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

Technika ta zapewnia wgląd w to, jak obwody mózgowe działają nieprawidłowo w zaburzeniach psychicznych i neurologicznych. I jak możemy manipulować aktywnością mózgu, aby naprawić te dysfunkcyjne obwody i poprawić zachowanie. Poprzez bezpośrednią aktywację i hamowanie pobudliwości i obwodów mózgu, technika ta umożliwia przeniesienie neuronaukowej uwagi z obserwacji na przyczynowość i zapewnia głębsze zrozumienie mózgu i zachowania.

Nieinwazyjna stymulacja mózgu może być stosowana zarówno do oceny, jak i leczenia wielu zaburzeń neurologicznych i może pomóc w poprawie diagnoz i terapii, opartych na bardziej wyrafinowanych modelach połączeń zachowań mózgu. Metoda ta może nie tylko przeciwdziałać zmienionym wzorcom połączeń w układzie ruchowym, ale także w sieciach poznawczych związanych z fizjologicznym starzeniem się, zaburzeniami psychicznymi i neurologicznymi. Po przeprowadzeniu badań przesiewowych uczestników pod kątem praworęczności i wszelkich przeciwwskazań do TMS i MRI, poinformuj każdego uczestnika o celach badania, procedurach i ryzyku zatwierdzonych przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną i uzyskaj pisemną zgodę.

W celu umieszczenia elektrod EMG poprowadź uczestnika wygodnie na krześle eksperymentalnym, z obiema rękami podpartymi w zrelaksowanej pozycji i zapewnij podbródek, aby ograniczyć ruchy głowy do minimum podczas stymulacji. Użyj łagodnego ścierniwa, aby oczyścić skórę nad interesującym Cię mięśniem. Używając układu elektrod ścięgien brzusznych, umieść jedną jednorazową elektrodę chlorku srebra na mięśniu brzucha, a drugą na pobliskim kostnym punkcie orientacyjnym jako miejsce odniesienia na obu rękach uczestnika.

Następnie podłącz elektrodę uziemiającą do wyrostka rylcowego właściciela, a następnie sprawdź między każdą elektrodą w skórze, aby potwierdzić pełny kontakt. Umieszczenie taśmy na powierzchni elektrody, aby w razie potrzeby poprawić kontakt z powierzchnią skóry. Przed sesją TMS prześlij skan strukturalnego rezonansu magnetycznego uczestników do systemu neuronawigacji.

W obrębie skanu umieść znacznik trajektorii na gałce ręki anatomicznego punktu orientacyjnego, który odpowiada M-one. W lewym zakręcie przedśrodkowym 45 stopni od środkowej linii strzałkowej i w przybliżeniu prostopadłym do bruzdy środkowej. Zapisz i nazwij anatomiczny punkt orientacyjny za pomocą systemu neuronawigacji i umieść drugi znacznik trajektorii nad niemotorycznym obszarem zainteresowania.

Następnie nagraj i nazwij drugą lokalizację za pomocą systemu neuronawigacji. Najpierw skalibruj każdą cewkę TMS za pomocą bloku kalibracyjnego i umieść tracker głowy bezpiecznie na głowie uczestnika, tak aby tracker był widoczny przez cały czas trwania eksperymentu. Współrejestruj anatomiczne punkty orientacyjne na głowie uczestnika, do systemu neuronawigacji.

Aby zlokalizować i połączyć się z cewką drugą, najpierw umieść środek cewki nad docelowym miejscem M-jeden, aby wywołać tylno-przednie kierunek prądu w mózgu. Aby znaleźć optymalne miejsce do aktywacji docelowego mięśnia, dostarczaj impulsy do M-one przy 30% maksymalnej mocy stymulatora maszyny i obserwuj, czy dostarczona stymulacja powoduje skurcz mięśnia. Określ amplitudę potencjału wywołanego silnikiem zarejestrowanego za pomocą elektrod EMG na podstawie aktywności mięśni wyświetlanej przez system akwizycji danych.

Jeśli nie obserwuje się potencjału motorycznego lub widocznego skurczu mięśni, kontynuuj zwiększanie mocy stymulacyjnej o 5%. Kiedy obserwuje się reakcję, zmniejszaj intensywność w sposób stopniowy do najniższej intensywności, która wytwarza co najmniej pięć z 10 potencjalnych odpowiedzi wywołanych silnikiem o amplitudzie co najmniej 50 mikrowoltów, podczas gdy uczestnik jest na bieżąco, aby określić spoczynkowy próg motoryczny. Aby zlokalizować i określić próg za pomocą cewki M-one, użyj cewki M-one, aby określić optymalne miejsce stymulacji.

Określ najniższą intensywność stymulatora potrzebną do wygenerowania potencjałów motorycznych o wartości co najmniej jednego miliwolta, w pięciu z 10 prób w docelowym mięśniu ręki, gdy mięsień jest całkowicie rozluźniony. Następnie zaznacz i zapisz położenie cewki M-one w systemie neuronawigacji. W przypadku TMS z dwoma miejscami, gdy uczestnik znajduje się w stanie spoczynku, podłącz cewki w kształcie ósemki do dwóch indywidualnych stymulatorów TMS.

