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JoVE Journal Neuroscience
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Neuroscience

말초 신경 자극 및 제어 가능한 펄스 매개변수 경두개 자기 자극을 결합하여 감각 운동 제어 및 학습을 조사합니다.

Published: April 21, 2023 doi: 10.3791/65212
Automatic Translation
*1, *1, 1
1Department of Kinesiology and Health Sciences, University of Waterloo
* These authors contributed equally

Summary

SAI(Short-latency Asserent Inbarition)는 감각 운동 통합을 조사하기 위한 경두개 자기 자극 프로토콜입니다. 이 기사에서는 감각 운동 행동 동안 운동 피질의 수렴 감각 운동 루프를 연구하기 위해 SAI를 사용하는 방법을 설명합니다.

Abstract

숙련된 운동 능력은 감각 구심성을 적절한 운동 명령에 효율적으로 통합하는 데 달려 있습니다. 구심성 억제는 숙련된 운동 활동 동안 감각 운동 통합에 대한 절차적 및 선언적 영향을 조사하는 귀중한 도구를 제공합니다. 이 원고는 감각 운동 통합을 이해하기 위한 짧은 잠복기 구심성 억제(SAI)의 방법론과 기여를 설명합니다. SAI는 경두개 자기 자극(TMS)에 의해 유발되는 피질 척수 운동 출력에 대한 수렴 구심성 발리의 효과를 정량화합니다. 구 심성 발리는 말초 신경의 전기 자극에 의해 유발됩니다. TMS 자극은 구심성 신경이 제공하는 근육에서 신뢰할 수 있는 운동 유발 반응을 이끌어내는 일차 운동 피질 위의 위치로 전달됩니다. 운동 유발 반응의 억제 정도는 운동 피질에 수렴하는 구심성 발리의 크기를 반영하며 중심 GABA 및 콜린성 기여를 포함합니다. SAI의 콜린성 관여는 SAI를 감각 운동 수행 및 학습에서 선언적-절차적 상호 작용의 가능한 마커로 만듭니다. 보다 최근에, 숙련된 운동 활동을 위한 일차 운동 피질에서 뚜렷한 감각 운동 회로의 기능적 중요성을 분리하기 위해 SAI에서 TMS 전류 방향을 조작하는 연구가 시작되었습니다. 최첨단 제어 가능한 펄스 파라미터 TMS(cTMS)를 사용하여 추가 펄스 파라미터(예: 펄스 폭)를 제어할 수 있는 기능은 TMS 자극에 의해 프로빙되는 감각 운동 회로의 선택성을 향상시키고 보다 정교한 감각 운동 제어 및 학습 모델을 만들 수 있는 기회를 제공했습니다. 따라서 현재 원고는 cTMS를 이용한 SAI 평가에 중점을 둡니다. 그러나 여기에 설명된 원칙은 기존의 고정 펄스 폭 TMS 자극기 및 장기 잠복기 구심성 억제(LAI)와 같은 다른 형태의 구심성 억제를 사용하여 평가된 SAI에도 적용됩니다.

Introduction

여러 감각 운동 루프가 운동 피질에 수렴하여 척수 운동 뉴런과 중간 뉴런에 대한 피라미드 관 돌출부를 형성합니다1. 그러나 이러한 감각 운동 루프가 어떻게 상호 작용하여 피질 척수 돌출부와 운동 행동을 형성하는지는 여전히 미해결 문제로 남아 있습니다. 짧은 잠복기 구심성 억제(SAI)는 운동 피질 출력에서 수렴 감각 운동 루프의 기능적 특성을 조사하는 도구를 제공합니다. SAI는 운동 피질 경두개 자기 자극(TMS)과 해당 말초 구심성 신경의 전기 자극을 결합합니다.

TMS는 인간의 뇌에서 피라미드 운동 뉴런을 시냅스를 경질하여 안전하게 자극하는 비침습적 방법입니다 2,3. TMS는 두피에 배치된 코일 와이어를 통해 크고 일시적인 전류를 통과시키는 것을 포함합니다. 전류의 일시적인 특성은 뇌에 전류를 유도하는 빠르게 변화하는 자기장을 생성합니다4. 단일 TMS 자극의 경우, 유도 전류는 피라미드 운동 뉴런 5-7에 대한 일련의 흥분성 입력을 활성화시킨다. 생성된 흥분성 입력의 강도가 충분하면 하강 활동은 운동 유발 전위(MEP)로 알려진 반대쪽 근육 반응을 유도합니다. MEP의 잠복기는 코르티코운동 전도 시간(corticomotor conduction time)8을 반영한다. MEP의 진폭은 피질척수 뉴런의 흥분성을 지수화한다9. MEP를 유도하는 단일 TMS 자극은 또한 컨디셔닝 자극10,11,12에 선행될 수 있다. 이러한 쌍 펄스 패러다임은 피질 척수 출력에 대한 다양한 뉴런 풀의 영향을 색인화하는 데 사용할 수 있습니다. SAI의 경우, 말초 전기 조절 자극은 운동 피질 흥분성 11,13,14,15에 대한 구심성 발리의 영향을 조사하는 데 사용됩니다. TMS 자극과 말초 전기 자극의 상대적 타이밍은 운동 피질에 대한 TMS 자극의 작용을 운동 피질에 대한 구심성 투영의 도착과 일치시킵니다. 원위 상지 근육의 SAI의 경우 정중 신경 자극은 일반적으로 TMS 자극보다 18-24ms11,13,15,16 앞서 있습니다. 동시에, 말초 자극에 의해 유도 된 구 심성 발리의 강도가 증가함에 따라 SAI가 증가합니다13,17,18.

운동 피질에 대한 구심성 투영의 외적 특성과 강한 연관성이 있음에도 불구하고 SAI는 많은 운동 제어 과정과 관련된 가단성 현상입니다. 예를 들어, SAI는 임박한 운동 전에 작업 관련 근육에서 감소되지만(19,20,21), 인접한 작업-관련 없는 운동 표현(19,20,22)에서는 유지된다. 작업 관련성에 대한 민감도는 원치 않는 이펙터 모집을 감소시키는 것을 목표로 하는 서라운드 억제 메커니즘(23)을 반영하는 것으로 가정된다. 보다 최근에, 작업 관련 이펙터에서 SAI의 감소는 예상되는 감각 구심성(21)을 억제하고 감각 운동 계획 및 실행(24) 동안 교정을 용이하게 하도록 설계된 운동 관련 게이팅 현상을 반영할 수 있다고 제안되었습니다. 특정 기능적 역할에 관계없이, SAI는 손재주 및 처리 효율성의 감소와 상관관계가 있다25. 변경된 SAI는 또한 노인의 낙상 위험 증가와 관련이 있으며26 파킨슨병26,27,28 및 국소 손 근긴장이상29이 있는 개인의 감각 운동 기능 손상과 관련이 있습니다.

임상적 및 약리학적 증거는 SAI를 매개하는 억제 경로가 중추 콜린성 조절에 민감하다는 것을 나타낸다30. 예를 들어, 무스카린성 아세틸콜린 수용체 길항제인 스코폴라민을 투여하면 SAI31이 감소한다. 대조적으로, 아세틸콜린에스테라아제 억제제를 통해 아세틸콜린의 반감기를 증가시키면 SAI32,33이 향상됩니다. 약리학적 증거와 일관되게, SAI는 각성 34, 보상 35, 주의력 할당 21,36,37 및 기억38,39,40을 포함하여 중추 콜린성 관여와 함께 여러 인지 과정에 민감합니다. SAI는 또한 알츠하이머병 41,42,43,44,45,46,47, 파킨슨병(경도 인지 장애 포함)48,49,50 및 경도 인지 장애 47,51,52. 다양한 γ-아미노부티르산 A형(GABAA) 수용체 서브유닛 유형에 대한 차등 친화도를 갖는 다양한 벤조디아제핀에 의한 SAI의 차등 조절은 SAI 억제 경로가 다른 형태의 쌍 펄스 억제를 매개하는 경로와 구별된다는 것을 시사한다30. 예를 들어, 로라제팜은 SAI를 감소시키지만 단간격 피질 억제(SICI)를 향상시킵니다53. 졸피뎀은 SAI를 감소시키지만 SICI53에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 디아제팜은 SICI를 증가시키지만 SAI53에는 거의 영향을 미치지 않습니다. GABAA 수용체 기능의 이러한 양성 알로스테릭 조절제에 의한 SAI의 감소는 GABA가 뇌간 및 피질54에서 아세틸콜린의 방출을 조절한다는 관찰과 함께 GABA가 감각 운동 피질에 투영되는 콜린성 경로를 조절하여 SAI55에 영향을 미친다는 가설을 이끌어 냈습니다.

최근 SAI는 절차적 운동 제어 프로세스를 설정하는 감각 운동 루프와 절차적 프로세스를 명시적인 하향식 목표 및 인지 제어 프로세스에 맞추는 루프 간의 상호 작용을 조사하는 데 사용되었습니다(21,36,37,38). SAI31의 중추 콜린성 관여는 SAI가 절차적 감각 운동 제어 및 학습에 대한 집행적 영향을 색인화할 수 있음을 시사합니다. 중요하게도, 이러한 연구는 다양한 TMS 전류 방향을 사용하여 SAI를 평가함으로써 특정 감각 운동 회로에 대한 인지의 고유한 효과를 식별하기 시작했습니다. SAI 연구는 일반적으로 전후(PA) 유도 전류를 사용하는 반면, 소수의 SAI 연구만이 전후(AP) 유도 전류55를 사용했습니다. 그러나, SAI 평가 동안 PA 전류와 비교하여 AP를 유도하기 위해 TMS를 사용하는 것은 뚜렷한 감각 운동 회로를 모집한다16,56. 예를 들어, AP에 민감하지만 PA에 민감하지 않은 감각 운동 회로는 소뇌 변조37,56에 의해 변경됩니다. 또한, AP에 민감하지만 PA에 민감하지 않은 감각 운동 회로는 주의 부하(36)에 의해 변조된다. 마지막으로, 주의력과 소뇌 영향은 동일한 AP-민감성 감각 운동 회로에 수렴할 수 있으며, 이는 이들 회로(37)에서 부적응 변경을 야기할 수 있다.

