ヒトにおける皮質傷害性伝達の変化の非侵襲的評価

Summary

本研究の目的は、経頭蓋磁気刺激を繰り返した後のヒトの皮質神経動脈シナプスにおける透過の変化を評価することであった。この目的のために、経路特異的皮質脊髄伝達の評価、 すなわち、多シナプス接続からの速い直接的皮質脊髄路の識別を可能にする電気生理学的方法が導入される。

Abstract

皮質脊髄路は、脳と筋肉をつなぐ主要経路であるため、運動制御および運動学習に非常に関連します。この経路の興奮性および可塑性を調べるための多くの非侵襲性電気生理学的方法が存在する。しかしながら、ほとんどの方法は、化合物の可能性の定量化に基づいており、皮質脊髄路が多かれ少なかれ直接的な多くの異なる接続からなることを無視している。ここでは、皮質脊髄伝達の異なる部分の興奮性を検査する方法を提示する。このいわゆるH-反射調節技法は、最も速い（単シナプス）および多シナプスの皮質脊髄路の興奮性を評価することを可能にする。さらに、2つの異なる刺激部位、モーター皮質および頸髄膜接合を使用することによって、それは皮質効果と脊髄効果の区別だけでなく、コルチコムでの伝達の評価も可能にする耳障りなシナプス。この論文では、低周波反復経頭蓋磁気刺激後の皮質傷害伝達を評価するためにこの方法をどのように使用することができるかについて説明しています。これは以前皮質細胞の興奮性を低下させる方法でした。ここで我々は、皮質細胞だけでなく、この反復刺激によって影響を受けるだけでなく、脊髄レベルで皮質神経腓骨シナプスでの伝達を示しています。この知見は、神経可塑性の基本的機構および部位の理解に重要である。基本的なメカニズムの研究に加えて、H-反射調節技術は、行動（ 例えば訓練）または治療的介入、病理学または老化後の皮質脊髄伝達の変化を試験するために適用されてもよく、したがって運動制御および運動の基礎をなす神経プロセス学習。

Introduction

霊長類では、皮質脊髄路は、自発的活動を制御する主要な下行経路を構成する¹ 。皮質脊髄路は、直接的な単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続および間接的なオリゴ - およびポリシナプスの接続を介して、運動皮質領域を脊髄α-運動ニューロンに接続する^2,3 。経頭蓋磁気刺激（TMS）によって運動皮質を非侵襲的に容易に励起することができるが、この刺激に対する誘発された筋電図応答はしばしば解釈が困難である。この理由は、化合物運動誘発電位（MEP）が、皮質および皮質脊髄ニューロン、脊髄介在ニューロンおよび脊髄α運動ニューロンの興奮性の変化によって影響され得ることである（4,5,6,7）。いくつかの非侵襲電気生理学cal法および刺激プロトコルは、皮質脊髄の興奮性および伝達の変化が皮質または脊髄レベルの変化によって引き起こされるかどうかを決定することを目的とする。一般に、電気的に誘発されたH-反射の振幅の変化は、運動ニューロンプールにおける興奮性の変化の「指標」として使用される。しかしながら、H反射は運動ニューロンプールの興奮性に依存するだけでなく、シナプス前抑制^8,9またはホモシナプス後活性化後退5,10などの他の因子によっても調節されることが以前に示された。 MEPとH-反射を比較する際のもう1つの制限は、インターニューロンレベルでの興奮性の変化を検出することができないことである11,12。これらの欠点に加えて、運動ニューロンは、末梢神経刺激によって、wiよりも異なって活性化され得る運動ニューロン興奮性の変化が、皮質脊髄路^13,14,15を介して仲介される応答と比較して、異なる種類の方法でこれらの応答に影響を及ぼすであろう。