Dostarcz bodźce testowe przez M-one za pomocą cewki M-one i dostarcz bodźce kondycjonujące do drugiego obszaru zainteresowania za pomocą cewki drugiej. Określ procent maksymalnej intensywności wyjściowej stymulatora dla bodźca kondycjonującego dla cewki drugiej, jak pokazano. Jako bodziec testowy użyj wcześniej określonej intensywności, która wywołuje amplitudy potencjału wywołanego motoryką około jednego miliwolta w docelowym mięśniu ręki w stanie spoczynku, i ustaw dokładny interwał między bodźcami między bodźcami kondycjonującymi a testowymi.

Umieść cewkę M-one nad lewą cewką M-one i umieść cewkę drugą nad drugim obszarem zainteresowania. Dostarcz same bodźce testowe za pomocą cewki M-one. W przypadku sparowanych prób impulsowych należy dostarczyć bodźce kondycjonujące za pomocą cewki drugiej, a następnie bodźce testowe do cewki M-one w określonym interwale między bodźcami, stosując czterosekundowe przemiatanie danych dla każdej próby, po której następuje jeden sekundowy interwał między próbami.

Aby dostarczyć program do impulsów TMS, użyj przycisku wyzwalającego na maszynie TMS dla dostarczonego oprogramowania sterującego lub użyj niestandardowego skryptu kodującego z zewnętrznego sterownika. Korzystając z wcześniej opisanej metody, zbadaj funkcjonalne interakcje między różnymi obszarami kory mózgowej połączonymi z M-one, ale w fazie przygotowawczej zadania, które angażuje sieć. Aby dostarczyć powtarzające się pary impulsów jednofazowych do dwóch różnych obszarów kory mózgowej w krótkich okresach czasu za pomocą niestandardowego skryptu kodującego, wygeneruj 100 par bodźców z częstotliwością 0,2 herca przez 8,3 minuty na bodziec.

W eksperymentalnym warunku cPAS do M-jeden dostarcz pierwszy impuls każdej pary bodźców przez obszar niemotoryczny za pomocą cewki drugiej, a następnie dostarcz drugi impuls przez M-jeden za pomocą cewki M-one, z interwałem między bodźcami wynoszącym pięć milisekund. Intensywność impulsu dla obu cewek, powinna być wcześniej określona podczas progowania i lokalizacji. Po uzyskaniu wyjściowych pomiarów korowo-rdzeniowych za pomocą cewki M-one, należy wykonać pomiary korowo-rdzeniowe za pomocą cewki M-one w różnym czasie po cPAS, aby zbadać przebieg w czasie wpływu indukowanego przez TMS na pobudliwość mózgu.

W tym przypadku rozmiar reprezentatywnej potencjalnej reakcji motorycznej wywołanej w pierwszym grzbietowym mięśniu międzykostnym przez TMS dla testu bezwarunkowego lub warunkowego bodźca z tylnej kory ciemieniowej, podczas gdy uczestnik był w spoczynku lub planował działanie chwytania skierowane do celu, jak pokazano. W spoczynku tylna kora ciemieniowa wywiera hamujący wpływ na ipsilateralny M-one, o czym świadczy spadek amplitud MEP, wzmocniony przez podprogowy bodziec kondycjonujący dostarczony przez PPC, pięć milisekund przed bodźcem testującym super próg nad M-one. Podczas przygotowania akcji chwytania, ten hamujący napęd sieci w spoczynku z tylnej kory ciemieniowej, przełącza się na ułatwienie.

Normalizacja amplitud potencjału wywołanego motoryką do prób testowania samych bodźców dla każdego warunku i wykreślenie jako stosunku do amplitudy potencjału wywołanego motorycznie ujawnia, że interakcja M-one tylnej kory ciemieniowej była ułatwiona od spoczynku, podczas planowania chwytania skierowanego na obiekt. W tych analizach można zaobserwować zmiany amplitud potencjału wywołanego silnikiem podczas podawania protokołu cPAS. Amplitudy potencjału motorycznego indukowane przez sparowaną stymulację tylnej kory ciemieniowej i M-one, stopniowo zwiększały się w czasie podczas protokołu stymulacji, co sugeruje efekty plastyczne na poziomie połączenia ciemieniowo-ruchowego, neuronów korowo-rdzeniowych M-one lub obu.

Wielkość amplitudy potencjału wywołanego motoryką wzrosła 10 minut po protokole cPAS, co sugeruje, że pobudliwość motoryczna po efektach została wywołana po podaniu powtarzających się par bodźców korowych przez tylną korę ciemieniową i M-one. Protokół ten może być stosowany do innych obszarów mózgu lub stosowany w połączeniu z obrazowaniem mózgu w celu zbadania połączeń korowych i ich wpływu na funkcje poznawcze, percepcję zmysłową i nastrój. Standaryzacja tych protokołów podwójnego widzenia umożliwi ulepszenie projektów eksperymentalnych i optymalizację terapii celowanych.

Zmniejszenie zachorowalności i upośledzenia w zaburzeniach neurologicznych i psychiatrycznych.