Name: Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Poznaj protokoły TMS do badania hamowania wewnątrzkorowego w pierwotnej korze ruchowej podczas zadań motorycznych przy różnym skupieniu uwagi. Metody subTMS i SICI pozwalają zrozumieć neuronalne mechanizmy wpływu uwagi na wydajność ruchową.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

Ten protokół został zatwierdzony przez lokalną komisję etyczną, a eksperymenty są zgodne z Deklaracją Helsińską (1964).
1. Etyczna aprobata i instrukcja przedmiotowa
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem pomiaru należy poinstruować wszystkich uczestników o potencjalnych czynnikach ryzyka i celu badania. Nie podawaj informacji o ogniskach uwagi, ponieważ może to mieć wpływ na wyniki. Upewnij się, że przestrzegane są wytyczne dotyczące bezpieczeństwa stosowania TMS w warunkach badawczych 30. 
	UWAGA: Podczas stosowania TMS istnieją pewne medyczne czynniki ryzyka, w tym wszczepione elektrody czaszkowe i implanty ślimakowe, osobista historia omdleń lub napadów padaczkowych, padaczka, uszkodzenie mózgu, interakcje leki/leki, niedawne odstawienie leku, ciąża lub choroba. TMS nie powinien być stosowany u dzieci.</li>
	<li>W badaniu uwzględnij zdrowych uczestników (n = 14) w wieku od 18 do 35 lat. Wyklucz osoby z jakimikolwiek chorobami ortopedycznymi i/lub neurologicznymi/psychicznymi. Upewnij się, że wszyscy uczestnicy są praworęczni.</li>
</ol>
2. Eksperymentalny projekt i konfiguracja
<ol>
	<li>Podziel grupę na dwie części. Najpierw poinstruuj połowę grupy o instrukcjach IF, a następnie o instrukcjach EF w drugiej sesji doświadczalnej (instrukcje ustne znajdują się w sekcji 4.2.2). Poinstruuj drugą połowę w przeciwnej kolejności. 
	UWAGA: Eksperyment składa się w sumie z czterech sesji laboratoryjnych (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1), które muszą być oddalone od siebie o minimum 72 godziny. Pierwsze dwie sesje polegają na pomiarze maksymalnej siły (Fmax) i TTF submaksymalnego trwałego odwodzenia palca wskazującego (patrz krok 4). Trzecia i czwarta sesja polegają na pomiarze aktywności obwodów hamujących w obrębie M1 podczas zadania za pomocą subTMS i ppTMS (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
</ol>
3. Przygotowanie do przedmiotu
<ol>
	<li>Posadź uczestnika na regulowanym i wygodnym krześle przez cały czas trwania eksperymentu. Umieść monitor 1 m przed uczestnikiem.</li>
	<li>Ułóż lewą rękę w wygodnej i zrelaksowanej pozycji pod stołem, opierając się na lewej nodze. W razie potrzeby wyreguluj pozycję ramienia za pomocą poduszki. Umieść prawą rękę badanego w specjalnie skonstruowanej szynie w pozycji pronującej (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2). 
	UWAGA: W tym przypadku szyna jest wykonana z tworzywa termoplastycznego i pasuje do wszystkich uczestników (szczegóły zobacz16). Ponadto szyna została zaprojektowana w celu ograniczenia stopni swobody stawu nadgarstkowego (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2B). Jedynymi dozwolonymi ruchami było odwodzenie i przywodzenie stawu śródręczno-paliczkowego palca wskazującego prawej ręki.</li>
	<li>Dopasuj przegub palcowy do osi obrotu urządzenia wykonanego na zamówienie. Po znalezieniu optymalnej pozycji nagraj ręcznie i zrób zdjęcie przednio-tylnej i przyśrodkowej pozycji bocznej szyny, aby użyć porównywalnych pozycji w sesjach 2, 3 i 4.</li>
</ol>
4. Sesje 1 i 2: Testy behawioralne
<ol>
	<li>Maksymalne skurcze izometryczne (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1A).
	<ol>
		<li>Wyrównaj osie obrotu goniometru i stawu śródręczno-paliczkowego i odpowiednio zamocuj goniometr za pomocą (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2). Umieść przetwornik siły w sposób, który pozwala na maksymalne dobrowolne skurcze (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2B).</li>
		<li>Podłącz EMG (mięsień FDI), przetwornik siły i goniometru do odpowiedniego amplifier i/lub przetwornik analogowo-cyfrowy (A-D).</li>
		<li>Poproś uczestnika, aby wykonał 3 maksymalne izometryczne odwodzenia palca wskazującego, z 30-sekundową przerwą między każdym skurczem, i określił Fmax. 
		UWAGA: Fmax jest określany jako najwyższy pik w sygnale siły uzyskanym z przetwornika siły. Wyjaśnij uczestnikowi, że maksymalne skurcze polegają na stopniowym zwiększaniu siły od 0 N do indywidualnego maksimum. Co ważne, poinstruuj uczestników, aby wykonali skurcz izometryczny względem stacjonarnego przetwornika siły. Uczestnicy powinni odwodzić palec wskazujący w stawie śródręczno-paliczkowym i naciskać tak mocno, jak to możliwe, na przetwornik siły. Na skurcz należy podać 3-sekundowy przedział czasowy, a uczestnicy powinni zostać poinstruowani, aby utrzymać maksymalną siłę przez 2 s16,25,26. Pomiędzy każdym skurczem daj uczestnikom 30-sekundową przerwę.</li>
		<li>Niech badany dociśnie dźwignię do przetwornika siły, nie udzielając żadnych instrukcji dotyczących skupienia uwagi. 
		UWAGA: To samo zadanie zostanie wykonane na początku sesji 2, aby upewnić się, że Fmax i pozycja w szynie nie zmieniły się między sesjami.</li>
		<li>Po maksymalnych skurczach należy zdjąć przetwornik siły, umożliwiając swobodny ruch palca wskazującego w płaszczyźnie poprzecznej (odwiedzenie/przywodzenie).</li>
		<li>Oblicz Fmax na podstawie maksymalnych odciągów izometrycznych (krok 4.1.3), korzystając z surowych danych na komputerze. Określ 30% (Fmax * 0,3; sesje 1 i 2) i 10% (Fmax * 0,1; sesje 3 i 4) Fmax. 
		UWAGA: Rozważ Fmax jako najwyższy szczyt znaleziony w sygnale siły uzyskanym z przetwornika siły. W kolejnych sesjach różne intensywności skurczu (30% i 10%) zostaną obliczone na podstawie Fmax uzyskanego na tym etapie eksperymentu.</li>
		<li>Napełnij butelkę wodą do ilości odpowiadającej 30% Fmax uzyskanej w kroku 4.1.6. Przymocuj ciężar Fmax do liny urządzenia (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2A). 
		UWAGA: Objętościowa gęstość masowa wody wynosi 1 kg/l. Tak więc, jeśli 30% Fmax jednego uczestnika odpowiada 0,4 kg, dostosuj wagę butelki do odpowiednika 0,4 kg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Utrzymujące się skurcze aż do TTF (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1A).
	<ol>
		<li>Poinstruuj uczestników o zadaniu. 
