神经可塑性

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神经可塑性/2020/文章

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体积 2020 |文章的ID 3069639 | 8 页面 | https://doi.org/10.1155/2020/3069639

橡胶手错觉和兴奋性波爆发刺激对触觉的影响:初步研究

学术编辑器:马可Sandrini
收到了 2020年1月16日
接受 2020年3月11日
发表 2020年4月1日

抽象

同时刺激自身隐藏的手和可见的假肢可以改变身体的自我知觉,影响自发性的神经可塑性。橡胶手错觉(RHI)实验通过同时抚摸视野中的橡胶手和参与者视觉上被遮挡的手,产生橡胶手拥有和手臂移动的错觉。本交叉的目的,安慰剂对照,单盲研究旨在评估是否开展,结合高频重复经颅磁刺激(rTMS)作为间歇(兴奋)θ破裂刺激(髂胫)应用在手部的主要感官区域(S1)可以增强触觉在一群21健康受试者和一个颈脊髓损伤患者。四个实验涵盖了RHI和TBS的真实和虚假刺激的所有组合:真实的TBS和真实的RHI,真实的TBS和虚假的RHI,虚假的TBS和真实的RHI,两种条件都是虚假的。虚假的TBS条件和实际开展的显示效果最大本体感受的漂移(平均2.3厘米,差2)和开展调查问卷的得分(平均3,差2)对照组以及实际的条件(中位数2,差2)。虚假的TBS和实际开展的条件还显示最好的结果在电感知测试病人的(平均1.9 mA)。相反,通过TBS上调S1的皮层兴奋性似乎会削弱RHI的作用。这可能是由于中枢神经系统和神经末梢之间自上而下的连接加强了,从而减少了RHI。这一发现有助于理解在健康受试者和脊髓损伤患者中自上而下和自下而上的机制。RHI范式代表了一种有趣的改善触觉的治疗方法,而rTMS技术可以调节这些效果。然而,需要进一步的研究来检验TMS和RH相互作用的方向。

1.介绍

由于其可塑性,大脑以多种方式适应传入信号的改变,包括皮质躯体形态的改变和身体自我知觉的改变[1,2]。测试这种具体化的感觉和自我与环境分离的一种方法是橡胶手错觉(RHI) [3.]。RHI的实验模式通过同时抚摸可视的橡胶手和参与者视觉上被遮挡的手,产生一种橡胶手拥有和手臂移动的错觉[4]。在一个典型的设置中,参与者的手被隐藏起来并受到触觉刺激,而假橡胶手也受到同样的刺激。通过适时同步的视觉和触觉输入,通过贝叶斯感知学习原理诱发错觉感受[5]。

在过去,一些研究可以证明RHI对身体的影响。Schaefer及其同事[6研究表明,在像RHI这样的视觉活动操作之后,健康参与者的大脑能立即适应新的环境。在这项脑磁图(MEG)研究中,参与者看到一个1号手指在他们面前的桌子上的数字屏幕上被触摸。与此同时,他们自己的手指被触碰,隐藏在视线之外。参与者报告说,当他们体验到拥有这只数字手时,他们会感觉到抚摸自己的第一根手指而不是第五根手指。作者观察到脑磁图中躯体感觉皮层5位数字的皮层表征源扩展增加。在另一项研究中,同一个研究小组让健康的参与者产生拥有三只手的错觉,并通过MEG观察到大脑皮层中第一个手指的位置向更内侧和上方移动[7]。此外,有一个病人的不寻常案例,他在臂丛损伤后失去了上肢感觉,并发展出只局限于耳朵的手臂幻觉,已被描述[8]。这些结果表明,感官侏儒是相当反射体的大于由物理刺激的表示所感知的形状。

Moseley及其同事[9成功地在健康参与者中诱导RHI,并测量了他们上肢和下肢的皮肤温度。受刺激肢体的温度下降了0.25-0.27℃,而其他没有受到错觉影响的肢体温度没有变化。作者指出,真实的身体部分与身体所有权是分离的,取而代之的是一个人造的对等物。

