Name: non-invasive assessment of changes in corticomotoneuronal transmission in humans
Uploaded: 2017-05-24T12:30:00
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この研究は、スイス国立科学財団（316030_128826）の助成金によって支えられました。

このプロトコルは地方倫理委員会によって承認され、実験はヘルシンキ宣言（1964）に準拠しています。 1.科目の準備 注：科目の指示 - 実験を開始する前に、各被験者に試験の目的と潜在的な危険因子を指示します。経頭蓋磁気刺激（TMS）の場合、医療リスクには、てんかん発作、眼および/または頭部における精神インプラント、心臓血?...

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

ここに記載されているH-反射調節法は、皮質脊髄路28の反復的活性化後の皮質運動ニューロンシナプスの透過の急激な変化を評価するために具体的に検討されている28 。この点に関して、H-反射コンディショニングは、rTMSが皮質構造の興奮性に影響を及ぼすだけでなく、皮質運動性シナプスにおける皮質運動伝達にも影響を及ぼすことを強調している。しか...

霊長類では、皮質脊髄路は、自発的活動を制御する主要な下行経路を構成する1 。皮質脊髄路は、直接的な単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続および間接的なオリゴ - およびポリシナプスの接続を介して、運動皮質領域を脊髄α-運動ニューロンに接続する2,3 。経頭蓋磁気刺激（TMS）によって運動皮質を非侵襲的に容易に励起することができるが、この刺激に対する誘発された筋電図応答はしばしば解釈が困難である。この理由は、化合物運動誘発電位（MEP）が、皮質および皮質脊髄ニューロン、脊髄介在ニューロンおよび脊髄α運動ニューロンの興奮性の変化によって影響され得ることである（4,5,6,7）。いくつかの非侵襲電気生理学cal法および刺激プロトコルは、皮質脊髄の興奮性および伝達の変化が皮質または脊髄レベルの変化によって引き起こされるかどうかを決定することを目的とする。一般に、電気的に誘発されたH-反射の振幅の変化は、運動ニューロンプールにおける興奮性の変化の「指標」として使用される。しかしながら、H反射は運動ニューロンプールの興奮性に依存するだけでなく、シナプス前抑制8,9またはホモシナプス後活性化後退5,10などの他の因子によっても調節されることが以前に示された。 MEPとH-反射を比較する際のもう1つの制限は、インターニューロンレベルでの興奮性の変化を検出することができないことである11,12。これらの欠点に加えて、運動ニューロンは、末梢神経刺激によって、wiよりも異なって活性化され得る運動ニューロン興奮性の変化が、皮質脊髄路13,14,15を介して仲介される応答と比較して、異なる種類の方法でこれらの応答に影響を及ぼすであろう。 脊髄を皮質効果から分離するために使用される別の方法は、運動皮質16の経頭蓋電気刺激（TES）を表す。低刺激強度で適用すると、TESは皮質興奮性の変化に影響されないと主張された。 TESとTMSの両方が皮質脊髄路を介してα-運動ニューロンを活性化するので、磁気的および電気的に誘発されたMEPの比較は、H-反射の比較よりもMEPのサイズの変化の皮質的性質についての結論を導くより魅力的な方法を提供するおよびMEP。しかし、刺激強度が増加すると、TES誘発MEPも皮質興奮性の変化によって影響を受ける&lt;sup class = &quot;xref&quot;&gt; 17,18。この問題は、電気刺激が運動皮質に印加されずに子宮頚部接合部に印加される場合に回避することができる。しかしながら、電気刺激は、上肢および下肢の筋肉における子宮頚部運動誘発電位（cMEP）を誘発することができるが、大部分の被験者は、脳幹（および皮質）における電気刺激を極めて不快で痛いと知覚する。それほど痛みを伴わない選択肢は、inion 19で磁気刺激を用いることによって頚椎接合部で皮質脊髄路を活性化することである。