		UWAGA: Uczestnicy muszą utrzymać palec w pozycji docelowej, przeciwdziałając ciężarowi (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2), wykonując odwodzenie palca wskazującego. Zadanie musi być wykonywane do momentu niepowodzenia zadania. Niepowodzenie zadania określa się jako odchylenie większe niż 10 stopni od pozycji docelowej. Odchylenie jest mierzone przez goniometr i wyświetlane na monitorze (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2B).</li>
		<li>Losowo określ kolejność sesji (patrz krok 2.1; Warunek EF lub IF). Ustnie poinstruuj uczestników na temat odpowiedniego stanu (IF lub EF).
		<ol>
			<li>W przypadku warunku EF poinstruuj w następujący sposób: "Skoncentruj się na położeniu goniometru. Utrzymaj tę pozycję tak długo, jak to możliwe. Gdy zmienia się położenie goniometru, zmienia się grubość czerwonej linii na ekranie. Popraw położenie goniometru, aż czerwona linia znów stanie się cienka." Poinstruuj uczestnika, aby "kontrolował i koncentrował się na pozycji goniometru" co 30 sekund.</li>
			<li>W przypadku warunku IF poinstruuj w następujący sposób: "Skoncentruj się na pozycji palca. Utrzymaj tę pozycję tak długo, jak to możliwe. Gdy zmienia się położenie palca, zmienia się grubość czerwonej linii na ekranie. Popraw pozycję palca, aż czerwona linia znów stanie się cienka". Poinstruuj uczestnika, aby "napinał się i koncentrował na mięśniach palców" co 30 sekund.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Poproś uczestników, aby przytrzymali palec w pozycji docelowej, przeciwdziałając ciężarowi (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2), wykonując odwodzenie palca wskazującego. Niech będą wykonywać zadanie aż do niepowodzenia zadania.</li>
		<li>Naciśnij przycisk "nagrywaj" w oprogramowaniu do nagrywania, aby rozpocząć nagrywanie sygnału goniometru i poczekaj, aż zadanie się nie powiedzie. Po osiągnięciu niepowodzenia zadania naciśnij przycisk "zatrzymaj nagrywanie" w oprogramowaniu do nagrywania, aby zatrzymać nagrywanie i zapisać sygnał goniometru na komputerze. Usuń rękę uczestnika z szyny ortopedycznej; Pierwsza sesja dobiegła końca.</li>
		<li>Przestrzegając minimalnego okresu między sesjami (72 godziny), powtórz kroki 4.2.1–4.2.4. Ponadto należy pozostawić co najmniej 72-godzinną przerwę między sesjami 2 i 3 oraz sesjami 3 i 4.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Sesje 3 i 4: Stymulacja mózgu
<ol>
	<li>Zapisy elektromiografii powierzchniowej (sEMG).
	<ol>
		<li>W razie potrzeby ogol włosy na skórze nad prawym mięśniem FDI, a następnie lekko zetrzyj skórę za pomocą żelu ścierającego. Zdezynfekuj ścierany obszar roztworem zawierającym 80% etanolu i 1% gliceryny. Pozwól, aby etanol odparował.</li>
		<li>Umieść bipolarne elektrody powierzchniowe Ag/AgCl w montażu ścięgna brzusznego na FDI, zachowując odległość między elektrodami 1 cm. Umieść elektrodę odniesienia na paliczku palca średniego.</li>
		<li>Podłącz EMG (mięsień FDI) i goniometru do wzmacniacza EMG i do konwertera A-D.</li>
		<li>Użyj bipolarnych elektrod powierzchniowych Ag/AgCl do rejestrowania i pomiaru aktywności mięśniowej i reakcji elektrofizjologicznych wywołanych stymulacją mózgu przez mięsień FDI. 
		UWAGA: Do końcowej analizy (tłumienie EMG indukowane przez subTMS i amplituda MEP między szczytami) sygnał EMG (z FDI) należy dostosować w następujący sposób: wzmocnienie x1000, filtrowanie pasmowo-przepustowe Butterwortha 10-1000 Hz i próbkowanie 4 kHz. Przechowuj wszystkie dane EMG na komputerze do analizy w trybie offline.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórz kroki 3.1 i 3.2.</li>
	<li>Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna
	<ol>
		<li>Przymocuj odblaskowe znaczniki na czole uczestnika za pomocą dwustronnej taśmy klejącej. 
		UWAGA: Znaczniki odblaskowe pozwalają na ciągłe dostarczanie TMS do obszaru docelowego powyżej M1 za pomocą systemu neuronawigacji (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2). Zaletą systemu neuronawigacji jest to, że pozycja cewki może być rejestrowana w stosunku do pozycji czaszki w przestrzeni i sprawdzana w dowolnym momencie przez cały czas trwania eksperymentu.</li>
		<li>Użyj 95-milimetrowej figury ogniskowej z ośmioma cewkami przymocowanymi do stymulatora TMS, aby dostarczyć bodźce do przeciwległego obszaru kory ruchowej ręki. 
		UWAGA: Sprawdź, czy stymulator pozwala na paradygmaty stymulacji sparowanymi impulsami (sesja 4). Ponadto indukowany prąd musi być skierowany z tyłu do przodu i musi być dostarczany w trybie odwrotnym. Kształt fali powinien być jednofazowy.</li>
		<li>Znajdź optymalną pozycję (gorący punkt) cewki względem czaszki w celu wywołania motorycznych potencjałów wywołanych (MEP) w mięśniu BIZ, wykonując klasyczną procedurę mapowania.
		<ol>
			<li>Zacznij od umieszczenia cewki około 0,5 cm przed wierzchołkiem i nad linią środkową, z uchwytem cewki skierowanym pod kątem 45° w kierunku przeciwległego czoła. 
			UWAGA: Zapewni to, że indukowany przepływ prądu będzie w przybliżeniu prostopadły do bruzdy środkowej31.</li>
			<li>Aby przyzwyczaić uczestników do bodźców TMS, zacznij od intensywności poniżej 25% maksymalnej mocy stymulatora (MSO). Następnie zacznij zwiększać intensywność stymulacji i przesuwaj cewkę w kierunku środkowo-bocznym i rostro-czołowym, aby odkryć gorący punkt.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Po znalezieniu gorącego punktu zapisz optymalną pozycję za pomocą systemu neuronawigacji. Określ próg aktywnej motoryki (aMT), dostosowując intensywność wyjścia stymulatora. Zdefiniuj aMT jako minimalne natężenie wymagane do wywołania amplitudy międzyszczytowej MEP w EMG FDI większych niż 0,1 mV w trzech z pięciu kolejnych prób21.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sesja 3: Supresja EMG wywołana przez SubTMS (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B).
	<ol>
		<li>Przygotować masę odpowiadającą 10% Fmax, napełniając butelkę wodą (patrz krok 4.1.7). 
		UWAGA: 10% Fmax jest wybierane na podstawie Fmax (najlepsza z 3 prób) przeprowadzonej w kroku 4.1.3. W podprogowym protokole TMS należy wybrać tylko 10% Fmax, ponieważ wcześniej wykazano, że zmęczenie ma wpływ na tłumienie EMG wywołane przez subTMS32,33. Z tego samego powodu sesja subTMS musi być przeprowadzona na osobnej sesji. Objętość zużywanej wody wynosi tutaj od 0,3 l (najmniejsze 30% Fmax) do 1,2 l (największe 30% Fmax).</li>
		<li>Poinstruuj uczestników o zadaniu; zadanie motoryczne polega na trzymaniu palca wskazującego w pozycji docelowej poprzez przeciwdziałanie niewielkiemu ciężarowi 10% (odwodzenie palca wskazującego; to samo zadanie co w sesjach 1 i 2, ale z mniejszym obciążeniem).</li>
