מדידת ושינוי פונקציונלית מסלולים עצביים ספציפיים במערכת המנוע האנושי עם גירוי מגנטי Transcranial

גירוי מוחי לא פולשני הוא כלי הערכה מבטיח וטיפול בהפרעות נוירולוגיות רבות, כגון מחלת פרקינסון, מחלת אלצהיימר, ושבץ^1,2,3,4. יש לצבור ראיות הקמת היחסים בין הביטויים ההתנהגותית של מחלות נוירולוגיות וחריגות של כושר ההתנהגות של קליפת המוח, נוירופלבוליות, קורטיקו-קורטיקלית וקורטיקו-קישוריות משנית^5,6. לכן, ידע בסיסי על דינמיקה ברשת המוח ופלסטיות בתנאים נוירולוגיים יכול לספק תובנה לא יסולא בפז לאבחון מחלות, התקדמות, ותגובה לטיפול. תהודה מגנטית פונקציונלית הדמיה (fMRI) הוא כלי שימושי כדי להבין את היחסים המורכבים בין המוח וההתנהגות ברשתות מוח בריאים וחולים ויש לו את הפוטנציאל לשפר את הטיפול בהתבסס על הפרספקטיבה ברשת^7,8,9. עם זאת , ה-MRI הוא correlational בטבע לא יכול לספק קשר סיבתי בין תפקוד המוח להתנהגות, או לתמרן קישוריות תפקודית לשחזר מעגלים עצביים חריגים הקשורים ליקויים התנהגותיים בחולים^10,11,12. Transcranial מגנטית גירוי (TMS) יכול שניהם causally למדוד ולווסת את תפקוד המוח האנושי ואת ההתנהגות בריאות ומחלות^3,13,14,15.

TMS היא שיטה בטוחה ולא פולשנית כדי לעורר את המוח האנושי^16,17וניתן להשתמש בה כדי לזרז ולמדוד פלסטיות¹⁸. שיטה זו יכולה לקדם את הבנתנו את היחסים הסיבתי בין אזורי מוח בודדים והתנהגות^10,11,12,19והאינטראקציות הפונקציונליות הספציפיות שלהם עם צמתים אחרים של רשת המוח^20,21,22,23. עד היום, רוב המחקרים התמקדו מערכת המנוע האנושי, בהינתן כי TMS לאזור היד של קליפת המנוע (M1) יכול לייצר מנוע מעורר פוטנציאל (MEPs) כמו קריאות פיסיולוגיים עבור שינויים הקשורים התנהגות מוטורית²⁴, המאפשר בחינה של מעגלים מעכבות והמשך שונים ברמת המערכת במוח האנושי²⁵. ההתפתחויות האחרונות באמצעות מבחן מיזוג גישה TMS עם שני סלילים להראות כי ניתן למדוד אינטראקציות פונקציונלי בין אזורים קורטיקליים שונים. במערכת מוטורית, ניסויים TMS באתר כפול להראות כי תשומות מאזורים קורטיקליים מחוברים עם M1 יכול לשנות עם דרישות המשימה, גיל, או מחלה^14,26. העבודה הזרע על ידי Ferbert ועמיתיו מצאו כי החלת גירוי מיזוג ל-M1 לפני גירוי מבחן של M1 אחרים יכול לגרום לעיכוב של משרעת MEP, תופעה המכונה עיכוב מרווח זמן קצר הבין (SIHI)²⁸. מספר מחקרים TMS באמצעות גישה זו הראו גם כי M1 הוא באופן מאוד מחובר עם M1 הצלעות, מנוע טרום הגייתי (PMv), קליפת המוח הקדם מוטוריים (Pmv), אזור המנוע המשלים (SMA), pre-SMA, קליפת החושים העיקרית (S1), המוח האחורי (DLSOLI), וקליפת הקודקוד הקדמית (PPC) במנוחה^{27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42}. מעניין, ההשפעה של גירוי מהאזורים האלה בקליפת המוח על היכולת המוטורית התנועתית מבחינה אנטומית, באופן זמני, ומבחינה פונקציונלית ספציפיים הפעילות המוחית מתמשכת במהלך הכנת תנועה (המדינה-ותלוי הקשר^{43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,69}). עם זאת, מחקרים מעטים מאוד באמצעות TMS באתר כפול יש לאפיין דפוסים של קישוריות קורטיקו פונקציונלית-קורטיקלית עם ליקויים מוטוריים וקוגניטיביים בחולים עם הפרעות במוח^70,71,72. הדבר מעניק הזדמנויות לפיתוח שיטות חדשות להערכת וטיפול בהפרעות מוטוריות וקוגניטיביות.

