Overview
ソース: ジョナス ・ t. カプラン サラ I. ギンベル所-南カリフォルニア大学
経頭蓋磁気刺激 (TMS) は、頭皮に対して配置した絶縁されたコイルを流れる電流の通過を含む非侵襲的脳刺激法です。簡単な磁界はコイルの電流によって作成され、誘導の物理的なプロセスのため、これは近くの神経組織で現在に 。時間、周波数、これらの磁場の大きさによっては、さまざまな方法で基になる神経回路を受けます。ここでは、1 つの簡単な磁気パルスが大脳皮質を刺激するために使用されている単一パルス TM のテクニックを紹介します。
TM の 1 つの観察可能な効果は、運動皮質上に適用される筋肉のけいれんを作り出すことができることです。大脳皮質運動野の除神経組織、原因別の筋肉はコイルの正確な配置によって対象に指定できます。運動誘発電位、または MEPs と呼ばれる、これらの筋肉のけいれんを引き起こす電気信号を記録し、標的筋肉に皮膚に装着した電極により定量化することができます。Mep の振幅は運動野の基になる興奮を反映するように解釈できます。たとえば、運動野をアクティブにしたとき、観測 MEPs は大きくなっています。
この実験は、我々 は行動観察中に大脳皮質運動野の興奮性をテストする単一パルス TMS を使用 Fadiga および同僚の1によって実行された、以来他の多くは、2によってレプリケートされた研究に基づきます。それは我々 が移動するときだけでなく、我々 は他の人の動きを実行を見るとき、その運動野をアクティブことができます知られています。この現象の共通の解釈は、他者の行動の理解の役割を担うかもしれないシミュレーション プロセスを反映していることです。ここでコントロール刺激と比較して他人の動きを観察しながら運動野上 TMS によって誘発の Mep が記録されます。
Procedure
1. 20 人の参加者を募集します。
- 参加者は右利きで、神経学的または精神的な障害の歴史があります。
- 参加者は、視覚刺激が正しく表示できるようにする正常または正常に修正のビジョンを持っている必要があります。
2. 予備実験手順
- 参加者から書面による同意を取得し、実験に関与しているかを説明します。
- TMS パルスが自分の脳に配信中に、参加者が短編ビデオのシリーズを見ることを説明します。件名 TMS コイルから頭の上軽いタップがありますが、参加に関連付けられている偉大な不快感はないはず。
3 TMS の件名を準備します。
- コンピューター画面の前で快適な椅子で件名を座席します。自分の肘を 90 度の角度で曲げる必要があります、手に快適な傾向があるはず。
- あごを使用して、確実にコンピューターの画面から約 50 cm subject's 目、頭の動きを修正します。
- アルコール洗浄による筋電図電極配置の手の皮膚を準備します。
- 右手の第 1 背側骨間 (FDI) 筋の筋電図電極を配置します。
- 彼らの FDI の筋肉を曲げるし、その上に第 1 の電極を配置する参加者を尋ねることによって筋肉の緊張のピーク位置を探します。
- 手の近くの骨に 2 番目の参照電極を配置します。
- 筋電図電極をデジタル化、増幅、フィルター、および信号を表示するコンピューターに接続します。
4. ローカライズし、TMS を調整します。
- 筋肉の緊張がないので、自分の手をリラックスして参加者に指示します。
- 図 8 TMS コイルを使用して、一次運動野を探します。
- 頭皮の前方部分に頭の反対側 (左) 面に対してコイルを配置します。
- 個々 の TMS パルス シリーズを配信、けいれんが FDI で表示されるまで組織的にコイルの位置を動かす筋肉と記録された Mep は、安定性と信頼性。ホット スポットを探し出すを支援するこのフェーズ中に必要に応じて、刺激強度を調整することがあります。
- 被験者の運動閾値を決定します。
- 5 のうち 10 刺激の 50 μ V 以上の MEP を生成する最小刺激出力強度を見つけます。この値を記録します。
- 安静時の MEP 振幅を測定します。
- 一連の 10 の TMS パルスを提供、15 で区切ってベースライン MEP 振幅を測定する任意の刺激のない状態での s。
5. 実験課題
- 5 s ビデオ刺激は、一度に 1 つずつのシリーズをプレイします。
- ビデオの 3 つの種類があります: 手の運動観察、腕の動きの観測と制御。
- コントロール動画でカップはテーブルの上と近くに右の手がかかっています。運動は行われません。
- 手のアクション ビデオ, 右手まで達し、カップを握ります。このアクションには、FDI の筋の収縮が含まれます。
- 達すると、アーム アクション ビデオで右腕が解除、および周辺移動します。把握の実行はなく、FDI 筋が関与していないので。