		<li>Gdy uczestnicy pozostają zrelaksowani w wygodnej pozycji, znajdź optymalną intensywność do wywołania tłumienia subTMS-EMG, bez udzielania żadnych instrukcji dotyczących skupienia uwagi. W tym celu należy sukcesywnie zmniejszać w krokach co 2% MSO od wcześniej wyznaczonej wartości aMT.</li>
		<li>Podczas gdy nadal siedzą w zrelaksowanej i wygodnej pozycji, poproś uczestników, aby wykonali dwa oddzielne izometryczne odwodzenie palca wskazującego przy 10% Fmax i zarejestrowali sygnał EMG FDI. Podczas tego izometrycznego odwodzenia palca wskazującego nagraj (naciskając przycisk "record" w oprogramowaniu rejestrującym) 20 prób z TMS i 20 prób bez TMS, z randomizowanym interwałem międzybodźcowym (ISI) w zakresie od 0,8 do 1,1 s16,25,26,33,34 w oknie czasowym 100 ms. 
UWAGA: Ten interwał zapewnia, że uczestnicy nie muszą wykonywać zadania motorycznego zbyt długo, a tym samym minimalizują efekty męczące. Po każdej serii sprawdź supresję EMG wywołaną przez subTMS.
		<ol>
			<li>Zastosuj rektyfikację pełnookresową, przekształcając wszystkie amplitudy ujemne na amplitudy dodatnie w sygnałach EMG. Uśrednij sygnały EMG za pomocą znormalizowanego czasowo uśredniania35. 
			UWAGA: Początek supresji subTMS-EMG definiuje się jako moment, w którym różnica między próbami z TMS i bez TMS jest ujemna przez co najmniej 4 ms w oknie czasowym od 20 do 50 ms po TMS:EMG Diff = EMGWithout- EMGWith.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Powtarzaj krok 5.4.3 aż do znalezienia optymalnej intensywności stymulacji, na co wskazuje największe tłumienie EMG. 
		UWAGA: Optymalna intensywność znajduje się przy około 80% aMT16.</li>
		<li>Przekaż uczestnikowi odpowiednie instrukcje (patrz krok 4.2.2) dotyczące stanu (IF lub EF). Powtórz instrukcje przed każdą serią (krok 4.2.2).</li>
		<li>Pozostając w pozycji siedzącej w zrelaksowanej i wygodnej pozycji, poproś uczestników, aby wykonali cztery oddzielne izometryczne odwodzenia palca wskazującego (2 razy z każdym skupieniem: EF i IF) przy 10% Fmax i zapisali sygnał EMG FDI.
		<ol>
			<li>Podczas tego izometrycznego odwodzenia palca wskazującego zapisz (naciskając przycisk "nagrywaj" w oprogramowaniu rejestrującym) 40 prób z TMS i 40 prób bez TMS, z randomizowanymi ISI dla każdego stanu (tj. IF i EF) w przeciwnej kolejności. Stosować tę samą intensywność dla każdego warunku (określoną w pkt 5.4.5).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pomiędzy każdą serią należy pozostawić przerwę trwającą co najmniej 5 minut, aby zminimalizować wszelkie odchylenia, które mogą być wywołane zmęczeniem.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sesja 4: ppTMS (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B). 
	UWAGA: Paradygmat sparowanego impulsu składa się z bodźca kondycjonującego o wartości 0,8 aMT, po którym następuje bodźca kontrolnego suprathreshold o wartości 1,2 aMT.
	<ol>
		<li>Powtórz kroki 5.1-5.4. Krótko mówiąc, umieść elektrody EMG na mięśniu FDI, posadź uczestnika na regulowanym i wygodnym krześle, a lewą rękę ułóż w wygodnej i zrelaksowanej pozycji pod stołem (tj. na lewej nodze). Znajdź hotspot dla TMS przez M1.</li>
		<li>Ustaw intensywność na stymulatorze, ISI na 2,5 ms36, a interwał między sparowanym a jednoimpulsowym TMS na 0,25 Hz.</li>
		<li>Przekaż uczestnikowi odpowiednie instrukcje (zob. krok 4.2.2) dotyczące stanu (tj. IF lub EF). Powtórz instrukcje przed każdą serią.</li>
		<li>Poproś uczestników, aby wykonali cztery oddzielne izometryczne odwodzenia palca wskazującego (2 razy z każdym ogniskiem: EF i IF) przy 10% Fmax i zapisali sygnał EMG FDI. Podczas skurczu izometrycznego zapisz 20 bodźców TMS dla każdego stanu (tj. IF i EF) w przeciwrównoważonej kolejności. 
		UWAGA: Jeden zestaw 20 bodźców musi składać się z 10 warunkowych MEP (sparowany impuls na 0,8-1,2 aMT) i 10 kontrolnych MEP (pojedynczy impuls na 1,2 aMT). Użyj tej samej intensywności dla każdego warunku (określonej w kroku 5.5.2).</li>
		<li>Pomiędzy każdą serią należy pozostawić przerwę trwającą co najmniej 5 minut, aby zminimalizować wszelkie odchylenia, które mogą być wywołane zmęczeniem.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. Przetwarzanie i analiza danych
<ol>
	<li>SubTMS.
	<ol>
		<li>Jak wyjaśniono powyżej (krok 5.1.1.3), sprostować i uśrednić EMG do analizy.</li>
		<li>Wykryj początek tłumienia subTMS-EMG (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 4). 
		UWAGA: Definiuje się go jako moment, w którym różnica między średnią wszystkich prób z TMS i tych bez TMS jest ujemna przez co najmniej 4 ms w oknie czasowym od 20-50 ms po TMS.</li>
		<li>Aby wykryć koniec supresji subTMS-EMG, zdefiniuj moment po rozpoczęciu supresji (krok 6.1.2), kiedy różnica między średnią wszystkich prób z TMS i tych bez TMS jest ponownie dodatnia przez co najmniej 4 ms (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 4a).</li>
		<li>Oblicz EMG wywołane subTMS w następujący sposób: 
		EMG Diff = EMGbez –EMG z.
		<ol>
			<li>Oblicz skumulowaną trapezoidalną całkowanie numeryczną od początku do końca tłumienia, aby określić ilościowo stopień tłumienia EMG wywołanego przez subTMS.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ppTMS.
	<ol>
		<li>Aby wyrazić wielkość SICI jako wartość procentową w odniesieniu do kontrolnego MEP, należy użyć następującego wzoru: 
		100 – (kondycjonowany MEP/kontrolny MEP × 100).
		<ol>
			<li>Wyniki należy wykorzystać jako wartości procentowe do końcowej analizy.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Obliczyć amplitudy MEP między szczytami (w mV; w warunkach EF i IF) i porównać te dwa warunki w analizie końcowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>EMG.
	<ol>
		<li>Ponieważ tło EMG ma wpływ na wielkość MEPs37, określ aktywność EMG, obliczając wartość średniej kwadratowej w oknie 100 ms przed TMS.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół ten pokazuje dwie możliwe metody badania aktywności obwodów hamujących w obrębie M1 za pomocą TMS. Dokładniej, te dwa protokoły zostały wykorzystane w tym badaniu do zbadania wpływu ognisk uwagi na aktywność obwodów hamujących w obrębie M1.
Jednym z ograniczeń przedstawionej metody jest to, że nie zawsze jest możliwe spowodowanie supresji EMG wywołanej przez subTMS bez poprzedzającego go ułatwienia. Na przykład w tym badaniu czterech pacjentów musiało zostać usuniętych z końcowej anal...

