TMS を使用して行動観察中にモーターの興奮性を測定するには

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。

1. 20 人の参加者を募集します。

1. 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。
2. 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

1. 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。
2. 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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 右手の第 1 背側骨間 (FDI) 筋の筋電図電極を配置します。
   1. 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。
   2. 手の近くの骨に 2 番目の参照電極を配置します。
5. 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。

1. 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。
2. 図 8 TMS コイルを使用して、一次運動野を探します。
   1. 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。
   2. 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。
3. 被験者の運動閾値を決定します。
   1. 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。
4. 安静時の MEP 振幅を測定します。
   1. 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

1. 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。
   1. 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。
      1. 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。
      2. 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。
      3. 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。
   2. 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。
2. ビデオの中に、運動閾値の 120% に TMS パルスを提供します。
   1. 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。

1. 各 MEP のピーク-ピーク振幅を計算します。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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

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

1. Fadiga, L., Fogassi, L., Pavesi, G. & Rizzolatti, G. Motor facilitation during action observation: a magnetic stimulation study. J Neurophysiol 73, 2608-2611 (1995).
2. Fadiga, L., Craighero, L. & Olivier, E. Human motor cortex excitability during the perception of others' action. Curr Opin Neurobiol 15, 213-218 (2005).
3. Gangitano, M., Mottaghy, F.M. & Pascual-Leone, A. Phase-specific modulation of cortical motor output during movement observation. Neuroreport 12, 1489-1492 (2001).
4. Wright, D.J., Williams, J. & Holmes, P.S. Combined action observation and imagery facilitates corticospinal excitability. Front Hum Neurosci 8, 951 (2014).
5. Aglioti, S.M., Cesari, P., Romani, M. & Urgesi, C. Action anticipation and motor resonance in elite basketball players. Nat Neurosci 11, 1109-1116 (2008).
6. Koski, L., Lin, J.C., Wu, A.D. & Winstein, C.J. Reliability of intracortical and corticomotor excitability estimates obtained from the upper extremities in chronic stroke. Neurosci Res 58, 19-31 (2007).