文摘

我们调查皮质介导的变化相互抑制(RI)后运动图像(MI)短期和长期(er)术语。本研究的目标是(1)描述RI在慢性中风患者心肌梗死和(2),检查后RI的变化MI-based脑机接口(BMI)培训。24慢性中风患者参与研究1。所有患者想象的手腕扩展影响的一面。国际扶轮的伸腕桡侧的屈肌的腕桡侧的(货代)是由货代H反射检测模式。我们计算了“MI效应”分数RI在MI (RI值除以静止)相比,得分根据病变位置。国际扶轮在MI显示显著增强与国际扶轮在休息的时候。MI影响分数RI在皮层下病变组显著高于皮质病变组。十一个中风患者参与研究2。所有患者BMI进行训练了10天。 The MI effect score on RI at a 20 ms interstimulus interval was significantly increased after BMI compared with baseline. In conclusion, mental practice with MI may induce plastic change in spinal reciprocal inhibitory circuits in patients with stroke.

1。介绍

运动图像(MI)是一个行动的内部表示不参与其实际执行。神经影像学研究结果显示重叠的激活脑区在MI和运动执行相同的任务。(1- - - - - -8]。便利的皮质脊髓的下行凌空在MI还是想象任务的特定肌肉的主要受体激动剂(9- - - - - -12]。降低皮层抑制可能会导致皮质脊髓的便利在MI (13,14]。

精神实践(MP)已被推广为心理训练干预个人想象执行一个给定的任务。议员是一个过程,一个人反复精神一一列举了一个动作或一个任务(即。MI)没有真正执行动作或任务。MI被用来专门描述这个心理任务(15]。几个研究人员报道,国会议员结合MI是一个有用的策略,重复的练习和技巧学习,包括对卒中后局部麻痹的手臂16- - - - - -20.]。

尽管临床承诺,却很少有研究议员机制。一些研究人员报道,影响手臂康复计划,包括议员似乎引起重要的大脑皮层重组评估与功能性磁共振成像(MRI) (21,22]。很少有报道称议员后脊髓通路的变化。

相互抑制(RI)是一个术语,描述了对手的抑制神经元池内立即或在活动前受体激动剂肌肉(24,25]。自愿肌肉收缩与比例抑制其拮抗剂(25,26]。中风患者显示减少或缺乏国际扶轮的前臂伸肌腕桡侧的(ECR)屈腕桡侧的(货代)影响方面27]。在下肢,脊椎上的输入运动皮层中扮演一个重要的角色在调制RI (28- - - - - -33]。脊椎上的调制机制被认为涉及脊柱Ia抑制性中间神经元的接收下行输入通过皮质脊髓的运动皮层通路(34]。

我们假设MI的手腕扩展影响方面是一个潜在的新战略调制RI前臂的中风患者。然而,我们所知,没有报告调查RI的变化在心肌梗死或MI后培训。本研究的目标是(1)描述RI在慢性中风患者心肌梗死和(2),检查后RI的变化MP使用脑机接口(BMI)系统。因此,我们调查了“机制”,也就是说,皮质介导心肌梗死后RI的变化在短期和长期(er)术语。

2。材料和方法

2.1。研究1:RI在中风患者心肌梗死

2.1.1。参与者

实验进行了24中风患者(22 - 68岁)。入选标准的研究(1)因为中风发病的时间超过150天;(2)没有认知障碍;(3)没有麻痹性上肢疼痛;(4)被动运动扩展范围大于0度受影响的手腕和−10度的掌指的关节;(5)没有严重影响上肢本体感受的赤字。

研究样本的平均年龄是50.1岁,和中风发病以来的平均时间为1099天(范围259 - 4467天)。临床参与者的细节如表所示1。这项研究的目的和程序向参与者解释,和知情同意。这项研究是制度伦理审查委员会批准和注册UMIN临床试验注册中心(UMIN000001986)。

2.1.2。评估

(1)临床评估。中风类型(缺血性或出血性)和中风位置被证实与MRI或ct成像。

中风损伤评估集(SIAS)电机测试和Fugl-Meyer评估(FMA)被用作措施影响上肢的运动机能。中风损害的补充免疫活动是一种标准化的措施包括22个子类(35,36]。轻瘫的一侧上肢的运动功能测试knee-mouth测试和手指测试。他们认为从0到5,0表示最严重的瘫痪和5表示没有麻痹性痴呆。此外,得分1的手指测试分为三个分量表:1(质量弯曲),1 b(大规模扩展),和1 c(最小的个体运动)。菲利普-马萨是一种常用的测量与优秀的评分者间信度和结构效度37- - - - - -39]。菲利普-马萨由测试(肩部和肘部/前臂:36分,得分),测试B (B手腕:10分,得分),测试C(手/手指:14分,C分数),和测试D (D协调:6分,得分)。

