Name: non-invasive assessment of changes in corticomotoneuronal transmission in humans
Uploaded: 2017-05-24T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
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이 연구는 스위스 국립 과학 재단 (316030_128826)의 보조금으로 지원되었습니다.

이 프로토콜은 지역 윤리위원회에서 승인했으며 실험은 헬싱키 선언 (1964)과 일치합니다. 1. 과목 준비 참고 : 제목 설명 - 실험을 시작하기 전에 각 피험자에게 연구의 목적과 잠재적 인 위험 요소에 대해 지시하십시오. 경 두개 자기 자극 (TMS)의 경우, 의료 위험은 간질 발작의 병력, 눈 및 / 또는 머리의 임플란트, 심혈 관계 질환 및 임신의 모든 병력 을 포함합니다. 이러한 위험 요인들 중 하나를 확인하는 모든 피험자를 제외하십시오. 또한, 건강한 사람을 대상으로 한 실험에서 신경 및 / 또는 정형 외과 질환을 가진 모든 피험자를 제외하십시오. <ol><li> 제목 배치 <ol><li> 다리, 몸통, 머리를 지탱할 수있는 의자에 피사체를 놓습니다. 무릎이 내측이되도록 다리가 펴지는지 확인하십시오.말초 신경은 피부에 더 가깝기 때문에 전기 자극에 의해 신경이보다 쉽고 안정적으로 흥분된다. </li><li> 피사체의 머리가 구부러지고 테이블과 같은 안정적인 받침대 표면에 놓이고 쿠션으로 고정되었는지 확인하십시오. corticospinal 통로의 자극을 허용 목과 atlanto - occipital가 flexed 있는지 확인하십시오. </li><li> 이중 원추형 자기 코일을 배치하여 중앙 부분이 이온 또는 그 근처에 위치하도록 유도 전류의 1 차 미분을 순차적으로 유도하십시오 19 , 26 . 머리와 몸통에 탄성 띠를 사용하여이 위치가 실험을 통해 유지되도록하십시오. </li></ol></li><li> 표면 전극을 사용하여 주변 신경 자극 (PNS) 및 TMS에 의한 전기 생리 학적 반응을 측정합니다. <ol><li> 면도, 프로판올 소독, 그리고 경미한 마찰에 의해 겨우의 근육 배 위에 피부를 준비하십시오.엔. <ol><li> m의 근육 배 위에있는 피부에 자체 접착 성 근전도 전극을 놓습니다. soleus. 예를 들어 슬개골이나 안쪽 맥에서 뼈 위에 피부에 참조 전극을 놓습니다. </li><li> 모든 전극을 EMG- 증폭기에 연결하고 마지막으로 아날로그 - 디지털 변환기에 연결하십시오. EMG 신호 (× 1000), 대역 통과 필터 (10-1000 Hz) 및 샘플을 4 kHz로 증폭합니다. </li></ol></li><li> PNS <ol><li> H- 반사 컨디셔닝의 경우 슬와근의 후 경골 신경을 자극하여 겨우 근육의 H- 반사를 기록합니다. 1ms 동안 지속되는 구형파 펄스를 적용합니다. 자극을 위해 슬개골 바로 아래의 무릎 앞부분에 5 x 5 cm 크기의 양극을 테이프로 고정하십시오. 참고 : 안정적인 H- 반사 진폭은 성공적인 H- 반사 컨디셔닝을위한 전제 조건이며, 모든 근육의 가장 작은 가변성은 겨우 근육에서 기록 할 때 발견 될 수 있습니다. </li><li> poplitea에서 음극을 움직입니다.자극을위한 최고의 위치가 발견 될 때까지 lossa. 참고 : 가장 좋은 위치는 최소 자극 강도를 가진 겨우 근육에서 H- 반사를 기록하고, 이러한 낮은 자극 강도에서 EMG 기록에서 눈에 보이는 M- 파가없고, 길항제 m에서 반응을받지 않는 것을 의미합니다. 경골. </li><li> m에서 응답을 피하십시오. 경골 근육은 n의 구 심성 신경 자극으로부터의 상호 억제에 의해 결과에 영향을 줄 수있다. peroneus communis는 겨우 근육의 척추 운동 신경에 연결된다. 최적의 위치를 ​​찾은 후, 자체 접착 성 전극을 피부에 놓고 전극을 테이프로 고정하여 일관된 자극 조건을 확보하십시오. </li></ol></li><li> TMS <ol><li> TMS로 반대쪽 반구의 운동 피질 부위를 자극하여 8 개의 코일을 사용하여 겨우 근육의 근전도 기록에서 모터 유발 전위 (MEP)를 이끌어 낸다. </li><li> 최적의 자극 지점을 찾기 위해 pla꼭지점과 1cm 정면에 코일을 먼저 붙이십시오. 코일 손잡이는 코일의 중심에서 유도 전류의 전방 플럭스에 대한 후방을 불러 일으키며 뒤로 향해야합니다. </li><li> 피험자가 자기 자극에 익숙해 지도록 최대 자극기 출력의 약 20 ~ 30 %의 낮은 강도로 자극을 시작하십시오. 