تقييم غير الغازية للتغييرات في نقل كورتيكوموتونورونال في البشر

Summary

وكان الهدف من هذه الدراسة لتقييم التغيرات في انتقال في المشابك القواطع القلبية العصبية في البشر بعد تكرار التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة. لهذا الغرض، يتم إدخال طريقة الكهربية التي تسمح بتقييم انتقال المسار القشري النخاعي محددة، أي التمايز السريع، مسارات القشرية النخاعية المباشرة من اتصالات بوليسينابتيك.

Abstract

المسار القشري النخاعي هو المسار الرئيسي الذي يربط الدماغ بالعضلات، وبالتالي فهو ذو صلة وثيقة بالسيطرة على الحركة والتعلم الحركي. هناك عدد من الأساليب الكهربية موسع التحقيق في استثارة واللدونة من هذا المسار. ومع ذلك، فإن معظم الطرق تقوم على تقدير الكمي من إمكانات المركب وإهمال أن المسار القشري النخاعي يتكون من العديد من الاتصالات المختلفة التي هي أكثر أو أقل مباشرة. هنا، نقدم طريقة تسمح اختبار استثارة من كسور مختلفة من انتقال القشرية. هذا ما يسمى H- رد الفعل تقنية تكييف يسمح واحد لتقييم استثارة الأسرع (مونوسينابتيك) وأيضا المسالك القشرية بوليسينابتيك. وعلاوة على ذلك، باستخدام اثنين من مواقع التحفيز المختلفة، والقشرة الحركية وتقاطع سيرفيكوميدولاري، فإنه يسمح ليس فقط التمايز بين الآثار القشرية والعمود الفقري ولكن أيضا تقييم انتقال في القشريةالمشبك الأذن العصبية. في هذه المخطوطة، ونحن تصف كيف يمكن استخدام هذه الطريقة لتقييم انتقال القشرية الحركية بعد التردد المنخفض تكرار التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة، وهو الأسلوب الذي كان يظهر سابقا للحد من استثارة الخلايا القشرية. هنا نبرهن على أن الخلايا القشرية ليس فقط يتأثر هذا التحفيز المتكررة ولكن أيضا انتقال في المشبك القشري العضلي العصبي على مستوى العمود الفقري. هذه النتيجة مهمة لفهم الآليات والمواقع الأساسية للمرونة العصبية. إلى جانب التحقيق في الآليات الأساسية، ويمكن تطبيق تقنية رد الفعل H- رد الفعل لاختبار التغيرات في نقل القشرية النخاعية التالية السلوكية (على سبيل المثال ، والتدريب) أو التدخلات العلاجية، علم الأمراض أو الشيخوخة، وبالتالي يسمح بفهم أفضل للعمليات العصبية التي تكمن وراء التحكم في الحركة والمحرك تعلم.