修改后的Ashworth规模(MAS)被用来评估受影响上肢的痉挛状态(40]。确定感官功能,补充免疫活动感官功能(使用35,36]。轻瘫的一侧上肢的位置感测试用食指和拇指的运动。四个年级的得分是分级,从0到3。当病人发现没有位置改变后的最大可能的食指和拇指的被动运动,得分为0。得分为1意味着病人可以识别的数字但没有正确的方向,即使在最大偏移。当病人能正确感知一个温和的方向偏移,比分是2。3分意味着病人正确识别轻微运动的方向。

(2)H反射和RI。参与者坐在舒适的椅子上的影响武器支持和放松在扶手内翻。他们的手肘的角度保持在70 - 90度。经皮电脉冲的1毫秒时间0.3赫兹的频率是通过表面电极。H反射记录的货代肌肉局部麻痹的手臂轻快的中风后患者高频电刺激正中神经的肘前的窝。反射响应测量与记录的H反射峰振幅双圆盘电极放置在货代肌肉(23]。

国际扶轮是评估使用一个货代H反射检测范式(23]。十个条件和10 H反射测试平均在每个时间点。测试货代H反射振幅保持在15 - 20%的最大M波振幅为每个块试验。桡神经调节刺激了螺旋槽。刺激强度1.0电机调节刺激阈值,定义为一个100年μV ECR肌肉的反应。调节测试interstimulus区间(ISI)被设定为两个间隔0到20 ms基于先前的报道(41- - - - - -46]。第一阶段,ISI 0 ms,有关Ia disynaptic通路(23]。第二个抑制阶段,ISI 20 ms,被认为代表突触前抑制(47]。条件H反射的大小被表示为一个百分比的无条件H反射在每个区间的大小(例如,RI 0 ms =条件ISI的H反射振幅0 ms /测试H反射振幅×100)。

此外,参与者被要求想象手腕轻瘫的手腕在评估期间的扩展RI如上所述。当参与者想象手腕轻瘫的手腕的扩展,我们检查了ECR肌肉的肌活动。因此,我们评估了两种模式的RI。一个是国际扶轮静止,另一个是国际扶轮在MI。我们计算了“分数RI MI效应,”这是国际扶轮的价值在MI的值除以RI静止表示为一个百分比。如果错过了一个强大的国际扶轮,MI效果比分是小,不到100%。

2.1.3。统计分析

对比条件H反射振幅和测试H反射振幅在每个ISI进行配对t以及。我们比较RI在休息和MI每个ISI group (ISI 0 ms, 20 ms) Wilcoxon符号秩检验和设置小于0.05的显著性水平。使用科恩的尺度效应进行了计算d统计,和组的大小差异如果被定义为小 、中如果 ,或者大 ,考虑到临床意义的变量。

病人被分成两个额外的组(皮质病变组、皮层下病变组)根据中风的位置。我们比较国际扶轮在休息和MI的两组根据中风使用韦尔奇的位置t以及和设置在0.05的显著性水平。

2.2。研究2:RI的变化在心肌梗死后心肌梗死训练使用BMI卒中患者严重的轻偏瘫

2.2.1。参与者

参与者招募大学医院的门诊康复诊所。患者纳入研究是否符合以下标准:(i)第一次单边皮层下中风不涉及感觉运动皮层脑MRI或ct证实的;(2)发病以来超过180天;(3)能力提高轻瘫的手乳头的高度;(iv)无法延长轻瘫的手指;(v)没有改善电动机在30天开始干预之前所确认的病人和他们的医生;(vi)在日常生活中能够独立行走;(七)不严重的认知障碍是由一个迷你精神状态检查得分> 25;(八)没有剧烈的疼痛轻瘫的上肢;(九)没有起搏器或其他植入刺激器; and (x) no history of seizures within the past 2 years and no use of anticonvulsants 1 month before the intervention.

从2013年1月到2014年3月,11名患者参加了这项研究。研究目的和程序向参与者解释,并从每个得到书面知情同意。

研究样本的平均年龄为50.6岁(10.9 SD),和中风发病以来的平均时间为30.5个月(范围,9 - 180个月)。临床参与者的细节如表所示2。

本研究得到制度伦理审查委员会的批准。本研究的临床试验注册为大学医院医疗信息网络在日本(UMIN关键试验注册表UMIN000008468)。

2.2.2。干预

(1)脑电图仪的记录。参与者戴着耳机有两个刷式电极(48]。脑电图记录与Ag-AgCl电极(直径1厘米),C3和左耳患者右轻偏瘫和C4和右耳左轻偏瘫患者,根据国际10 - 20系统。另外一个电极是放置在一个位置2.5厘米前C3和C4。地面电极放在额头上,参考电极也放在A1和A2(侧半球的影响)。实验者监测脑电图仪的波形BMI培训期间随时在电脑上。

