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前面。Neuroergonomics, 2021年3月19日
物理Neuroergonomics秒。
卷2 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fnrgo.2021.651501

皮质脊髓兴奋性可以解释成手性对电机性能的影响?

马可·安东尼奥·卡瓦尔康蒂加西亚 ^{1、2、3、4} ^*,

Anaelli Aparecida Nogueira-Campos ^2、3,

维克多·雨果·莫拉 ^4、5和

维克多·雨果·苏扎 ^3、6

¹项目Pos-Graduacao em Ciencias da Reabilitacao e Desempenho Fisico-Funcional, Faculdade de Fisioterapia大学联邦de Juiz de论坛Juiz de论坛,巴西
²Laboratorio de Neurofisiologia Cognitiva (LabNeuro) Departamento de Fisiologia研究院Ciencias Biologicas,大学联邦de Juiz de论坛Juiz de论坛,巴西
³Grupo de Estudos em神经Biomecanica Faculdade de Fisioterapia大学联邦de Juiz de论坛Juiz de论坛,巴西
⁴核德尽管em Neurociencias e Reabilitacao Motora,里约热内卢联邦大学做巴西里约热内卢
⁵皇家研究院Biofisica卡洛斯恰加斯球场,里约热内卢联邦大学做巴西里约热内卢
⁶神经科学和生物医学工程,科学,埃斯波,芬兰阿尔托大学

介绍

偏手性特征是横向的偏好或优势一方身体的其他执行感觉或运动时任务(Cochet和伯恩,2013年)。人们制定不同的假设来解释这个神秘的人类特性(Papadatou-Pastou et al ., 2020)。遗传背景(annet 1978;Paracchini Scerri, 2017)在整个神经系统解剖或生理不对称(NS)开发或在成年生活的框架可能导致侧偏好在灵长类动物(Daligadu et al ., 2013)。理解这种不对称的起源是至关重要的发展的有效的针对病人的康复和训练计划。之前的研究使用神经成像(Amunts et al ., 2000;Herve et al ., 2005)和神经生理学技术(哈蒙德et al ., 2004;Souza et al ., 2018外周及中枢NS)试图量化使用尸体解剖不对称,例如(白色et al ., 1994)。

另外,经颅磁刺激(TMS)是一个强大的工具来探测大脑功能变化在活的有机体内。它被用来公布中央NS驱动电机手势在不同身体姿势的偏侧性活动和休息条件(组织et al ., 1994;这et al ., 2001)。经颅磁刺激引发运动诱发电位(MEP)在目标肌肉在初级运动皮层(M1)交付。因此,监测MEP参数的变化提供了一个衡量皮质脊髓兴奋性(CSE)和相关信息的完整性皮质脊髓束(CST),特别是在临床条件(罗西尼et al ., 2015)。在接下来的话题,我们描述最近的发现和建议适合的更深入的分析CSE如何被用于评估神经生理构型的属性。

解剖特点的CSE和构型

根据白色et al。(1994)”,人类有更多的大脑皮层(大概皮层下)电路用于正确的表示比左上肢”。因此,有人可能会假设春秋国旅将大的右边右撇子的脊髓。同样的,相反是对左撇子即使低流行率限制了尸体的方法(9.3 - -18.1%,Peters等人。,2006年;Papadatou-Pastou et al ., 2020)。然而,报告的结果是不确定的,由于尸体上的有限数量的研究。例如,雅科夫列夫和Rakic (1966)和Melsbach et al。(1996)报道大面积的右侧脊髓的新生儿和成人标本。相比之下,安德烈•柯特兹和Geschwind (1971)和白色et al。(1997)没有观察到任何区别双方在158年和67年成人骨髓标本,分别。如果主导方面表现出更大的CST,有人可能会假设单脉冲经颅磁刺激会招募神经元的数量,因此,导致更高的欧洲议会议员的振幅比侧方面占主导地位。事实上,一些研究观察到不同的议员主导和非惯用大脑半球之间的响应(组织et al ., 1994;Matsunaga et al ., 1998)。

有趣的是,春秋国旅在神经影像学研究不对称(Ciccarelli et al ., 2003;Westerhausen et al ., 2007)或议员振幅(加西亚et al ., 2020)双方的人体被人反驳。另外,神经影像学研究支持的假设不对称的,左撇子发生在细胞微观结构水平在NS不同区域,包括春秋国旅(安徒生和Siebner, 2018)。然后人类提供更复杂的大脑皮层和皮层下电路致力于造福一方在特定运动任务(张成泽et al ., 2017)。李et al。(2014)还表明,偏手性体现在当地神经网络由于“高当地集群节点之间和短路径”,可以为更重要的权利不对称——但不是左撇子。他们的发现支持的部分Herve et al。(2005)。他们观察到对侧的灰质体积之间的正相关和手的技能。这可能是由于更大更复杂的神经网络功能的能力。我们可以推测,不对称的CSE主导和非惯用国中观察到精确的任务(组织et al ., 1994)是由于神经网络招聘的程度。