概して、頸髄膜磁気刺激（CMS）は、運動皮質TMSと同じ下行繊維の多くを活性化し、皮質興奮性の変化は、MEPとcMEPを比較することによって検出できることが一般に認められている19 。皮質細胞および皮質性神経細胞の興奮性の増加は、皮質を促進すると考えられている子宮頸部誘発MEPの同時変化なしにMEPを誘発した。 しかしながら、ほとんどの被験者では、静止した下肢20,21において磁気的に誘発されたcMEPを得ることは不可能である。この問題を克服するための1つのアプローチは、標的筋肉を自発的に事前収縮させることによって脊髄運動ニューロンの興奮性を高めることである。しかし、収縮力のわずかな変化がcMEPの大きさに影響することはよく知られている。したがって、異なるタスクを比較することは困難です。さらに、前収縮による運動ニューロン興奮性の変化は、MEPおよびcMEPに影響を及ぼすが、必ずしも同じ程度ではない。最後に、化合物MEPと化合物cMEPとを比較することにより、下降する渦巻きに含まれる情報が失われる。これは、磁気運動皮質刺激によるヒラメ筋、前脛骨筋、および橈骨筋のH反射の調節を含む研究によって明らかにされている12,22 。末梢神経刺激とTMSとを特定の刺激間間隔（ISI）で運動皮質に組み合わせることによって、異なる下降脊椎のH-反射に対する促進および阻害効果を研究することが可能である。この技術は、動物実験における神経経路における伝達を決定するために使用される空間的促進技術によって大きく影響され、その技術の非侵襲性、間接的なものと見なすことができる23 。 H-反射は、皮質脊髄路の異なる部分（高速対皮質脊髄突起投影）を区別するために重要であるだけでなく、制御された類似の方法で脊髄興奮性を高めることも不可欠です。したがって、安静時および活動中に、この刺激技術のこの組み合わせは、高時間分解能、 すなわち t時間における皮質脊髄路の異なる部分における変化の評価を可能にする最も速く、おそらくは単シナプス性皮質筋膜ニューロンの接続と、より遅いオリゴ - およびポリシナプス経路12,22,24,25。最近、この技術は、運動皮質（M1コンディショニング）上のTMSでH反射を調整するだけでなく、頚部接合（CMSコンディショニング） 26でコンディショニング刺激を追加することによっても拡張された26 。 M1-およびCMS-コンディショニングの間の効果を比較することにより、この技術は高い時間分解能で経路特異的分化を可能にし、皮質対脊髄のメカニズムについての解釈を可能にする。さらに、現在の研究に関して最も重要なことに、この技術は、初期の促進を考慮すると、皮質運動性シナプスにおける伝達の評価を可能にする。 H-反射の初期の促進は、おそらく活性化によって引き起こされる脊髄運動ニューロンへの直接的、単シナプス性の皮質錐体突起の形成12,26。最も速い皮質脊髄路を試験するために、早期の促進を行うために、T反射器はTMSの2〜4ms前に誘発されなければならない。この理由は、H反射（約34ms; 25を参照）と比較して、MEPのわずかに短い待ち時間（約32ms; 27を参照）である。 TMSを適用する直前にH反射を惹起すると、脊髄の運動ニューロンのレベルで、上昇する、および最も速く下降する興奮の収束につながる。 TMSを子宮頚部接合部に適用すると、降下するボレーは、M1上の刺激後よりも脊髄の運動ニューロンプールの3-4ms前に到着する。したがって、CMS調節のために、末梢神経刺激は、磁気パルスの6〜8ms前に引き起こされるべきである。 CMSコンディショニング後の早期促進の変化は、皮質脊髄路とα-運動ニューロン間のシナプスでの発生28 。現在の研究では、低周波反復TMS（rTMS）に続いて脊髄を皮質効果と区別するために、最近開発されたこの技術を使用した。より具体的には、我々は、rTMS介入後にM1コンディショニングによる早期の促進が減少するが、CMSコンディショニング後の早期の促進はそうではないと仮定した場合、効果は純粋に皮質起源であるべきであるという仮説を立てた。対照的に、CMSコンディショニングによる早期の促進もまた変化する場合、この変化は脊髄レベルで起こる機構に関連しているはずである。より具体的には、H-反射の早期の促進は、脊髄運動ニューロン12,29への直接的な皮質運動ニューロンの突起の活性化によって引き起こされると考えられているので、CMSおよびM1条件付きH-反射の変化が、初期の円滑化は、変化した皮質神経伝達伝達、すなわちシナプスの有効性28 。