연속적인 자극 사이의 멈춤을 4 초로 선택하십시오. </li><li> 몇 번의 시도 후에 최대 자극기 출력의 약 40 ~ 60 %까지 자극 강도를 높이고 m의 핫스팟을 찾기 위해 정면 - 입과 중앙 - 측면 방향으로 코일을 움직입니다. soleus. 핫 스폿은 m의 MEP가있는 위치로 정의됩니다. 최소의 자극 강도로 발바닥을 유발할 수 있습니다. </li><li> 소울 스 핫 스폿을 찾은 후 10 회 연속 시도 중 6 회에서 50μV보다 큰 EMG에서 MEP peak-to-peak 진폭을 유발하는 데 필요한 최소 강도로 휴면 모터 임계 값 (1.0MT)을 결정하십시오 30. 백그라운드 EMG가 이미 50 μV 정도 인 피험자의 경우 임계 값으로 100 μV를 사용하십시오. </li></ol></li><li> 코일의 고정 <ol><li> 피사체의 머리를 테이블에 놓고 ( &quot;피사체 배치&quot;참조) 모든 방향으로의 머리 움직임을 방지하기 위해 경질 폼을 사용하십시오. 스탠드에 코일을 고정시키고 피사체의 머리를 의자에 고정시킵니다. </li><li> Velcro strips로 코일을 머리에 고정시키고 실험을 통해 코일 및 헤드 위치를 모니터링하기 위해 이미지 가이드 TMS 네비게이션 시스템을 사용하십시오. 이것은 TMS로 뉴런의 채용을 바꾸기 때문에 피험자의 머리에 비해 코일의 작은 움직임조차 피하십시오. </li></ol></li><li> 자궁 경부 접합부에서의 자기 자극 <ol><li> 대뇌 피질 척추의 축삭을 자극하기 위해 cervicomedullary junction에 두 번 콘 코일을 사용하십시오. </li><li> 코일을 유도 전류의 1 차 미분그것의 중앙 부분이 입술 위 또는 근방에 있다는 것을 의미한다. 최대 자극기 출력 (100 %)으로 자극을 적용하십시오. 참고 :이 높은 자극 강도에도 불구하고, 자극은 너무 약하여 척추 운동 신경을 충분히 모집하고 대부분의 피험자에서 하악 ( 즉, 전립선 암 및 경골 전립선)의 근육을 활성화시킵니다. 따라서, cervicomedullary 자극과 함께, 낮은 다리 근육의 표면 근전도에 화합물 잠재력이 없습니다. 그러므로, 척수 운동 신경의 흥분성을 높이기 위해 자궁 경부 강근 시뮬레이션을 H- 반사 (3.1 참조)와 결합하십시오. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. 사전 측정 <ol><li> H- 반사 (말초 신경 자극)의 크기를 조절합니다. <ol><li> H- 반사 컨디셔닝의 경우 전기 자극기의 자극 강도를 변경하여 H- 반사의 크기를 최대 M- 파장 (Mmax) 31 의 20 %로 조정하십시오. Mmax를 얻으려면H- 반사 모집 곡선. 이를 위해 다양한 자극 강도의 자극을 적용하십시오. 연속 시도 사이의 일시 중지는 4 초입니다. </li><li> 기록 소프트웨어에서 EMG (mV 단위)의 피크 - 피크 진폭으로 H- 반사 및 M- 파를 계산하십시오. 대조군 H-reflex의 크기는 실험 전반에 걸쳐 Mmax의 20 %로 일정하게 유지되고 각 시험에서 크기를 확인하십시오. H- 반사 크기의 체계적인 편차 (제어 H- 반사는 항상 목표 크기만큼 작거나 큼)를 감지 할 때 연속 시험 전에 자극 강도를 조정하십시오. </li></ol></li><li> 실험 전에 TMS의 자극 강도를 조정하십시오. <ol><li> 휴지 상태에서 H- 반사 컨디셔닝을하려면 운동 피질에 대한 TMS의 자극 강도를 MT의 90-100 %로 설정합니다. PNS없이 시행 한 MEP가없는 것을 확인하십시오. 참고 : 시뮬레이션 강도는 MT에서 100 %에 가까워 야합니다. r에서 조건화 된 H- 반사에 큰 영향을 줄 수 있습니다초기 촉진을 쉽게 감지 할 수 있습니다. </li><li> 실험 전에 cervicomedullary 자극 강도를 조정합니다. 대뇌 피질의 자극과는 달리, 최대 자극기 출력의 100 %까지 자궁 경부 강근 자극의 자극 강도를 항상 조정하십시오. </li></ol></li><li> 모터 피질에 대한 자기 자극으로 H- 반사를 조절하십시오. <ol><li> 두 자극 (H- 반사 컨디셔닝) 사이의 타이밍을 변경하여 TNS 및 PNS를 적용하여 대뇌 피막 동맥 전송의 변화를 평가할 수 있습니다. 조기 촉진을 감지하려면 -5ms의 interstimulus 간격 (ISI)으로 컨디셔닝 프로토콜을 시작하고 -5-1ms에서 ISIs를 밀리 초 단위로 변경하십시오 ( 그림 1B ). 참고 : 음성 ISI는 PMS가 TMS 전에 추출되었음을 나타내며, 양수 ISI는 반대를 나타냅니다. </li><li> 자극 시험에서 자극 시험으로 무작위로 TMS와 PNS 사이의 ISI를 변화시켜 특정 순서로 인한 편차가 없도록합니다자극이 발생할 수 있습니다. 