- 15 各ビデオを 10 回プレイ後各 1 つは、30 のビデオの合計のために残りの s。ランダムな順序でビデオを再生します。
- ビデオの 3 つの種類があります: 手の運動観察、腕の動きの観測と制御。
- ビデオの中に、運動閾値の 120% に TMS パルスを提供します。
- ビデオでアクションに合わせてパルスを時間します。そのためには、パルスが発生する 2 s ビデオの開始後。
6. データを分析します。
- 各 MEP のピーク-ピーク振幅を計算します。
- スプリアスのスパイクを除去する刺激後 TMS 刺激または 100 ms 以上の前にいずれかを発生する MEPs を破棄します。
- 各科目の基準、行動の観察と制御条件の平均の MEP の振幅値を計算します。
- MEP の振幅値、行動観察を受けますこと仮説をテストするためのグループ データに分散分析 (ANOVA) を実行します。
TMS、略して経頭蓋磁気刺激は、脳と異なる筋肉間の接続だけでなく人が他の人の動きを観察するときに、脳の活動がどのように変化するかを調査するために使用できる手法です。
毎日、人が意識してラケットでテニスボールを打つに自分の右腕を振るような特定のアクションを実行する彼らの筋肉を移動します。
このようなすべての自発的な筋肉動き、頭皮直下には、脳の表面にある大脳皮質における励起の結果です。
重要なは、別体パーツの動き-かどうかそれは右腕や左足 — 異なる大脳皮質領域のニューロンのセットによって制御されます。
たとえば、ニューロン近くトップに居る時、頭の右が興奮して、彼らは左の腕で、脊柱の筋肉へと脳を伝わる電気信号を作り出すことができます。
応答では、筋細胞は収縮や運動につながる独自の電気信号を作り出します。
興味深いことに、研究の運動野の領域は人は自分自身、いくつかのアクションを実行するときだけでなく、活性化が、彼らは他の誰かを見るときの移動も示されている-彼女の左の腕を持つマシンを押すメカニックが好き。
TMS は、行動観察、運動野ニューロンの円滑化を探る方法を持つ研究者を提供します。
ルチアーノ Fadiga および同僚の TMS の技術、によっては、このビデオは、行動観察、運動皮質の励起と筋活動との関係を調査する方法を示します。
この手順で参加者は、2 つのフェーズを受ける-TMS ローカライゼーションおよび校正と実験的タスク-彼らは他の誰かが実行する操作を観察し、彼らの運動野の領域が興奮しているかどうかを識別するために。
参加者の右手で特定の筋肉を動かすための責任脳領域を識別する最初のフェーズの目的は、-第 1 背側骨間、FDI と略記-親指と人差し指の間にあります。
図 8 TMS コイルは、運動皮質の上自分の頭皮に対して格納されます。この半球の脳は体の右側にある動きを指示として自分の頭の左側に配置されます。
同時に電極は、この筋肉の電気活動を検出して記録できるように、FDI の上、近くの被写体の右手に骨が配置されます。
コイルを使用して、簡単な磁場を作成し、頭皮に 1 つのパルスを提供 — 誘導-基になる神経組織の電流に 。
ニューロン、コイルの中心の下に主にそれらで、これによってアクティブ化され、結果として、信号を生成する-意識の動きのためのそれらに類似した-ターゲットの筋肉への旅行します。
応答では、運動誘発電位、MEPs と呼ばれる追加の電気信号が作成されますと記録および視覚化できる (ミリボルト) を y 軸、x 軸が時間をプロットする、グラフ上のピークとして。
これらの MEPs は物理的にけいれん筋肉を引き起こす-運動観察することができます。FDI 以外筋肉でこのようなけいれんが発生したかどうか-アッパー アームのように、大脳皮質運動野の適切な領域にローカライズされていません。
このインスタンスで、コイルは少し移動、記載されているすべての結果として生じるモーションと別の単一パルスを提供するために使用します。右の FDI のけいれんが見られるまでこれを繰り返す — 運動皮質の表現が発見されていること示すインジケーター。
かつてこの地域にローカライズされている TMS 刺激の強度を変更、新しいパルスを投与すると、結果の MEP が記録されます。振幅に注目されて注意してください — 最低マイナス点に最高の肯定的なピークから測定 — この信号の。
これらの調整の継続段階の半分に 50 μ V 以上の振幅の Mep を生成する設定が見つかるまで、参加者の運動閾値と呼ばれる刺激強度。
運動閾値の 120% でのいくつかの個々 の TMS パルスは、運動皮質の右側 FDI 領域より上管理し、各ベースラインの Mep が記録されます。
2 番目のフェーズでは、実験作業には、まだ自分の体の部分を維持しながら腕や手の動きを含む映画の 3 つのタイプを見て参加者が求められます。
