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...

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 border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<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 no1</td>
			<td>Magstim Rapid2 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 no1: 90 mm figure-of-eight coil&#160;</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>&#160; &#160;</td>
			<td>&#160; &#160;</td>
			<td>&#160; &#160;</td>
			<td>Stimulator no1 and coil no1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stimulator no2</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>Coil no2: 95-mm focal &#8220;butterfly-shaped&#8221; coil (D-B80)&#160;</td>
			<td>MagVenture A/S, Farum, Denmark</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stimulator no3</td>
			<td>Magstim Company Ltd., Whitland, UK</td>
			<td></td>
			<td>Used to stimulate at the cervicomedullary junction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coil no3: 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 no1</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 no2</td>
			<td colspan="2">TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany</td>
			<td>Used for the video session</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Literature:&#160;</td>
			<td><a name="RANGE!B15"></a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taube et al. 2014</td>
			<td colspan="3">Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. &#38; 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>
		</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</s...

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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

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. 

비디오: Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

급성 Hippocampal 슬라이스에 Synaptically-evoked Astroglial와 Neuronal 응답의 듀얼 Electrophysiological 레코딩

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

연구

신경과학

Assessment of Dopaminergic Homeostasis in Mice by Use of High-performance Liquid Chromatography Analysis and Synaptosomal Dopamine Uptake

Dopamine (DA) is a modulatory neurotransmitter controlling motor activity, reward processes and cognitive function. Impairment of dopaminergic (DAergic) neurotransmission is strongly associated with several central nervous system-associated diseases such as Parkinson&#39;s disease, attention-deficit-hyperactivity disorder and drug addiction1,2,3,4. Delineating disease mechanisms involving DA imbalance is critically dependent on animal models to mimic aspects of the diseases, and thus protocols that assess specific parts of the DA homeostasis are important to provide novel insights and possible therapeutic targets for these diseases.
Here, we present two useful experimental protocols that when combined provide a functional read-out of the DAergic system in mice. Biochemical and functional parameters on DA homeostasis are obtained through assessment of DA levels and dopamine transporter (DAT) functionality5. When investigating the DA system, the ability to reliably measure endogenous levels of DA from adult brain is essential. Therefore, we present how to perform high-performance liquid chromatography (HPLC) on brain tissue from mice to determine levels of DA. We perform the experiment on tissue from dorsal striatum (dStr) and nucleus accumbens (NAc), but the method is also suitable for other DA-innervated brain areas.
DAT is essential for reuptake of DA into the presynaptic terminal, thereby controlling the temporal and spatial activity of released DA. Knowing the levels and functionality of DAT in the striatum is of major importance when assessing DA homeostasis. Here, we provide a protocol that allows to simultaneously deduce information on surface levels and function using a synaptosomal6 DA uptake assay.
Current methods combined with standard immunoblotting protocols provide the researcher with relevant tools to characterize the DAergic system.

Synaptosomal dopamine uptake and high-performance liquid chromatography analysis represent experimental tools to investigate dopamine homeostasis in mice by assessing the function of the dopamine transporter and levels of dopamine in striatal tissue, respectively. Here we present protocols to measure dopamine tissue content and assess the functionality of the dopamine transporter.

고성능 액체 크로마토그래피 분석 및 Synaptosomal 도파민 통풍 관의 사용에 의해 쥐에서 Dopaminergic 항상성의 평가

Dopamine (DA) is a modulatory neurotransmitter controlling motor activity, reward processes and cognitive function. Impairment of dopaminergic (DAergic) ...

Visual Evoked Potential Recordings in Mice Using a Dry Non-invasive Multi-channel Scalp EEG Sensor

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable because of the plunger-spring-barrel structural facet and mechanical strengths resulting from metal materials. The whole process for acquiring the VEP responses in vivo from a mouse consists of four steps: (1) sensor assembly, (2) animal preparation, (3) VEP measurement, and (4) signal processing. This paper presents representative measurements of VEP responses from multiple mice with a submicro-voltage signal resolution and sub-hundred millisecond temporal resolution. Although the proposed method is safer and more convenient compared to other previously reported animal EEG acquiring methods, there are remaining issues including how to enhance the signal-to-noise ratio and how to apply this technique with freely moving animals. The proposed method utilizes easily available resources and shows a repetitive VEP response with a satisfactory signal quality. Therefore, this method could be utilized for longitudinal experimental studies and reliable translational research exploiting non-invasive paradigms.

We designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable. This paper describes the whole process from manufacturing the proposed EEG electrode to signal processing of visual evoked potential (VEP) signals measured on a mouse scalp using a dry non-invasive multi-channel EEG sensor.

드라이 비-침략 적 멀티 채널을 사용 하 여 마우스에 비주얼 갖는 잠재적인 녹음 두 피 뇌 파 센서

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable ...

The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in neurocognitive disorders. Despite the popularization of prepulse inhibition (PPI) in recent years, many current protocols promote using a percent of control measure, thereby precluding the assessment of temporal processing. The present study used cross-modal PPI and gap prepulse inhibition (gap-PPI) to demonstrate the benefits of employing a range of interstimulus intervals (ISIs) to delineate effects of sensory modality, psychostimulant exposure, and age. Assessment of sensory modality, psychostimulant exposure, and age reveals the utility of an approach varying the interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function, including increases (sharper curve inflections) or decreases (flattening of the response amplitude curve) in startle amplitude. Additionally, shifts in peak response inhibition, suggestive of a differential sensitivity to the manipulation of ISI, are often revealed. Thus, the systematic manipulation of ISI affords a critical opportunity to evaluate temporal processing, which may reveal the underlying neural mechanisms involved in neurocognitive disorders.

Temporal processing, a preattentive process, may underlie deficits in higher-level cognitive processes, including attention, commonly observed in neurocognitive disorders. Using prepulse inhibition as an exemplar paradigm, we present a protocol for manipulating interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function to provide an assessment of temporal processing.

설치류에서 시간적 처리의 평가 대 한 Interstimulus 간격의 힘

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in ...

Non-invasive Strategies for Chronic Manipulation of DREADD-controlled Neuronal Activity

Chemogenetic strategies have emerged as reliable tools for remote control of neuronal activity. Among these, designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs) have become the most popular chemogenetic approach used in modern neuroscience. Most studies deliver the ligand clozapine-N-oxide (CNO) using a single intraperitoneal injection, which is suitable for the acute activation/inhibition of the targeted neuronal population. There are, however, only a few examples of strategies for chronic modulation of DREADD-controlled neurons, the majority of which rely on the use of delivery systems that require surgical intervention. Here, we expand on two non-invasive strategies for delivering the ligand CNO to chronically manipulate neural population in mice. CNO was administered either by using repetitive (daily) eye-drops, or chronically through the animal&#39;s drinking water. These non-invasive paradigms result in robust activation of the designer receptors that persisted throughout the CNO treatments. The methods described here offer alternatives for the chronic DREADD-mediated control of neuronal activity and may be useful for experiments designed to evaluate behavior in freely moving animals, focusing on less-invasive CNO delivery methods.

Here we describe two non-invasive methods to chronically control neuronal activity using chemogenetics in mice. Eye-drops were used to deliver clozapine-N-oxide (CNO) daily. We also describe two methods for prolonged administration of CNO in drinking water. These strategies for chronic neuronal control require minimal intervention reducing animals&#8217; stress.

공포 대조 신경 활동의 만성 조작을 위한 비침범성 전략

Chemogenetic strategies have emerged as reliable tools for remote control of neuronal activity. Among these, designer receptors exclusively activated by ...

