (np. PPC) za pomocą cewki CoilTwo z określoną intensywnością impulsu (np. 90% RMT) na 5 ms przed drugim bodźcem nad M1 za pomocą cewki CoilM1 z intensywnością impulsu wywołującą amplitudę MEP wynoszącą ~1 mV w docelowym mięśniu dłoni.
  2. W osobnych sesjach ważne jest zastosowanie kontroli dla: 1) kierunkowości połączeń (CTRLM1→Two); 2) czasu (CTRLISI=500ms); oraz 3) miejsca stymulacji (CTRL Control site→M1). Przykłady znajdują się w 72,74,111,112. Dedykowane skrypty kodujące dla każdego warunku cPAS są dostępne u autora korespondencyjnego. Parametry stymulacji (np. intensywności i ISI) mogą być dostosowane do różnych obszarów kory. Podsumowanie protokołów plastyczności znajduje się w Tabeli 2 opracowanej przez Lafleur i wsp.14.
  3. W celu precyzyjnego zlokalizowania cewek TMS należy zastosować procedury opisane w poprzednich sekcjach.
  4. Za pomocą cewki CoilM1 uzyskać pomiary bazowe drogi korowo-rdzeniowej (np. ~24 MEP).
  5. Przydzielić uczestników losowo do jednej z czterech grup interwencyjnych: 1) cPAS Two→M1; 2) CTRLM1→Two; 3) CTRLISI=500ms; 4) CTRL Control site→M1.
  6. W tym eksperymencie przetestowano wyłącznie warunek eksperymentalny cPAS Two→M1, a jako obszar zainteresowania wykorzystano PPC. Podczas przeprowadzania wielu sesji u tego samego uczestnika ważne jest, aby każda sesja eksperymentalna była oddzielona co najmniej 48 h i przeprowadzona w losowej kolejności, aby zapobiec efektom przenikania (crossover effects). Należy również powtarzać sesje u każdego uczestnika o tej samej porze dnia w celu kontrolowania poziomu czujności.
  7. Użyć dedykowanego skryptu kodującego do przeprowadzenia określonego warunku cPAS.
  8. Monitorować aktywność mięśniową drugiej (lewej) dłoni podczas eksperymentu za pomocą EMG, aby upewnić się, że dłoń pozostaje całkowicie rozluźniona podczas protokołu.
  9. Za pomocą cewki CoilM1 uzyskać pomiary korowo-rdzeniowe (np. około 24 MEP) w różnych odstępach czasu po cPAS (np. 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 min), aby zbadać przebieg czasowy efektu indukowanego przez TMS w zakresie pobudliwości mózgu.
    UWAGA: Protokół eksperymentalny zastosowany w tej procedurze przedstawiono na Rysunku 4. Większość dotychczasowych badań koncentrowała się na systemie motorycznym, ponieważ MEP jest wiarygodną miarą wyniku. Można jednak badać również miary behawioralne72,73,74 oraz siłę łączności funkcjonalnej za pomocą fMRI92,93 i EEG89,90 po manipulacji plastycznością asocjacyjną za pomocą TMS. Metody te można również dostosować do różnych obszarów kory, w których celem nie jest M1.

8. Przetwarzanie i analiza danych

  1. Przeprowadź wizualną inspekcję danych EMG w trybie offline i odrzuć wszystkie ślady wykazujące aktywność mięśniową, w których wartość średnia kwadratowa (RMS) aktywności EMG w mięśniach przekroczyła poziom tła 10 μV w ciągu 100 ms bezpośrednio przed impulsem TMS, aby upewnić się, że mięśnie znajdowały się w spoczynku59,113.
  2. Analogicznie, odrzuć wszystkie próby z aktywnością EMG, która pokrywa się z impulsem TMS w okresie przygotowania do ruchu (np. okno 800 ms47,49) w próbach w kontekście zadania TMS dwumiejscowego, aby wykluczyć odpowiedzi antycypacyjne.
  3. Dla każdej próby MEP zmierz amplitudę szczyt-szczyt między wartością minimalną a maksymalną w mV w oknie czasowym od 50 ms przed do 100 ms po TS105.
  4. Oblicz średnią amplitud MEP w miliwoltach z prób TS samodzielnego oraz prób z podwójnym impulsem (CS-TS) dla każdego uczestnika. Oblicz średnią dla wszystkich uczestników. Przedstaw te wartości.
  5. Następnie znormalizuj średnią amplitudę MEP z prób stymulacji podwójnej (CS-TS) względem nieukierunkowanych prób pojedynczego impulsu (TS samodzielnego) dla każdego uczestnika i warunku. Wyraź amplitudy MEP jako stosunek do bazowego warunku TS.