Obecnie powszechnie przyjmuje się, że przyjęcie EF w porównaniu do IF lub neutralnego skupienia uwagi sprzyja sprawności motorycznej i nauce w wielu miejscach1. Wykazano na przykład, że przyjęcie EF prowadzi do korzyści w zakresie dokładności2,3, balance4,5,6, force production7,8, skokowa wydajność7,9,10,11, prędkość ruchu12, zużycie tlenu13,14, oraz zadania męczące15,16.
Z drugiej strony, ponieważ aktywacja mózgu jest podstawą wszystkich ruchów, zbadano kilka aspektów neuronalnej kontroli ruchu. Na przykład wykazano, że poziom i zdolność do modulowania hamowania wewnątrzkorowego w obrębie M1 mają silny wpływ na funkcje motoryczne, takie jak koordynacja międzykończynowa17, kontrola postawy18 i zręczność19. Co więcej, populacje o słabszych zdolnościach kontroli motorycznej niż młodzi dorośli, takie jak osoby starsze lub dzieci (urodzone przedwcześnie20), zwykle wykazują mniej wyraźną kontrolę hamującą. Tak więc, chociaż rola procesów hamujących nie jest jeszcze dobrze poznana, procesy hamujące wydają się być jednak ważne dla jakości wykonywania czynności motorycznych w ogóle.
Mozliwosc badania dokorowych obwodów hamowania polega na skorzystaniu z nieinwazyjnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS). Najczęściej stosowany protokół stymulacji wykorzystuje TMS z parami impulsów (ppTMS) do indukcji SICI. Protokół ten wykorzystuje bodziec kondycjonujący poniżej progu motorycznego w celu zmniejszenia amplitudy ponadprogowej odpowiedzi bodźca kontrolnego wywołanej w odstępie między bodźcami 1-5 ms21,22,23,24. Następnie, podawane jako procent bodźca kontrolnego, amplitudy potencjałów wywołanych motorycznie (MEP) można porównać w różnych warunkach, dostarczając informacji o korowej aktywności hamującej i modulacji w obrębie M1.
Inny protokół stymulacji do oceny aktywności intraktorycznych obwodów hamujących stosuje pojedyncze impulsy, gdzie wszystkie bodźce są dostarczane z intensywnością poniżej progu motorycznego (tj. subTMS). Protokół ten indukuje tłumienie trwającej aktywności EMG18,25,26. To tak zwane sutłumienie EMG wywołane subTMS można porównać pod względem ilości i czasu trwania. Chociaż protokół ten nie jest tak powszechnie używany, ma pewne zalety w porównaniu ze standardowym protokołem SICI. Protokół ten nie zaburza wykonywania czynności motorycznych, ponieważ nie wywołuje bodźców ponadprogowych. Obie metody testują responsywność wewnątrzkorowych interneuronów hamujących kwas gamma-aminomasłowy (GABA)23,27.
Pomimo dobrze znanych korzyści płynących z używania EF w porównaniu do IF na wydajność motoryczną1, podstawowe procesy neuronalne pozostają w dużej mierze nieznane. W poprzednim badaniu fMRI28, wykazano, że aktywacja zależna od poziomu tlenu we krwi (BOLD) była zwiększona w M1, pierwotnej korze somatosensorycznej i wyspowej, gdy badani wykonywali sekwencję palców i przyjmowali EF w porównaniu z IF. Ponieważ aktywność pobudzająca i hamująca nie może być rozróżniona za pomocą fMRI29, inne niedawne badanie16 stwierdziło, że zwiększona aktywność w M1 związana z EF może być w rzeczywistości spowodowana zwiększoną aktywnością wewnątrzkorowych obwodów hamujących. Dokładniej, badanie to wykazało, że pobudliwość hamujących neuronów GABA-ergicznych może być natychmiast modulowana przez rodzaj skupienia uwagi przyjętego u jednej i tej samej osoby.
Głównym celem obecnego protokołu jest pokazanie dwóch możliwych sposobów porównania bezpośrednich efektów manipulacji poznawczej (tj. instrukcji skupienia uwagi) na aktywność wewnątrzkorowych obwodów hamujących w obrębie M1. Stosowane są zarówno SubTMS, jak i ppTMS. Ponadto protokół ten pokazuje jeden z możliwych sposobów zbadania wpływu ognisk uwagi na zachowanie motoryczne w bardzo kontrolowany sposób poprzez badanie TTF submaksymalnego izometrycznego trwałego skurczu FDI.

