मनुष्यों में कोर्टिकोटोनूरोनल ट्रांसमिशन में परिवर्तन के गैर-आक्रामक आकलन
Summary
पुनरावृत्ति transcranial चुंबकीय उत्तेजना के बाद मनुष्यों में कॉर्टिकोटोन्यूरोनियल synapses में संचरण में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए वर्तमान अध्ययन का उद्देश्य था। इस प्रयोजन के लिए, एक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल विधि को पेश किया गया है जो मार्ग विशिष्ट कॉर्टिसोस्पनल ट्रांसमिशन के मूल्यांकन की अनुमति देता है, यानी पोलीसिन्नेप्टिक कनेक्शन से तेज़, सीधे कॉर्टिसोस्पेनाइल पथ के अंतर।
Abstract
कॉर्टिसोस्पाइनल मार्ग, मांसपेशियों के साथ मस्तिष्क को जोड़ने वाला प्रमुख मार्ग है और इसलिए आंदोलन नियंत्रण और मोटर सीखने के लिए बेहद प्रासंगिक है। इस रास्ते की उत्तेजना और प्लास्टिक की जांच करने वाले कई गैर-विद्युतीय इलेक्ट्रोफिजिकल तरीके मौजूद हैं। हालांकि, अधिकतर तरीकों में मिश्रित क्षमताओं की मात्रा का ठहराव और उपेक्षा पर आधारित होते हैं कि कोर्टिकोस्पाइनल मार्ग में कई अलग-अलग कनेक्शन होते हैं जो अधिक या कम प्रत्यक्ष होते हैं। यहां, हम एक ऐसी विधि प्रस्तुत करते हैं जो कॉर्टिसोस्पनल ट्रांसमिशन के विभिन्न भागों की उत्तेजना की जांच कर सकते हैं। यह तथाकथित एच-रिफ्लेक्स कंडीशनिंग तकनीक से एक को सबसे तेज़ (मोनोसिनेप्टिक) और पोलीसीनैप्टिक कॉर्टिसोस्पेनिक मार्गों की उत्तेजना का आकलन करने की सुविधा मिलती है। इसके अलावा, दो अलग-अलग उत्तेजना स्थलों, मोटर कॉर्टेक्स और सर्विकोमेडुलर जंक्शन का उपयोग करके, यह केवल कॉर्टिकल और रीढ़ की हड्डी के प्रभावों के बीच अंतर नहीं बल्कि कॉर्टिकॉमओटोन्यूरियल सिनॅप्स इस पांडुलिपि में, हम यह वर्णन करते हैं कि कम आवृत्ति दोहराव ट्रांसक्रैनील चुंबकीय उत्तेजना के बाद कॉर्टिकोमोटेनियस ट्रांसमिशन का आकलन करने के लिए इस पद्धति का उपयोग कैसे किया जा सकता है, एक विधि जिसे पहले कॉर्टिकल कोशिकाओं की उत्तेजना को कम करने के लिए दिखाया गया था। यहां हम यह दिखाते हैं कि न केवल कोशिकाय कोशिकाएं इस दोहराव से उत्तेजना से प्रभावित होती हैं बल्कि रीढ़ की हड्डी के स्तर पर कॉर्टिकोटोन्यूरोनियल सिन्प्लेप्स में संचरण भी करती हैं। मूल तंत्र और न्यूरोप्लास्टिक की साइटों की समझ के लिए यह खोज महत्वपूर्ण है बुनियादी तंत्र की जांच के अलावा, एच-रिफ्लेक्स कंडीशनिंग तकनीक को कोर्टिस्नोपिनल ट्रांसमिशन में बदलाव के बाद व्यवहार ( जैसे , प्रशिक्षण) या चिकित्सीय हस्तक्षेप, विकृति या बुढ़ापे में परीक्षण करने के लिए लागू किया जा सकता है और इसीलिए आंदोलन नियंत्रण और मोटर के अधीन होने वाली तंत्रिका प्रक्रियाओं की बेहतर समझ की अनुमति देता है सीख रहा हूँ।
Introduction
