人类θ破裂刺激结合后续电针刺激增加皮质脊髓兴奋性

文摘

客观的。间歇θ破裂刺激(髂胫)是一种广泛使用的无创性脑刺激的便利化皮质脊髓兴奋性(CSE)。之前的研究表明,针灸应用穴位与运动机能有关健康的人可以减少运动诱发电位的振幅(议员),这反映了CSE的抑制。在我们的工作,我们想测试是否胫和电针刺激(EA)将在人类对CSE有不同的影响。方法。一个单盲假对照交叉设计研究是健康受试者20日进行。受试者接受20分钟的虚假或真实EA虚假或真实胫后立即刺激。欧洲议会议员,短时间间隔皮层抑制(SICI),皮层便利化(ICF),皮质静止期(CSP)和运动中枢传导时间(CMCT)记录每次试验前,立即,结束后20分钟,40分钟的刺激。结果。虚假招标组,EA生产减少议员振幅,持续大约40分钟,而在真正的国际旅游展的集团,EA显著增加议员振幅超过40分钟结束后刺激。在虚假的EA组,记录议员振幅显示没有明显的趋势随着时间的推移与基线相比。在所有的实验中,SICI没有明显变化,ICF, CSP, CMCT等等。结论。这些数据表明,直接应用EA胫后显著增加皮质脊髓兴奋性。这个试验是在中国临床试验注册中心注册(登记号ChiCTR1900025348)。

1。介绍

2005年,黄光裕等人提出了θ破裂刺激(TBS)作为一种特殊的模式重复经颅磁刺激(rTMS)模拟内源性θ振荡和能够调节人类大脑兴奋性刺激的时间之外(1]。TBS最初是由观察神经元活动的模式发生在老鼠和可以调节的探索人类大脑活动超出了刺激的时间(2]。TBS模仿100 Hzγ的组合频率和5赫兹θ频率和诱发明显的长期势差(LTP)在鼠海马切片3]。这个图案的刺激协议是适应人类使用相似的动物模型和频率参数已广泛应用了十多年。通常,人类TBS包括高频脉冲的应用(3脉冲在50 Hz)低频间隔(5赫兹)使用600脉冲70∼80%的活跃/休息运动阈值(rMT)。当应用不断(施)40年代,TBS显示改变皮质脊髓兴奋性(CSE)测量通过运动诱发电位(议员)至少20分钟。当应用间歇性(国际旅游展的;2 s, 8 s) 192年代,一个相反的效果观察30分钟(1]。

许多研究使用议员记录的振幅从外围肌肉,它被广泛用于评估CSE,评估国际旅游展的的影响,并证明了国际旅游展的增加皮质兴奋性刺激后在健康个体超越20分钟(4,5]。这种增加是认为与长期势差(LTP),而在学习中起着重要作用[6,7]。除了欧洲议会议员,各种经颅磁刺激范式也用于评估神经回路的状态,并有可能揭示底层机制的干预和治疗方法,如短量区间皮层抑制(SICI)和皮层便利(ICF) (8]。议员们反映了整个大脑皮层的兴奋性,脊柱,皮质脊髓的(9]。SICI指的现象,一个阈下条件刺激(CS)抑制了后续测试超阈值的刺激引起的议员(TS) interstimulus间隔(ISIs) 1 - 5 ms。SICI是最常见的,好研究皮层电路的初级运动皮层(M1) [10]。评估ICF的ISI 10 ms。CS强度通常范围从95%到75 AMT在不同的个体产生一致的测试议员便利化11]。

针灸是中国传统医学的重要组成部分。电针刺激(EA)结合针灸电刺激,这是全世界广泛欢迎由于其标准化和可重复性。与手动针灸、电针刺激更有效,因为它更标准化的参数,可重复性高,广泛的刺激,和更低的要求针灸师[12]。先前的研究已经证明,针灸抑制corticomotor健康人的兴奋性13- - - - - -16]。然而,针灸对大脑功能的底层机制和疗效仍然困惑,通常阻碍了低质量的研究设计。在这项研究中,四个最常用穴位治疗卒中后运动障碍,Quchi (LI11)、风(合谷),Zusanli (ST36)和Yanglingquan (GB34),选择研究[17]。