<table><tbody><tr><td>MC3A-100</td><td>Advanced Mechanical Technologies Inc., Watertown, MA, USA-Przetwornik</td><td></td> <td>siły</td></tr><tr><td>BlueSensor P</td><td>Ambu A/S, Bellerup, Dania</td><td></td> <td>Elektrody powierzchniowe Ag/AgCl do EMG</td></tr><tr><td>Polaris Spectra</td><td></td> <td>Northern Digital, Waterloo, ON, Kanada-system</td> <td>neuronawigacji, aktywny lub pasywny tracker markerów</td></tr><tr><td>Localite TMS Navigator Wersja 2.0.5</td><td>LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Niemcy-system</td><td></td> <td>nawigacyjny do przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS)</td></tr><tr><td>MagVenture MagPro X100</td><td>MagVenture A/S, Farum, Dania</td><td>9016E0711</td><td>Przezczaszkowy stymulator magnetyczny</td></tr><tr><td>MagVenture D-B80</td><td>MagVenture A/S, Farum, Dania</td><td>9016E0431</td><td>Cewka TMS (ósemka)</td></tr><tr><td>Goniometr</td><td>N/A-Goniometr</td><td></td> <td>wykonany na zamówienie</td></tr><tr><td>Szyna othopedyczna</td><td>Nie dotyczy</td><td></td> <td>- szyna wykonana na zamówienie</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do nagrywania</td><td>LabView oparte na</td><td></td> <td>niestandardowym skrypcie</td></tr></tbody></table>

hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi

Intracortical Inhibition Within the Primary Motor Cortex Can Be Modulated by Changing the Focus of Attention

Dobrze wiadomo, że zewnętrzne skupienie uwagi (EF) w porównaniu z wewnętrznym skupieniem (IF) poprawia motoryczne uczenie się i wydajność. Badania wykazały korzyści w zakresie dokładności, równowagi, produkcji siły, wydajności skakania, prędkości ruchu, zużycia tlenu i męczących zadań. Chociaż behawioralne wyniki stosowania strategii EF są dobrze zbadane, leżące u ich podstaw mechanizmy neuronalne pozostają nieznane. W niedawnym badaniu TMS porównano aktywność pierwszorzędowej kory ruchowej (M1) między EF i IF. Dokładniej, badanie to wykazało, że po przyjęciu EF zwiększa się aktywność wewnątrzkorowych obwodów hamujących.
Na poziomie behawioralnym, obecny protokół testuje wpływ ognisk uwagi na czas do niepowodzenia zadania (TTF) podczas wykonywania submaksymalnych skurczów pierwszego grzbietowego międzykostnego (FDI). Ponadto w niniejszej pracy opisano dwa protokoły TMS do oceny wpływu warunków uwagi na aktywność korowych obwodów hamujących w obrębie M1. W związku z tym w niniejszym artykule opisano, jak stosować TMS z pojedynczym impulsem przy intensywnościach poniżej progu motorycznego (subTMS) i TMS z parowanym impulsem, indukując krótkotrwałe hamowanie dokorowe (SICI) po zastosowaniu do M1. Ponieważ zakłada się, że metody te odzwierciedlają reaktywność neuronów hamujących GABA-ergiczne, bez wpływu obwodów odruchu rdzeniowego, dobrze nadają się do pomiaru aktywności wewnątrzkorowych obwodów hamujących w obrębie M1.
Wyniki pokazują, że skierowanie uwagi na zewnątrz poprawia sprawność motoryczną, ponieważ uczestnicy byli w stanie wydłużyć czas do niepowodzenia zadania. Co więcej, wynikom towarzyszyła większa supresja elektromiografii indukowana przez subTMS i SICI przy zastosowaniu EF w porównaniu z IF. Ponieważ wcześniej wykazano, że poziom hamowania korowego w obrębie M1 wpływa na wydajność motoryczną, zwiększone hamowanie za pomocą EF może przyczynić się do lepszej efektywności ruchowej obserwowanej w zadaniu behawioralnym, na co wskazuje przedłużony TTF z EF.

Wpływ ognisk uwagi na sprawność motoryczną:
Testy behawioralne w niniejszym badaniu zostały wykorzystane do potwierdzenia wykonalności zadania motorycznego oraz do zidentyfikowania osób, które zareagowały pozytywnie na zastosowanie EF. Zgodnie z poprzednimi badaniami (zob. 1 w ramach przeglądu), nasze wyniki wykazują wydłużony TTF w przypadku, gdy uczestnicy przyjęli EF w porównaniu do IF (zob. <strong class...

Korzystając z dwóch różnych protokołów przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS), ten manuskrypt opisuje, jak mierzyć i porównywać hamowanie kory mózgowej w obrębie pierwotnej kory ruchowej podczas przyjmowania różnych ognisk uwagi.

Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi

It is well recognized that an external focus (EF) compared with an internal focus (IF) of attention improves motor learning and performance. Studies have ...