प्राइमेट्स में, कॉर्टिसोस्पैनल ट्रेक्ट में स्वैच्छिक क्रियाओं को नियंत्रित करने वाले प्रमुख अवरोही मार्ग हैं। कॉर्टिसोस्पाइनल मार्ग मोटर कार्टेकल क्षेत्रों को प्रत्यक्ष मोनोसिनेप्टिक कॉर्टिकोटोन्यूरोन्योरोनल कनेक्शन के माध्यम से रीढ़ की हड्डी α-motoneurons को जोड़ता है और अप्रत्यक्ष oligo- और polysynaptic कनेक्शन 2 , 3 के माध्यम से । यद्यपि ट्रांसकैनलियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) द्वारा मोटर कॉर्टेक्स आसानी से उत्साहित हो सकते हैं, इस उत्तेजना के लिए पैदा की गई इलेक्ट्रोमोग्राफिक प्रतिक्रिया अक्सर व्याख्या करना मुश्किल होती है। इसका कारण यह है कि मिश्रित मोटर विकसित क्षमता (एमईपी) इंट्राकार्टिकल और कॉर्टिसोस्पिन न्यूरॉन्स, रीढ़ की हड्डी के interneurons और रीढ़ की हड्डी α-motoneurons 4 , 5 , 6 , 7 की excitability में परिवर्तन से प्रभावित किया जा सकता है। कई गैर-विद्युतीय इलेक्ट्रोफिजियोलॉजीकैल तकनीकों और उत्तेजना प्रोटोकॉल का निर्धारण यह निर्धारित करने के उद्देश्य होता है कि कॉर्टिसोस्पाइन उत्तेजना और ट्रांसमिशन में परिवर्तन, कॉर्टिकल या रीढ़ की हड्डी के स्तर पर होने वाले बदलावों के कारण होते हैं। सामान्यतया, विद्युतीय रूप से विकसित एच-रिफ्लेक्स के आयाम में परिवर्तन, मोटोनोऊरॉन पूल में उत्तेजना के परिवर्तन के 'संकेत' के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, यह पहले दिखाया गया था कि एच-रिफ्लेक्स न केवल एटोन्यूरोन पूल की उत्तेजना पर निर्भर करता है, बल्कि अन्य कारकों जैसे कि प्रीसंनाप्टिक निषेध 8 , 9 या होमसिनेप्टिक पोस्ट-सक्रियण अवसाद 5 , 10 के द्वारा भी नियंत्रित होता है। एमईपी और एच-रिफ्लेक्स की तुलना करते समय एक और सीमा interneuronal स्तर 11 , 12 पर excitability परिवर्तन का पता लगाने के लिए विकलांगता है। इन दोषों के अलावा, मोटीनूरोन को वायरस की तुलना में परिधीय तंत्रिका उत्तेजना द्वारा सक्रिय रूप से सक्रिय किया जा सकता हैवें टीएमएस, ताकि मोटीनोरोनल उत्तेजना में परिवर्तन से कॉर्टिसॉस्पिनल पथ 13 , 14 , 15 के माध्यम से मध्यस्थता की प्रतिक्रियाओं की तुलना में इन प्रतिक्रियाओं को अलग तरह से प्रभावित किया जा सके।
कॉर्टिकल प्रभाव से रीढ़ की हड्डी को अलग करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक अन्य विधि मोटर कार्टेक्स 16 के ट्रांसक्रैनलियल इलेक्ट्रिकल स्टिम्यूलेशन (टीईएस) का प्रतिनिधित्व करती है। कम उत्तेजना तीव्रता पर लागू, टीईएस को कोर्टिकल उत्तेजना में परिवर्तन से अप्रभावित होना तर्क दिया गया था। के रूप में दोनों टीईएस और टीएमएस को कॉर्टिसोस्पाइनल मार्ग के माध्यम से α-motoneurons को सक्रिय करते हैं, चुंबकीय और विद्युत रूप से विकसित MEPs की तुलना एच-रिफ्लेक्स के बीच तुलना की तुलना में MEPs के आकार में परिवर्तनों की कॉर्टिकल प्रकृति पर निष्कर्ष निकालने के लिए एक अधिक आकर्षक विधि प्रदान करती है और एमईपी हालांकि, जब उत्तेजना की तीव्रता बढ़ जाती है, टीईएस-एमईपी विकसित होते हैं, जो कि कॉर्टिकल उत्तेजना में बदलाव से प्रभावित होते हैं <Sup वर्ग = "xref"> 17 , 18 इस समस्या को दबाया जा सकता है जब मोटर उत्तेजना को मोटर प्रांतस्था पर लागू नहीं किया जाता है, लेकिन सर्विकोमेडुलर जंक्शन पर। हालांकि, हालांकि विद्युत उत्तेजना ऊपरी अंग और निचले अंग की मांसपेशियों में सर्विकोमेडलरल मोटर पैदा की क्षमता (सीएमईईपी) पैदा कर सकती है, लेकिन अधिकांश विषयों को बेहद अप्रिय और दर्दनाक रूप में ब्रेनमेस्ट (और कॉर्टेक्स) पर विद्युत उत्तेजना का अनुभव होता है। इरिएन 1 9 में चुंबकीय उत्तेजना के