Неинвазивная оценка изменений кортикомотонурональной передачи у людей

Summary

Целью настоящего исследования было оценить изменения в передаче в кортикомотонурональных синапсах у людей после повторной транскраниальной магнитной стимуляции. С этой целью вводится электрофизиологический метод, который позволяет оценивать специфику кортикоспинального пути в пути, т. Е. Дифференциацию быстрых, прямых кортикоспинальных путей из полисинаптических соединений.

Abstract

Кортикоспинальный путь является основным путем, связывающим мозг с мышцами, и поэтому очень важен для контроля за движением и моторного обучения. Существует ряд неинвазивных электрофизиологических методов, исследующих возбудимость и пластичность этого пути. Однако большинство методов основано на количественном определении составных потенциалов и пренебрежении тем, что кортикоспинальный путь состоит из множества различных связей, которые являются более или менее прямыми. Здесь мы представляем метод, который позволяет тестировать возбудимость различных фракций кортикоспинальной передачи. Этот так называемый метод кондиционирования H-рефлекса позволяет оценить возбудимость самых быстрых (моносинаптических), а также полисинаптических кортикоспинальных путей. Кроме того, при использовании двух различных участков стимуляции, моторной коры и цервикомедуллярного соединения, это позволяет не только дифференцировать кортикальный и спинальный эффекты, но и оценивать передачу в кортикеОтонеуральный синапс. В этой рукописи мы описываем, как этот метод может быть использован для оценки кортикомотонулярной трансмиссии после низкочастотной повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции, метод, который ранее был показан для снижения возбудимости кортикальных клеток. Здесь мы показываем, что не только кортикальные клетки поражаются этой повторяющейся стимуляцией, но и передаются в кортикомотонурональный синапс на уровне спинного мозга. Этот вывод важен для понимания основных механизмов и участков нейропластичности. Помимо исследования основных механизмов, метод условного рефлекса может применяться для проверки изменений кортикоспинальной передачи после поведенческих ( например , тренировок) или терапевтических вмешательств, патологии или старения и, следовательно, позволяет лучше понять нервные процессы, которые лежат в основе контроля за движением и двигательной активности обучение.

Introduction

В приматах кортикоспинальный тракт представляет собой основной нисходящий путь, контролирующий добровольные действия ¹ . Кортикоспинальный путь соединяет моторные области коры с спинальными α-мотонейронами через прямые моносинаптические кортикомотонурональные соединения и через косвенные олиго- и полисинаптические соединения ^{2 , 3} . Хотя моторную кору можно легко возбудить неинвазивно с помощью Транскраниальной магнитной стимуляции (TMS), вызванный электромиографический ответ на эту стимуляцию часто трудно интерпретировать. Причиной этого является то, что на составной моторно-индуцированный потенциал (MEP) могут влиять изменения возбудимости внутрикоровых и кортикоспинальных нейронов, спинальных интернейронов и спинальных α-мотонейронов ^{4 , 5 , 6 , 7} . Несколько неинвазивных электрофизиологовИ методы стимуляции направлены на определение того, вызваны ли изменения кортикоспинальной возбудимости и передачи изменениями на кортикальном или спинном уровне. Обычно изменения амплитуды электрически вызванного Н-рефлекса используются как «индикативные» изменения возбудимости в пуле мотонейронов. Однако ранее было показано, что Н-рефлекс зависит не только от возбудимости пула мотонейронов, но также модулируется другими факторами, такими как пресинаптическое торможение ^{8 , 9} или гомосинаптическая постактивационная депрессия ^{5 , 10} . Другим ограничением при сравнении МЕР и Н-рефлексов является неспособность выявлять изменения возбудимости на межэпиональном уровне ^{11 , 12} . В дополнение к этим недостаткам мотонейроны могут быть по-разному активированы стимуляцией периферических нервов, чем wiЙ TMS, так что изменения в мотонейрональной возбудимости повлияли бы на эти ответы по-разному, по сравнению с ответами, опосредованными через кортикоспинальный путь ^{13 , 14 , 15} .