Introduction

في الرئيسيات، الجهاز القشري النخاعي يشكل المسار الهابط الرئيسي السيطرة على الإجراءات الطوعية ¹ . المسار القشري النخاعي يربط المناطق القشرية الحركية إلى العمود الفقري α-موتورنورونس عبر اتصالات القشرية المخاطية مباشرة مونوسينابتيك وعبر اتصالات غير مباشرة و بوليسينابتيك ^{2 ، 3} . على الرغم من أن القشرة الحركية يمكن بسهولة أن تكون متحمس غير الغازية عن طريق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (تمس)، والاستجابة إليكتروميوغرافيك أثار هذا التحفيز غالبا ما يكون من الصعب تفسير. والسبب في ذلك هو أن المركب موتور يحفز المحتملة (ميب) يمكن أن تتأثر التغيرات في استثارة الخلايا العصبية داخل القشرة والقرنية النخاعية، إنترنيورونس الشوكي والعمود الفقري α-موتورونورونس ^{4 ، 5 ، 6 ، 7} . عدة إليكتروفيسيولوجي علم موسعوتقنيات كال وبروتوكولات التحفيز تهدف إلى تحديد ما إذا كانت التغيرات في استثارة القشرية والنخالية هي الناجمة عن التغيرات على مستوى القشرية أو العمود الفقري. عادة، وتستخدم التغيرات في اتساع من رد فعل H- رد الفعل كهربائيا كما "دلالة" من تعديلات استثارة في بركة موتونورون. ومع ذلك، فقد تبين سابقا أن H- المنعكس يعتمد ليس فقط على استثارة تجمع موتونورون ولكن يتم أيضا التضمين من قبل عوامل أخرى مثل تثبيط قبل المشبكي ⁸ أو ⁹ أو هوموسينابتيك الاكتئاب بعد تفعيل ^{5 ، 10} . تقييد آخر عند مقارنة ميبس و H- ردود الفعل هو الإعاقة للكشف عن التغيرات استثارة على مستوى إنترنيورونال ^{11 ، 12} . بالإضافة إلى هذه العيوب، يمكن تنشيط الحركات العصبية بشكل مختلف عن طريق تحفيز الأعصاب الطرفية من وايث تمس بحيث التغيرات في استثارة موتورنورال تؤثر على هذه الردود في نوع مختلف من طريقة مقارنة الردود بوساطة طريق القشري النخاعي ^{13 ، 14 ، 15} .

طريقة أخرى تستخدم لفصل العمود الفقري من الآثار القشرية تمثل التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (تيس) من القشرة الحركية ¹⁶ . طبقت في شدة التحفيز منخفضة، وجادل تيس أن تتأثر التغييرات في استثارة القشرية. كما أن كل من تيس و تمس تفعيل α-موتورونورونس عبر المسار القشري النخاعي، فإن المقارنة بين ميبس مغناطيسيا و أثار كهربائيا يوفر طريقة أكثر جاذبية لاستخلاص استنتاجات حول الطبيعة القشرية للتغيرات في حجم ميبس من المقارنة بين H- ردود الفعل و ميبس. ومع ذلك، عندما يتم زيادة كثافة التحفيز، تتأثر ميبس تيس أثار أيضا من التغييرات في استثارة القشرية <سوب كلاس = "كريف"> 17 ^{، 18} . يمكن التحايل على هذه المشكلة عندما لا يتم تطبيق التحفيز الكهربائي على القشرة الحركية ولكن عند تقاطع سيرفيكوميدولاري. ومع ذلك، على الرغم من التحفيز الكهربائي يمكن أن تستحث سيرفيكوميدولاري المحرك أثار إمكانات (كميبس) في الطرف العلوي وعضلات الأطراف السفلية، معظم المواد ينظرون التحفيز الكهربائي في الدماغ (والقشرة) كما غير سارة للغاية ومؤلمة. وهناك بديل أقل إيلاما هو تفعيل المسار القشري النخاعي في تقاطع سيرفيكوميدولاري من خلال استخدام التحفيز المغناطيسي في البصل ¹⁹ . ومن المقبول عموما أن التحفيز المغناطيسي سيرفيكوميدولاري (كمس) ينشط العديد من نفس الألياف الهبوطية كما تمس القشرية الحركية، وأنه يمكن الكشف عن التغيرات في استثارة القشرية من خلال مقارنة ميبس مع كميبس ¹⁹ . ويعتقد أن زيادة في استثارة الخلايا إنتراكورتيكال والخلايا القشرية المخية العصبية لتسهيل القشريةأثار ميب دون تغيير المتزامنة في سيرفيكوميدولاري أثار ميب.

