Summary
מטרת המחקר הנוכחי הייתה להעריך את השינויים בתמסורת בסינפסות הקורטיקומוטונורונאליות בבני אדם לאחר גירוי מגנטי גולגולתי חוזר ונשנה. לשם כך, שיטה אלקטרונית הוא הציג המאפשר הערכה של המסלול ספציפי העברת corticospinal, כלומר בידול של מסלולים קורטיקוספינליים מהיר, ישיר מן החיבורים polysynaptic.
Abstract
מסלול corticospinal הוא המסלול העיקרי המחבר את המוח עם השרירים ולכן הוא רלוונטי מאוד עבור בקרת התנועה והלמידה המוטורית. קיימות מספר שיטות אלקטרופיזיולוגיות בלתי פולשניות, החושפות את ההתרגשות והפלסטיות של מסלול זה. עם זאת, רוב השיטות מבוססות על כימות של הפוטנציאל המתחם והזנחה כי מסלול corticospinal מורכב קשרים רבים ושונים שהם פחות או יותר ישיר. כאן, אנו מציגים שיטה המאפשרת בדיקות רגישות של שברים שונים של השידור corticospinal. זה מה שנקרא H- רפלקס התניה טכניקה אחת מאפשרת להעריך את ההתרגשות של המהירות (monosynaptic) וגם polysynaptic מסלולים corticospinal. יתר על כן, על ידי שימוש בשני אתרי גירוי שונים, את הקורטקס המוטורי ואת צומת cervicomedullary, זה מאפשר לא רק הבחנה בין השפעות קליפת המוח ואת השדרה אלא גם הערכה של השידור בקורטיקוםסינפסה otoneural - -. בכתב יד זה, אנו מתארים כיצד ניתן להשתמש בשיטה זו להערכת שידור קורטיקומוטונורלי לאחר גירוי מגנטי גולגולתי בתדר נמוך, שיטה שהוכחה בעבר להפחתת ההתרגשות של תאים קליפתיים. כאן אנו מדגימים כי לא רק תאים קליפתיים מושפעים על ידי גירוי חוזר זה, אלא גם שידור על סינפסה corticomotoneonal ברמה השדרה. ממצא זה חשוב להבנה של מנגנונים בסיסיים ואתרים של נוירופלסטיות. בנוסף לחקירה של מנגנונים בסיסיים, טכניקת ה - H- רפלקס יכולה להיות מיושמת על מנת לבחון שינויים בשידור הקורטיקוספינלי בעקבות התנהגויות התנהגותיות ( כגון אימון) או טיפולים, פתולוגיה או הזדקנות, ולכן מאפשרת הבנה טובה יותר של תהליכים עצביים המונחים ביסוד בקרת התנועה והמוטוריקה לְמִידָה.
Introduction
ב primates, את corticospinal דרכי מהווה את הנתיב היורד העיקרי שליטה פעולות מרצון 1 . מסלול corticospinal מתחבר אזורים קליפת המוח כדי השדרה α-motoneurons דרך חיבורים monotynaptic ישיר monosynaptic corticomotoneural ו באמצעות קשרים עקיפים oligo ו polysynaptic 2 , 3 . למרות הקורטקס המוטורי יכול בקלות להיות נרגש לא פולשני על ידי גירוי מגנטי Transcranial (TMS), התגובה electromyographic עורר לגירוי זה לעתים קרובות קשה לפרש. הסיבה לכך היא כי המתחם המנוע עורר פוטנציאל (MEP) יכול להיות מושפע משינויים ברגישות של נוירונים intracortical ו corticospinal, interneurons בעמוד השדרה ואת מוטורי α-motineurons 4 , 5 , 6 , 7 . כמה אלקטרופיזיולוגים לא פולשנייםטכניקות cal ופרוטוקולי גירוי שואפים לקבוע אם שינויים רגישות corticospinal ותמסורת נגרמות על ידי שינויים ברמה קליפת המוח או בעמוד השדרה. בדרך כלל, שינויים במשרעת של הרפלקס H עורר חשמלית משמשים "מעיד" על שינויים של רגישות בבריכה motoneuron. עם זאת, הוכח בעבר כי H- רפלקס תלוי לא רק על ההתרגשות של הבריכה motoneuron אבל גם מווסתת על ידי גורמים אחרים כגון עיכוב presynaptic 8 , 9 או הומוסינפטית שלאחר ההפעלה דיכאון 5 , 10 . מגבלה נוספת בעת השוואת MEPs ו- H רפלקסים היא נכות לזהות שינויים רגישות ברמה interneuronal 11 , 12 . בנוסף לחסרונות אלה, המוטונורונים עשויים להיות מופעלים באופן שונה על ידי גירוי עצבי היקפי מאשר wiThs כך שהשינויים בהתרגשות המוטונורונלית ישפיעו על תגובות אלו בצורה שונה בהשוואה לתגובות המתווכות דרך מסלול קורטיקוספינל 13 , 14 , 15 .
שיטה נוספת המשמשת להפריד בין עמוד השדרה לבין תופעות קליפת המוח מייצג Transcranial חשמל גירוי (TES) של קורטקס המנוע 16 . מיושם בעוצמות גירוי נמוך, TES היה טען להיות מושפע משינויים רגישות קליפת המוח. כמו גם TES ו- TMS להפעיל את motoneurons α דרך מסלול corticospinal, ההשוואה של MEPs מעוררים מגנטית ו electricically מספק שיטה יותר אטרקטיבי להסיק מסקנות על אופי קליפת המוח של שינויים בגודל של MEPs מאשר ההשוואה בין רפלקסים H ו MEPs. עם זאת, כאשר עוצמת גירוי הוא גדל, MESs עורר TES מושפעים גם על ידי שינויים רגישות קליפת המוח <Sup class = "xref"> 17 , 18 . בעיה זו ניתן לעקוף כאשר גירוי חשמלי אינו מוחל על הקורטקס המוטורי אלא בצומת cervicomedullary. עם זאת, למרות גירוי חשמלי יכול לעורר cervicomedullary המנוע עורר הפוטנציאלים (cMEPs) באיבר העליון ואת שרירי הגפיים התחתונות, רוב הנושאים תופסים גירוי חשמלי על גזע המוח (וקליפת המוח) כמו מאוד לא נעים וכואב. אלטרנטיבה פחות כואבת היא להפעיל את מסלול corticospinal בצומת cervicomedullary על ידי שימוש בגירוי מגנטי ב 19 אינץ '. מקובל כי Cervicomedullary מגנטי גירוי (CMS) מפעילה רבים של סיבים יורד אותו כמו TMS קליפת המוח ואת השינויים רגישות קליפת המוח ניתן לזהות על ידי השוואת MEPs עם cMEPs 19 . הגדלת ההתרגשות של תאים intracortical ותאי corticomotoneuronal נחשבים להקל על קליפת המוחעורר MEP ללא שינוי בו זמנית cervicomedullary עורר MEP.
