人类运动皮层Electroacupuncture-Induced可塑性之间的不同表示形式

文摘

躯体感觉刺激能有效地诱导刺激的运动皮层可塑性的表示身体部位。具体的不同表示形式之间相互作用已报告在初级运动皮层。然而,研究评估躯体感觉电极刺激诱发的可塑性不同稀疏表示在初级运动皮层。本研究的目的是调查的影响躯体感觉刺激的调制在初级运动皮层可塑性不同表征。十二个健康志愿者接受电针刺激(EA)和虚假的EA在TE5穴位(位于前臂)。可塑性变化不同的表征,包括地图,地图区域,重心(齿轮)进行评估,经颅磁刺激(TMS)之前和之后的干预。EA显著增加的地图体积相比,前臂和手表示虚假的EA和显著降低的地图体积比EA前脸表示。没有发现明显的变化在地图上手臂和腿EA后表示,同样的,没有明显的地图区域和齿轮的变化被观察到。这些结果表明,EA函数作为一种躯体感觉刺激有效诱导在初级运动皮层可塑性不同表示,这可能是与广泛的水平之间的内在连接不同的表征。躯体感觉刺激引起的大脑皮层可塑性可能故意用来调节人类大脑皮层的功能。

1。介绍

在20世纪中期,潘菲尔德和他的同事描述了一种人类初级运动皮层的躯体位置图,显示的大致分布在人类身体的部分表示皮层(1]。相邻的皮质表示身体部位已被证明广泛重叠(2),而且,据报道,运动皮层包含的皮层纤维网络互连各种皮质运动表征(3]。这个网络是动态的,包含一个解剖地形可塑性生长的基质。

躯体感觉刺激已经证明调节在初级运动皮层可塑性(4),主要是定义为一个皮质的兴奋性和区域变化表示。在健康受试者,短期电刺激周围神经或肌肉运动点可以增加的运动皮质兴奋性刺激身体部位(5]。另外,长期每日的应用经皮神经电刺激(十)手肌肉已被证明导致的扩大刺激肌肉的皮质表示(6]。针灸、安全、无痛,容易执行的躯体感觉刺激方法,还可以调节在初级运动皮层可塑性(7]。这已经证明,例如,通过功能性磁共振成像(fMRI)的一些研究显示,针灸在GB34腿的穴位激活运动皮层在健康受试者8和帕金森症患者9]。此外,经颅磁刺激(TMS)的一项研究表明,针刺合谷的手明显改变了运动诱发电位(MEP)振幅的肌肉在健康受试者10]。

然而,更了解躯体感觉运动皮层电极刺激诱发的可塑性不同表征。有证据表明,运动皮层的无创性脑刺激可能诱发across-representation初级运动皮层可塑性。重复经颅磁刺激(rTMS)的脸或手表示导致相邻的一个抑制活动手臂表示在短暂性脑缺血神经阻滞在健康受试者11]。此外,大量的研究表明,运动皮层的不同表示例之间的可塑性发生周围神经病变的12,13),脑损伤(14],运动实践[15),和运动学习16]。更重要的是,调制提出了不同表示形式之间的可塑性发挥关键作用在动物损伤功能恢复(17,18和神经障碍患者19- - - - - -21]。到目前为止,虽然躯体感觉刺激治疗,包括电针刺激(EA),已经广泛用于神经功能的康复22- - - - - -24),他们的作用机理仍然未知。

本研究使用EA躯体感觉刺激适用于前臂和前臂的调查皮质的变化表示,一方面,上臂,脸,腿在健康志愿者。运动皮层的变化表征进行评估使用经颅磁刺激的协议测试大脑皮层的兴奋性和大小的差异表示(25]。基于先前的调查结果,中央刺激诱发塑性在初级运动皮层(11),我们假设EA前臂将引起全球效应的不同表示,这可能提供一种新的方法治疗神经系统疾病。

2。材料和方法

2.1。主题和实验设计

十二个健康,右手成年人(26 - 35周不等岁;1男)参与了这项研究。受试者没有接受针灸研究开始前的一个月,没有神经,精神或其他医疗问题或报告任何禁忌症经颅磁刺激(26]。所有与会者都了解该研究的潜在益处和风险并提供书面同意参加。本研究经伦理委员会批准广东省中医医院(批准no.bf2019 - 040 - 01)。