脊髄を皮質効果から分離するために使用される別の方法は、運動皮質^16の経頭蓋電気刺激（TES）を表す。低刺激強度で適用すると、TESは皮質興奮性の変化に影響されないと主張された。 TESとTMSの両方が皮質脊髄路を介してα-運動ニューロンを活性化するので、磁気的および電気的に誘発されたMEPの比較は、H-反射の比較よりもMEPのサイズの変化の皮質的性質についての結論を導くより魅力的な方法を提供するおよびMEP。しかし、刺激強度が増加すると、TES誘発MEPも皮質興奮性の変化によって影響を受ける<sup class = "xref"> 17,18。この問題は、電気刺激が運動皮質に印加されずに子宮頚部接合部に印加される場合に回避することができる。しかしながら、電気刺激は、上肢および下肢の筋肉における子宮頚部運動誘発電位（cMEP）を誘発することができるが、大部分の被験者は、脳幹（および皮質）における電気刺激を極めて不快で痛いと知覚する。それほど痛みを伴わない選択肢は、inion ¹⁹で磁気刺激を用いることによって頚椎接合部で皮質脊髄路を活性化することである。概して、頸髄膜磁気刺激（CMS）は、運動皮質TMSと同じ下行繊維の多くを活性化し、皮質興奮性の変化は、MEPとcMEPを比較することによって検出できることが一般に認められている¹⁹ 。皮質細胞および皮質性神経細胞の興奮性の増加は、皮質を促進すると考えられている子宮頸部誘発MEPの同時変化なしにMEPを誘発した。

しかしながら、ほとんどの被験者では、静止した下肢20,21において磁気的に誘発されたcMEPを得ることは不可能である。この問題を克服するための1つのアプローチは、標的筋肉を自発的に事前収縮させることによって脊髄運動ニューロンの興奮性を高めることである。しかし、収縮力のわずかな変化がcMEPの大きさに影響することはよく知られている。したがって、異なるタスクを比較することは困難です。さらに、前収縮による運動ニューロン興奮性の変化は、MEPおよびcMEPに影響を及ぼすが、必ずしも同じ程度ではない。最後に、化合物MEPと化合物cMEPとを比較することにより、下降する渦巻きに含まれる情報が失われる。これは、磁気運動皮質刺激によるヒラメ筋、前脛骨筋、および橈骨筋のH反射の調節を含む研究によって明らかにされている^12,22 。末梢神経刺激とTMSとを特定の刺激間間隔（ISI）で運動皮質に組み合わせることによって、異なる下降脊椎のH-反射に対する促進および阻害効果を研究することが可能である。この技術は、動物実験における神経経路における伝達を決定するために使用される空間的促進技術によって大きく影響され、その技術の非侵襲性、間接的なものと見なすことができる²³ 。 H-反射は、皮質脊髄路の異なる部分（高速対皮質脊髄突起投影）を区別するために重要であるだけでなく、制御された類似の方法で脊髄興奮性を高めることも不可欠です。したがって、安静時および活動中に、この刺激技術のこの組み合わせは、高時間分解能、 すなわち t時間における皮質脊髄路の異なる部分における変化の評価を可能にする最も速く、おそらくは単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続と、より遅いオリゴ - およびポリシナプス経路12,22,24,25。最近、この技術は、運動皮質（M1コンディショニング）上のTMSでH反射を調整するだけでなく、頚部接合（CMSコンディショニング） ^26でコンディショニング刺激を追加することによっても拡張された²⁶ 。 M1-およびCMS-コンディショニングの間の効果を比較することにより、この技術は高い時間分解能で経路特異的分化を可能にし、皮質対脊髄のメカニズムについての解釈を可能にする。さらに、現在の研究に関して最も重要なことに、この技術は、初期の促進を考慮すると、皮質運動性シナプスにおける伝達の評価を可能にする。 H-反射の初期の促進は、おそらく活性化によって引き起こされる脊髄運動ニューロンへの直接的、単シナプス性の皮質錐体突起の形成12,26。最も速い皮質脊髄路を試験するために、早期の促進を行うために、T反射器はTMSの2〜4ms前に誘発されなければならない。この理由は、H反射（約34ms; ^25を参照）と比較して、MEPのわずかに短い待ち時間（約32ms; ^27を参照）である。 TMSを適用する直前にH反射を惹起すると、脊髄の運動ニューロンのレベルで、上昇する、および最も速く下降する興奮の収束につながる。 TMSを子宮頚部接合部に適用すると、降下するボレーは、M1上の刺激後よりも脊髄の運動ニューロンプールの3-4ms前に到着する。したがって、CMS調節のために、末梢神経刺激は、磁気パルスの6〜8ms前に引き起こされるべきである。 CMSコンディショニング後の早期促進の変化は、皮質脊髄路とα-運動ニューロン間のシナプスでの発生²⁸ 。現在の研究では、低周波反復TMS（rTMS）に続いて脊髄を皮質効果と区別するために、最近開発されたこの技術を使用した。より具体的には、我々は、rTMS介入後にM1コンディショニングによる早期の促進が減少するが、CMSコンディショニング後の早期の促進はそうではないと仮定した場合、効果は純粋に皮質起源であるべきであるという仮説を立てた。対照的に、CMSコンディショニングによる早期の促進もまた変化する場合、この変化は脊髄レベルで起こる機構に関連しているはずである。より具体的には、H-反射の早期の促進は、脊髄運動ニューロン12,29への直接的な皮質運動ニューロンの突起の活性化によって引き起こされると考えられているので、CMSおよびM1条件付きH-反射の変化が、初期の円滑化は、変化した皮質神経伝達伝達、すなわちシナプスの有効性²⁸ 。