<table 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

皮質脊髄路は、脳と筋肉をつなぐ主要経路であるため、運動制御および運動学習に非常に関連します。この経路の興奮性および可塑性を調べるための多くの非侵襲性電気生理学的方法が存在する。しかしながら、ほとんどの方法は、化合物の可能性の定量化に基づいており、皮質脊髄路が多かれ少なかれ直接的な多くの異なる接続からなることを無視している。ここでは、皮質脊髄伝達の異なる部分の興奮性を検査する方法を提示する。このいわゆるH-反射調節技法は、最も速い（単シナプス）および多シナプスの皮質脊髄路の興奮性を評価することを可能にする。さらに、2つの異なる刺激部位、モーター皮質および頸髄膜接合を使用することによって、それは皮質効果と脊髄効果の区別だけでなく、コルチコムでの伝達の評価も可能にする耳障りなシナプス。この論文では、低周波反復経頭蓋磁気刺激後の皮質傷害伝達を評価するためにこの方法をどのように使用することができるかについて説明しています。これは以前皮質細胞の興奮性を低下させる方法でした。ここで我々は、皮質細胞だけでなく、この反復刺激によって影響を受けるだけでなく、脊髄レベルで皮質神経腓骨シナプスでの伝達を示しています。この知見は、神経可塑性の基本的機構および部位の理解に重要である。基本的なメカニズムの研究に加えて、H-反射調節技術は、行動（ 例えば訓練）または治療的介入、病理学または老化後の皮質脊髄伝達の変化を試験するために適用されてもよく、したがって運動制御および運動の基礎をなす神経プロセス学習。

<html> M1-およびCMS-コンディショニング後の早期促進の発生 M1以上のTMSによるH-反射調節は、ISI -3＆-4ms前後で起こった早期の促進をもたらした。 CMSコンディショニング後の初期の促進は、約3ms早く起こった（それぞれISI -6および-7ms）。 1つの対象の例示的なISI曲線を図1に示す 。今回の研究では...

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Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

本研究の目的は、経頭蓋磁気刺激を繰り返した後のヒトの皮質神経動脈シナプスにおける透過の変化を評価することであった。この目的のために、経路特異的皮質脊髄伝達の評価、 すなわち、多シナプス接続からの速い直接的皮質脊髄路の識別を可能にする電気生理学的方法が導入される。

