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Neuroscience

ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना के साथ मानव मोटर प्रणाली में कार्यात्मक रूप से विशिष्ट तंत्रिका मार्गों को मापने और हेरफेर करना

Published: February 23, 2020 doi: 10.3791/60706
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1School of Kinesiology, Brain Behavior Laboratory, University of Michigan

Summary

यह लेख ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना के साथ कार्यात्मक रूप से विशिष्ट तंत्रिका मार्गों को मापने और मजबूत करने के लिए नए दृष्टिकोणों का वर्णन करता है। ये उन्नत नॉनइनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना पद्धतियां मस्तिष्क-व्यवहार संबंधों की समझ और मस्तिष्क विकारों के इलाज के लिए नए उपचारों के विकास के लिए नए अवसर प्रदान कर सकती हैं।

Abstract

मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच बातचीत को समझना लक्ष्य निर्देशित व्यवहार के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है। मस्तिष्क कनेक्टिविटी की कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग ने मस्तिष्क की मौलिक प्रक्रियाओं जैसे अनुभूति, सीखने और मोटर नियंत्रण में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान की है। हालांकि, यह दृष्टिकोण ब्याज के मस्तिष्क क्षेत्रों की भागीदारी के लिए कारण सबूत प्रदान नहीं कर सकता । ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) मानव मस्तिष्क का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली, नॉनइनवेसिव उपकरण है जो मस्तिष्क गतिविधि को क्षणिक रूप से संशोधित करके इस सीमा को दूर कर सकता है। यहां, हम दो कुंडलों के साथ एक बनती-नाड़ी, दोहरी साइट टीएमएस विधि का उपयोग करके हाल ही में अग्रिमों को उजागर करते हैं जो विभिन्न कार्य संदर्भों के दौरान मानव मोटर प्रणाली में कोर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन की जांच करते हैं। इसके अतिरिक्त, हम कॉर्टिकल युग्मित साहचर्य उत्तेजना (सीपीए) के आधार पर दोहरी साइट टीएमएस प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं जो दो कुंडलियों के साथ कॉर्टिकल उत्तेजनाओं के बार-बार जोड़े लागू करके दो परस्पर मस्तिष्क क्षेत्रों में सिनैप्टिक दक्षता को बढ़ाता है। ये विधियां संज्ञानात्मक-मोटर फ़ंक्शन अंतर्निहित तंत्रों की बेहतर समझ प्रदान कर सकती हैं और साथ ही मस्तिष्क सर्किट को मिलाना और व्यवहार में सुधार करने के लिए लक्षित फैशन में विशिष्ट तंत्रिका मार्गों में हेरफेर करने पर एक नया परिप्रेक्ष्य प्रदान कर सकती हैं। यह दृष्टिकोण मस्तिष्क-व्यवहार संबंधों के अधिक परिष्कृत मॉडल विकसित करने और कई न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग विकारों के निदान और उपचार में सुधार करने के लिए एक प्रभावी उपकरण साबित हो सकता है।

Introduction

Noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना पार्किंसंस रोग, अल्जाइमर रोग, और स्ट्रोक1,2,3,4जैसे कई न्यूरोलॉजिकल विकारों के लिए एक आशाजनक मूल्यांकन उपकरण और उपचार है। न्यूरोलॉजिकल रोगों के व्यवहार अभिव्यक्तियों और कॉर्टिकल एक्सीलिटी, न्यूरोप्लास्टिसिटी, कोर्टिको-कॉर्टिकल और कॉर्टिको-सबकॉर्टिकल कनेक्टिविटी5,6की असामान्यताओं के बीच संबंध स्थापित करने वाले सबूत जमा हो रहे हैं। इसलिए, मस्तिष्क नेटवर्क गतिशीलता और न्यूरोलॉजिकल स्थितियों में प्लास्टिसिटी के बारे में बुनियादी ज्ञान रोग निदान, प्रगति, और चिकित्सा के लिए प्रतिक्रिया में अमूल्य अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं । कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग(एफएमआरआई) स्वस्थ और रोगग्रस्त मस्तिष्क नेटवर्क दोनों में मस्तिष्क और व्यवहार के बीच जटिल संबंधों को समझने के लिए एक उपयोगी उपकरण है और इसमें नेटवर्क परिप्रेक्ष्य7,8,9के आधार पर उपचार में सुधार करने की क्षमता है। हालांकि, एफएमआरआई प्रकृति में सहसंबंध है और मस्तिष्क समारोह और व्यवहार के बीच एक कारण लिंक प्रदान नहीं कर सकता है, और न ही10,11,12रोगियों में व्यवहार हानि से जुड़े असामान्य तंत्रिका सर्किट को बहाल करने के लिए कार्यात्मक कनेक्टिविटी में हेरफेर नहीं कर सकता है। ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) मानव मस्तिष्क समारोह और स्वास्थ्य और रोग3,13,14,15में व्यवहार को मापने और मिलाना दोनों कर सकता है।

टीएमएस मानव मस्तिष्क को उत्तेजित करने के लिए एक सुरक्षित, noninvasive विधि है16,17और प्लास्टिसिटी को प्रेरित करने और मापने के लिए उपयोग किया जा सकता है18. यह विधि व्यक्तिगत मस्तिष्क क्षेत्रों और व्यवहार के बीच कारण संबंधों की हमारी समझ को आगे बढ़ा सकती है10,11,12,19और मस्तिष्क नेटवर्क के अन्य नोड्स के साथ उनकी विशिष्ट कार्यात्मक बातचीत20,21,22,23. आज तक, अधिकांश अध्ययनों ने मानव मोटर प्रणाली पर ध्यान केंद्रित किया है, यह देखते हुए कि मोटर कॉर्टेक्स (एम 1) के हाथ क्षेत्र में टीएमएस मोटर व्यवहार से जुड़े परिवर्तनों के लिए शारीरिक readouts के रूप में मोटर पैदा क्षमता (एमईपी) का उत्पादन कर सकते हैं24, मानव मस्तिष्क में प्रणाली के स्तर पर विभिन्न अवरोधक और उत्तेजक सर्किट की जांच की अनुमति25. दो कुंडलों के साथ कंडीशनिंग टेस्ट टीएमएस दृष्टिकोण का उपयोग करके हाल ही में की गई प्रगति से पता चलता है कि विभिन्न कॉर्टिकल क्षेत्रों के बीच कार्यात्मक बातचीत को मापना संभव है। मोटर प्रणाली में, दोहरी साइट टीएमएस प्रयोगों से पता चलता है कि M1 के साथ जुड़े कॉर्टिकल क्षेत्रों से आदानों कार्य मांग, उंर, या रोग के साथ बदल सकते है14,26. फर्बर्ट और सहयोगियों द्वारा मौलिक काम में पाया गया है कि अन्य M1 के परीक्षण प्रोत्साहन से पहले M1 के लिए एक कंडीशनिंग उत्तेजना लागू करने के लिए MEP आयाम, एक कम अंतराल interhemispheric अवरोध (SIHI) के रूप में जाना जाता घटना के निषेध में परिणाम कर सकते है28. इस दृष्टिकोण का उपयोग करके कई टीएमएस अध्ययनों से यह भी पता चला है कि एम 1 कॉन्ट्रालेटरल एम 1, वेंट्रल प्रीमोटर कॉर्टेक्स (PMv), पृष्ठीय प्रीमोटर कॉर्टेक्स (पीएमडी), पूरक मोटर क्षेत्र (एसएमए), प्री-एसएमए, प्राथमिक संवेदी प्रांतस्था (S1) के साथ दृढ़ता से जुड़ा हुआ है। डोरसोलेटरल प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (डीएलपीएफसी), और पीछे के पार्श्व प्रांतस्था (पीपीसी) आराम से27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42. दिलचस्प बात यह है कि मोटर कॉर्टिकल एक्सीबिलिटी पर इन कॉर्टिकल क्षेत्रों से उत्तेजना का प्रभाव शारीरिक रूप से, अस्थायी और कार्यात्मक रूप से एक आंदोलन की तैयारी के दौरान चल रही मस्तिष्क गतिविधि के लिए विशिष्ट है (राज्य और संदर्भ-निर्भर43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,69). हालांकि, दोहरी साइट टीएमएस का उपयोग कर के बहुत कम अध्ययनों में मस्तिष्क विकारों वाले रोगियों में मोटर और संज्ञानात्मक हानि के साथ कार्यात्मक कोर्टिको-कॉर्टिकल कनेक्टिविटी के पैटर्न की विशेषता है70,71,72. यह मोटर और संज्ञानात्मक विकारों का आकलन करने और इलाज के लिए नए तरीकों को विकसित करने के अवसर प्रदान करता है।

इस तकनीक का उपयोग करते हुए, यह भी पाया गया है कि कॉर्टिकल टीएमएस के बार-बार जोड़े एम 1 से जुड़े कॉर्टिकल क्षेत्रों जैसे कॉन्ट्रालेटरल एम 168,69,70,पीएमवी76,77,78,एसएमए71,और पीपीसी80,81,82 विशिष्ट तंत्रिका मार्गों में सिनैप्टिक दक्षता में परिवर्तन को प्रेरित कर सकते हैं। 84,85,86 और व्यवहार प्रदर्शन72,73,74बढ़ा . फिर भी, कुछ अध्ययनों ने न्यूरोलॉजिकलविकारों 2,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,90,91,92में सर्किट और प्लास्टिसिटी रोग का अध्ययन करने के लिए इस दृष्टिकोण का उपयोग कियाहै, 93,94,95,96. यह दिखाया जाना बाकी है कि क्या टीएमएस के साथ कार्यात्मक रूप से विशिष्ट तंत्रिका मार्गों को मजबूत करना बेकार सर्किट में गतिविधि को बहाल कर सकता है, या क्या बरकरार सर्किटके संभावित मजबूत होने से मस्तिष्क नेटवर्क में लचीलापन९७ बढ़ सकता है जो उम्र भर और रोग में मोटर और संज्ञानात्मक कार्य का समर्थन करते हैं । तंत्रिका तंत्रिका तंत्र अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र की मौलिक समझ की कमी और परस्पर बेकार मस्तिष्क नेटवर्क पर उत्तेजना के प्रभाव वर्तमान उपचार सीमा ।