Protocol

このプロトコルは地方倫理委員会によって承認され、実験はヘルシンキ宣言（1964）に準拠しています。

1.科目の準備

注：科目の指示 - 実験を開始する前に、各被験者に試験の目的と潜在的な危険因子を指示します。経頭蓋磁気刺激（TMS）の場合、医療リスクには、てんかん発作、眼および/または頭部における精神インプラント、心臓血管系のあらゆる病気、および妊娠の任意の病歴が含まれる。これらのリスク要因のいずれかを確認するすべての被験者を除外する。さらに、健常者を試験する実験では、神経および/または整形外科疾患を有するすべての被験者を除外する。

1. 件名の配置
   1. 脚、胴、頭を支える椅子に置く。膝が伸びるように脚が伸ばされていることを確認する末梢神経は皮膚に近く、電気刺激によって神経をより容易かつより確実に興奮させる。
   2. 被験者の頭が曲がっていて、テーブルのような安定した支持面に置かれ、クッションで固定されていることを確認してください。皮質脊髄路の刺激を可能にするために、頚部およびアトランタ後頭部が屈曲していることを確認する。
   3. 二重円錐形磁気コイルをその中心部がイオン上またはその近傍に配置され、誘導電流の一次導関数が頭部方向に向けられるように配置する^19,26 。この位置が実験を通して維持されていることを確認するために、頭と胴に弾性ストラップを使用してください。
2. 表面電極を使用して、末梢神経刺激（PNS）およびTMSによる電気生理学的応答を測定する。
   1. シェービング、プロパノールによる消毒、軽い摩擦によるヒラメ筋の筋肉腹の上に皮膚を準備するn。
      1. mの筋肉の腹の上の皮膚に自己粘着性のEMG電極を置く。ヒラメ参照電極を骨の上の皮膚、 例えば膝蓋骨または内頸髄に置く。
      2. すべての電極をEMG-増幅器に接続し、最後にアナログ - デジタル変換器に接続します。 EMG信号（×1000）、バンドパスフィルタ（10-1000 Hz）およびサンプルを4 kHzで増幅します。
   2. PNS
      1. H-反射コンディショニングのために、膝窩窩の後脛骨神経を刺激することにより、ヒラメ筋にH-反射を記録する.1ms持続する方形波パルスを用いて刺激する。刺激のために、膝蓋骨のすぐ下の膝の前方の面にテープで5×5cmの陽極を固定する。
         注：安定したH-反射振幅は、H-反射コンディショニングを成功させるための前提条件であり、ヒラメ筋からの記録時にはすべての筋肉の変動が最小限であることがわかります。
      2. ポプリテアの陰極を動かす刺激のための最良の位置が見いだされるまで、睡眠を維持する。
         注：最良の位置は、これらの低刺激強度でのEMG記録で目に見えるM波がなく、かつ拮抗薬mで応答を受けない、最小の刺激強度でヒラメ筋にH-反射を記録することを指す。脛骨。
