Name: non-invasive assessment of changes in corticomotoneuronal transmission in humans
Uploaded: 2017-05-24T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans at JoVE.com

Denne studien ble støttet av et stipend fra Swiss National Science Foundation (316030_128826).

Denne protokollen ble godkjent av det lokale etiske komiteen, og forsøkene er i samsvar med Helsinkierklæringen (1964). 1. Fagforberedelse MERK: Emneinstrukser - Før du begynner med eksperimentet, instruer hvert emne om formålet med studien og mulige risikofaktorer. For transcranial magnetisk stimulering (TMS) inkluderer medisinske risikoer historien om epileptisk anfall, mentale implantater i øynene og / eller hodet, eventuelle sykdommer i ka...

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

H-refleksbetingelsesprosedyren beskrevet her er spesifikt adressert for å vurdere akutte endringer i overføring over kortikomotoneuron synaps etter gjentatt aktivering av kortikospinalveien 28 . I dette henseende har H-refleksbehandling uthevet at rTMS ikke bare påvirker excitabiliteten til kortikale strukturer, men har også en effekt på kortikomotoneural overføring ved kortikomotonale synaps. Imidlertid kan denne metoden faktisk ha bredere anvendelse, da endringer i kortikospinal overføri...

I primater utgjør corticospinalkanalen den store nedstigningsbanen som styrer frivillige tiltak 1 . Kortikospinalveien forbinder motoriske kortikale områder med spinal α-motoneuroner via direkte monosynaptiske kortikomotoneuronale forbindelser og via indirekte oligo- og polysynaptiske forbindelser 2 , 3 . Selv om motorbarken lett kan bli opphisset ikke-invasivt ved transcranial magnetisk stimulering (TMS), er det ofte vanskelig å tolke den fremkallte elektromyografiske responsen på denne stimuleringen. Årsaken til dette er at den sammensatte Motor Evoked Potential (MEP) kan påvirkes av endringer i excitabiliteten til intrakortiske og kortikospinale nevroner, spinal interneuroner og spinal α-motoneurons 4 , 5 , 6 , 7 . Flere ikke-invasive elektrofysiologiCal teknikker og stimuleringsprotokoller tar sikte på å bestemme om endringer i corticospinal excitability og overføring skyldes endringer på kortisk eller spinal nivå. Vanligvis brukes endringer i amplituden til den elektrisk fremkalte H-refleksen som &quot;indikativ&quot; for endringer av spenning ved motoneuron-bassenget. Imidlertid ble det tidligere vist at H-reflekset ikke bare avhenger av spenningen i motoneuronpuljen, men moduleres også av andre faktorer som presynaptisk inhibering 8 , 9 eller homosynaptisk post-aktiveringsdepresjon 5 , 10 . En annen begrensning når man sammenligner MEPs og H-reflekser er funksjonshemmingen for å oppdage spenningsendringer på internasjonalt nivå 11 , 12 . I tillegg til disse ulempene kan motoneuronene aktiveres annerledes ved perifer nervestimulering enn wiTMS, slik at endringer i motoneuronal spenning ville påvirke disse responsene på en annen måte i forhold til responsene mediert via kortikospinalveien 13 , 14 , 15 . En annen metode som brukes til å separere spinal fra kortikale effekter, representerer transcranial elektrisk stimulering (TES) i motorcortexen 16 . Anvendt ved lave stimuleringsintensiteter, ble TES argumentert for å være upåvirket av endringer i kortikal eksitabilitet. Da både TES og TMS aktiverer a-motoneuronene via kortikospinalveien, gir sammenligningen av magnetisk og elektrisk fremkalt MEPe en mer attraktiv metode for å trekke konklusjoner om den kortikale naturen av endringer i størrelsen på MEPene enn sammenligningen mellom H-reflekser Og medlemmer av Europaparlamentet. Men når stimuleringsintensiteten økes, påvirkes også TES-fremkalte EP-medlemmer av endringer i kortikal eksitabilitet &lt;Sup class = &quot;xref&quot;&gt; 17 , 18 . Dette problemet kan omgå når elektrisk stimulering ikke påføres mot motorbarken, men ved cervicomedullary-krysset. Imidlertid, selv om elektrisk stimulering kan fremkalle cervicomedullary motor fremkalt potensialer (cMEPs) i øvre lemmer og underarms muskler, opplever de fleste fag elektrisk stimulering i hjernestammen (og cortex) som ekstremt ubehagelig og smertefull. Et mindre smertefullt alternativ er å aktivere kortikospinalveien ved cervicomedullary-krysset ved bruk av magnetisk stimulering ved injonen 19 . Det er generelt akseptert at Cervicomedullary Magnetic Stimulation (CMS) aktiverer mange av de samme synkende fibre som motorisk kortikal TMS, og at endringer i kortikal eksitabilitet kan påvises ved å sammenligne MEPs med cMEPs 19 . Økninger i excitabiliteten til intrakortiske celler