在目前的研究中,我们使用单一经颅磁刺激来测量电动机静止阈值(RMT),主动运动阈值(AMT),欧洲议会议员,CSP, CMCT,和双脉冲经颅磁刺激来衡量SICI ICF确定髂胫和EA可以调节神经兴奋性M1的健康成年人相比只有胫,电针刺激,或没有。我们假设结合针灸和髂胫可以增加运动皮质兴奋和减少运动皮层抑制。

2。方法

2.1。主题

22日健康,优先给受试者招募参与当前的研究通过招聘广告。一个主题辍学在实验过程中,当一个被排除在外,因为服用抗抑郁药物。最后,共有20个科目(22.8±3.09年,女性11日)被纳入统计分析。所有受试者右手,爱丁堡偏手性评估的库存(18),没有采取任何常规药物(娱乐或临床表示),经颅磁刺激,没有禁忌,无神经或精神疾病史(19]。在实验之前所有科目提供书面知情同意。这个实验过程是经当地伦理委员会批准的岳阳医院中西医集成。所有的实验都符合《赫尔辛基宣言》。这个试验是在中国临床试验注册中心注册(登记号ChiCTR1900025348)。

2.2。经颅磁刺激

经颅磁刺激是由两个Magstim 200刺激器通过Bistim模块连接到一个8字形线圈(double -圆- 70 mm线圈)(2002年Magstim Magstim有限公司,英国),句柄指向后外侧的举行。Ag / AgCl表面电极belly-tendon蒙太奇是用来记录肌电图(EMG)从右边第一背侧骨间的肌肉(FDI)。EMG信号被放大,数字化,band-pass-filtered (20 Hz-10千赫),采样和保存到磁盘离线分析(丹麦Dantec关键点,)。

左M1 C3的近似位置点在国际10/20脑电图定位系统。“热点”,即。,the location on the scalp with the largest and most consistent MEP, was found using manually triggered single-pulse TMS (sp-TMS). Resting motor threshold (RMT) was defined as the lowest stimulus intensity required to evoke MEPs with peak-peak amplitudes of ≥50 μ10 V放松外商直接投资的5个连续轨迹(20.]。当受试者保持了自愿的FDI肌肉收缩20%的最大力量,积极运动阈值(AMT)被定义为最低的刺激强度与最大峰值振幅唤起议员需要≥200μ在5 V的连续试验(20.]。使用2 msec interstimulus区间(ISI)来衡量SICI,衡量ICF和ISI 10毫秒。调节刺激是80%的RMT和测试刺激MT1 mV (120%21]。SICI和ICF平均计算的最大峰值振幅连续15个测试。皮质静止期(CSP)和单脉冲测量应用于伦敦,与主题捏右手拇指和食指在20%的最大随意收缩肌电图可视化的实时波形记录。在一个试验中,CSP测量随着时间发生的议员直到自愿EMG活动的复发。意思是CSP持续时间计算从连续15个试验20.]。CMCT被减去计算获得的周围神经传导时间的磁刺激颈根(周边汽车延迟)议员皮质延迟。总共有15组试验记录,和平均CMCT计算。所有实验都是在一个安静的完成和发生的房间,受试者放松和警报。

我们使用引进的国际旅游展的黄和他的同事们(1]。国际旅游展的执行与MC-B70蝴蝶“8”形线圈(MagPro X100, MagVenture,丹麦)。线圈被无意中主题的头皮,线圈的中点与“热点”的位置,中线45°角。θ突然破裂的刺激(TBS)包含3刺激50 Hz,重复每隔200毫秒。在国际旅游展的协议,2秒的TBS列车(30)脉冲重复每10秒的190年代,总数为600脉冲。刺激强度AMT 80%。我们使用最可靠的方法之一实现虚假的刺激,在以前的研究报告的数字“8”垂直线圈放置在头皮上,和线圈的边缘接触头皮上的“热点”位置(22]。虚假招标的参数是一样的真正的国际旅游展的协议。

2.3。电针刺激

一位经验丰富的针灸医生执行电针刺激干预。真正的EA是应用于对四肢的穴位Quchi (LI11)、风(合谷),Zusanli (ST36)和Yanglingquan (GB34)使用一次性针灸针(0.30×40毫米,Hwato,苏州、中国)和空心泡沫垫连接到皮肤。受试者被要求在插入针闭上他们的眼睛。当受试者Deqi,连接到针的电针刺激器(Hwato、苏州、中国)5赫兹连续波了20分钟,而虚假的EA是使用自定义钝针头(0.30×25毫米,Hwato,苏州,中国),使皮肤刺痛的感觉没有渗透到皮肤上,站在穴位与泡沫垫。穿刺的泡沫垫让受试者acanthesthesia类似于真正的针灸。电针刺激设备修改,这样没有电流,受试者被告知器在低频低强度模式。