(2)事件相关去同步(ERD)量化。作为一个功能来增强ipsilesional感觉运动皮质的兴奋性,ERD,这是一个减少α乐队8—13赫兹()的μ节奏振幅,计算如下。ERD被用作触发信号反馈系统的BMI培训。ERD被表示为权力的百分比减少1 s相关参考区间之前意图的方向。ERD在一定频率计算每个时间和频率根据以下方程: 在哪里 是脑电图的功率谱密度在一定频段(Hz)和时间(s)图像的任务是开始以来,和在同一频率功率谱吗(赫兹)的基线。

(3)BMI培训。MI-based BMI培训了一天大约45分钟,每周5次,共10天。所有参与者接受每天40分钟的标准职业治疗,其中包括温和的伸展运动,活动肌肉再教育运动,和用双手的活动在日常生活中。

因为其他地方培训协议的细节解释(48这里描述),简要概述。参与者坐在舒适的椅子上,双臂支撑和放松在扶手内翻。电动矫正法在局部麻痹的手实现手指扩展运动在掌指的近端指间关节。

参与者面临一个15.4英寸的电脑显示器放置约60厘米在他们的眼睛,面前桌上和钉子钉板在电脑旁边。参与者被要求拿起与轻瘫的挂钩与矫正法。

星形的光标开始移动固定利率从左到右穿过电脑显示器一个8岁以上。参与者被要求休息5 s,然后想象扩展他们的轻瘫的手指在接下来的3 s,从监视器根据任务提示。如果发现μERD MI的提示指令后,星形的光标移动屏幕上的视觉反馈,然后是电机驱动的手矫正法矫正法扩展轻瘫的手指的移动。如果μERD没有发现线索后,这意味着MI没有成功执行,矫正法没有动。

2.2.3。评估

我们评估以下项目前后BMI培训:RI在休息,RI在MI, MI影响分数RI,菲利普-马萨。

2.2.4。统计分析

的Wilcoxon符号秩检验是用来比较FMA评分,RI静止,MI效果分数RI与主客体因素(pre -和post-BMI培训)。显著性水平是0.05。

3所示。结果

3.1。研究1:RI在中风患者心肌梗死

ISI的平均条件H反射振幅0为1.06±0.69 mV女士,这是明显小于测试H反射振幅为1.49±0.79 mV ( )。同样,三军情报局的条件H反射振幅20 ms为1.33±0.64 mV,明显小于测试H反射振幅(1.43±0.70 mV) ( )。

的Wilcoxon符号秩检验显示显著增强国际扶轮在MI的ISI 0 ms和20 ms与RI静止(71.20±24.68,51.13±30.36,93.44±13.28,75.79±28.21,resp。) ( )(图1)。科恩的d统计国际扶轮的ISI 0 ms和20 ms分别为0.74和0.80,分别。没有观察心肌梗死之间的关系影响分数RI和菲利普-马萨(图2)。

对于中风损伤,我们观察到国际扶轮之间没有显著差异在休息和MI要么ISI的皮质病变组。另一方面,之间的显著差异观察国际扶轮在休息和MI的皮层下病变组。皮层下病变组MI增强国际扶轮伊希斯(表3)。

3.2。研究2:RI的变化在心肌梗死后心肌梗死训练使用BMI卒中患者严重的轻偏瘫

的Wilcoxon符号秩检验显示,菲利普-马萨BMI后显著改善培训(21.4±5.5和26.3±4.9之前的培训后, )。

虽然我们没有发现差异RI前后BMI之间静止,MI影响分数RI的ISI 20 ms BMI(表后显著增加4)。MP使用BMI被认为提高修改MI对国际扶轮的影响。

4所示。讨论

这是第一个研究表明,国际扶轮的拮抗剂肌肉增加在MI患者的中风。此外,这种变化不存在病变的患者在大脑皮层。此外,我们表明,RI被MI钢筋使用BMI技术培训。这些结果有助于理解MI在脊髓神经回路的影响。

大量的电生理研究调查皮质的兴奋性和脊髓通路在MI已经完成。在先前的研究中使用经颅磁刺激,许多研究人员表明,皮质脊髓束的兴奋性增加在MI (9- - - - - -12]。因此,MI-induced调制被认为发生在皮层水平。然而,人们很少知道MI对脊髓神经回路的影响,用几种方法(即测量。F、H反射波,cervicomedullary刺激,和运动诱发电位)。Cervicomedullary stimulation-evoked潜力,提供一个直接测量运动神经元兴奋性的引起一个凌空降在锥体交叉轴突,增加在MI (49]。此外,F波出现的频率,F波是由爆胎的α运动神经元,也增加了在MI (50,51]。因此,心肌梗死可能会生成一个潜意识的冲动,不诱导α运动神经元的放电。这项研究的结果表明,不仅α运动神经元,而且中间神经元在脊髓水平被调制在MI,因为我们观察到增加disynaptic和突触前抑制受体激动剂肌肉在MI患者的中风。这些调节类似于那些在电动机执行(52]。在先前的研究中,作者认为,国际扶轮的拮抗剂肌肉可能发生在大脑皮层和脊髓水平进行测量时采用间接的方法例如经颅磁刺激和H反射在MI (53,54]。在我们的研究中,我们直接显示,国际扶轮的拮抗剂肌肉增加在脊髓水平使用货代H反射检测范式在MI患者的中风。