Równanie znormalizowanej amplitudy MEP, stosunek oddziaływania amplitudy MEP między metodami CS i TS.

  1. Oblicz średnią dla wszystkich uczestników. Przedstaw uzyskane wartości.

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

Wyniki

Rycina 5 przedstawia amplitudę przykładowej odpowiedzi MEP wywołanej w mięśniu FDI za pomocą TMS dla bodźca testowego bez warunkowania (sam TS do M1, ślad niebieski) lub bodźców warunkowanych z PPC (CS-TS, ślad czerwony), gdy uczestnik spoczywał (panel górny) lub planował celowe działanie chwytania obiektu (panel dolny). W stanie spoczynku PPC wywiera hamujący wpływ na ipsilateralne M1, co obrazuje spadek amplitud MEP potęgowany przez podprogowy CS podany nad PPC 5 ms przed nadprogowym TS na...

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

Dyskusja

Opisana tutaj metoda TMS z dwoma miejscami może być zastosowana do badania funkcjonalnych interakcji między różnymi obszarami kory mózgowej połączonymi z pierwszorzędową korą ruchową, gdy uczestnik jest w spoczynku lub planuje działanie ukierunkowane na cel. Podczas gdy obrazowanie mózgu jest korelacyjne, podstawowa wiedza z metod TMS z dwoma miejscami może ujawnić związki przyczynowo-skutkowe między mózgiem a zachowaniem związane ze zmianami w obwodach korowo-korowych. Ponadto, sparowana stymulacja asocjacyjna kory mózg...

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

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez University of Michigan: MCubed Scholars Program i School of Kinesiology.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Cewka Alpha B.I. D50 (powlekana)Cewka Magstim50mm
Oprogramowanie BrainSight 2.0 OprogramowanieRogue ResearchOprogramowanie do neuronawigacji
Bezramkowy system stereotaktycznyRogue ResearchSprzęt do neuronawigacji
D702 CewkaMagstim70mm
Discovery MR750Ogólne Elektrycznamaszyna do rezonansu magnetycznego 3.0T
Jednorazowe zatyczki do uszu3MPiankowe zatyczki do uszu
Elektrody EKG 30mm x 24mmCoviden-KendallH124SGElektrody jednorazowe
Czterokanałowy izolowany wzmacniaczIntronix Technologies Corporation2024FWzmacniacz EMG
gGAMMAcapg.tec InżynieriaNasadka
Micro1401-3Cambridge Electronic DesignNaukowy rejestrator i maszyna do przetwarzania danych
Nuprep Skin Prep GelWeaver and CompanyŻel ścierny do przygotowania skóry
Signal v.7Cambridge Electronic DesignOprogramowanie do akwizycji i analizy danych
Magstim BiStim2MagstimPrzezczaszkowy stymulator magnetyczny (dwie jednostki 2002)
medyczna na głowę EEG