참고 : &quot;초기 촉진&quot;은 모터 피질에 TMS를 ​​적용 할 때 -4ms ~ -2ms의 ISI 주위에서 발생해야합니다. 이것은 가장 빠른 (monosynaptic corticospinal 경로)이 순간에 척수 motoneurons에서 PNS에 의해 구 심성 발리 충돌 (초기 촉진을 감지 5.2 참조)를 의미합니다. </li><li> 연속 자극 시험 사이의 멈춤을 4 초로 설정하십시오. </li></ol></li><li> cervicomedullary 교차점 위에 자기 자극으로 H- 반사를 조절하십시오. 참고 : 컨디셔닝에 대한 cervicomedullary 자극을 사용하여, corticospinal 경로의 여기는 운동 피질의 자극보다 척추 motoneurons에 공간적으로 가깝습니다. 따라서 조기 촉진에 해당하는 ISI는 약 3 ~ 4ms만큼 이동합니다. 예를 들어, -4ms에서 일차 운동 피질에 대한 TMS의 초기 촉진은 자궁 경부 강 자극과 함께 -7 ~ -8ms 사이의 ISI에 해당합니다. <ol><li&gt; ISI -9 사이의 ISI를 사용하십시오 - cervicomedullary conditioning을 위해 1ms 간격으로 -3ms. TMS에 대한 ISI를 모터 피질에 적용하고 TMS를 ​​cervicomedullary junction을 통해 항상 하나의 시험에 함께 적용하고이 시험에서도 대조 H- 반사 및 대조 MEP를 기록합니다. 대조 H 자극과 대조 MEP에 대한 대조로서 H- 반사를 사용하여 유사한 자극 조건을 확보하십시오. 사전 측정에 (최소한) 10 번의 시도를 기록하십시오. </li></ol></li><li> 운동 피질과 자궁 경관 교전에 교번 자극 <ol><li> 같은 실험 동안 무작위 순서로 모터 피질 (M1- 컨디셔닝, 2.1 참조) 및 자궁 경부 강내 자극 (CMS 컨디셔닝, 2.2 참조)의 자기 자극에 의한 SOL H- 반사 조절을 적용하십시오. 참고 : 조절 H- 반사를 동일한 H- 반사 (s) 반사광으로 지칭하기 위해 하나의 동일한 시험에서 M1- 및 CMS- 조절을 교대로 적용하는 것이 좋습니다ee 그림 1 ). </li></ol></li></ol> 3. 개입 - 느린 반복적 인 TMS <ol><li> 자극 강도를 1.2 MT로 설정하면 H- 반사 조절에 필요한 대뇌 피질의 흥분성이 32 분 , 33 분의 억제가 오래 지속됩니다. rTMS 개입 도중 1 Hz에서 20 분 동안 일차 운동 피질에 TMS를 ​​적용하십시오. </li></ol> 4. 사후 측정 <ol><li> 개입 직후, 사전 측정에 사용 된 것과 동일한 ISI로 H- 반사 조절을 적용하십시오. </li><li> 사전 측정보다 M1과 자궁 경부 교합면에 걸쳐 자기 자극에 대해 동일한 자극 강도를 사용하십시오. </li><li> 컨트롤 H- 반사가 사전 측정에서와 동일한 크기인지 확인하십시오. 체계적인 편차가 감지되면 자극 강도를 조정하십시오. </li></ol> 5. Da처리 <ol><li> H- 반사, MEP 및 조건화 된 H- 반사와 같은 모든 생리적 반응을 교정되지 않은 EMG의 peak-to-peak 진폭으로 계산하십시오. <ol><li> 각 ISI에 대해 a) 대뇌 피질 및 b) 자궁 경부 강내 자극에 대해 평균 10 개의 조율 된 H- 반사. 또한 조건화 된 H- 반사에 대한 참조 ( 즉, 100 %) 역할을하는 평균 10 개의 제어 ( 즉, 무조건) H- 반사도. </li><li> 결과적으로, 각 ISI에 대한 조절 된 H- 반사의 평균 진폭을 사전 및 사후 측정 모두에서 대조군 H- 반사의 평균 진폭의 백분율로 표현하십시오. 이것이 중요한 의미를 가지므로 초기 촉진을 결정할 때는주의하십시오. 참고 : 조기 촉진 발병의 발생에 개인간의 다양성이 있기 때문에 각 과목 별 사전 측정에서 조기 촉진을 결정하십시오. </li></ol></li><li> 비차별적인 Wilcoxon 테스트를 사용하여 th를 결정합니다.콘디셔닝 된 H- 반사의 첫 번째 상승. CMS 컨디셔닝의 경우, ISI -9 ms에서 테스트를 시작하십시오. M1 컨디셔닝은 ISI -5 ms에서 시작되는 조기 촉진을 검색합니다. 사전 측정에서 얻은 초기 조율의 진폭과 동일한 ISI를 사용한 사후 측정에서 얻은 조기 촉진의 진폭을 비교합니다. </li><li> 또한 육안 검사를 통해 초기 촉진을 확인하십시오. 참고 : M1- 컨디셔닝 후에는 초기 촉진이 ISI -3 ms 주변에서 발생할 가능성이 가장 높습니다. 조건부 H- 반사의 첫 번째 상승 직후, 즉 1 ~ 2ms 후, 다시 상승하기 전에 조건화 된 H- 반사가 감소합니다. CMS- 컨디셔닝 후, 초기 촉진은 ISI-7 ms 전후에 일어나기 쉽고, 따라서 M1- 컨디셔닝 이후보다 약 4 ms 더 일찍 일어날 수있다. </li></ol>