研究时间表是描绘在图1 (c)。每个主题收到真实的和虚假的EA在单独的会话,洗脱期至少2周。干预措施的顺序(real-sham或sham-real)被选为每个参与者随机。这项研究是在中国临床试验注册中心(没有注册。chictr - 1900026290)。

2.2。干预

受试者舒舒服服地坐在扶手椅上,被要求在干预保持放松。针灸是由相同的有经验的针灸师在无菌条件下使用一次性针灸针(直径0.25毫米;25毫米的长度;Hwato、苏州医疗器械厂、苏州、中国)。

本研究使用了“Waiguan”(TE5)穴位,位于前臂的后部,中点的半径与尺骨骨间的空间,2 B-cun近端背手腕折痕(27)(图1(一))。在每一个EA会话,针灸在右前臂TE5执行真正的针灸插入深度约10 - 15毫米。在主题报告在针灸,德气的感觉神经刺激器(hans - 200 a的扛鼎之作医疗技术有限公司,南京,中国)被用来执行EA (2 Hz)在一个舒适的强度取决于个人的宽容。在虚假的EA会话,无创性钝针(直径0.25毫米;长度,25毫米)支持的一块海绵垫子作为针灸设置(28]。EA和虚假的EA干预持续了30分钟。

2.3。肌电图(EMG)

EMG记录来自下面的肌肉侧的针灸穴位EA会话:第一背侧骨间的(FDI);伸肌indicis proprius (EIP);三角肌(DM);眼轮匝肌(OO);和胫骨前(TA)。然而,只有EIP和外商直接投资在虚假的EA会议记录。

表面从目标肌肉肌电图记录使用9-mm-diameter Ag / AgCl表面电极belly-tendon蒙太奇。响应被输入到一个放大器通过过滤器的带通20 - 2000 kHz,数字化和存储在一个电脑后离线分析。因为皮质脊髓兴奋性取决于肢体姿势(29日),所有参与者保持特定的肢体位置,如下所述,舒服地坐在椅子上。

FDI和EIP录音,受试者保持静态手腕扩展和放松手指和前臂放在一个扶手。OO录音,受试者被要求眨眼略适度激活OO肌肉。DM录音,激活对象的中产三角肌,三角肌的中间部分被绑架的肩膀在30°角,把他们从树干。TA录音,受试者受到一个灵活的重量放在右脚的背允许10%的最大志愿等长收缩。

2.4。经颅磁刺激协议

基于Nicolini描述的方法等。25),应用经颅磁刺激的运动皮层左半球在干预前后(EA /虚假的EA) Magstim超级快速磁刺激器(Magstim公司,德维得,英国)配备了8字形线圈(外部翼直径70毫米)。线圈导向在45°斜矢状面,感应电流流动方向经历(图1 (c))。所有科目穿着紧身帽坐标(网格, )。休息运动阈值(RMT)被定义为引起> 50的最小刺激强度μV峰振幅在50%的试验中剩下的肌肉(FDI和EIP)(无肌肉收缩)。此外,活跃的运动阈值(AMT)被定义为引起> 100的最小刺激强度μV峰振幅与肌肉收缩50%的试验(OO, DM和助教)。电机每一块肌肉是由“热点”提供一个经颅磁刺激脉冲电动机阈值,每一个网格点,随后确定网格中的位置与最大峰议员。映射的经颅磁刺激强度是设定在120%的运动阈值(RMT或AMT)。六个连续的脉冲间隔4 - 5秒的时间间隔被送到每一个点的网格。网格点被认为是反应是否引发了至少三名欧洲议会议员。对于每个肌肉,峰三TMS刺激MEP振幅平均在每个网格点来确定最大议员平均振幅。只有网格点,引发议员平均振幅≥20%的最大平均议员振幅被认为是活跃的站点和包含在地图。一般网站带分隔符的映射的边界。

2.5。经颅磁刺激的结果

提取的经颅磁刺激变量包括以下几点:(1)地图体积,(2)地图区,(3)重心(齿轮)。地图体积计算平均振幅之和在所有活动网站。一个标准化的网格( )跨科目使用,活动网站的数量准确代表区域的地图(厘米吗²)。齿轮是计算使用方程(1)和(2),代表了议员们的平均振幅产生在一个活跃的网站(30.]。