उपयोग से सर्विकोअमडलरल जंक्शन पर कॉर्टिसोस्पाइनल मार्ग को सक्रिय करने के लिए एक कम दर्दनाक विकल्प है। यह सामान्यतः स्वीकार किया जाता है कि सर्विकोमेडलरी मैग्नेटिक स्टिम्यूलेशन (सीएमएस) मोटर कॉर्टिकल टीएमएस के रूप में एक ही अवरोही तंतुओं को सक्रिय करता है और जो सीटीईईपी 1 के साथ एमईपी की तुलना करके कॉर्टिकल उत्तेजना में परिवर्तन का पता लगाया जा सकता है। इंट्राकॉर्टलिक कोशिकाओं और कॉर्टिकोटोनूरोनियल कोशिकाओं की उत्तेजना में वृद्धि को cortically की सुविधा के लिए सोचा जाता हैसीरिकोमडुल्लरी में एमईपी के साथ एक समान परिवर्तन के बिना एमईपी पैदा हुआ।
हालांकि, ज्यादातर विषयों में कम 20 सेमी 21 में कम छोर में चुंबकीय रूप से विकसित सीएमईपी प्राप्त करना असंभव है। इस समस्या पर काबू पाने के लिए एक तरीका है कि लक्ष्य की मांसपेशियों को स्वैच्छिक रूप से पूर्वनिर्धारित करके रीढ़ की हड्डी के मूत्राशय के उत्तेजना को बढ़ाया जाना है। हालांकि, यह अच्छी तरह से ज्ञात है कि संकुचन ताकत में मामूली बदलाव सीएमईपी के आकार को प्रभावित करते हैं। इस प्रकार, विभिन्न कार्यों की तुलना करना मुश्किल है। इसके अलावा, पूर्व-संकुचन के कारण मोटीनोरोनल उत्तेजना में परिवर्तन एमईपी और सीएमईपी को प्रभावित करेगा, लेकिन जरूरी नहीं कि वह उसी हद तक। अंत में, मिश्रित सीईएमई के साथ मिश्रित एमईपी की तुलना करके अवरोही वालियां में निहित कुछ जानकारी खो जाती है। चुंबकीय मोटर cortical उत्तेजना द्वारा एच-रिफ्लेक्स, टिबिआलिस पूर्वकाल और कार्पी रेडियलिस मांसपेशियों की कंडीशनिंग से जुड़े अध्ययनों से यह पता चला है12 , 22 बजे विशिष्ट इंटरस्टिम्युलस अंतराल (आईएसआई) के साथ मोटर कॉर्टेक्स पर परिधीय तंत्रिका उत्तेजना और टीएमएस के संयोजन से, एच-रिफ्लेक्स पर विभिन्न अवरोही वोल्ली के सुगमतापूर्ण और निरोधात्मक प्रभावों का अध्ययन करना संभव है। यह तकनीक पशु प्रयोगों में तंत्रिका पथ में संचरण निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली स्थानिक सुविधा तकनीक से बहुत प्रेरित है और उस तकनीक के गैर-आक्रामक, अप्रत्यक्ष संस्करण 23 के रूप में देखा जा सकता है। जबकि एच-रिफ्लेक्स, कॉर्टिसोस्पाइनल मार्ग (तेजी से बनाम धीमे कॉर्टिसॉस्पिनल अनुमानों) के विभिन्न अंशों के बीच अंतर करने के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन यह भी नियंत्रित और तुलनीय तरीके से रीढ़ की हड्डी की उत्तेजना को बढ़ाने के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, आराम में और गतिविधि के दौरान, उत्तेजना तकनीक का यह संयोजन एक उच्च अस्थायी संकल्प के साथ कोर्टिकॉस्मीनियम के विभिन्न अंशों में परिवर्तन का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है, अर्थात् टी मेंवह सबसे तेज़, संभवतः मोनोसेनैप्टिक कॉर्टिकोटोन्यूरोनल कनेक्शन और धीमी ऑलिगो-और पोलीसिनेप्टिक रास्ते 12 , 22 , 24 , 25 हाल ही में, इस तकनीक को न केवल कंडीशनिंग मोटर कंटैक्स (एम 1-कंडीशनिंग) पर टीएमएस के साथ एच-रिफ्लेक्स बल्कि सर्विकोमेडुलर जंक्शन (सीएमएस-कंडीशनिंग) 26 पर अतिरिक्त कंडीशनिंग उत्तेजना द्वारा भी बढ़ाया गया था। एम 1- और सीएमएस-कंडीशनिंग के