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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>

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여기에 설명 된 H- 반사 컨디셔닝 절차는 대뇌 피질 경로 28 의 반복적 인 활성화에 따른 대뇌 피질 신경 구형 시냅스를 통한 전송의 급성 변화를 평가하기 위해 구체적으로 다루어졌습니다. 이런 점에서, H- 반사 조절은 rTMS가 피질 구조의 흥분성에 영향을 줄뿐만 아니라 피질 운동 신경 시냅스에서의 대뇌 피질 전달에 영향을 미친다는 것을 강조했다. 그러나,이 방법은 대뇌 피질 척수 전염의 변화가 운동 발달 및 노화, 운동 학습 및 운동, 피로, 비 활동, 상해로부터의 회복, 신경 생리학 및 치료 적 개입, 병리학 등에서 발생하기 때문에 사실상 더 광범위하게 적용될 수있다. TMS 안전주의 사항을 지키면 유능한 신체 또는 환자에게 적용됩니다. 도입 된 방법은 세션 내 학습을 위해 적용될 수있다.현재의 맥락에서와 같은 종파 또는 더 긴 시간 범위에서 종단 효과. M1- 컨디셔닝 기술은 이전에 8 주간의 부동화 35 주, 균형 훈련 36 주, 4 주 및 탄도 강도 훈련 4 주에 따른 효과의 신뢰성있는 평가를 허용하는 것으로 시연되었습니다. 이 연구들 모두에서, 행동 중재를받지 않은 대조군에서 조율 된 H- 반사의 변화는 관찰되지 않았다. 우리의 지식에 대한 CMS- 컨디셔닝 기술을 고려할 때 장기간 효과에 대한 연구는 아직까지 발표되지 않았다. 약 12-14 ISI를 포함하는 조절 프로토콜은 약 15 분 동안 지속됩니다. 이것은이 자극 프로토콜이 더 짧은 지속성 신경 가소성을 평가하는 데 적합하지 않다는 것을 의미합니다. 그러나 종종 중재 후 시험 절차를 제한하는 것이 가능하다.예를 들어 사전 측정에서 평가 된 조기 촉진을 목표로 삼아 절차 진행 시간을 몇 분으로 단축합니다. 이 경우 각 과목별로 조기 촉진을 결정하는 것이 중요합니다. 이것은 동일한 ISI (s)를 사용한 사후 측정에서 얻은 초기 촉진과 비교하여 기준 측정에서 이루어졌으며 이후에 이루어졌습니다. 복합 전위를 모니터링하기보다는 M1 또는 자궁 경부 교합면에 TMS를 ​​적용하여 H- 반사를 조절하는 이점은 두 가지입니다. 첫째, 빠른 corticomotoneuronal 투상의 활동을 반영하는 조기 촉진의 변화를 평가하기 위해 뚜렷한 대뇌 피치 예측의 선택적 전송을 측정하는 것이 가능합니다. 이것은 후자의 반응이 다수의 직접적 및 간접적 영향에 의해 영향을 받기 때문에 복합 전위 진폭의 분석과 비교하여 큰 이점이다에스. 둘째, 특히하지 사지 자기 자극에 의한 복합 전위 (compound potentials) (CMEPs)를 유발할 수없는 경우가있다 (Ugawa 등 1994, Oya et al., 2008). H- 반사 조절을 사용하는 H- 반사는 척수 운동 신경 세포의 대뇌 피질 전달으로의 감수성을 증가시킵니다. 그러나, 촉진 또는 억제 입력에 대한 H- 반사의 민감도가 결정적으로 중요하다는 것이 이전에 입증 되었기 때문에 실험을 통해 SOL 제어 H- 반사의 크기를 Mmax의 약 20-25 %로 일정하게 유지하는 것이 중요합니다. 그것의 크기 31 . corticospinal 흥분성 또는 전송의 변화가 대뇌 피질 또는 척수 수준의 변화에 ​​의해 발생하는지 평가하기 위해 여러 연구에서 M1에 대한 TMS에 의해 추출 된 반응을 M1의 TES 후 반응으로 비교했습니다. TMS와 TES는 th와 다르다.그들이 어떻게 하반기 피질 척수 발리를 이끌어 내는지. TMS를 사용하면 화합물 반응의 많은 부분이 대뇌 피질 세포의 시냅스 흥분에 의해 발생합니다 38 , 39 . 대조적으로, TES는 직접적인 방식으로 대뇌 피질 신경 세포의 더 많은 부분을 탈분극시킬 것이며 아마도 축삭 돌기와 먼 축삭 부위에서 소위 &#39;직접&#39;즉 D-wave 38 , 39 , 40이 된다. 따라서 운동 피질의 흥분성 변화는 적어도 자극 강도가 낮은 경우 TES 이후의 반응보다 TMS 후 반응에 더 강한 영향을 미친다. 현재의 맥락에서 TES는 적용되지 않았다. 왜냐하면 a) 이런 종류의 자극은 상당한 통증과 연관되어 있고, b) 우리는 피질의 영향을 배제하기를 원했다. 따라서 우리는 응답 eliciTMS는 M1보다 높았으며, TMS는 자궁 경부 교잡 부위에서 유발 된 반응을 보였다. cervicomedullary level에서 대뇌 피질 경로의 자극을 가능하게하기 위해서는 목 부분과 atlanto-occipital joint가 구부러진 위치에 피 검체를 위치시켜 중앙 부분이 또는 근위부에 가깝게하여 관류 방향 전류 ( 19 , 26)를 유도한다. 따라서이 CMS 조절 절차의 반응 변화는 척추 수준의 변화에 ​​의해 분명히 결정될 수 있습니다. 또한 조기 H 촉진의 조기 촉진은 척수 운동 신경에 직접적으로 corticomotoneuronal 투상의 활성화에 의한 것으로 생각된다 12 , 29 , 조기 촉진시의 CMS- 조절 H- 반사의 변화는 변경된 대뇌 피질 신경계 투과성 즉 </em&gt; 시냅스 효능 28 . 팔에있는 말초 신경의 자극 및 팔 또는 손 근육으로부터의 기록을 통해 상지의 측정을 얻는 데 기술 된 방법이 또한 적용될 수 있다는 사실은 실제로 관련있는 관점이지만,이 기술은 그것이있는 근육에 국한된다 안정적인 H- 반사를 유도 할 수있다. 또한, CMS 컨디셔닝의 불쾌한 특성으로 인해 피험자는 자극을 예상하여 긴장 할 수 있습니다. 따라서 체계적 편향을 피하기 위해 M1 및 CMS 조건을 무작위로 추출하는 것이 중요합니다. 똑같은 이유 때문에 정신적 인 시뮬레이션이나 반응 시간 작업을 포함하는 특정 실험이 불가능할 수도 있습니다. 예를 들어, 우리는 대상에게 특정 자세 작업 ( 41 절 ) 을 상상해 보도록 요청했지만 CMS 조절을 예상 할 때 피험자는 정신 시뮬레이션에 집중할 수 없었다. 또 다른 제한 사항은 더 많은 기간 동안이 메소드의 사용법입니다.동적 작업은 다음과 같습니다 : a) 코일을 cervicomedullary junction 위로 고정시키는 것이 매우 어렵고 b) 굴곡 된 위치에 헤드를 유지하는 것. 마지막으로,이 방법은 매우 시간 소모적이어서 넓은 의미에서 응용을 더욱 제한합니다.

