RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu makale, tekrarlayan stimülasyon protokolleri kullanılarak Uzun Süreli Güçlendirme benzeri kortikal plastisitenin standartlaştırılmış indüksiyonunu ve ardından sinaptik plastisiteyi değerlendirmek için bir nöronavigasyon sistemi tarafından yönlendirilen tek darbeli transkraniyal manyetik stimülasyonun uygulanmasını açıklamaktadır.
Son yıllarda, transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), beyindeki sinaptik değişiklikleri değerlendirmek için non-invaziv, düşük maliyetli ve etkili bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. Sinaptik plastisite, beynin deneyime veya çevresel uyaranlara yanıt olarak sinaptik bağlantıların gücünü ve etkinliğini değiştirme yeteneğini yansıtan temel bir nöral plastisite mekanizmasıdır. Uzun vadeli güçlendirme (LTP), sinaptik plastisite mekanizmalarını incelemek için baskın deneysel model olarak hizmet eder ve sinaptik plastisitenin ve genel beyin fonksiyonunun anlaşılmasında kritik bir rol oynar. Spesifik stimülasyon paternleri, özellikle aralıklı teta patlaması stimülasyonu (iTBS) gibi tekrarlayan veya patlama paternleri, sinaptik plastisiteyi değerlendirmek için uygulanabilir bir non-invaziv yaklaşım sağlayarak LTP benzeri kortikal plastisiteyi indükleyebilir. Ancak bu tekniklerin uygulanması, sonuçların doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için standartlaştırılmış protokollere sıkı sıkıya bağlı kalmayı gerektirir. Bu nedenle, bu makale, iTBS kullanılarak LTP benzeri plastisiteyi indüklemek için standartlaştırılmış bir yaklaşım göstermeyi ve ardından her iki prosedürün de bir nöronavigasyon sistemi tarafından yönlendirildiği tek darbeli TMS ile sinaptik plastisitenin değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Bu makalenin odak noktası, kortikal plastisitenin hassas ve güvenilir ölçümlerini elde etmek için gerekli olan temel teknik prosedürler ve operasyonel hususlar olacaktır.
Son yıllarda, transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), insan beynindeki nöral aktiviteyi araştırmak ve modüle etmek için non-invaziv, uygun maliyetli ve verimli bir teknik olarak ortaya çıkmıştır1. Çeşitli stimülasyon paradigmaları arasında, aralıklı teta patlaması stimülasyonu (iTBS), insan motor korteksi2'de uzun vadeli güçlenme (LTP) benzeri plastisiteyi indükleme yeteneği nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Spesifik olarak, iTBS, sinaptik plastisite3 ile ilişkili endojen teta-gama eşleşme modellerini taklit ederek teta aralıklarında yüksek frekanslı patlamalar sağlar. N-metil-D-aspartat reseptörlerini (NMDAR'lar)4 aktive ederek LTP benzeri plastisiteyi indükler, bu daMg2+ bloğunu rahatlatır veCa2+'nın postsinaptik nöron5'e girmesine izin verir. BuCa2+ akışı, fosforilasyonu6 ve α-amino-3-hidroksi-5-metil-4-izoksazolepropiyonik asit reseptörlerinin (AMPAR'lar) eklenmesini destekleyen kalsiyum/kalmodulin ile uyarılan protein kinaz II'nin (CaMKII) aktivasyonu dahil olmak üzere aşağı akış sinyal kaskadlarını tetikler, böylece sinaptik iletimiarttırır 7. Tekrarlanan transkraniyal manyetik stimülasyon (rTMS) veya transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) gibi diğer non-invaziv yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, iTBS, daha kısa stimülasyon süresi ve daha düşük yoğunluk ile LTP benzeri kortikal plastisiteyi indükleyebilir ve bu da onu deneklerde daha iyi tolere edilen bir seçenek haline getirir 8,9,10. iTBS'nin neden olduğu nöroplastik etkileri değerlendirmek için, araştırmacılar genellikle elektromiyografi (EMG) yoluyla kaydedilen ve gelişmiş kortikospinal uyarılabilirliği yansıtan motor uyarılmış potansiyel (MEP) genliklerindeki değişiklikleri ölçerler11. Çalışmalar, bu