עם זאת, ברוב הנושאים אי אפשר להשיג cMEPs עורר מגנטית בגפיים התחתונה בשאר 20 , 21 . גישה אחת כדי להתגבר על בעיה זו היא להעלות את ההתרגשות של מוטורונורונים בעמוד השדרה על ידי precontracting מרצון את שריר היעד. עם זאת, ידוע כי שינויים קלים בצמצום כוח להשפיע על גודל cMEP. לכן, קשה להשוות בין משימות שונות. בנוסף, שינויים רגישות motoneuronal עקב התכווצות מראש ישפיע MEPs ו- cMEPs אבל לא בהכרח באותה מידה. לבסוף, על ידי השוואת MEPs המתחם עם cMEPs מורכב כמה מידע הכלול בעמקים יורד יורד. זה התגלה על ידי מחקרים הקשורים התניה של רפלקס H של soleus, tibialis הקדמי, שרירים radialis carpi ידי מגנטי מנוע מגנטי גירוייםב 12 , 22 . על ידי שילוב של גירוי עצבי היקפי ו- TMS על הקורטקס המוטורי עם מרווחי interstimulus ספציפיים (ISI), ניתן ללמוד השפעות מעשיות ומעכבות של המטוסים היורדים השונים על רפלקס ה- H. טכניקה זו מושפעת מאוד מהטכניקה המקלה המרחבית המשמשת לקביעת שידור במסלולים עצביים בניסויים בבעלי חיים, וניתן לראותה כגרסה לא-פולשנית ועקיפה של טכניקה זו 23 . בעוד שהרפלקס H אינו חשוב רק להבדיל בין שברים שונים של המסלול הקורטיקוספינלי (תחזיות קורטיקוספינליות מהירות לעומת איטי יותר), חיוני גם להעלות את רגישות השדרה באופן מבוקר ושווי. לכן, במנוחה ובמהלך הפעילות, שילוב זה של טכניקות גירוי מאפשר הערכה של שינויים שברים שונים של מסלול corticospinal עם רזולוציה גבוהה בזמן, כלומרהוא המהיר ביותר, כנראה monosynaptic קשרים corticomotoneuronal ובסלעים אוליגו ו polysynaptic איטי יותר 12 , 22 , 24 , 25 . לאחרונה, טכניקה זו הורחבה על ידי לא רק התניה של רפלקס H עם TMS על הקורטקס המוטורי (M1 מיזוג), אלא גם על ידי גירוי מיזוג נוסף בצומת cervicomedullary (CMS- מיזוג) 26 . על ידי השוואת ההשפעות בין M1- לבין CMS- התניה, טכניקה זו מאפשרת הבדל ספציפי מסלול עם רזולוציה טמפורלית גבוהה וזה מאפשר פרשנויות להיעשות על מנגנוני קליפת המוח לעומת עמוד השדרה. יתר על כן, והכי חשוב לגבי המחקר הנוכחי, טכניקה זו מאפשרת הערכה של השידור על סינפסה corticomotoneural כאשר שוקלים את ההקלה המוקדמת. ההקלה המוקדמת של ה- H- רפלקס היא ככל הנראה נגרמת על ידי הפעלהשל ישיר, monosynaptic תחזיות corticomotoneural כדי motoneurons השדרה 12 , 26 . כדי לבדוק את המסלולים המהירים corticospinal ובכך, הקלה מוקדם, H- רפלקס חייב להיות עורר 2 עד 4 MS לפני TMS. הסיבה לכך היא חביון קצר יותר של MEP (סביב 32 ms, ראה 27 ) לעומת H רפלקס (כ 34 ms, ראה 25 ). Eliciting את H- רפלקס זמן קצר לפני החלת TMS, מוביל התכנסות של excitations יורדים עולה המהיר ברמה של motoneurons השדרה. כאשר TMS מוחל על צומת cervicomedullary, המטוס יורד יגיע סביב 3 - 4 MS מוקדם יותר בבריכה mutoneuron השדרה מאשר לאחר גירוי מעל M1. עבור CMS- מיזוג, גירוי עצבי היקפי ולכן יש לעורר 6 - 8 אלפיות השנייה לפני הדופק המגנטי. שינוי של הקלה מוקדם לאחר CMS- מיזוג מציין דיפרנציאליAnsmission בסינפסה בין מערכת corticospinal לבין α-motoneuron 28 . במחקר הנוכחי, טכניקה זו שפותחה לאחרונה שימשה כדי להבדיל בין עמוד השדרה לבין השפעות קליפת המוח בעקבות תדירות נמוכה חוזרת (TMS) (rTMS). באופן ספציפי יותר, שיערנו שאם ההקלה המוקדמת עם מיזוג M1 יורדת בעקבות התערבות ה- rTMS, אך ההקלה המוקדמת לאחר התאימות ל- CMS איננה, ההשפעה צריכה להיות קורטיקלית לחלוטין. לעומת זאת, אם שינוי מוקדם עם CMS- מיזוג גם שינויים, שינוי זה צריך להיות קשור מנגנונים המתרחשים ברמה השדרה. באופן ספציפי יותר, כמו ההקלה המוקדמת של H- רפלקס הוא חשב להיגרם על ידי הפעלת ישירה, תחליפי corticomotoneuronal כדי motoneurones השדרה 12 , 29 , שינוי של CMS ו- M1 מותנה H רפלקס בזמן יש להקדים את הסיוע המוקדםE שונה קורטיקומוטונורונלי הילוכים כלומר יעילות סינפטי 28 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
פרוטוקול זה אושר על ידי ועדת האתיקה המקומית והניסויים הם בהתאם להצהרת הלסינקי (1964).