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries unique challenges in children. Similarly, transcranial direct current stimulation (tDCS) can improve motor learning in adults but has only recently been applied to children. The use of tDCS and emerging techniques like high&#8211;definition tDCS (HD-tDCS) require special methodological considerations in the developing brain. Robotic TMS motor mapping may confer unique advantages for mapping, particularly in the developing brain. Here, we aim to provide a practical, standardized approach for two integrated methods capable of simultaneously exploring motor cortex modulation and motor maps in children. First, we describe a protocol for robotic TMS motor mapping. Individualized, MRI-navigated 12x12 grids centered on the motor cortex guide a robot to administer single-pulse TMS. Mean motor evoked potential (MEP) amplitudes per grid point are used to generate 3D motor maps of individual hand muscles with outcomes including map area, volume, and center of gravity. Tools to measure safety and tolerability of both methods are also included. Second, we describe the application of both tDCS and HD-tDCS to modulate the motor cortex and motor learning. An experimental training paradigm and sample results are described. These methods will advance the application of non-invasive brain stimulation in children.

We demonstrate protocols for the modulation (tDCS, HD-tDCS) and mapping (robotic TMS) of the motor cortex in children.

개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

Statistical Modelling of Cortical Connectivity Using Non-invasive Electroencephalograms

Non-invasive electrophysiological recordings are useful for the evaluation of nervous system function. These techniques are inexpensive, fast, replicable, and less resource-intensive than imaging. Further, the functional data produced have excellent temporal resolution, which is not achievable with structural imaging.
Current applications of electroencephalograms (EEG) are limited by data processing methods. Standard analysis techniques using raw time series data at individual channels are very limited methods of interrogating nervous system activity. More detailed information about cortical function can be achieved by examining relationships between channels and deriving statistical models of how areas are interacting, allowing visualization of connectivity between networks.
This manuscript describes a method for deriving statistical models of cortical network activity by recording EEG in a standard manner, then examining the interelectrode coherence measures to assess relationships between the recorded areas. Higher order interactions can be further examined by assessing the covariance between the coherence pairs, producing high-dimensional &#34;maps&#34; of network interactions. These data constructs can be examined to assess cortical network function and its relationship to pathology in ways not achievable with traditional techniques.
This approach offers greater sensitivity to network level interactions than is achievable with raw time series analysis. It is, however, limited by the complexity of drawing specific mechanistic conclusions about the underlying neural populations and the high volumes of data generated, requiring more advanced statistical techniques for evaluation, including dimensionality reduction and classifier-based approaches.

Standard EEG analysis techniques offer limited insight into nervous system function. Deriving statistical models of cortical connectivity offers far greater ability to investigate underlying network dynamics. Improved functional assessment opens new possibilities for diagnosis, prognostication, and outcome prediction in nervous system diseases.

비침습적 뇌전도를 이용한 피질 연결의 통계적 모델링

Non-invasive electrophysiological recordings are useful for the evaluation of nervous system function. These techniques are inexpensive, fast, replicable, ...

Targeted Neuronal Injury for the Non-Invasive Disconnection of Brain Circuitry

Surgical intervention can be quite effective for treating certain types of medically intractable neurological diseases. This approach is particularly useful for disorders in which identifiable neuronal circuitry plays a key role, such as epilepsy and movement disorders. Currently available surgical modalities, while effective, generally involve an invasive surgical procedure, which can result in surgical injury to non-target tissues. Consequently, it would be of value to expand the range of surgical approaches to include a technique that is both non-invasive and neurotoxic.
Here, a method is presented for producing focal, neuronal lesions in the brain in a non-invasive manner. This approach utilizes low-intensity focused ultrasound together with intravenous microbubbles to transiently and focally open the Blood Brain Barrier (BBB). The period of transient BBB opening is then exploited to focally deliver a systemically administered neurotoxin to a targeted brain area. The neurotoxin quinolinic acid (QA) is normally BBB-impermeable, and is well-tolerated when administered intraperitoneally or intravenously. However, when QA gains direct access to brain tissue, it is toxic to the neurons. This method has been used in rats and mice to target specific brain regions. Immediately after MRgFUS, successful opening of the BBB is confirmed using contrast enhanced T1-weighted imaging. After the procedure, T2 imaging shows injury restricted to the targeted area of the brain and the loss of neurons in the targeted area can be confirmed post-mortem utilizing histological techniques. Notably, animals injected with saline rather than QA do demonstrate opening of the BBB, but dot not exhibit injury or neuronal loss. This method, termed Precise Intracerebral Non-invasive Guided surgery (PING) could provide a non-invasive approach for treating neurological disorders associated with disturbances in neural circuitry.