Bibliografia

  1. Ni, Z., Chen, R. Transcranial magnetic stimulation to understand pathophysiology and as potential treatment for neurodegenerative diseases. Translational Neurodegeneration. 4 (1), 1-12 (2015).
  2. Koch, G., Martorana, A., Caltagirone, C. Transcranial magnetic stimulation_ Emerging biomarkers and novel therapeutics in Alzheimer's disease. Neuroscience Letters. 134355, (2019).
  3. Hallett, M., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to assessment of brain connectivity and networks. Clinical Neurophysiology. 128 (11), 2125-2139 (2017).
  4. Hummel, F. C., Cohen, L. G. Non-invasive brain stimulation: a new strategy to improve neurorehabilitation after stroke. The Lancet Neurology. 5 (8), 708-712 (2006).
  5. Caligiore, D., et al. Parkinson's disease as a system-level disorder. Nature Publishing Group. 2 (1), 1-9 (2016).
  6. Grefkes, C., Fink, G. R. Reorganization of cerebral networks after stroke: new insights from neuroimaging with connectivity approaches. Brain. 134 (5), 1264-1276 (2011).
  7. Calhoun, V. D., Miller, R., Pearlson, G., Adalı, T. The Chronnectome: Time-Varying Connectivity Networks as the Next Frontier in fMRI Data Discovery. Neuron. 84 (2), 262-274 (2014).
  8. Fox, M. D., et al. Resting-state networks link invasive and noninvasive brain stimulation across diverse psychiatric and neurological diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (41), 4367-4375 (2014).
  9. Fox, M. D., Halko, M. A., Eldaief, M. C., Pascual-Leone, A. Measuring and manipulating brain connectivity with resting state functional connectivity magnetic resonance imaging (fcMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS). NeuroImage. 62 (4), 2232-2243 (2012).
  10. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Current Opinion in Neurobiology. 10 (2), 232-237 (2000).
  11. Pascual-Leone, A., Bartres-Faz, D., Keenan, J. P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of "virtual lesions". Philosophical transactions of the Royal Society of London Series B, Biological Sciences. 354 (1387), 1229-1238 (1999).
  12. Bolognini, N., Ro, T. Transcranial magnetic stimulation: disrupting neural activity to alter and assess brain function. The Journal of Neuroscience. 30 (29), 9647-9650 (2010).
  13. Rothwell, J. C. Using transcranial magnetic stimulation methods to probe connectivity between motor areas of the brain. Human Movement Science. 30 (5), 906-915 (2010).
  14. Lafleur, L. P., Tremblay, S., Whittingstall, K., Lepage, J. F. Assessment of Effective Connectivity and Plasticity With Dual-Coil Transcranial Magnetic Stimulation. Brain Stimulation. 9 (3), 347-355 (2016).
  15. Chouinard, P. A., Paus, T. What have We Learned from "Perturbing" the Human Cortical Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation. Frontiers in Human Neuroscience. 4, 173(2010).
  16. Chen, R. Studies of human motor physiology with transcranial magnetic stimulation. Muscle & Nerve. 23 (S9), 26-32 (2000).
  17. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).
  18. Chen, R., Udupa, K. Measurement and modulation of plasticity of the motor system in humans using transcranial magnetic stimulation. Motor Control. 13 (4), 442-453 (2009).
  19. Walsh, V., Rushworth, M. A primer of magnetic stimulation as a tool for neuropsychology. Neuropsychologia. 37 (2), 125-135 (1999).
  20. Bestmann, S., et al. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Experimental Brain Research. 191 (4), 383-402 (2008).
  21. Siebner, H. R., Hartwigsen, G., Kassuba, T., Rothwell, J. C. How does transcranial magnetic stimulation modify neuronal activity in the brain? Implications for studies of cognition. Cortex. 45 (9), 1035-1042 (2009).
  22. Dayan, E., Censor, N., Buch, E. R., Sandrini, M., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation: from physiology to network dynamics and back. Nature Publishing Group. 16 (7), 838-844 (2013).
  23. Sack, A. T. Transcranial magnetic stimulation, causal structure-function mapping and networks of functional relevance. Current Opinion in Neurobiology. 16 (5), 593-599 (2006).