1. הכנת הנושא
הערה: הוראות נושא - לפני תחילת הניסוי, להנחות כל נושא על מטרת המחקר וגורמי הסיכון הפוטנציאליים. עבור גירוי מגנטי transcranial (TMS), הסיכונים הרפואיים כוללים כל היסטוריה של התקף אפילפטי, שתלים נפשיים בעיניים ו / או ראש, כל מחלות של מערכת הלב וכלי הדם, הריון. לא לכלול את כל הנושאים המאשרים אחד מגורמי הסיכון הללו. יתר על כן, בבדיקת הניסוי אנשים בריאים, להוציא את כל הנושאים עם מחלה נוירולוגית ו / או אורתופדית.
- מיקום הנושא
- מניחים את הנושא על כיסא התומך ברגליים, תא המטען, ואת הראש במקום. ודא כי הרגליים מושטות כך הברכיים הם extהסוף והעצב ההיקפי קרוב יותר לעור שהופך את העצב לקל יותר ואטרקטיבי יותר מבחינה אקראית על ידי גירוי חשמלי.
- ודא כי הראש של הנושא הוא מכופף, נח על משטח תמיכה יציבה כגון שולחן ומאובטחת עם כריות. ודא כי הצוואר ואת atlanto-occipital מכווצים כדי לאפשר גירוי של מסלול corticospinal.
- מניחים את קונוס המגנטי כפול קונוס כך החלק המרכזי שלה ממוקם על או ליד האיניון ואת הנגזרת הראשונה של הזרם המושרה מכוונת cranially 19 , 26 . השתמש ברצועות אלסטיות בראש ובתא המטען כדי לוודא שמיקום זה נשמר לאורך כל הניסוי.
- באמצעות אלקטרודות פני השטח למדוד את התגובות electrophysiological ידי גירוי העצבים ההיקפיים (PNS) ו TMS.
- הכן את העור על בטן שריר של סולוס על ידי גילוח, חיטוי עם propanol, ו abrasio אורנ.
- מניחים אלקטרודות EMG דביקות על העור על בטן השריר של m. סולם. מניחים אלקטרודה התייחסות על העור על העצם, למשל, על הפטלה או malleolus המדיאלי.
- חבר את כל האלקטרודות למגבר EMG ולבסוף ממיר אנלוגי-דיגיטלי. להגביר אותות EMG (× 1000), מסנן bandpass (10 - 1000 הרץ) ו מדגם ב 4 קילוהרץ.
- PNS
- עבור H- רפלקס מיזוג, שיא H- רפלקסים בשריר הבלעדית על ידי גירוי עצב tibial האחורי של fossa popliteal.Apply גירוי עם גל מרובע פולסים שנמשך 1 ms. עבור גירוי, לקבע את האנודה של 5 x 5 ס"מ עם קלטת על היבט הקדמי של הברך ממש מתחת לפטלה.
הערה: משרעת H-reflex יציבה היא תנאי הכרחי להתאמה מוצלחת של H-Reflex, והשונות הזעירה ביותר של כל השרירים נמצאה בעת ההקלטה משריר הבלעדית. - להזיז את הקתודה ב popliteaאני fossa עד המיקום הטוב ביותר עבור גירוי נמצא.
הערה: המיקום הטוב ביותר מתייחס לרישום H- רפלקסים בשריר הבלעדית עם עוצמת גירוי מינימלית, ללא גל M גלוי בהקלטות EMG בעוצמות הגירוי הנמוכות הללו, וללא קבלת תגובה כלשהי באנטגוניסט. Tibialis. - הימנע תגובות m. שריר tibialis כמו אלה עשויים להשפיע על התוצאות על ידי עיכוב הדדי מ Ia afferents של n. Peroneus קומוניס כדי מוטורונורונים בעמוד השדרה של שריר הבלעדית. לאחר מציאת המיקום האופטימלי, במקום אלקטרודה עצמית דבק על העור לתקן את האלקטרודה עם קלטת כדי להבטיח תנאי גירוי עקבית.
- עבור H- רפלקס מיזוג, שיא H- רפלקסים בשריר הבלעדית על ידי גירוי עצב tibial האחורי של fossa popliteal.Apply גירוי עם גל מרובע פולסים שנמשך 1 ms. עבור גירוי, לקבע את האנודה של 5 x 5 ס"מ עם קלטת על היבט הקדמי של הברך ממש מתחת לפטלה.
- TMS
- לעורר את האזור קליפת המוח של חצי הכדור הנגדי עם TMS באמצעות דמות שמונה סליל כדי לעורר פוטנציאלים מעוררים המנוע (MEPs) בהקלטות אלקטרומיוגרפי של שריר הבלעדית.
- כדי למצוא את נקודת גירוי אופטימלי, plaCe סליל הראשון מעל קודקוד 1 ס"מ חזיתית. את הידית של סליל צריך להפנות לאחור, evoking האחורי של השטף הקדמי של הזרם המושרה במרכז הסליל.
- התחל גירוי עם עוצמות נמוכות של סביב 20 - 30% של פלט ממריץ מקסימלי כך נושאים מתרגלים לגירוי מגנטי. בחר את ההשהיה בין גירויים רצופים להיות 4 s.
- לאחר כמה ניסויים, להגביר את עוצמת גירוי על 40-60% של פלט ממריץ מקסימלי ולהזיז את סליל בכיוון מקדים-מקורי ומדיום לרוחב על מנת למצוא את הנקודה החמה של מ '. סולם. נקודה חמה מוגדר כמיקום שבו MEPs ב m. סולוס ניתן לעורר עם עוצמת גירוי מינימלי.