영장류에서 대뇌 피질 연계는 자발적인 행동을 통제하는 주요 하강 경로를 구성합니다 1 . corticospinal 경로 직접 monosynaptic corticomotoneuronal 연결을 통해 간접 oligos 및 polysynaptic 연결 2 , 3을 통해 척수 α - motoneurons에 대뇌 피질의 영역을 연결합니다. Transcranial 자기 자극 (TMS)에 의해 모터 피질이 비 침습적으로 쉽게 자극 될 수 있지만,이 자극에 대한 유발 된 전자기 조영 반응은 종종 해석하기가 어렵습니다. 그 이유는 MEP (Compound Motor Evoked Potential)가 대뇌 피질 및 대뇌 피질 신경 세포, 척수 신경 세포 및 척수 α 운동 신경 세포의 흥분성 변화에 영향을받을 수 있기 때문입니다. 여러 비 침습적 전기 생리학cal 기술 및 자극 프로토콜은 대뇌 피질 척수의 흥분성 및 전달의 변화가 피질 또는 척수 수준에서의 변화에 ​​의해 유발되는지를 결정하는 것을 목표로한다. 일반적으로 전기적으로 유발 된 H- 반사의 진폭 변화는 운동 신경 풀에서 흥분성의 변화를 나타내는 &#39;지표&#39;로 사용됩니다. 그러나, 이전에 H- 반사가 운동 신경 풀의 흥분성에 의존 할뿐만 아니라, presynaptic inhibition 8,9 또는 homosynaptic post-activation depression 5,10와 같은 다른 인자들에 의해 조절된다는 것도 보여 주었다. MEPs와 H-reflexes를 비교할 때 또 다른 한계는 interneuronal 수준 11 , 12 에 흥분성 변화를 검출하는 장애입니다. 이러한 단점 이외에, 운동 신경 세포는 말초 신경 자극에 의해 다르게 활성화 될 수있다.motoneuronal 흥분성의 변화가 corticospinal 경로 13 , 14 , 15 를 통해 중재 반응과 비교하여 다른 종류의 방법에 이러한 반응에 영향을 미칠 수 있도록. 피질 효과로부터 척수를 분리하는 데 사용되는 또 다른 방법은 운동 피질의 Transcranial Electrical Stimulation (TES)을 나타낸다. 낮은 자극 강도에서 적용하면 TES는 피질 흥분성의 변화에 ​​영향을받지 않는다고 주장되었다. TES와 TMS가 대뇌 피질 경로를 통해 α-motoneuron을 활성화 시키므로, 자기 및 전기적으로 유발 된 MEP의 비교는 H 반사의 비교보다 MEP 크기의 변화의 피질 적 특성에 대한 결론을 도출하는 더 매력적인 방법을 제공한다 및 MEP. 그러나 자극 강도가 증가하면 TES 유발 MEP는 피질 흥분성의 변화에 ​​영향을받습니다 &lt;sup class = &quot;xref&quot;&gt; 17 , 18 . 이 문제는 전기 자극이 모터 피질에 적용되지 않고 자궁 경부 교합 접합에 적용될 때 우회 될 수 있습니다. 그러나 전기적 자극이 상지와하지 근육에서 자궁 경부 근육 유발 잠재 성을 유발할 수 있지만 대부분의 피실험자는 뇌간 (및 피질)에서의 전기 자극을 매우 불쾌하고 고통스럽게 느낍니다. 덜 고통스런 대안은 inion 19 에서 자기 자극을 사용하여 cervicomedullary junction에서 대뇌 피질 경로를 활성화하는 것입니다. Cervicomedullary Magnetic Stimulation (CMS)은 대뇌 피질의 TMS와 동일한 하강 섬유를 활성화시키고 대뇌 피질의 흥분성 변화는 MEP와 cMEP를 비교함으로써 감지 할 수 있다는 것이 일반적으로 받아 들여지고있다. 대뇌 피질 세포 및 대뇌 피질 신경 세포의 흥분성 증가는 대뇌 피질을 촉진시키는 것으로 생각된다cervicomedullary evoked MEP에서 동시적인 변화없이 MEP를 유발 하였다. 그러나, 대부분의 피험자들에서 휴식 20,21에서하지에서 자기 적으로 유발 된 cMEP를 얻는 것은 불가능합니다. 이 문제를 극복하기위한 한 가지 접근법은 목표 근육을 자발적으로 미리 계약함으로써 척추 운동 신경의 흥분성을 높이는 것이다. 그러나 수축 강도의 약간의 변화가 cMEP의 크기에 영향을 미친다는 것은 잘 알려져있다. 따라서 서로 다른 작업을 비교하는 것은 어렵습니다. 또한 사전 수축으로 인한 운동 신경 흥분성의 변화는 MEPs와 cMEPs에 영향을 미치지 만, 반드시 같은 정도는 아닙니다. 마지막으로 화합물 MEP와 화합물 cMEP를 비교하여 내림차순 발리에 포함 된 일부 정보가 손실됩니다. 이것은 자기 운동 피질 자극에 의한 족저 근, 경골 근위부 및 카피 방사형 근육의 H- 반사의 조절을 포함하는 연구에 의해 밝혀졌다12 , 22 일 말초 신경 자극과 TMS를 ​​특정한 interstimulus intervals (ISI)와 함께 운동 피질에 결합시킴으로써, 다른 하강하는 발리의 H- 반사에 대한 촉진 및 억제 효과를 연구하는 것이 가능합니다. 이 기술은 동물 실험에서 신경 경로의 전송을 결정하는 데 사용되는 공간 촉진 기술에 크게 영향을 받았으며이 기술의 비 침습적 간접 버전으로 볼 수 있습니다 23 . H- 반사는 대뇌 피질 경로의 다른 부분 (빠른 대 피질 척추 투석 대 대 피질 척추 투영)을 구별하는 데 중요 할뿐만 아니라 제어되고 유사한 방법으로 척추 흥분을 높이는 것도 중요합니다. 따라서, 휴식과 활동 중에, 이러한 자극 기술의 조합은 높은 시간 해상도를 갖는 피질 척수 경로의 상이한 분획에서의 변화의 평가, 즉 t가장 빠른, 아마도 단일 시냅스 corticomotoneuronal 연결과 느린 olig - 및 polysynaptic 경로 12 , 22 , 24 , 25 . 최근이 기술은 모터 피질 (M1- 컨디셔닝)에 대한 TMS로 H- 반사를 조절할뿐만 아니라 자궁 경부 교합 (CMS- 컨디셔닝)에서 추가적인 컨디셔닝 자극에 의해 연장되었다. M1- 및 CMS- 컨디셔닝 사이의 효과를 비교함으로써,이 기술은 높은 시간 해상도를 갖는 경로 특이성 분화를 가능하게하고 대뇌 피질 대 척수 메카니즘에 대한 해석을 가능하게한다. 더욱이 가장 중요한 것은 현재 연구와 관련하여이 기술은 조기 촉진을 고려할 때 대뇌 피질 운동 신경 시냅스에서의 전달 평가를 허용합니다. H- 반사의 조기 촉진은 가능하면 활성화에 의한 것입니다척수 운동 신경 세포로의 직접적, 단일 시냅스 corticomotoneural 투영 12 , 26 . 가장 빠른 corticospinal 경로를 시험하기 위해 초기 촉진제 인 H-reflex를 TMS 2 ~ 4 ms 전에 추출해야합니다. 그 이유는 H 반사 (약 34 ms, 25 참조)에 비해 MEP (약 32 ms; 27 참조)의 지연이 약간 짧기 때문입니다. TMS를 적용하기 직전에 H- 반사를 유발하면 척추 운동 신경 수준에서 오름차순 및 가장 빠른 하강 흥분의 수렴으로 이어진다. TMS가 cervicomedullary junction을 통해 적용되면 하강하는 발리는 M1을 자극 한 후보다 척추 운동 신경 풀에서 3-4 ms 앞당겨 도착합니다. 따라서 CMS- 컨디셔닝의 경우, 말초 신경 자극은 자기 펄스보다 6 - 8ms 전에 유발되어야합니다. CMS 조절 후 조기 촉진의 변화는 미분 방정식corticospinal tract와 α-motoneuron 사이의 시냅스에서 발생한다. 현재의 연구에서,이 최근 개발 된 기술은 낮은 주파수 반복적 인 TMS (rTMS)를 따르는 피질 효과와 척수를 구별하기 위해 사용되었습니다. 보다 구체적으로 우리는 rTMS 개입 후 M1- 컨디셔닝을 이용한 초기 촉진이 감소하지만 CMS- 컨디셔닝 후의 초기 촉진이 아니라면, 효과는 순수 피질의 근원이되어야한다고 가정했다. 대조적으로, CMS 조절을 이용한 초기 촉진이 변경되면, 이러한 변경은 척수 수준에서 발생하는 메커니즘과 관련되어야합니다. 보다 구체적으로, H- 반사의 조기 촉진은 척추 운동 신경에 직접적으로 피질 운동 신경 투상 돌기의 활성화에 기인 한 것으로 생각된다 (12 , 29 ). 이때 CMS- 및 M1- 조절 H- 반사의 변화가 조기 촉진이 필요하다.변화된 corticomotoneuronal transmission 즉, 시냅스 효능 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