MEP geliştirmelerinin stimülasyondan sonra 60 dakikaya kadar devam edebileceğini göstermiştir, bu da kortikal uyarılabilirliğin geçici ancak sağlam modülasyonunu gösterir10,12. Kısa uygulama süresi ve köklü güvenlik profili nedeniyle, iTBS hem deneysel hem de klinik bağlamlarda tekrarlanan uygulamalar için özellikle uygundur10. Spesifik olarak, standart bir iTBS protokolü (600 darbe, 192 s) ve geleneksel 10 Hz rTMS protokolleri (1.200-1.500 darbe, 15-20 dakika), karşılaştırılabilir LTP benzeri plastisite etkilerini güvenilir bir şekilde indükler 8,13. Bu nedenle, sağlıklı bireylerde ve hasta popülasyonlarında sinaptik plastisiteyi araştırmak için giderek daha fazla kullanılmakta ve Alzheimer hastalığı (AD), felç ve depresyon gibi nörolojik bozukluklarda plastisiteyle ilişkili eksiklikler hakkında değerli bilgiler sağlamaktadır.
Nöral plastisitenin temel bir mekanizması olan sinaptik plastisite, öğrenme ve hafıza gibi kritik süreçlerin temelini oluşturur. Beynin deneyime veya çevresel uyaranlara yanıt olarak sinaptik bağlantıların gücünü ve etkinliğini değiştirme yeteneğini yansıtır14. Sinaptik plastisitenin çeşitli biçimleri arasında, LTP, sinaptik iletimin15 geliştirilmesi yoluyla öğrenme ve hafıza için köklü bir modeldir. Biriken kanıtlar, LTP benzeri plastisitedeki bozuklukların, AD16 gibi nörolojik bozukluklardaki bilişsel ve davranışsal eksikliklerle yakından ilişkili olduğunu göstermektedir. Bu bozukluklar, LTP17'nin indüksiyonu, ekspresyonu veya bakımındaki değişiklikler dahil olmak üzere sinaptik sinyalleme ve plastisite ile ilgili moleküler yollardaki hastalığa özgü bozulmaları yansıtabilir. Bu nedenle, sinaptik plastisiteyi anlamak ve ölçmek, bilişsel işlevi, motor kontrolü, duyusal bütünleşmeyi ve duygusal düzenlemeyi yeniden sağlamak ve etkili nörorehabilitasyonu kolaylaştırmak için terapötik stratejiler geliştirmek için gereklidir.
LTP benzeri plastisiteyi indüklemek için iTBS ve kortikal plastisiteyi değerlendirmek için tek darbeli TMS gibi teknikler heyecan verici bir potansiyel sunarken, bunların uygulanması, doğruluk ve tekrarlanabilirliği sağlamak için standartlaştırılmış protokollere sıkı sıkıya bağlı kalmayı gerektirir. Tutarsız yöntemler değişkenliğe yol açabilir ve bu da bulguların güvenilirliğini engelleyebilir. Ayrıca, stimülasyon yoğunluğu, bobin konumlandırması ve sonuç ölçümlerinin zamanlamasındaki farklılıklar da dahil olmak üzere çalışmalar arasındaki metodolojik tutarsızlıklar, TMS'nin neden olduğu plastisite bulgularının tekrarlanabilirliğini sınırlamaktadır. Uygulamada, iTBS tipik olarak dinlenme motor eşiğinin (RMT)18% 80'inde uygulanır ve LTP benzeri plastisitenin güvenilir indüksiyonu, en yaygın olarak nöronavigasyon rehberliği19 ile elde edilen hassas bobin konumlandırmasına da bağlıdır. Buna göre, bu makale, iTBS yoluyla LTP benzeri plastisiteyi indüklemek için standartlaştırılmış, nöronavigasyon kılavuzluğunda bir protokolü göstermeyi ve ardından tek darbeli TMS kullanılarak kortikal plastisitenin değerlendirilmesini amaçlamaktadır. Bu makalenin odak noktası, kortikal plastisitenin hassas ve güvenilir ölçümlerini elde etmek için gerekli olan temel teknik prosedürler ve operasyonel hususlar olacaktır.
Nanjing Tıp Üniversitesi'ne Bağlı İlk Hastanenin Etik Komitesi protokolleri onayladı (2023-SR-789 numaralı) ve protokol Çin Klinik Araştırma Siciline (ChiCTR2400082549 numaralı) kaydedildi. Tüm prosedürler Helsinki Bildirgesi'ne uygun olarak yürütüldü. Çalışmaya kaydolmadan önce yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.
1. Onay süreci
2. Nöronavigasyon sistemi kullanılarak kafa modelinin hazırlanması
3. Motor etkin nokta tanımlaması
4. RMT belirleme
5. LTP benzeri plastisitenin değerlendirilmesi