TMS 기술의 발전은 단일 펄스, 쌍 펄스 및 반복 애플리케이션57,58 동안 사용되는 TMS 자극의 구성을 조작할 수 있는 추가적인 유연성을 제공합니다. 제어 가능한 펄스 파라미터 TMS(cTMS) 자극기는 현재 전 세계적으로 연구용으로 상용화되어 있으며, 이들은 펄스 폭 및 형상(57)에 대한 유연한 제어를 제공한다. 유연성 향상은 각각 TMS 자극의 개별 위상을 담당하는 두 개의 독립적인 커패시터의 방전 지속 시간을 제어함으로써 발생합니다. 자극의 이상상 또는 단상 특성은 각 커패시터의 상대적 방전 진폭, 즉 M-비라고 하는 매개변수에 의해 제어됩니다. cTMS 연구는 펄스 폭 조작과 다른 전류 방향을 결합하여 기존 TMS 자극기(70-82μs)59,60에 의해 사용되는 고정 펄스 폭이 SAI 56 동안 기능적으로 구별되는 감각 운동 회로의 혼합을 모집할 가능성이 있음을 입증했습니다. 따라서 cTMS는 감각 운동 수행 및 학습에서 다양한 수렴 감각 운동 루프의 기능적 중요성을 더욱 풀어주는 흥미로운 도구입니다.

이 원고는 감각 운동 행동 동안 말초 전기 자극을 cTMS와 통합하는 감각 운동 통합을 연구하는 독특한 SAI 접근 방식을 자세히 설명합니다. 이 접근법은 지속적인 감각 운동 행동 동안 피질 척수 출력을 제어하는 운동 피질의 선택된 뉴런 집단에 대한 구심성 투영의 효과를 평가함으로써 일반적인 SAI 접근법을 개선합니다. 비교적 새롭지만 cTMS는 전형적인 집단과 임상 집단에서 감각 운동 통합을 연구하는 데 뚜렷한 이점을 제공합니다. 또한, 현재의 접근법은 기존의 TMS 자극기와 함께 사용하고 다른 형태의 구심성 억제 및 촉진, 예를 들어 긴 잠복기 구심성 억제(LAI)13 또는 짧은 잠복기 구심성 촉진(SAF)15을 정량화하기 위해 쉽게 조정할 수 있습니다.

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Protocol

다음 프로토콜은 다양한 실험에 적용될 수 있습니다. 제공된 정보는 유효하거나 유효하지 않은 큐가 있는 프로브에 대한 손가락 반응 동안 감각 운동 통합을 정량화하는 데 SAI를 사용하는 실험을 자세히 설명합니다. 이 프로토콜에서 SAI는 작업 없이 평가된 다음 신호된 감각 운동 작업 중에 동시에 평가된 다음 작업 없이 다시 평가됩니다. cTMS 자극기는 상업적으로 이용가능한 임의의 종래의 TMS 자극기로 대체될 수 있다. 그러나, 종래의 TMS 자극기의 펄스 폭은 특정 하드웨어59,60에 따라 70-82 μs 사이에서 고정될 것이다. 이 연구는 워털루 대학의 연구 윤리 사무소의 승인을 받았습니다. 모든 참가자는 서면 동의서를 제공했습니다.

1. 하드웨어/소프트웨어 요구 사항

알림: 그림 1 은 주변 전기 및 TMS 자극기를 컴퓨터 제어 감각 운동 작업과 통합하기 위한 하드웨어 요구 사항의 개략도를 보여줍니다. 그림 2A 는 PA 유도 및 AP 유도 전류에 대한 SAI의 설정을 보여줍니다. 그림 2B 는 신호 감각 운동 작업에 대한 이벤트 순서와 SAI 평가의 상대적 타이밍을 보여줍니다. 참가자에 대한 TMS 코일 방향을 추적하기 위한 정위 유도 시스템은 코일 위치 및 궤적의 변화와 관련된 생리적 반응의 시험별 변동성을 줄이기 위해 강력히 권장됩니다(61).

Figure 1
그림 1: 정지 상태와 동시 감각 운동 동작 중 SAI를 평가하는 데 사용되는 하드웨어의 개략도. 감각 운동 작업 및 cTMS 자극/말초 전기 자극의 타이밍을 제어하는 데 사용되는 PC1은 USB 케이블을 통해 5V TTL 출력 트리거를 생성할 수 있는 디지털-아날로그 변환기에 연결됩니다. 무조건 시험의 경우, 디지털 입출력 채널 1의 트리거가 BNC 케이블을 통해 cTMS 자극기로 전송됩니다. 조건 시험의 경우, cTMS 자극기로 전송되는 디지털 입력-출력 채널 1의 트리거 앞에 디지털 입력-출력 채널 2에서 주변 전기 자극기로 트리거가 옵니다. cTMS 장치의 트리거 출력 채널에서 BNC 케이블을 EMG 시스템 아날로그-디지털 보드로 보내 EMG ampPC2의 EMG 획득 소프트웨어에 의한 데이터 기록 및 표시/저장. cTMS 트리거 출력의 BNC 케이블(옵션)도 정위 유도 시스템으로 전송되어 cTMS 자극 시 코일 위치와 궤적을 기록합니다. 약어: PC = 개인용 컴퓨터; USB = 범용 직렬 버스; TTL = 트랜지스터-트랜지스터 로직 트리거 케이블; BNC = Bayonet Neill-Concelman 커넥터; cTMS = 제어 가능한 펄스 매개변수 경두개 자기 자극기; TMS = 경두개 자기 자극; A/D = 아날로그-디지털; EMG = 근전도 검사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: SAI 설정 및 감각 운동 작업. (A) FDI 근육의 SAI 평가를 위한 설정 개략도. 참고로, 뇌의 유도 전류는 TMS 코일의 전류 방향과 반대입니다. (B) 유효한 집게 손가락 큐(위)와 유효하지 않은 집게 손가락 큐(아래) 시도의 묘사. 큐는 항상 상위 자극으로 표시됩니다(점선으로 강조 표시됨). 큐 색상은 특정 손가락 응답에 해당합니다. 참가자들은 가능한 한 빠르고 정확하게 프로브 색상에 반응하도록 지시 받았다. 큐와 프로브는 모든 색상이 될 수 있습니다. 유효한 신호의 확률은 70%였습니다. 유효하지 않은 단서는 시험의 30%에서 발생했습니다. 약어: SAI = 짧은 잠복기 구심성 억제; PA = 후방-전방; AP = 전후; FDI = 첫 번째 등쪽 골간; EMG = 근전도 검사; MNS = 정중 신경 자극. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 두 개의 디지털 출력 채널이 있는 USB(또는 직렬 포트) 디지털-아날로그 보드를 통해 감각 운동 작업을 제어하는 소프트웨어를 하나의 개인용 컴퓨터(PC1)에 장착합니다.
  2. 21ms의 자극 간격(ISI)으로 주변 전기 자극에 의해 조절될 무조건 cTMS 자극 및 cTMS 자극의 순서를 제어하기 위해 작업 없는 소프트웨어 루틴을 설정합니다. 5-8초 사이의 기간을 가진 직사각형 분포를 사용하여 두 자극(예: 조건 또는 무조건) 사이의 간격을 무작위화합니다.
    1. 루틴이 무조건 자극을 위해 cTMS 장치의 포트에 있는 트리거에 하나의 디지털 출력 트리거를 보내는지 확인합니다. 루틴이 조절된 자극에 대해 cTMS 장치와 주변 전기 자극기에 별도의 디지털 출력을 보내는지 확인합니다.
    2. 말초 자극기에 대한 트리거가 cTMS 트리거보다 21ms 앞서는지 확인합니다. 무조건 및 조건 자극의 수가 8에서 24 사이인지 확인하십시오. 이상적으로는 무조건 및 조건부 시험의 순서가 무작위로 지정되어야 합니다.
  3. 감각 운동 작업을 제어하기 위한 소프트웨어 루틴을 설정합니다. 또한 이 소프트웨어가 동작 중에 cTMS 및 주변 전기 자극기로 전송된 디지털 출력 트리거를 특정 지점으로 시간 고정하는지 확인합니다.
    참고: 요약된 실험은 단서 감각 운동 작업을 사용했습니다(그림 2B). 말초 자극기 및 cTMS 자극기에 대한 트리거는 직사각형 분포를 사용하여 반응 큐 개시 후 225-275ms에 발생하도록 시간을 정했습니다. 이 타이밍의 목적은 모든 시험의 70%에서 유효한 반응 신호와 이전 준비 신호 사이의 타당성을 기반으로 감각 운동 통합의 변화를 평가하는 것이었습니다.
  4. 두 번째 개인용 컴퓨터 (PC2)에 아날로그-디지털 변환기에 연결된 2 채널 근전도 검사 (EMG) 증폭기를 장착하십시오. 디지털-아날로그 변환기에 EMG를 TMS 자극에 시간 고정할 수 있는 디지털 입력 채널이 있는지 확인합니다. PC2에 TMS 유발 근육 반응을 기록하는 EMG 데이터 수집 소프트웨어가 장착되어 있는지 확인하십시오.
    알림: PC1은 감각 운동 작업을 제어하고 EMG를 기록하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 연구자들은 TMS 자극기, 말초 자극기 및 EMG 시스템에 대한 트리거의 타이밍을 독립적으로 확인해야 합니다. 단일 PC에 연결된 여러 장치는 중앙 프로세서 충돌의 가능성을 증가시켜 이벤트 마커의 상대적 타이밍을 불안정하게 만듭니다.
  5. 3개의 레코딩 채널, 2개의 EMG, 1개의 입력 트리거, TTL 트리거 주위에서 -0.3초에서 0.5초의 에포크로 트리거된 레코딩, 1,000x의 EMG 증폭 계수, 4,000Hz의 샘플링 속도, 3Hz에서 1kHz의 대역통과 필터 및 메인 필터(옵션)로 EMG 데이터 수집 소프트웨어를 설정합니다.
    참고: 현재 프로토콜은 획기적인 기록 방법을 사용합니다. EMG 획득 소프트웨어는 EMG 신호를 지속적으로 모니터링합니다. 그러나 TMS 자극에 시간 고정된 획기적인 데이터만 표시되고 기록됩니다.
  6. PC1의 디지털 출력 채널 하나를 cTMS 자극기의 트리거 입력에 연결합니다. PC1의 두 번째 디지털 출력 채널을 주변 전기 자극기의 트리거 입력에 연결합니다. PC의 운영 체제를 사용할 때 PC1에서 두 디지털 출력의 상대적 타이밍을 독립적으로 확인하십시오.
  7. 트리거 출력을 EMG 시스템의 디지털 입력에 연결합니다. 정위 유도 시스템을 사용하는 경우, 트리거 출력을 유도 시스템으로 분할하여 cTMS 자극 시 cTMS 코일의 시험 위치별로 시험을 기록하는 것이 가능할 수 있습니다.