Другой метод, используемый для отделения спинного мозга от кортикальных эффектов, представляет Транскраниальная электрическая стимуляция (TES) моторной коры ¹⁶ . При применении при низких интенсивностях стимуляции, по мнению TES, не изменялись изменения в кортикальной возбудимости. Поскольку TES и TMS активируют α-мотонейроны через кортикоспинальный путь, сравнение магнитных и электрически вызванных MEPs дает более привлекательный метод для того, чтобы делать выводы о корковой природе изменений в размерах MEP, чем сравнение между H-рефлексами И депутаты Европарламента. Однако, когда интенсивность стимуляции увеличивается, TES-вызванные MEP также находятся под влиянием изменений в кортикальной возбудимости <Sup class = "xref"> 17 ^{, 18} . Эту проблему можно обойти, когда электростимуляция не применяется к моторной коре, а в цервикомедуллярном соединении. Однако, хотя электрическая стимуляция может вызывать вызванные шейки матки двигательные вызванные потенциалы (cMEP) в мышцах верхней конечности и нижних конечностей, большинство субъектов воспринимают электростимуляцию в стволе мозга (и коре) как крайне неприятные и болезненные. Менее болезненная альтернатива - активировать кортикоспинальный путь в цервикомедуллярном соединении с помощью магнитной стимуляции на входе ¹⁹ . Общепризнано, что Cervicomedullary Magnetic Stimulation (CMS) активирует многие из тех нисходящих волокон, что и моторная кортикальная TMS, и что изменения в кортикальной возбудимости могут быть обнаружены путем сравнения MEP с cMEP ¹⁹ . Считается, что повышение возбудимости внутрикортикальных клеток и кортикомотонурональных клеток способствует кортикальномуВызвали MEP без одновременного изменения в вызванном цервикомедулларием MEP.

Однако у большинства пациентов невозможно получить магнитодефицитные cMEP в нижней конечности в покое ^{20 , 21} . Один из подходов к решению этой проблемы заключается в том, чтобы повысить возбудимость спинальных мотонейронов путем добровольного предварительного контакта целевой мышцы. Однако хорошо известно, что незначительные изменения прочности на сжатие влияют на размер cMEP. Таким образом, трудно сравнивать разные задачи. Кроме того, изменения в мотонейрональной возбудимости из-за предварительного сокращения будут влиять на депутаты Европарламента и cMEP, но не обязательно в одинаковой степени. Наконец, сравнивая составные MEP с соединениями cMEP, теряется некоторая информация, содержащаяся в нисходящих залпах. Это было выявлено исследованиями, включающими кондиционирование H-рефлекса подошвенной, передней большеберцовой и carpi radialis мышц магнитными двигательными кортикальными стимуляторами^{12 , 22} . Комбинируя стимуляцию периферических нервов и ТМС на моторной коре с определенными межстимульными интервалами (ISI), можно изучить облегчающее и ингибирующее влияние различных нисходящих залпов на Н-рефлекс. Этот метод во многом основан на методике пространственного упрощения, используемой для определения передачи по нервным путям в экспериментах на животных, и может рассматриваться как неинвазивный косвенный вариант этой методики ²³ . В то время как H-рефлекс не только важен для дифференциации между различными долями кортикоспинального пути (быстрыми и медленными кортико-синальными проекциями), также важно повысить управляемость и сопоставимость спинальной возбудимости. Таким образом, в состоянии покоя и во время активности это сочетание методов стимуляции позволяет оценивать изменения в различных долях кортикоспинального пути с высоким временным разрешением, т. Е. В tНаиболее быстрые, предположительно моносинаптические кортикомотонурональные связи и более медленные олиго- и полисинаптические пути ^{12 , 22 , 24 , 25} . Недавно эта методика была расширена не только обусловливанием Н-рефлекса ТМС над двигательной корой (М1-кондиционирование), но и дополнительной стимуляцией кондиционирования в цервикомедуллярном соединении (CMS-кондиционирование) ²⁶ . Сравнивая эффекты между M1- и CMS-кондиционированием, этот метод позволяет дифференцировать путь с высокой временной разрешающей способностью и позволяет интерпретироваться на кортикальном и спинальном механизмах. Кроме того, что наиболее важно, в отношении текущего исследования, этот метод позволяет оценить передачу при кортикомотонулеарном синапсе при рассмотрении раннего облегчения. Раннее облегчение H-рефлекса, по всей вероятности, вызвано активациейПрямых, моносинаптических кортикомотонулярных проекций на мотонейроны спинного мозга ^{12 , 26} . Чтобы протестировать самые быстрые кортикоспинальные пути и, таким образом, раннее облегчение, Н-рефлекс должен быть вызван за 2-4 мс до ТМС. Причиной этого является немного более короткая латентность MEP (около 32 мс, см. ²⁷ ) по сравнению с H-рефлексом (около 34 мс, см. ²⁵ ). Выявление Н-рефлекса незадолго до применения ТМС приводит к сближению восходящих и наиболее быстрых нисходящих возбуждений на уровне спинальных мотонейронов. Когда ТМС накладывается на цервикомедуллярный переход, нисходящий залп приедет примерно на 3 - 4 мсек ранее в пуле мотонейронов спинного мозга, чем после стимуляции над М1. Для CMS-кондиционирования стимуляция периферических нервов должна быть вызвана за 6-8 м до магнитного импульса. Изменение раннего облегчения после CMS-кондиционирования указывает на дифференциальную trОтправление в синапсе между кортикоспинальным трактом и α-мотонейроном ²⁸ . В текущем исследовании эта недавно разработанная методика использовалась для дифференциации спинальных клеток от кортикальных эффектов после низкочастотной повторяющейся TMS (rTMS). В частности, мы предположили, что если раннее облегчение с M1-кондиционированием уменьшается после вмешательства rTMS, но раннее облегчение после CMS-кондиционирования не является, эффект должен быть чисто коркового происхождения. Напротив, если раннее облегчение с CMS-кондиционированием также изменяется, это изменение должно быть связано с механизмами, происходящими на спинном уровне. Более конкретно, поскольку раннее облегчение Н-рефлекса, как полагают, вызвано активацией прямых, кортикомотонурональных выступов спинальных мотонейронов ^{12 , 29} , изменением CMS- и M1-обусловленного H-рефлекса во время Раннее упрощение должно указыватьE измененная кортикомотонурональная передача, т.е. синаптическая эффективность ²⁸ .