最初のタイプのハンド アクション ビデオ, と呼ばれる映像の表示右の手への到達と、カップを把握-外国直接投資が必要なアクション。これらのクリップは、FDI ベースの動きの観察が大脳皮質運動野の FDI 関連地域の活動をどのように影響するかを評価します。
対照的に、アーム アクション動画が右腕持ち上げて周辺カップの移動を伴う、FDI の独立運動。この映像は、特異性を評価、運動皮質領域右の FDI 収縮に責任があることができますこの筋肉が関与しない動きの観察によって興奮するかどうか。
3 番目のタイプは、制御のビデオは、筋肉運動の任意の型なし、カップの横に休んでまだ右手を表示です。
実際のタスクを実行するとき、TMS コイルは再び右の外国直接投資の動きをつかさどる脳の領域上に配置します。その後、参加者は 10 倍を繰り返されて各種類にランダムな順序でビデオを見る。
映像で筋肉の動きが発生する-約 2 s 手または腕のアクション ビデオの開始後、TMS コイルを使用して、1 つの電磁パルスを提供します。
同様に、コントロール ビデオに描かれている動きはない、パルスは投与 2 s そのようなクリップの開始後。すべてのインスタンスで-かどうかを制御、腕、または手のアクション動画-右の FDI によって生成された Mep が記録されます。
ここでは、従属変数は MEP 振幅です。前の仕事に基づいて、観測手アクション映画の FDI から記録された Mep が FDI 活性が高かった、従って大きい大脳皮質運動野興奮性を反映して腕のアクションまたはコントロールの映画を見ながら記録よりも大きいことが期待されます。
実験を始める前に右利きである 20 の参加者を募集、通常のビジョンを持っていると持っていない神経疾患の任意の歴史とそれらから書面による同意を得る。
タスクが伴いますを説明する: 彼らは TMS 経由で時間の間に彼らの脳の領域が刺激されます、ビデオのシリーズを見られます。彼らは TMS コイルから頭の上のわずかなタップを感じることがありますが、偉大な不快感を経験する必要がありますいないを強調します。
、を開始するには、コンピューター画面の前に配置されている椅子に座っている参加者を必要します。90 ° の角度で休む彼らの右の腕と手が快適になりやすいことを確認し右ひじをガイドします。
その後、彼らの目は、画面から 50 cm 以上になります、あごに顎を配置します。
MEP 記録用アルコールで参加者の右手の肌をきれい、自分の人差し指を押して、右の FDI 筋肉を曲げるし、親指を一緒にもらいます。筋肉の緊張のピーク位置を識別、記録電極を置きます。その後、手の近くの骨に参照電極を配置します。また、右肘に接地電極を通せます。
電極を配置すると、一度自分の手をリラックスして筋肉の緊張がない参加者に指示します。
参加者の頭皮の左側に対して図 8 TMS コイルを配置し、運動野の右の FDI 表現の検索に使用します。これが発生すると、右、FDI のけいれんを観察する期待し、この筋肉から安定した Mep が記録されます。
校正、強度が最低の出力まで TMS コイルの調整に進みます-5 のうち 10 刺激の 50 μ V 以上の MEP を生成する-決定されます。
参加者の運動閾値を表しますこの値を記録します。いったん判明すると、これらの設定を使用して一連の 10 の TMS パルスを提供する-15 で区切って s — ベースライン MEP の振幅値を決定するために、参加者に。
その後、それらの映画の 3 つのタイプを示すことによって実験作業参加者を含まれている-手のアクション、アーム アクションとコントロール、ランダムな順序で。それぞれ、間 15 s の残りの期間が含まれます。
各ビデオが 30 映画の合計の 10 倍が演奏されるを確認します。参加者は、各クリップのアクションをビューとして-約 2 ムービーのスタート後 s — 運動閾値の 120% に TMS パルスを管理します。
それぞれの MEP が記録のデータを分析する-の基準計画、行動観察や制御ビデオ条件かどうか-ピーク-ピーク振幅を計算します。スプリアスのスパイクを避けるためには、刺激後 TMS 刺激または 100 ms 以上の前にいずれかを発生する MEPs を破棄します。
手残りのビデオと同様、手と腕運動の平均の MEP 振幅を計算し、平均ベースライン上割合として表現。
手アクション ビデオ, FDI 筋から記録された MEP 振幅だった大きく、通知は、促進効果という運動野は行動観察の中に興奮性の増加を示唆している制御の振幅と比較。
しかし、腕行動観察中に記録された Mep だった動画の手の動きによって生成されるものよりもはるかに小さかった。これは、促進効果は比較的選択的、観測筋の動きのための責任の運動野の領域に固有のものを示します。