- לאחר מציאת נקודה חמה של הבלעדית, לקבוע את סף המנוע המנוחה (1.0 MT) כעוצמת המינימום הנדרשת כדי לעורר אמפליטודות שיא MEP לשיא EMG ב EMG גדול מ 50 μV בשש מתוך עשר ניסויים רצופים 30. ב נושאים בהם EMG רקע כבר סביב 50 μV, להשתמש 100 μV כמו סף.
- קיבוע של סליל
- מניחים את הראש של הנושא על שולחן (ראה "נושא הנושא") ולהשתמש קצף נוקשה כדי למנוע תנועות הראש לכל הכיוונים. תקן את סליל לעמוד ואת הנושא של הראש על הכיסא.
- תקן את סליל עם רצועות הוולקרו לראש ולהשתמש מערכת מונחה תמונה TMS ניווט עבור ניטור סליל ומיקום הראש לאורך הניסוי. הימנע אפילו תנועות קטנות של סליל יחסית לראש של הנושא כמו זה משנה את הגיוס של נוירונים על ידי TMS.
- גירוי מגנטי בצומת Cervicomedullary
- השתמש סליל מגנטי פעמיים קונוס להציב בצומת cervicomedullary כדי לעורר אקסונים של מערכת corticospinal.
- מקמו את סליל כך נגזרת הראשונה של הנוכחי המושרה iS מכוונת cranially וכי החלק המרכזי שלה הוא על או ליד inion. החל גירוי עם מקסימום פלט ממריץ (100%).
הערה: אפילו עם עוצמת גירוי גבוהה זו, הגירוי חלש מכדי לגייס מספיק מוטו-אנורונים בעמוד השדרה ולהפעיל את השרירים של הרגל התחתונה ( כלומר, m, soleus ו- m tibialis anterior) ברוב הנושאים. לכן, עם גירוי cervicomedullary, אין פוטנציאל מורכב EMG השטח של שרירי הרגל התחתונה. לכן, לשלב סימולציה cervicomedullary עם רפלקס H (ראה "3.1) כדי להעלות את ההתרגשות של motoneurons השדרה.
- הכן את העור על בטן שריר של סולוס על ידי גילוח, חיטוי עם propanol, ו abrasio אורנ.
2. מדידה מקדימה
- כוונן את הגודל של H-Reflex (גירוי עצבי היקפי)
- עבור מיזוג H- רפלקס, להתאים את גודל רפלקס H ל- 20% של M- גל מקסימלי (Mmax) 31 על ידי שינוי עוצמת הגירוי של ממריץ חשמלי. כדי לקבל Mmax, להקליטH- רפלקס גיוס עקומה. לשם כך, להחיל גירויים עם עוצמות גירוי משתנות. ההשהיה בין ניסויים עוקבים היא 4 s.
- חישוב H- רפלקסים ו- M- גלים כמו אמפליטודות שיא לפסגה ב EMG (ב mV) באינטרנט בתוכנת ההקלטה. יש לדאוג שגודל ה - H רפלקס נשאר קבוע ב 20% - ממקסס לאורך הניסוי ובדוק את גודלו בכל ניסוי. כאשר מגלים סטייה שיטתית של גודל ה - H- רפלקס (בקרת H - רפלקס תמיד קטנה יותר או גדולה יותר בגודל המטרה), התאימו את עוצמת הגירוי רק לפני הניסוי הרצוף.
- התאם את עוצמת הגירוי של TMS לפני הניסוי.
- עבור H- רפלקס התניה במנוחה, להגדיר את עוצמת גירוי עבור TMS על קורטקס המנוע 90-100% של MT.Ensure כי לא MEP נראה בניסויים ללא PNS.
הערה: עוצמת הסימולציה צריכה להיות קרובה ל -100% של MT כדי להבטיח השפעות גדולות על ה- H רפלקס המותנה ב- rכך שניתן יהיה לזהות בקלות את ההקלה המוקדמת. - התאם את עוצמת גירוי cervicomedullary לפני הניסוי. שלא כמו גירוי קליפת המוח, תמיד להתאים את עוצמת הגירוי לגירוי cervicomedullary ל 100% של פלט המרבי המרבי.
- עבור H- רפלקס התניה במנוחה, להגדיר את עוצמת גירוי עבור TMS על קורטקס המנוע 90-100% של MT.Ensure כי לא MEP נראה בניסויים ללא PNS.
- התנאי H- רפלקס עם גירוי מגנטי על הקורטקס המוטורי.
- החל TMS ו PNS על ידי שינוי העיתוי בין שני גירויים (H- רפלקס התניה) כדי לאפשר הערכה של שינויים בתמסורת corticomotoneuronal. כדי לזהות את ההקלטה המוקדמת, הפעל את פרוטוקול ההתניה עם מרווח interstimulus (ISI) של -5 אלפיות השנייה ושנה ISIs בשלבים של מילי-שניות, מ -5 - 1 מילי-שניות ( איור 1 ב ' ).
הערה: ISIs שליליים מצביעים על כך ש- PNS מתעורר לפני TMS, ISIs חיוביים מציינים את ההפך. - לשנות את ה- ISI בין TMS ו- PNS באופן אקראי מניסוי גירוי למשפט גירוי כך שאין הטיה עקב הזמנה מסוימתשל גירויים עשויים להתעורר.
הערה: "הקלה מוקדמת" צריך להתרחש סביב ISIs -4 MS ל -2 MS בעת החלת TMS על הקורטקס המוטורי. משמעות הדבר היא שהמהירות המהירה ביותר (monosynaptic corticospinal pathways) מתנגשות עם המטח העולה על ידי PNS ב motoneurons בעמוד השדרה בשלב זה (ראה 5.2 לאיתור ההקלה המוקדמת). - הגדר את ההשהיה בין ניסויים גירוי רצוף ל 4 שניות.