अपनी क्षमता के बावजूद, टीएमएस अभी तक मस्तिष्क व्यवहार संबंधों, मस्तिष्क विकारों के रोगविज्ञान, और उपचार की प्रभावशीलता को समझने के लिए तंत्रिका विज्ञान और नैदानिक उपकरणों के आयुध का एक मानक हिस्सा बन गया है । इसलिए, इसकी क्षमता को साकार करने और इसके बड़े पैमाने पर आवेदन का समर्थन करने के लिए, टीएमएस विधियों का मानकीकरण महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्वतंत्र प्रयोगशालाओं में भविष्य के टीएमएस प्रयोगों और प्रजनन क्षमता की कठोरता को बढ़ाने की अधिक संभावना है। यह लेख रेखांकित करता है कि कैसे टीएमएस का उपयोग कार्यात्मक बातचीत को मापने और हेरफेर करने दोनों के लिए किया जा सकता है। यहां, हम टीएमएस-आधारित आउटपुट उपायों (जैसे, एमईपी) को मापकर मोटर सिस्टम (उदाहरण के लिए, पैराटो-मोटर पाथवे44)में इस तकनीक का वर्णन करते हैं, जहां विधि को सबसे अच्छा समझा जाता है। हालांकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इस प्रोटोकॉल को अन्य उपकॉर्टिकल85,सेरिबेलर86,87और कॉर्टिकल क्षेत्रों के कार्यात्मक युग्मन को लक्षित करने के लिए भी अनुकूलित किया जा सकता है। 73,74,88 इसके अलावा, ईईजी89,90,91 और एफएमआरआई92,93 जैसी न्यूरोइमेजिंग तकनीकों का उपयोग गतिविधि और कनेक्टिविटी26,94में टीएमएस-प्रेरित परिवर्तनों का आकलन करने के लिए किया जा सकता है। हम यह प्रस्ताव करके निष्कर्ष निकालते हैं कि स्वास्थ्य और रोग दोनों में इन टीएमएस विधियों के साथ सर्किट स्तर की कॉर्टिकल कनेक्टिविटी की कार्यात्मक भागीदारी का अध्ययन मस्तिष्क-व्यवहार संबंधों के अधिक परिष्कृत नेटवर्क मॉडलों के आधार पर लक्षित निदान और अभिनव उपचार विकसित करना संभव बनाता है ।

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Protocol

निम्नलिखित तीन टीएमएस विधियों को नीचे वर्णित किया गया है। सबसे पहले, दोहरी साइट ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (dsTMS) का उपयोग करके कोर्टिको-कॉर्टिकल कनेक्टिविटी को मापने के लिए दो तरीकों का वर्णन किया गया है, जबकि प्रतिभागी या तो 1 हैं (विश्राम राज्य) या 2) एक ऑब्जेक्ट-निर्देशित पहुंच-से-समझ आंदोलन (2) का प्रदर्शन कार्य-निर्भर)। दूसरा, एक कॉर्टिकल बनती साहचर्य उत्तेजना (सीपीए) विधि को कार्यात्मक को मजबूत करने के लिए कॉर्टिकल उत्तेजनाओं (जैसे, पीछे की परीताल और प्राथमिक मोटर कॉर्टिस) को जोड़कर नियंत्रित तरीके से दो मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच परस्पर क्रिया को मिलाना बताया गया है। टीएमएस के साथ विशिष्ट तंत्रिका मार्ग और कॉर्टिकल एक्सीबिलिटी में परिवर्तन को प्रेरित करते हैं। प्रत्येक विधि के लिए एक प्रतिनिधि डेटा सेट प्रदान किया जाता है। इस प्रोटोकॉल में वर्णित सभी तरीकों को हेलसिंकी की घोषणा के अनुसार मिशिगन विश्वविद्यालय इंस्टीट्यूशनल रिव्यू बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था।

1. प्रतिभागी भर्ती

  1. भर्ती से पहले टीएमएस95,96,97,98,99,100 और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के लिए किसी भी मतभेद के लिए सभी प्रतिभागियों को स्क्रीन करें। मोटर प्रणाली में कार्यात्मक कनेक्टिविटी की जांच प्रयोगों के लिए दाएं हाथ के प्रतिभागियोंको 101 भर्ती करें।
  2. स्थानीय संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित अध्ययन उद्देश्यों, प्रक्रियाओं और जोखिमों के बारे में प्रत्येक प्रतिभागी को सूचित करें। व्यक्ति को अध्ययन में भाग लेने की अनुमति देने से पहले लिखित सहमति प्राप्त करें।

2. इलेक्ट्रोमायोग्राफी (ईएमजी) इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट

  1. प्रतिभागी को निर्देश दें कि वे आराम की स्थिति में समर्थित दोनों बाहों के साथ प्रायोगिक कुर्सी पर आराम से बैठें। उत्तेजना के दौरान सिर आंदोलन को न्यूनतम रखने के लिए टीएमएस के दौरान प्रतिभागियों के लिए एक ठोड़ी आराम प्रदान करें।
  2. हल्के घर्षण के साथ ब्याज की मांसपेशियों पर त्वचा को साफ करें। एक पेट टेंडन इलेक्ट्रोड व्यवस्था का उपयोग करना, पेट की मांसपेशी पर एक डिस्पोजेबल एजी-AgCl इलेक्ट्रोड जगह है और एक और एक बोनी मील का पत्थर पर भागीदार के दोनों हाथों पर एक संदर्भ साइट के लिए पास । ब्याज की प्रत्येक मांसपेशी के लिए इस कदम को दोहराएं।
  3. उल्नार स्टाइलॉइड प्रक्रिया से एक जमीन इलेक्ट्रोड कनेक्ट करें। प्रयोग की अवधि के दौरान त्वचा के साथ इलेक्ट्रोड के सतह संपर्क के स्तर का निरीक्षण करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ईएमजी सिग्नल की बाधा गुणवत्ता को रोकता है। सतह इलेक्ट्रोड पर टेप रखने से त्वचा की सतह के साथ संपर्क की डिग्री में सुधार हो सकता है।
    नोट: पहुंच-से-समझ कार्यों के लिए आम मांसपेशियों का अध्ययन 1) पहला पृष्ठीय इंटरसोसेसियस (एफडीआई), 2) अपहरणकर्ता पोलिस ब्रेविस (एपीबी), और 3) अपहरणकर्ता डिजिटी मिनीमी (एडीएम) हाथ की मांसपेशियां।
  4. सतह इलेक्ट्रोड को ईएमजी एम्पलीफायर और डेटा अधिग्रहण प्रणाली से जोड़ें। ईएमजी सिग्नल की ऑनलाइन मॉनिटरिंग और ऑफलाइन एनालिसिस के लिए ईएमजी सॉफ्टवेयर के साथ एम्पलीफायर से लेकर डाटा कलेक्शन कंप्यूटर तक ईएमजी सिग्नल्स को रिकॉर्ड और स्टोर करें। वैकल्पिक रूप से, ईएमजी सिग्नल 1,000x को बढ़ाना, और 2 हर्ट्ज और 2.5 किलोवाट के बीच बैंड-पास फिल्टर का उपयोग करें, जो एनालॉग-टू-डिजिटल इंटरफेस द्वारा 5 किलोवाट पर डिजिटाइज्ड है।

3. लक्षित टीएमएस के लिए मस्तिष्क क्षेत्रों का स्थानीयकरण

  1. विधि 1: एमआरआई स्कैन के बिना स्थानीयकरण
    1. 10-20 ईईजी सिस्टम मार्क C3 का उपयोग करना, बाएं प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (एम 1) पर लगभग स्थित है, और पी 3, प्रतिभागी की खोपड़ी पर बाएं पीछे के पार्श्व प्रांतस्था (पीपीसी) में कोणीय जायरस के एक हिस्से पर स्थित है। 10-20 ईईजी प्रणाली के साथ मस्तिष्क क्षेत्रों को स्थानीयकृत करने के लिए विशिष्ट चरणों के लिए पहले वर्णित विधियों को देखें (विल्मार एट अल102से आंकड़े 3 और 4 देखें)।
    2. वैकल्पिक रूप से, एक इलेक्ट्रोएंसेफलोग्राफी (ईईजी) हेड कैप का उपयोग खोपड़ी पर मस्तिष्क क्षेत्रों को लगभग करने के लिए किया जा सकता है। प्रतिभागी के सिर पर उचित आकार की ईईजी कैप रखें और प्रतिभागी की खोपड़ी पर चिह्नित सीजेड स्थिति के साथ कैप पर सीजेड स्थिति को संरेखित करें। मार्क C3 और P3 टोपी का उपयोग कर ।
      नोट: एक व्यक्ति के एमआरआई स्कैन के बिना स्थानीयकरण गलत१०३होने की क्षमता है । इसलिए, एमआरआई आधारित न्यूरोनेविगेशन टीएमएस को लक्षित करने की सटीकता और विश्वसनीयता को बढ़ाने के लिए दृढ़ता से सिफारिश की जाती है। इससे संभावित रूप से टीएमएस-प्रेरित आफ्टरइफेक्ट में कम परिवर्तनशीलता हो सकती है।
  2. विधि 2: एमआरआई स्कैन का उपयोग करना
    1. टीएमएस सत्र से पहले, प्रतिभागी की संरचनात्मक एमआरआई (टी1) प्राप्त करें। स्कैन को न्यूरोनेविगेशन सिस्टम पर अपलोड करें।
    2. न्यूरोनेविगेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग करके मस्तिष्क और त्वचा ओवरले का त्रि-आयामी पुनर्निर्माण बनाएं। नाक, नाशन, इनियन, और दोनों कानों के प्रीयूकुलर नॉच की नोक पर शारीरिक स्थलों पर मार्कर रखें। ट्रैगस का उपयोग न करें क्योंकि यह कान प्लग डालने पर स्थानांतरित हो सकता है।
    3. हाथ घुंडी का पता लगाएं, शारीरिक मील का पत्थर है कि M1१०४से मेल खाती है, बाएं पूर्वकेंद्रीय gyrus में । न्यूरोनेविगेशन सिस्टम के साथ इस बिंदु पर एक प्रक्षेपवक्र मार्कर रखें। इस बिंदु को मिडसिटटल लाइन से 45 डिग्री और लगभग लंबवत केंद्रीय सल्कस में गठबंधन किया जाना चाहिए। रिकॉर्ड और न्यूरोनेविगेशन सिस्टम(चित्रा 1)के साथ शारीरिक मील का पत्थर नाम ।
    4. ब्याज के गैरमोटर क्षेत्र का पता लगाएं (उदाहरण के लिए, पीपीसी में पूर्वकाल intraparietal सल्कस क्षेत्र पर) । इस शारीरिक मील का पत्थर पर एक दूसरा प्रक्षेपवक्र मार्कर रखें। रिकॉर्ड और न्यूरोनेविगेशन सिस्टम के साथ स्थान का नाम(चित्रा 1)।
  3. ट्रैकिंग सिस्टम के साथ कुंडली और सिर पंजीकरण करें
    1. न्यूरोनेविगेशन सिस्टम का उपयोग करके अंशांकन ब्लॉक के साथ दोनों टीएमएस कॉइल को अलग से कैलिब्रेट करें।
    2. हेड ट्रैकर को सुरक्षित रूप से प्रतिभागी के सिर पर रखें ताकि ट्रैकर प्रयोग की अवधि में देखने में लगे।
    3. प्रतिभागी के सिर पर शारीरिक स्थलों को न्यूरोनेविगेशन सिस्टम में सहरजिस्टर करें। यदि प्रतिभागी से एमआरआई प्राप्त नहीं किया गया था, तो मॉन्ट्रियल न्यूरोलॉजिकल इंस्टीट्यूट से टेम्पलेट एमआरआई का उपयोग करें।
      नोट: पंजीकरण करते समय असुविधा और अशुद्धियों से बचने के लिए प्रतिभागी की त्वचा पर सूचक के साथ बहुत अधिक बल लागू नहीं करना महत्वपूर्ण है। यह प्रयोग है कि सिर ट्रैकर स्थानांतरित नहीं किया है के दौरान नियमित रूप से जांच करने के लिए मूल्यवान हो सकता है । ये प्रक्रियाएं प्रयोग के दौरान उत्तेजना के लिए टीएमएस कुंडली को लक्षित क्षेत्र में लागू करते समय सटीकता सुनिश्चित करती हैं।