ومع ذلك، في معظم المواد فإنه من المستحيل الحصول على كميبس أثار مغناطيسيا في الطرف السفلي في بقية ^{20 ، 21} . نهج واحد للتغلب على هذه المشكلة هو رفع استثارة الحركات الشوكية من العمود الفقري عن طريق بريكونتراكتينغ الطوعي العضلات المستهدفة. ومع ذلك، فمن المعروف جيدا أن التغيرات الطفيفة في قوة الانكماش تؤثر على حجم كميب. وبالتالي، فإنه من الصعب مقارنة المهام المختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن التغيرات في استثارة موتونورونال بسبب ما قبل الانكماش تؤثر على ميبس و كميبس ولكن ليس بالضرورة إلى نفس المدى. وأخيرا، من خلال مقارنة ميبس مركب مع المركب كميبس بعض المعلومات الواردة في فولز تنازلي يتم فقدان. وقد تم الكشف عن ذلك من خلال الدراسات التي تنطوي على تكييف H- المنعكس من سوليوس، الظنبوبي الأمامي، والعضلات كاربي رادياليس من قبل المحرك المغناطيسي المنشطات القشريةفي ^{12 و 22} . من خلال الجمع بين تحفيز الأعصاب الطرفية و تمس على القشرة الحركية مع فترات إنتيرستيمولوس محددة (إيسي)، فمن الممكن لدراسة الآثار الميسرة والمثبطة لمختلف المحولات النازل على H- المنعكس. هذه التقنية مستوحاة إلى حد كبير من تقنية تيسير المكانية المستخدمة لتحديد انتقال في المسارات العصبية في التجارب على الحيوانات، ويمكن أن ينظر إليه على أنه غير الغازية، نسخة غير مباشرة من هذه التقنية ²³ . في حين أن H- المنعكس ليست مهمة فقط للتمييز بين كسور مختلفة من المسار القشري النخاعي (سريع مقابل أبطأ إسقاطات القشرية النخامية) فمن الضروري أيضا لرفع استثارة العمود الفقري بطريقة تسيطر عليها وقابلة للمقارنة. وهكذا، في بقية وأثناء النشاط، وهذا مزيج من تقنيات التحفيز يسمح بتقييم التغيرات في كسور مختلفة من المسار القشري النخاعي مع قرار الزمانية العالية، أي في تيانه أسرع، ويفترض أن مونوسينابتيك اتصالات القشرية العصبية، وفي أبطأ قليلا و بوليسينابتيك مسارات ^{12 ، 22 ، 24 ، 25} . في الآونة الأخيرة، تم تمديد هذه التقنية من خلال تكييف ليس فقط H- المنعكس مع تمس على القشرة الحركية (M1 تكييف) ولكن أيضا عن طريق التحفيز تكييف إضافية في تقاطع سيرفيكوميدولاري (تكييف كمس) ²⁶ . من خلال مقارنة الآثار بين M1- وتكييف كمس، وهذه التقنية تسمح مسار التمايز محددة مع قرار زمني عالية ويسمح التفسيرات التي يتعين إجراؤها على آليات القشرية مقابل العمود الفقري. وعلاوة على ذلك والأهم من ذلك فيما يتعلق الدراسة الحالية، وهذه التقنية تسمح بتقييم انتقال في المشبك القشري الحركي عند النظر في تسهيل المبكر. في وقت مبكر من تسهيل H- المنعكس هو في جميع الاحتمالات الناجمة عن التنشيطمن المباشر، مونوسينابتيك التوقعات القشرية الحركية إلى الخلايا العصبية الحركية الشوكي ^{12 ، 26} . لاختبار أسرع المسالك القشرية النخامية وبالتالي، وتسهيل المبكر، H- المنعكس يجب أن أثارت 2-4 مس قبل تمس. والسبب في ذلك هو الكمون أقصر قليلا من ميب (حوالي 32 مللي ثانية، انظر ²⁷ ) مقارنة H- المنعكس (حوالي 34 مللي ثانية، انظر ²⁵ ). مما أدى إلى الانعكاس H قبل وقت قصير من تطبيق تمس، يؤدي إلى التقارب من الصعود والأسرع تنازلات تنازلي على مستوى الخلايا العصبية الحركية الشوكي. عندما يتم تطبيق تمس على مفترق سيرفيكوميدولاري، سوف تصل الطائرة الهبوطية حوالي 3-4 مس في وقت سابق في بركة موتونورون العمود الفقري من بعد التحفيز على M1. ل كمس تكييف، ينبغي بالتالي تحفيز العصب المحيطي أثار 6 – 8 مللي ثانية قبل نبض المغناطيسي. تغيير التسهيل المبكر بعد تكييف كمس يشير التفاضلية ترأنسميسيون في المشبك بين القناة القشرية النخامية و α- موتونورون ²⁸ . في الدراسة الحالية، تم استخدام هذه التقنية التي تم تطويرها مؤخرا للتمييز في العمود الفقري من الآثار القشرية بعد تمس التردد المنخفض المتكررة (رتمس). وبشكل أكثر تحديدا، افترضنا أنه إذا تم تقليل التسهيل المبكر مع تكييف M1 بعد التدخل رتمس ​​ولكن التسهيل المبكر بعد تكييف كمس ليست، وينبغي أن يكون تأثير القشرية محض في الأصل. في المقابل، إذا كان التسهيل المبكر مع تكييف كمس أيضا يتغير، وينبغي أن يكون هذا التغيير ذات الصلة إلى الآليات التي تجري على مستوى العمود الفقري. على نحو أكثر تحديدا، حيث أن تسهيل في وقت مبكر من H- المنعكس ويعتقد أن يكون ناجما عن تفعيل مباشرة، إسقاطات كورتيكوموتونورونال إلى موتونيورونيس العمود الفقري ^{12 ، 29} ، وتغيير كمس، و M1 مكيفة H- المنعكس في وقت ينبغي أن يشير إلى تسهيل مبكره انتقال كورتيكوموتونورونال تغيير أي فعالية متشابك ²⁸ .