然而,在另一项研究中,在RHI中,温度差异与手拥有的主观感受并没有严格相关[10]。

但这种自适应神经可塑性在改善脊髓损伤(SCI)患者的触觉方面仍具有优势[11]。由创伤性或非创伤性损伤引起的脊髓损伤不仅对传出和传入连接有很大影响,而且对中枢神经系统本身也有很大影响[12]。Lenggenhager等。报道了手指的增加在两例SCI和感觉的手指灵敏度,以前麻木施加RHI [后11]。

在这项初步研究中,我们旨在探索改变身体所有权对健康对照组和SCI患者的影响。我们假设这种增加的触觉灵敏度可以通过重复的经颅磁刺激(rTMS)增强。事实上,高频rTMS可以上调皮质兴奋性[13,因此可以诱导自上而下交流的增加,并增强相关大脑区域的连通性。此外,rTMS被认为触发皮层突触的长期电位,从而影响长期可塑性[14]。

一种完善的rTMS方案是所谓的theta burst stimulation (TBS),它采用低强度,对正常受试者具有强大的、持久的效果。不同的TBS模式对受刺激皮层的突触效率产生相反的影响。间歇性TBS (iTBS)已被证明可增加运动皮层兴奋性,而连续TBS (cTBS)可降低皮层兴奋性[15]。

2.材料和方法

2.1。参与者

21名健康的参与者被招募进来,其中一人因为个人原因停止了研究。三名参与者必须从数据分析中排除,因为不能得出RHI。在最后的样本中,10名男性和7名女性参与,平均年龄29岁(标准差8.6岁)。我们招募了一名男性非创伤性SCI (AIS C)患者。他64岁,因金黄色葡萄球菌败血症而患有不完全C4 SCI(6个月)。该研究由当地伦理委员会批准(415-E/2085/4-2016),所有参与者签署知情同意书。实验对象对这些方法的耐受性良好,未发生意外事件。

2.2。研究设计

这是一个交叉的,假对照的,单盲的,平衡的研究。它为每个参与者包括四个阶段,涵盖了RHI和TBS的真实和虚假刺激的所有组合:真实的TBS和真实的RHI (rTBS rRHI),真实的TBS和虚假的RHI (rTBS sRHI),虚假的TMS和真实的RHI (sTBS rRHI),以及两种条件的假刺激(sTBS sRHI)。会议的顺序是平衡的,每个参与者都不一样。为了排除TBS的结转效应,在单个疗程之间至少给予一周的时间。在每一阶段的开始,通过电感知测试(EPT) (before)记录被试的触觉阈值。然后分别进行TBS、RHI和EPT (after)。数字1示出了用于会话中的一个可能的顺序的过程。

2.3。橡胶手错觉

RHI是按照Botvinick和Cohens描述的程序进行的[3.]。参与者的手被盖在桌子上,而橡皮手被放在参与者的面前。实验人员用两把刷子同时刺激真正隐藏的手和橡胶手两分钟(频率约为。1赫兹),使参与者感觉到刷子在触摸自己的手,同时看到橡皮手被触摸。在假手条件下,对真手和橡胶手进行异步刺激(延迟时间约为1小时)。500 ms)。橡胶手上覆盖着医用手套,以增加与参与者手的相似度。RHI的效果通过以厘米为单位的本体感受漂移(ppd)进行测试,量化自己的手向橡胶手移动的感觉,并通过Botvinick和Cohen的标准化九项问卷进行测试[3.]翻译成德语由作者。问卷是在每次会议上填写,只是RHI后。该项目让参与者表达对陈述的协议。可以得到的最低得分是1,这意味着与语句,如有效地感知假象协议。得分最高的是7,表明参与者完全符合的问题陈述不一致。只有第3个问题(Q1-Q3)描述了错觉的有效性的,而其他六个问题充当暗示控制。因此,我们的研究焦点议题奠定了在Q1-Q3。质疑没有。1:“这好像是我在的感觉,我看到了橡胶伸手摸了摸位置画笔的联系。”质疑没有。 2: “It seemed as though the touch I felt was caused by the paintbrush touching the rubber hand”. Question no. 3: “I felt as if the rubber hand were my hand.”

