ヒトにおける皮質傷害性伝達の変化の非侵襲的評価
Summary
本研究の目的は、経頭蓋磁気刺激を繰り返した後のヒトの皮質神経動脈シナプスにおける透過の変化を評価することであった。この目的のために、経路特異的皮質脊髄伝達の評価、 すなわち、多シナプス接続からの速い直接的皮質脊髄路の識別を可能にする電気生理学的方法が導入される。
Abstract
皮質脊髄路は、脳と筋肉をつなぐ主要経路であるため、運動制御および運動学習に非常に関連します。この経路の興奮性および可塑性を調べるための多くの非侵襲性電気生理学的方法が存在する。しかしながら、ほとんどの方法は、化合物の可能性の定量化に基づいており、皮質脊髄路が多かれ少なかれ直接的な多くの異なる接続からなることを無視している。ここでは、皮質脊髄伝達の異なる部分の興奮性を検査する方法を提示する。このいわゆるH-反射調節技法は、最も速い（単シナプス）および多シナプスの皮質脊髄路の興奮性を評価することを可能にする。さらに、2つの異なる刺激部位、モーター皮質および頸髄膜接合を使用することによって、それは皮質効果と脊髄効果の区別だけでなく、コルチコムでの伝達の評価も可能にする耳障りなシナプス。この論文では、低周波反復経頭蓋磁気刺激後の皮質傷害伝達を評価するためにこの方法をどのように使用することができるかについて説明しています。これは以前皮質細胞の興奮性を低下させる方法でした。ここで我々は、皮質細胞だけでなく、この反復刺激によって影響を受けるだけでなく、脊髄レベルで皮質神経腓骨シナプスでの伝達を示しています。この知見は、神経可塑性の基本的機構および部位の理解に重要である。基本的なメカニズムの研究に加えて、H-反射調節技術は、行動（ 例えば訓練）または治療的介入、病理学または老化後の皮質脊髄伝達の変化を試験するために適用されてもよく、したがって運動制御および運動の基礎をなす神経プロセス学習。
Introduction
霊長類では、皮質脊髄路は、自発的活動を制御する主要な下行経路を構成する1 。皮質脊髄路は、直接的な単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続および間接的なオリゴ – およびポリシナプスの接続を介して、運動皮質領域を脊髄α-運動ニューロンに接続する2,3 。経頭蓋磁気刺激（TMS）によって運動皮質を非侵襲的に容易に励起することができるが、この刺激に対する誘発された筋電図応答はしばしば解釈が困難である。この理由は、化合物運動誘発電位（MEP）が、皮質および皮質脊髄ニューロン、脊髄介在ニューロンおよび脊髄α運動ニューロンの興奮性の変化によって影響され得ることである（4,5,6,7）。いくつかの非侵襲電気生理学cal法および刺激プロトコルは、皮質脊髄の興奮性および伝達の変化が皮質または脊髄レベルの変化によって引き起こされるかどうかを決定することを目的とする。一般に、電気的に誘発されたH-反射の振幅の変化は、運動ニューロンプールにおける興奮性の変化の「指標」として使用される。しかしながら、H反射は運動ニューロンプールの興奮性に依存するだけでなく、シナプス前抑制8,9またはホモシナプス後活性化後退5,10などの他の因子によっても調節されることが以前に示された。 MEPとH-反射を比較する際のもう1つの制限は、インターニューロンレベルでの興奮性の変化を検出することができないことである11,12。これらの欠点に加えて、運動ニューロンは、末梢神経刺激によって、wiよりも異なって活性化され得る運動ニューロン興奮性の変化が、皮質脊髄路13,14,15を介して仲介される応答と比較して、異なる種類の方法でこれらの応答に影響を及ぼすであろう。
脊髄を皮質効果から分離するために使用される別の方法は、運動皮質16の経頭蓋電気刺激（TES）を表す。低刺激強度で適用すると、TESは皮質興奮性の変化に影響されないと主張された。 TESとTMSの両方が皮質脊髄路を介してα-運動ニューロンを活性化するので、磁気的および電気的に誘発されたMEPの比較は、H-反射の比較よりもMEPのサイズの変化の皮質的性質についての結論を導くより魅力的な方法を提供するおよびMEP。しかし、刺激強度が増加すると、TES誘発MEPも皮質興奮性の変化によって影響を受ける<sup class = "xref"> 17,18。この問題は、電気刺激が運動皮質に印加されずに子宮頚部接合部に印加される場合に回避することができる。しかしながら、電気刺激は、上肢および下肢の筋肉における子宮頚部運動誘発電位（cMEP）を誘発することができるが、大部分の被験者は、脳幹（および皮質）における電気刺激を極めて不快で痛いと知覚する。それほど痛みを伴わない選択肢は、inion 19で磁気刺激を用いることによって頚椎接合部で皮質脊髄路を活性化することである。概して、頸髄膜磁気刺激（CMS）は、運動皮質TMSと同じ下行繊維の多くを活性化し、皮質興奮性の変化は、MEPとcMEPを比較することによって検出できることが一般に認められている19 。皮質細胞および皮質性神経細胞の興奮性の増加は、皮質を促進すると考えられている子宮頸部誘発MEPの同時変化なしにMEPを誘発した。