Protocol

تمت الموافقة على هذا البروتوكول من قبل لجنة الأخلاقيات المحلية والتجارب وفقا لإعلان هلسنكي (1964). 1. إعداد الموضوع ملاحظة: تعليمات الموضوع – قبل البدء في التجربة، وإرشاد كل موضوع حول ال?…

Representative Results

حدوث التسهيل المبكر بعد M1- وتكييف كمس H- انعكاس تكييف مع تمس على M1 أدى إلى تسهيل المبكر الذي حدث حول إيسي -3 و -4 مللي ثانية. وقد حدث التسهيل المبكر بعد تكييف كمس قبل حوالي 3 مللي ثانية (إيسي -…

Discussion

وقد تم معالجة H- رد الفعل تكييف الإجراء الموصوفة هنا على وجه التحديد لتقييم التغيرات الحادة في انتقال على المشبك القشري العضلي العصبي بعد التكرار تفعيل المسار القشري النخاعي ²⁸ . في هذا الصدد، وقد أبرزت H- رد الفعل تكييف أن رتمس ​​لا يؤثر فقط استثارة الهيا…

Materials

Self-adhesive EMG electrodes	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to record EMG signals
Electrical stimulator	Digitimer DS7A, Hertfordshire, UK		Used to elicit the soleus H-reflex
Stimulating electrode	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to elicit the soleus H-reflex
Magnetic stimulator no1	Magstim Rapid2 TMS stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Coil no1: 90 mm figure-of-eight coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
			Stimulator no1 and coil no1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)
Magnetic stimulator no2	MagPro X100 with MagOption, MagVenture A/S, Farum, Denmark		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Coil no2: 95-mm focal “butterfly-shaped” coil (D-B80)	MagVenture A/S, Farum, Denmark
			Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session
Magnetic stimulator no3	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Coil no3: double-cone magnetic coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Image-guided TMS navigational system no1	Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, Canada		Used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) to monitor coil position throughout the experiment
Image-guided TMS navigational system no2	TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany		Used for the video session
Literature:
Taube et al. 2014	Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. & Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).