The goal of the protocol is to provide a method for producing non-invasive neuronal lesions in the brain. The method utilizes Magnetic Resonance-guided Focused Ultrasound (MRgFUS) to open the Blood Brain Barrier in a transient and focal manner, in order to deliver a circulating neurotoxin to the brain parenchyma.

뇌 회로의 비 침습적 단절에 대한 표적 신경 부상

Surgical intervention can be quite effective for treating certain types of medically intractable neurological diseases. This approach is particularly ...

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

Multichannel electrode arrays offer insight into the working brain and serve to elucidate neural processes at the single-cell and circuit levels. Development of these tools is crucial for understanding complex behaviors and cognition and for advancing clinical applications. However, it remains a challenge to densely record from cell populations stably and continuously over long time periods. Many popular electrodes, such as tetrodes and silicon arrays, feature large cross-diameters that produce damage upon insertion and elicit chronic reactive tissue responses associated with neuronal death, hindering the recording of stable, continuous neural activity. In addition, most wire bundles exhibit broad spacing between channels, precluding simultaneous recording from a large number of cells clustered in a small area. The carbon fiber microelectrode arrays described in this protocol offer an accessible solution to these concerns. The study provides a detailed method for fabricating carbon fiber microelectrode arrays that can be used for both acute and chronic recordings in vivo. The physical properties of these electrodes make them ideal for stable and continuous long-term recordings at high cell densities, enabling the researcher to make robust, unambiguous recordings from single units across months.

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

This protocol describes a procedure for constructing carbon fiber microelectrode arrays for chronic and acute in vivo electrophysiological recordings in mouse (Mus musculus) and ferret (Mustela putorius furo) from multiple brain regions. Each step, following the purchase of raw carbon fibers to microelectrode array implantation, is described in detail, with emphasis on microelectrode array construction.

만성 및 급성 생체 내 기록을 위한 탄소 섬유 미세 전하 배열의 구성 및 구현

Multichannel electrode arrays offer insight into the working brain and serve to elucidate neural processes at the single-cell and circuit levels. ...

Modeling Neonatal Intraventricular Hemorrhage Through Intraventricular Injection of Hemoglobin

Neonatal intraventricular hemorrhage (IVH) is a common consequence of premature birth and leads to brain injury, posthemorrhagic hydrocephalus (PHH), and lifelong neurological deficits. While PHH can be treated by temporary and permanent cerebrospinal fluid (CSF) diversion procedures (ventricular reservoir and ventriculoperitoneal shunt, respectively), there are no pharmacological strategies to prevent or treat IVH-induced brain injury and hydrocephalus. Animal models are needed to better understand the pathophysiology of IVH and test pharmacological treatments. While there are existing models of neonatal IVH, those that reliably result in hydrocephalus are often limited by the necessity for large-volume injections, which may complicate modeling of the pathology or introduce variability in the clinical phenotype observed.
Recent clinical studies have implicated hemoglobin and ferritin in causing ventricular enlargement after IVH. Here, we develop a straightforward animal model that mimics the clinical phenotype of PHH utilizing small-volume intraventricular injections of the blood breakdown product hemoglobin. In addition to reliably inducing ventricular enlargement and hydrocephalus, this model results in white matter injury, inflammation, and immune cell infiltration in periventricular and white matter regions. This paper describes this clinically relevant, simple method for modeling IVH-PHH in neonatal rats using intraventricular injection and presents methods for quantifying ventricle size post injection.

We present a model of neonatal intraventricular hemorrhage using rat pups that mimics the pathology seen in humans.

헤모글로빈의 뇌실내 주사를 통한 신생아 뇌실내 출혈 모델링

Neonatal intraventricular hemorrhage (IVH) is a common consequence of premature birth and leads to brain injury, posthemorrhagic hydrocephalus (PHH), and ...