      3. mでの応答を避ける。脛骨筋は、nの求心性求心性神経からの相互抑制によって結果に影響を及ぼす可能性がある。腓骨筋はヒラメ筋の脊髄運動ニューロンに結合する。最適な場所を見つけたら、皮膚に粘着性の電極を置き、一貫した刺激条件を確保するために電極をテープで固定する。
   3. TMS
      1. ヒラメ筋の筋電図記録において運動誘発電位（MEP）を誘発するために、図8のコイルを用いて対側半球の対側半球の運動皮質領域をTMSで刺激する。
      2. 最適な刺激スポットを見つけるために、pla最初に頂点と1cmの正面にコイルを収めます。コイルのハンドルは後方を指し、コイルの中心の誘導電流の後方から前方の磁束を誘発するはずである。
      3. 被験者が磁気刺激に慣れるように、最大​​刺激出力の約20〜30％の低強度で刺激を開始する。連続する刺激間の休止を4秒に選択します。
      4. いくつかの試行の後、刺激強度を最大刺激出力の約40〜60％に増加させ、mのホットスポットを見つけるために、正面声門および中央外側方向にコイルを動かす。ヒラメホットスポットは、m内のMEPが存在する位置として定義されます。最低刺激強度でヒラメ筋を誘発することができる。
      5. ヒラメ筋のホットスポットを見つけた後、連続10回の試行のうち6回でEMGのピークツーピーク振幅を50μVより大きくするのに必要な最小強度として、休止運動閾値（1.0MT）を決定する³⁰。バックグラウンドEMGがすでに約50μVである被験者では、閾値として100μVを用いる。
   4. コイルの固定
      1. 被験者の頭をテーブルの上に置き（「被験者の配置」を参照）、硬い発泡体を使用してあらゆる方向の頭の動きを防ぎます。コイルをスタンドに固定し、被験者の頭を椅子に固定する。
      2. マジックテープを使ってコイルをヘッドに固定し、実験中、コイルとヘッドの位置をモニターするためのイメージガイド付きTMSナビゲーションシステムを使用します。これがTMSによってニューロンの動員を変えるので、被験者の頭部に対するコイルの小さな動きさえ回避する。
   5. 頚椎接合部における磁気刺激
      1. 大脳脊髄路の軸索を励起するために、頚椎接合部に配置されたダブルコーン磁気コイルを使用する。
      2. 誘起された電流iの一次導関数その中央部分がイオンの上またはその近くにあることを意味する。最大刺激出力（100％）で刺激を適用する。
         注：この高い刺激強度であっても、刺激はあまりにも弱すぎて脊髄運動ニューロンを十分に補充し、ほとんどの被験者において下肢の筋肉を活性化させることができない（ すなわち、 m。ヒラメ筋およびm。したがって、頸動脈刺激の場合、下肢筋肉の表面筋電図に複合電位が存在しない。したがって、脊髄運動ニューロンの興奮性を高めるために、頸髄膜シミュレーションをH-反射（3.1参照）と組み合わせる。