2. 참가자 심사 및 정보에 입각한 동의

  1. TMS 9,62,63,64,65에 대한 금기 사항에 대해 참가자를 선별합니다.
  2. 참가자에게 연구 목적 및 절차에 대해 알립니다. 기관의 윤리 검토 위원회가 승인한 동의서에 설명된 위험을 검토합니다. 잠재적 위험에 대한 질문에 답하십시오. 연구 절차를 시작하기 전에 서면 동의서를 얻으십시오.

3. 근전도 검사(EMG) 전극 배치

  1. 참가자에게 팔꿈치를 의자 팔걸이에 대고 손목/손이 책상 작업 공간에 편안하게 놓일 수 있도록 구부린 상태에서 실험 의자에 앉도록 지시합니다. 필요에 따라 의자와 책상 작업 공간의 높이를 조정하십시오.
  2. 둥근 면봉에 약한 연마 크림을 사용하여 첫 번째 등쪽 골간(FDI), 외전근 및 척골 경상돌기의 피부를 청소합니다. 알코올 준비 패드를 사용하여 잔여물을 닦아냅니다.
  3. 각 근육에 대해 하나의 일회용 Ag-AgCl 접착 전극을 근육 배 위에 놓습니다. 참조로 근처의 뼈 랜드마크에 두 번째 전극을 놓습니다. 마지막으로, 척골 경상 경화 공정에 하나의 추가 Ag-AgCl 접착 전극을 배치하여 접지 역할을 합니다.
    참고: 일반적인 FDI 참조 부위는 손의 요골 쪽에 있는 두 번째 근위 지골 기저부의 뼈 돌출부입니다. 일반적인 APB 참조 부위는 엄지손가락의 요골 쪽에 있는 근위 지골의 뼈 돌출부입니다.
  4. 각 쌍의 전극과 접지를 EMG 증폭기 및 데이터 수집 시스템에 연결합니다. FDI의 경우 채널 1을 사용하고 APB의 경우 채널 2를 사용합니다.

4. 주변 전기 자극기 전극 배치

  1. 주변 자극기의 디지털 출력 트리거를 EMG 시스템의 트리거 입력 채널에 연결하여 주변 자극이 전달될 때 EMG 기록을 트리거합니다.
  2. 약한 연마 크림을 사용하여 팔뚝 안쪽의 피부를 닦으십시오. 손목 굴곡 주름에서 시작하여 근위부까지 ~6cm까지 확장됩니다. 손목 정중선에서 팔뚝의 요골 부분까지 청소를 확장합니다. 알코올 준비 패드를 사용하여 잔여물을 닦아냅니다.
  3. 재사용 가능한 자극 막대 전극에 전도성 젤을 바릅니다. 양극 및 음극 접점의 금속 디스크를 덮을 만큼만 젤을 사용하십시오. 음극이 양극에 근접하도록 하여 손목의 손바닥 쪽 피부 위에 자극 전극을 놓습니다. 음극을 방사형 스타일로이드 프로세스의 약간 중간 및 근위부에 배치합니다.
    1. 과도한 젤을 사용하지 마십시오. 젤이 양극과 음극 단자 사이에 다리를 만들면 전극을 청소하여 모든 젤을 제거하고 다시 도포하십시오. 양극과 음극 사이의 젤 브리지는 피부를 따라 상당한 전류를 전환하여 정중 신경을 자극하기 어렵게 만듭니다.
  4. 주변 자극기에서 자극 유형 선택기를 단상으로 설정하고, 자극 지속 시간을 200μs로 설정하고, 적절한 전압과 암페어를 선택하여 곱셈 계수를 다시 확인합니다. 여기에 사용된 하드웨어의 전압(Vmax)은 0.05 x 10mA의 초기 암페어로 200V로 설정되었습니다.
  5. 자극 전극을 잡고 있는 동안 정전류 자극기의 트리거 스위치를 눌러 단일 전기 자극을 전달합니다. 그런 다음 APB 근육과 EMG 디스플레이(채널 2)를 육안으로 검사하여 근육 수축의 증거를 확인합니다. M파로 알려진 근육 수축은 전기 자극에 의한 운동 축삭의 직접적인 활성화에 의해 유발되며 말초 전기 자극 인공물 후 6-9ms 사이에 발생해야 합니다.
  6. 근육 수축의 증거가 없으면 참가자에게 손가락 쪽으로 또는 전극 바로 아래에서 발산되는 따끔거림을 느꼈는지 물어보십시오. 최적의 위치는 현재 자극 강도에서 가장 중요한 APB 근육 수축을 유도하는 전극 위치입니다.
    1. 감각이 보고되지 않거나 감각이 전극 바로 아래 피부로 제한되는 경우 참가자가 손가락/엄지손가락까지 발산되는 따끔거림을 보고할 때까지 암페어를 0.05(10배 곱하기)씩 증가시킵니다. 엄지손가락이 아닌 다른 숫자로 방사감이 보고되면 느낌이 엄지손가락으로 방사될 때까지 전극을 방사형으로 움직여 전극의 위치를 변경합니다.
  7. 자극 전극의 최적 위치가 결정되면 세 개의 테이프를 사용하여 전극을 손목에 고정합니다. 첫 번째 조각을 전극 중앙에 놓고 두 번째와 세 번째 조각을 사용하여 전극의 상단과 하단을 고정합니다.
    알림: 경험에 비추어 볼 때 먼저 테이프 밴드를 전극 뒷면에 고정한 다음 테이프를 전극 측면을 따라 피부까지 밀어 넣는 것이 좋습니다. 이 접근 방식은 전극을 고정하고 실험 중 측면 이동 가능성을 최소화하는 것으로 보입니다.
  8. 전극을 고정한 후 참가자에게 TMS 자극 중에 사용할 원하는 사지 방향을 가정하도록 요청합니다. 엄지 손가락 경련이 여전히 유발되는지 확인하십시오.

5. 정중 신경 자극 강도의 결정

  1. 0.2mV의 M파가 유도될 때까지 주변 자극 강도의 암페어를 조정하여 말초 자극 역치를 결정합니다(37,56). M파가 세 번의 연속 자극에서 원하는 0.2mV 목표 진폭을 초과하면 암페어를 줄입니다. M파가 3개의 후속 자극에서 원하는 0.2mV 목표 진폭 미만이면 암페어를 증가시킵니다. 임계값은 M파가 0.2mV를 초과하는 첫 번째 암페어 값입니다.
    알림: 일반적인 대안은 강도를 지각 감각 역치의 3배 또는 운동 역치 11,16,17,66,67,68의 1배로 설정하는 것입니다. 감각 역치는 참가자가 10가지 전기 자극 중 5가지에 대한 감각을 정확하게 보고하는 자극 강도입니다. 운동 역치는 10 개의 자극 중 5 개에서 눈에 보이는 경련이 유발되는 자극 강도입니다.