2.4。Prestudy

为了排除在假象的有效性丧失,由于脱敏或学习过程中不同的会话作用,对RHI一个研究前被进行。20种健康人参加,10名女性和10名男性,18至50岁的年龄范围(平均31岁)每个会话之间2-6周的时间间隔仅收到RHI 3倍。每个应用程序都在像主要研究相同的方式进行,由同一实验者。所收集的数据进行统计学分析用ANOVA型试验。

2.5。西塔爆发刺激

对于经颅磁刺激,我们使用了MAG & More的PowerMAG研究设备。刺激模式由rTMS软件界面触发。首先,通过单次TMS脉冲发现右半球个体静息运动阈值(RMT)和第一骨间背侧(FDI)运动热点[16]。

主躯体感觉皮质(S1)对侧向左FDI用兴奋ITBS刺激。iTBS reaches the maximum facilitating effect due to a higher frequency consisting of three pulses with 50 Hz, given in ten trains for 2 seconds following an 8-second break. This is repeated 20 times, summing up to 600 pulses in 200 seconds (Figure2)[15]。强度降低到RMT的80%。

在第一阶段,参与者戴上一顶浴帽,帽上标出了鼻和耳轴,以及运动热点和右半球内左手的S1区域(对于S1皮层,运动热点向后移动了2厘米)。这顶帽子在接下来的所有会议中都被使用,以确保皮层上相同的区域受到刺激。在假性条件下,采用相同的刺激方案,但经颅磁刺激线圈以90度从颅骨翻转。在sham TMS和sham RHI条件下,由于TMS装置的技术问题,sham TMS不能应用于患者。所有参与者都没有经历经颅磁刺激的任何副作用。

2.6。电感知测试

EPT是一种完善的、客观的、易于比较的感觉测试方法[17]。为测试手的体感阈值,采用DEYMED诊断的4通道肌电图TruTrace系统进行EPT检测。参与者接受电刺激(单相方波,持续200μ通过C6、C7和C8的双极电极。通过增加0.1 mA步(从0到2 mA)、0.2 mA步(从2到5 mA)和0.5 mA步(从5到10 mA)来测试每个皮肤节的阈值,直到参与者感受到刺激。强度由上至下交替增加和减少至阈值(下降和上升试验)。在RHI和经颅磁刺激前后,每个皮肤科重复下行和上行试验3次。手上的刺激位置用笔标记出来,以确保在测试开始(之前)和结束(之后)之间没有变化。

2.7。统计分析

对于健康对照组的数据,EPT测量值平均三次试验。调查问卷的数据,EPT测量和本体感受漂移值描述性总结,用中位数和四分位数。患者的数据没有被统计处理。特别是,健康对照和SCI患者之间的差异的统计显着性无法评估,因 在后一组中。此外,由于本研究的探索性,我们对对照组进行了假设检验。所有的分析都使用R版本3.5.1 (R Core Team 2018)进行。

3.结果

3.1。Prestudy

在预研究的结果表明,RHI成功启动,作为本体感受漂移是相比之前(幻觉后高 )。数据还表明,在本体感受漂移无差异( )及问卷的答案( 问题1 = 0.173, 问题2的值是0。677 问题3的数字= 0.985)3.4);因此,多次重复RHI,没有观察到时间趋势。

3.2。电感知测试

在健康对照组,有在前后TBS和RHI刺激后之间的阈值无差异,在既不C6,C7,C8,也不在无的检查条件。此外,有(单条件之间没有差异表1)。


C6 C7 C8

设置 EPT (mA)(差) EPT (mA)(差) EPT (mA)(差)
rTBS rRHI 0.1 (0.4) 0.1 (0.4) -0.1 (0.7)
rTBS sRHI -0.1 (0.3) 0.3 (0.6) 0 (0.8)
机顶盒rRHI 0 (0.2) 0.1 (0.6) -0.1 (0.5)
机顶盒SRHI 0.1 (0.2) 0 (0.5) -0.2 (0.7)

rRHI:真正的橡胶手错觉;sRHI:假橡胶手错觉;rTBS:真正的theta脉冲刺激;sTBS: sham theta burst刺激。

在SCI患者中,TBS和RHI刺激前后获得的阈值存在差异(表)2)。当同时考虑所有三个皮小体时,假TBS和真实RHI条件的敏感性改善最大(中值1.9 mA),假RHI条件的改善最小(中值-3.5 mA),真实条件的改善高于真实TBS和假RHI条件。根据这一点,RHI的应用导致了敏感性阈值的降低,最有效的不需要TBS刺激。