- החל TMS ו PNS על ידי שינוי העיתוי בין שני גירויים (H- רפלקס התניה) כדי לאפשר הערכה של שינויים בתמסורת corticomotoneuronal. כדי לזהות את ההקלטה המוקדמת, הפעל את פרוטוקול ההתניה עם מרווח interstimulus (ISI) של -5 אלפיות השנייה ושנה ISIs בשלבים של מילי-שניות, מ -5 - 1 מילי-שניות ( איור 1 ב ' ).
- התנאי H- רפלקס עם גירוי מגנטי מעל צומת cervicomedullary.
הערה: באמצעות גירוי cervicomedullary עבור מיזוג, עירור של מסלולים corticospinal הוא קרוב יותר מרחבית מוטורונורונים בעמוד השדרה מאשר עם גירוי של הקורטקס המוטורי. לכן, ה- ISI המקביל להקלה המוקדמת מועבר בכ -3 עד 4 מילי-שניות. לדוגמה, ההקלטה המוקדמת עם TMS על הקורטקס המוטורי העיקרי ב -4 מילי-שניות תתאים ל- ISI בין 7 ל -8 מילי-שניות עם גירוי cervicomedullary. - גירוי אלטרנטיבי על הקורטקס המוטורי וצומת Cervicomedullary
- יש ליישם את ההתניה של רפלקס ה - HH על ידי גירוי מגנטי של הקורטקס המוטורי (M1 - מיזוג, ראה 2.1) ועל ידי גירוי cervicomedullary מגנטי (CMS- מיזוג, ראה 2.2) בסדר אקראי במהלך אותו משפט.
הערה: מומלץ לחילופין להחיל M1- ו CMS- מיזוג באותו אחד באותו ניסיון על מנת להפנות את H- רפלקסים מותנים לאותו מדגם של H רפלקסים שליטה (sEe איור 1 ).
- יש ליישם את ההתניה של רפלקס ה - HH על ידי גירוי מגנטי של הקורטקס המוטורי (M1 - מיזוג, ראה 2.1) ועל ידי גירוי cervicomedullary מגנטי (CMS- מיזוג, ראה 2.2) בסדר אקראי במהלך אותו משפט.
3. התערבות - לאט TMS חוזרים
- הגדר את עוצמת גירוי 1.2 MT, אשר גורם לטווח ארוך 32 , 33 דיכוי של רגישות corticospinal נדרש כמו התניה H רפלקס לוקח כמה דקות כדי להשיג. במהלך ההתערבות rTMS, להחיל TMS על קורטקס המנוע העיקרי ב 1 הרץ במשך 20 דקות.
4. פוסט-מארס
- מיד לאחר ההתערבות, להחיל H- רפלקס התניה עם אותם ISIs כמו בשימוש premeasurement.
- השתמש בעוצמות גירוי אותו לגירוי מגנטי על M1 ו צומת cervicomedullary מאשר ב מראש מדידה.
- ודא כי H- רפלקס הבקרה יש באותו גודל כמו מראש מדידה. אם סטייה שיטתית מזוהה, להתאים את עוצמת הגירוי.
5. דהTa עיבוד
- חישוב כל התגובות הפיזיולוגיות כגון H- רפלקסים, MEPs, ו H- רפלקסים מותנה כמו אמפליטודות שיא לשיא של EMG לא מתוקן.
- עבור כל ISI, ממוצע 10 מותנה H רפלקסים עבור) קליפת המוח ו b) גירוי cervicomedullary. בנוסף, בממוצע 10 שליטה ( כלומר ללא תנאי) H רפלקסים המשמשים התייחסות ( כלומר 100%) עבור H- רפלקסים מותנה.
- כתוצאה מכך, להביע את משרעת הממוצע של רפלקסים H מותנה עבור כל ISI כאחוז משרעת ממוצע של H- רפלקס שליטה הן לפני ואחרי המדידה. יש להקפיד בקביעת ההנחיה המוקדמת, שכן יש לכך חשיבות קריטית:
הערה: מאחר שישנה השתנות בין-אישית בהתרחשות תחילת ההקלה המוקדמת, קבע את ההקלה המוקדמת של ההקדמה המוקדמת לכל נושא בנפרד.
- השתמש בבדיקות Wilcoxon שאינם פרמטרית כדי לקבוע את הE העלייה הראשונה של H- רפלקס מותנה. עבור CMS- התניה, להתחיל את הבדיקות ב ISI -9 ms, עבור M1 התניה החיפוש בתחילת ההקלה מתחילה ב- ISI -5 ms. השווה את המשרעת של הקדם מוקדם זה שהושג במדידת מראש עם משרעת של הקלה מוקדם שהושג שלאחר המדידה באמצעות אותו ISI.
- בנוסף, לאמת את ההקלה המוקדמת על ידי בדיקה חזותית.
הערה: לאחר מיזוג M1, הסיוע המוקדם הוא קרוב לוודאי להתרחש סביב ISI -3 ms. זמן קצר לאחר העלייה הראשונה של H- רפלקס מותנה, כלומר 1 עד 2 אלפיות השנייה מאוחר יותר, יש ירידה של H- רפלקס מותנה לפני שהוא עולה שוב. לאחר CMS- מיזוג, הסיוע המוקדם צפוי להתרחש סביב ISI -7 MS, ולכן, סביב 4 MS מוקדם יותר לאחר מיזוג M1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התרחשות של הקלה מוקדם לאחר M1- ו- CMS- מיזוג
H- רפלקס התניה עם TMS מעל M1 הביאה הקלה מוקדמת שהתרחשה סביב ISI -3 & -4 MS. ההקלטה המוקדמת לאחר CMS- התרחש סביב 3 MS מוקדם יותר (ISI -6 ו -7 מילי-שניות, בהתאמה). לדוגמה, עקומות ISI של נושא אחד מוצגות באיור 1 . במחקר הנוכחי, הערכה מוקדמת הוערך בתוך MS הראשון של המופע שלה הן עם M1- ו CMS- מיזוג (ראה איור 1C , D ). לכן, סביר להניח כי זה מוקדם סיוע משקף פעילות ישירה, monosynaptic corticospinal מסלולים 12 , 22 , 24 , 29 ,Lass = "xref"> 34. התוצאות הבאות בעקבות כך להתרכז בהקלה מוקדמת זו על מנת לתת אינדיקציה כיצד העיבוד משתנה במסלולים ישירה, monosynaptic corticospinal לאחר rTMS.