6. 경두개 자기 자극을 위한 최적의 코일 궤적 결정

  1. 템플릿 자기 공명 영상(MRI) 파일을 사용하여 참가자의 위치와 코일 방향을 모니터링하는 새 정위 안내 시스템 프로젝트 파일을 만듭니다. 그런 다음 TMS 자극기의 디지털 출력 트리거를 EMG 시스템의 트리거 입력 채널에 연결하여 TMS 자극이 전달될 때 EMG 기록을 트리거합니다.
    참고: 가능한 경우 피험자별 MRI를 사용할 수 있습니다. 그러나 MEP는 운동 피질 자극 연구를 위한 최적의 코일 위치를 결정하기에 충분합니다.
  2. 가이던스 시스템의 코일 추적 도구를 PA TMS 코일에 부착합니다. 코일 보정 도구를 사용하여 코일 추적 도구의 방향을 TMS 코일의 중간점까지 보정합니다. PA 코일과 동일한 형상을 가진 AP 코일에 대해 두 번째 코일 추적 도구를 사용하여 이 단계를 반복합니다.
  3. 두 개의 EMG 전극을 사용하여 안내 시스템의 피험자 추적 도구를 참가자의 이마에 부착합니다. 미세한 팁 드라이 지우기 마커 또는 아이라이너 어플리케이터를 사용하여 코끝, 나시온, 왼쪽 및 오른쪽 귓바퀴 구덩이 중앙에 표시를 합니다. 안내 시스템의 피사체 보정 도구를 사용하여 각 마커의 위치를 터치하고 기록합니다.
  4. 참가자의 머리에 코일을 놓고 코일 궤적을 기록하여 초기 코일 위치를 설정합니다. 코일의 중심 표면이 두피에 접해 있는지 확인하십시오. 코일의 정중선을 참가자 머리의 중간 시상면에 45°로 맞춥니다.
    1. 운동 피질 핫스팟의 시작 근사치를 얻으려면 꼭짓점 앞쪽 5cm, 꼭짓점 옆 5cm 지점을 연결하는 접선을 상상하고 접선을 따라 앞쪽 지점에서 약 2cm 떨어진 곳에 70mm 코일을 배치합니다.
      참고: 반대쪽 손의 원위 근육에 대한 피질 운동 핫스팟을 근사화하는 다른 접근 방식은 실험자가 왼쪽 집게 손가락(참가자의 왼쪽 운동 피질을 자극하는 경우)을 머리 꼭지점에 놓고 왼손 엄지손가락을 왼쪽 귀의 귀 앞 지점에 놓는 것입니다. 집게 손가락 중수골 관절의 위치는 코일 중심을 배치할 대략적인 위치를 시각화하는 데 사용할 수 있습니다.
  5. cTMS 자극기에서 펄스 유형 선택기를 Monophasic-Positive로 설정하여 기본 신경 조직에 PA 전류를 유도합니다. 다음으로, M-비율을 0.2로 설정하고 자극 강도(전력이라고도 함)를 최대 자극기 출력의 30%로 설정합니다. 마지막으로 펄스 폭(양의 위상 지속 시간이라고도 함)을 120μs(연구에 사용된 가장 긴 펄스 폭)로 설정합니다.
    알림: PA 유도 전류를 사용하여 결정된 코일 위치 및 궤적은 AP 유도 전류 16,36,37,38,56,69에 사용됩니다.
  6. 참가자가 FDI 근육의 약간의 수축을 유지하는 동안 3-5개의 TMS 자극을 전달합니다(최대 자발적 수축의 ~5%-10%). 운동 유발 전위(MEP)가 유도되지 않으면 자극기 강도를 10% 높이고 3-5개의 추가 TMS 자극을 전달합니다.
  7. 최소 0.2mV의 MEP가 모든 자극에 일관되게 유도될 때까지 또는 자극기 강도가 최대 자극기 출력의 60%-70%에 도달할 때까지 이전 단계를 반복합니다. 신뢰할 수 있는 MEP가 도출되지 않으면 자극 매개변수를 일정하게 유지하고 TMS 자극기를 원래 자극 부위 주위에 직경 ~2cm의 원으로 움직입니다. 신뢰할 수 있는 MEP가 원래 원의 어느 지점에서도 여전히 도출되지 않는 경우 원의 직경을 1cm 늘립니다.
  8. 신뢰할 수 있는 MEP가 도출되면 자극 매개변수를 일정하게 유지하고 TMS 자극기를 현재 코일 위치에서 북쪽, 동쪽, 남쪽 및 서쪽으로 2cm 이동하여 FDI 모터 핫스팟을 확인합니다. 각 위치(70)에서 3 내지 5개의 TMS 자극을 전달한다. 4개의 사분면 중 하나에서 일관되게 더 큰 MEP가 도출되는 경우 새 코일 위치와 궤적을 기록합니다. 새로운 코일 위치와 궤적을 피질 모터 핫스팟으로 사용합니다.

7. 경두개 자기 자극에 대한 자극 강도의 결정

  1. 무료로 사용할 수 있는 TMS 모터 임계값 평가 도구(MTAT 2.1)71,72,73를 실행하여 1mV(1mV 임계값)16,67,74의 MEP를 유도하는 데 필요한 자극 강도를 결정합니다. 추정 방법을 선험적 정보 없음으로 설정하고 시작을 클릭합니다.
    참고: 현재 프로토콜은1mV16의 TMS 강도를 사용합니다. 그러나 일부 연구에서는 강도를 개인의 휴식 운동 역치의 120%로 설정하는 것을 선호합니다. AP 전류의 경우 1mV MEP를 얻지 못할 수 있습니다. 이러한 경우, 최대 MEP가 0.5mV 이상인 경우 AP 자극 구성에 의해 유도된 최대 MEP를 유도하는 자극기 출력을 결정합니다.
  2. 120μs의 펄스 폭에 사용할 수 있는 최대 자극기 출력을 결정합니다. 그런 다음 변환 차트를 사용하여 자극기 출력값의 범위를 0에서 100 사이로 다시 스케일링하여 자극기 출력이 MTAT 2.1 소프트웨어의 스케일과 일치하도록 합니다.
    참고: 현재 연구에 사용된 모델의 경우 120μs의 펄스 폭에 대한 최대 자극기 출력은 50%입니다. 따라서 MTAT 2.1 소프트웨어에서 제공하는 값을 2로 나누어 자극기에 설정된 값을 결정합니다. 펄스 폭이 70μs인 경우 최대 자극기 출력은 66%이므로 MTAT 2.1 소프트웨어에서 제공하는 모든 값에 0.66을 곱하고 가장 가까운 0.5%로 반올림합니다. 펄스 폭이 30μs인 경우 최대 자극기 출력은 100%입니다. 따라서 배율 조정이 필요하지 않습니다.
  3. TMS 자극기 강도를 MTAT 2.1 소프트웨어에 표시된 최대 자극기 출력의 초기 백분율로 설정하고 단일 TMS 자극을 제공합니다. TMS 자극 후 20-50ms 시간 범위에서 기록된 MEP가 1mV를 초과하는 경우 Y 키를 눌러 "예"를 표시합니다. 기록된 MEP가 1mV 미만인 경우 N 키를 눌러 "아니오"를 표시합니다. MTAT 소프트웨어에 의해 표시되는 자극 강도가 검은색에서 녹색으로 바뀔 때까지 이 단계를 반복합니다.
    참고: MTAT 2.1 소프트웨어에서 나타내는 초기값은 항상 37%입니다. 펄스 폭이 120μs인 경우 실제 자극기 값은 18.5%입니다. 펄스 폭이 70μs인 경우 실제 자극기 값은 24%입니다. 펄스 폭이 30μs인 경우 자극기 값은 37%입니다.
  4. 현재 방향과 자극 지속 시간의 각 조합에 대해 반복합니다. AP 전류의 경우 코일을 물리적으로 회전시켜 PA 전류를 180° 유도하여 전류 방향을 180°로 회전시키거나, AP 전류를 유도하기 위해 제작된 맞춤형 코일을 활용한다.
    참고: 여러 TMS 전류 방향 및 펄스 폭을 사용하는 경우 데이터 수집 전 또는 프로토콜에서 전류 방향과 펄스 폭의 특정 조합을 사용하기 직전에 모든 임계값을 결정할 수 있습니다.

8. 짧은 잠복기 구심성 억제(작업 기준선 없음)

  1. 뇌의 PA 전류를 유도하는 코일을 cTMS 자극기에 부착합니다. 펄스 유형을 Monophasic-Positive로 설정하고 M-ratio를 0.2로 설정합니다. 펄스 폭을 120μs로 설정합니다. 마지막으로 자극 강도를 7단계에서 결정된 1mV 임계값으로 설정합니다.
    알림: PA 및 AP 현재 방향을 모두 사용하는 경우 8단계가 수행되는 순서는 참가자 간에 무작위로 지정되어야 합니다. 여러 펄스 폭을 사용하는 경우 8단계가 수행되는 순서는 참가자 간에 균형을 이루어야 합니다. PA120 및 AP30 은 설명된 실험에 사용된 유일한 전류 구성이었습니다.
  2. 주변 전기 자극 강도를 5단계에서 결정된 강도로 설정합니다. 그런 다음 PC1에서 작업 없는 소프트웨어 루틴을 시작합니다. 다음으로, 주변 전기 자극과 TMS 자극 사이의 자극 간격을 21ms로 설정합니다.
  3. 6단계에서 결정된 FDI 모터 핫스팟 위에 TMS 코일을 배치합니다. 참가자에게 FDI 근육의 약간의 수축(최대 자발적 수축의 ~5%-10%)을 유지하도록 요청합니다. 그런 다음 PC1에서 작업 없는 소프트웨어를 실행하여 주변 장치 및 cTMS 자극기를 모두 트리거합니다.
  4. 뇌에서 AP 전류를 유도하는 코일을 사용하여 AP30 전류 구성에 대한 단계를 반복합니다.
    참고: 시간이 허락하는 한 실험이 끝날 때 작업 없는 기준선을 반복하는 것이 좋습니다. SAI 기준선을 제공하고 그룹 간의 기존 차이점(해당되는 경우)을 설정하기 위해 작업 전 및 작업 없음 SAI 평가를 강력히 권장합니다.