Ogólnym celem tych dwóch protokołów przezczaszkowej stymulacji magnetycznej jest zbadanie aktywności wewnątrzkorowych obwodów hamujących w obrębie pierwotnej kory ruchowej (M1) podczas wykonywania zadań ruchowych przy różnych ogniskach uwagi. Choć wiele badań wykazało przewagę zewnętrznego nad wewnętrznym ogniskiem uwagi, niewiele wiadomo o leżących u podstaw mechanizmach neuronalnych. Mimo lepszej sprawności ruchowej, zewnętrznemu ognisku uwagi zazwyczaj towarzyszy zmniejszona aktywność mięśniowa, dlatego wysnuliśmy hipotezę, że w procesie tym mogą być zaangażowane mechanizmy hamowania.Zastosowane metody TMS, a mianowicie subTMS oraz SICI, pozwalają na lepsze zrozumienie wpływu ognisk uwagi na aktywność obwodów hamujących w obrębie pierwotnej kory ruchowej. Główną zaletą techniki podprogowej stymulacji magnetycznej przezczaszkowej jest brak artefaktów ruchowych wynikający z niskiego natężenia stymulacji. W przeciwieństwie do niej, konwencjonalny protokół podwójnego impulsu wykorzystuje wyższe natężenia stymulacji, co prowadzi do skurczów mięśni.Metoda ta jest jednak dobrze ugruntowana, a jej wpływ na zatoki GABAergiczne został szczegółowo zbadany. Należy rozpocząć od posadzenia uczestnika na krześle testowym i umieszczenia monitora w odległości jednego metra przed nim. Następnie należy ułożyć lewą rękę w wygodnej i rozluźnionej pozycji pod stołem, opierając ją na lewej nodze.Umieść prawą rękę badanego w specjalistycznej szynie z pasem w pozycji pronowanej. Wyrównaj staw palca z osią obrotu urządzenia wykonanego na zamówienie. Po znalezieniu optymalnej pozycji wykonaj zdjęcie szyny w projekcji przednio-tylnej oraz boczno-przyśrodkowej, aby zapewnić porównywalne ustawienie w każdej sesji eksperymentu.Zacznij od wyrównania osi obrotu goniometru z stawem śródupodeszłym. Umieść przetwornik siły w sposób umożliwiający maksymalne skurcze dobrowolne. Następnie poproś uczestnika o wykonanie trzech maksymalnych odwodnień izometrycznych palca wskazującego z 30-sekundową przerwą między każdym skurczem i wyznacz wartość Fmax.Należy pamiętać, że uczestnik musi nacisnąć dźwignię przeciwko przetwornikowi siły bez żadnych instrukcji dotyczących koncentracji uwagi. Po maksymalnych skurczach należy usunąć przetwornik siły, aby palec wskazujący mógł swobodnie poruszać się w płaszczyźnie poprzecznej. Następnie należy napełnić butelkę wodą do ilości odpowiadającej 30% Fmax i przymocować obciążenie o wartości Fmax do liny urządzenia.Poproś uczestnika o utrzymanie palca w pozycji docelowej poprzez przeciwdziałanie ciężarowi, wykonując odwodzenie palca wskazującego. Zadanie należy wykonywać aż do momentu jego niepowodzenia. Naciśnij przycisk nagrywania w oprogramowaniu rejestrującym, aby rozpocząć zapisywanie sygnału z goniometru, i czekaj do momentu niepowodzenia zadania.Po osiągnięciu momentu niepowodzenia w zadaniu, naciśnij przycisk zatrzymania nagrywania w oprogramowaniu rejestrującym, aby zakończyć pomiar i zapisać sygnał z goniometru na komputerze. Na koniec wyjmij dłoń uczestnika z szyny ortopedycznej. Rozpocznij od umieszczenia bipolarnych elektrod powierzchniowych srebrowo-chlorkowych w układzie brzuszno-ścięgnistym nad mięśniem FDI, zachowując odległość 1 cm między elektrodami.Podłącz kabel EMG z mięśnia FDI oraz kabel goniometru do wzmacniacza EMG i przetwornika AD. Na koniec użyj elektrod powierzchniowych, aby zarejestrować i zmierzyć aktywność mięśniową w odpowiedziach elektrofizjologicznych wywołanych stymulacją mózgu w mięśniu FDI. Rozpocznij od przyklejenia markerów odblaskowych na czole uczestnika za pomocą dwustronnej taśmy klejącej.Użyj cewki w kształcie ósemki podłączonej do stymulatora TMS, aby dostarczyć bodźce do przeciwległego obszaru ruchowego. Następnie, wykonując klasyczną procedurę mapowania, znajdź optymalne położenie cewki względem czaszki, tzw. hot spot, w celu wywołania potencjałów wywołanych ruchowo, MEPs, w mięśniu FDI. W tym celu umieść cewkę około 0,5 centymetrów przed wierzchołkiem czaszki i wzdłuż linii środkowej, tak aby uchwyt cewki był skierowany pod kątem 45 stopni w stronę przeciwległego czoła.Przyzwyczaj uczestnika do stymulacji TMS, rozpoczynając od natężeń poniżej 25% maksymalnego wyjścia stymulatora, czyli MSO. Następnie zacznij zwiększać natężenie stymulacji i przesuwaj cewkę w kierunku przyśrodkowo-bocznym oraz przednio-czołowym, aby zlokalizować tzw. hot spot. Po znalezieniu hot spotu zapisz optymalną pozycję w systemie neuronavigacyjnym.Wyznacz próg motoryczny aktywny (AMT), regulując natężenie wyjścia stymulatora. Następnie napełnij butelkę wodą tak, aby jej masa odpowiadała 10% Fmax. Upewnij się, że uczestnik pozostaje w rozluźnionej, wygodnej pozycji.Następnie należy wyznaczyć optymalną intensywność wywołującą supresję EMG indukowaną przez subTMS, stopniowo zmniejszając ją o 2%MOS względem wcześniej ustalonego AMT. Następnie uczestnicy powinni wykonać kilka prób próbnych w celu dopasowania do docelowej siły. Należy polecić uczestnikowi wykonanie czterech oddzielnych izometrycznych odwiedzeń palca wskazującego z siłą 10% Fmax i zarejestrować sygnał EMG mięśnia FDI.Zarejestruj 40 prób z i 40 prób bez TMS z randomizowanymi odstępami międzybodźcowymi (ISI) dla każdego stanu w kolejności zrównoważonej. Zastosuj tę samą, wcześniej wyznaczoną optymalną intensywność stymulacji. Moment rozpoczęcia supresji EMG pod wpływem subTMS definiuje się jako chwilę, w której różnica między próbami z TMS a próbami bez TMS jest ujemna przez co najmniej cztery milisekundy w oknie czasowym od 20 do 50 milisekund po stymulacji TMS.Na koniec, aby przeprowadzić TMS z podwójnym impulsem, przesuń cewkę nad punkt zapalny (hot spot) w obszarze M1. Ustaw natężenie na stymulatorze, ISI na 2,5 milliseconds w odstępie między TMS z podwójnym a pojedynczym impulsem na 0,25 hertz. Następnie poproś uczestnika o wykonanie czterech oddzielnych izometrycznych odwodzeń palca wskazującego z siłą 10% Fmax i zarejestruj sygnał EMG mięśnia FDI. Podczas skurczu izometrycznego zarejestruj 20 stymulacji TMS dla każdego warunku w kolejności zrównoważonej.Wielkość krótkiego odstępu wewnątrzkorowej inhibicji definiuje się jako stosunek pojedynczego impulsu kontrolnego MEP do parzystego impulsu warunkującego MEP. TTF uległ wydłużeniu, gdy uczestnicy przyjęli zewnętrzny, a nie wewnętrzny punkt skupienia uwagi. Ponieważ zastosowano intensywności podprogowe, stymulacja nie wywołuje skurczów mięśni, które mogłyby zakłócić wyniki motoryczne.Wyniki wykazały, że supresja EMG wywołana przez subTMS była natychmiastowo silniejsza przy zastosowaniu EF w porównaniu do IF. Co więcej, przy zastosowaniu EF u uczestników zaobserwowano większe krótkookresowe hamowanie wewnątrzkorowe. Jest to zgodne z wynikami subTMS i sugeruje, że neurony GABAergiczne tworzące wewnątrzkorowe obwody hamujące są modulowane w M1 w różny sposób w zależności od rodzaju koncentracji uwagi. Po opanowaniu techniki, protokół ten można przeprowadzić w około 90 minut, pod warunkiem jego prawidłowego wykonania.Podczas przeprowadzania procedury podprogowej TMS istotne jest ustawienie odpowiedniego natężenia stymulacji w celu uzyskania wywołanego przez subTMS tłumienia EMG w mięśniu FDI. W tym celu należy uśrednić co najmniej 40 prób ze stymulacją i 40 prób bez stymulacji. Oprócz protokołów subTMS i TMS z podwójnym impulsem, służących do pomiaru inhibicji wewnątrzkorowej w obrębie M1, można zastosować inne metody, takie jak pomiar inhibicji otaczającej, aby ujawnić dodatkowe mechanizmy, które mogą przyczyniać się do zwiększenia efektywności zadania przy zewnętrznej w porównaniu z wewnętrzną koncentracją uwagi.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dokładną wiedzę na temat tego, jak stosować subTMS oraz TMS w parach impulsów nad pierwotną korą ruchową. Metody te mogą być wykorzystywane do badania wpływu różnych punktów koncentracji uwagi na aktywność pierwotnej kory ruchowej.