RTMS-induced שינויים במשרעת של הקלה מוקדם
לאחר 20 דקות של rTMS, חלה ירידה בשני, את הקלות המוקדמת עם מיזוג M1 ו בהקלה מוקדם עם CMS- מיזוג. לעומת זאת, ה - H רפלקס הבקרה נשאר ברמה קבועה. באיור 2 A, B, C מוצג דוגמה לנושא נציג. בתרשים 2 D, E, F ממוצע של שני נושאים מסופק. ניתן לראות כי למרות הירידה אינה בולטת לאחר מיזוג CMS מאשר לאחר מיזוג M1 זה עדיין גלוי לעין. דAta קבוצה של המדגם כולו ניתן לראות 28 .
איור 1 : נוהל M1- ו- CMS- מיזוג.
זו דמות שונה מאחד הפרסומים הקודמים שלנו 28 מציג ציור סכמטי של M1- ו CMS התניה נוהל. (א) ניתן לראות כי סליל אחד ממוקם מעל קליפת המוח העיקרי (מסומן כמו M1) והשני על צומת cervicomedullary (מסומן כ CMS). ( B) כמו המטוסים יורדים לאחר גירוי מגנטי של הקורטקס המוטורי העיקרי (M1 קונד) ואת הצומת cervicomedullary (CMS- קונד) מפוזרים עבור כמה MS אבל גירוי עצבי היקפי (H- רפלקס) מייצרת רק השפעה קצרה, H- רפלקס ניתן להעביר קדימה ביחס volle יורדY כך שהוא מתנגש עם החלק המהיר (est) של המטח הקורטיקופיספינלי (הנחיתה המוקדמת), או שניתן להעביר אותו לאחור כך שניתן יהיה לבדוק מסלולים קורטיקוספינליים איטיים יותר (הקלה מאוחרת). ב C , עקומת מיזוג H- רפלקס לאחר מיזוג M1 מוצג. ב D , עקומת מיזוג H- רפלקס לאחר CMS- מיזוג מודגם. (איור שונה מ 28 עם אישור מאוניברסיטת אוקספורד). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2 : השפעות של rTMS בתדר נמוך על ההקלה המוקדמת לאחר M1- ו- CMS- מיזוג.
A, B, & C Ong> נתונים (ממוצעים של 10 עקבות) של נושא נציג אחד לפני ואחרי ההתערבות rTMS מוצגים. ניתן לראות כי ה - H- רפלקסים מותנים המייצגים את ההקלות המוקדמות מופחתים לאחר שניהם, M1 (A) ו CMS- מיזוג (B) ואילו H- רפלקסים שליטה להישאר ללא שינוי (C). ב D, E, & F , את הממוצע של שני נושאים מוצג מראה את אותו דפוס: הפחתה הן M1 ו- CMS מותנה רפלקסים H ללא כל שינוי H- רפלקס שליטה. הירידה לאחר CMS- התניה מצביע על שינוי שידור בסינפסות corticomotoneural. עם זאת, ניתן לראות כי דיכוי לאחר rTMS גדול לאחר מיזוג M1. לפיכך, שינויים מעמיקים ברמת המנוע קליפת המוח ניתן להניח, גם. P- ערכים בשורה הראשונה מתייחסים לנתונים של הנושא היחיד. (איור שונה מ 28 עם אישור מאוניברסיטת אוקספורד).Pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank "> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ההליך H- רפלקס התניה המתואר כאן כבר התייחס באופן ספציפי כדי להעריך שינויים חריפים בהעברת מעל הסינפסה corticomotoneuronal בעקבות הפעלה חוזרת של מסלול corticospinal 28 . בהקשר זה, H- רפלקס התניה הדגיש כי rTMS אינו משפיע רק על רגישות של מבנים קליפת המוח, אבל יש גם השפעה על השידור corticomotoneural ב סינפסה corticomotoneural. עם זאת, שיטה זו עשויה להיות יישום רחב יותר כמו שינויים השידור corticospinal להתרחש במהלך פיתוח המנוע, הזדקנות, למידה מוטורית, אימון, אימון, עייפות, חוסר פעילות, התאוששות מפציעה, התערבויות נוירופיזיולוגיים וטיפוליים, פתולוגיה ועוד. כמו כן, השיטות עשוי להיות מיושמים בנבדקים בעלי כושר גופני או בחולים כל עוד אמצעי זהירות TMS הם אחריו.
השיטה המיושמת יכולה להיות מיושמת ללימוד בתוך ה - efכמו בקונטקסט הנוכחי או באורך האורך לאורך זמן ארוך יותר. הטכניקה M1 התניה הוכח בעבר כדי לאפשר הערכה אמינה של ההשפעות הבאות למשל 8 שבועות של immobilization 35 , 4 שבועות של איזון אימונים 36 , 37 וארבעה שבועות של אימון כוח בליסטי 36 . בכל המחקרים הללו לא נצפו שינויים ברפלקסים H המותאמים בקבוצת הביקורת, שלא היו נתונים להתערבות התנהגותית. בהתחשב טכניקה CMS התניה לידיעתנו שום מחקר לא פורסם עד כה על ההשפעות לטווח ארוך.
פרוטוקול מיזוג כולל כ 12 - 14 ISIs נמשך כ 15 דקות. משמעות הדבר היא כי פרוטוקול גירוי זה אינו מתאים להערכת פלסטיות עצבית לטווח קצר. עם זאת, לעתים קרובות ניתן להגביל את הבדיקה שלאחר ההתערבות בדיקהDures כדי לכוון במיוחד , למשל, הקדם מוקדם העריכו מראש מדידה ובכך מקצר את משך ההליך באופן ניכר לכמה דקות. במקרה זה חשוב לקבוע את ההקלה המוקדמת לכל נושא בנפרד. זה נעשה במדידה הבסיסית ומאוחר יותר לעומת ההנחות המוקדמות שהושגו שלאחר המדידה באמצעות אותו ISI (ים).