9. 짧은 잠복기 구심성 억제(감각 운동 작업)

  1. PA 코일을 cTMS 자극기에 부착합니다. 펄스 유형을 Monophasic-Positive로 설정하고 M-ratio를 0.2로 설정합니다. 펄스 폭을 120μs로 설정합니다. 마지막으로 자극 강도를 7단계에서 결정된 1mV 임계값으로 설정합니다.
    알림: 여러 TMS 현재 구성(예: PA120, AP30)을 사용하는 경우 감각 운동 작업 중에 사용된 현재 구성은 참가자 간에 균형을 이루어야 합니다. 작업 없는 기준 평가의 순서를 결정하는 데 사용되는 것과 동일한 균형을 사용하는 것이 좋습니다.
  2. 주변 전기 자극 강도를 5단계에서 결정된 강도로 설정합니다. 그런 다음 PC1에서 감각 운동 작업 소프트웨어 루틴을 시작합니다. 주변 전기 자극과 TMS 자극 사이의 자극 간격을 21ms로 설정합니다.
  3. 6단계에서 결정된 FDI 모터 핫스팟 위에 TMS 코일을 배치합니다. 참가자에게 FDI 근육의 약간의 수축(최대 자발적 수축의 ~5%-10%)을 유지하도록 요청합니다.
  4. 감각 운동 작업 소프트웨어 루틴을 실행하여 감각 운동 작업을 제어하고 행동 잠금 디지털 트리거를 주변 장치 및 cTMS 자극기로 보냅니다. 조건당 원하는 무조건 및 조건부 시도 횟수를 8개에서 24개 사이로 유지합니다.
  5. 코일을 이용하여 AP30 전류 구성에 대한 단계를 반복하여 뇌에 AP 전류를 유도한다.

10. 데이터 처리 및 분석

  1. EMG 데이터를 오프라인으로 육안으로 검사하고 자극 전 EMG의 평균 제곱근(자극 시작까지 -50)이 기준 진폭을 초과하는 흔적을 버립니다. 다음과 같이 각 시행에 대한 평균 제곱근 오차를 계산합니다.
    Equation 1
    여기서 N 은 -50과 자극 시작 사이의 데이터 포인트 수이고 EMG는 n 지점의 전압입니다. 정지 상태의 근육으로 수행되는 SAI의 경우 10-15 μV의 기준 진폭을 사용하십시오. 약간의 긴장성 수축으로 평가된 SAI의 경우, 연구 중에 수축 수준을 모니터링했다고 가정하고 모든 시험의 평균 RMSE에 2개의 표준 편차를 더한 기준 진폭을 사용합니다.
  2. 각 시도에 대해 채널 170에서 TMS 후 20ms에서 50ms 사이의 시간 창에서 최소값과 최대값 간의 차이로 FDI에 대한 피크 대 피크 MEP 진폭을 계산합니다.
  3. 조건화된 시험의 경우, APB에 대한 피크 대 피크 M파 진폭을 채널 2에서 말초 자극 후 5ms에서 15ms 후 피크 대 피크 진폭으로 계산합니다.
    참고: 피크 대 피크 M파 진폭을 계산하는 것은 자극 강도가 실험 전반에 걸쳐 조건에 따라 변하지 않았음을 확인하는 방법입니다.
  4. TMS 전류 방향, 펄스 폭 및 행동 조건의 각 조합에 대해 조건 시행에 대한 조건 시행에 대한 평균 MEP 진폭과 조건 시행에 대한 평균 M-파를 계산합니다.
  5. 아래방정식 11을 사용하여 각 참가자에 대한 조건 없는 MEP 진폭의 비율로 조건화된 MEP 진폭을 표현합니다.
    Equation 2
    알림: 비율이 낮을수록 더 강력한 억제를 반영합니다. 비율에 100%를 곱하는 것은 조건화된 MEP 진폭을 무조건 MEP 진폭의 백분율로 표현하는 데 일반적입니다.
  6. 각 TMS 현재 방향, 펄스 폭 및 행동 조건 조합에 대한 모든 참가자의 평균을 계산합니다. 이러한 값을 보고합니다. 평균값은 일반적으로 보고되지만 가능한 경우 개별 데이터를 수치로 보여줍니다.

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Representative Results

그림 3 은 PA120- 및 AP30-(아래 첨자는 펄스 폭을 나타냄) 유도 전류를 사용하여 감각 운동 작업 동안 FDI 근육에서 유도된 단일 참가자의 무조건 및 컨디셔닝 MEP의 예를 보여줍니다. 중간 열의 막대 그래프는 무조건 및 조건 시험에 대한 원시 평균 피크 대 피크 MEP 진폭을 보여줍니다. 오른쪽의 막대 그래프는 동일한 참가자에 대한 PA120 및 AP30 유도 전류에 대한 SAI 및 MEP 시작 대기 시간을 보여줍니다.

말초 전기 컨디셔닝 자극의 평균 효과는 1 미만의 무조건 MEP 및 SAI 비율에 비해 컨디셔닝에 대한 더 작은 원시 평균 피크 대 피크 MEP 진폭에 의해 보여지는 바와 같이 TMS 자극에 의해 유도된 피질척수 출력을 억제하는 것입니다. AP30 SAI에 대한 더 긴 MEP 개시 잠복기는 피질척수 뉴런에 대한 입력의 더 긴 잠복기를 반영한다.

Figure 3
그림 3: PA 120-(상단) 및 AP 30-(하단) 유도 전류를 사용하는 무조건(솔리드 트레이스) 및 컨디셔닝(파시 트레이스) 자극에 대한 예시적인 MEP 트레이스 및 피크 대 피크 진폭. (A) 유효하게 큐된 집게 손가락 시험 동안 PA120 및 AP30 유도 전류에 의해 유도된 원시 MEP 파형의 예. (B) 유효하게 큐된 집게 손가락 시험 동안 PA120 및 AP30 유도 전류에 대한 무조건 및 조건화된 MEP의 평균 피크 대 피크 진폭. 오차 막대는 표준 오차를 나타냅니다. (C) 상단: 유효하게 큐된 집게 손가락 시험 동안 PA120 및 AP30 유도 전류에 대한 조건 대 무조건 MEP 진폭 비율(예: SAI). 하단: 유효하게 큐된 집게 손가락 시험 동안 PA120 및 AP30 유도 전류에 의해 유도된 조건 없는 MEP의 시작 대기 시간. MEP 시작 대기 시간은 큐 유효성의 영향을 받지 않습니다. 약어: TMS = 경두개 자기 자극; MNS = 정중 신경 자극; MEP = 모터 유발 전위; SAI = 짧은 잠복기 구심성 억제; PA = 후방-전방; AP = 전후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 4 는 단일 참여자에 대한 정보 단서의 타당성에 기초하여 PA(120 ) 및 AP(30 ) TMS 자극에 대한 컨디셔닝 자극의 차등 효과를 보여준다. 왼쪽 상단 및 오른쪽 상단 패널은 PA120 SAI 및 AP30 SAI를 유효하게 큐된 집게 손가락 응답과 참가자가 집게 손가락이 아닌 응답을 다시 매핑해야 하는 유효하지 않은 큐가 있는 집게 손가락 응답 중에 묘사합니다. 왼쪽 하단 및 하단 패널은 PA120 SAI 및 AP30 SAI를 유효하게 큐가 있는 비검지 응답 및 참가자가 집게 손가락에 대한 응답을 다시 매핑해야 하는 유효하지 않은 큐가 있는 비검지 응답 동안 묘사합니다.

이 참가자에서 PA120 SAI는 참가자가 집게 손가락(왼쪽 상단 패널)에 신호를 받았는지 또는 집게 손가락이 아닌 손가락(왼쪽 하단 패널)에 대한 잘못된 신호에 따라 집게 손가락에 대한 응답을 다시 매핑해야 하는지 여부에 관계없이 검지 응답에 대해 유사하게 향상되었습니다. 대조적으로, AP(30 ) SAI는 유효하지 않은 큐가 멀리 떨어진 곳(오른쪽 상단 패널) 또는 집게 손가락을 향하여(오른쪽 하단 패널) 다시 매핑해야 하는지 여부에 따라 차등적으로 변조되는 것으로 보입니다.

Figure 4
그림 4: PA120 및 AP30 유도 전류로 분리된 큐 핑거(인덱스 대 비인덱스)에 따라 유효한 큐 유형과 유효하지 않은 큐 유형에 대한 SAI. 왼쪽 상단: PA120 SAI는 검지가 아닌 응답을 사용하여 응답하기 위해 다시 매핑해야 하는 올바른 큐의 집게 손가락 응답과 잘못된 큐의 응답입니다. 오른쪽 상단: AP30 SAI는 올바르게 큐된 집게 손가락 응답과 집게가 아닌 손가락을 사용하여 응답하기 위해 다시 매핑해야 하는 잘못된 큐 응답에 대한 것입니다. 왼쪽 하단: PA120 SAI는 집게 손가락이 아닌 응답과 집게 손가락으로 응답하기 위해 다시 매핑해야 하는 잘못된 신호 응답에 대한 것입니다. 오른쪽 하단: AP30 SAI는 집게 손가락이 아닌 응답과 집게 손가락으로 응답하기 위해 다시 매핑해야 하는 잘못된 신호 응답에 대한 것입니다. 약어: SAI = 짧은 잠복기 구심성 억제; PA = 후방-전방; AP = 전후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

여기에 설명된 SAI 방법은 감각 운동 수행 및 학습에 역할을 하는 신경 경로의 하위 집합을 조사합니다. 참가자가 제어된 감각 운동 작업을 수행하는 동안 SAI를 평가하는 것은 건강한 임상 인구에서 운동 출력을 형성하기 위해 운동 피질 척수 뉴런에 수렴하는 수많은 감각 운동 루프의 복잡한 기여를 푸는 데 중요합니다. 예를 들어, 유사한 방법론이 절차적 운동 제어 과정(37,56)에 대한 소뇌 영향과 선언적 기억 시스템이 건강한 21,36,37,38 및 이전에 뇌진탕을 겪은 인구(75)에서 절차적 운동 제어 및 학습에 영향을 미칠 수 있는 특정 목표를 식별하는 데 사용되었습니다.