대뇌 피질 경로는 뇌와 근육을 연결하는 주요 통로이므로 운동 제어 및 운동 학습과 매우 관련이 있습니다. 이 경로의 흥분성과 가소성을 조사하는 많은 비 침습적 인 전기 생리 학적 방법이 존재한다. 그러나 대부분의 방법은 복합 전위의 정량화에 기초하고 있으며 대뇌 피질 경로는 다소 다른 직접적인 연결로 구성되어있다. 여기서, 우리는 대뇌 피질 전달의 다른 분율의 흥분성을 시험 할 수있는 방법을 제시한다. 이른바 H-reflex conditioning 기술은 가장 빠른 (monosynaptic) 및 polysynaptic corticospinal 경로의 흥분성을 평가할 수있게합니다. 또한, 두 개의 다른 자극 부위 인 모터 피질과 cervicomedullary junction을 사용하여 대뇌 피질과 척수 효과를 구별 할 수있을뿐만 아니라 피질에서의 전달 평가도 가능합니다외음부 시냅스. 이 원고에서 우리는이 방법이 이전에 피질 세포의 흥분성을 감소시키는 것으로 보여진 방법 인 저주파 반복 뇌 자기 자극 후 대뇌 피질 전달을 평가하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 설명합니다. 여기에서 우리는 대뇌 피질 세포뿐만 아니라 척수 수준에서 corticomotoneuronal 시냅스에서 전송이 반복적 인 자극에 의해 영향을받습니다 것을 보여줍니다. 이 발견은 신경 메커니즘의 기본 메커니즘과 장소를 이해하는 데 중요합니다. 기본 메커니즘의 연구 외에도, H- 반사 컨디셔닝 기술은 행동 ( 예 : 훈련) 또는 치료 적 개입, 병리학 또는 노화에 따른 대뇌 피질 전달의 변화를 테스트하는 데 적용될 수 있으므로 운동 제어 및 모터의 기초가되는 신경 프로세스를 더 잘 이해할 수 있습니다 배우기.

