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

Elana  R. Goldenkoff; Amir Mashni; Katherine  J. Michon; Hannah Lavis; Michael Vesia

doi:10.3791/60706

Method Article

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

DOI:

10.3791/60706

⸱

February 23rd, 2020

Elana R. Goldenkoff¹ , Amir Mashni¹ , Katherine J. Michon¹ , Hannah Lavis¹ , Michael Vesia¹

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

Summary

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

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.

Abstract

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

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.

Introduction

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

Nieinwazyjna stymulacja mózgu jest obiecującym narzędziem oceny i leczenia wielu zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera i udar mózgu^1,²^,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 neu....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Następujące trzy metody TMS są opisane poniżej. Po pierwsze, opisano dwie metody pomiaru łączności korowo-korowej za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w dwóch miejscach (dsTMS), podczas gdy uczestnicy są albo 1) w spoczynku (stan spoczynku), albo 2) wykonują skierowany do obiektu ruch sięgania do chwytania (zależny od zadania). Po drugie, opisano metodę stymulacji asocjacyjnej w parach korowych (cPAS) w celu modulowania interakcji między dwoma obszarami mózgu w kontrolowany sposób poprzez parowanie bodźców korowych (np. Tylnej kory ciemieniowej i pierwotnej kory ruchowej) w celu wzmocnienia funkcjonalnych specyficznych ścieżek nerwowych za pomocą TMS i wy....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Rysunek 5 pokazuje wielkość przykładowej odpowiedzi MEP wywołanej w mięśniu FDI przez TMS dla bezwarunkowych bodźców testowych (sam TS do M1, niebieski ślad) lub warunkowych bodźców z PPC (CS-TS, czerwony ślad), podczas gdy uczestnik był w spoczynku (górny panel) lub planował celowe chwytanie obiektu (dolny panel). W stanie spoczynku PPC wywiera hamujący wpływ na ipsilateralny M1, o czym świadczy spadek amplitudy MEP wzmocniony przez podprogowy CS dostarczony przez PPC 5 ms przed ponadprogow.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

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.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

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

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Cewka Alpha B.I. D50 (powlekana)	Cewka Magstim		50mm
Oprogramowanie BrainSight 2.0 Oprogramowanie	Rogue Research		Oprogramowanie do neuronawigacji
Bezramkowy system stereotaktyczny	Rogue Research		Sprzęt do neuronawigacji
D70² Cewka	Magstim		70mm
Discovery MR750	Ogólne Elektryczna		maszyna do rezonansu magnetycznego 3.0T
Jednorazowe zatyczki do uszu	3M		Piankowe zatyczki do uszu
Elektrody EKG 30mm x 24mm	Coviden-Kendall	H124SG	Elektrody jednorazowe
Czterokanałowy izolowany wzmacniacz	Intronix Technologies Corporation	2024F	Wzmacniacz EMG
gGAMMAcap	g.tec Inżynieria		Nasadka
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Naukowy rejestrator i maszyna do przetwarzania danych
Nuprep Skin Prep Gel	Weaver and Company		Żel ścierny do przygotowania skóry
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		Oprogramowanie do akwizycji i analizy danych
Magstim BiStim²	Magstim		Przezczaszkowy stymulator magnetyczny (dwie jednostki 200²)

medyczna na głowę EEG

References

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

Ni, Z., Chen, R. Transcranial magnetic stimulation to understand pathophysiology and as potential treatment for neurodegenerative diseases. Translational Neurodegeneration. 4 (1), 1-12 (2015).
Koch, G., Martorana, A., Caltagirone, C.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

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

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles