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。

このプロトコルは地方倫理委員会によって承認され、実験はヘルシンキ宣言（1964）に準拠しています。 1.科目の準備 注：科目の指示 - 実験を開始する前に、各被験者に試験の目的と潜在的な危険因子を指示します。経頭蓋磁気刺激（TMS）の場合、医療リスクには、てんかん発作、眼および/または頭部における精神インプラント、心臓血管系のあらゆる病気、および妊娠の任意の病歴が含まれる。これらのリスク要因のいずれかを確認するすべての被験者を除外する。さらに、健常者を試験する実験では、神経および/または整形外科疾患を有するすべての被験者を除外する。 <ol><li> 件名の配置 <ol><li>脚、胴、頭を支える椅子に置く。膝が伸びるように脚が伸ばされていることを確認する末梢神経は皮膚に近く、電気刺激によって神経をより容易かつより確実に興奮させる。 </li><li>被験者の頭が曲がっていて、テーブルのような安定した支持面に置かれ、クッションで固定されていることを確認してください。皮質脊髄路の刺激を可能にするために、頚部およびアトランタ後頭部が屈曲していることを確認する。 </li><li>二重円錐形磁気コイルをその中心部がイオン上またはその近傍に配置され、誘導電流の一次導関数が頭部方向に向けられるように配置する19,26 。この位置が実験を通して維持されていることを確認するために、頭と胴に弾性ストラップを使用してください。 </li></ol></li><li>表面電極を使用して、末梢神経刺激（PNS）およびTMSによる電気生理学的応答を測定する。 <ol><li>シェービング、プロパノールによる消毒、軽い摩擦によるヒラメ筋の筋肉腹の上に皮膚を準備するn。 <ol><li> mの筋肉の腹の上の皮膚に自己粘着性のEMG電極を置く。ヒラメ参照電極を骨の上の皮膚、 例えば膝蓋骨または内頸髄に置く。 </li><li>すべての電極をEMG-増幅器に接続し、最後にアナログ - デジタル変換器に接続します。 EMG信号（×1000）、バンドパスフィルタ（10-1000 Hz）およびサンプルを4 kHzで増幅します。 </li></ol></li><li> PNS <ol><li> H-反射コンディショニングのために、膝窩窩の後脛骨神経を刺激することにより、ヒラメ筋にH-反射を記録する.1ms持続する方形波パルスを用いて刺激する。刺激のために、膝蓋骨のすぐ下の膝の前方の面にテープで5×5cmの陽極を固定する。 注：安定したH-反射振幅は、H-反射コンディショニングを成功させるための前提条件であり、ヒラメ筋からの記録時にはすべての筋肉の変動が最小限であることがわかります。 </li><li>ポプリテアの陰極を動かす刺激のための最良の位置が見いだされるまで、睡眠を維持する。 注：最良の位置は、これらの低刺激強度でのEMG記録で目に見えるM波がなく、かつ拮抗薬mで応答を受けない、最小の刺激強度でヒラメ筋にH-反射を記録することを指す。脛骨。 </li><li> mでの応答を避ける。脛骨筋は、nの求心性求心性神経からの相互抑制によって結果に影響を及ぼす可能性がある。腓骨筋はヒラメ筋の脊髄運動ニューロンに結合する。最適な場所を見つけたら、皮膚に粘着性の電極を置き、一貫した刺激条件を確保するために電極をテープで固定する。 </li></ol></li><li> TMS <ol><li>ヒラメ筋の筋電図記録において運動誘発電位（MEP）を誘発するために、図8のコイルを用いて対側半球の対側半球の運動皮質領域をTMSで刺激する。 </li><li>最適な刺激スポットを見つけるために、pla最初に頂点と1cmの正面にコイルを収めます。コイルのハンドルは後方を指し、コイルの中心の誘導電流の後方から前方の磁束を誘発するはずである。 </li><li>被験者が磁気刺激に慣れるように、最大​​刺激出力の約20〜30％の低強度で刺激を開始する。連続する刺激間の休止を4秒に選択します。 </li><li>いくつかの試行の後、刺激強度を最大刺激出力の約40〜60％に増加させ、mのホットスポットを見つけるために、正面声門および中央外側方向にコイルを動かす。ヒラメホットスポットは、m内のMEPが存在する位置として定義されます。最低刺激強度でヒラメ筋を誘発することができる。 </li><li>ヒラメ筋のホットスポットを見つけた後、連続10回の試行のうち6回でEMGのピークツーピーク振幅を50μVより大きくするのに必要な最小強度として、休止運動閾値（1.0MT）を決定する30。バックグラウンドEMGがすでに約50μVである被験者では、閾値として100μVを用いる。 </li></ol></li><li> コイルの固定 <ol><li>被験者の頭をテーブルの上に置き（「被験者の配置」を参照）、硬い発泡体を使用してあらゆる方向の頭の動きを防ぎます。コイルをスタンドに固定し、被験者の頭を椅子に固定する。 </li><li>マジックテープを使ってコイルをヘッドに固定し、実験中、コイルとヘッドの位置をモニターするためのイメージガイド付きTMSナビゲーションシステムを使用します。これがTMSによってニューロンの動員を変えるので、被験者の頭部に対するコイルの小さな動きさえ回避する。 </li></ol></li><li> 頚椎接合部における磁気刺激 <ol><li>大脳脊髄路の軸索を励起するために、頚椎接合部に配置されたダブルコーン磁気コイルを使用する。 </li><li>誘起された電流iの一次導関数その中央部分がイオンの上またはその近くにあることを意味する。最大刺激出力（100％）で刺激を適用する。 注：この高い刺激強度であっても、刺激はあまりにも弱すぎて脊髄運動ニューロンを十分に補充し、ほとんどの被験者において下肢の筋肉を活性化させることができない（ すなわち、 m。ヒラメ筋およびm。したがって、頸動脈刺激の場合、下肢筋肉の表面筋電図に複合電位が存在しない。したがって、脊髄運動ニューロンの興奮性を高めるために、頸髄膜シミュレーションをH-反射（3.1参照）と組み合わせる。 </li></ol></li></ol></li></ol> 2.事前測定<ol><li> H-反射（末梢神経刺激）の大きさを調節し、 <ol><li> H-反射調整のために、電気刺激装置の刺激強度を変化させることによって、H反射の大きさを最大M波（Mmax） 31の 20％に調整する。 Mmaxを得るには、H-反射募集曲線。この目的のために、様々な刺激強度で刺激を適用する。連続試行間の休止は4秒である。 </li><li>録音ソフトウェアでEMGのピークツーピーク振幅（mV）としてH反射とM波を計算します。コントロールH-反射のサイズは、実験を通してMmaxの20％で一定であり、各試行でそのサイズをチェックするように注意してください。 H-反射の大きさの系統的な偏差（対照H-反射は常に目標の大きさよりも小さいまたは大きい）を検出する場合、連続的な試験の直前に刺激強度を調整する。 </li></ol></li><li>実験前にTMSの刺激強度を調整する。 <ol><li>安静時のH-反射調節のために、運動皮質上のTMSの刺激強度をMTの90〜100％に設定する.PNSのない試験ではMEPは見られないことを確認する。 注：シミュレーション強度はMTの100％に近くなければならず、rで調整されたH反射に大きな影響を与える早期の容易化を容易に検出できるようにする。 </li><li>実験前に頚静脈刺激強度を調整する。皮質刺激とは異なり、頚動脈刺激の刺激強度を常に最大刺激出力の100％に調整する。 </li></ol></li><li>モーター皮質上の磁気刺激で​​H反射を調節する。 <ol><li> 2つの刺激（H-反射調節）のタイミングを変えることによってTNSおよびPNSを適用し、皮質運動ニューロン伝達の変化の評価を可能にする。早期促進を検出するには、-5msの間刺激間隔（ISI）でコンディショニングプロトコールを開始し、-5〜+ 1msのISIをミリ秒単位で変更する（ 図1B ）。 注：負のISIは、PNSがTMSの前に誘発されることを示し、正のISIは反対を示す。 </li><li>刺激試験から刺激試験までランダムにTMSとPNSの間のISIを変化させるので、特定の順序による偏り刺激の可能性があります。 注： &quot;初期の促進&quot;は、運動皮質上にTMSを適用する場合、-4ms〜-2msのISI周りに起こるはずである。これは、この時点で最も速い（単シナプス性皮質脊髄路）がこの時点で脊髄運動ニューロンのPNSによって求心性足蹠に衝突することを意味する（初期の促進を検出するための5.2参照）。 </li><li>連続刺激試験の間の休止を4秒に設定する。 </li></ol></li><li>頚静脈接合部の磁気刺激によるH反射を調節する。 注：調整のために頸動脈刺激を使用すると、皮質脊髄路の興奮は、運動皮質の刺激よりも脊髄運動ニューロンに空間的に近い。したがって、早期促進に対応するISIは、約3〜4msだけシフトされる。一例として、-4msでの一次運動野のTMSによる早期の促進は、頸髄膜刺激による-7〜-8msの間のISIに対応するであろう。 <ol><li&gt; ISI -9間のISIを使用する - 頚静脈調整用に1msのステップで-3ms。 TMSのISIをモーター皮質に適用し、TMSを頸動脈接合部を常に1つの試験で一緒に適用し、この試験で対照H-反射および対照MEPも記録する。対照H-反射を対照H-反射および対照MEPの基準として使用して、同等の刺激条件を保証する。事前測定で（少なくとも）10回の試行を記録する。 </li></ol></li><li> 運動皮質と子宮頸部接合部の交互刺激 <ol><li>同じ試行の間に、運動皮質の磁気刺激（M1コンディショニング; 2.1参照）および磁気頸髄膜刺激（CMSコンディショニング; 2.2参照）により、SOL H反射のコンディショニングをランダムに行う。 注：調整されたH-反射を対照H-反射の同じサンプルに照会するために、同じ試行でM1-およびCMS-調整を交互に適用することが推奨されるee 図1 ）。 </li></ol></li></ol> 3.介入 - 遅い繰り返しTMS <ol><li>刺激強度を1.2MTに設定します。これは、H-反射調節が達成するのに数分かかるため、皮質脊髄性興奮性の持続的な32,33抑制を誘導する。 rTMSの介入中、TMSを一次運動皮質上に1Hzで20分間適用する。 </li></ol> 4.測定後<ol><li>介入の直後に、前測定で使用したのと同じISIを用いてH-反射調節を適用する。 </li><li>事前測定とM1および頚静脈接合部の磁気刺激に対して同じ刺激強度を使用する。 </li><li>対照H-反射が事前測定と同じ大きさであることを確認する。系統的な偏差が検出された場合は、刺激強度を調整します。 </li></ol> 5. Daタ処理<ol><li> H-反射、MEP、および調整されたH-反射などのすべての生理学的応答を、未補正EMGのピーク - ピーク振幅として計算する。 <ol><li>各ISIについて、a）皮質およびb）頸髄膜刺激のための平均10個の調整されたH-反射。さらに、調整されたH反射についての基準（ すなわち 100％）として働く平均10の制御（ すなわち無条件）H反射がある。 </li><li>したがって、各ISIについての調整されたH反射の平均振幅を、測定前および測定後の両方における対照H反射の平均振幅のパーセンテージとして表す。初期の円滑化を決定する際には、これが重要な意味を持つので注意してください。 注：早期円滑化開始の発生に個人差があるため、各被験者の事前測定の早期促進を個別に決定する。 </li></ol></li><li>ノンパラメトリックWilcoxon検定を使用してthを決定するe条件付H反射の最初の上昇。 CMSコンディショニングの場合は、ISI -9 msでテストを開始します。M1コンディショニングは、ISI -5 msで始まる初期のファシリテーションを検索します。事前測定で得られたこの早期促進の振幅と、同じISIを用いた後測定で得られた早期促進の振幅とを比較する。 </li><li>さらに、早期の容易化を目視検査で確認する。 注：M1コンディショニング後、初期の促進はISI -3ミリ秒付近で発生する可能性が最も高いです。調整されたH反射の最初の上昇の直後、 すなわち 1〜2ms後の直後に、再び上昇する前に調整されたH反射が減少する。 CMSコンディショニング後、早期促進はISI -7ms前後で発生する可能性が高く、M1コンディショニング後よりも約4ms早い。 </li></ol>

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	<li>Lemon, R. N., Kirkwood, P. A., Maier, M. A., Nakajima, K., Nathan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+and+indirect+pathways+for+corticospinal+control+of+upper+limb+motoneurons+in+the+primate.">Direct and indirect pathways for corticospinal control of upper limb motoneurons in the primate.</a> Prog.Brain Res. , 263-279 (2004).</li><li>Jankowska, E., Padel, Y., Tanaka, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projections+of+pyramidal+tract+cells+to+alpha-motoneurones+innervating+hind-limb+muscles+in+the+monkey.">Projections of pyramidal tract cells to alpha-motoneurones innervating hind-limb muscles in the monkey.</a> J. Physiol. 249, 637-667 (1975).</li><li>Maertens de Noordhout, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corticomotoneuronal+synaptic+connections+in+normal+man:+an+electrophysiological+study.">Corticomotoneuronal synaptic connections in normal man: an electrophysiological study.</a> Brain. 122, 1327-1340 (1999).</li><li>Noordhout, M. D., Pepin, J. L., Gerard, P., Delwaide, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilitation+of+responses+to+motor+cortex+stimulation:+effects+of+isometric+voluntary+contraction.">Facilitation of responses to motor cortex stimulation: effects of isometric voluntary contraction.</a> Ann.Neurol. 32, 365-370 (1992).</li><li>Nielsen, J., Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+comparability+of+H-reflexes+and+MEPs.">On the comparability of H-reflexes and MEPs.</a> Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 93-101 (1999).</li><li>Morita, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+changes+in+corticospinal+and+Ia+input+to+tibialis+anterior+and+soleus+motor+neurones+during+voluntary+contraction+in+man.">Differential changes in corticospinal and Ia input to tibialis anterior and soleus motor neurones during voluntary contraction in man.</a> Acta Physiologica Scandinavica. 170, 65-76 (2000).</li><li>Ugawa, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Sakai, K., Kanazawa, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilitatory+effect+of+tonic+voluntary+contraction+on+responses+to+motor+cortex+stimulation.">Facilitatory effect of tonic voluntary contraction on responses to motor cortex stimulation.</a> Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol. 97, 451-454 (1995).</li><li>Rudomin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+of+the+central+control+of+sensory+information+in+the+mammalian+spinal+cord.">Selectivity of the central control of sensory information in the mammalian spinal cord.</a> Adv.Exp.Med.Biol. 508, 157-170 (2002).</li><li>Eccles, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presynaptic+inhibition+in+the+spinal+cord.">Presynaptic inhibition in the spinal cord.</a> Prog.Brain Res. 12, 65-91 (1964).</li><li>Hultborn, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+mechanism+of+the+post-activation+depression+of+the+H-reflex+in+human+subjects.">On the mechanism of the post-activation depression of the H-reflex in human subjects.</a> Exp.Brain Res. 108, 450-462 (1996).</li><li>Burke, D., Gandevia, S. C., McKeon, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monosynaptic+and+oligosynaptic+contributions+to+human+ankle+jerk+and+H-reflex.">Monosynaptic and oligosynaptic contributions to human ankle jerk and H-reflex.</a> J Neurophysiol. 52, 435-448 (1984).</li><li>Nielsen, J., Petersen, N., Deuschl, G., Ballegaard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-related+changes+in+the+effect+of+magnetic+brain+stimulation+on+spinal+neurones+in+man.">Task-related changes in the effect of magnetic brain stimulation on spinal neurones in man.</a> J. Physiol. 471, 223-243 (1993).</li><li>Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recruitment+of+extensor-carpi-radialis+motor+units+by+transcranial+magnetic+stimulation+and+radial-nerve+stimulation+in+human+subjects.">Recruitment of extensor-carpi-radialis motor units by transcranial magnetic stimulation and radial-nerve stimulation in human subjects.</a> Exp Brain Res. 128, 557-562 (1999).</li><li>Hultborn, H., Nielsen, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=H-reflexes+and+F-responses+are+not+equally+sensitive+to+changes+in+motoneuronal+excitability.">H-reflexes and F-responses are not equally sensitive to changes in motoneuronal excitability.</a> Muscle Nerve. 18, 1471-1474 (1995).</li><li>Awiszus, F., Feistner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recruitment+order+of+single+motor+units+of+the+anterior+tibial+muscle+in+man.">Recruitment order of single motor units of the anterior tibial muscle in man.</a> Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 102-112 (1999).</li><li>Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responses+in+small+hand+muscles+from+magnetic+stimulation+of+the+human+brain.">Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain.</a> J Physiol. 388, 397-419 (1987).</li><li>Day, B. L., Thompson, P. D., Dick, J. P., Nakashima, K., Marsden, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+sites+of+action+of+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+human+brain.">Different sites of action of electrical and magnetic stimulation of the human brain.</a> Neurosci.Lett. 75, 101-106 (1987).</li><li>Lemon, R. N., et al., Pascual-Leone, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. , 61-77 (2002).</li><li>Taylor, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulation+at+the+cervicomedullary+junction+in+human+subjects.">Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects.</a> J. Electromyogr. Kinesiol. 16, 215-223 (2006).</li><li>Oya, T., Hoffman, B. W., Cresswell, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corticospinal-evoked+responses+in+lower+limb+muscles+during+voluntary+contractions+at+varying+strengths.">Corticospinal-evoked responses in lower limb muscles during voluntary contractions at varying strengths.</a> J. Appl. Physiol. 105, 1527-1532 (2008).</li><li>Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+stimulation+of+corticospinal+pathways+at+the+foramen+magnum+level+in+humans.">Magnetic stimulation of corticospinal pathways at the foramen magnum level in humans.</a> Ann.Neurol. 36, 618-624 (1994).</li><li>Nielsen, J., Petersen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+the+effect+of+magnetic+brain+stimulation+accompanying+voluntary+dynamic+contraction+in+man.">Changes in the effect of magnetic brain stimulation accompanying voluntary dynamic contraction in man.</a> J. Physiol. 484, 777-789 (1995).</li><li>Baldissera, F. H. H., Illert , A. I., Brooks, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Physiology. Section 1: The nervous system, vol II. Motor control. , 509-595 (1981).</li><li>Petersen, N., Christensen, L. O. D., Nielsen, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+transcranial+magnetic+stimulation+on+the+soleus+H+reflex+during+human+walking.">The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking.</a> J Physiol. 513, 599-610 (1998).</li><li>Taube, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+corticospinal+pathways+contribute+to+neuromuscular+control+of+perturbed+stance.">Direct corticospinal pathways contribute to neuromuscular control of perturbed stance.</a> J Appl Physiol. 101, 420-429 (2006).</li><li>Taube, W., Lundbye-Jensen, J., Schubert, M., Gollhofer, A., Leukel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+the+cortical+motor+command+for+the+initiation+of+dynamic+plantarflexion+consists+of+excitation+followed+by+inhibition.">Evidence that the cortical motor command for the initiation of dynamic plantarflexion consists of excitation followed by inhibition.</a> PLoS.One. 6, e25657 (2011).</li><li>Petersen, N., Christensen, L. O., Morita, H., Sinkjaer, T., Nielsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+a+transcortical+pathway+contributes+to+stretch+reflexes+in+the+tibialis+anterior+muscle+in+man.">Evidence that a transcortical pathway contributes to stretch reflexes in the tibialis anterior muscle in man.</a> J. Physiol. 512, 267-276 (1998).</li><li>Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B., Lundbye-Jensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repetitive+Activation+of+the+Corticospinal+Pathway+by+Means+of+rTMS+may+Reduce+the+Efficiency+of+Corticomotoneuronal+Synapses.">Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses.</a> Cerebral cortex. , (2014).</li><li>Nielsen, J., Petersen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+favouring+different+descending+pathways+to+soleus+motoneurones+activated+by+magnetic+brain+stimulation+in+man.">Evidence favouring different descending pathways to soleus motoneurones activated by magnetic brain stimulation in man.</a> J Physiol. 486, 779-788 (1995).</li><li>Kujirai, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corticocortical+inhibition+in+human+motor+cortex.">Corticocortical inhibition in human motor cortex.</a> J Physiol. 471, 501-519 (1993).</li><li>Crone, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitivity+of+monosynaptic+test+reflexes+to+facilitation+and+inhibition+as+a+function+of+the+test+reflex+size:+a+study+in+man+and+the+cat.">Sensitivity of monosynaptic test reflexes to facilitation and inhibition as a function of the test reflex size: a study in man and the cat.</a> Exp.Brain Res. 81, 35-45 (1990).</li><li>Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interindividual+variability+of+the+modulatory+effects+of+repetitive+transcranial+magnetic+stimulation+on+cortical+excitability.">Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability.</a> Exp.Brain Res. 133, 425-430 (2000).</li><li>Fitzgerald, P. B., Brown, T. L., Daskalakis, Z. J., Chen, R., Kulkarni, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intensity-dependent+effects+of+1+Hz+rTMS+on+human+corticospinal+excitability.">Intensity-dependent effects of 1 Hz rTMS on human corticospinal excitability.</a> Clin.Neurophysiol. 113, 1136-1141 (2002).</li><li>Nielsen, J., Petersen, N., Ballegaard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Latency+of+effects+evoked+by+electrical+and+magnetic+brain+stimulation+in+lower+limb+motoneurones+in+man.">Latency of effects evoked by electrical and magnetic brain stimulation in lower limb motoneurones in man.</a> J. Physiol. 484, 791-802 (1995).</li><li>Leukel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+corticospinal+transmission+following+8weeks+of+ankle+joint+immobilization.">Changes in corticospinal transmission following 8weeks of ankle joint immobilization.</a> Clin neurophysiol. , (2014).</li><li>Schubert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Balance+training+and+ballistic+strength+training+are+associated+with+task-specific+corticospinal+adaptations.">Balance training and ballistic strength training are associated with task-specific corticospinal adaptations.</a> Eur J Neurosci. 27, 2007-2018 (2008).</li><li>Taube, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+and+spinal+adaptations+induced+by+balance+training:+correlation+between+stance+stability+and+corticospinal+activation.">Cortical and spinal adaptations induced by balance training: correlation between stance stability and corticospinal activation.</a> Acta Physiol (Oxf). 189, 347-358 (2007).</li><li>Di Lazzaro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+voluntary+contraction+on+descending+volleys+evoked+by+transcranial+stimulation+in+conscious+humans.">Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial stimulation in conscious humans.</a> J. Physiol. 508, 625-633 (1998).</li><li>Edgley, S. A., Eyre, J. A., Lemon, R. N., Miller, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+activation+of+corticospinal+neurons+and+spinal+motor+neurons+by+magnetic+and+electrical+transcranial+stimulation+in+the+lumbosacral+cord+of+the+anaesthetized+monkey.">Comparison of activation of corticospinal neurons and spinal motor neurons by magnetic and electrical transcranial stimulation in the lumbosacral cord of the anaesthetized monkey.</a> Brain. 120 (Pt 5), 839-853 (1997).</li><li>Di Lazzaro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+voluntary+contraction+on+descending+volleys+evoked+by+transcranial+electrical+stimulation+over+the+motor+cortex+hand+area+in+conscious+humans.">Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial electrical stimulation over the motor cortex hand area in conscious humans.</a> Exp.Brain Res. 124, 525-528 (1999).</li><li>Taube, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+activity+during+observation+and+motor+imagery+of+different+balance+tasks:+An+fMRI+study.">Brain activity during observation and motor imagery of different balance tasks: An fMRI study.</a> Cortex. 64, 102-114 (2015).</li></ol>

著者は何も開示することはない。

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。しかし、この方法は、運動発達および老化、運動学習、運動および訓練、疲労、不活動、傷害からの回復、神経生理学的および治療的介入、病理学などの間に皮質脊髄伝達の変化が起こるので、実際には広範な適用を有する可能性がある。 TMSの安全予防措置が守られている限り、健常な被験者または患者に適用される。 導入された方法は、セッション内のefを研究するために適用されてもよい現在の文脈におけるような腐敗、またはより長い期間にわたる長手方向の影響。 M1コンディショニング技術は、例えば、8週間の不動化35,4週間のバランストレーニング36,37および4週間の弾道強度トレーニング36に続く効果の信頼性のある評価を可能にすることが以前から実証されている36 。これらの研究のすべてにおいて、行動的介入を受けていない対照群において、調整されたH-反射の変化は観察されなかった。私たちの知る限りのCMSコンディショニング技術を考慮すると、これまでの長期的な影響に関する研究は発表されていません。 約12〜14のISIを含むコンディショニングプロトコルは、約15分続く。これは、この刺激プロトコルが、より持続性の神経可塑性を評価するのに適していないことを意味する。ただし、介入後のテスト手順を制限することは可能です具体的には 、事前測定で評価された早期の促進を標的とし、それにより処置の持続時間を著しく短くする。この場合、各被験者の早期円滑化を個別に決定することが重要です。これは、同じISIを使用した事後測定で得られた早期促進と比較して、ベースライン測定およびその後に行われた。 化合物の電位を監視するのではなく、M1または頸髄膜接合部に適用されるTMSによるH-反射を調整する利点は2倍である。第1に、迅速かつ直接的な皮質多巣の投影の活動を反映する早期促進における変化を評価するために、異なる皮質脊髄投影の選択的伝達を測定することが可能である。これは、後者の応答が多数の直接的および間接的影響によって影響を受けるため、化合物の電位振幅の分析と比較して大きな利点であるs。第2に、特に下肢筋肉のみ、および安静時の測定中に、頸部核磁気刺激だけで化合物電位（CMEP）を誘発することはしばしば不可能である（Ugawaら1994、Oyaら2008）。 H-反射調節を用いると、H-反射は、脊髄運動ニューロンの皮質脊髄透過への感受性を増加させる。しかし、H-reflexの大きさを実験全体を通じてM maxの約20〜25％に保つことが重要である。これは、H-反射の促進または阻害入力に対する感度が決定的に重要であることが以前に示されているからであるそのサイズ31 。 皮質脊髄の興奮性または伝達の変化が皮質または脊髄レベルでの変化によって引き起こされるかどうかを評価するために、M1に対するTMSによって誘発された応答とM1のTES後の応答とを比較した。 TMSとTESはth彼らがどのように下行大脳皮質隆起を誘発するかを示しています。 TMSでは、大部分の化合物応答は、皮質脊髄細胞の経シナプス励起によってもたらされる38,39 。対照的に、TESは、大部分の皮質脊髄ニューロンを直接的に脱分極させ、おそらく軸索ヒルックから離れた軸索部位で、いわゆる「直接」すなわちD波38,39,40を生じる。したがって、運動皮質の興奮性の変化は、TMS後の反応よりも、少なくとも低刺激強度でのTES後の反応に強い影響を及ぼす17,18 。現在の文脈では、a）この種の刺激はかなりの痛みと関連し、b）皮質の影響の排除を確実にしたいので、TESは適用されなかった。そこで、我々は、M1上のTMSで頸部髄核接合部でTMSによって誘発された反応と一致させた。頸動脈レベルでの皮質脊髄路の刺激を可能にするためには、コイルの位置決めを可能にするために、その中央部分が配置されるように頸部および椎間板後部関節が撓む位置に対象を配置する必要があるまたはその近傍で、頭部方向の電流19,26を生じる。したがって、このCMS調整処置の応答の変化は、脊髄レベルの変化に起因することが明らかである。さらに、馴化された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、早期の促進の際のCMS調整H反射の変化は、変更された皮質腱膜透過性すなわち </em&gt;シナプス有効性28 。 腕の末梢神経の刺激および腕または手の筋肉からの記録を介して上肢の測定値を得るために、記載された方法を適用することも実際に関連する観点であるが、この技法は、安定したH反射を誘発することが可能である。さらに、CMSコンディショニングの不快な性質のために、被験者は刺激を予期して緊張することがある。したがって、系統的なバイアスを避けるために、M1およびCMSコンディショニングをランダム化することが重要である。まったく同じ理由で、精神的なシミュレーションや反応時間の作業を含む特定の実験は、不可能でさえあるかもしれません。例えば、私たちは被験者に特定の姿勢タスク（ 41章参照）を想像させたが、被験者はCMSコンディショニングを予期して精神シミュレーションに集中できなかった。もう1つの制限は、より多くのa）コイルを頚椎接合部に固定すること、およびb）ヘッドを屈曲位置に保持することは非常に困難である。最後に、この方法は非常に時間がかかり、広義の応用をさらに制限する。

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&lt;sup class = &quot;xref&quot;&gt; 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 。

<table><tbody><tr><td>Self-adhesive EMG electrodes</td><td>Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark</td><td></td><td>Used to record EMG signals</td></tr><tr><td>Electrical stimulator</td><td>Digitimer DS7A, Hertfordshire, UK</td><td></td><td>Used to elicit the soleus H-reflex</td></tr><tr><td>Stimulating electrode</td><td>Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark</td><td></td><td>Used to elicit the soleus H-reflex</td></tr><tr><td>Magnetic stimulator #1</td><td>Magstim Rapid&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt; TMS stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td><td></td><td>Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle</td></tr><tr><td>Coil #1: 90 mm figure-of-eight coil&amp;nbsp;</td><td>Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td><td></td><td>Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle</td></tr><tr><td>&amp;nbsp; &amp;nbsp;</td><td>&amp;nbsp; &amp;nbsp;</td><td>&amp;nbsp; &amp;nbsp;</td><td>Stimulator #1 and coil #1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)</td></tr><tr><td>Magnetic stimulator #2</td><td>MagPro X100 with MagOption, MagVenture A/S, Farum, Denmark</td><td></td><td>Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle</td></tr><tr><td>Co#2: 95 mm focal &amp;ldquo;butterfly-shaped&amp;rdquo; coil (D-B80)&amp;nbsp;</td><td>MagVenture A/S, Farum, Denmark</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session</td></tr><tr><td>Magnetic stimulator #3</td><td>Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td><td></td><td>Used to stimulate at the cervicomedullary junction</td></tr><tr><td>Coil #3: double-cone magnetic coil</td><td>Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td><td></td><td>Used to stimulate at the cervicomedullary junction</td></tr><tr><td>Image-guided TMS navigational system #1</td><td>Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, Canada</td><td></td><td>Used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) to monitor coil position throughout the experiment</td></tr><tr><td>Image-guided TMS navigational system #2</td><td>TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany</td><td>Used for the video session</td><td></td></tr><tr><td>Literature:&amp;nbsp;</td><td>&lt;a name=&quot;RANGE!B15&quot;&gt;&lt;/a&gt;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Taube et al. 2014</td><td>Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. &amp;amp; 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).</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

non-invasive assessment of changes in corticomotoneuronal transmission in humans

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。

<html> M1-およびCMS-コンディショニング後の早期促進の発生 M1以上のTMSによるH-反射調節は、ISI -3＆-4ms前後で起こった早期の促進をもたらした。 CMSコンディショニング後の初期の促進は、約3ms早く起こった（それぞれISI -6および-7ms）。 1つの対象の例示的なISI曲線を図1に示す 。今回の研究では、M1およびCMSコンディショニング（ 図1C 、 D参照）の両方を用いて、その発生の最初のms以内に早期促進を評価した。したがって、この早期の促進は、直接的な、単シナプスの皮質脊髄路12,22,24,29,30の活性を反映すると仮定することは合理的である。lass = &quot;xref&quot;&gt; 34。従って、その後の結果は、rTMS後の直接的な一シナプス性皮質脊髄路においてどのようにプロセシングが変化するかを示すために、この初期の促進に集中する。 早期促進の振幅におけるrTMS誘導性変化 rTMSの20分後、M1コンディショニングによる早期の促進とCMSコンディショニングによる早期の促進との両方が減少した。対照的に、対照H-反射は一定レベルのままであった。 図2A 、B、Cでは、代表的な被験者の例が表示されている。 図 2D、E、Fでは、2人の被験者の平均が示されている。 CMSコンディショニング後の減少は、M1コンディショニング後と比べて顕著ではないが、明らかに目に見えることが分かる。 Dサンプル全体のセットは28で見ることができます。 <img alt="図1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/52663/52663fig1.jpg" /> 図1 ：M1およびCMSコンディショニングの手順。 これまでの出版物28のこの変更された図は、M1およびCMSコンディショニング手順の概略図を示す。 （A） 1つのコイルが一次運動皮質（M1として示される）上に配置され、他のコイルが頚静脈接合部（CMSとして示される）上に配置されることが分かる。 （M1-cond）と頸髄膜接合部（CMS-cond）は数msの間に分散するが末梢神経刺激（H-reflex）はわずかな効果しか生じないので、 H-反射は下降するボウルに対して前方にシフトすることができる（早期の促進）、またはより遅い皮質脊髄路を試験することができるように後方にシフトさせることができる（後期促進）。 Cでは、M1コンディショニング後のH反射コンディショニング曲線が表示される。 Dには、CMSコンディショニング後のH反射コンディショニング曲線が示されている。 （オックスフォード大学出版社の許可を得て28から修正された図）。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52663/52663fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> <img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/52663/52663fig2.jpg" /> 図2 ：M1-およびCMS-コンディショニング後の早期促進に対する低周波rTMSの効果。 A、B、 Cでは </str<html> rTMS介入前後の1人の代表的な被験者のデータ（10トレースの平均）が表示される。対照H反射は変わらない（C）一方、早期促進を表す調整されたH反射はM1-（A）およびCMS-調節（B）の両方の後に減少することがわかる。 D、E、およびFでは、同じパターンを示す2人の被験者の平均が表示されます：対照H反射の変化なしに、M1条件およびCMS条件H反射の両方の減少。 CMSコンディショニング後の減少は、皮質運動ニューロンシナプスにおける透過率の変化を示す。しかし、rTMS後の抑制はM1コンディショニング後にはより大きいことがわかる。従って、運動皮質レベルでの重大な変化も推測することができる。第1行のP値は、単一の被験者のデータを参照する。 （オックスフォード大学出版社の許可を得て28から修正された図）。pload / 52663 / 52663fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

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Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

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。

ヒトにおける皮質傷害性伝達の変化の非侵襲的評価

The corticospinal pathway is the major pathway connecting the brain with the muscles and is therefore highly relevant for movement control and motor ...

non-invasive-assessment-changes-corticomotoneuronal-transmission

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

7.8K ビュー.  University of Fribourg (Switzerland). 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。 

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Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone else's action becomes anticipatory simulation of a complementary act. TMS was delivered to the left primary motor cortex corresponding to the hand to induce the highest level of MEP activity from the abductor digiti minimi (ADM; the muscle serving little finger abduction) as well as the first dorsal interosseus (FDI; the muscle serving index finger flexion/extension) muscles. A neuronavigation system was used to maintain the position of the TMS coil, and electromyographic (EMG) activity was recorded from the right ADM and FDI muscles. Producing original data with regard to motor resonance, the combined TMS/MEP technique has taken research on the perception-action coupling mechanism a step further. Specifically, it has answered the questions of how and when observing another person's actions produces motor facilitation in an onlooker's corresponding muscles and in what way corticospinal excitability is modulated in social contexts.

Single-pulse transcranial magnetic stimulation over the primary motor cortex, neuronavigation, and registration of electromyographic activity of hand muscles were used in this study to explore corticospinal excitability while participants were observing action sequences.

行動観察中のコルチコ脊髄興奮性変調

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone ...

行動学

Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade. While the use of TMS has expanded to the study of many systems and processes during this time, the original application and perhaps one of the most common uses of TMS involves studying the physiology, plasticity and function of the human neuromuscular system. Single pulse TMS applied to the motor cortex excites pyramidal neurons transsynaptically 2 (Figure 1) and results in a measurable electromyographic response that can be used to study and evaluate the integrity and excitability of the corticospinal tract in humans 3. Additionally, recent advances in magnetic stimulation now allows for partitioning of cortical versus spinal excitability 4,5. For example, paired-pulse TMS can be used to assess intracortical facilitatory and inhibitory properties by combining a conditioning stimulus and a test stimulus at different interstimulus intervals 3,4,6-8. In this video article we will demonstrate the methodological and technical aspects of these techniques. Specifically, we will demonstrate single-pulse and paired-pulse TMS techniques as applied to the flexor carpi radialis (FCR) muscle as well as the erector spinae (ES) musculature. Our laboratory studies the FCR muscle as it is of interest to our research on the effects of wrist-hand cast immobilization on reduced muscle performance6,9, and we study the ES muscles due to these muscles clinical relevance as it relates to low back pain8. With this stated, we should note that TMS has been used to study many muscles of the hand, arm and legs, and should iterate that our demonstrations in the FCR and ES muscle groups are only selected examples of TMS being used to study the human neuromuscular system.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive tool to gain insight on the physiology and function of the human nervous system. Here, we present our TMS techniques to study cortical excitability of the upper limb and lumbar musculature.