C6 C7 C8

设置 EPT (mA) EPT (mA) EPT (mA)
rTBS rRHI 1.2 1.9 0.9
rTBS sRHI 0.1 1.8 -0.3
机顶盒rRHI 0.8 1.9 2.3.
机顶盒SRHI 0.4 -4.7 -3.5

rRHI:真正的橡胶手错觉;sRHI:假橡胶手错觉;rTBS:真正的theta脉冲刺激;sTBS: sham theta burst刺激。
3.3。本体感受的漂移

In healthy participants, the greatest effect on the ppd was observed in the sham TBS and real RHI condition (median 2.3 cm, IQR 2). In the real-real and real TBS and sham RHI conditions, the median ppd was 1.4 cm (IQR: 0.8 and 2, respectively) and 0.8 cm (IQR: 2.3) in the sham-sham condition (Figure5)。

在病人身上,本体感受漂移在真实情况下为负的(-3.2 cm),这意味着病人主观地估计了他的手离橡胶手更远的位置,而不是更靠近橡胶手。在假TBS和真实RHI条件下,ppd效果最好(2.3 cm)。假性RHI的情况没有显示任何移动(0厘米)或负移动(-1厘米)的手(图)5)。

3.4。调查问卷

综合第一季度到第三季度的分数,在对照组中,错觉似乎在伪TBS、真实RHI和真实条件下最为有效(见表)3.和图6)。患者主观感觉的错觉在假、真、真三种情况下最有效;假TBS和真实RHI的效果最差。


控制
设置 Q1(差) Q2(差) 第三季度(差)
rTBS rRHI 1 (1) 3 (4) 3 (2)
rTBS sRHI 3 (4) 5.5(2) 5 (3)
机顶盒rRHI 1 (1) 3 (3) 4 (3)
机顶盒SRHI 5 (4) 5 (3) 6 (2)

患者
设置 第一季度 第二季 第三季
rTBS rRHI 1 1 1
rTBS sRHI 1 1 7
机顶盒rRHI 1 7 3.
机顶盒SRHI 1 1 1

rRHI:真正的橡胶手错觉;sRHI:假橡胶手错觉;rTBS:真正的theta脉冲刺激;sTBS: sham theta burst刺激。

总结的结果,病情假TBS和实际RHI显示患者和对照组的PPD并在患者的EPT的影响最大,以及(与真正的TBS和实际RHI条件一起)问卷得分在对照组(表4)。


条件 产后抑郁症 EPT 调查问卷
控制 患者 控制 患者 控制 患者

rTBS rRHI ↑↑ ↓↓ ↑↑ ↑↑↑ ↑↑↑
机顶盒rRHI ↑↑↑ ↑↑↑ ↑↑↑
rTBS sRHI ↑↑ ↑↑ ↑↑
机顶盒SRHI ↑↑↑

rRHI:真正的橡胶手错觉;sRHI:假橡胶手错觉;rTBS:真正的theta脉冲刺激;sTBS: sham theta burst刺激;产后抑郁症:本体感受的漂移;EPT:电感知测试。箭头表示→无效果,↓负面效果,↑表示正面效果。箭头的数量表示效果的强度。

4.讨论

本研究结果表明,RHI本身对S1有很大的影响,但它似乎被S1上的兴奋性TBS“干扰”了。对照组的问卷调查结果符合真实RHI条件最有效的预期。由于真实和虚假TBS条件下的分数仅略有差别,TBS似乎对RHI自我报告的主观强度没有影响。

西勒及其同事[18假设S1的刺激可以增强健康受试者从外周到皮质的自下而上传导。这种传导越强,RHI的效率越低。多项经颅磁刺激(TMS)研究表明,在健康参与者中,通过运动诱发电位(MEP)振幅的评估,皮质兴奋性显著降低,在RHI体验期间伴有真手的分离[19,20.]。这些发现与我们的结果一致,显示在iTBS诱导的皮质兴奋性上调后RHI效应降低。

Mussap和Salton讨论了强的自上而下和自下而上传导可以减少错觉的影响的概念[21,该研究研究了贪食症患者的身体所有权和不健康的身体发育(过度运动和化学物质使用与心理方面的负面自我评价)。此外,在本研究中,一个成功诱导的RHI表明一个固有的不稳定的知觉身体形象。据报道,精神分裂症患者的RHI较强,这可能是由于传入的环境信息失真,导致自上而下的调节减少[22,23]。

有趣的是,我们的数据显示,健康参与者的RHI效果比SCI患者要低。研究表明,RHI能够揭示SCI中的塑性现象。面部的触觉刺激会促进手部代表性丧失的四肢瘫痪患者的手拥有感[24]。在另一名脊髓损伤患者中,疼痛和躯体感觉被发现暂时性正常化为幻觉的躯体所有权[25]。因此,纠正受影响的躯体表征可以恢复“正常”的躯体感觉知觉,并诱发与SCI患者相关的镇痛效应。但是,需要更大的SCI患者样本来证实这一印象和这些初步发现。

当S1以及由此而来的自底向上和自顶向下连接被上调时,RHI本身的效率就会降低这些机制可能解释了伪TBS和真实RHI条件下的强效应。因此,在贪食症和不健康身体发育患者中所描述的影响可能与SCI患者相似,之前的文献中没有讨论过。

还应考虑,在RHI过程中,不仅S1可能高度参与,而且可能激活多个脑区组合,如后顶叶皮层、腹侧运动前皮层、外侧体区[26、颞顶交界处[27],内沟和横向枕皮质[28]。此外,这些地区之间的连通性也十分重要。RHI未能增加的原因是只有S1受到了刺激。在未来的研究中,探索单独或联合刺激其他领域的效果将是非常有趣的。另一个限制因素是S1从电机热点出发的导航。理想的情况下,神经导航将被用来确定线圈在S1上的位置,考虑到手部躯体的潜在重塑。

虽然ppd是测量RHI客观感受的常用方法,但其结果存在争议。罗德及其同事认为,ppd并不一定代表RHI的有效性[29]。在他们的研究中,在没有任何抚摸的情况下,不同步的刺激也能引起漂移。

根据我们的数据,假RHI条件显示高于预期,例如,在PPD和健康参与者的问卷更强的效果。看来,橡胶手被整合好,很快就进入了自己的身体感觉,而它实际上可能是异步的假刺激,真正导致实施方式的触感斗争。

Karabanov等人也观察到了这一效应[。30.在他们的研究中,只有当橡胶手不配合一个人的身体知觉时,才会有感觉-运动冲突。他们发现,在RHI期间,parie -motor交流表现出正常的行为;然而,在假刺激期间,这种联系被顶内沟和M1之间的生理抑制减弱所干扰。西勒及其同事[29观察到在无幻觉条件下M1和S1比有幻觉条件下有更强的反应。

5.结论

我们结合了HF rTMS和RHI两种方法,旨在获得RHI的超相加效应,验证其对SCI患者触觉的影响。我们的初步资料只包括一名脊髓损伤患者,应该仔细解释。然而,我们发现,HF rTMS非但没有增强RHI的效果,反而似乎抑制了它,可能是通过增加自下而上和自上而下的连接。因此,RHI本身可能对改善SCI患者的触觉有有益的作用。然而,通过兴奋性rTMS刺激S1可能无法增强这种效应。因此,可以想象,与间断的TBS不同,已知可以下调皮质兴奋性的连续TBS可能会成功地增强RHI,从而提高触觉的改善。由于RHI只需要便宜的设备,而且不会产生任何副作用,因此它是一种很有前途的治疗感觉受损患者的方法。然而,由于目前调查的探索性,不能得出明确的结论。因此,在未来的研究中,RHI及其与经颅磁刺激(TMS)技术的结合作用还需要更仔细的研究。

数据可用性

原始数据可通过邮件索取:v.frey@salk.at

利益冲突

所有作者声明,他们没有利益冲突。

致谢

这项研究由萨尔茨堡脊髓损伤和组织再生中心项目(SCI-TReCS)资助。

参考

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