4. इष्टतम टीएमएस कॉइल पोजीशन और निर्धारित थ्रेसहोल्ड का स्थानीयकरण

नोट: इस प्रयोग में,कुंडलM M1 M1 को उत्तेजना देने के लिए इस्तेमाल किया कुंडली को संदर्भित करता है, जबकि कुंडलदो ब्याज के अंय कॉर्टिकल क्षेत्र (जैसे, पीछे पार्श्व प्रांतस्था) को उत्तेजना देने के लिए इस्तेमाल किया कुंडली को संदर्भित करता है । M1 पर थ्रेसहोल्डिंग को नॉनमोटर क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले अधिकतम उत्तेजक उत्पादन (MSO) की गणना करने के लिए कॉइलटू के लिए निर्धारित किया जाना चाहिए। प्रयोगों में तुलना और प्रजनन क्षमता के लिए अनुमति देने के लिए मोटर सीमा मानों की सूचना दी जानी चाहिए।

  1. कुंडलदो के साथ स्थानीयकरण और थ्रेसहोल्डिंग
    1. मस्तिष्क में एक पीछे-पूर्वकाल वर्तमान दिशा को प्रेरित करने के लिए पिछले खंड में पहचाने गए लक्ष्य M1 स्थान पर कुंडलदो के केंद्र की स्थिति।
    2. लक्ष्य की मांसपेशियों की सक्रियता के लिए इष्टतम स्थान खोजने के लिए, मशीन के MSO के 30% पर M1 को दालें वितरित करें। निरीक्षण करें कि क्या वितरित उत्तेजना एक मांसपेशी चिकोटी पैदा करती है और डेटा अधिग्रहण प्रणाली द्वारा प्रदर्शित मांसपेशियों की गतिविधि से ईएमजी इलेक्ट्रोड के साथ दर्ज मोटर पैदा क्षमता (एमईपी) के आयाम का निर्धारण करती है।
    3. यदि एमईपी या दिखाई देने वाली मांसपेशी चिकोटी नहीं देखी जाती है, तो उत्तेजक उत्पादन में 5% वेतन वृद्धि जारी रखें। टीएमएस कुंडलकी स्थिति, रोटेशन, पिच और याव को एमईपी के आयाम को अनुकूलित करने के लिए समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। प्रतिक्रिया न देखे जाने तक इसे दोहराएं।
    4. तीव्रता को सबसे कम तीव्रता तक कम करें जो 10 में से कम से कम 5 एमईपी प्रतिक्रियाओं का उत्पादन करता है जिसमें 50 माइक्रोन के आयाम होते हैं जबकि प्रतिभागी आरामसे 97,98,105पर है। इसे आराम मोटर दहलीज (आरएमटी) के रूप में परिभाषित किया गया है।
    5. थ्रेसहोल्डिंग सत्र की अवधि के लिए सुनिश्चित करें कि दोनों हाथ तकिए के साथ समर्थित दोनों हथियारों और हाथों के साथ आराम की स्थिति में हैं।
    6. पूरे सत्र में ईएमजी (जैसे, मॉनिटर या स्पीकर पर) से मांसपेशियों की गतिविधि का वास्तविक समय दृश्य या श्रवण प्रतिक्रिया प्रदान करें, खासकर यदि अत्यधिक मांसपेशी गतिविधि (जैसे, पुरानी वयस्क आबादी)।
    7. लगातार आराम के स्तर के बारे में प्रतिभागी से पूछें।
      नोट: यह महत्वपूर्ण है कि ऊपर वर्णित सभी प्रक्रियाओं को अलग-अलग टीएमएस कुंडली के लिए अलग-अलग और दोहराया जाता है ताकि विभिन्न आकार के कुंडलों के लिए प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट मापदंडों का निर्धारण किया जा सके (उदाहरण के लिए, इष्टतम टीएमएस कुंडल स्थिति और निर्धारण का स्थानीयकरण मोटर थ्रेसहोल्डिंग के लिए उत्तेजना तीव्रता)। यह भी महत्वपूर्ण है कि टीएमएस दालों के बीच अंतराल कॉर्टिकल एक्सीबिलिटी में बदलाव को प्रेरित करने से बचने के लिए है >5 s ।
  2. कॉइलM1 के साथ स्थानीयकरण और थ्रेसहोल्डिंग
    1. कुंडलM1के साथ इष्टतम उत्तेजना स्थान खोजने के लिए ऊपर वर्णित चरणों को दोहराएं।
    2. मांसपेशियों को पूरी तरह से आराम मिलने पर लक्ष्य हाथ की मांसपेशी में 10 परीक्षणों में से 5 में 1 एमवी के एमईपी उत्पन्न करने के लिए आवश्यक सबसे कम उत्तेजक तीव्रता निर्धारित करें। न्यूरोनेविगेशन सिस्टम का उपयोग करके कॉइलएम 1 की स्थिति को चिह्नित और रिकॉर्ड करें।

5. दोहरी साइट टीएमएस (शेष राज्य)

  1. दो आकृति-8 आकार के कुंडल (जैसे, कॉइलएम 1 और कॉइलटू)का उपयोग दो व्यक्तिगत टीएमएस उत्तेजक (जैसे, दो मैगस्टिम 2002 इकाइयों) से जुड़ा हुआ है। कॉइलएम 1 (जैसे, D70² फिगर-8 आकार का कुंडल, लूप का बाहर व्यास 7 सेमी) और कंडीशनिंग उत्तेजनाओं (सीएस) के साथ कॉइल टू के साथ ब्याज के दूसरे क्षेत्र में परीक्षण उत्तेजनाओं (टीएस) को वितरितकरें। (जैसे, D50 अल्फा B.I., प्रत्येक पाश के व्यास के बाहर 5 सेमी है)।
  2. कुंडलदोके लिए कंडीशनिंग उत्तेजना (सीएस) के लिए MSO तीव्रता का प्रतिशत निर्धारित करें ।
    नोट: एमएसओ तीव्रता का प्रतिशत अक्सर आरएमटी के 70-140 के बीच होता है और प्रयोग के विशिष्ट मापदंडों और उद्देश्यों पर निर्भर करेगा (तालिका 3 को Lafleur एट अल.अल. 14से देखें)। इस प्रयोग के लिए, सीएस को आरएमटी के 90% पर सेट किया गया था, जो कहीं और35,44,60का उपयोग किए जाने वाले मापदंडों के समान था।
  3. परीक्षण उत्तेजना (टीएस) के लिए, पहले से निर्धारित तीव्रता का उपयोग करें जो लक्षित शांत हाथ की मांसपेशी में ~ 1 एमवी के एमईपी आयाम को प्रकाश में लाना है।
  4. सीएस और टीएस के बीच सटीक इंटरस्टिव इंटरवल (आईएसआई) सेट करें।
  5. दोनों दालों के लिए आईएसआई को नियंत्रित करने के लिए टीटीएल दालों के जरिए सप्लाई किए गए कंट्रोल सॉफ्टवेयर या एक्सटर्नल कंट्रोल का इस्तेमाल करें। आईएसआई अक्सर 4-20 एमएस से लेकर होती है (तालिका 1 को Lafleur एट अल अल14से देखें) । इस प्रयोग के लिए सीएस टू पीपीसी ने टीएस से पहले एम1 को 5 एमएस की आईएसआई ने एम1 कर दिया था।
  6. कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करना, निर्दिष्ट आईएसआई में एकल-पल्स टीएमएस परीक्षण (अकेले टीएस) और बनती-पल्स टीएमएस परीक्षण (सीएस-टीएस) को यादृच्छिक क्रम में उत्पन्न करें।
  7. स्थिति कुंडलM1 पर छोड़ दिया M1 और स्थिति कुंडलदो ब्याज के अंय क्षेत्र पर ।
  8. कुंडलM1के साथ अकेले टीएस परीक्षण उद्धार । बनती-नाड़ी (सीएस-टीएस) परीक्षणों के लिए, कुंडलदो के साथ सीएस उद्धार पूर्व निर्धारित आईएसआईएस में कुंडलM1 के लिए टीएस के बाद । यह चित्र ा 2में सचित्र है । प्रत्येक स्थिति के लिए न्यूनतम 12 परीक्षण दोहराएं। प्रीस्टिव ईएमजी गतिविधि एकत्र करने के लिए परीक्षण की शुरुआत के बाद टीएस को कम से कम 1 एस वितरित करें। प्रत्येक परीक्षण के लिए 4 एस डेटा अधिग्रहण स्वीप का उपयोग करें जिसके बाद 1 एस इंटरट्रायल अंतराल होता है।
  9. यदि आवश्यक हो, तो प्रतिभागी के सिर पर चयनित लक्षित स्थानों पर दोनों कुंडलों के प्लेसमेंट को समायोजित करने के लिए टीएमएस कॉइल पोजीशन को थोड़ा समायोजित करें। तदनुसार न्यूरोनेविगेशन सिस्टम का उपयोग करके कॉइलएम 1 और कॉइलटू के नए स्थान को समायोजित और रिकॉर्ड करें।
  10. प्रोग्राम किए गए टीएमएस दालों को डिलीवर करने के लिए सप्लाई किए गए कंट्रोल सॉफ्टवेयर या कस्टम-मेड कोडिंग स्क्रिप्ट के लिए सप्लाई किए गए कंट्रोलसॉफ्टवेयर या कस्टम-मेड कोडिंग स्क्रिप्ट के लिए टीएमएस मशीन पर ट्रिगर बटन का इस्तेमाल करें ।
    नोट: इस प्रयोग के लिए, एक डेटा अधिग्रहण प्रणाली (जैसे, सीईडी माइक्रो 1401) और सॉफ्टवेयर पैकेज (जैसे, सिग्नल संस्करण 7) का उपयोग उत्तेजनाओं को उत्पन्न करने, डेटा कैप्चर करने, बाहरी उपकरणों को नियंत्रित करने और विश्लेषण को चलाने के लिए किया गया था। प्रयोगों से डेटा को चलाने और विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट संबंधित लेखक से उपलब्ध हैं।