Protocol

Этот протокол был одобрен местным комитетом по этике, и эксперименты проводятся в соответствии с Хельсинкской декларацией (1964).

1. Подготовка к экзамену

ПРИМЕЧАНИЕ. Тематические инструкции . Перед началом эксперимента укажите каждому предмету цель исследования и потенциальные факторы риска. Для транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) медицинские риски включают в себя любую историю эпилептического припадка, психические имплантаты в глазах и / или голове, любые заболевания сердечно-сосудистой системы и беременность. Исключить все предметы, подтверждающие один из этих факторов риска. Кроме того, в эксперименте, тестирующем здоровых лиц, исключаются все предметы с неврологическим и / или ортопедическим заболеванием.

1. Размещение Тема
   1. Поместите предмет в стул, который поддерживает ноги, туловище и голову на месте. Убедитесь, что ноги вытянуты так, чтобы колени были на расстоянии вытянутой рукиИ периферический нерв находится ближе к коже, делая нерв более легким и более надежно возбуждаемым электрической стимуляцией.
   2. Убедитесь, что голова субъекта согнута, опираясь на устойчивую опорную поверхность, такую ​​как стол, и закреплена подушками. Убедитесь, что шейка и атланто-затылочная мышца согнуты, чтобы стимулировать кортикоспинальный путь.
   3. Расположите магнитную катушку с двойным конусом так, чтобы ее центральная часть была расположена на или около этого отверстия, а первая производная индуцированного тока была направлена ​​в направлении крана ^{19 , 26} . Используйте эластичные ремни на голове и туловище, чтобы гарантировать, что это положение поддерживается на протяжении всего эксперимента.
2. С помощью поверхностных электродов измеряют электрофизиологические реакции при стимуляции периферических нервов (ПНС) и ТМС.
   1. Подготовьте кожу над мышечным брюхом подошвы путем бритья, дезинфекции пропанолом и легким истираниемп.
      1. Поместите самоклеющиеся электроды EMG на кожу над мышечным брюхом m. камбаловидный. Поместите опорный электрод на кожу над костью, например, на надколенник или медиальную лодыжку.
      2. Подключите все электроды к EMG-усилителю и, наконец, к аналогово-цифровому преобразователю. Усилить сигналы ЭМГ (× 1000), полосовой фильтр (10-1000 Гц) и образец на 4 кГц.
   2. PNS
      1. Для H-рефлекторного кондиционирования записывайте Н-рефлексы в мышце стопы, стимулируя задний большеберцовый нерв в подколенной ямке. Воздействуйте стимуляцией прямоугольными импульсами продолжительностью 1 мс. Для стимуляции зафиксируйте анод 5 х 5 см лентой на переднем крае колена под коленной чашечкой.
         ПРИМЕЧАНИЕ. Стабильная амплитуда Н-рефлекса является предпосылкой успешного H-рефлекторного кондиционирования, и наименьшая изменчивость всех мышц может быть обнаружена при записи из подошвенной мышцы.
      2. Переместите катод в подколеЛ ямки, пока не будет найдено наилучшее положение для стимуляции.
         ПРИМЕЧАНИЕ. Лучшее положение относится к записи Н-рефлексов в мышце камбалы с минимальной интенсивностью стимуляции, без видимой М-волны в записях ЭМГ при этих низких интенсивностях стимуляции и без получения какого-либо ответа в антагонисте т. большеберцовой.