2.6。统计分析

使用IBM SPSS对数据进行分析统计为Windows 20.0版。正常使用Shapiro-Wilk正常测试的数据进行了测试;一些数据集不符合正常标准,非参数统计被用来统计分析。所有的数据呈现的 (SD)。Wilcoxon符号秩测试是用于比较数据前(pre -)和后(post -)干预。Mann-Whitney - - - - - -测试被用于比较之间的数据组。 被认为是具有统计学意义。

3所示。结果与讨论

十二个参与者完成了研究过程没有报告的副作用。生议员数据从一个代表主题图所示2。

3.1。EA对地图的影响

EA的影响图如图3。EA和虚假的EA组之间没有显著差异的观察到基线的前臂(EIP;pre-EA, 与presham EA, ; , ,Mann-Whitney - - - - - -测试)和手(外国直接投资;pre-EA, 与presham EA, ; , ,Mann-Whitney - - - - - -测试)。这两种表示,大幅增加在EA组干预后观察(EIP: pre-EA, 与post-EA, , , ;外国直接投资:pre-EA, 与post-EA, , , ;Wilcoxon符号秩检验),而虚假的EA组无显著变化(EIP: presham EA, 与postsham EA, , , ;外国直接投资:presham EA, 与postsham EA, , , ;Wilcoxon符号秩检验)。此外,EA的重要群体间的影响观察前臂和手表示(EIP: EA, 与虚假的EA, , , ;外国直接投资:EA, 与虚假的EA, , , ;Mann-Whitney - - - - - -测试)。然而,显著减少后观察EA表示的脸(OO: pre-EA, 与post-EA, , , )。没有观察到显著变化的上臂和腿表示(DM: pre-EA, 与post-EA, , , ;助教:pre-EA, 与post-EA, , , ;Wilcoxon符号秩检验)。

3.2。EA对齿轮的影响

表示映射在当下研究的齿轮包括medial-to-lateral腿,上臂、前臂、手,脸表示。前臂的齿轮(EIP: pre-EA, , )和手(FDI: pre-EA, , )表示在接近。我们观察到齿轮的无显著变化表示干预后(所有肌肉: ,Wilcoxon符号秩测试)(表1)。

3.3。EA在地图区域的影响

我们没有观察到明显的变化在地图区域对于任何表示干预后(所有肌肉: ,Wilcoxon符号秩测试)(表1)。

3.4。Within-Representation可塑性

EA在前臂TE5地图的前臂肌肉量增加(EIP),表明在前臂表示(图兴奋性增加3(一个))。早期的研究报道,MEP波幅的变化引起的躯体感觉刺激脊椎上的(31日- - - - - -33)的影响γ酸氨基丁酸(GABA) -ergic机制(34]。因此,地图体积的增加引起的EA没有便利的结果脊髓电路,而是运动皮层的便利。EA在前臂TE5导致相当大的地图体积的增加大脑皮层的运动表示在没有变化的区域和齿轮电机的地图。这表明EA导致皮质兴奋性的改变,而不是分布的表示。地图区域和齿轮的变化可能发生由于长期躯体感觉刺激或长期剥夺截肢后躯体感觉输入。在健康受试者,长期每日数万肌肉的手(6)或日常培训的协调运动(15)的结果在一个扩大的皮质表征目标肌肉。近端肢体的截肢者,表示已被证明进军deafferented皮层(代表)和皮质刺激的手表示已被证实能唤起收缩的截肢树桩35,36]。因此,缺乏区域和齿轮的变化可能是由于短期刺激应用于目前的研究。

3.5。前臂和手之间的可塑性表示

前臂刺激增加了地图的前臂(EIP)表示,同时类似效果的手(图(FDI)表示3(一个)),这表明EA-induced coactivation前臂和手的表示。这一研究获得的结果类似于那些在以前的研究报道。删除后的一项研究发现,针LI11和TE5(位于前臂)、FDI的MEP波幅显著增加相对于基线(37]。此外,外周神经刺激的手腕被证实同时诱导标志皮质兴奋性的变化多手的肌肉(5]。这种可塑性可能密切相关的广泛的水平之间的内在连接这些表示的运动皮层(3,38]。这些表示的内部组织内的运动皮层是最好的形容为一个网络有广泛分布重叠。皮层microstimulation在前肢表示在一个位置显示数字和手腕的同时诱导运动(39,40]。此外,手和前臂的齿轮表示本研究是在近距离(表1),表明高水平的这两个领域之间的重叠。许多研究报道前臂和手表示之间的重叠激活人类运动皮层。例如,一个功能磁共振成像研究观察到,这些领域表现出共享激活后的手和前臂运动(2]。此外,TMS多条肌肉映射研究报告> 70%重叠的手和前臂的肌肉41]。然而,先前的研究显示前臂和手之间的相互抑制作用表现在运动皮层。扩展和横向转移的树桩肌肉表示在长期的上肢截肢患者(42]。此外,动物研究报道扩大手表示,在猴子运动皮层萎缩前臂表示经过长期的手训练,而反向观察经过长期前臂训练(43]。