היתרון של מיזוג H- רפלקס על ידי TMS מיושם על M1 או צומת cervicomedullary ולא ניטור הפוטנציאל המתחם הוא כפול. ראשית, ניתן למדוד באופן סלקטיבי שידור של תחזיות corticospinal שונים, למשל כדי להעריך את השינויים בהקלה מוקדם המשקף פעילות של תחזיות קורטיקומוטונורונאלי מהיר ומהיר. זהו יתרון גדול בהשוואה לניתוח של אמפליטודות פוטנציאליות מורכבות, שכן תגובות אלו מושפעות ממספר רב של השפעות ישירות ועקיפותS. שנית, לעיתים קרובות לא ניתן לעורר את הפוטנציאלים המורכבים (CMEPs) על ידי גירוי מגנטי של cervicomedullary לבד במיוחד עבור שרירי הגפיים התחתונים ובזמן המדידות במנוחה (Ugawa et al 1994, Oya et al. 2008). באמצעות H- רפלקס התניה, H- רפלקס מגביר את הרגישות של נוירונים מוטוריים בעמוד השדרה כדי שידור corticospinal. עם זאת, חשוב לשמור על גודל של שליטה H- רפלקס H קבוע לאורך הניסוי בסביבות 20 - 25% של M מקס כפי שהוכח בעבר כי הרגישות של H- רפלקס כניסות או מעכבות תלוי באופן מכריע על גודלה 31 .
על מנת להעריך האם שינויים בהתרגשות או בקורטיקוספינלים נגרמים על ידי שינויים ברמת קליפת המוח או בעמוד השדרה, מספר מחקרים השוו תגובות שהתגלו ב- TMS על M1 עם תגובות לאחר TES של M1 16 . TMS ו- TES שונים ביחס לאיך הם מעוררים מטפסים יורדים corticospinal. עם TMS, חלק גדול של התגובה המתחם הוא הביא על ידי עירור transsynaptic של תאים corticospinal 38 , 39 . לעומת זאת, TES מקטין חלק גדול יותר של נוירונים קורטיקוספינליים באופן ישיר, ככל הנראה באתר אקסונלי המרוחק לגבעת האקסון, וכתוצאה מכך מה שנקרא "ישיר", או D-wave 38 , 39 , 40 . שינויים ברגישות של הקורטקס המוטורי ולכן השפעה חזקה יותר תגובות לאחר TMS מאלה אחרי TES - לפחות בעוצמות גירוי נמוכה 17 , 18 . בהקשר הנוכחי TES לא הוחל כי א) סוג זה של גירוי קשורה עם כאב ניכר ב) רצינו להבטיח את ההדרה של השפעות קליפת המוח. לכן, השוונו תגובות eliciTed עם TMS על M1 עם התגובות שנוצרו על ידי TMS בצומת cervicomedullary. על מנת לאפשר גירוי של מסלול corticospinal ברמת cervicomedullary יש צורך למקם את הנושא במצב שבו הצוואר ואת המפרק אטלנטו-עורפית הוא מכווץ על מנת לאפשר מיקום של סליל כך החלק המרכזי שלה מונח על או ליד inion וכתוצאה מכך זרם cranially מכוון 19 , 26 . שינויים בתגובות של CMS התניה הליך זה יכול לייחס בבירור לשינויים ברמה השדרה. יתר על כן, כפי הקלה מוקדם של ה - H רפלקס מותנה נחשב להיגרם על ידי הפעלת תחזיות ישיר, corticomotoneuronal כדי motoneurones השדרה 12 , 29 , שינוי של CMS מותנה רפלקס H בזמן ההקלה המוקדמת מציין שינוי קורטיקומוטונורונלי 28 .
למרות שזה אכן נקודת מבט רלוונטית כי השיטות המתוארות יכול להיות מיושם גם על מנת להשיג מדידות עבור הגפיים העליונות באמצעות גירוי של עצבים היקפיים בזרוע הקלטות משרירי הידיים או היד, טכניקה זו מוגבלת השרירים שבהם הוא אפשרי כדי לעורר H- רפלקס יציב. יתר על כן, בשל אופי לא נעים של CMS- מיזוג, נושאים עשויים מתוחים לקראת הגירוי. לכן, חשוב לאקראי M1- ו CMS- מיזוג על מנת למנוע הטיה שיטתית. מאותה סיבה עצמה, ניסויים מסוימים שמעורבים במשימות של סימולציה נפשית או בזמן תגובה עשויים אף הם להיות בלתי אפשריים. לדוגמה, שאלנו את המשתתפים לדמיין משימות מסוימות postural (השווה 41 ) אבל נושאים לא יכלו להתרכז סימולציה נפשית כאשר צופים CMS- מיזוג. מגבלה נוספת היא השימוש בשיטה זו במהלך יותרמשימות דינמיות כפי שהוא) קשה מאוד לקבע את סליל מעל צומת cervicomedullary ו ב) לשמור את הראש במצב מכווץ. לבסוף, השיטה היא מאוד זמן רב, נוסף להגביל את היישום שלה במובן רחב.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
מחקר זה נתמך על ידי מענק מהקרן השוויצרית הלאומית למדע (316030_128826).
Materials
References
- Lemon, R. N., Kirkwood, P. A., Maier, M. A., Nakajima, K., Nathan, P. Direct and indirect pathways for corticospinal control of upper limb motoneurons in the primate. Prog.Brain Res. , 263-279 (2004).
- Jankowska, E., Padel, Y., Tanaka, R. Projections of pyramidal tract cells to alpha-motoneurones innervating hind-limb muscles in the monkey. J. Physiol. 249, 637-667 (1975).
- Maertens de Noordhout, A., et al. Corticomotoneuronal synaptic connections in normal man: an electrophysiological study. Brain. 122, 1327-1340 (1999).