बीच प्रभावों की तुलना करके, यह तकनीक उच्च विषम संकल्प के साथ पथ विशिष्ट भेदभाव की अनुमति देता है और यह कॉर्टिकल बनाम रीढ़ की हड्डी के तंत्रों पर व्याख्याएं बनाने की अनुमति देता है। इसके अलावा और सबसे महत्वपूर्ण वर्तमान अध्ययन के संबंध में, यह तकनीक प्रारंभिक सुविधा के बारे में विचार करते समय कॉर्टिकोनियोटेनेओनिक्यल संकुचन में ट्रांसमिशन के मूल्यांकन की अनुमति देता है। एच-रिफ्लेक्स की शुरुआती सुविधा सभी संभावनाओं में सक्रियण के कारण होती हैरीढ़ की हड्डी के मोनोटोनूरॉन्स 12 , 26 में प्रत्यक्ष, मोनोसेनैप्टिक कॉर्टिकोमोनेटियल अनुमानों का सबसे तेज कॉर्टिसोस्पेनाइल पथ की जांच करने के लिए और इस प्रकार, शीघ्र सुविधा, एच-रिफ्लेक्स को टीएमएस से 2 से 4 एमएस तक हासिल करना होगा। इसका कारण एच-रिफ्लेक्स (लगभग 34 एमएस; 25 देखें) की तुलना में एमईपी की थोड़ी छोटी विलंबता (लगभग 32 एमएस; 27 देखें)। टीएमएस को लागू करने से कुछ समय पहले एच-रिफ्लेक्स को आकृष्ट करना, रीढ़ की हड्डी के मोटेनोयुरों के स्तर पर आरोही और सबसे तेज़ी से आने वाली उत्तेजनाओं का अभिसरण होता है जब टीआरएस को सर्विकोमेडुलर जंक्शन पर लागू किया जाता है, तो आरोही वॉली एम 1 पर उत्तेजना के मुकाबले रीढ़ की हड्डी के म्यूटोनूरन पूल में लगभग 3-4 एमएस तक पहुंच जाएगी। सीएमएस-कंडीशनिंग के लिए, परिधीय तंत्रिका उत्तेजना इसलिए चुने जायेगी – चुंबकीय पल्स से 6 – 8 मि। सीएमएस-कंडीशनिंग के बाद प्रारंभिक सुविधा का एक परिवर्तन अंतर को इंगित करता है trकॉर्टिसोस्पनल पथ और α-motoneuron 28 के बीच के अंतराल पर अभ्यर्पण वर्तमान अध्ययन में, हाल ही में विकसित तकनीक का उपयोग कम आवृत्ति दोहराव वाले टीएमएस (आरटीएमएस) के बाद कॉर्टिकल प्रभाव से रीढ़ की हड्डी को अंतर करने के लिए किया गया था। अधिक विशेष रूप से, हमने अनुमान लगाया है कि यदि एम 1-कंडीशनिंग के साथ प्रारंभिक सुविधा आरटीएमएस हस्तक्षेप के बाद कम हो जाती है, लेकिन सीएमएस-कंडीशनिंग के बाद जल्दी आसान नहीं है, तो इसका प्रभाव मूल रूप से cortical होना चाहिए। इसके विपरीत, यदि सीएमएस-कंडीशनिंग के साथ शुरुआती सुविधा भी बदलती है, तो यह परिवर्तन रीढ़ की हड्डी पर होने वाले तंत्र से संबंधित होना चाहिए। अधिक विशेष रूप से, एच-रिफ्लेक्स की प्रारंभिक सुविधा के रूप में रीढ़ की हड्डी में मूत्राशय 12 , 2 9 , सीएमएस-और एम -1 वातानुकूलित एच-रिफ्लेक्स के समय में प्रत्यक्ष, कॉर्टिकोटोन्योरोनल अनुमानों के सक्रियण के कारण होने का अनुमान लगाया गया है। प्रारंभिक सुविधा को सूचित करना चाहिएई एक बदलते कॉर्टिकोटोनूरोनल ट्रांसमिशन यानी सिनाप्टिक प्रभावकारिता 28 ।
Protocol
Representative Results
Discussion
कॉर्टिसोस्पिनल मार्ग 28 के पुनरावृत्त सक्रियण के बाद कॉर्टिकोटोनूरोनल सिंक्रैप्स पर ट्रांसमिशन में तीव्र परिवर्तनों का आकलन करने के लिए यहां वर्णित एच-रिफ्लेक्स कंडीशनिंग प्रक्रिया को वि?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को स्विस नेशनल साइंस फाउंडेशन (316030_128826) से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
References
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