综上所述,上述研究表明一个特定的活动模式的存在,前臂和手表示形式之间coactivation和相互抑制由于水平内在连接。

3.6。前臂和脸之间的可塑性表示

刺激的前臂不仅增加了地图体积前臂(EIP)和手(FDI)表示,还减少了地图的脸(图(OO)表示3 (b))。这表明EA的抑制性影响脸表示,表示为运动皮质兴奋性降低。动物和人类的数据在躯体感觉皮层可塑性表明变化的输入可以诱发塑性44,45]。之间有抑制作用的前臂和脸表示运动皮层;例如,创伤患者前臂截肢显示向前臂内侧转移自己的脸表示表示(46,47]。后面部神经横断大鼠前肢运动可以从一些网站,只有唤起vibrissal运动可以引起神经横断之前,建议扩大区域内的前肢表示之前面对运动皮层(表示48]。面部麻痹患者的手表示扩展向运动皮层的侧脸表示影响方面(49]。相反,减少手的大小表示侧受影响方逆转后,肉毒杆菌毒素在半面痉挛患者中的应用(50]。

在目前的研究中,增强的躯体感觉输入后EA有效诱导前臂和脸之间的抑制作用在生理条件下表征。先前的研究也报道咽和食管之间的抑制作用表现在躯体感觉刺激的咽51];然而,这种抑制作用的机制尚不清楚。潜皮层连接已经被证明是负责快速重组鼻毛和前肢表示之间的运动皮层后大鼠面神经横断(48]。

3.7。前臂和上臂表示之间的相互作用

在目前的研究中,对前臂的刺激并没有显着影响的地图体积(表上臂表示1),它不同于EA-induced可塑性之间的前臂和手/脸表示。在人类somatotopography,前臂和上肢表示彼此相邻(52]。前臂和上臂表示之间的重叠也被证明在人类运动皮层的功能磁共振成像研究2]。上臂截肢后幻肢痛患者大脑皮层兴奋性增加和上臂表示更大的领土完整的切除侧相比,表明重组(上臂和前臂表示形式之间53]。然而,TMS多条肌肉映射研究观察到高重叠forearm-hand arm-forearm上部肌肉肌肉和低重叠,这或许可以解释为什么上臂表示没有通过前臂刺激在当下研究[41]。刺激参数,如强度、频率、时间和课程,有至关重要的影响在躯体感觉电极刺激诱发的可塑性54]。与我们的研究结果相反,一项研究报道在90年代后运动皮质兴奋性无显著变化的手工针灸在健康受试者55]。因此,艺电刺激参数用于这项研究可能并不足以诱导前臂和上臂表示之间的可塑性。

3.8。前臂和腿表示之间的相互作用

这项研究的结果表明,EA的刺激的前臂并不影响地图体积腿表示,表明前臂和腿之间缺乏somatosensory-induced可塑性表示。这可能是由于大解剖前臂和腿之间的距离。我们的结果表明,该齿轮的前臂和腿表示是天壤之别。此外,腿和前臂表示由手臂和躯干表示,没有水平的内在表征之间的连接腿和前臂。

4所示。结论

本研究的结果强调潜在的躯体感觉刺激作为一个有用的补充治疗神经或面部疾病。我们已经表明,(facilitatory或抑制)可塑性的变化引起的大脑皮层兴奋性躯体感觉刺激刺激区域没有限制,但也延伸到其他领域。这可能涉及到广泛的水平之间的内在连接不同表示形式的初级运动皮层。

数据可用性

所有的数据都包含在本研究可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢于朱和张Zhiqing求助与数据采集和分析。感谢杨夷陵,有用的数据和语言的讨论的建议。这项研究是由国家重点支持的研究和发展项目的中国(2019 yfc1709100 2019 yfc1709102),中国国家自然科学基金(81873381)和广东省医院中医药科学技术研究项目(YN2019ML12)。

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