<html> M1- 및 CMS- 컨디셔닝 후의 초기 촉진의 발생 M1에 비해 TMS를 ​​이용한 H- 반사 조절은 ISI -3 &amp; -4 ms 주변에서 일어난 조기 촉진을 가져왔다. CMS- 컨디셔닝 후의 초기 촉진은 약 3 ms 더 일찍 발생했다 (각각 ISI -6 및 -7 ms). 하나의 대상에 대한 예시적인 ISI 곡선이 그림 1 에 나와 있습니다. 현재의 연구에서, 초기 촉진은 M1- 및 CMS- 컨디셔닝 ( 도 1C , D 참조) 둘 다 발생하는 최초의 ms 내에서 평가되었다. 따라서,이 초기 촉진은 직접적, 단일 시냅스 피질 경로 12 , 22 , 24 , 29의 활동을 반영한다고 가정하는 것이 합리적이다 .lass = &quot;xref&quot;&gt; 34. 따라서 후속 결과는 rTMS 후 직접적으로 단일 시냅스 피질 척수 경로에서 가공이 어떻게 변형되는지를 나타 내기 위해 초기 조기에 집중합니다. rTMS에 의해 유도 된 초기 촉진의 진폭 변화 20 분간의 rTMS 후에 M1- 컨디셔닝을 이용한 초기 촉진과 CMS- 컨디셔닝을 이용한 초기 촉진 모두에서 감소가 있었다. 대조적으로, 대조군 H- 반사는 일정한 수준으로 유지되었다. 도 2a , 도 2b 및 도 2c에는 대표적인 대상의 예가 도시되어있다. 그림 2 D, E, F 에서 두 피험자의 평균이 제공됩니다. CMS 컨디셔닝 후 감소가 M1 컨디셔닝 이후와 현저하지는 않지만 그럼에도 불구하고 명확하게 볼 수 있음을 알 수 있습니다. The d전체 샘플 세트가 28 에서 볼 수 있습니다. <img alt="그림 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/52663/52663fig1.jpg" /> 그림 1 : M1- 및 CMS- 컨디셔닝 절차. 이전 발행물 중 하나 인이 수정 된 그림은 M1 및 CMS 컨디셔닝 절차의 개략도를 표시합니다. (A) 하나의 코일은 일차 운동 피질 (M1으로 표시)과 다른 하나는 cervicomedullary junction (CMS로 표시됨) 위에 배치되어있는 것을 볼 수 있습니다. (M1-cond)과 자궁 경부 교 정맥 (CMS-cond)이 약간의 ms 동안 분산되지만 말초 신경 자극 (H-reflex)은 단지 짧은 효과를 일으킨다. H- 반사는 내림차순 볼류와 관련하여 앞으로 이동할 수 있습니다y를 사용하여 하행 대뇌 피질 발리 (빠른 촉진)의 빠른 (추정) 분획과 충돌하거나 늦은 대뇌 피질 경로를 시험 할 수 있도록 후방으로 이동할 수 있습니다 (후기 촉진). C 에서 M1 컨디셔닝 후 H- 반사 컨디셔닝 곡선이 표시됩니다. D 에서 CMS 컨디셔닝 후의 H- 반사 컨디셔닝 곡선이 설명됩니다. (옥스포드 대학 출판부의 허가를 얻어 28 세가 수정 됨). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52663/52663fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/52663/52663fig2.jpg" /> 그림 2 : 저주파 rTMS가 M1- 및 CMS- 컨디셔닝 후 조기 촉진에 미치는 영향. A, B, C에서 </str<html> rTMS 개입 전후에 하나의 대표 피험자의 ong&gt; 데이터 (평균 10 개 트레이스)가 표시됩니다. 조기 조절을 나타내는 조율 된 H- 반사는 M1- (A)와 CMS- 컨디셔닝 (B) 후에 감소되는 반면, 대조 H- 반사는 변함없이 유지된다 (C). D, E, &amp; F 에서는 동일한 패턴을 나타내는 두 피험자의 평균이 표시된다 : 대조 H- 반사에서 어떠한 변화도없이 M1- 및 CMS- 조절 H- 반사의 감소. CMS- 컨디셔닝 후의 감소는 대뇌 피질 신경계 시냅스에서의 변화 된 전달을 나타낸다. 그러나, rTMS 후의 억제는 M1- 컨디셔닝 후에 더 크다는 것을 알 수있다. 따라서, 운동 피질 수준에서의 심오한 변화가 또한 추정 될 수있다. 첫 번째 행의 P 값은 단일 주체의 데이터를 참조합니다. (옥스포드 대학 출판부의 허가를 얻어 28 세가 수정 됨).pload / 52663 / 52663fig2large.jpg &quot;target =&quot;_ blank &quot;&gt;이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