国际扶轮的数量,尤其是突触前抑制不同取决于病变包括大脑皮层。这些结果暗示患者脑损伤,包括大脑皮层不能充分调节他们的脊髓神经回路在MI。几个假说可以解释这个观察。第一个假设是,运动图像不是由皮质病变患者表现良好。MI性能障碍的机制尚未阐明。MI是一个行动的内部表示没有任何明显的运动输出。因此,它的起源是一个内部过程在大脑皮层的水平。事实上,顶叶损伤削弱MI性能(55,56]。在这项研究中,大多数病人的大脑皮层顶叶病变组实质性损害,因为在大脑中动脉脑梗死。虽然我们没有受损区域精确的调查,我们推测,患者皮质病变组不能正确执行动觉MI。因此,MI效应的差异分数RI皮质病变组和皮层下病变组之间可能反映了心肌梗死的生动。这一发现应该在更大的within-subgroup验证样本在未来的研究。

第二个假设也是可能的。之前的研究表明,在脊髓水平皮质突触前抑制介导的(57- - - - - -60]。因此,病变在脑站点可以防止皮质介导抑制机制的变化发生在脊髓水平。这个假设2我们研究的结果是一致的。突触前抑制在MI MI患者使用BMI技术训练强化了皮层下中风的感觉运动皮层幸免于难。因为突触前抑制在其余条件没有改变,我们认为塑料改变没有发生在神经系统水平较低,与国际扶轮密不可分。MI-induced降序凌空的中间神经元参与突触前抑制可能增加BMI后康复。BMI训练,μERD被用作生物标记的运动意图。在先前的研究中,Takemi等人报道,ERD的数量在MI与皮质脊髓的兴奋性和脊髓运动神经元的增强作用[14,50]。ERD连续在MI逐渐增加BMI康复会议(61年]。因此,MI-induced下行凌空由BMI的影响增强康复期间可能会增加突触前抑制MI。这个结果支持假设在脊髓水平皮质突触前抑制介导的。

我们的研究有一些局限性。首先,小样本大小是一个限制,有些变量可能显示组之间没有显著差异,因为小样本的大小。不平衡样本关于中风的严重程度也是一个限制。本研究样本不包括病人相当温和的麻痹性痴呆。第三,执行MI的能力和MI没有评估的质量。在未来的研究中,执行MI的能力应与问卷调查评估(例如,动觉和视觉意象问卷)。尽管有这些限制,我们认为,目前的研究结果有助于理解MI对脊髓神经回路的影响,也有用补充证据的有效性MI训练患者的斯托克城。

5。结论

我们的发现表明国际扶轮的拮抗剂肌肉增加而想象受体激动剂的收缩肌肉患者中风和RI被MI培训使用BMI钢筋。

信息披露

手稿已经在以下链接作为一个抽象的“社会诉讼/临床神经生理学123 (2012)“:http://www.clinph - journal.com/article/s1388 - 2457(12) 00074 - 0 /抽象。

的利益冲突

作者声明没有竞争的经济利益。

作者的贡献

Michiyuki Kawakami博士和藤原Toshiyuki导致了概念/想法/研究设计和项目管理。Michiyuki Kawakami博士实在浩平表示,先生和女士洋子高桥写的手稿。Michiyuki Kawakami博士,明子Nishimura博士和刘Meigen招募参与者和收集数据。Michiyuki Kawakami博士,女士Miho Hiramoto,明子Nishimura博士和藤原Toshiyuki执行数据分析。Michiyuki Kawakami博士和刘Meigen设施/设备提供。Michiyuki Kawakami博士,藤原,Toshiyuki博士和刘Meigen采购资金。Michiyuki Kawakami博士先生实在浩平表示,洋子高桥女士,女士Miho Hiramoto,藤原,Toshiyuki博士和刘Meigen提供咨询(包括复习之前的手稿提交)。

确认

这部分工作是由日本社会科学促进KAKENHI批准号JP16K19521 Michiyuki Kawakami和大脑科学战略研究项目由日本医学研究和开发署(艾湄湾)。

补充材料

补充表1:MI影响国际扶轮的结果两组除以方位感的严重性,痉挛状态,和中风的位置。(补充材料)