- Noordhout, M. D., Pepin, J. L., Gerard, P., Delwaide, P. J. Facilitation of responses to motor cortex stimulation: effects of isometric voluntary contraction. Ann.Neurol. 32, 365-370 (1992).
- Nielsen, J., Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O. On the comparability of H-reflexes and MEPs. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 93-101 (1999).
- Morita, H., et al. Differential changes in corticospinal and Ia input to tibialis anterior and soleus motor neurones during voluntary contraction in man. Acta Physiologica Scandinavica. 170, 65-76 (2000).
- Ugawa, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Sakai, K., Kanazawa, I. Facilitatory effect of tonic voluntary contraction on responses to motor cortex stimulation. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol. 97, 451-454 (1995).
- Rudomin, P. Selectivity of the central control of sensory information in the mammalian spinal cord. Adv.Exp.Med.Biol. 508, 157-170 (2002).
- Eccles, J. C.
- Hultborn, H., et al. On the mechanism of the post-activation depression of the H-reflex in human subjects. Exp.Brain Res. 108, 450-462 (1996).
- Burke, D., Gandevia, S. C., McKeon, B. Monosynaptic and oligosynaptic contributions to human ankle jerk and H-reflex. J Neurophysiol. 52, 435-448 (1984).
- Nielsen, J., Petersen, N., Deuschl, G., Ballegaard, M. Task-related changes in the effect of magnetic brain stimulation on spinal neurones in man. J. Physiol. 471, 223-243 (1993).
- Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. Recruitment of extensor-carpi-radialis motor units by transcranial magnetic stimulation and radial-nerve stimulation in human subjects. Exp Brain Res. 128, 557-562 (1999).
- Hultborn, H., Nielsen, J. B. H-reflexes and F-responses are not equally sensitive to changes in motoneuronal excitability. Muscle Nerve. 18, 1471-1474 (1995).
- Awiszus, F., Feistner, H. Recruitment order of single motor units of the anterior tibial muscle in man. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 102-112 (1999).
- Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. J Physiol. 388, 397-419 (1987).
- Day, B. L., Thompson, P. D., Dick, J. P., Nakashima, K., Marsden, C. D. Different sites of action of electrical and magnetic stimulation of the human brain. Neurosci.Lett. 75, 101-106 (1987).
- Lemon, R. N., et al. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., et al. , Arnold. 61-77 (2002).
- Taylor, J. L. Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects. J. Electromyogr. Kinesiol. 16, 215-223 (2006).
- Oya, T., Hoffman, B. W., Cresswell, A. G. Corticospinal-evoked responses in lower limb muscles during voluntary contractions at varying strengths. J. Appl. Physiol. 105, 1527-1532 (2008).
- Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. Magnetic stimulation of corticospinal pathways at the foramen magnum level in humans. Ann.Neurol. 36, 618-624 (1994).
- Nielsen, J., Petersen, N. Changes in the effect of magnetic brain stimulation accompanying voluntary dynamic contraction in man. J. Physiol. 484, 777-789 (1995).
- Baldissera, F. H. H., Illert , A. I. Handbook of Physiology. Section 1: The nervous system, vol II. Motor control. Brooks, V. B. , American Physiological Society. 509-595 (1981).
- Petersen, N., Christensen, L. O. D., Nielsen, J. B. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. J Physiol. 513, 599-610 (1998).
- Taube, W., et al. Direct corticospinal pathways contribute to neuromuscular control of perturbed stance. J Appl Physiol. 101, 420-429 (2006).
- Taube, W., Lundbye-Jensen, J., Schubert, M., Gollhofer, A., Leukel, C. Evidence that the cortical motor command for the initiation of dynamic plantarflexion consists of excitation followed by inhibition. PLoS.One. 6, e25657 (2011).
- Petersen, N., Christensen, L. O., Morita, H., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Evidence that a transcortical pathway contributes to stretch reflexes in the tibialis anterior muscle in man. J. Physiol. 512, 267-276 (1998).
- Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B., Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex. , (2014).
- Nielsen, J., Petersen, N. Evidence favouring different descending pathways to soleus motoneurones activated by magnetic brain stimulation in man. J Physiol. 486, 779-788 (1995).
- Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
- Crone, C., et al. Sensitivity of monosynaptic test reflexes to facilitation and inhibition as a function of the test reflex size: a study in man and the cat. Exp.Brain Res. 81, 35-45 (1990).
- Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability. Exp.Brain Res. 133, 425-430 (2000).
- Fitzgerald, P. B., Brown, T. L., Daskalakis, Z. J., Chen, R., Kulkarni, J. Intensity-dependent effects of 1 Hz rTMS on human corticospinal excitability. Clin.Neurophysiol. 113, 1136-1141 (2002).
- Nielsen, J., Petersen, N., Ballegaard, M. Latency of effects evoked by electrical and magnetic brain stimulation in lower limb motoneurones in man. J. Physiol. 484, 791-802 (1995).
- Leukel, C., et al. Changes in corticospinal transmission following 8weeks of ankle joint immobilization. Clin neurophysiol. , (2014).
- Schubert, M., et al. Balance training and ballistic strength training are associated with task-specific corticospinal adaptations. Eur J Neurosci. 27, 2007-2018 (2008).
- Taube, W., et al. Cortical and spinal adaptations induced by balance training: correlation between stance stability and corticospinal activation. Acta Physiol (Oxf). 189, 347-358 (2007).
- Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial stimulation in conscious humans. J. Physiol. 508, 625-633 (1998).
- Edgley, S. A., Eyre, J. A., Lemon, R. N., Miller, S. Comparison of activation of corticospinal neurons and spinal motor neurons by magnetic and electrical transcranial stimulation in the lumbosacral cord of the anaesthetized monkey. Brain. 120 (Pt 5), 839-853 (1997).
- Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial electrical stimulation over the motor cortex hand area in conscious humans. Exp.Brain Res. 124, 525-528 (1999).
- Taube, W., et al. Brain activity during observation and motor imagery of different balance tasks: An fMRI study. Cortex. 64, 102-114 (2015).