2.事前測定

1. H-反射（末梢神経刺激）の大きさを調節し、
   1. H-反射調整のために、電気刺激装置の刺激強度を変化させることによって、H反射の大きさを最大M波（Mmax） ^31の 20％に調整する。 Mmaxを得るには、H-反射募集曲線。この目的のために、様々な刺激強度で刺激を適用する。連続試行間の休止は4秒である。
   2. 録音ソフトウェアでEMGのピークツーピーク振幅（mV）としてH反射とM波を計算します。コントロールH-反射のサイズは、実験を通してMmaxの20％で一定であり、各試行でそのサイズをチェックするように注意してください。 H-反射の大きさの系統的な偏差（対照H-反射は常に目標の大きさよりも小さいまたは大きい）を検出する場合、連続的な試験の直前に刺激強度を調整する。
2. 実験前にTMSの刺激強度を調整する。
   1. 安静時のH-反射調節のために、運動皮質上のTMSの刺激強度をMTの90〜100％に設定する.PNSのない試験ではMEPは見られないことを確認する。
      注：シミュレーション強度はMTの100％に近くなければならず、rで調整されたH反射に大きな影響を与える早期の容易化を容易に検出できるようにする。
   2. 実験前に頚静脈刺激強度を調整する。皮質刺激とは異なり、頚動脈刺激の刺激強度を常に最大刺激出力の100％に調整する。
3. モーター皮質上の磁気刺激で​​H反射を調節する。
   1. 2つの刺激（H-反射調節）のタイミングを変えることによってTNSおよびPNSを適用し、皮質運動ニューロン伝達の変化の評価を可能にする。早期促進を検出するには、-5msの間刺激間隔（ISI）でコンディショニングプロトコールを開始し、-5〜+ 1msのISIをミリ秒単位で変更する（ 図1B ）。
      注：負のISIは、PNSがTMSの前に誘発されることを示し、正のISIは反対を示す。
   2. 刺激試験から刺激試験までランダムにTMSとPNSの間のISIを変化させるので、特定の順序による偏り刺激の可能性があります。
      注： "初期の促進"は、運動皮質上にTMSを適用する場合、-4ms〜-2msのISI周りに起こるはずである。これは、この時点で最も速い（単シナプス性皮質脊髄路）がこの時点で脊髄運動ニューロンのPNSによって求心性足蹠に衝突することを意味する（初期の促進を検出するための5.2参照）。
   3. 連続刺激試験の間の休止を4秒に設定する。
4. 頚静脈接合部の磁気刺激によるH反射を調節する。
   注：調整のために頸動脈刺激を使用すると、皮質脊髄路の興奮は、運動皮質の刺激よりも脊髄運動ニューロンに空間的に近い。したがって、早期促進に対応するISIは、約3〜4msだけシフトされる。一例として、-4msでの一次運動野のTMSによる早期の促進は、頸髄膜刺激による-7〜-8msの間のISIに対応するであろう。
5. 運動皮質と子宮頸部接合部の交互刺激
   1. 同じ試行の間に、運動皮質の磁気刺激（M1コンディショニング; 2.1参照）および磁気頸髄膜刺激（CMSコンディショニング; 2.2参照）により、SOL H反射のコンディショニングをランダムに行う。
      注：調整されたH-反射を対照H-反射の同じサンプルに照会するために、同じ試行でM1-およびCMS-調整を交互に適用することが推奨されるee 図1 ）。

3.介入 - 遅い繰り返しTMS

1. 刺激強度を1.2MTに設定します。これは、H-反射調節が達成するのに数分かかるため、皮質脊髄性興奮性の持続的な^32,33抑制を誘導する。 rTMSの介入中、TMSを一次運動皮質上に1Hzで20分間適用する。

4.測定後

1. 介入の直後に、前測定で使用したのと同じISIを用いてH-反射調節を適用する。
2. 事前測定とM1および頚静脈接合部の磁気刺激に対して同じ刺激強度を使用する。
3. 対照H-反射が事前測定と同じ大きさであることを確認する。系統的な偏差が検出された場合は、刺激強度を調整します。

