Измерение и манипулирование функционально специфическими нейронными путями в моторной системе человека с транскраниальной магнитной стимуляцией

Summary

В этой статье описаны новые подходы к измерению и укреплению функционально специфических нервных путей с транскраниальной магнитной стимуляцией. Эти передовые неинвазивные методы стимуляции мозга могут предоставить новые возможности для понимания отношений между мозгом и поведением и разработки новых методов лечения расстройств мозга.

Abstract

Понимание взаимодействия между областями мозга имеет важное значение для изучения целенаправленного поведения. Функциональная нейровизуализация связности мозга дала важное представление о фундаментальных процессах мозга, таких как познание, обучение и двигательный контроль. Однако такой подход не может служить причинно-следственной связью с участием областей мозга, представляющих интерес. Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) является мощным, неинвазивным инструментом для изучения человеческого мозга, который может преодолеть это ограничение путем преходящего изменения активности мозга. Здесь мы выделяем последние достижения с помощью парного импульса, двойного сайта TMS метод с двумя катушками, что причинно-следственные зонды кортико-кортических взаимодействий в двигательной системе человека в различных контекстах задачи. Кроме того, мы описываем протокол TMS с двойным участком на основе корковой парной ассоциативной стимуляции (cPAS), который временно повышает синаптической эффективности в двух взаимосвязанных областях мозга, применяя повторяющиеся пары корковых стимулов с двумя катушками. Эти методы могут обеспечить лучшее понимание механизмов, лежащих в основе когнитивно-двигательной функции, а также новый взгляд на манипулирование конкретными нервными путями в целенаправленной модулировать мозг схем и улучшить поведение. Этот подход может оказаться эффективным инструментом для разработки более сложных моделей отношений между мозгом и поведением и улучшения диагностики и лечения многих неврологических и психических расстройств.

Introduction

Неинвазивная стимуляция мозга является перспективным инструментом оценки и лечения многих неврологических расстройств, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, и инсульт^1,2,3,4. Существует накопление доказательств установления связи между поведенческими проявлениями неврологических заболеваний и аномалии корковой возбудимости, нейропластичность, кортико-кортикальной и кортико-субкортикальной связи^5,6. Таким образом, базовые знания о динамике мозговой сети и пластичности в н....

Protocol

Ниже описаны следующие три метода TMS. Во-первых, описаны два метода измерения кортико-кортической связи с помощью двухместных транскраниальной магнитной стимуляции (dsTMS), в то время как участники находятся либо в 1) в состоянии отдыха (состояние отдыха), либо 2) выполняя движение, направленное на объект, охват к захвату ( задачи зависит). Во-вторых, метод корковой парной ассоциативной стимуляции (cPAS) описывается для модулирования взаимодействия между двумя областями мозга контролируемым образом путем сопряжения корковых стимулов (например, задней теменной и первичной моторной кортики) для укрепления функциональных кортиков специфические нервные пути с TMS и вызыв....

Results

На рисунке 5 показан размер примерного ответа MEP, вызванного в мышце ПИИ TMS для некондиционированных тестовых стимулов (TS только для M1, синий след) или условных стимулов от КПП (CS-TS, красный след), в то время как участник был в состоянии покоя (верхняя панель) или планирования целенаправленного захвата действий к объекту (нижняя панель). В остальном КПП оказывает ингибирующее воздействие на ипсилатеральный M1, о чем свидетельствует снижение амплитуд MeP, потенцирующее подпороговым CS, .......

Discussion

Описанный здесь метод TMS с двойным участком может быть использован для изучения функциональных взаимодействий между различными корными областями, взаимосвязанными с первичной моторной корой, в то время как участник находится в состоянии покоя или планирует целенаправленное действие. В то время как визуализация мозга является корреляционной, базовые знания из методов TMS с двойным участком могут выявить причинно-следственные связи между мозгом и поведением, связанные с изменениями в кортико-кортических схемах. Кроме того.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Катушка Alpha B.I. D50 (с покрытием)	Катушка Magstim		50 мм Программное
обеспечение BrainSight 2.0 Программное обеспечение	Rogue Research		Программное обеспечение для нейронавигации
BrainSight безрамочная стереотаксическая система	Rogue Research		Оборудование для нейронавигации
D702 катушка	Magstim		70 мм катушка
Discovery MR750	General Электрический		аппарат МРТ 3,0 Тл
Одноразовые беруши	3M		Поролоновые беруши
Электроды ЭКГ 30 мм x 24 мм	Coviden-Kendall	H124SG	Одноразовые электроды
Четырехканальный изолированный усилитель	Intronix Technologies Corporation	2024F	Усилитель ЭМГ
gGAMMAcap	g.tec Medical Engineering		EEG Head Cap
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Научный регистратор и обработка данных
Nuprep Skin Prep Gel Weaver	and Company		Skin prep абразивный гель
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		Программное обеспечение для сбора и анализа данных
Magstim BiStim2	Magstim		Транскраниальный магнитный стимулятор (две единицы 2002)