intracortical-inhibition-within-primary-motor-cortex-can-be-modulated

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Źródło: Kuhn, Y. i wsp. Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi. J. Vis. Exp. (2017)Ten film pokazuje zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) do modulowania aktywności neuronów ruchowych i pomiaru reakcji mięśni za pomocą elektromiografii (EMG). Przedstawiono w nim kroki lokalizowania hotspotu motorycznego, określania progów stymulacji i oceny wpływu podprogowego TMS (subTMS) na hamowanie kory mózgowej.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna do modulowania odpowiedzi mięśni u ludzi

Jednopulsowa przezczaszkowa stymulacja magnetyczna nad główną korą ruchową, neuronawigacja i rejestracja aktywności elektromiograficznej mięśni dłoni zostały wykorzystane w tym badaniu do zbadania pobudliwości korowo-rdzeniowej, podczas gdy uczestnicy obserwowali sekwencje działań.

Modulacja pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas obserwacji działania

Ten artykuł ma na celu opisanie podstawowego protokołu łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z pomiarami spektroskopii magnetycznego rezonansu protonowego (1H-MRS) w celu zbadania wpływu obustronnej stymulacji na metabolizm pierwotnej kory ruchowej.

Zastosowanie spektroskopii rezonansu magnetycznego jako narzędzia do pomiaru wpływu przezczaszkowej stymulacji elektrycznej na pierwotny metabolizm kory ruchowej

Kontrola uwagi polega na wzmacnianiu sygnałów docelowych i tłumieniu sygnałów dystraktora. Opisujemy podejście do pomiaru oddzielnie, ale równocześnie, neurofizjologii uczestniczenia i ignorowania w długotrwałej uwadze intermodalnej, wykorzystując stan pasywnej kontroli, podczas którego żaden z procesów nie jest stale zaangażowany.

Pomiar neurofizjologicznych sygnałów procesów ignorowania i uczestniczenia w kontroli uwagi

Kontrolowanie identycznego ruchu za pomocą sprzężenia zwrotnego pozycji lub siły skutkuje różnymi aktywacjami neuronalnymi i zachowaniem motorycznym. Protokół ten opisuje, jak badać zmiany behawioralne, patrząc na zmęczenie nerwowo-mięśniowe oraz jak oceniać aktywność kory ruchowej (hamującej) za pomocą podprogowego TMS w odniesieniu do interpretacji rozszerzonego sprzężenia zwrotnego.

Kontrola siły i pozycji u ludzi - rola rozszerzonego sprzężenia zwrotnego

Opisujemy eksperymentalną procedurę ilościowego określania pobudliwości i hamowania pierwotnej kory ruchowej podczas zadania hamowania reakcji motorycznej za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w trakcie zadania sygnalizacji zatrzymania.

Protokół przezczaszkowej stymulacji magnetycznej online do pomiaru fizjologii kory mózgowej związanej z hamowaniem odpowiedzi

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.

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

Prezentujemy zestaw standardowych protokołów rejestracji przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) z pojedynczym i parowanym impulsem, z opcjami konwencjonalnych pomiarów amplitudy i śledzenia progów. Program ten może sterować trzema różnymi typami stymulatorów magnetycznych i został zaprojektowany tak, aby umożliwić wygodne wykonywanie wszystkich testów przez jednego operatora.

Konwencjonalne i progowe testy przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do obsługi jedną ręką

Hamowanie aferentne o krótkim opóźnieniu (SAI) to protokół przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania integracji sensomotorycznej. W tym artykule opisano, w jaki sposób SAI może być wykorzystany do badania zbieżnych pętli sensomotorycznych w korze ruchowej podczas zachowań sensomotorycznych.

Połączona stymulacja nerwów obwodowych i kontrolowany parametr impulsu Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna w celu zbadania kontroli sensomotorycznej i uczenia się

Protokół ten przedstawia dokładniejszą i skuteczniejszą metodę powtarzającej się przezczaszkowej stymulacji magnetycznej kory grzbietowo-bocznej i grzbietowej przedczołowej podczas eksperymentalnego zadania z wykorzystaniem neuronawigacji i systemów robotycznych. Na podstawie wyników sugeruje się kluczowe implikacje dla przyszłych badań nad stymulacją online.

Online Powtarzalna przezczaszkowa magnetyczna stymulacja kory grzbietowej i grzbietowo-bocznej w podejmowaniu decyzji poznawczych oraz dysonansu poznawczym

Poznaj protokoły TMS do badania hamowania wewnątrzkorowego w pierwotnej korze ruchowej podczas zadań motorycznych przy różnym skupieniu uwagi. Metody subTMS i SICI pozwalają zrozumieć neuronalne mechanizmy wpływu uwagi na wydajność ruchową.

Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi

Przeglądaj więcej filmów