5. Daタ処理

1. H-反射、MEP、および調整されたH-反射などのすべての生理学的応答を、未補正EMGのピーク - ピーク振幅として計算する。
   1. 各ISIについて、a）皮質およびb）頸髄膜刺激のための平均10個の調整されたH-反射。さらに、調整されたH反射についての基準（ すなわち 100％）として働く平均10の制御（ すなわち無条件）H反射がある。
   2. したがって、各ISIについての調整されたH反射の平均振幅を、測定前および測定後の両方における対照H反射の平均振幅のパーセンテージとして表す。初期の円滑化を決定する際には、これが重要な意味を持つので注意してください。
      注：早期円滑化開始の発生に個人差があるため、各被験者の事前測定の早期促進を個別に決定する。
2. ノンパラメトリックWilcoxon検定を使用してthを決定するe条件付H反射の最初の上昇。 CMSコンディショニングの場合は、ISI -9 msでテストを開始します。M1コンディショニングは、ISI -5 msで始まる初期のファシリテーションを検索します。事前測定で得られたこの早期促進の振幅と、同じISIを用いた後測定で得られた早期促進の振幅とを比較する。
3. さらに、早期の容易化を目視検査で確認する。
   注：M1コンディショニング後、初期の促進はISI -3ミリ秒付近で発生する可能性が最も高いです。調整されたH反射の最初の上昇の直後、 すなわち 1〜2ms後の直後に、再び上昇する前に調整されたH反射が減少する。 CMSコンディショニング後、早期促進はISI -7ms前後で発生する可能性が高く、M1コンディショニング後よりも約4ms早い。

Representative Results

M1-およびCMS-コンディショニング後の早期促進の発生

M1以上のTMSによるH-反射調節は、ISI -3＆-4ms前後で起こった早期の促進をもたらした。 CMSコンディショニング後の初期の促進は、約3ms早く起こった（それぞれISI -6および-7ms）。 1つの対象の例示的なISI曲線を図1に示す 。今回の研究では、M1およびCMSコンディショニング（ 図1C 、 D参照）の両方を用いて、その発生の最初のms以内に早期促進を評価した。したがって、この早期の促進は、直接的な、単シナプスの皮質脊髄路12,22,24,29,30の活性を反映すると仮定することは合理的である。lass = "xref"> 34。従って、その後の結果は、rTMS後の直接的な一シナプス性皮質脊髄路においてどのようにプロセシングが変化するかを示すために、この初期の促進に集中する。

早期促進の振幅におけるrTMS誘導性変化

rTMSの20分後、M1コンディショニングによる早期の促進とCMSコンディショニングによる早期の促進との両方が減少した。対照的に、対照H-反射は一定レベルのままであった。 図2A 、B、Cでは、代表的な被験者の例が表示されている。 図 2D、E、Fでは、2人の被験者の平均が示されている。 CMSコンディショニング後の減少は、M1コンディショニング後と比べて顕著ではないが、明らかに目に見えることが分かる。 Dサンプル全体のセットは²⁸で見ることができます。