여기에 설명된 감각 운동 통합 평가에 대한 몇 가지 이점이 있습니다. 첫째, 이 프로토콜은 PA 유도 전류를 사용하는 SAI의 표준 평가를 뛰어넘습니다. SAI 연구는 SAI55,76을 평가할 때 거의 독점적으로 PA 유도 전류를 사용했습니다. 그러나 PA 유도 전류는 운동 피질(36,37,56,77)에서 감각 운동 회로의 하위 집합만을 모집할 가능성이 높으며, 따라서 진행 중인 감각 운동 과정과 뇌-행동 연관성에 대한 불완전한 그림을 산출합니다(55). 둘째, 이 프로토콜은 TMS 자극77에 의해 모집된 뉴런 간 집단의 특이성을 향상시키기 위해 가변 펄스 폭을 사용합니다. 일반적으로 70-82 μs 59,60 사이의 종래의 단상 TMS 자극제의 고정 펄스 폭은 특정 전류 방향(56,77,78) 내에서 감각 운동 회로의 혼합을 모집 할 수있다. SAI 평가 동안 맥박폭을 조작하기 위해 cTMS를 사용하면 건강한 56,78,79 및 임상 집단 75에서 피질척수출력을 조절하는 다양한 감각운동 루프의 기능적 중요성에 대한 이해를 높일 수 있다. 마지막으로, 이 작업에서 SAI 평가는 정지 상태에서 수행되었으며 동시 동작 중에 특정 프로세스에 시간 고정되었습니다. 이러한 접근법은 감각 운동 제어 및 학습 SAI 문헌 14,19,20,21,36,37,80에서 비교적 드뭅니다. 더 일반적인 것은 SAI와 감각 운동 수행/학습을 별도로 평가하는 것입니다 34,81,82,83,84,85,86. 그러나 SAI의 휴식 평가는 서로 다른 시점에서 측정된 행동과 생리학적 측정의 상관관계에 의존합니다. 또한, 휴식 시 피질 척추 출력에 대한 영향을 평가하는 것은 작업과 관련된 중요성을 포착하지 못할 가능성이 높습니다. 휴식 시 SAI를 평가하는 것은 그룹 간의 기준선 차이를 정량화하거나 파킨슨병26,27,28, 알츠하이머병87,88 및 국소 손 근긴장이상29.

또한 사용자는 설명된 SAI 프로토콜의 몇 가지 중요한 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 첫째, 주어진 펄스 폭을 갖는 AP 전류를 사용하여 1mV MEP를 이끌어내는 데 필요한 자극 강도는 등가 PA 전류 16,36,37,38,56보다 일관되게 높다. 임계값이 높을수록 1mV MEP를 달성하는 데 필요한 자극 강도가 개인의 하위 집합에 대한 자극기 능력을 초과할 확률이 증가하며, 특히 펄스 폭이 짧은 AP 전류를 사용할 때59입니다. 이러한 경우 연구원은 참가자를 제외할지 아니면 다른 안정적인 임계값을 결정할지 결정해야 합니다. ~80 μs의 고정된 펄스 폭을 갖는 종래의 자극기의 경우, AP SAI의 크기는 0.5 mV 내지 2 mV 범위의 시험 자극 MEP 진폭에 의해 영향을 받지 않는다16. 둘째, 위에서 설명한 프로토콜은 참가자가 FDI의 최소 수축(최대 자발적 수축의 5%-10%)을 유지하도록 요구합니다. 약간의 수축은 필요한 자극 강도56,78을 감소시킴으로써 다양한 AP 펄스 폭에 의해 모집된 뉴런 모집단의 선택성을 향상시킵니다. 그러나 PA 유도 전류에 약간의 수축을 사용해야 하는지 여부는 의문입니다. 약간의 수축은 다양한 펄스 폭(78)의 PA-유도 전류의 선택성을 향상시키지 않으며, 수축 관련 감각 게이팅(89)은 일부 작업 상태 동안 PA-감지 회로의 다른 기능적 기여를 가릴 수 있다. 앞으로 PA SAI는 정지 상태에서 평가하는 것이 합리적일 수 있지만 AP SAI는 특히 짧은 펄스 폭에서 약간의 수축이 있습니다. 마지막으로, 여기에 설명된 SAI 프로토콜의 환원주의적 접근의 외부 타당성은 논쟁의 여지가 있습니다. 설명된 프로토콜은 선택적 손가락 반응을 포함하는 제어된 작업에서 하나의 작업 관련 근육을 대상으로 합니다. 여기에 요약된 환원주의적 접근 방식은 감각 운동 행동의 주어진 지점에서 특정 메커니즘에 대한 실질적인 통찰력을 제공할 수 있습니다. 그러나 특정 운동 표현의 SAI와 감각 운동 행동 사이의 연관성은 복잡한 작업의 여러 요소(예: 계획 대 운동 실행)에 따라 다를 수 있습니다. 또한, SAI와 행동 사이의 연관성은 감각 운동 행동의 복잡성이 증가함에 따라 덜 분명해질 수 있습니다. 다변량 접근 방식에서 많은 근육에 걸쳐 SAI를 평가하는 것은 작업 복잡성이 증가함에 따라 인접한 작용제, 상승제 및 길항제 운동 표현 간의 상호 작용을 설명하는 데 필요할 수 있습니다.

기존의 TMS 평가는 SAI를 여러 운동 및 정신 장애와 연결했습니다. cTMS-SAI의 증가된 선택성은 감각 운동 및 정신 장애에 대한 점점 더 신뢰할 수 있는 바이오마커의 식별을 용이하게 할 수 있습니다. 예비 보고서는 cTMS의 잠재력을 강조하여 AP30 SAI가 뇌진탕 병력75가 있는 젊은 성인의 지속적인 잠복 인지 운동 이상의 지표일 수 있음을 시사합니다. 그러나 만성 뇌진탕, 파킨슨병, 알츠하이머병, 경도 인지 장애, 근긴장이상 및 뇌졸중과 같은 운동 및 정신 장애에서 cTMS-SAI의 진단적 유용성은 아직 탐구되지 않았습니다. 운동 장애 영역에서 cTMS-SAI의 임상 적용에 대한 한 가지 중요한 제한 사항은 고정 너비 PA 펄스90,91,92,93으로 평가된 SAI에 대해 수행된 것처럼 신뢰성과 표준 범위를 설정하기 위한 대규모 연구가 필요하다는 것입니다. 또한, 임상 적용은 cTMS-SAI에 의해 조사된 다양한 감각 운동 루프가 운동 피질 피라미드 뉴런에 수렴하는 다른 촉진 및 억제 경로와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 향상된 이해로부터 도움이 될 것입니다. 예를 들어, SAI에 대한 기존의 TMS 연구는 조사된 감각 운동 루프가 단간격 피질 촉진(SICF)74, SICI 66,94 및 장기 간격 피질 억제(LICI)67 억제 경로의 기능을 보완할 수 있음을 시사합니다. 그러나 이러한 상호 작용의 기능적 중요성은 명확하지 않습니다.

한 가지 흥미로운 전망은 cTMS-SAI와 뇌파 검사(EEG)를 결합하는 것입니다. EEG는 TMS-유발 전위(TEP)로 알려진 운동(77, 95) 및 비운동 영역(95)에 걸쳐 TMS에 의해 유발된 피라미드 출력에 대한 구심성 투영의 효과를 정량화하는 데 사용될 수 있다. 운동 피질이 아닌 전두엽 피질에서 SAI를 평가하는 것은 인지 기능을 매개하는 신경 기질에서 콜린성 기능의 무결성을 직접 평가할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 예를 들어, 전두엽 피질에 대한 기존 TMS에 의해 유도된 N100 TEP의 구심성 억제의 감소는 노인96 및 정신분열증 환자97의 실행 기능 감소와 관련이 있습니다. EEG와 함께 cTMS-SAI를 사용하면 건강한 노화 및 신경 정신 장애에서 실행 기능 저하의 콜린성 프로필이 동일한 전두엽 회로를 포함하는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

cTMS는 아직 비교적 초기 기술입니다. 다른 새로운 기술과 마찬가지로 한계와 알려지지 않은 것이 있습니다. 그러나 유도 전류 방향과 펄스 폭을 다양하게 하는 cTMS-SAI 연구의 초기 증거는 건강한 인구와 임상 인구에서 진행 중인 행동에서 다양한 수렴 감각 운동 회로의 기능적 중요성을 더 잘 이해할 수 있는 흥미로운 가능성을 보여줍니다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