しかしながら、ほとんどの被験者では、静止した下肢20,21において磁気的に誘発されたcMEPを得ることは不可能である。この問題を克服するための1つのアプローチは、標的筋肉を自発的に事前収縮させることによって脊髄運動ニューロンの興奮性を高めることである。しかし、収縮力のわずかな変化がcMEPの大きさに影響することはよく知られている。したがって、異なるタスクを比較することは困難です。さらに、前収縮による運動ニューロン興奮性の変化は、MEPおよびcMEPに影響を及ぼすが、必ずしも同じ程度ではない。最後に、化合物MEPと化合物cMEPとを比較することにより、下降する渦巻きに含まれる情報が失われる。これは、磁気運動皮質刺激によるヒラメ筋、前脛骨筋、および橈骨筋のH反射の調節を含む研究によって明らかにされている12,22 。末梢神経刺激とTMSとを特定の刺激間間隔（ISI）で運動皮質に組み合わせることによって、異なる下降脊椎のH-反射に対する促進および阻害効果を研究することが可能である。この技術は、動物実験における神経経路における伝達を決定するために使用される空間的促進技術によって大きく影響され、その技術の非侵襲性、間接的なものと見なすことができる23 。 H-反射は、皮質脊髄路の異なる部分（高速対皮質脊髄突起投影）を区別するために重要であるだけでなく、制御された類似の方法で脊髄興奮性を高めることも不可欠です。したがって、安静時および活動中に、この刺激技術のこの組み合わせは、高時間分解能、 すなわち t時間における皮質脊髄路の異なる部分における変化の評価を可能にする最も速く、おそらくは単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続と、より遅いオリゴ – およびポリシナプス経路12,22,24,25。最近、この技術は、運動皮質（M1コンディショニング）上のTMSでH反射を調整するだけでなく、頚部接合（CMSコンディショニング） 26でコンディショニング刺激を追加することによっても拡張された26 。 M1-およびCMS-コンディショニングの間の効果を比較することにより、この技術は高い時間分解能で経路特異的分化を可能にし、皮質対脊髄のメカニズムについての解釈を可能にする。さらに、現在の研究に関して最も重要なことに、この技術は、初期の促進を考慮すると、皮質運動性シナプスにおける伝達の評価を可能にする。 H-反射の初期の促進は、おそらく活性化によって引き起こされる脊髄運動ニューロンへの直接的、単シナプス性の皮質錐体突起の形成12,26。最も速い皮質脊髄路を試験するために、早期の促進を行うために、T反射器はTMSの2〜4ms前に誘発されなければならない。この理由は、H反射（約34ms; 25を参照）と比較して、MEPのわずかに短い待ち時間（約32ms; 27を参照）である。 TMSを適用する直前にH反射を惹起すると、脊髄の運動ニューロンのレベルで、上昇する、および最も速く下降する興奮の収束につながる。 TMSを子宮頚部接合部に適用すると、降下するボレーは、M1上の刺激後よりも脊髄の運動ニューロンプールの3-4ms前に到着する。したがって、CMS調節のために、末梢神経刺激は、磁気パルスの6〜8ms前に引き起こされるべきである。 CMSコンディショニング後の早期促進の変化は、皮質脊髄路とα-運動ニューロン間のシナプスでの発生28 。現在の研究では、低周波反復TMS（rTMS）に続いて脊髄を皮質効果と区別するために、最近開発されたこの技術を使用した。より具体的には、我々は、rTMS介入後にM1コンディショニングによる早期の促進が減少するが、CMSコンディショニング後の早期の促進はそうではないと仮定した場合、効果は純粋に皮質起源であるべきであるという仮説を立てた。対照的に、CMSコンディショニングによる早期の促進もまた変化する場合、この変化は脊髄レベルで起こる機構に関連しているはずである。より具体的には、H-反射の早期の促進は、脊髄運動ニューロン12,29への直接的な皮質運動ニューロンの突起の活性化によって引き起こされると考えられているので、CMSおよびM1条件付きH-反射の変化が、初期の円滑化は、変化した皮質神経伝達伝達、すなわちシナプスの有効性28 。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここに記載されているH-反射調節法は、皮質脊髄路28の反復的活性化後の皮質運動ニューロンシナプスの透過の急激な変化を評価するために具体的に検討されている28 。この点に関して、H-反射コンディショニングは、rTMSが皮質構造の興奮性に影響を及ぼすだけでなく、皮質運動性シナプスにおける皮質運動伝達にも影響を及ぼすことを強調している。しか…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、スイス国立科学財団（316030_128826）の助成金によって支えられました。
Materials
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