図1 ：M1およびCMSコンディショニングの手順。
これまでの出版物^28のこの変更された図は、M1およびCMSコンディショニング手順の概略図を示す。 （A） 1つのコイルが一次運動皮質（M1として示される）上に配置され、他のコイルが頚静脈接合部（CMSとして示される）上に配置されることが分かる。 （M1-cond）と頸髄膜接合部（CMS-cond）は数msの間に分散するが末梢神経刺激（H-reflex）はわずかな効果しか生じないので、 H-反射は下降するボウルに対して前方にシフトすることができる（早期の促進）、またはより遅い皮質脊髄路を試験することができるように後方にシフトさせることができる（後期促進）。 Cでは、M1コンディショニング後のH反射コンディショニング曲線が表示される。 Dには、CMSコンディショニング後のH反射コンディショニング曲線が示されている。 （オックスフォード大学出版社の許可を得て²⁸から修正された図）。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図2 ：M1-およびCMS-コンディショニング後の早期促進に対する低周波rTMSの効果。
A、B、 Cでは rTMS介入前後の1人の代表的な被験者のデータ（10トレースの平均）が表示される。対照H反射は変わらない（C）一方、早期促進を表す調整されたH反射はM1-（A）およびCMS-調節（B）の両方の後に減少することがわかる。 D、E、およびFでは、同じパターンを示す2人の被験者の平均が表示されます：対照H反射の変化なしに、M1条件およびCMS条件H反射の両方の減少。 CMSコンディショニング後の減少は、皮質運動ニューロンシナプスにおける透過率の変化を示す。しかし、rTMS後の抑制はM1コンディショニング後にはより大きいことがわかる。従って、運動皮質レベルでの重大な変化も推測することができる。第1行のP値は、単一の被験者のデータを参照する。 （オックスフォード大学出版社の許可を得て²⁸から修正された図）。pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank ">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

Discussion

ここに記載されているH-反射調節法は、皮質脊髄路^28の反復的活性化後の皮質運動ニューロンシナプスの透過の急激な変化を評価するために具体的に検討されている²⁸ 。この点に関して、H-反射コンディショニングは、rTMSが皮質構造の興奮性に影響を及ぼすだけでなく、皮質運動性シナプスにおける皮質運動伝達にも影響を及ぼすことを強調している。しかし、この方法は、運動発達および老化、運動学習、運動および訓練、疲労、不活動、傷害からの回復、神経生理学的および治療的介入、病理学などの間に皮質脊髄伝達の変化が起こるので、実際には広範な適用を有する可能性がある。 TMSの安全予防措置が守られている限り、健常な被験者または患者に適用される。

導入された方法は、セッション内のefを研究するために適用されてもよい現在の文脈におけるような腐敗、またはより長い期間にわたる長手方向の影響。 M1コンディショニング技術は、例えば、8週間の不動化35,4週間のバランストレーニング^36,37および4週間の弾道強度トレーニング³⁶に続く効果の信頼性のある評価を可能にすることが以前から実証されている³⁶ 。これらの研究のすべてにおいて、行動的介入を受けていない対照群において、調整されたH-反射の変化は観察されなかった。私たちの知る限りのCMSコンディショニング技術を考慮すると、これまでの長期的な影響に関する研究は発表されていません。

約12〜14のISIを含むコンディショニングプロトコルは、約15分続く。これは、この刺激プロトコルが、より持続性の神経可塑性を評価するのに適していないことを意味する。ただし、介入後のテスト手順を制限することは可能です具体的には 、事前測定で評価された早期の促進を標的とし、それにより処置の持続時間を著しく短くする。この場合、各被験者の早期円滑化を個別に決定することが重要です。これは、同じISIを使用した事後測定で得られた早期促進と比較して、ベースライン測定およびその後に行われた。

化合物の電位を監視するのではなく、M1または頸髄膜接合部に適用されるTMSによるH-反射を調整する利点は2倍である。第1に、迅速かつ直接的な皮質多巣の投影の活動を反映する早期促進における変化を評価するために、異なる皮質脊髄投影の選択的伝達を測定することが可能である。これは、後者の応答が多数の直接的および間接的影響によって影響を受けるため、化合物の電位振幅の分析と比較して大きな利点であるs。第2に、特に下肢筋肉のみ、および安静時の測定中に、頸部核磁気刺激だけで化合物電位（CMEP）を誘発することはしばしば不可能である（Ugawaら1994、Oyaら2008）。 H-反射調節を用いると、H-反射は、脊髄運動ニューロンの皮質脊髄透過への感受性を増加させる。しかし、H-reflexの大きさを実験全体を通じてM _maxの約20〜25％に保つことが重要である。これは、H-反射の促進または阻害入力に対する感度が決定的に重要であることが以前に示されているからであるそのサイズ³¹ 。