  24. Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).
  25. Vesia, M., Davare, M. Decoding Action Intentions in Parietofrontal Circuits. Journal of Neuroscience. 31 (46), 16491-16493 (2011).
  26. Cantarero, G., Celnik, P. Applications of TMS to Study Brain Connectivity. Brain Stimulation: Methodologies and Interventions. , 191-211 (2015).
  27. Ni, Z., et al. Two Phases of Interhemispheric Inhibition between Motor Related Cortical Areas and the Primary Motor Cortex in Human. Cerebral Cortex. 19 (7), 1654-1665 (2009).
  28. Ferbert, A., et al. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. The Journal of Physiology. 453, 525-546 (1992).
  29. Bäumer, T., et al. Inhibitory and facilitatory connectivity from ventral premotor to primary motor cortex in healthy humans at rest - A bifocal TMS study. Clinical Neurophysiology. 120 (9), 1724-1731 (2009).
  30. Koch, G., et al. Asymmetry of Parietal Interhemispheric Connections in Humans. Journal of Neuroscience. 31 (24), 8967-8975 (2011).
  31. Koch, G., et al. Focal stimulation of the posterior parietal cortex increases the excitability of the ipsilateral motor cortex. The Journal of Neuroscience. 27 (25), 6815-6822 (2007).
  32. Koch, G., et al. Interactions between pairs of transcranial magnetic stimuli over the human left dorsal premotor cortex differ from those seen in primary motor cortex. The Journal of Physiology. 578 (2), 551-562 (2007).
  33. Koch, G., et al. TMS activation of interhemispheric pathways between the posterior parietal cortex and the contralateral motor cortex. The Journal of Physiology. 587, Pt 17 4281-4292 (2009).
  34. Ziluk, A., Premji, A., Nelson, A. J. Functional connectivity from area 5 to primary motor cortex via paired-pulse transcranial magnetic stimulation. Neuroscience Letters. 484 (1), 81-85 (2010).
  35. Karabanov, A. N., Chao, C. C., Paine, R., Hallett, M. Mapping different intra-hemispheric parietal-motor networks using twin coil TMS. Brain Stimulation. 6 (3), 384-389 (2012).
  36. Mochizuki, H., Huang, Y. Z., Rothwell, J. C. Interhemispheric interaction between human dorsal premotor and contralateral primary motor cortex. The Journal of Physiology. 561, Pt 1 331-338 (2004).
  37. Civardi, C., Cantello, R., Asselman, P., Rothwell, J. C. Transcranial Magnetic Stimulation Can Be Used to Test Connections to Primary Motor Areas from Frontal and Medial Cortex in Humans. NeuroImage. 14 (6), 1444-1453 (2001).
  38. Groppa, S., et al. The human dorsal premotor cortex facilitates the excitability of ipsilateral primary motor cortex via a short latency cortico-cortical route. Human Brain Mapping. 33 (2), 419-430 (2011).
  39. Shirota, Y., et al. Increased primary motor cortical excitability by a single-pulse transcranial magnetic stimulation over the supplementary motor area. Experimental Brain Research. 219 (3), 339-349 (2012).
  40. Cattaneo, L., Barchiesi, G. Transcranial Magnetic Mapping of the Short-Latency Modulations of Corticospinal Activity from the Ipsilateral Hemisphere during Rest. Frontiers in Neural Circuits. 5, 14(2011).
  41. Brown, M. J. N., et al. Somatosensory-motor cortex interactions measured using dual-site transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 12 (5), 1229-1243 (2019).
  42. Brown, M. J. N., Goldenkoff, E. R., Chen, R., Gunraj, C., Vesia, M. Using Dual-Site Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Connectivity between the Dorsolateral Prefrontal Cortex and Ipsilateral Primary Motor Cortex in Humans. Brain Sciences. 9 (8), 177(2019).
  43. Vesia, M., et al. Functional interaction between human dorsal premotor cortex and the ipsilateral primary motor cortex for grasp plans. Neuroreport. 29, 1355-1359 (2018).
  44. Vesia, M., et al. Human dorsomedial parieto-motor circuit specifies grasp during the planning of goal-directed hand actions. Cortex. 92, 175-186 (2017).
  45. Vesia, M., Bolton, D. A., Mochizuki, G., Staines, W. R. Human parietal and primary motor cortical interactions are selectively modulated during the transport and grip formation of goal-directed hand actions. Neuropsychologia. 51 (3), 410-417 (2013).