人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

医学

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

経皮的電気神経刺激を使用した神経筋機能の評価

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

神経科学

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

Electrophysiology enables the objective assessment of peripheral nerve function in vivo. Traditional nerve conduction measures such as amplitude and latency detect chronic axon loss and demyelination, respectively. Axonal excitability techniques &#34;by threshold tracking&#34; expand upon these measures by providing information regarding the activity of ion channels, pumps and exchangers that relate to acute function and may precede degenerative events. As such, the use of axonal excitability in animal models of neurological disorders may provide a useful in vivo measure to assess novel therapeutic interventions. Here we describe an experimental setup for multiple measures of motor axonal excitability techniques in the rat ulnar nerve.
The animals are anesthetized with isoflurane and carefully monitored to ensure constant and adequate depth of anesthesia. Body temperature, respiration rate, heart rate and saturation of oxygen in the blood are continuously monitored. Axonal excitability studies are performed using percutaneous stimulation of the ulnar nerve and recording from the hypothenar muscles of the forelimb paw. With correct electrode placement, a clear compound muscle action potential that increases in amplitude with increasing stimulus intensity is recorded. An automated program is then utilized to deliver a series of electrical pulses which generate 5 specific excitability measures in the following sequence: stimulus response behavior, strength duration time constant, threshold electrotonus, current-threshold relationship and the recovery cycle.
Data presented here indicate that these measures are repeatable and show similarity between left and right ulnar nerves when assessed on the same day. A limitation of these techniques in this setting is the effect of dose and time under anesthesia. Careful monitoring and recording of these variables should be undertaken for consideration at the time of analysis.

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

Axonal excitability techniques provide a powerful tool to examine pathophysiology and biophysical changes that precede irreversible degenerative events. This manuscript demonstrates the use of these techniques on the ulnar nerve of anesthetized rats.

生体内で軸索興奮性のテストでラットの尺骨神経の電気生理学的測定

Electrophysiology enables the objective assessment of peripheral nerve function in vivo. Traditional nerve conduction measures such as amplitude and ...

In Vivo Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

Assessing the functionality of the nerve axon provides detailed information on the progression of neuromuscular disorders. Electrophysiological recordings provide a sensitive approach to measure nerve conduction in humans and rodent models. To broaden the technical possibilities for electromyography in mice, the measurement of compound muscle action potentials (CMAPs) from the brachial plexus nerve in the forelimb using needle electrodes is described here. CMAP recordings after stimulating the sciatic nerve in hindlimbs have been previously described. The newly introduced method here allows for the evaluation of the nerve conductivity at an additional site, and thus provides a more profound overview of the neuromuscular functionality. The technique provides information on both the relative number of functional axons and the myelination level. Thereby, this method can be applied to assess both axonal diseases as well as demyelinating conditions. This minimally invasive method does not require extraction of the nerve and therefore it is suitable for repeated measurements for longitudinal follow-up in the same animal. Similar recordings are performed in clinical setups to emphasize the translational relevance of the method.

In Vivo Electrophysiological Measurement of Compound Muscle Action Potential from the Forelimbs in Mouse Models of Motor Neuron Degeneration

The measurement of nerve conduction is a useful tool to assess mouse models of neurodegeneration but it is frequently only applied to stimulate the sciatic nerve in hindlimbs. Here, we describe a technique to measure compound muscle action potential (CMAP) in vivo in the mouse forelimb muscles innervated by the brachial plexus.

生体内で運動ニューロンの変性症のマウスモデルの前肢からの複合筋活動電位の電気生理学的測定

Assessing the functionality of the nerve axon provides detailed information on the progression of neuromuscular disorders. Electrophysiological recordings ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans and can be assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Given the role of distal leg muscles in upright postural and dynamic tasks, such as walking, a growing research interest in the assessment and modulation of the corticospinal tracts relative to the function of these muscles has emerged in the last decade. However, methodological parameters used in previous work have varied across studies making the interpretation of results from cross-sectional and longitudinal studies less robust. Therefore, use of a standardized TMS protocol specific to the assessment of leg muscles&#39; corticomotor response (CMR) will allow for direct comparison of results across studies and cohorts. The objective of this paper is to present a protocol that provides the flexibility to simultaneously assess the bilateral CMR of two main ankle antagonistic muscles, the tibialis anterior and soleus, using single pulse TMS with a neuronavigation system. The present protocol is applicable while the examined muscle is either fully relaxed or isometrically contracted at a defined percentage of maximum isometric voluntary contraction. Using each subject&#39;s structural MRI with the neuronavigation system ensures accurate and precise positioning of the coil over the leg cortical representations during assessment. Given the inconsistency in CMR derived measures, this protocol also describes a standardized calculation of these measures using automated algorithms. Though this protocol is not conducted during upright postural or dynamic tasks, it&#160;can be used to assess bilaterally any pair of leg muscles, either antagonistic or synergistic, in both neurologically intact and impaired subjects.

The present protocol describes the simultaneous, bilateral assessment of the corticomotor response of the tibialis anterior and soleus during rest and tonic voluntary activation using a single pulse transcranial magnetic stimulation and neuronavigation system.

経頭蓋磁気刺激の移動による足首の筋の皮質脊髄路の経路の二国間の評価

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively affect skeletal muscle. This can result in a loss of muscle mass (atrophy) and/or loss of muscle quality (reduced force per unit of muscle mass), both of which are prevalent in chronic disease, muscle-specific disease, immobilization, and aging (sarcopenia). Skeletal muscle function in animals can be evaluated by a range of different tests. All tests have limitations related to the physiological testing environment, and the selection of a specific test often depends on the nature of the experiments. Here, we describe an in vivo, non-invasive technique involving a helpful and easy assessment of force frequency-curve (FFC) in mice that can be performed on the same animal over time. This permits monitoring of disease progression and/or efficacy&#160;of a potential therapeutic treatment.