og kortikomotoneuronale celler antas å lette den kortikaleFremkalt MEP uten en samtidig endring i cervicomedullary fremkalt MEP. Imidlertid er det i de fleste fagene umulig å oppnå magnetisk fremkalte cMEPs i nedre ekstremitet ved hvile 20 , 21 . Én tilnærming til å overvinne dette problemet er å øke spenningen til spinal motoneurons ved frivillig forhåndskontraktering av målmuskulaturen. Det er imidlertid velkjent at små endringer i kontraksjonsstyrken påvirker størrelsen på cMEP. Det er derfor vanskelig å sammenligne ulike oppgaver. I tillegg vil endringer i motoneuronal spenning på grunn av forkollisjon påvirke MEPs og cMEPs, men ikke nødvendigvis i samme grad. Til slutt, ved å sammenligne sammensatte MEPs med sammensatte cMEPs, mistes noe informasjon som finnes i de nedstigende volumene. Dette har blitt avslørt ved studier som involverer konditionering av H-refleksen av soleus-, tibialis-anterior- og carpi radialis-muskler ved magnetisk motorisk kortikal stimulering12 , 22 . Ved å kombinere perifernervenstimulering og TMS over motorbarken med spesifikke interstimulusintervaller (ISI), er det mulig å studere tilretteleggende og hemmende effekter av de forskjellige nedstigende fullysene på H-refleksen. Denne teknikken er sterkt inspirert av den romlige tilretteleggingsteknikken som brukes til å bestemme overføring i nevrale baner i dyreforsøk, og kan ses som en ikke-invasiv, indirekte versjon av den teknikken 23 . Mens H-reflekset ikke bare er viktig å skille mellom forskjellige fraksjoner av kortikospinale bane (rask versus langsommere kortikospinalprojeksjoner), er det også viktig å heve spinal excitability på en kontrollert og sammenlignbar måte. I ro og under aktivitet gjør denne kombinasjonen av stimuleringsteknikker dermed mulighet til å vurdere endringer i forskjellige fraksjoner av kortikospinalveien med en høy temporal oppløsning, dvs. i tHan raskeste, antagelig monosynaptiske kortikomotoneuronale forbindelser og i langsommere oligo- og polysynaptiske veier 12 , 22 , 24 , 25 . Nylig ble denne teknikken utvidet ved ikke bare å konditionere H-refleksen med TMS over motorcortexen (M1-condition), men også ved ytterligere kondisjoneringsstimulering ved cervicomedullary junction (CMS-condition) 26 . Ved å sammenligne effekter mellom M1- og CMS-kondisjonering, tillater denne teknikken veibeskrivelse med høy temporal oppløsning, og det tillater tolkninger på kortikal kontra spinalmekanismer. Videre og viktigst med hensyn til den nåværende studien, tillater denne teknikken vurdering av overføring ved corticomotoneural synaps når man vurderer tidlig tilrettelegging. Den tidlige tilrettelegging av H-reflekset er sannsynligvis forårsaket av aktiveringAv direkte monosynaptiske kortikomotoneurale fremspring til spinalmotoneurene 12 , 26 . For å teste de raskeste kortikospinale veiene og dermed den tidlige tilrettelegging, må H-reflekset utløses 2 til 4 ms før TMS. Årsaken til dette er den litt kortere latensen til MEP (rundt 32 ms, se 27 ) sammenlignet med H-refleksen (rundt 34 ms, se 25 ). Utløser H-reflekset kort før påføring av TMS, fører til konvergens av stigende og raskeste synkende eksitasjoner på nivået av spinalmotoneuronene. Når TMS påføres over cervicomedullary krysset, kommer den nedstigende volleyen å komme rundt 3 - 4 ms tidligere ved spinal motoneuron bassenget enn etter stimulering over M1. For CMS-konditionering, bør derfor perifer nervestimulering fremkalles 6 - 8 ms før den magnetiske puls. En endring av tidlig tilrettelegging etter CMS-condition indikerer differensialtrAnsmission ved synaps mellom kortikospinalkanalen og a-motoneuron 28 . I den nåværende studien ble denne nylig utviklede teknikken brukt til å skille spinal fra kortikale effekter etter lavfrekvent repetitiv TMS (rTMS). Nærmere bestemt antydet vi at hvis tidlig tilrettelegging med M1-kondisjonering blir redusert etter rTMS-intervensjonen, men den tidlige tilretteleggingen etter CMS-kondisjonering ikke er, bør effekten være rent kortisk opprinnelse. I motsetning dersom den tidlige tilretteleggingen med CMS-kondisjonering også endres, bør denne endringen være relatert til mekanismer som foregår på spinalnivå. Nærmere bestemt, fordi den tidlige tilrettelegging av H-refleksen antas å være forårsaket av aktivering av direkte, kortikomotoneuronale fremspring til spinalmotoneurene 12 , 29 , en endring av CMS- og M1-betinget H-refleks ved tidspunktet for Tidlig tilrettelegging bør indikereE en endret kortikomotoneuronal overføring, dvs. synaptisk effekt 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