  46. Davare, M., Kraskov, A., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Interactions between areas of the cortical grasping network. Current Opinion in Neurobiology. 21 (4), 565-570 (2011).
  47. Davare, M., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Causal connectivity between the human anterior intraparietal area and premotor cortex during grasp. Current Biology. 20 (2), 176-181 (2010).
  48. Davare, M., Lemon, R., Olivier, E. Selective modulation of interactions between ventral premotor cortex and primary motor cortex during precision grasping in humans. The Journal of Physiology. 586, Pt 11 2735-2742 (2008).
  49. Davare, M., Montague, K., Olivier, E., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Ventral premotor to primary motor cortical interactions during object-driven grasp in humans. Cortex. 45 (9), 1050-1057 (2009).
  50. Schintu, S., et al. Paired-Pulse Parietal-Motor Stimulation Differentially Modulates Corticospinal Excitability across Hemispheres When Combined with Prism Adaptation. Neural Plasticity. 2016 (4-6), 1-9 (2016).
  51. Isayama, R., et al. Rubber hand illusion modulates the influences of somatosensory and parietal inputs to the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 121 (2), 563-573 (2019).
  52. Karabanov, A., et al. Timing-dependent modulation of the posterior parietal cortex-primary motor cortex pathway by sensorimotor training. Journal of Neurophysiology. 107 (11), 3190-3199 (2012).
  53. Picazio, S., et al. Prefrontal Control over Motor Cortex Cycles at Beta Frequency during Movement Inhibition. Current Biology. 24 (24), 2940-2945 (2014).
  54. Mackenzie, T. N., et al. Human area 5 modulates corticospinal output during movement preparation. Neuroreport. 27 (14), 1056-1060 (2016).
  55. Groppa, S., et al. A novel dual-site transcranial magnetic stimulation paradigm to probe fast facilitatory inputs from ipsilateral dorsal premotor cortex to primary motor cortex. NeuroImage. 62 (1), 500-509 (2012).
  56. O'Shea, J., Sebastian, C., Boorman, E. D., Johansen-Berg, H., Rushworth, M. F. S. Functional specificity of human premotor-motor cortical interactions during action selection. The European Journal of Neuroscience. 26 (7), 2085-2095 (2007).
  57. Mars, R. B., et al. Short-latency influence of medial frontal cortex on primary motor cortex during action selection under conflict. The Journal of Neuroscience. 29 (21), 6926-6931 (2009).
  58. Hasan, A., et al. Muscle and timing-specific functional connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and the primary motor cortex. Journal of Cognitive Neuroscience. 25 (4), 558-570 (2013).
  59. Fujiyama, H., et al. Age-Related Changes in Frontal Network Structural and Functional Connectivity in Relation to Bimanual Movement Control. The Journal of Neuroscience. 36 (6), 1808-1822 (2016).
  60. Koch, G., et al. Functional Interplay between Posterior Parietal and Ipsilateral Motor Cortex Revealed by Twin-Coil Transcranial Magnetic Stimulation during Reach Planning toward Contralateral Space. The Journal of Neuroscience. 28 (23), 5944-5953 (2008).
  61. Koch, G., et al. In vivo definition of parieto-motor connections involved in planning of grasping movements. NeuroImage. 51 (1), 300-312 (2010).
  62. Koch, G., et al. Resonance of cortico-cortical connections of the motor system with the observation of goal directed grasping movements. Neuropsychologia. 48 (12), 3513-3520 (2010).
  63. Koch, G., et al. Time course of functional connectivity between dorsal premotor and contralateral motor cortex during movement selection. The Journal of Neuroscience. 26 (28), 7452-7459 (2006).
  64. Koch, G., Rothwell, J. C. TMS investigations into the task-dependent functional interplay between human posterior parietal and motor cortex. Behavioural Brain Research. 202 (2), 147-152 (2009).
  65. Lago, A., et al. Ventral premotor to primary motor cortical interactions during noxious and naturalistic action observation. Neuropsychologia. 48 (6), 1802-1806 (2010).