2.4。实验设计

胫的影响结合EA对皮质脊髓兴奋性评估使用随机、单盲、假对照,交叉研究设计。受试者参加了4届:(1)虚假的国际旅游展的+假EA;(2)虚假的国际旅游展的真正+ EA;(3)真正的国际旅游展的+假EA;(4)真正的国际旅游展的+ EA。会议的顺序是在4组频传,和延滞的可能性降低了分离每个会话至少5天。2013年使用MATLAB软件实现干预的随机序列。四种干预方法的组合共有24排列。使用MATLAB生成两个1到24之间的随机数,并删除相应的排列从24排列。22名受试者随机编号,数字从1到22日被随机安排使用MATLAB,受试者被随机分配到22排序订单根据这组数字。

实验大纲示意图见图1。结果议员等指标来衡量每个试验前(基线),然后真实或虚假的国际旅游展的交付,真实或虚假的EA干预是髂胫后立即应用。EA的干预后,指标测量结果被立即执行,每20分钟,直到40分钟(T0、T20 T40)。

研究表明,不同学科之间的国际旅游展的显著不同的后遗症。这种变化的原因是多种多样的;有许多生理因素导致应对国际旅游展的这种可变性,如年龄、性别、构型、遗传学、质量的睡眠和觉醒,运动系统激活的状态,和摄入的咖啡因,尼古丁、酒精、抗抑郁药、苯二氮卓类,抗癫痫药物,等等23]。实验大纲见图1。胫后(真实或虚假的)是第一个基线议员测量和EA(真实或虚假的)胫后立即交付。后立即测量结果指标进行EA,每20分钟,直到40分钟(T0、T20 T40)。

在这项研究中,右手FDI (MEP的电生理指标_{MT1 mV})作为主要结果指标。当至少5议员议员最大峰值振幅连续记录在10单脉冲磁刺激是≥1 mV,刺激强度的阈值是表示MT1 mV。MT1 mV测量干预前(基线)。议员在4个时间点之前和之后的干预(基线,T0、T20 T40)是衡量使用MT1 mV基准(欧洲议会议员_{MT1 mV});即。,欧洲议会议员at different time points was assessed using a fixed stimulus intensity to evaluate the difference of cortical excitability at each time point. At each time point, 15 MEPs were recorded continuously, and the mean value of peak-to-peak amplitude was calculated during offline processing. SICI, ICF, CMCT, and CSP were secondary outcome indicators.

2.5。数据分析和统计

15审判记录在每个时间点,峰振幅或CMCT测量使用定制的MATLAB脚本(MATLAB 2013 b, MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国)。议员平均振幅计算并转换为对数的值(日志议员_{MT1 mV})数据服从正态分布。做同样的转换SICI等其他指标,等等。

3 !重复测量方差分析(rm-ANOVA)被用来分析结果指标的变化,包括三个因素:国际旅游展的(“真实”,“假”)和EA(“真实”,“假”)和时间(pre-stimulation 0、20和40分钟后刺激)。事后配对t基线测试被用来检查区别和差异值在每一个时间点(Bonferroni-corrected多个比较)。< 0.05被认为是具有统计学意义。采用SPSS 21.0软件进行统计分析。

3所示。结果

RMT和AMT在四个条件都列在表的基线1,之间没有显著差异的条件(Bonferroni-corrected成对t以及)。议员的振幅_{MT1 mV}所有科目都绘制在图2。一个双向方差分析日志的议员_{MT1 mV}与国际旅游展的主要因素和EA基线显示没有区别4实验条件(交互:F(19)= 0.185,= 0.672;主要的国际旅游展的效果:F(19)= 0.954,= 0.341;EA的主要作用:F(19)= 0.346,= 0.563)。这一结果表明,受试者的大脑皮层兴奋性是相似的在每一个会话的开始。

