Kombine Periferik Sinir Stimülasyonu ve Kontrol Edilebilir Darbe Parametresi Transkraniyal Manyetik Stimülasyon Probu Sensorimotor Kontrol ve Öğrenme

Özet

Kısa gecikmeli afferent inhibisyon (SAI), sensorimotor entegrasyonu araştırmak için kullanılan bir transkraniyal manyetik stimülasyon protokolüdür. Bu makalede, SAI'nın sensorimotor davranış sırasında motor korteksteki yakınsak sensorimotor döngüleri incelemek için nasıl kullanılabileceği açıklanmaktadır.

Özet

Yetenekli motor yeteneği, duyusal afference'ı uygun motor komutlarına verimli bir şekilde entegre etmeye bağlıdır. Afferent inhibisyonu, yetenekli motor eylemler sırasında sensorimotor entegrasyon üzerindeki prosedürel ve bildirimsel etkiyi araştırmak için değerli bir araç sağlar. Bu makalede, sensorimotor integrasyonu anlamak için kısa gecikmeli afferent inhibisyonun (SAI) metodolojisi ve katkıları açıklanmaktadır. SAI, yakınsak afferent voleybolun transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) tarafından uyarılan kortikospinal motor çıkışı üzerindeki etkisini ölçer. Afferent voleybol, periferik bir sinirin elektriksel stimülasyonu ile tetiklenir. TMS uyaranı, birincil motor korteks üzerinde, bu afferent sinir tarafından hizmet edilen bir kasta güvenilir bir motor uyarılmış yanıt ortaya çıkaran bir yere verilir. Motor uyarılmış yanıttaki inhibisyon derecesi, motor kortekste birleşen afferent voleybolun büyüklüğünü yansıtır ve merkezi GABAerjik ve kolinerjik katkıları içerir. SAI'daki kolinerjik tutulum, SAI'yı sensorimotor performans ve öğrenmede bildirimsel-prosedürel etkileşimlerin olası bir belirteci haline getirir. Daha yakın zamanlarda, çalışmalar, yetenekli motor eylemler için birincil motor korteksteki farklı sensörimotor devrelerin işlevsel önemini ayırmak için SAI'daki TMS akım yönünü manipüle etmeye başlamıştır. Son teknoloji ürünü kontrol edilebilir darbe parametresi TMS (cTMS) ile ek darbe parametrelerini (örneğin, darbe genişliği) kontrol etme yeteneği, TMS uyaranı tarafından incelenen sensorimotor devrelerin seçiciliğini arttırmış ve daha rafine sensorimotor kontrol ve öğrenme modelleri oluşturma fırsatı sağlamıştır. Bu nedenle, mevcut makale cTMS kullanılarak SAI değerlendirmesine odaklanmaktadır. Bununla birlikte, burada özetlenen ilkeler, geleneksel sabit darbe genişliği TMS stimülatörleri ve uzun gecikmeli afferent inhibisyon (LAI) gibi diğer afferent inhibisyon formları kullanılarak değerlendirilen SAI için de geçerlidir.

Giriş

Çoklu sensorimotor döngüler, spinal motor nöronlara ve internöronlara piramidal sistem projeksiyonlarını şekillendirmek için motor kortekste birleşir¹. Bununla birlikte, bu sensorimotor döngülerin kortikospinal projeksiyonları ve motor davranışı şekillendirmek için nasıl etkileşime girdiği açık bir soru olmaya devam etmektedir. Kısa gecikmeli afferent inhibisyon (SAI), motor korteks çıkışındaki yakınsak sensorimotor döngülerin fonksiyonel özelliklerini araştırmak için bir araç sağlar. SAI, motor kortikal transkraniyal manyetik stimülasyonu (TMS) karşılık gelen periferik afferent sinirin elektriksel stimülasyonu ile birleştirir.

Protokol

Aşağıdaki protokol çeşitli deneylere uygulanabilir. Sağlanan bilgiler, SAI'nin geçerli veya geçersiz olarak işaretlenmiş bir proba parmak yanıtı sırasında sensorimotor entegrasyonunu ölçmek için kullanıldığı bir deneyi detaylandırmaktadır. Bu protokolde, SAI bir görev olmadan, daha sonra işaretli sensorimotor görev sırasında eşzamanlı olarak ve daha sonra tekrar bir görev olmadan değerlendirilir. cTMS stimülatörü, piyasada bulunan herhangi bir konvansiyonel TMS stimülatörü ile değiştirilebilir. Bununla birlikte, geleneksel TMS stimülatörünün darbe genişliği, spesifik donanıma bağlı olarak 70-82 μs arasında sabitlenecektir^59,60

Tartışmalar

Burada açıklanan SAI yöntemi, sensorimotor performans ve öğrenmede rol oynayan nöral yolların bir alt kümesini araştırır. Katılımcılar kontrollü sensorimotor görevleri yerine getirirken SAI'nın değerlendirilmesi, sağlıklı ve klinik popülasyonlarda motor çıktıyı şekillendirmek için motor kortikospinal nöronlara yaklaşan çok sayıda sensorimotor döngünün karmaşık katkılarını çözmek için kritik öneme sahiptir. Örneğin, prosedürel motor kontrol süreçleri üzerindeki serebellar .......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acquisition software (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504/P	LabChart Pro version 8
Alcohol prep pads	Medline Canada Corporation, Mississauga, ON, Canada	211-MM-05507	Alliance Sterile Medium, Antiseptic Isopropyl Alcohol Pad (200 per box)
Amplifier (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	FE234	Quad Bio Amp
Cotton round	Cliganic, San Francisco, CA, USA	‎CL-BE-019-6PK	Premium Cotton Rounds (6-pack, 90 per package)
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301-IC	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil (Inverted Current)
cTMS stimulator	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	CTMSMU0101	Elevate cTMS stimulator
Data acquisition board (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504	PowerLab 4/35
Digital to analog board	National Instruments, Austin, TX, USA	782251-01	NI USB-6341, X Series DAQ Device with BNC Termination
Dispoable adhesive electrodes (for EMG)	Covidien, Dublin, Ireland	31112496	Kendal 130 Foam Electrodes
Electrogel	Electrodestore.com	E9	Electro-Gel for Electro-Cap (16 oz jar)
Nuprep	Weaver and Company, Aurora, CO, USA	10-30	Nuprep skin prep gel (3-pack of 4 oz tubes)
Peripheral electrical stimulator	Digitimer, Hertfordshire, UK	DS7R	DS7R High Voltage Constant Current Stimulator
Reusable bar electrode	Electrodestore.com	DDA-30	Black Bar Electrode, Flat, Cathode Distal
Software (for behaviour and stimulator triggering)	National Instruments, Austin, TX, USA	784503-35	Labview 2020
TMS stereotactic coil guidance system	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	KITBSF0404	BrainSight Neuronavigation System
Transpore tape	3M, Saint Paul, MN, USA	50707387794571	Transpore Medical Tape (1 in x 10 yds)