皮質脊髄の興奮性または伝達の変化が皮質または脊髄レベルでの変化によって引き起こされるかどうかを評価するために、M1に対するTMSによって誘発された応答とM1のTES後の応答とを比較した。 TMSとTESはth彼らがどのように下行大脳皮質隆起を誘発するかを示しています。 TMSでは、大部分の化合物応答は、皮質脊髄細胞の経シナプス励起によってもたらされる^38,39 。対照的に、TESは、大部分の皮質脊髄ニューロンを直接的に脱分極させ、おそらく軸索ヒルックから離れた軸索部位で、いわゆる「直接」すなわちD波^38,39,40を生じる。したがって、運動皮質の興奮性の変化は、TMS後の反応よりも、少なくとも低刺激強度でのTES後の反応に強い影響を及ぼす^17,18 。現在の文脈では、a）この種の刺激はかなりの痛みと関連し、b）皮質の影響の排除を確実にしたいので、TESは適用されなかった。そこで、我々は、M1上のTMSで頸部髄核接合部でTMSによって誘発された反応と一致させた。頸動脈レベルでの皮質脊髄路の刺激を可能にするためには、コイルの位置決めを可能にするために、その中央部分が配置されるように頸部および椎間板後部関節が撓む位置に対象を配置する必要があるまたはその近傍で、頭部方向の電流19,26を生じる。したがって、このCMS調整処置の応答の変化は、脊髄レベルの変化に起因することが明らかである。さらに、馴化されたH反射の早期の促進は、脊髄運動ニューロン12,29への直接的な皮質運動ニューロンの突起の活性化によって引き起こされると考えられているので、早期の促進の際のCMS調整H反射の変化は、変更された皮質腱膜透過性すなわち 28 。

腕の末梢神経の刺激および腕または手の筋肉からの記録を介して上肢の測定値を得るために、記載された方法を適用することも実際に関連する観点であるが、この技法は、安定したH反射を誘発することが可能である。さらに、CMSコンディショニングの不快な性質のために、被験者は刺激を予期して緊張することがある。したがって、系統的なバイアスを避けるために、M1およびCMSコンディショニングをランダム化することが重要である。まったく同じ理由で、精神的なシミュレーションや反応時間の作業を含む特定の実験は、不可能でさえあるかもしれません。例えば、私たちは被験者に特定の姿勢タスク（ ^41章参照）を想像させたが、被験者はCMSコンディショニングを予期して精神シミュレーションに集中できなかった。もう1つの制限は、より多くのa）コイルを頚椎接合部に固定すること、およびb）ヘッドを屈曲位置に保持することは非常に困難である。最後に、この方法は非常に時間がかかり、広義の応用をさらに制限する。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Self-adhesive EMG electrodes	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to record EMG signals
Electrical stimulator	Digitimer DS7A, Hertfordshire, UK		Used to elicit the soleus H-reflex
Stimulating electrode	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to elicit the soleus H-reflex
Magnetic stimulator #1	Magstim Rapid2 TMS stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Coil #1: 90 mm figure-of-eight coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
			Stimulator #1 and coil #1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)
Magnetic stimulator #2	MagPro X100 with MagOption, MagVenture A/S, Farum, Denmark		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Co#2: 95 mm focal “butterfly-shaped” coil (D-B80)	MagVenture A/S, Farum, Denmark
Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session
Magnetic stimulator #3	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Coil #3: double-cone magnetic coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Image-guided TMS navigational system #1	Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, Canada		Used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) to monitor coil position throughout the experiment
Image-guided TMS navigational system #2	TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany	Used for the video session
Literature:
Taube et al. 2014	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, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).