Gösteri sırasında, TMS bobininin motor sıcak noktası üzerinde doğru konumlandırılmasına rehberlik etmek, gerçek zamanlı uzamsal geri bildirim sağlamak ve bobin yerleştirme değişkenliğini en aza indirmek için bir nöronavigasyon sistemi kullanıldı. Bir TMS cihazı (sekiz rakamlı bobin, 70 mm) seans boyunca stimülasyon sağladı. Prosedürü göstermek için, bir katılımcının temsili sonuçları aşağıda sunulmuştur. Kaydedilen MEP genlikleri, tek darbeli denemelerde kararlı ve tutarlı yanıtlar sergiledi ve bu, nöronavigasyon tarafından yönlendirilen bobin yerleşiminin sağladığı kararlılığı yansıtıyordu. iTBS'yi takiben MEP genliğindeki zamana bağlı artışlar, LTP benzeri plastisiteyi gösterir. Veriler, başlangıç ve stimülasyon sonrası ham MEP genlikleri ile normalleştirilmiş MEP genlikleri karşılaştırılarak ve ayrıca bireysel yanıtları kolaylaştırma, inhibisyon veya değişmemiş olarak sınıflandırarak analiz edilebilir. Genel olarak, bu temsili sonuçlar, açıklanan protokolün doğru motor sıcak nokta lokalizasyonu, tekrarlanabilir stimülasyon ve stimülasyonun neden olduğu LTP benzeri plastik değişikliklerin nicel değerlendirmesini mümkün kıldığını göstermektedir.
Nöronavigasyon sistemi kurulumu ve lokalizasyonu
Nöronavigasyon sistemi kurulumu ve lokalizasyon prosedürü, nasion, sol supratrajik çentik ve sağ supratrajik çentik dahil olmak üzere eksenel, sagital ve koronal düzlemler boyunca bireysel anatomik işaretleri tanımlamak ve kaydetmek için gerçekleştirildi. Bu yer işaretleri, bireyselleştirilmiş 3D kafa modelinin daha sonra oluşturulması için referans referansları olarak hizmet etti ve anatomik yapılar ile stimülasyon hedefleri arasında doğru bir birlikte kayıt sağladı (Şekil 1). Uzamsal kayıt, kafa derisindeki aynı üç anatomik işaretin tanımlanmasıyla başlatıldı. Sistem, bobin konumu ve hedef kasın karşı tarafındaki M1 içindeki önceden tanımlanmış stimülasyon bölgelerine göre hizalanması hakkında gerçek zamanlı görsel geri bildirim sağlayarak stimülasyonun hedeflenen kortikal alanlara doğru bir şekilde iletilmesini sağladı.