באמצעות טכניקה זו, הוא גם נמצא כי זוגות חוזרים של קליפת המוח TMS להחיל אזורים קורטיקליים מחוברים עם m1 כגון^68m1,69,70, pmv^76,77,78, SMA⁷¹, ו PPC^80,81,82 יכול לגרום לשינויים ביעילות סינפטית במסלולים עצביים ספציפיים מבוסס על העיקרון hebbian של הפלסטיות האסוציאטיבית^{83 ,84,85,86} ולשפר את ביצועי ההתנהגות^72,73,74. עדיין, מחקרים מעטים השתמשו בגישה זו כדי לחקור את המעגל ותפקוד הפלסטיות בהפרעות נוירולוגיות^{2,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,90, 91,92, 93,94,95,96}. זה נשאר להיות מוצג אם חיזוק מסלולים עצביים ספציפיים ספציפי עם TMS יכול לשחזר את הפעילות במעגלים לקוי, או אם חיזוק פוטנציאלי של מעגלים שלמים יכול להגדיל את העמידות⁹⁷ ברשתות המוח התומכות תפקוד מוטורי וקוגניטיבי על פני תוחלת החיים ומחלות. חוסר ההבנה הבסיסית של המנגנונים העצביים המשמשים להפרעות נוירולוגיות ולהשפעות של גירוי ברשתות המוח הקיימות ביניהם מגביל את הטיפול הנוכחי.

למרות יכולתו, TMS עדיין להפוך לחלק רגיל של הארמנטיום של כלים מדעי המוח והקליני להבנת יחסי מוחי התנהגות, פתופסיולוגיה של הפרעות במוח, ואת האפקטיביות של הטיפול. לכן, כדי להגשים את הפוטנציאל שלה ולתמוך היישום הגדול שלה, סטנדרטיזציה שיטות TMS חשוב כי זה יותר סביר כדי להגביר את הקשיחות של ניסויים TMS עתידיים והקפדה על פני מעבדות עצמאיות. מאמר זה מתאר כיצד TMS יכול לשמש למדידה ולטיפול באינטראקציות פונקציונליות. כאן, אנו מתארים את הטכניקה הזאת במערכת המנוע (g., parieto-מנוע מסלול⁴⁴) על ידי מדידת אמצעי פלט TMS מבוססי (למשל, meps), שם השיטה היא היטב היטב. עם זאת, חשוב לציין כי פרוטוקול זה גם יכול להיות מותאם היעד צימוד פונקציונלי של אחרים subcortical⁸⁵, המוח^86,87, ואזורים קורטיקלית. ^73,74,88 בנוסף, טכניקות דימות מוחי כגון^{EEG 89,90,91} ו fMRI^92,93 ניתן להשתמש כדי להעריך את השינויים המושרה TMS בפעילות וקישוריות^26,94. אנו להסיק על ידי הצעת כי המחקר של מעורבות תפקודית של קישוריות ברמה מעגל המוח עם שיטות אלה TMS בריאות ומחלות מאפשר לפתח ממוקדות אבחונים וטיפולים חדשניים מבוסס על מודלים רשת מתוחכמים יותר של יחסי המוח התנהגות.