6. दोहरी साइट टीएमएस (कार्य संदर्भ)

नोट: दोहरी साइट टीएमएस का उपयोग यह परीक्षण करने के लिए भी किया जा सकता है कि क्या आराम से कार्यात्मक कनेक्टिविटी को विभिन्न कार्य संदर्भों द्वारा संग्राहक किया जा सकता है।

  1. एम 1 से जुड़े विभिन्न कॉर्टिकल क्षेत्रों के बीच कार्यात्मक बातचीत की जांच करने के लिए ऊपर दिए गए अनुभाग में वर्णित एक ही विधि का पालन करें, लेकिन एक कार्य के प्रारंभिक चरण के दौरान जो नेटवर्क को संलग्न करता है (उदाहरण के लिए, समझ के लिए कार्य योजना के दौरान)।
  2. चयनात्मक हाथ की मांसपेशियों के लिए एक जटिल आंदोलन योजना (जैसे, वस्तु चालित सटीक पकड़ या पूरे हाथ की समझ43,44,45, 46,47,48,49,106)की तैयारी के दौरान एम 1 के साथ कार्यात्मक बातचीत का अध्ययन करने के लिए समय पाठ्यक्रम और ब्याज के एक कॉर्टिकल क्षेत्र (उदाहरण के लिए, पीपीसी) निर्धारित करें।
  3. एक कस्टम निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करना, यादृच्छिक क्रम में उत्पन्न टीएस अकेले परीक्षणों और बनती-पल्स परीक्षणों (सीएस-टीएस) के समय एक दिए गए आईएसआई में प्रतिक्रिया समय अवधि (योजना चरण) के दौरान 'गो' क्यू के बाद इस तरह से उत्पन्न करें कि एमईपी रिकॉर्डिंग आंदोलन से पहले एकत्र की जाती है कार्य के लिए दीक्षा (पूर्वआंदोलन अवधि)।
  4. जटिल हाथ आंदोलनों की कार्य योजना के दौरान 'गो' क्यू47,49 के बाद एकल-पल्स टीएमएस (अकेले टीएस) या युग्मित-पल्स टीएमएस (सीएस-टीएस) को 50 और 800 एमएस के बीच जांच करें। इस प्रयोग के लिए घटना से संबंधित परीक्षण के समय के लिए चित्रा 3 देखें। घटना से संबंधित परीक्षणों के समय को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट संबंधित लेखक से उपलब्ध हैं।
    1. टीएमएस के साथ परीक्षण सत्र से पहले, प्रतिभागी को एक सुसंगत प्रतिक्रिया समय स्थापित करने के लिए न्यूनतम 50 अभ्यास परीक्षणों के लिए कार्य करना होगा। टीएमएस के साथ परीक्षण सत्र के दौरान विश्वसनीय प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए कार्य के बारे में प्रश्न पूछने के लिए प्रतिभागी को प्रोत्साहित करें।
    2. एकल पल्स टीएमएस (अकेले टीएस) या बनती-पल्स टीएमएस (सीएस-टीएस) और कार्य (जैसे, एक छोटे शीर्ष को समझना या एक बड़ा नीचे वस्तु समझ) के सभी संयोजनों को वितरित करने के लिए कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करें, जैसे कि एमईपी रिकॉर्डिंग हैं वास्तविक आंदोलन दीक्षा से पहले एकत्र किया गया।

7. कॉर्टिकल बनती साहचर्य उत्तेजना (सीपीए)

नोट: इस प्रोटोकॉल में मानव मस्तिष्क के भीतर कनेक्शन के बीच सिनैप्टिक ताकत में मार्ग-विशिष्ट परिवर्तनों को प्रेरित करने के लिए कम अवधि में दो अलग-अलग कॉर्टिक लकने वाले क्षेत्रों में मोनोफैसिक दालों के जोड़े वितरित करना शामिल है। यह दृष्टिकोण स्पाइक टाइमिंग निर्भर प्लास्टिसिटी107,108,109,110के हेबियन सिद्धांतों पर आधारित है . दोहरी साइट टीएमएस विधियों के समान, सीपीए दो अलग-अलग कॉर्टिकल क्षेत्रों (जैसे, पीपीसी और एम 1) पर दो व्यक्तिगत टीएमएस कॉइल से जुड़ी दो टीएमएस मशीनों के साथ वितरित किया जाता है।

  1. कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करके, 0.2 हर्ट्ज (8.3 मिनट अवधि प्रत्येक) पर 100 जोड़े उत्तेजनाएं उत्पन्न करें। प्रायोगिक सीपीएदो → एम 1 स्थिति के लिए, एक निर्दिष्ट पल्स तीव्रता (जैसे, 90% आरएमटी) के साथ कुंडलदो के साथ नॉनमोटर क्षेत्र (जैसे, पीपीसी) पर पहली उत्तेजनाओं को वितरित करें, जो एक पल्स तीव्रता के साथ कॉइल एम1 पर दूसरी उत्तेजनाओं से पहले 5 एमएस के लिए है जो लक्षित हाथ की मांसपेशियों में ~ 1 एमवी का मेपिलिटुट्यूड प्रकाश में आता है।
  2. यह के लिए नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है: 1) कनेक्टिविटी की दिशात्मकता (CTRLM1 → दो); 2) समय (सीटीआरएलआईएसआई = 500ms); और 3) अलग सत्रों में उत्तेजना साइट (सीटीआरएल नियंत्रण साइट → M1)। उदाहरणों के लिए72,74,111,112देखें . प्रत्येक सीपीए शर्त के लिए कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट संबंधित लेखक से उपलब्ध हैं। उत्तेजना मापदंडों (जैसे, तीव्रता और आईएसआई) को विभिन्न कॉर्टिकल क्षेत्रों के लिए समायोजित किया जा सकता है। प्लास्टिसिटी प्रोटोकॉल के सारांश के लिए Lafleur एटअल. 14 से तालिका 2 को देखें।
  3. टीएमएस कुंडल के सटीक स्थान का मार्गदर्शन करने के लिए पिछले खंडों में वर्णित प्रक्रियाओं का उपयोग करें।
  4. कॉइलएम 1 (जैसे, ~ 24 एमईपी) के साथ बेसलाइन कोर्टिकोस्पाइनल माप प्राप्त करें।
  5. प्रतिभागियों को चार हस्तक्षेप समूहों में से एक में यादृच्छिक करें: 1) सीपीए दो → एम 1; 2) सीटीआरएलM1 → दो; 3) सीटीआरएलआईएसआई = 500ms; 4) सीटीआरएल नियंत्रण साइट → M1।
  6. इस प्रयोग के लिए केवल प्रायोगिक सीपीई दो → एम 1 स्थिति का परीक्षण किया गया था और पीपीसी को ब्याज के क्षेत्र के रूप में इस्तेमाल किया गया था। एक ही प्रतिभागी पर कई सत्र ों का प्रदर्शन करते समय, यह महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक प्रयोगात्मक सत्र को क्रॉसओवर प्रभावों को रोकने के लिए यादृच्छिक क्रम में कम से कम 48 घंटे से अलग किया जाए। सतर्कता के लिए नियंत्रण के लिए दिन के एक ही समय में प्रत्येक प्रतिभागी के भीतर सत्र दोहराना भी महत्वपूर्ण है।
  7. निर्दिष्ट सीपीए स्थिति देने के लिए कस्टम-निर्मित कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करें।
  8. ईएमजी के साथ प्रयोग के दौरान दूसरे (बाएं) हाथ की मांसपेशियों की गतिविधि की निगरानी करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि प्रोटोकॉल के दौरान हाथ पूरी तरह से आराम से है।
  9. मस्तिष्क उत्तेजना पर टीएमएस-प्रेरित प्रभाव के समय पाठ्यक्रम की जांच करने के लिए सीपीए (जैसे, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 मिन) के बाद अलग-अलग समय पर कॉइलएम 1 (जैसे, लगभग 24 एमईपी) के साथ कॉर्टिकोस्पाइनल माप प्राप्त करें।
    नोट: यहां इस्तेमाल किया प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल चित्र4में दिखाया गया है । आज तक के अधिकांश अध्ययनों ने मोटर सिस्टम पर ध्यान केंद्रित किया है क्योंकि एमईपी एक विश्वसनीय परिणाम उपाय है। हालांकि, व्यवहार उपाय72,73,74 और एफएमआरआई92,93 और ईईजी89,90 के साथ कार्यात्मक कनेक्टिविटी ताकत के बाद एसोक्सिएटिव प्लास्टिसिटी के टीएमएस हेरफेर की भी जांच की जा सकती है। इन तरीकों को विभिन्न कॉर्टिकल क्षेत्रों के लिए भी अपनाया जा सकता है जिनमें एम 1 को कॉर्टिकल लक्ष्य के रूप में शामिल नहीं किया गया है।

8. डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण

  1. नेत्रहीन EMG डेटा ऑफ़लाइन का निरीक्षण करें और मांसपेशियों की गतिविधि को दिखाने वाले किसी भी निशान को त्याग दें जिसमें मांसपेशियों में रूट मतलब स्क्वायर ईएमजी गतिविधि 100 एमएस के दौरान 10 μV के पृष्ठभूमि स्तर से अधिक हो गई , यह सुनिश्चित करने के लिए कि मांसपेशियां बाकी59,113पर थीं ।
  2. इसी तरह, आंदोलन की तैयारी अवधि (जैसे, 800 एमएस विंडो47,49)के दौरान टीएमएस पल्स के साथ मेल करने वाले ईएमजी गतिविधि के साथ किसी भी परीक्षण को त्यागें ताकि अग्रिम प्रतिक्रियाओं को बाहर किया जा सके।
  3. प्रत्येक एमईपी परीक्षण के लिए, टीएस105के बाद 50 एमएस से पहले और 100 एमएस के बीच समय खिड़की में एमवी में न्यूनतम और अधिकतम मूल्यों के बीच पीक-टू-पीक आयाम को मापें।
  4. प्रत्येक प्रतिभागी के लिए टीएस अकेले परीक्षणों और युग्मित-पल्स (सीएस-टीएस) परीक्षणों से मिलीवोल्ट में एमईपी आयाम के मतलब की गणना करें। सभी प्रतिभागियों में मतलब की गणना करें। इन मूल्यों की रिपोर्ट करें।
  5. इसके बाद, प्रत्येक प्रतिभागी और स्थिति के लिए बिना शर्त एकल-पल्स (अकेले टीएस) परीक्षणों से बनती-पल्स उत्तेजना (सीएस-टीएस) परीक्षणों से मतलब एमईपी आयाम को सामान्य करें। एमईपी आयामको बेसलाइन टीएस स्थिति के अनुपात के रूप में व्यक्त करें।

Equation 1

  1. सभी प्रतिभागियों में मतलब की गणना करें। इन मूल्यों की रिपोर्ट करें।

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Representative Results

चित्रा 5 एक आदर्श एमईपी प्रतिक्रिया के आकार को टीएमएस द्वारा एफडीआई मांसपेशी में एक अनकंडीशनल परीक्षण उत्तेजनाओं (टीएस अकेले एम 1, ब्लू ट्रेस) या पीपीसी (सीएस-टीएस, रेड ट्रेस) से वातानुकूलित उत्तेजनाओं के लिए प्राप्त करता है, जबकि प्रतिभागी आराम (शीर्ष पैनल) पर था या किसी ऑब्जेक्ट (बॉटम पैनल) को लक्ष्य निर्देशित लोभी कार्रवाई की योजना बना रहा था। बाकी के साथ, पीपीसी Ipsilateral M1 पर एक निरोधात्मक प्रभाव डालती है, जैसा कि एम 1 (शीर्ष पैनल) पर एक सुप्राथ्रेसटीएस से पहले पीपीसी 5 एमएस पर दिए गए एक उपथ्रेस्रेस सीएस द्वारा शक्तिशाली एमईपी आयामों में कमी से दिखाया गया है। एक समझ कार्रवाई की तैयारी के दौरान, पीपीसी से आराम पर इस शुद्ध निरोधात्मक ड्राइव सुविधा (निषेध की रिहाई) के लिए बंद कर दिया । आराम बनाम कार्य मांगों के दौरान पीपीसी-एम 1 इंटरैक्शन की सीधे तुलना करने के लिए, एमईपी आयामों को प्रत्येक स्थिति के लिए अकेले परीक्षणों के लिए टीएस को सामान्य किया गया था और एमईपी आयाम के अनुपात के रूप में साजिश रची गई थी। पीपीसी-M1 बातचीत आराम से सुविधा थी जब एक वस्तु निर्देशित समझ (बैंगनी सलाखों) की योजना बना ।

चित्रा 6 में शीर्ष पैनल सीपीए प्रोटोकॉल के प्रशासन के दौरान एमईपी आयामों में परिवर्तन दिखाता है। पीपीसी और एम 1 की जोड़ी उत्तेजना द्वारा प्रेरित एमईपी आयाम उत्तेजना प्रोटोकॉल के दौरान धीरे-धीरे समय के साथ बढ़ गया, जो पैराटो-मोटर कनेक्शन, एम 1 कोर्टिकोस्पाइनल न्यूरॉन्स, या दोनों के स्तर पर प्लास्टिक प्रभाव का सुझाव देता है। चित्रा 6 के निचले पैनल से पता चलता है MEP आयाम में परिवर्तन से पहले और सीपीए प्रोटोकॉल के बाद M1 पर एकल पल्स टीएमएस द्वारा आराम एफडीआई मांसपेशी में प्राप्त । सीपीए प्रोटोकॉल के बाद एमईपी आयामों का आकार 10 मिन बढ़ गया, जिससे पीपीसी और एम1 पर कॉर्टिकल उत्तेजनाओं के बार-बार जोड़े के प्रशासन के बाद मोटर उत्तेजना के बाद प्रेरित किया गया।

Figure 1
चित्रा 1: बाएं गोलार्द्ध में प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (एम 1, नीले प्रतीक) और पीछे के पार्श्व प्रांतस्था (पीपीसी, लाल प्रतीक) पर चिह्नित कॉर्टिकल साइटों के साथ एक विशिष्ट प्रतिभागी के शारीरिक एमआरआई का त्रि-आयामी पुनर्निर्माण। टीएमएस के लिए न्यूरोनेविगेशन सॉफ्टवेयर प्रत्येक आंकड़ा-8 टीएमएस कुंडली के साथ व्यक्तिगत रूप से निर्धारित कॉर्टिकल क्षेत्रों को लक्षित करने के लिए नियोजित किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: दो कुंडल (dsTMS) के साथ दोहरी साइट, बनती-पल्स ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व पीछे के पार्श्व प्रांतस्था (पीपीसी) और प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (एम 1) के बीच कार्यात्मक बातचीत की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया आराम (आराम राज्य) । एम 1 के बाद के सुप्राथ्रेसटीएस पर इसके प्रभाव की जांच करने के लिए पीपीसी में एक सीएस लागू किया गया था । टीएमएस के लिए दाहिने हाथ की मांसपेशी प्रतिक्रिया के आयाम में कोई परिवर्तन ईएमजी के साथ मापा जाता है। इस प्रयोग के लिए सीएस की तीव्रता आरएमटी का 90 फीसद थी। टीएस की तीव्रता को आराम एफडीआई और एडीएम में ~ 1 एमवी पीक-टू-पीक का एमईपी प्राप्त करने के लिए समायोजित किया गया था। दालों के बीच आईएसआई 5 एमएस थी। इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: डीटीएसटीएमएस दृष्टिकोण एक पहुंच-से-समझ आंदोलन (कार्य संदर्भ) के दौरान पीपीसी और एम 1 के बीच कार्यात्मक बातचीत की जांच करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक एलईडी की रोशनी ने प्रतिभागी को लक्षित वस्तु पर दो संभावित दाहिने हाथ के कार्यों में से एक की योजना बनाने का निर्देश दिया: 1) छोटे शीर्ष सिलेंडर या 2 को समझें) बड़ा नीचे सिलेंडर समझें। निर्दिष्ट आईएसआई (जैसे, 5 एमएस) पर अकेले टीएस या सीएस-टीएस को रिएक्शन टाइम पीरियड (प्लान फेज) के दौरान 'गो' क्यू (जैसे, एलईडी शुरुआत) के बाद 300 एमएस दिया गया था, ताकि वास्तविक आंदोलन दीक्षा (बिंदीदार ब्लैक लाइन) से पहले एमईपी रिकॉर्डिंग एकत्र की गई। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: कार्यात्मक रूप से विशिष्ट तंत्रिका मार्गों को मजबूत करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कॉर्टिकल जोड़ी एसोक्सिएटिव उत्तेजना प्रोटोकॉल (सीपीए) की योजनाबद्ध। पहली उत्तेजना कुंडलदो (जैसे, पीपीसी, लाल कुंडल) 5 एमएस के साथ ब्याज के क्षेत्र में लागू किया गया था इससे पहले कि दूसरी उत्तेजना कुंडलM1के साथ M1 (नीली कुंडली) को दिया गया था । कॉर्टिकल उत्तेजनाओं के जोड़े 0.2 हर्ट्ज (एक बार हर 5 एस) की आवृत्ति पर वितरित किए गए थे और 100 परीक्षणों (~ 8.3 मिन) के लिए दोहराया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: एक अनकंडीशनल परीक्षण उत्तेजना (अकेले टीएस, नीले रंग का निशान) या वातानुकूलित उत्तेजना (सीएस-टीएस, लाल ट्रेस) आराम राज्य (शीर्ष पैनल) और संदर्भ पर निर्भर (नीचे पैनल) हालत के लिए अनुकरणीय एमईपी निशान । बार रेखांकन डीएसटीएमएस प्रोटोकॉल से एमईपी आयाम दिखाते हैं जबकि प्रतिभागी आराम से होता है या लोभी कार्य (कार्रवाई) करता है। जब प्रतिभागी आराम (शीर्ष पैनल) में था, सीएस-टीएस (लाल बार) अकेले (ब्लू बार) अशर्तित टीएस की तुलना में एमईपी (अवरोध) के मतलब आयाम में कमी आई। इसके विपरीत, जब प्रतिभागी ने पहुंच-से-समझ कार्य (नीचे पैनल) की योजना बनाई, तो मतलब एमईपी आयाम ने अकेले टीएस (ब्लू बार) परीक्षणों की तुलना में सीएस-टीएस (रेड बार) परीक्षणों के लिए (सुविधा) में वृद्धि की। सीधे आराम बनाम कार्रवाई की स्थिति के लिए पीपीसी-M1 बातचीत की तुलना करने के लिए, मतलब MEP आयाम जोड़ा-पल्स उत्तेजना (सीएस-टीएस) द्वारा प्राप्त मतलब unconditioned MEP आयाम (अकेले टीएस) के सापेक्ष आयाम के अनुपात की गणना करके सामान्यीकृत किया गया था । बैंगनी सलाखों के प्रत्येक हालत के लिए सामान्यीकृत MEP आयाम का प्रतिनिधित्व करते हैं। Y = 1 M1 उत्तेजना (बिंदीदार काली रेखा) पर सीएस का कोई प्रभाव नहीं इंगित करता है, जबकि अनुपात 1 से अधिक से अधिक संकेत मिलता है वृद्धि हुई M1 उत्तेजना और अनुपात कम 1 संकेत है कि वातानुकूलित उत्तेजनाओं (सीएस-टीएस) की वजह से M1 उत्तेजना में कमी आई है । त्रुटि बार एसईएम का प्रतिनिधित्व करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्रा 6: सीपीए के दौरान एमईपी। शीर्ष पैनल से पता चलता है कि सीपीए के प्रशासन के दौरान एमईपी आयाम बढ़ गया। नीचे पैनल MEP आयाम पर सीपीए प्रोटोकॉल के प्रभाव को दर्शाता है। सीपीए हस्तक्षेप (लाल बार) कोर्टिकोस्पाइनल एक्सीबिलिटी के बाद बेसलाइन (लाइट ग्रे बार) की तुलना में 10 मिन (डार्क ग्रे बार) के बाद वृद्धि हुई, जैसा कि शांत हाथ की मांसपेशियों में एमईपी द्वारा मूल्यांकन किया गया है। लाल पट्टी बनती उत्तेजना हस्तक्षेप, सीपीए (0.2 हर्ट्ज पर 100 जोड़े, ~ 8.3 मिन) का प्रतिनिधित्व करता है। इससे पता चलता है कि सीपीए के साथ पार्लियाटो-मोटर इंटरैक्शन को मॉड्यूल करने से मोटर प्लास्टिसिटी में क्षणिक परिवर्तन हो सकते हैं । त्रुटि बार एसईएम का प्रतिनिधित्व करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