      3. Избегайте ответов в м. Tibialis, так как они могут влиять на результаты путем взаимного ингибирования Ia афферентов n. Peroneus communis к спинальным мотонейронам мышц стопы. Определив оптимальное положение, нанесите на кожу самоклеющийся электрод и закрепите электрод лентой, чтобы обеспечить постоянные условия стимуляции.
   3. TMS
      1. Стимулируйте моторную область кортикальной области контралатерального полушария с помощью ТМС, используя цифру восемь катушек, чтобы выявить вызванные двигателем потенциалы (MEP) в электромиографических записях мышц кисти.
      2. Чтобы найти оптимальное пятно стимуляции, plaНамотайте катушку сначала на вершину и на 1 см спереди. Ручка катушки должна указывать назад, вызывая задний к переднему потоку индуцированного тока в центре катушки.
      3. Начните стимуляцию с низкой интенсивностью около 20 - 30% от максимального выхода стимулятора, чтобы испытуемые привыкли к магнитному стимулу. Выберите паузу между последовательными стимулами, чтобы быть 4 с.
      4. После нескольких испытаний увеличьте интенсивность стимуляции до 40-60% максимального выходного сигнала стимулятора и переместите катушку в лобно-ростральное и медианно-латеральное направление, чтобы найти «горячую точку» m. камбаловидный. Точка доступа определяется как позиция, в которой MEP в m. Soleus может быть вызван с минимальной интенсивностью стимуляции.
      5. После нахождения горячей точки подошвы определите порог электродвигателя покоя (1,0 МТ) как минимальную интенсивность, необходимую для того, чтобы вызвать амплитуды амплитуды МЭП в ЭМГ более 50 мкВ в шести из десяти последовательных испытаний ³⁰, У субъектов, у которых фоновая ЭМГ уже составляет около 50 мкВ, используют порог в 100 мкВ.
   4. Фиксация катушки
      1. Поместите голову субъекта на стол (см. «Размещение предметов») и используйте жесткую пену для предотвращения движения головы во всех направлениях. Прикрепите катушку к подставке, а голова субъекта - к стулу.
      2. Закрепите катушку полосками Velcro в голову и используйте навигационную систему TMS с управляемым изображением для мониторинга положения катушки и головы во время эксперимента. Избегайте даже небольших движений катушки относительно головы субъекта, так как это изменяет пополнение нейронов ТМС.
   5. Магнитная стимуляция на Cervicomedullary Junction
      1. Используйте магнитную катушку с двойным конусом, расположенную в цервикомедуллярном соединении, чтобы возбудить аксоны кортикоспинального тракта.
      2. Поместите катушку так, чтобы первая производная наведенного тока iС краниальным направлением и что его центральная часть находится на или вблизи этого отверстия. Примените стимуляцию с максимальным выходом стимулятора (100%).
         ПРИМЕЧАНИЕ. Даже при такой высокой интенсивности стимуляции стимул слишком слаб, чтобы в достаточной степени привлечь спинальных мотонейронов и активизировать мышцы нижней ноги ( т . Е. M. Soleus и m. Tibialis anterior) у большинства пациентов. Таким образом, при цервикомедуллярной стимуляции в поверхностном ЭМГ мышц нижних конечностей отсутствует составной потенциал. Поэтому, комбинируйте cervicomedullary симуляцию с H-рефлексом (см. «3.1»), чтобы поднять возбудимость спинальных мотонейронов.