Şekil 1: Yer işareti kaydı. Doğru uzamsal kaydı sağlamak için nöronavigasyon sistemi kullanılarak katılımcının kafatasındaki anatomik işaretlerin tanımlanması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
3D kafa modelinin oluşturulması
Nöronavigasyon kaydı ve kafa derisi yüzey örneklemesine dayalı olarak katılımcının kafa derisinin kişiselleştirilmiş bir 3D kafa modeli oluşturuldu. Anatomik işaretlerin ve kafa şeklinin hizalanması sırasındaki ortalama kayıt hatası 1,5 mm'nin altındaydı ve bu da stimülasyon seansı boyunca hassas bobin yerleşimine olanak sağladı (Şekil 2).

Şekil 2: 3D kafa modeli yapımı. Nöronavigasyon kaydına ve kafa derisi yüzey örneklemesine dayalı olarak yeniden yapılandırılmış 3D kafa modelinin görselleştirilmesi, stimülasyon sırasında hassas bobin takibine ve kortikal haritalamaya olanak tanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Motor sıcak noktasının belirlenmesi
Motor sıcak nokta, beyni TMS ile uyararak ve MEP'leri kaydederek TMS ile uyarılmış MEP'lere dayalı olarak işlevsel olarak tanımlandı. En güçlü yanıtı üreten bölge, motor sıcak noktası olarak tanımlandı (Şekil 3).

Şekil 3: Motor etkin nokta lokalizasyonu. Hedef APB için motor sıcak noktasına karşılık gelen hedef kasın karşı tarafında M1 üzerindeki stimülasyon bölgesinin gerçek zamanlı gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
RMT'nin Belirlenmesi
RMT, tek atımlı TMS kullanılarak belirlendi. RMT, standart RMT tanımı 28'e göre 10 ardışık çalışmanın en az 5'inde tepeden tepeye genlikleri>50 μV olan MEP'lerin gözlemlendiği en düşük stimülasyon yoğunluğuydu ve TMS stimülasyonunun etkili motor aktivasyon eşiğinin üzerinde olmasını sağladı (Şekil 4).

Şekil 4: RMT tayini. RMT değerlendirmesi sırasında hedef APB'den kaydedilen temsili MEP dalga formu. 1-10 arasındaki sayılar, ardışık 10 tek darbeli TMS denemesini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Temel ölçümler
iTBS'den önce, kortikospinal uyarılabilirlik, tanımlanan motor sıcak nokta üzerinde 5 saniye aralıklarla %120 RMT'de 20 tek darbeli TMS uyaranı verilerek değerlendirildi (Şekil 5).

Şekil 5: Temel Avrupa Parlamentosu Üyeleri. Hedef APB'den yirmi temsilci milletvekili, rahat koşullar altında %120 RMT'de tek darbeli TMS ile ortaya çıkarıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
LTP benzeri plastisitenin indüksiyonu
iTBS protokolü, 5 Hz'de tekrarlanan 50 Hz'de üç darbe patlamaları (200 saniyede 600 darbe) kullanılarak bireysel RMT'nin %80'inde iletildi. Stimülatör modu günlükleri, tüm oturumların planlanan nabız sayısını kesintisiz olarak sağladığını ve çıkış yoğunluğunun baştan sona sabit kaldığını doğruladı.
LTP benzeri plastisite ölçümü
iTBS protokolünün uygulanmasını takiben, zaman içinde kortikal uyarılabilirlikteki değişiklikleri gözlemlemek için MEP genlikleri birden fazla zaman noktasında (örneğin, 5 dakika, 10 dakika, 15 dakika ve 30 dakika) kaydedildi (Şekil 6).