如表所示2,三方主要因素的方差分析髂胫,EA和时间显示三个因素之间的强相互作用(F(57)= 11.019,< 0.001),表明议员_{MT1 mV}振幅在不同时间点在不同的条件。双向方差分析主要因素的国际旅游展的或时间进行,分别在真实和虚假的EA的条件。结果表明,EA在现实条件下,胫和时间之间有显著的交互作用(F(57)= 23.484,< 0.001)。所以,EA的存在导致强烈影响的国际旅游展的议员_{MT1 mV}在不同的时间点振幅。招标的主要作用是重要的(F(57)= 126.851,< 0.001),对应于不同的区别真正的EA武器在图2。尽管如此,在虚假的EA条件,没有辨别胫×EA交互(F(2.274,43.206)= 0.186,= 0.856)或国际旅游展的主要作用(F(2.274,43.206)= 0.023,= 0.881)。因此,在EA的缺席,髂胫议员没有明显的影响_{MT1 mV}时间点的振幅。如图2虚假的EA武器没有显著差异。时间的主效应不显著(F(2.274,43.206)= 1.199,= 0.318),所以议员_{MT1 mV}振幅不随时间点。

表3显示了Bonferroni-corrected两两比较结果日志议员_{MT1 mV}振幅在不同时间点的sham-iTBS-real-EA手臂。欧洲议会议员_{MT1 mV}振幅显著减少在T0和T20相比基线(T0-baseline =−0.181,= 0.001;T20-baseline =−0.121,= 0.006),这表明虚假招标的条件和实际EA镇压了议员_{MT1 mV}振幅显著。表4显示了Bonferroni-corrected两两比较结果日志议员_{MT1 mV}振幅在不同时间点的real-iTBS-real-EA手臂。欧洲议会议员_{MT1 mV}在T0振幅有明显改善,T20和T40相比基线(T0-baseline = 0.141,< 0.001;T20-baseline = 0.155,= 0.001;T40-baseline = 0.112,= 0.021),这表明虚假招标的条件和实际EA提高了议员_{MT1 mV}振幅显著。

双向方差分析的主要因素的EA和时间在现实国际旅游展的和虚假的国际旅游展的条件下进行。国际旅游展的是否虚假或真实,EA和时间之间有显著的交互作用(虚假招标:F(57)= 5.658,= 0.002,真正的国际旅游展的:F(57)= 5.342,= 0.003)。

在上述实验中,没有在统计上有显著差异的SICI, ICF, CMCT, CSP组和时间点之间。

总之,与真正的胫和EA,欧洲议会议员_{MT1 mV}振幅显著改善,干预后持续了40分钟。相反,与虚假的国际旅游展的和真正的EA,欧洲议会议员_{MT1 mV}振幅显著抑制干预前,逐步回到水平干预后40分钟。EA是虚假的,无论国际旅游展的是真实的还是虚假的,议员没有显著影响_{MT1 mV}。在整个实验过程中,在SICI没有显著差异,ICF, CMCT, CSP组间和不同时间点之间。

4所示。讨论

在我们的研究中,我们应用EA立即结束后的国际旅游展的风(合谷),Quchi (LI11) Zusanli (ST36)和Yanglingquan (GB34),这四个穴位中最常用的中风的康复锻炼在诊所。结果表明,国际旅游展的结合EA可以显著增加40分钟的运动皮质的兴奋性后的干预,而单独应用EA将抑制运动皮质的兴奋性。当EA是虚假的,它不会引起皮质兴奋性的变化。所以,这项研究表明EA的交互与髂胫增加皮质脊髓兴奋性和扩展这个增加的影响。

4.1。EA在皮质脊髓兴奋性的影响

在我们的研究中,假针灸治疗,没有侵入身体被用作控制。发现EA对议员振幅有抑制作用,但对SICI无显著影响,ICF等等。在风前研究(合谷)和Tiaokou (ST38) [13,14),研究人员使用真正的针灸nonacupoint作为对照组,观察和抑制运动皮层兴奋在实验组和议员的变化幅度也在对照组。Zunhammer et al。15]针灸没有皮肤插入用作控制和报道,针灸首次Yanglingquan (GB34)引起RMT海拔侧半球,但AMT, SICI, ICF没有显著变化。上述研究的结果与我们的研究结果一致。然而,双盲、假对照研究表明,针灸在风池(合谷)没有造成运动皮质兴奋性的变化(24]。一般来说,针灸可以引起的抑制侧大脑皮层的兴奋性,这与本研究的结果是一致的。目前,有相对较少的研究经颅磁刺激在针灸的机理探讨运动皮层的兴奋性,和研究素质相对较低,这限制了针灸机理的研究进展。