2. Предварительное измерение

1. Отрегулируйте размер H-рефлекса (стимуляция периферических нервов)
   1. Для H-рефлекторного кондиционирования отрегулируйте размер H-рефлекса на 20% от максимальной M-волны (Mmax) ³¹ , изменив интенсивность стимуляции электрического стимулятора. Чтобы получить Mmax, запишитеКривая вербовки H-рефлекса. Для этого применяйте стимулы с различной интенсивностью стимуляции. Пауза между последовательными испытаниями составляет 4 с.
   2. Рассчитайте Н-рефлексы и М-волны как амплитуды амплитуды в ЭМГ (в мВ) онлайн в программном обеспечении записи. Позаботьтесь о том, чтобы размер контрольного H-рефлекса оставался постоянным в 20% от Mmax в течение всего эксперимента и проверял его размер в каждом испытании. При обнаружении систематического отклонения размера H-reflex (контрольный H-рефлекс всегда меньше или больше в качестве целевого размера), регулируйте интенсивность стимуляции непосредственно перед последовательным испытанием.
2. Отрегулируйте интенсивность стимуляции ТМС перед экспериментом.
   1. Для покоя Н-рефлекса в состоянии покоя, установите интенсивность стимуляции для ТМС над корой двигателя до 90-100% от MT. Убедитесь, что MEP не наблюдается в испытаниях без ПНС.
      ПРИМЕЧАНИЕ: интенсивность моделирования должна быть близка к 100% от MT, чтобы обеспечить большие эффекты на условный H-рефлекс при rЧтобы облегчить обнаружение раннего облегчения.
   2. Отрегулируйте интенсивность стимуляции шейки матки до начала эксперимента. В отличие от кортикальной стимуляции, всегда корректируйте интенсивность стимуляции для стимуляции цервикомедуллярной стимуляции до 100% от максимального выхода стимулятора.
3. Условие H-рефлекс с магнитной стимуляцией над моторной коры.
   1. Применяйте TMS и PNS, изменяя время между двумя раздражителями (H-рефлекторное кондиционирование), чтобы оценить изменения кортикомотонурональной передачи. Чтобы обнаружить раннее упрощение, запустите протокол кондиционирования с интервалом между импульсами (ISI) -5 мс и измените ISI с шагом в миллисекунды, от -5 - +1 мс ( рис. 1B ).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Отрицательные ISI указывают, что PNS выявляется до TMS, положительные ISI указывают на противоположное.
   2. Меняйте ISI между TMS и PNS случайным образом из исследования стимуляции до исследования стимуляции, чтобы не возникало смещения из-за определенного порядкаМожет возникнуть раздражитель.
      ПРИМЕЧАНИЕ. «Раннее облегчение» должно происходить вокруг ISI -4 мс до -2 мс при применении ТМС на моторной коре. Это означает, что самые быстрые (моносинаптические кортикоспинальные пути) сталкиваются с афферентным залпом ПНС у спинальных мотонейронов в это время (см. 5.2 для определения раннего облегчения).
   3. Установите паузу между последовательными испытаниями стимуляции и 4 секундами.
4. Условие H-рефлекс с магнитной стимуляцией по цервикомедуллярному соединению.
   ПРИМЕЧАНИЕ. При стимуляции цервикомедуллярной стимуляции для кондиционирования возбуждение кортикоспинальных путей пространственно ближе к мотонейронам спинного мозга, чем к стимуляции моторной коры. Поэтому ISI, соответствующий раннему упрощению, сдвигается примерно на 3 - 4 мс. В качестве примера, раннее облегчение с помощью ТМС над первичной моторной корой в течение -4 мс соответствовало бы ISI между -7 - -8 мс и стимуляцией цервикомедулляриями.
5. Чередование стимуляции над моторным кортексом и цервикомедуллярным соединением
   1. Применяют кондиционирование рефлекса SOL H путем магнитной стимуляции моторной коры (M1-кондиционирование, см. 2.1) и магнитной цервикомедуллярной стимуляцией (CMS-кондиционирование, см. 2.2) в случайном порядке в течение того же самого испытания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется поочередно применять M1- и CMS-кондиционирование в одном и том же испытании, чтобы отнести условные H-рефлексы к одному и тому же образцу контрольных H-рефлексов (sРис. 1 ).