  66. Picazio, S., Ponzo, V., Koch, G. Cerebellar Control on Prefrontal-Motor Connectivity During Movement Inhibition. The Cerebellum. 15 (6), 680-687 (2015).
  67. Byblow, W. D., et al. Functional Connectivity Between Secondary and Primary Motor Areas Underlying Hand-Foot Coordination. Journal of Neurophysiology. 98 (1), 414-422 (2007).
  68. Rizzo, V., et al. Associative cortico-cortical plasticity may affect ipsilateral finger opposition movements. Behavioural Brain Research. 216 (1), 433-439 (2011).
  69. Rizzo, V., et al. Paired Associative Stimulation of Left and Right Human Motor Cortex Shapes Interhemispheric Motor Inhibition based on a Hebbian Mechanism. Cerebral Cortex. 19 (4), 907-915 (2009).
  70. Koganemaru, S., et al. Human motor associative plasticity induced by paired bihemispheric stimulation. The Journal of Physiology. 587 (19), 4629-4644 (2009).
  71. Arai, N., et al. State-dependent and timing-dependent bidirectional associative plasticity in the human SMA-M1 network. Journal of Neuroscience. 31 (43), 15376-15383 (2011).
  72. Fiori, F., Chiappini, E., Avenanti, A. Enhanced action performance following TMS manipulation of associative plasticity in ventral premotor-motor pathway. NeuroImage. 183, 847-858 (2018).
  73. Chiappini, E., Silvanto, J., Hibbard, P. B., Avenanti, A., Romei, V. Strengthening functionally specific neural pathways with transcranial brain stimulation. Current Biology. 28 (13), 735-736 (2018).
  74. Romei, V., Chiappini, E., Hibbard, P. B., Avenanti, A. Empowering Reentrant Projections from V5 to V1 Boosts Sensitivity to Motion. Current Biology. 26 (16), 2155-2160 (2016).
  75. Zittel, S., et al. Effects of dopaminergic treatment on functional cortico-cortical connectivity in Parkinson's disease. Experimental Brain Research. 233 (1), 329-337 (2014).
  76. Nelson, A. J., Hoque, T., Gunraj, C., Ni, Z., Chen, R. Impaired interhemispheric inhibition in writer's cramp. Neurology. 75 (5), 441-447 (2010).
  77. Murase, N., Duque, J., Mazzocchio, R., Cohen, L. G. Influence of interhemispheric interactions on motor function in chronic stroke. Annals of Neurology. 55 (3), 400-409 (2004).
  78. Bonnì, S., et al. Altered Parietal-Motor Connections in Alzheimer's Disease Patients. Journal of Alzheimer's Disease. 33 (2), 525-533 (2012).
  79. Koch, G., et al. Altered dorsal premotor-motor interhemispheric pathway activity in focal arm dystonia. Movement Disorders. 23 (5), 660-668 (2008).
  80. Koch, G., et al. Hyperexcitability of parietal-motor functional connections in the intact left-hemisphere of patients with neglect. Brain. 131, Pt 12 3147-3155 (2008).
  81. Di Lorenzo, F., et al. Long-term potentiation-like cortical plasticity is disrupted in Alzheimer's disease patients independently from age of onset. Annals of Neurology. 80 (2), 202-210 (2016).
  82. Ponzo, V., et al. Altered inhibitory interaction among inferior frontal and motor cortex in l-dopa-induced dyskinesias. Movement Disorders. 31 (5), 755-759 (2016).
  83. Koch, G., et al. Effect of Cerebellar Stimulation on Gait and Balance Recovery in Patients With Hemiparetic Stroke. JAMA Neurology. 76 (2), 170-178 (2018).
  84. Palomar, F. J., et al. Parieto-motor functional connectivity is impaired in Parkinson's disease. Brain Stimulation. 6 (2), 147-154 (2013).
  85. Udupa, K., et al. Cortical Plasticity Induction by Pairing Subthalamic Nucleus Deep-Brain Stimulation and Primary Motor Cortical Transcranial Magnetic Stimulation in Parkinson's Disease. The Journal of Neuroscience. 36 (2), 396-404 (2016).
  86. Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. Magnetic stimulation over the cerebellum in humans. Annals of Neurology. 37 (6), 703-713 (1995).
  87. Pinto, A. D., Chen, R. Suppression of the motor cortex by magnetic stimulation of the cerebellum. Experimental Brain Research. 140 (4), 505-510 (2001).
  88. Kohl, S., et al. Cortical Paired Associative Stimulation Influences Response Inhibition Cortico-cortical and Cortico-subcortical Networks. Biological Psychiatry. 85 (4), 355-363 (2019).