यहां वर्णित दोहरी साइट टीएमएस विधि को प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स से जुड़े विभिन्न कॉर्टिकल क्षेत्रों के बीच कार्यात्मक बातचीत की जांच करने के लिए नियोजित किया जा सकता है जबकि एक प्रतिभागी आराम पर है या लक्ष्य-निर्देशित कार्रवाई की योजना बना रहा है। जबकि ब्रेन इमेजिंग सहसापेक्ष है, दोहरी साइट टीएमएस विधियों से बुनियादी ज्ञान कोर्टिको-कॉर्टिकल सर्किट में परिवर्तन के साथ जुड़े कारण मस्तिष्क व्यवहार संबंधों को प्रकट कर सकता है। इसके अलावा, एम 1 से जुड़े क्षेत्रों में लागू दो टीएमएस कॉइल के साथ कॉर्टिकल जोड़ी गई साहचर्य उत्तेजना को आंदोलन नियंत्रण के लिए कार्यात्मक रूप से विशिष्ट कनेक्टिविटी को मजबूत करने और प्लास्टिसिटी को प्रेरित करने की दक्षता बढ़ाने के लिए नियोजित किया जा सकता है। एक साथ लिया, इन तरीकों से पता चलता है कि इन टीएमएस प्रोटोकॉल दोनों को मापने और तंत्रिका गतिविधि में हेरफेर कर सकते है एक शारीरिक, कार्य में मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच प्रवाह अंतर्निहित गतिविधि, कार्य, और मोटर प्रणाली के भीतर समय पर निर्भर तरीके से । यह मोटर फ़ंक्शन के लिए कॉर्टिकल क्षेत्रों के कारण योगदान से संबंधित विभिन्न परिकल्पनाओं का परीक्षण करने के अवसर प्रदान करता है।

इस प्रकाश में, दृष्टिकोण भी इसी तरह के लक्षण विज्ञान के साथ न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग रोगियों में एक सिस्टम स्तर पर नेटवर्क कनेक्टिविटी को समझने के लिए एक आवश्यक नींव प्रदान कर सकते है और दोनों एक उपकरण के रूप में इसके उपयोग के निदान और सर्किट रोग का इलाज करने के लिए सक्षम है । इसलिए, स्वस्थ और रोगग्रस्त दोनों मस्तिष्क में मस्तिष्क नेटवर्क में अपनी सामान्यता का परीक्षण करने के लिए मोटर प्रणाली के बाहर अन्य कॉर्टिकल क्षेत्रों का पता लगाने के लिए अधिक अध्ययनों के लिए महत्वपूर्ण है। यह एक महत्वपूर्ण कारक है कि कोई यह नहीं मान सकता कि एक मस्तिष्क क्षेत्र में टीएमएस की प्रतिक्रिया किसी अन्य क्षेत्र पर लागू होने पर एक ही शारीरिक प्रभाव का उत्पादन करेगी । यह भी लाभप्रद है कि इन प्रक्रियाओं को अधिक जटिल आंदोलनों, और अनुभूति, धारणा और मूड जैसे आंदोलन के बाहर अन्य डोमेन तक बढ़ाया जा सकता है। दरअसल, दोहरी साइट टीएमएस और सीपीए का उपयोग करके कई अध्ययनों ने दृश्य और संज्ञानात्मक प्रणालियों73,74,88 में अध्ययन के प्रभाव और व्यवहार्यता की जांच करना शुरू कर दियाहै। महत्वपूर्ण बात, यह तंत्रिका आधार की एक और अधिक परिष्कृत समझ विकसित करने के लिए मोटर, संज्ञानात्मक, और भावात्मक समारोह के लिए मस्तिष्क गतिविधि को जोड़ने के अवसर बर्दाश्त करेंगे । नतीजतन, यह महत्वपूर्ण है कि भविष्य में नैदानिक सेटिंग्स में इन प्रोटोकॉल ों को लागू करने की उपयोगिता निर्धारित करने से पहले रोगी आबादी में तंत्रिका सर्किट गतिशील के बारे में एक ठोस मशीनी ज्ञान की जांच की जाती है।

हालांकि बढ़ते सबूत से पता चलता है कि टीएमएस एक उपन्यास दृष्टिकोण है जो पार्किंसंस रोग, अल्जाइमर रोग और स्ट्रोक जैसे न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग विकारों में सिनैप्टिक रोग और प्लास्टिसिटी की विशेषता में सक्षम है, इनमें से नैदानिक उपयोगिता आकलन को बड़े पैमाने पर स्थापित करने की जरूरत है । इसके अलावा, रोगी आबादी में सभी काम की तारीख को केवल कार्यात्मक सर्किट पर ध्यान केंद्रित किया है, जबकि प्रतिभागियों को आराम कर रहे हैं । यह महत्वपूर्ण है कि दोहरी साइट टीएमएस के साथ भविष्य के अध्ययन राज्य और कार्य पर निर्भर प्रभाव पर विचार करें, खासकर जब रोगी को चुनौती दी जाती है, यह समझने में ज्ञान अंतराल को भरने के लिए कि कैसे बदल मस्तिष्क गतिशीलता विशिष्ट मोटर, संज्ञानात्मक, और भावात्मक में योगदान Dysfunctions. महत्वपूर्ण बात यह है कि यह सेटिंग अभूतपूर्व अवसरों के लिए कार्यात्मक मस्तिष्क सर्किट और प्लास्टिसिटी का व्यापक अध्ययन करने की अनुमति देती है, जो तंत्रिका गतिविधि की रिकॉर्डिंग और हेरफेर दोनों द्वारा गैर-आक्रामक रूप से है। यह अंततः मस्तिष्क विकारों के लिए उपन्यास नैदानिक चिकित्सा के लिए अनुवाद किया जा सकता है।

इन नैदानिक अग्रिमों का इंतजार करते हुए, एक महत्वपूर्ण पहला कदम अच्छी तरह से परिभाषित पद्धतिगत प्रक्रियाओं को प्रदान करके स्वतंत्र प्रयोगशालाओं में टीएमएस प्रयोगों की कठोरता और प्रजनन क्षमता को बढ़ाना है जो आसानी से तैनात और साझा करने योग्य हैं। ऊपर वर्णित टीएमएस प्रक्रियाओं के लिए निम्नलिखित दिशानिर्देश निष्कर्षों के डिजाइन, कार्यान्वयन और निर्णायकता को मानकीकृत करने में मदद कर सकते हैं। सबसे पहले, तीव्रता, अवधि, आईएसआई, समय, कुंडली की स्थिति और शारीरिक स्थानों जैसे उत्तेजना मापदंडों को बड़े पैमाने पर परीक्षण और आवेदन को प्रोत्साहित करने के लिए कई स्वतंत्र प्रयोगशालाओं में एक ही कार्य संदर्भ में सावधानीपूर्वक प्रलेखित और दोहराया जाना चाहिए । दूसरा, मस्तिष्क लक्ष्यों को स्पष्ट शारीरिक और कार्यात्मक मानदंडों के आधार पर ठीक से परिभाषित किया जाना चाहिए जो व्यवहार से जुड़े मस्तिष्क सर्किट के भीतर मस्तिष्क गतिविधि को कैप्चर करते हैं। तीसरा, न्यूरोनेविगेशन का उपयोग टीएमएस कॉइल प्लेसमेंट का मार्गदर्शन करने के लिए किया जाना चाहिए जब लक्ष्यीकरण ने कहा कि ब्रेन सर्किट । यह भी सिफारिश की जाती है कि प्रयोग परिकल्पना-चालित हों और यह सुनिश्चित करने के लिए दोनों नियंत्रण कार्य का उपयोग करें कि परिवर्तन कार्य संदर्भ से चुनिंदा रूप से संबंधित हैं और उत्तेजना के गैर-विशिष्ट प्रभाव से इंकार करने के लिए ख्यात लक्षित नेटवर्क के बाहर एक नियंत्रण मस्तिष्क साइट है। चौथा, भविष्य में नैदानिक सेटिंग्स में इन तरीकों की नैदानिक सटीकता और चिकित्सीय प्रभावशीलता को बेहतर ढंग से सूचित करने के लिए, बुनियादी अनुसंधान को अंतर्निहित रोग परिवर्तनों और उपचार के प्रभाव को बेहतर ढंग से चित्रित करने के लिए न्यूरोइमेजिंग और व्यवहार उपायों के साथ टीएमएस उपायों और जोड़तोड़ के संयोजन के लिए एक बहुमॉडल दृष्टिकोण का उपयोग करने की आवश्यकता होगी। पांचवां, दोहरी साइट टीएमएस विधियों का उपयोग करके व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं की परिवर्तनशीलता की सूचना देने की आवश्यकता है क्योंकि यह इस बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकता है कि विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए हस्तक्षेप ों को कैसे अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे व्यक्तिगत रोगविज्ञानी तंत्र के आधार पर नए उपचार हो सकते हैं। अंत में, शोधकर्ताओं को पारदर्शी होने की जरूरत है जब नकारात्मक परिणाम४२ शामिल करके निष्कर्षों की रिपोर्टिंग और डेटा सार्वजनिक रूप से व्याख्या के लिए उपलब्ध करने के लिए नमूना आकार बढ़ाने के लिए और अधिक कुशल विज्ञान को बढ़ावा देने । इस व्यापक दृष्टिकोण से डेटा के संग्रह और विश्लेषण दोनों में कठोरता और प्रजनन क्षमता में वृद्धि होगी जो भविष्य के बुनियादी तंत्रिका विज्ञान और नैदानिक अध्ययनों का मार्गदर्शन कर सकते हैं। अंततः, यह प्रयोगात्मक डिजाइन में सुधार और लक्षित चिकित्सा का अनुकूलन करने में सक्षम होगा, जिससे न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग विकारों में रुग्णता और हानि को कम किया जा सकेगा।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को मिशिगन विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित किया गया था: MCubed विद्वानों कार्यक्रम और Kinesiology के स्कूल ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alpha B.I. D50 coil (coated) Magstim 50mm coil
BrainSight 2.0 Software Rogue Research Neuronavigation software
BrainSight frameless Stereotactic System Rogue Research Neuronavigation equiptment
D702 Coil Magstim 70mm coil
Discovery MR750 General Electric 3.0T MRI machine
Disposable Earplugs 3M Foam earplugs
ECG Electrodes 30mm x 24mm Coviden-Kendall H124SG Disposable electrodes
Four Channel Isolated Amplifier Intronix Technologies Corporation 2024F EMG amplifier
gGAMMAcap g.tec Medical Engineering EEG head cap
Micro1401-3 Cambridge Electronic Design Scientific data recorder and processing machine
Nuprep Skin Prep Gel Weaver and Company Skin prep abrasive gel
Signal v.7 Cambridge Electronic Design Data acquisition and analysis software
The Magstim BiStim2 Magstim Transcranial magnetic stimulator (two 2002 units)