저자는 자연 과학 및 공학 연구위원회 (NSERC), 캐나다 혁신 재단 (CFI) 및 온타리오 연구 기금 (ORF)이 SKM에 수여 한 자금 지원을 인정합니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acquisition software (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA PL3504/P LabChart Pro version 8
Alcohol prep pads Medline Canada Corporation, Mississauga, ON, Canada 211-MM-05507 Alliance Sterile Medium, Antiseptic Isopropyl Alcohol Pad (200 per box)
Amplifier (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA FE234 Quad Bio Amp
Cotton round Cliganic, San Francisco, CA, USA ‎CL-BE-019-6PK Premium Cotton Rounds (6-pack, 90 per package)
cTMS coils Rogue Research, Montréal, QC, Canada COIL70F80301 70 mm Medium Inductance Figure-8 coil
cTMS coils Rogue Research, Montréal, QC, Canada COIL70F80301-IC 70 mm Medium Inductance Figure-8 coil (Inverted Current)
cTMS stimulator Rogue Research, Montréal, QC, Canada CTMSMU0101 Elevate cTMS stimulator
Data acquisition board (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA PL3504 PowerLab 4/35
Digital to analog board National Instruments, Austin, TX, USA 782251-01 NI USB-6341, X Series DAQ Device with BNC Termination
Dispoable adhesive electrodes (for EMG) Covidien, Dublin, Ireland 31112496 Kendal 130 Foam Electrodes
Electrogel Electrodestore.com E9 Electro-Gel for Electro-Cap (16 oz jar)
Nuprep Weaver and Company, Aurora, CO, USA 10-30 Nuprep skin prep gel (3-pack of 4 oz tubes) 
Peripheral electrical stimulator Digitimer, Hertfordshire, UK DS7R  DS7R High Voltage Constant Current Stimulator
Reusable bar electrode Electrodestore.com DDA-30 Black Bar Electrode, Flat, Cathode Distal
Software (for behaviour and stimulator triggering) National Instruments, Austin, TX, USA 784503-35 Labview 2020
TMS stereotactic coil guidance system Rogue Research, Montréal, QC, Canada KITBSF0404 BrainSight Neuronavigation System
Transpore tape 3M, Saint Paul, MN, USA 50707387794571 Transpore Medical Tape (1 in x 10 yds)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bizzi, E., Ajemian, R. From motor planning to execution: a sensorimotor loop perspective. Journal of Neurophysiology. 124 (6), 1815-1823 (2020).
  2. Chen, R. Studies of human motor physiology with transcranial magnetic stimulation. Muscle & Nerve Supplement. 9, S26-S32 (2000).
  3. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: A primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  4. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).
  5. Day, B. L., et al. Electric and magnetic stimulation of human motor cortex - Surface EMG and single motor unit responses. Journal of Physiology. 412, 449-473 (1989).
  6. Di Lazzaro, V., et al. Comparison of descending volleys evoked by transcranial magnetic and electric stimulation in conscious humans. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Electromyography and Motor Control. 109 (5), 397-401 (1998).
  7. Di Lazzaro, V., Rothwell, J. C. Corticospinal activity evoked and modulated by non-invasive stimulation of the intact human motor cortex. Journal of Physiology. 592 (19), 4115-4128 (2014).
  8. Chen, R., et al. The clinical diagnostic utility of transcranial magnetic stimulation: Report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 119 (3), 504-532 (2008).
  9. Rossini, P. M. 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).
  10. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. The Journal of Physiology. 471, 501-519 (1993).
  11. Tokimura, H., et al. Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand. The Journal of Physiology. 523, 503-513 (2000).
  12. Nakamura, H., Kitagawa, H., Kawaguchi, Y., Tsuji, H. Intracortical facilitation and inhibition after transcranial magnetic stimulation in conscious humans. The Journal of Physiology. 498, 817-823 (1997).
  13. Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation. Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).
  14. Asmussen, M. J., Jacobs, M. F., Lee, K. G., Zapallow, C. M., Nelson, A. J. Short-latency afferent inhibition modulation during finger movement. PLoS One. 8 (4), e60496 (2013).
  15. Devanne, H. Afferent-induced facilitation of primary motor cortex excitability in the region controlling hand muscles in humans. European Journal of Neuroscience. 30 (3), 439-448 (2009).
  16. Ni, Z., et al. Transcranial magnetic stimulation in different current directions activates separate cortical circuits. Journal of Neurophysiology. 105 (2), 749-756 (2011).
  17. Bailey, A. Z., Asmussen, M. J., Nelson, A. J. Short-latency afferent inhibition determined by the sensory afferent volley. Journal of Neurophysiology. 116 (2), 637-644 (2016).
  18. Fischer, M., Orth, M. Short-latency sensory afferent inhibition: conditioning stimulus intensity, recording site, and effects of 1 Hz repetitive TMS. Brain Stimulation. 4 (4), 202-209 (2011).
  19. Voller, B., et al. Short-latency afferent inhibition during selective finger movement. Experimental Brain Research. 169 (2), 226-231 (2006).
  20. Asmussen, M. J., et al. Modulation of short-latency afferent inhibition depends on digit and task-relevance. PLoS One. 9 (8), e104807 (2014).
  21. Suzuki, L. Y., Meehan, S. K. Attention focus modulates afferent input to motor cortex during skilled action. Human Movement Science. 74, 102716 (2020).
  22. Bonassi, G., et al. Selective sensorimotor modulation operates during cognitive representation of movement. Neuroscience. 409, 16-25 (2019).
  23. Beck, S., Hallett, M. Surround inhibition in the motor system. Experimental Brain Research. 210 (2), 165-172 (2011).
  24. Seki, K., Fetz, E. E. Gating of sensory input at spinal and cortical levels during preparation and execution of voluntary movement. Journal of Neuroscience. 32 (3), 890-902 (2012).
  25. Young-Bernier, M., Davidson, P. S., Tremblay, F. Paired-pulse afferent modulation of TMS responses reveals a selective decrease in short latency afferent inhibition with age. Neurobiology of Aging. 33 (4), 1-11 (2012).
  26. Pelosin, E., et al. Attentional control of gait and falls: Is cholinergic dysfunction a common substrate in the elderly and Parkinson's disease. Frontiers in Aging Neuroscience. 8, 104 (2016).
  27. Dubbioso, R., Manganelli, F., Siebner, H. R., Di Lazzaro, V. Fast intracortical sensory-motor integration: A window into the pathophysiology of Parkinson's disease. Frontiers in Human Neuroscience. 13, 111 (2019).
  28. Oh, E., et al. Olfactory dysfunction in early Parkinson's disease is associated with short latency afferent inhibition reflecting central cholinergic dysfunction. Clinical Neurophysiology. 128 (6), 1061-1068 (2017).
  29. Richardson, S. P., et al. Changes in short afferent inhibition during phasic movement in focal dystonia. Muscle & Nerve. 37 (3), 358-363 (2008).
  30. Ziemann, U., et al. TMS and drugs revisited 2014. Clinical Neurophysiology. 126 (10), 1847-1868 (2015).
  31. Di Lazzaro, V. Muscarinic receptor blockade has differential effects on the excitability of intracortical circuits in the human motor cortex. Experimental Brain Research. 135 (4), 455-461 (2000).
  32. Di Lazzaro, V., et al. Neurophysiological predictors of long term response to AChE inhibitors in AD patients. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 76 (8), 1064-1069 (2005).
  33. Fujiki, M., Hikawa, T., Abe, T., Ishii, K., Kobayashi, H. Reduced short latency afferent inhibition in diffuse axonal injury patients with memory impairment. Neuroscience Letters. 405 (3), 226-230 (2006).
  34. Koizume, Y., Hirano, M., Kubota, S., Tanaka, S., Funase, K. Relationship between the changes in M1 excitability after motor learning and arousal state as assessed by short-latency afferent inhibition. Behavioral Brain Research. 330, 56-62 (2017).
  35. Thabit, M. N., et al. Momentary reward induce changes in excitability of primary motor cortex. Clinical Neurophysiology. 122 (9), 1764-1770 (2011).
  36. Mirdamadi, J. L., Suzuki, L. Y., Meehan, S. K. Attention modulates specific motor cortical circuits recruited by transcranial magnetic stimulation. Neuroscience. 359, 151-158 (2017).
  37. Mirdamadi, J. L., Meehan, S. K. Specific sensorimotor interneuron circuits are sensitive to cerebellar-attention interactions. Frontiers in Human Neuroscience. 16, 920526 (2022).
  38. Suzuki, L. Y., Meehan, S. K. Verbal working memory modulates afferent circuits in motor cortex. European Journal of Neuroscience. 48 (10), 3117-3125 (2018).
  39. Mineo, L., et al. Modulation of sensorimotor circuits during retrieval of negative autobiographical memories: Exploring the impact of personality dimensions. Neuropsychologia. 110, 190-196 (2018).
  40. Bonnì, S., Ponzo, V., Di Lorenzo, F., Caltagirone, C., Koch, G. Real-time activation of central cholinergic circuits during recognition memory. European Journal of Neuroscience. 45 (11), 1485-1489 (2017).
  41. Nardone, R., et al. Abnormal short latency afferent inhibition in early Alzheimer's disease: A transcranial magnetic demonstration. Journal of Neural Transmission. 115 (11), 1557-1562 (2008).
  42. Nardone, R., Bratti, A., Tezzon, F. Motor cortex inhibitory circuits in dementia with Lewy bodies and in Alzheimer's disease. Journal of Neural Transmission. 113 (11), 1679-1684 (2006).
  43. Di Lazzaro, V., et al. In vivo cholinergic circuit evaluation in frontotemporal and Alzheimer dementias. Neurology. 66 (7), 1111-1113 (2006).
  44. Di Lazzaro, V., et al. Functional evaluation of cerebral cortex in dementia with Lewy bodies. NeuroImage. 37 (2), 422-429 (2007).
  45. Di Lazzaro, V., et al. In vivo functional evaluation of central cholinergic circuits in vascular dementia. Clinical Neurophysiology. 119 (11), 2494-2500 (2008).
  46. Marra, C., et al. Central cholinergic dysfunction measured "in vivo" correlates with different behavioral disorders in Alzheimer's disease and dementia with Lewy body. Brain Stimulation. 5 (4), 533-538 (2012).