今では研究者が行動観察への応答における運動野の興奮性を調査するため、TMS を使用しているどのようにか、他のアプリケーションにこの技術を適用する方法を見てみましょう。
今まで、運動と運動野の機能を見ているとの関係に注目しました。ただし、一部の研究者は、アクションに記録された Mep に影響することも想像しているかどうかを見ています。
このような作業が必要です参加者ピクチャ自身は、物理的に身体の一部を移動する-自分の右腕を曲げなど-単一の TMS パルスが管理されます。
筋肉から結果の MEPs を評価すると、彼らはコントロール シナリオ中に記録よりも大きいことがあります-とき参加者はそのような動き想像ないです。
参加者は彼らが想像している運動を観察するとき、この効果はさらに促進されます。総称して、これらの結果は、想像と活性化の間の関係のための証拠を提供します。
他の神経心理学者は、TMS の変更は治療目的のため使用することができるかどうかを模索しています。
たとえば、TMS から失語症を扱うことができるかどうかに興味がある-患者が難しくオブジェクトの名前などの言語情報を伝えるを持って状態-脳卒中に起因。
ここでは、反復的な TMS を用いた脳卒中患者の右の劣った正面 gyrus と呼ばれる脳の領域を覚えました-どこパルスは、繰り返し、急速投与法。
患者が口頭でオブジェクトを識別するように求めていた時、ロブスターや暖炉のような-ヶ月療法後、これは命名の能力、認知症を治療するためにこのメソッドを使用する方法に洞察力を提供する、反復的な TMS は個人の長期的な肯定的な効果を持っていたことを明らかに。
TMS と行動観察にゼウスのビデオを見てきただけ。今では、TMS を使用して、筋肉の動きを確認した後大脳皮質運動野の活動を評価する方法を理解する必要があります。また、TMS のコイル、現在観察刺激と脳の領域を刺激して収集、MEP データを解釈する方法を知っておくべき。最後に、どのように TMS される他のアプリケーションでなどの治療で脳卒中を実現する必要があります。
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Results
MEP 振幅の比較では、促進効果(図 1)を明らかにします。コントロールの動画と比較して手のアクション ビデオ中に外国直接投資筋から記録された MEP 振幅がかなり大きいです。この結果では、大脳皮質運動野興奮性の行動観察の中に増加することを示唆しています。
図 1:運動観察における MEP 振幅。腕の動きやアクションを表示しないコントロール ビデオと比較して、手の動きを観察すると、第 1 背側骨間筋の運動誘発電位が最大。
特に、促進効果は、ビデオの腕の動きの観察中に記録された Mep が手のアクション ビデオと比較して小さい MEPs を示す比較的選択的把持アクションを含む動画です。これは、行動観察の中に発生する自動車の円滑化は全体の運動野には影響しませんが、代わりに観察される筋肉の動きに固有のものを示唆しています。実際にはも、筋が観察されるときに筋肉が観察されるだけでなく、具体的には運動の促進効果が表示されます。例えば、Gangitanoらは、モーター興奮性と観察された行動の動態との相関を示しています。3
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Applications and Summary
単一パルス TM 技術はこの皮質、脳の前頭葉の表面上のアクセス可能な場所のため、そしてまた Mep の形で筋肉に直接観察可能な反応のため運動皮質の研究にも適しています。皮質脊髄運動興奮性の測定は、人間の行動観察運動シミュレーションの現象をさらにサポートを提供しています。この共鳴運動に関して、社会的行動、たとえば他の人がやっているを理解するプロセスに貢献することであるかもしれない。さらに、これと同じ手法は、アクション、4精神的なリハーサルをパフォーマンスの向上のために重要かもしれないプロセスの想像力の中に活性化のための証拠を提供しています。
堅牢性と運動の促進効果の特異性は、個々 の運動表現の洗練されたを反映可能性があります。たとえば、モーター円滑化のダイナミクスはモーター専門知識に直接関係します。5この効果は脳卒中やその他の脳の病気からの回復と同様に、大脳皮質の正常性を評価する方法として TMS 誘導運動電位の測定を使用できるを可能性の開放運動の障害も中断されます。6
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References
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