Şekil 6: iTBS sonrası milletvekilleri. Bir katılımcının temsili milletvekilleri, iTBS'den (A) 120 dakika, (B) 5 dakika, (C) 10 dakika ve (D) 15 dakika sonra %30 RMT'de hedef APB'den kaydedildi. Her panel, genlikte zamana bağlı modülasyonu gösteren 20 dalga formu gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ham Avrupa Parlamentosu Üyeleri
Uyarılabilirlik değişikliklerini ölçmek için, ortalama tepeden tepeye MEP genlikleri başlangıçta ve stimülasyon sonrası her zaman noktasında hesaplandı (Şekil 7).

Şekil 7: Ortalama MEP genlikleri. Ortalama MEP genlikleri, temsili bir katılımcıda başlangıçta ve iTBS'yi takiben 5 dakika, 10 dakika, 15 dakika ve 30 dakika sonra kaydedilir. Her veri noktası, standart sapmayı (SD) gösteren hata çubukları ile 20 tek darbeli TMS uyaranının ortalamasını temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Normalleştirilmiş Avrupa Parlamentosu Üyeleri
Stimülasyon sonrası her zaman noktasındaki MEP genlikleri taban çizgisine normalleştirildi. MEP genliğindeki zamana bağlı artış ve ardından gelen düşüş, LTP benzeri plastisitenin karakteristik profilini yansıtır (Şekil 8).

Şekil 8: Normalleştirilmiş ortalama MEP genlikleri. MEP amplitüdleri, temsili bir katılımcıda iTBS'den 5 dakika, 10 dakika, 15 dakika ve 30 dakika sonra başlangıç değerlerine (post/başlangıç oranı) normalleştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Stimülasyondan sonraki ilk birkaç dakika içinde MEP genliğinde gözle görülür bir artış gözlendi ve bu, kortikospinal uyarılabilirlikte geçici bir artışı yansıtıyor. Bu gelişme zamanla kademeli olarak azalır. Önceden tanımlanmış sınıflandırma kriterlerine38 göre (normalleştirilmiş MEP değeri >1.1 kolaylaştırılmış olarak, <0.9 inhibe edilmiş olarak ve 0.9 ile 1.1 arasında değişmemiş), temsili katılımcı, tüm stimülasyon sonrası zaman noktalarında (5 dakika, 10 dakika, 15 dakika ve 30 dakika) ortalama normalleştirilmiş MEP değeri 1.1'i aşacak şekilde kolaylaştırılmış olarak sınıflandırıldı. Bu zamana bağlı modülasyon, genellikle LTP benzeri plastisitenin bir tezahürü olarak yorumlanır.
Yazarların bu çalışma uyarınca herhangi bir rakip mali çıkarı veya başka çıkar çatışması yoktur.
Bu makale, tekrarlayan stimülasyon protokolleri kullanılarak Uzun Süreli Güçlendirme benzeri kortikal plastisitenin standartlaştırılmış indüksiyonunu ve ardından sinaptik plastisiteyi değerlendirmek için bir nöronavigasyon sistemi tarafından yönlendirilen tek darbeli transkraniyal manyetik stimülasyonun uygulanmasını açıklamaktadır.
Bu çalışma, Jiangsu Eyaletinin Temel Araştırma ve Geliştirme Programının Rekabetçi Projesi olan Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No.82372582, 82503067) tarafından desteklenmiştir (No.BE2023034).
| 70 mm TMS bobini | Yiruide Co., Wuhan, Çin | ||
| Elektromiografi yüzey elektrotları | Cathay, Şanghay, Çin | CM25R | |
| Elektromiografi sistemi | Yiruide Co., Wuhan, Çin | ||
| Nöronavigasyon göstergesi | ANT Neuro, Almanya | ||
| Nöronavigasyon yansıtıcı belirteçleri | ANT Neuro, Almanya | ||
| Nöronavigasyon sistemi | ANT Neuro, Almanya | Visor2, version 2.5.3.50294 | |
| TMS stimulatörü | Yiruide Co., Wuhan, Çin | NS5000 |