4.2。后果的国际旅游展的

有很多的先前的研究揭示,胫可以改善健康受试者的大脑皮层兴奋性,和效果可以持续20 - 40分钟。国际旅游展的能有效地帮助中风患者运动障碍的恢复(1,25,26]。在我们的研究中,没有观察到大脑皮层兴奋性的变化后,真正的国际旅游展的+假EA干预。我们推测,这是因为国际旅游展的干预由20分钟之后立即虚假的EA干预前议员测量。因此,没有明显的后效观察胫后20分钟的虚假的EA。真正的国际旅游展的+ EA条件,干预后MEP波幅显著增加,持续40分钟以上,这在以前的研究从来没有观察到。尽管促进神经可塑性的机制目前不完全理解,神经可塑性的良好定义的形式包括长期势差(LTP)和长期抑郁(有限公司)。无创性脑刺激(上司)技术可以诱导和测量LTP-and-LTD-like人类大脑的变化(27),而国际旅游展的改善大脑皮层兴奋性诱导LTP-like可塑性。以前的研究已经表明国际旅游展的诱发LTP-like可塑性影响n -甲基- d受体(NMDA-R [28])和改变某些蛋白质的表达包括zif268 [29日)和钙结合蛋白(30.),从而提高运动皮质的兴奋性。

4.3。真正的国际旅游展的+ EA干预的可能机制

动物实验显示,针灸可以诱导神经发生,突触发生和改变突触效率(31日]。但不幸的是,当前的研究针灸在健康人的大脑可塑性的影响非常有限,大大限制人民的理解针灸对大脑可塑性的影响。针灸针穿透皮肤后,他们第一次激活周围神经的传入纤维,产生一种感觉叫做“Deqi”,这是一个麻木的感觉,填充,和痛苦32,33]。通过这种强烈的感官刺激、针灸或电针刺激可以促进释放某些神经递质在中枢神经系统,如去甲肾上腺素、谷氨酸、多巴胺等,从而激活相关受体和下游信号通路(34]。因此,推测神经递质系统的调节可能是一个潜在的针灸调节神经可塑性的机制。

我们的研究结果表明,应用EA立即结束后国际旅游展的刺激可以显著改善运动皮质的兴奋性。除了上面提到的可能性,这一现象的机制也可能相关的启动效应。meta-plasticity的启动效应是基于一个概念,指的可塑性突触可塑性的过程,所需的阈值的变化后续突触的兴奋性变化由于一些以前活动的大脑网络(35]。上司可以影响meta-plasticity年轻健康的主题,这改变神经可塑性更强,更持久,更稳定(36]。变化的一种类型的nib的启动效应引起的另一种类型的nib不仅相关刺激的nib的类型,但也密切相关,两者之间的时间间隔nib刺激协议(37]。meta-plasticity然而,大多数的研究集中在两个不同的nib协议作用于相同的皮质区域,探索一个傲慢的人对另一个的启动效应。很少有研究[38- - - - - -40)发起的一个大人物协议结合其他干预措施。在未来的研究中,如何结合nib针灸和使用meta-plasticity提高功能恢复中风应该更加关注。

总之,针灸和髂胫的底层机制调节运动皮质兴奋性可能有类似的神经通路和分子生物学机制,在一些特殊情况下产生一个相辅相成的效果,从而诱发更强,更持久的皮质兴奋性的变化。不幸的是,没有相关动物实验显示这种交互产生的两人。未来的研究应该更加关注基础研究,可以揭示这一现象。

5。限制

在这项研究中,只有SICI 2毫秒间隔和ICF的10毫秒间隔被选为指标来评估神经回路,但SICI和ICF指标的变化在其他时间间隔没有测试,可能错过了一些潜在的机制,通过未来的研究将进一步补充。

使用TMS-MEP和pp-TMS学习针灸的效果是中央仍然是一个小数量的报告,没有高质量的研究,或大样本临床试验来验证。这将是未来研究的重点。

数据可用性

数据可在http://www.chictr.org.cn/showproj.aspx?proj=42076上。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由上海卫生委员会加快中医药的发展三年行动计划项目(批准号ZY (2018 - 2020) cccx - 2001 06/2004 - 05);上海卫生委员会智能医疗项目(批准号2018 zhyl0216);和临床科学和技术创新项目上海沈康医院发展中心(批准号SHDC12018126)。

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