3. Вмешательство - медленный повторяющийся TMS

1. Установите интенсивность стимуляции 1.2 MT, которая вызывает длительное подавление ^{32 , 33} кортикоспинальной возбудимости, необходимое для достижения H-рефлекторного кондиционирования, занимает несколько минут. Во время вмешательства rTMS применяют TMS по первичной моторной коре с частотой 1 Гц в течение 20 мин.

4. После измерения

1. Непосредственно после вмешательства применяйте H-рефлекторное кондиционирование с теми же самыми ISI, которые используются в предварительном измерении.
2. Используйте те же интенсивности стимуляции для магнитной стимуляции над M1 и цервикомедуллярным соединением, чем при предварительном измерении.
3. Убедитесь, что контрольный H-рефлекс имеет тот же размер, что и в предварительном измерении. Если систематическое отклонение обнаружено, отрегулируйте интенсивность стимуляции.

5. ДаTa Обработка

1. Рассчитайте все физиологические ответы, такие как H-рефлексы, MEP и условные H-рефлексы, как амплитуды амплитуды непрямого ЭМГ.
   1. Для каждого ISI, в среднем, десять условных H-рефлексов для a) кортикальной и b) шейкикомедуллярной стимуляции. Кроме того, средние десять контрольных ( то есть безусловных) Н-рефлексов, которые служат эталоном ( т.е. 100%) для условных Н-рефлексов.
   2. Следовательно, выражайте среднюю амплитуду условных H-рефлексов для каждой ISI в процентах от средней амплитуды контрольного H-рефлекса как в пред-, так и после измерения. Будьте осторожны при определении раннего упрощения, так как это имеет критическое значение:
      ПРИМЕЧАНИЕ. Поскольку существует индивидуальная изменчивость возникновения раннего облегчения, определите раннее упрощение в предварительном измерении для каждого субъекта отдельно.
2. Используйте непараметрические тесты Уилкоксона для определенияПервый подъем условного Н-рефлекса. Для CMS-кондиционирования начните тесты с ISI -9 мс, для поиска M1 - раннее упрощение, начиная с ISI -5 мс. Сравните амплитуду этого раннего облегчения, полученного в предварительном измерении, с амплитудой раннего облегчения, полученного после измерения, с использованием той же самой ISI.
3. Кроме того, проверьте раннее упрощение путем визуального осмотра.
   ПРИМЕЧАНИЕ. После кондиционирования M1 раннее облегчение, скорее всего, произойдет около ISI -3 мс. Вскоре после первого подъема условного Н-рефлекса, т. Е. Спустя 1-2 мс, происходит снижение условного Н-рефлекса до его повторного повышения. После CMS-кондиционирования раннее облегчение, вероятно, произойдет около ISI -7 мс, таким образом, примерно на 4 мсек раньше, чем после M1-кондиционирования.

Representative Results

Возникновение раннего облегчения после M1- и CMS-кондиционирования

H-рефлекторное кондиционирование с TMS по M1 привело к раннему облегчению, которое произошло вокруг ISI -3 & -4 мс. Раннее облегчение после CMS-кондиционирования произошло около 3 мсек ранее (ISI -6 и -7 мс, соответственно). Примерные ISI-кривые одного субъекта показаны на рисунке 1 . В настоящем исследовании раннее облегчение оценивалось в первые миллисекунды его возникновения как с М1-, так и с CMS-кондиционирования (см . Рисунок 1C , D ). Таким образом, разумно предположить, что это раннее облегчение отражает активность прямых, моносинаптических кортикоспинальных путей ^{12 , 22 , 24 , 29 ,}Lass = "xref"> 34. Поэтому последующие результаты концентрируются на этом раннем облегчении, чтобы дать представление о том, как обработка изменяется в прямых, моносинаптических кортикоспинальных путях после rTMS.

Вызванные rTMS изменения амплитуды раннего облегчения

Через 20 мин rTMS наблюдалось снижение как раннего облегчения с M1-кондиционированием, так и раннее облегчение с CMS-кондиционированием. Напротив, контрольный Н-рефлекс оставался на постоянном уровне. На рисунке 2, A, B, C показан пример представительного субъекта. На рис. 2 D, E, F представлено среднее из двух предметов. Можно видеть, что, хотя снижение не такое заметное после CMS-кондиционирования, как после M1-кондиционирования, оно все же отчетливо видно. DAta совокупности всей выборки можно увидеть в ²⁸ .