ヒトにおける皮質傷害性伝達の変化の非侵襲的評価

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

The overall goal of this neurophysiological experiment is to assess changes in transmission at the Corticomotoneuronal synapses in humans after repetitive Transcranial Magnetic Stimulation. The H-Reflex conditioning technique can help and psyche questions in the field of neuroscience, such as, better to understand basic mechanisms and sites of neuroplasticity. We were especially interested in the plasticity taking place between the corticospinal tract and the motor neurone, the Corticomotoneuronal synapse.The main advantage of this technique, compared to measure and compound potentials, is that it is possible to measure synaptic input produced by distinct Corticospinal connections to spinal motor neurons. There are at least two further advantages of conditioned H-reflexes compared to compound potentials. First, it's possible to detect influences of even weak Corticospinal volleys and second, it's possible to assess effects of longer latency Corticospinal volleys.Prior to the experiment, first screen the subject for TMS medical risks such as, history of epileptic seizures, obtain written and informed consent and inform the subject about the purpose of the experiment. Prepare the skin for surface electrode placement over the soleus muscle by shaving, disinfecting with propanol and applying light skin abrasion. Then, place surface electrodes to measure electrophysiological responses.Check the EMG signals on the screen, while the subject performs plantar and dorsiflexion. For H-Reflex conditioning, first use tape to fixate a five by five centimeter anode on the anterior aspect of the knee, just underneath the patella. Apply stimulation with square wave pulses lasting one millisecond and move the cathode on the popliteal fossa, until the optimal position for stimulation is located.Then, place a self-adhesive electrode on the skin and fix in place with tape. Prior to the experiment, first record an HM recruitment curve. Calculate H-Reflexes and M-Waves as peak to peak EMG amplitudes online in the recording software.Adjust the size of the H-Reflex to 20%of the maximum M-Wave. First, perform the calibration procedure for the neuro-navigational system. Use a figure eight coil to stimulate the subject's motor cortical area, contralateral to the placed electrodes.To find the optimal stimulation spot, first place the coil one centimeter in front of the vertex. Point that handle of the coil backwards to evoke a posterior to anterior flux of induced current in the center of the coil. Identify the position where motor evoked potentials can be evoked with minimum stimulation intensity.At this point, place the subject's head on the table and use rigid foam to prevent motion. Use an image guided TMS navigational system for a monitoring coil and head position throughout the experiment. Then, fixate the coil to a stand and the subject's head to the chair and fixate the coil with Velcro strips to the head.Next, determine the minimum intensity required to evoke motor-evoked potentials with peak to peak EMG amplitudes larger than 50 micro-volts in six out of 10 consecutive trial. This is the subject's resting motor threshold. Also place a double cone magnetic coil at the cervicomedullary junction to excite axons of the corticospinal tract.Position the coil so that the first derivative of the induced current is cranially directed and that its central position is on or near the enium. To begin, first take care to ensure that the size of the control H-Reflex stays constant throughout the experiment. If a deviation is detected, adjust the stimulation intensity prior to the consecutive trial.Now, adjust the stimulation intensity of the TMS coil over the motor cortex to between 90%and 100%of the subject's motor threshold. Also set the cervicomedullary stimulation intensity to 100%of the maximum stimulator output. Begin by conditioning the H-Reflex with stimulation over the motor cortex at rest.Apply TMS and peripheral nerve stimulation by varying the timing between the two stimuli to allow assessment of changes in Corticomotoneuronal transmission. Start with an interstimulus interval of negative five milliseconds, meaning peripheral nerve stimulation is illicited five seconds before TMS, then alter this interval in steps of milliseconds from negative five milli seconds to one millisecond. Depending on the interstimulus interval, the H-Reflex can be shifted forward in relationship to the descending volley where it can be shifted to the right, so that the slower corticospinal pathways can be tested.Vary the interval randomly from trial to trial, to eliminate bias due to order of stimuli and set the pause between stimulation trials to four seconds. Early facilitation should occur around intervals of negative four to negative two milliseconds. Next, condition the H-Reflex using magnetic stimulation over the cervicomedullary junction.Use interstimulus intervals between negative nine and negative three milliseconds in steps of one millisecond. Apply these TMS intervals over both locations together in each trial and record the resulting control H-Reflex and motor-evoked potentials. Use the control H-Reflex as a reference for the conditioned H-Reflexes and the control motor-evoked potential to ensure comparable stimulation conditions.Once pre-measurement is completed, set the stimulation intensity to 1.2 times the subject's motor threshold and apply the slow repetitive TMS intervention. Stimulate over the primary motor cortex at one hertz for 20 minutes to induce long lasting suppression of corticospinal excitability. An H-Reflex conditioning curve after M1-conditioning is displayed here while the H-Reflex conditioning curve after CMS-conditioning is shown here.Early facilitation with TMS over the primary motor cortex occurs around interstimulus intervals of negative three milliseconds. Note that the early facilitation after CMS-conditioning is occurring approximately three to four milliseconds earlier at an interstimulus interval of around negative seven milliseconds. Here, the averages of 10 traces for one representative subject before and after the rTMS intervention are displayed.It can be seen that the conditioned H-Reflexes representing the early facilitation, are reduced after both M1 and CMS-conditioning. Whereas, the control H-Reflexes remain unchanged. And here, the mean of two subjects is displayed showing the same pattern reduction in both M1 and CMS-conditioned to H-Reflexes without any change in the control H-Reflex.Once mastered, this protocol can be done in around 90 to 120 minutes. While performing this procedure, it's important to keep the H-Reflex size constant. After watching this video, you should have a good understanding of how to apply conditioning stimuli over the primary motor cortex and the cervicomedullary junction.This is used to detect the early facilitation, which represents synaptic input to spinal motor neurons mediated by the fastest corticospinal connections.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

急性海馬スライスにおけるシナプス誘発アストログリアとニューロン活動の二重の電気生理学的記録

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

神経科学

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

皮質ニューロンにおける経験依存性分子の変化の in vivo二光子イメージングにおける

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

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

高速液体クロマトグラフィー分析とシナプトソーム ドーパミンによるマウスにおけるドーパミン作動性恒常性の評価

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

誘発電位録画ドライの非侵襲的なマルチ チャネルを使用してマウスの頭皮脳波センサー

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

刺激間隔の齧歯動物の一時的な処理の評価のための力

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

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

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発達中の脳における運動皮質の非侵襲的変調とロボットマッピング

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

Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation

三叉刺激によって引き起こすローカス・コエルールス媒介性覚醒における瞳孔結合変化の評価

Current scientific literature provides evidence that trigeminal sensorimotor activity associated with chewing may affect arousal, attention, and cognitive ...

Statistical Modelling of Cortical Connectivity Using Non-invasive Electroencephalograms

非侵襲的脳波を用いた皮質接続の統計的モデリング

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

脳回路の非侵襲的切断に対する標的ニューロン損傷

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