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References

  1. Ni, Z., Chen, R. Transcranial magnetic stimulation to understand pathophysiology and as potential treatment for neurodegenerative diseases. Translational Neurodegeneration. 4 (1), 1-12 (2015).
  2. Koch, G., Martorana, A., Caltagirone, C. Transcranial magnetic stimulation_ Emerging biomarkers and novel therapeutics in Alzheimer's disease. Neuroscience Letters. 134355, (2019).
  3. Hallett, M., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to assessment of brain connectivity and networks. Clinical Neurophysiology. 128 (11), 2125-2139 (2017).
  4. Hummel, F. C., Cohen, L. G. Non-invasive brain stimulation: a new strategy to improve neurorehabilitation after stroke. The Lancet Neurology. 5 (8), 708-712 (2006).
  5. Caligiore, D., et al. Parkinson's disease as a system-level disorder. Nature Publishing Group. 2 (1), 1-9 (2016).
  6. Grefkes, C., Fink, G. R. Reorganization of cerebral networks after stroke: new insights from neuroimaging with connectivity approaches. Brain. 134 (5), 1264-1276 (2011).
  7. Calhoun, V. D., Miller, R., Pearlson, G., Adalı, T. The Chronnectome: Time-Varying Connectivity Networks as the Next Frontier in fMRI Data Discovery. Neuron. 84 (2), 262-274 (2014).
  8. Fox, M. D., et al. Resting-state networks link invasive and noninvasive brain stimulation across diverse psychiatric and neurological diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (41), 4367-4375 (2014).
  9. Fox, M. D., Halko, M. A., Eldaief, M. C., Pascual-Leone, A. Measuring and manipulating brain connectivity with resting state functional connectivity magnetic resonance imaging (fcMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS). NeuroImage. 62 (4), 2232-2243 (2012).
  10. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Current Opinion in Neurobiology. 10 (2), 232-237 (2000).
  11. Pascual-Leone, A., Bartres-Faz, D., Keenan, J. P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of "virtual lesions". Philosophical transactions of the Royal Society of London Series B, Biological Sciences. 354 (1387), 1229-1238 (1999).
  12. Bolognini, N., Ro, T. Transcranial magnetic stimulation: disrupting neural activity to alter and assess brain function. The Journal of Neuroscience. 30 (29), 9647-9650 (2010).
  13. Rothwell, J. C. Using transcranial magnetic stimulation methods to probe connectivity between motor areas of the brain. Human Movement Science. 30 (5), 906-915 (2010).
  14. Lafleur, L. P., Tremblay, S., Whittingstall, K., Lepage, J. F. Assessment of Effective Connectivity and Plasticity With Dual-Coil Transcranial Magnetic Stimulation. Brain Stimulation. 9 (3), 347-355 (2016).
  15. Chouinard, P. A., Paus, T. What have We Learned from "Perturbing" the Human Cortical Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation. Frontiers in Human Neuroscience. 4, 173 (2010).
  16. Chen, R. Studies of human motor physiology with transcranial magnetic stimulation. Muscle & Nerve. 23 (S9), 26-32 (2000).
  17. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).
  18. Chen, R., Udupa, K. Measurement and modulation of plasticity of the motor system in humans using transcranial magnetic stimulation. Motor Control. 13 (4), 442-453 (2009).
  19. Walsh, V., Rushworth, M. A primer of magnetic stimulation as a tool for neuropsychology. Neuropsychologia. 37 (2), 125-135 (1999).
  20. Bestmann, S., et al. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Experimental Brain Research. 191 (4), 383-402 (2008).
  21. Siebner, H. R., Hartwigsen, G., Kassuba, T., Rothwell, J. C. How does transcranial magnetic stimulation modify neuronal activity in the brain? Implications for studies of cognition. Cortex. 45 (9), 1035-1042 (2009).
  22. Dayan, E., Censor, N., Buch, E. R., Sandrini, M., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation: from physiology to network dynamics and back. Nature Publishing Group. 16 (7), 838-844 (2013).
  23. Sack, A. T. Transcranial magnetic stimulation, causal structure-function mapping and networks of functional relevance. Current Opinion in Neurobiology. 16 (5), 593-599 (2006).
  24. Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).
  25. Vesia, M., Davare, M. Decoding Action Intentions in Parietofrontal Circuits. Journal of Neuroscience. 31 (46), 16491-16493 (2011).
  26. Cantarero, G., Celnik, P. Applications of TMS to Study Brain Connectivity. Brain Stimulation: Methodologies and Interventions. , 191-211 (2015).
  27. Ni, Z., et al. Two Phases of Interhemispheric Inhibition between Motor Related Cortical Areas and the Primary Motor Cortex in Human. Cerebral Cortex. 19 (7), 1654-1665 (2009).
  28. Ferbert, A., et al. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. The Journal of Physiology. 453, 525-546 (1992).
  29. Bäumer, T., et al. Inhibitory and facilitatory connectivity from ventral premotor to primary motor cortex in healthy humans at rest - A bifocal TMS study. Clinical Neurophysiology. 120 (9), 1724-1731 (2009).
  30. Koch, G., et al. Asymmetry of Parietal Interhemispheric Connections in Humans. Journal of Neuroscience. 31 (24), 8967-8975 (2011).
  31. Koch, G., et al. Focal stimulation of the posterior parietal cortex increases the excitability of the ipsilateral motor cortex. The Journal of Neuroscience. 27 (25), 6815-6822 (2007).
  32. Koch, G., et al. Interactions between pairs of transcranial magnetic stimuli over the human left dorsal premotor cortex differ from those seen in primary motor cortex. The Journal of Physiology. 578 (2), 551-562 (2007).
  33. Koch, G., et al. TMS activation of interhemispheric pathways between the posterior parietal cortex and the contralateral motor cortex. The Journal of Physiology. 587, Pt 17 4281-4292 (2009).
  34. Ziluk, A., Premji, A., Nelson, A. J. Functional connectivity from area 5 to primary motor cortex via paired-pulse transcranial magnetic stimulation. Neuroscience Letters. 484 (1), 81-85 (2010).
  35. Karabanov, A. N., Chao, C. C., Paine, R., Hallett, M. Mapping different intra-hemispheric parietal-motor networks using twin coil TMS. Brain Stimulation. 6 (3), 384-389 (2012).
  36. Mochizuki, H., Huang, Y. Z., Rothwell, J. C. Interhemispheric interaction between human dorsal premotor and contralateral primary motor cortex. The Journal of Physiology. 561, Pt 1 331-338 (2004).
  37. Civardi, C., Cantello, R., Asselman, P., Rothwell, J. C. Transcranial Magnetic Stimulation Can Be Used to Test Connections to Primary Motor Areas from Frontal and Medial Cortex in Humans. NeuroImage. 14 (6), 1444-1453 (2001).
  38. Groppa, S., et al. The human dorsal premotor cortex facilitates the excitability of ipsilateral primary motor cortex via a short latency cortico-cortical route. Human Brain Mapping. 33 (2), 419-430 (2011).
  39. Shirota, Y., et al. Increased primary motor cortical excitability by a single-pulse transcranial magnetic stimulation over the supplementary motor area. Experimental Brain Research. 219 (3), 339-349 (2012).
  40. Cattaneo, L., Barchiesi, G. Transcranial Magnetic Mapping of the Short-Latency Modulations of Corticospinal Activity from the Ipsilateral Hemisphere during Rest. Frontiers in Neural Circuits. 5, 14 (2011).
  41. Brown, M. J. N., et al. Somatosensory-motor cortex interactions measured using dual-site transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 12 (5), 1229-1243 (2019).
  42. Brown, M. J. N., Goldenkoff, E. R., Chen, R., Gunraj, C., Vesia, M. Using Dual-Site Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Connectivity between the Dorsolateral Prefrontal Cortex and Ipsilateral Primary Motor Cortex in Humans. Brain Sciences. 9 (8), 177 (2019).
  43. Vesia, M., et al. Functional interaction between human dorsal premotor cortex and the ipsilateral primary motor cortex for grasp plans. Neuroreport. 29, 1355-1359 (2018).
  44. Vesia, M., et al. Human dorsomedial parieto-motor circuit specifies grasp during the planning of goal-directed hand actions. Cortex. 92, 175-186 (2017).
  45. Vesia, M., Bolton, D. A., Mochizuki, G., Staines, W. R. Human parietal and primary motor cortical interactions are selectively modulated during the transport and grip formation of goal-directed hand actions. Neuropsychologia. 51 (3), 410-417 (2013).
  46. Davare, M., Kraskov, A., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Interactions between areas of the cortical grasping network. Current Opinion in Neurobiology. 21 (4), 565-570 (2011).
  47. Davare, M., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Causal connectivity between the human anterior intraparietal area and premotor cortex during grasp. Current Biology. 20 (2), 176-181 (2010).
  48. Davare, M., Lemon, R., Olivier, E. Selective modulation of interactions between ventral premotor cortex and primary motor cortex during precision grasping in humans. The Journal of Physiology. 586, Pt 11 2735-2742 (2008).
  49. Davare, M., Montague, K., Olivier, E., Rothwell, J. C., Lemon, R. N. Ventral premotor to primary motor cortical interactions during object-driven grasp in humans. Cortex. 45 (9), 1050-1057 (2009).
  50. Schintu, S., et al. Paired-Pulse Parietal-Motor Stimulation Differentially Modulates Corticospinal Excitability across Hemispheres When Combined with Prism Adaptation. Neural Plasticity. 2016 (4-6), 1-9 (2016).
  51. Isayama, R., et al. Rubber hand illusion modulates the influences of somatosensory and parietal inputs to the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 121 (2), 563-573 (2019).
  52. Karabanov, A., et al. Timing-dependent modulation of the posterior parietal cortex-primary motor cortex pathway by sensorimotor training. Journal of Neurophysiology. 107 (11), 3190-3199 (2012).
  53. Picazio, S., et al. Prefrontal Control over Motor Cortex Cycles at Beta Frequency during Movement Inhibition. Current Biology. 24 (24), 2940-2945 (2014).
  54. Mackenzie, T. N., et al. Human area 5 modulates corticospinal output during movement preparation. Neuroreport. 27 (14), 1056-1060 (2016).