Рисунок 1 : Процедура кондиционирования M1- и CMS.
Эта измененная фигура из одной из наших предыдущих публикаций ²⁸ показывает схематичный чертеж процедуры кондиционирования M1- и CMS. (A) Можно видеть, что одна катушка помещается над первичной моторной корой (обозначается как M1), а другая - над цервикомедуллярным соединением (обозначается как CMS). ( B) , поскольку нисходящие залпы после магнитной стимуляции первичной моторной коры (M1-cond) и цервикомедуллярного соединения (CMS-cond) распределены для некоторых миллисекунд, но стимуляция периферических нервов (H-рефлекс) производит только короткий эффект, H-рефлекс может сдвигаться вперед по отношению к нисходящей воллеY, так что он сталкивается с быстрой (эстафетной) фракцией нисходящего кортикоспинального залпа (раннее облегчение), или его можно смещать назад, чтобы можно было протестировать более медленные кортикоспинальные пути (поздняя фасилитация). В C отображается кривая кондиционирования H после кондиционирования M1. В D показана кривая кондиционирования H-рефлекса после CMS-кондиционирования. (Рисунок изменен с ²⁸ с разрешения издательства Oxford University Press). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2 : Влияние низкочастотной rTMS на раннее облегчение после кондиционирования M1- и CMS.
В A, B, & C Ong> данные (в среднем 10 трасс) одного представителя субъекта до и после вмешательства rTMS. Можно видеть, что условные Н-рефлексы, представляющие ранние облегчения, уменьшаются после обоих, М1- (А) и CMS-кондиционирования (В), тогда как контрольные Н-рефлексы остаются неизменными (С). В D, E, и F , отображается среднее из двух субъектов, показывающее одну и ту же картину: снижение как H1, так и M1- и CMS-обусловленных H-рефлексов без изменения контрольного H-рефлекса. Снижение после CMS-кондиционирования указывает на изменение передачи в кортикомотонурональных синапсах. Однако можно видеть, что подавление после rTMS после M1-кондиционирования больше. Таким образом, можно предположить и глубокие изменения на уровне моторного кортикального слоя. Р-значения в первой строке относятся к данным отдельного субъекта. (Рисунок изменен с ²⁸ с разрешения издательства Oxford University Press).Pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

Процедура кондиционирования Н-рефлекса, описанная здесь, была специально адресована для оценки острых изменений передачи через кортикомотонурональный синапс после повторной активации кортикоспинального пути ²⁸ . В этом отношении H-рефлекторная обусловленность высветила, что rTMS влияет не только на возбудимость корковых структур, но также оказывает влияние на кортикомотонулевую передачу в кортикомотонулярном синапсе. Однако этот метод может действительно иметь более широкое применение, так как изменения кортикоспинальной передачи происходят во время развития и старения мотора, моторного обучения, физических упражнений и тренировок, усталости, бездействия, восстановления после травмы, нейрофизиологических и терапевтических вмешательств, патологии и т.д. Кроме того, методы могут быть Применяется в здоровых людях или пациентах, если соблюдаются меры предосторожности TMS.

Введенный метод может быть применен для изучения внутрисессионной efКак в настоящем контексте или продольных эффектов в течение более длительного промежутка времени. Ранее было продемонстрировано, что методика кондиционирования M1 обеспечивает надежную оценку последствий, например, после 8 недель иммобилизации ³⁵ , 4 недель тренировки с балансом ^{36 , 37} и четырех недель тренировки по баллистической силе ³⁶ . Во всех этих исследованиях не наблюдалось изменений в условных Н-рефлексах в контрольных группах, которые не подвергались поведенческому вмешательству. С учетом техники кондиционирования CMS, насколько нам известно, до сих пор не было опубликовано исследование о долгосрочных последствиях.

Протокол кондиционирования, включающий приблизительно 12 - 14 ISI, длится приблизительно 15 минут. Это означает, что этот протокол стимуляции не подходит для оценки более короткой продолжительной нервной пластичности. Тем не менее, часто бывает возможно ограничить процедуру проведения послеоперационного тестированияНапример, раннее облегчение, оцениваемое в предварительном измерении, и тем самым значительно сокращает продолжительность процедуры до нескольких минут. В этом случае важно определить раннее облегчение для каждого предмета индивидуально. Это было сделано в исходном измерении, а затем в сравнении с ранним облегчением, полученным в пост-измерении с использованием тех же ISI (ов).