Measurement of rodent skeletal muscle contractile function is a useful tool that can be used to track disease progression as well as efficacy of therapeutic intervention. We describe here the non-invasive, in vivo assessment of the dorsiflexor muscles that can be repeated over time in the same mouse.

マウスで内がえし筋機能の非侵襲的評価

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...

In Vivo Intracellular Recording of Type-Identified Rat Spinal Motoneurons During Trans-Spinal Direct Current Stimulation

Intracellular recording of spinal motoneurons in vivo provides a &#8220;gold standard&#8221; for determining the cells&#8217; electrophysiological characteristics in the intact spinal network and holds significant advantages relative to classical in vitro or extracellular recording techniques. An advantage of in vivo intracellular recordings is that this method can be performed on adult animals with a fully mature nervous system, and therefore many observed physiological mechanisms can be translated to practical applications. In this methodological paper, we describe this procedure combined with externally applied constant current stimulation, which mimics polarization processes occurring within spinal neuronal networks. Trans-spinal direct current stimulation (tsDCS) is an innovative method increasingly used as a neuromodulatory intervention in rehabilitation after various neurological injuries as well as in sports. The influence of tsDCS on the nervous system remains poorly understood and the physiological mechanisms behind its actions are largely unknown. The application of the tsDCS simultaneously with intracellular recordings enables us to directly observe changes of motoneuron membrane properties and characteristics of rhythmic firing in response to the polarization of the spinal neuronal network, which is crucial for the understanding of tsDCS actions. Moreover, when the presented protocol includes the identification of the motoneuron with respect to an innervated muscle and its function (flexor versus extensor) as well as the physiological type (fast versus slow) it provides an opportunity to selectively investigate the influence of tsDCS on identified components of spinal circuitry, which seem to be differently affected by polarization. The presented procedure focuses on surgical preparation for intracellular recordings and stimulation with an emphasis on the steps which are necessary to achieve preparation stability and reproducibility of results. The details of the methodology of the anodal or cathodal tsDCS application are discussed while paying attention to practical and safety issues.

This protocol describes in vivo intracellular recording of rat lumbar motoneurons with simultaneous trans-spinal direct current stimulation. The method enables us to measure membrane properties and to record rhythmic firing of motoneurons before, during and after anodal or cathodal polarization of the spinal cord.

生体内でのトランス脊髄直流刺激時の型同定されたラット脊髄モネニューロンの細胞内記録

Intracellular recording of spinal motoneurons in vivo provides a &#8220;gold standard&#8221; for determining the cells&#8217; electrophysiological ...

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used to examine corticospinal excitability. Paired-pulse TMS paradigms (e.g., short- and long-interval intracortical inhibition (SICI/LICI), short-interval intracortical facilitation (SICF), and short- and long-latency afferent inhibition (SAI/LAI)) provide information about intracortical inhibitory and facilitatory networks. This has long been done by the conventional TMS method of measuring changes in the size of the motor-evoked potentials (MEPs) in response to stimuli of constant intensity. An alternative threshold-tracking approach has recently been introduced whereby the stimulus intensity for a target amplitude is tracked. The diagnostic utility of threshold-tracking SICI in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) has been shown in previous studies. However, threshold-tracking TMS has only been used in a few centers, in part due to the lack of readily available software but also perhaps due to uncertainty over its relationship to conventional single- and paired-pulse TMS measurements.
A menu-driven suite of semi-automatic programs has been developed to facilitate the broader use of threshold-tracking TMS techniques and to enable direct comparisons with conventional amplitude measurements. These have been designed to control three types of magnetic stimulators and allow recording by a single operator of the common single- and paired-pulse TMS protocols.
This paper shows how to record a number of single- and paired-pulse TMS protocols on healthy subjects and analyze the recordings. These TMS protocols are fast and easy to perform and can provide useful biomarkers in different neurological disorders, particularly neurodegenerative diseases such as ALS.

We present a suite of standardized single- and paired-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) recording protocols, with options for conventional amplitude measurements and threshold-tracking. This program can control three different types of magnetic stimulators and is designed to enable all tests to be performed conveniently by a single operator.

単独操作のための従来型および閾値追跡経頭蓋磁気刺激試験

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used ...

Assessing Corticospinal Excitability During Goal-Directed Reaching Behavior

Reaching is a widely studied behavior in motor physiology and neuroscience research. While reaching has been examined using a variety of behavioral manipulations, there remain significant gaps in the understanding of the neural processes involved in reach planning, execution, and control. The novel approach described here combines a two-dimensional reaching task with transcranial magnetic stimulation (TMS) and concurrent electromyography (EMG) recording from multiple muscles. This method allows for the noninvasive detection of corticospinal activity at precise time points during the unfolding of reaching movements. The example task code includes a delayed response reaching task with two possible targets displayed &#177; 45&#176; off the midline. Single pulse TMS is delivered on the majority of task trials, either at the onset of the preparatory cue (baseline) or 100 ms prior to the imperative cue (delay). This sample design is suitable for investigating changes in corticospinal excitability during reach preparation. The sample code also includes a visuomotor perturbation (i.e., cursor rotation of &#177; 20&#176;) to investigate the effects of adaptation on corticospinal excitability during reach preparation. The task parameters and TMS delivery can be adjusted to address specific hypotheses about the state of the motor system during reaching behavior. In the initial implementation, motor evoked potentials (MEPs) were successfully elicited on 83% of TMS trials, and reach trajectories were recorded on all trials.

Reaching is a fundamental skill that allows humans to interact with the environment. Several studies have aimed to characterize reaching behavior using a variety of methodologies. This paper offers an open-source application of transcranial magnetic stimulation to assess the state of corticospinal excitability in humans during reaching task performance.

目標指向到達行動中の皮質脊髄興奮性の評価

Reaching is a widely studied behavior in motor physiology and neuroscience research. While reaching has been examined using a variety of behavioral ...