  89. Casula, E. P., Pellicciari, M. C., Picazio, S., Caltagirone, C., Koch, G. Spike-timing-dependent plasticity in the human dorso-lateral prefrontal cortex. NeuroImage. 143, 204-213 (2016).
  90. Veniero, D., Ponzo, V., Koch, G. Paired Associative Stimulation Enforces the Communication between Interconnected Areas. Journal of Neuroscience. 33 (34), 13773-13783 (2013).
  91. Tremblay, S., et al. Clinical utility and prospective of TMS-EEG. Clinical Neurophysiology. 130 (5), 802-844 (2019).
  92. Johnen, V. M., Neubert, F. X., Buch, E. R., Verhagen, L. Causal manipulation of functional connectivity in a specific neural pathway during behaviour and at rest. eLife. 4, 04585(2015).
  93. Santarnecchi, E., et al. Modulation of network-to-network connectivity via spike-timing-dependent noninvasive brain stimulation. Human Brain Mapping. 39 (12), 4870-4883 (2018).
  94. Bergmann, T. O., Karabanov, A., Hartwigsen, G., Thielscher, A., Siebner, H. R. Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: Current approaches and future perspectives. NeuroImage. 140, 4-19 (2016).
  95. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: An update. Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686(2011).
  96. Keel, J. C., Smith, M. J., Wassermann, E. M. A safety screening questionnaire for transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 112 (4), 720(2001).
  97. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 91 (2), 79-92 (1994).
  98. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  99. Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, June 5-7, 1996. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 108 (1), 1-16 (1998).
  100. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  101. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
  102. Villamar, M. F., et al. Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), e50309(2013).
  103. Sack, A. T., et al. Optimizing functional accuracy of TMS in cognitive studies: a comparison of methods. Journal of Cognitive Neuroscience. 21 (2), 207-221 (2009).
  104. Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain. 120, Pt 1 141-157 (1997).
  105. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: Report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123 (5), 858-882 (2012).
  106. Cattaneo, L., et al. A cortico-cortical mechanism mediating object-driven grasp in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (3), 898-903 (2005).
  107. Hebb, D. O. The organization of behavior: A neurophysiological approach. , (1949).
  108. Caporale, N., Dan, Y. Spike Timing-Dependent Plasticity: A Hebbian Learning Rule. Annual Review of Neuroscience. 31 (1), 25-46 (2008).
  109. Markram, H., Lübke, J., Frotscher, M., Sakmann, B. Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs. Science. 275 (5297), 213-215 (1997).
  110. Jackson, A., Mavoori, J., Fetz, E. E. Long-term motor cortex plasticity induced by an electronic neural implant. Nature. 444 (7115), 56-60 (2006).
  111. Koch, G., Ponzo, V., Di Lorenzo, F., Caltagirone, C., Veniero, D. Hebbian and Anti-Hebbian Spike-Timing-Dependent Plasticity of Human Cortico-Cortical Connections. Journal of Neuroscience. 33 (23), 9725-9733 (2013).
  112. Romei, V., Thut, G., Silvanto, J. Information-Based Approaches of Noninvasive Transcranial Brain Stimulation. Trends in Neurosciences. 39 (11), 782-795 (2016).
  113. Carson, R. G., et al. Excitability changes in human forearm corticospinal projections and spinal reflex pathways during rhythmic voluntary movement of the opposite limb. The Journal of Physiology. 560, Pt 3 929-940 (2004).

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

Przedruki i uprawnienia

Tagi

TMS dwumiejscowykorowa stymulacja parzysto-asocjacyjnapotencjał wywołany ruchowyspoczynkowy próg motorycznysystem neuronawigacyjnytylna kora ciemieniowapierwotna kora ruchowałączność funkcjonalnamodulacja obwodów mózgowych
Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.