Преимущество кондиционирования H-рефлекса с помощью ТМС, накладываемого на M1 или на цервикомедуллярное соединение, а не на контроль составных потенциалов, имеет двоякое значение. Во-первых, можно выборочно измерять передачу различных кортикоспинальных проекций, например, для оценки изменений раннего облегчения, отражающих активность быстрых и прямых кортикомотонурональных проекций. Это является большим преимуществом по сравнению с анализом составных амплитуд потенциала, поскольку на эти последние ответы оказывает влияние множество прямых и косвенных эффектовs. Во-вторых, часто невозможно вызывать составные потенциалы (CMEP) с помощью цервикомедуллярной магнитной стимуляции, особенно для мышц нижних конечностей и во время измерений в состоянии покоя (Ugawa et al., 1994, Oya et al., 2008). Используя H-рефлекторную кондиционирования, H-рефлекс увеличивает восприимчивость спинномозговых мотонейронов к кортикоспинальной передаче. Однако важно, чтобы величина константы H-рефлекса управления SOL в течение всего эксперимента составляла 20-25% от M _max , поскольку ранее было показано, что чувствительность Н-рефлекса к стимулирующим или ингибирующим входам существенно зависит от Его размер ³¹ .

Для оценки того, вызваны ли изменения кортикоспинальной возбудимости или передачи изменениями на кортикальном или спинном уровне, в ряде исследований сравнивались ответы, вызванные TMS по M1, с ответами после TES M1 ¹⁶ . TMS и TES отличаются вКак они вызывают нисходящие кортикоспинальные залпы. При использовании TMS большая доля реакции соединения возникает при трансинаптическом возбуждении кортикоспинальных клеток ^{38 , 39} . Напротив, TES деполяризует большую часть кортико-спинальных нейронов прямым образом, возможно, на аксональном участке, удаленном от аксонного бугра, что приводит к так называемой «прямой» или D-волне ^{38 , 39 , 40} . Изменения в возбудимости моторной коры, следовательно, сильнее влияют на ответы после ТМС, чем изменения после ТЭС, по крайней мере, при низкой интенсивности стимуляции ^{17 , 18} . В настоящем контексте TES не применялся, потому что а) этот вид стимуляции ассоциируется со значительной болью и б) мы хотели обеспечить исключение корковых влияний. Поэтому мы сравнили ответы eliciTed с TMS по M1 с ответами, вызванными TMS в цервикомедуллярном соединении. Для того, чтобы стимулировать кортикоспинальный путь на уровне цервикомедуллярной системы, необходимо поместить субъекта в положение, при котором шейка и атланто-затылочный сустав сгибаются, чтобы позволить располагать катушку так, чтобы ее центральная часть была помещена на Или вблизи от него, что приводит к краниально направленному току ^{19 , 26} . Поэтому изменения в ответах на эту процедуру кондиционирования CMS могут быть четко связаны с изменениями на уровне спинного мозга. Кроме того, поскольку считается, что раннее облегчение условного H-рефлекса вызвано активацией прямых, кортикомотонурональных выступов спинальных мотонейронов ^{12 , 29} , изменение CMS-обусловленного H-рефлекса во время ранней фасилитации указывает Измененная кортикомотонурональная передача, т.е. 28 .

Хотя это действительно актуальная перспектива, описанные методы могут также применяться для получения измерений верхних конечностей посредством стимуляции периферических нервов в руке и записей из рук или от руки, эта техника ограничена мышцами, в которых она находится Возможно вызывать стабильный Н-рефлекс. Кроме того, из-за неприятного характера CMS-кондиционирования субъекты могут напрягаться в ожидании стимула. Таким образом, важно рандомизировать M1- и CMS-кондиционирование, чтобы избежать систематического смещения. По той же самой причине некоторые эксперименты с умственным моделированием или задачами времени реакции могут быть даже невозможны. Например, мы попросили испытуемых представить себе определенные постуральные задачи (см. ⁴¹ ), но субъекты не могли сосредоточиться на ментальном моделировании, предвидя CMS-кондиционирование. Другим ограничением является использование этого метода в течение болееДинамические задачи, поскольку это: a) очень сложно зафиксировать катушку над цервикомедуллярным узлом и b) держать головку в изгибе. Наконец, этот метод требует много времени, что еще больше ограничивает его применение в широком смысле.

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).