  47. Mimura, Y., et al. Neurophysiological biomarkers using transcranial magnetic stimulation in Alzheimer's disease and mild cognitive impairment: A systematic review and meta-analysis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 121, 47-59 (2021).
  48. Yarnall, A. J., et al. Short latency afferent inhibition: a biomarker for mild cognitive impairment in Parkinson's disease. Movement Disorders. 28 (9), 1285-1288 (2013).
  49. Celebi, O., Temuçin, C. M., Elibol, B., Saka, E. Short latency afferent inhibition in Parkinson's disease patients with dementia. Movement Disorders. 27 (8), 1052-1055 (2012).
  50. Martin-Rodriguez, J. F., Mir, P. Short-afferent inhibition and cognitive impairment in Parkinson's disease: A quantitative review and challenges. Neuroscience Letters. 719, 133679 (2020).
  51. Nardone, R., et al. Short latency afferent inhibition differs among the subtypes of mild cognitive impairment. Journal of Neural Transmission. 119 (4), 463-471 (2012).
  52. Tsutsumi, R., et al. Reduced interhemispheric inhibition in mild cognitive impairment. Experimental Brain Research. 218 (1), 21-26 (2012).
  53. Di Lazzaro, V., et al. Segregating two inhibitory circuits in human motor cortex at the level of GABAA receptor subtypes: A TMS study. Clinical Neurophysiology. 118 (10), 2207-2214 (2007).
  54. Giorgetti, M., et al. Local GABAergic modulation of acetylcholine release from the cortex of freely moving rats. European Journal of Neuroscience. 12 (6), 1941-1948 (2000).
  55. Turco, C. V., Toepp, S. L., Foglia, S. D., Dans, P. W., Nelson, A. J. Association of short- and long-latency afferent inhibition with human behavior. Clinical Neurophysiology. 132 (7), 1462-1480 (2021).
  56. Hannah, R., Rothwell, J. C. Pulse duration as well as current direction determines the specificity of transcranial magnetic stimulation of motor cortex during contraction. Brain Stimulation. 10 (1), 106-115 (2017).
  57. Peterchev, A. V., D'Ostilio, K., Rothwell, J. C., Murphy, D. L. Controllable pulse parameter transcranial magnetic stimulator with enhanced circuit topology and pulse shaping. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056023 (2014).
  58. Peterchev, A. V., Murphy, D. L., Lisanby, S. H. Repetitive transcranial magnetic stimulator with controllable pulse parameters (cTMS). Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2010, 2922-2926 (2010).
  59. Rothkegel, H., Sommer, M., Paulus, W., Lang, N. Impact of pulse duration in single pulse TMS. Clinical Neurophysiology. 121 (11), 1915-1921 (2010).
  60. MagPro Family User Guide. MagVenture A/S. , Available from: https://tsgdoc.socsci.ru.nl/images/a/ac/Magpro_family.pdf (2022).
  61. Bashir, S., Edwards, D., Pascual-Leone, A. Neuronavigation increases the physiologic and behavioral effects of low-frequency rTMS of primary motor cortex in healthy subjects. Brain Topography. 24 (1), 54-64 (2011).
  62. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: An update. Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686 (2011).
  63. Keel, J. C., Smith, M. J., Wassermann, E. M. A safety screening questionnaire for transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 112 (4), 720 (2001).
  64. 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).
  65. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  66. Udupa, K., Ni, Z., Gunraj, C., Chen, R. Effects of short latency afferent inhibition on short interval intracortical inhibition. Journal of Neurophysiology. 111 (6), 1350-1361 (2013).
  67. Udupa, K., Ni, Z., Gunraj, C., Chen, R. Interactions between short latency afferent inhibition and long interval intracortical inhibition. Experimental Brain Research. 199 (2), 177-183 (2009).
  68. Turco, C. V., El-Sayes, J., Fassett, H. J., Chen, R., Nelson, A. J. Modulation of long-latency afferent inhibition by the amplitude of sensory afferent volley. Journal of Neurophysiology. 118 (1), 610-618 (2017).
  69. Sakai, K., et al. Preferential activation of different I waves by transcranial magnetic stimulation with a figure-of-eight-shaped coil. Experimental Brain Research. 113 (1), 24-32 (1997).
  70. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: Report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123 (5), 858-882 (2012).
  71. ClinicalResearcher.org. , Available from: https://www.clinicalresearcher.org/software.htm (2022).
  72. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  73. Silbert, B. I., Patterson, H. I., Pevcic, D. D., Windnagel, K. A., Thickbroom, G. W. A comparison of relative-frequency and threshold-hunting methods to determine stimulus intensity in transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 124 (4), 708-712 (2013).
  74. Cash, R. F., Isayama, R., Gunraj, C. A., Ni, Z., Chen, R. The influence of sensory afferent input on local motor cortical excitatory circuitry in humans. Journal of Physiology. 593 (7), 1667-1684 (2015).
  75. Hayes, K. D., Khan, M. E. R., Barclay, N. E., Meehan, S. K. The persistent effects of sports-related concussion during adolescence on sensorimotor integration. Canadian Association for Neuroscience Meeting. , Canadian Association for Neuroscience. Victoria, Canada. (2022).
  76. Turco, C. V., et al. Short- and long-latency afferent inhibition; Uses, mechanisms and influencing factors. Brain Stimulation. 11 (1), 59-74 (2018).
  77. Casula, E. P., Rocchi, L., Hannah, R., Rothwell, J. C. Effects of pulse width, waveform and current direction in the cortex: A combined cTMS-EEG study. Brain Stimulation. 11 (5), 1063-1070 (2018).
  78. D'Ostilio, K., et al. Effect of coil orientation on strength-duration time constant and I-wave activation with controllable pulse parameter transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 127 (1), 675-683 (2016).
  79. Barclay, N. E., Graham, K. R., Hayes, K. D., Meehan, S. K. Program No. 474.08.The contribution of oscillatory activity to the modulation of different sensorimotor circuits under varying working memory load. Society for Neuroscience Annual Meeting. , Society for Neuroscience. Washington, D.C. (2022).
  80. Dubbioso, R., Raffin, E., Karabanov, A., Thielscher, A., Siebner, H. R. Centre-surround organization of fast sensorimotor integration in human motor hand area. NeuroImage. 158, 37-47 (2017).
  81. Adams, F. C., et al. Tactile sensorimotor training does not alter short- and long-latency afferent inhibition. Neuroreport. 34 (3), 123-127 (2023).
  82. Paparella, G., Rocchi, L., Bologna, M., Berardelli, A., Rothwell, J. Differential effects of motor skill acquisition on the primary motor and sensory cortices in healthy humans. Journal of Physiology. 598 (18), 4031-4045 (2020).
  83. Deveci, S., et al. Effect of the brain-derived neurotrophic factor gene Val66Met polymorphism on sensory-motor integration during a complex motor learning exercise. Brain Research. 1732, 146652 (2020).
  84. Turco, C. V., Locke, M. B., El-Sayes, J., Tommerdahl, M., Nelson, A. J. Exploring behavioral correlates of afferent inhibition. Brain Sciences. 8 (4), 64 (2018).
  85. Mang, C. S., Bergquist, A. J., Roshko, S. M., Collins, D. F. Loss of short-latency afferent inhibition and emergence of afferent facilitation following neuromuscular electrical stimulation. Neuroscience Letters. 529 (1), 80-85 (2012).
  86. Mirdamadi, J. L., Block, H. J. Somatosensory changes associated with motor skill learning. Journal of Neurophysiology. 123 (3), 1052-1062 (2020).
  87. Bologna, M., et al. Bradykinesia in Alzheimer's disease and its neurophysiological substrates. Clinical Neurophysiology. 131 (4), 850-858 (2020).
  88. Schirinzi, T. Amyloid-mediated cholinergic dysfunction in motor impairment related to Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease. 64 (2), 525-532 (2018).
  89. Cohen, L. G., Starr, A. Localization, timing and specificity of gating of somatosensory evoked potentials during active movement in man. Brain. 110 (2), 451-467 (1987).
  90. Brown, K. E., et al. The reliability of commonly used electrophysiology measures Active and resting motor threshold are efficiently obtained with adaptive threshold hunting. Brain Stimulation. 10 (6), 1102-1111 (2017).
  91. Turco, C. V., Pesevski, A., McNicholas, P. D., Beaulieu, L. D., Nelson, A. J. Reliability of transcranial magnetic stimulation measures of afferent inhibition. Brain Research. 1723, 146394 (2019).
  92. Rehsi, R. S., et al. Investigating the intra-session reliability of short and long latency afferent inhibition. Clinical Neurophysiology Practice. 8, 16-23 (2023).
  93. Toepp, S. L., Turco, C. V., Rehsi, R. S., Nelson, A. J. The distribution and reliability of TMS-evoked short- and long-latency afferent interactions. PLoS One. 16 (12), e0260663 (2021).
  94. Alle, H., Heidegger, T., Krivanekova, L., Ziemann, U. Interactions between short-interval intracortical inhibition and short-latency afferent inhibition in human motor cortex. Journal of Physiology-London. 587 (21), 5163-5176 (2009).
  95. Noda, Y., et al. A combined TMS-EEG study of short-latency afferent inhibition in the motor and dorsolateral prefrontal cortex. Journal of Neurophysiology. 116 (3), 938-948 (2016).
  96. Noda, Y. Reduced prefrontal short-latency afferent inhibition in older adults and its relation to executive function: A TMS-EEG study. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 119 (2017).
  97. Noda, Y., et al. Reduced short-latency afferent inhibition in prefrontal but not motor cortex and its association with executive function in schizophrenia: A combined TMS-EEG study. Schizophrenia Bulletin. 44 (1), 193-202 (2018).

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신경 과학 문제 194
말초 신경 자극 및 제어 가능한 펄스 매개변수 경두개 자기 자극을 결합하여 감각 운동 제어 및 학습을 조사합니다.
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