  55. Groppa, S., et al. A novel dual-site transcranial magnetic stimulation paradigm to probe fast facilitatory inputs from ipsilateral dorsal premotor cortex to primary motor cortex. NeuroImage. 62 (1), 500-509 (2012).
  56. O'Shea, J., Sebastian, C., Boorman, E. D., Johansen-Berg, H., Rushworth, M. F. S. Functional specificity of human premotor-motor cortical interactions during action selection. The European Journal of Neuroscience. 26 (7), 2085-2095 (2007).
  57. Mars, R. B., et al. Short-latency influence of medial frontal cortex on primary motor cortex during action selection under conflict. The Journal of Neuroscience. 29 (21), 6926-6931 (2009).
  58. Hasan, A., et al. Muscle and timing-specific functional connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and the primary motor cortex. Journal of Cognitive Neuroscience. 25 (4), 558-570 (2013).
  59. Fujiyama, H., et al. Age-Related Changes in Frontal Network Structural and Functional Connectivity in Relation to Bimanual Movement Control. The Journal of Neuroscience. 36 (6), 1808-1822 (2016).
  60. Koch, G., et al. Functional Interplay between Posterior Parietal and Ipsilateral Motor Cortex Revealed by Twin-Coil Transcranial Magnetic Stimulation during Reach Planning toward Contralateral Space. The Journal of Neuroscience. 28 (23), 5944-5953 (2008).
  61. Koch, G., et al. In vivo definition of parieto-motor connections involved in planning of grasping movements. NeuroImage. 51 (1), 300-312 (2010).
  62. Koch, G., et al. Resonance of cortico-cortical connections of the motor system with the observation of goal directed grasping movements. Neuropsychologia. 48 (12), 3513-3520 (2010).
  63. Koch, G., et al. Time course of functional connectivity between dorsal premotor and contralateral motor cortex during movement selection. The Journal of Neuroscience. 26 (28), 7452-7459 (2006).
  64. Koch, G., Rothwell, J. C. TMS investigations into the task-dependent functional interplay between human posterior parietal and motor cortex. Behavioural Brain Research. 202 (2), 147-152 (2009).
  65. Lago, A., et al. Ventral premotor to primary motor cortical interactions during noxious and naturalistic action observation. Neuropsychologia. 48 (6), 1802-1806 (2010).
  66. Picazio, S., Ponzo, V., Koch, G. Cerebellar Control on Prefrontal-Motor Connectivity During Movement Inhibition. The Cerebellum. 15 (6), 680-687 (2015).
  67. Byblow, W. D., et al. Functional Connectivity Between Secondary and Primary Motor Areas Underlying Hand-Foot Coordination. Journal of Neurophysiology. 98 (1), 414-422 (2007).
  68. Rizzo, V., et al. Associative cortico-cortical plasticity may affect ipsilateral finger opposition movements. Behavioural Brain Research. 216 (1), 433-439 (2011).
  69. Rizzo, V., et al. Paired Associative Stimulation of Left and Right Human Motor Cortex Shapes Interhemispheric Motor Inhibition based on a Hebbian Mechanism. Cerebral Cortex. 19 (4), 907-915 (2009).
  70. Koganemaru, S., et al. Human motor associative plasticity induced by paired bihemispheric stimulation. The Journal of Physiology. 587 (19), 4629-4644 (2009).
  71. Arai, N., et al. State-dependent and timing-dependent bidirectional associative plasticity in the human SMA-M1 network. Journal of Neuroscience. 31 (43), 15376-15383 (2011).
  72. Fiori, F., Chiappini, E., Avenanti, A. Enhanced action performance following TMS manipulation of associative plasticity in ventral premotor-motor pathway. NeuroImage. 183, 847-858 (2018).
  73. Chiappini, E., Silvanto, J., Hibbard, P. B., Avenanti, A., Romei, V. Strengthening functionally specific neural pathways with transcranial brain stimulation. Current Biology. 28 (13), 735-736 (2018).
  74. Romei, V., Chiappini, E., Hibbard, P. B., Avenanti, A. Empowering Reentrant Projections from V5 to V1 Boosts Sensitivity to Motion. Current Biology. 26 (16), 2155-2160 (2016).
  75. Zittel, S., et al. Effects of dopaminergic treatment on functional cortico-cortical connectivity in Parkinson's disease. Experimental Brain Research. 233 (1), 329-337 (2014).
  76. Nelson, A. J., Hoque, T., Gunraj, C., Ni, Z., Chen, R. Impaired interhemispheric inhibition in writer's cramp. Neurology. 75 (5), 441-447 (2010).
  77. Murase, N., Duque, J., Mazzocchio, R., Cohen, L. G. Influence of interhemispheric interactions on motor function in chronic stroke. Annals of Neurology. 55 (3), 400-409 (2004).
  78. Bonnì, S., et al. Altered Parietal-Motor Connections in Alzheimer's Disease Patients. Journal of Alzheimer's Disease. 33 (2), 525-533 (2012).
  79. Koch, G., et al. Altered dorsal premotor-motor interhemispheric pathway activity in focal arm dystonia. Movement Disorders. 23 (5), 660-668 (2008).
  80. Koch, G., et al. Hyperexcitability of parietal-motor functional connections in the intact left-hemisphere of patients with neglect. Brain. 131, Pt 12 3147-3155 (2008).
  81. Di Lorenzo, F., et al. Long-term potentiation-like cortical plasticity is disrupted in Alzheimer's disease patients independently from age of onset. Annals of Neurology. 80 (2), 202-210 (2016).
  82. Ponzo, V., et al. Altered inhibitory interaction among inferior frontal and motor cortex in l-dopa-induced dyskinesias. Movement Disorders. 31 (5), 755-759 (2016).
  83. Koch, G., et al. Effect of Cerebellar Stimulation on Gait and Balance Recovery in Patients With Hemiparetic Stroke. JAMA Neurology. 76 (2), 170-178 (2018).
  84. Palomar, F. J., et al. Parieto-motor functional connectivity is impaired in Parkinson's disease. Brain Stimulation. 6 (2), 147-154 (2013).
  85. Udupa, K., et al. Cortical Plasticity Induction by Pairing Subthalamic Nucleus Deep-Brain Stimulation and Primary Motor Cortical Transcranial Magnetic Stimulation in Parkinson's Disease. The Journal of Neuroscience. 36 (2), 396-404 (2016).
  86. Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. Magnetic stimulation over the cerebellum in humans. Annals of Neurology. 37 (6), 703-713 (1995).
  87. Pinto, A. D., Chen, R. Suppression of the motor cortex by magnetic stimulation of the cerebellum. Experimental Brain Research. 140 (4), 505-510 (2001).
  88. Kohl, S., et al. Cortical Paired Associative Stimulation Influences Response Inhibition Cortico-cortical and Cortico-subcortical Networks. Biological Psychiatry. 85 (4), 355-363 (2019).
  89. Casula, E. P., Pellicciari, M. C., Picazio, S., Caltagirone, C., Koch, G. Spike-timing-dependent plasticity in the human dorso-lateral prefrontal cortex. NeuroImage. 143, 204-213 (2016).
  90. Veniero, D., Ponzo, V., Koch, G. Paired Associative Stimulation Enforces the Communication between Interconnected Areas. Journal of Neuroscience. 33 (34), 13773-13783 (2013).
  91. Tremblay, S., et al. Clinical utility and prospective of TMS-EEG. Clinical Neurophysiology. 130 (5), 802-844 (2019).
  92. Johnen, V. M., Neubert, F. X., Buch, E. R., Verhagen, L. Causal manipulation of functional connectivity in a specific neural pathway during behaviour and at rest. eLife. 4, 04585 (2015).
  93. Santarnecchi, E., et al. Modulation of network-to-network connectivity via spike-timing-dependent noninvasive brain stimulation. Human Brain Mapping. 39 (12), 4870-4883 (2018).
  94. Bergmann, T. O., Karabanov, A., Hartwigsen, G., Thielscher, A., Siebner, H. R. Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: Current approaches and future perspectives. NeuroImage. 140, 4-19 (2016).
  95. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: An update. Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686 (2011).
  96. Keel, J. C., Smith, M. J., Wassermann, E. M. A safety screening questionnaire for transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 112 (4), 720 (2001).
  97. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 91 (2), 79-92 (1994).
  98. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  99. Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, June 5-7, 1996. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 108 (1), 1-16 (1998).
  100. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  101. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
  102. Villamar, M. F., et al. Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS). Journal of Visualized Experiments. (77), e50309 (2013).
  103. Sack, A. T., et al. Optimizing functional accuracy of TMS in cognitive studies: a comparison of methods. Journal of Cognitive Neuroscience. 21 (2), 207-221 (2009).
  104. Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain. 120, Pt 1 141-157 (1997).
  105. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: Report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123 (5), 858-882 (2012).
  106. Cattaneo, L., et al. A cortico-cortical mechanism mediating object-driven grasp in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (3), 898-903 (2005).
  107. Hebb, D. O. The organization of behavior: A neurophysiological approach. , (1949).
  108. Caporale, N., Dan, Y. Spike Timing-Dependent Plasticity: A Hebbian Learning Rule. Annual Review of Neuroscience. 31 (1), 25-46 (2008).
  109. Markram, H., Lübke, J., Frotscher, M., Sakmann, B. Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs. Science. 275 (5297), 213-215 (1997).
  110. Jackson, A., Mavoori, J., Fetz, E. E. Long-term motor cortex plasticity induced by an electronic neural implant. Nature. 444 (7115), 56-60 (2006).
  111. Koch, G., Ponzo, V., Di Lorenzo, F., Caltagirone, C., Veniero, D. Hebbian and Anti-Hebbian Spike-Timing-Dependent Plasticity of Human Cortico-Cortical Connections. Journal of Neuroscience. 33 (23), 9725-9733 (2013).
  112. Romei, V., Thut, G., Silvanto, J. Information-Based Approaches of Noninvasive Transcranial Brain Stimulation. Trends in Neurosciences. 39 (11), 782-795 (2016).
  113. Carson, R. G., et al. Excitability changes in human forearm corticospinal projections and spinal reflex pathways during rhythmic voluntary movement of the opposite limb. The Journal of Physiology. 560, Pt 3 929-940 (2004).

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