Kortikospinalveien er hovedveien som forbinder hjernen med musklene og er derfor svært relevant for bevegelseskontroll og motorlæring. Det finnes en rekke ikke-invasive elektrofysiologiske metoder som undersøker excitabiliteten og plastisiteten til denne banen. Imidlertid er de fleste metoder basert på kvantifisering av sammensatte potensialer og forsømmelse at kortikospinalveien består av mange forskjellige forbindelser som er mer eller mindre direkte. Her presenterer vi en metode som muliggjør testing av spenning av forskjellige fraksjoner av kortikospinaltransmisjonen. Denne såkalte H-refleks-kondisjoneringsteknikken gjør at man kan vurdere spenning av de raskeste (monosynaptiske) og også polysynaptiske kortikospinale veier. Videre tillater det ved bruk av to forskjellige stimuleringssteder, motorcortex og cervicomedullary-krysset, ikke bare differensiering mellom kortikale og spinalvirkninger, men også vurdering av overføring ved kortikomenOtoneural synapse. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan denne metoden kan brukes til å vurdere kortikomotoneural overføring etter lavfrekvent gjentakende transcranial magnetisk stimulering, en metode som tidligere ble vist å redusere excitabiliteten til kortikale celler. Her viser vi at ikke bare kortikale celler påvirkes av denne repeterende stimuleringen, men også overføring ved kortikomotoneuron synaps på spinalnivå. Dette funnet er viktig for forståelsen av grunnleggende mekanismer og steder for neuroplasticitet. I tillegg til undersøkelse av grunnleggende mekanismer, kan H-refleks-kondisjoneringsteknikken brukes til å teste endringer i kortikospinal overføring etter atferdsmessig ( f.eks . Trening) eller terapeutisk inngrep, patologi eller aldring, og gir dermed en bedre forståelse av nevrale prosesser som ligger til grunn for bevegelseskontroll og motor lærer.

<html> Forekomst av tidlig tilrettelegging etter M1- og CMS-kondisjonering H-refleksbehandling med TMS over M1 resulterte i en tidlig tilrettelegging som skjedde rundt ISI -3 og -4 ms. Tidlig tilrettelegging etter CMS-kondisjonering skjedde rundt 3 ms tidligere (ISI -6 og -7 ms, henholdsvis). Eksempler på ISI-kurver på ett emne vises i figur 1 . I den foreliggende studien ble tidlig tilr...

Watch this Scientific Journal Video about Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans at JoVE.com

Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

Målet med den foreliggende studien var å vurdere endringer i overføring ved kortikomotoneuronale synaps i mennesker etter gjentakende transcranial magnetisk stimulering. For dette formål er det innført en elektrofysiologisk metode som muliggjør vurdering av bane-spesifikk corticospinal overføring, dvs. differensiering av raske, direkte corticospinale veier fra polysynaptiske forbindelser.

Ikke-invasiv vurdering av endringer i kortikomotonuronal overføring hos mennesker

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

Dual Elektrofysiologiske Opptak av Synaptically-fremkalt Astroglial og Neuronal Responses i akutt hippocampus Slices

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

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

I Vivo to-foton avbildning av erfaring-avhengige molekylære endringer i kortikale Neurons

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

Vurdering av Dopaminergic homeostase i mus ved bruk av høytytende flytende kromatografi analyse og Synaptosomal dopamin opptak

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

Visuelle Evoked potensial innspillinger i mus med en tørr ikke-invasiv flerkanals hodebunnen EEG sensoren

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

Kraften i Interstimulus intervall for vurdering av timelige behandling i gnagere

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

Ikke-invasiv strategier for kronisk manipulering av DREADD-kontrollerte neuronal aktivitet

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

Ikke-invasiv modulering og Robotic kartlegging av motor cortex i utviklingsland Brain

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

Vurdering elev-tilknyttede endringer i geometrisk Coeruleus-mediert opphisselse elicited av Trigeminal stimulering

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

Statistisk modellering av kortikale tilkobling ved hjelp av ikke-invasiv Electroencephalograms

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

Målrettet nevronal skade for ikke-invasiv frakobling av hjernekretser

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