본 연구의 목적은 반복적 인 경 두개 자기 자극 후 사람의 대뇌 피질 신경 세포의 시냅스에서의 전이의 변화를 평가하는 것이다. 이 목적을 위해, 전기 생리 학적 방법은 경로 특정 corticospinal 전송, 즉 polysynaptic 연결에서 빠른, 직접 corticospinal 경로의 차별을 평가하실 수 있습니다 도입됩니다.

인간의 코르티 코돈 구강 내 전달의 비 침습적 평가

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 조회수.  University of Fribourg (Switzerland).  본 연구의 목적은 반복적 인 경 두개 자기 자극 후 사람의 대뇌 피질 신경 세포의 시냅스에서의 전이의 변화를 평가하는 것이다. 이 목적을 위해, 전기 생리 학적 방법은 경로 특정 corticospinal 전송, 즉 polysynaptic 연결에서 빠른, 직접 corticospinal 경로의 차별을 평가하실 수 있습니다 도입됩니다. 

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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.

행동 관찰 중 코르티코피날 흥분성 변조

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

연구

행동분석학

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.

인간 신경근육학 시스템을 공부하기 Transcranial 자기 자극을 활용

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 ...

의학

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).

경피적 전기 신경 자극을 사용하여 신경 근육 기능의 평가

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

신경과학

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.

Vivo에서 Axonal 흥분 테스트 쥐 척 골 신경의 electrophysiological 측정

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.

Vivo에서 모터 신경 퇴보의 마우스 모델에서 앞 발에서 복합 근육 활동 전위의 electrophysiological 측정

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.

사용 하 여 발목 근육의 Corticospinal 통로의 양측 평가 Transcranial 자석 자극 탐색

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.

비-침략 적 쥐에서 Dorsiflexor 근육 기능 평가

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.

트랜스 척추 직접 전류 자극 중 유형 식별 쥐 척추 운동 신경의 생체 내 세포 내 기록

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.

한 손 작업에 대한 종래및 임계값 추적 경두개 자기 자극 테스트

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.

목표 지향적 도달 행동 중 피질 척수 흥분성 평가

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