因此,CSE可能更好地评估偏手性的程度当受试者运动任务,这表明一些奇异点的“主导”神经网络招募可能发现。此外,我们应该注意,经颅磁刺激脉冲新兵多突触的电路由抑制和兴奋性中间神经元和锥体神经元投射到春秋国旅(迪一员et al ., 2018)。因此,可以认为,可能从占主导地位的MEP参数的差异和非惯用驻留在这些高阶电路的复杂性参与执行电动机任务,不需要努力~ 10%以上的最大力量(组织et al ., 1994)相比不同两上肢肌肉的运动阈值正确的,左撇子。它是在写作和在其他条件下进行的。也建议提到以上电机的任务需要收缩可能正常化皮质兴奋性,因此面具CSE的差异(van de Ruit和灰色,2016年)。

方法论上议员记录应用于手性

三个不同的MEP参数被广泛用于评估CSE:延迟,休息运动振幅阈值(rMT)和峰。延迟定义了经颅磁刺激肌活动诱发的发作时间的脉搏和可能表明病理条件下,如髓鞘脱失(费尔南德斯et al ., 2013)。延迟取决于神经的传导速度CST驱动(Kidgell和皮尔斯,2011)。在这种情况下,可能的解剖不对称与快的和慢的纤维之间的比率将导致不同的延迟显性和非惯用的两侧。然后,一个可能猜想,大小的原则可以解释的差异运动神经延迟双方(致力于et al ., 1965)。它是基于概念,运动单元包含轴突直径较小的传导速度较低和更长的延迟。奇怪的是,大多数经颅磁刺激研究没有显著差异报告议员在其他条件下延迟显性和非惯用国(Kallioniemi et al ., 2015),这表明在这种情况下延迟可能不是影响手动主导地位。延迟经常计算视觉检查和手动标注表面肌电图(表)记录。手工注释展品intrarater高可靠性(利文斯顿和英格索尔,2008)和视觉起始时间的定义是主观的(布朗et al ., 2017)。因此,一个人应该小心翼翼地解释生理结果基于手动带注释的延迟。最近提出的一个自动化的方法Šoda et al。(2020),可能是一个更好的候选人来检测主要和非惯用双方之间的差异。

同样的,不对称的rMT被用来理解偏手性表现。rMT代表了最小的经颅磁刺激强度送到M1引出议员高于振幅定义,例如,50μV (罗西尼et al ., 2015)。Macdonell et al。(1991)报道低rMT优势脑半球的右撇子。相比之下,戴维森和加拿大(2013)记录高rMT左撇子的优势半球的个人。值得注意的是,许多其他的研究没有观察到任何重大的两个脑半球(rMT区别利文斯顿et al ., 2010;Cueva et al ., 2016;加西亚et al ., 2020),反驳前面的发现。尽管这et al。(2001)也报告了类似的rMT之间权利和左撇子,议员是更高,更强的手的肌肉是招募。这是假设与占主导地位的。他们的发现也加强,MEP参数相关的程度偏手性可能会在执行电动机访问任务,正如前面假设。

有趣的是,一些作者称其他变量,如性别和年龄因素干预尽可能偏手性(萨拉et al ., 2017)。在这方面,Amunts et al。(2000)报道为右撇子男性解剖大脑半球之间的不对称,但不是女性。反过来,利文斯顿et al。(2010)不遵守MEP参数当比较两性的差异和正确的,左撇子。根据Matsunaga et al。(1998)MEP参数似乎在比年轻人更明显。

议员振幅与运动单位的招聘水平相关联。它可能受到几个因素的影响,如体位调整(佐佐木et al ., 2018)、任务的类型(休息vs。活跃的)(Semmler Nordstrom, 1998;这et al ., 2001),肌肉长度(Chye et al ., 2010)。因此,方法论的问题,比如表面电极位置和任务执行的类型,例如,休息vs。活跃,或许可以解释相互矛盾的结果对CSE主导之间的不对称和非惯用(组织et al ., 1994)。例如,Daligadu et al。(2013)观察到一种不对称模式之间的刺激反应曲线主要和非惯用脑半球经颅磁刺激强度是伦敦的90 - 150%。有趣的是,他们发现低rMT弱势一方的权利和左撇子,主要为英国伦敦铁路、海运及经颅磁刺激强度的120%以上。这个观察对比优势手的传统观点提出了一种低水平的兴奋性。偏手性相关的潜在机制在休息或活动条件下可能带来不同的观点来自CSE及其解剖和神经生理学基质。Souza et al。(2018)观察MEP空间分布的差异在使用高密度面肌电信号时,明显转向横向边界的手掌的地区占主导地位的手,可能提供一些优势产生转矩的掌骨指骨的关节。他们认为生物力学背景偏手性不仅仅根据MEP空间分布和振幅。因此,替代方法可能提供额外的洞察体力优势CSE措施的效果。

偏手性程度的测量

调查问卷已经广泛用于评估偏手性的程度(奥德菲尔德,1971年)。例如,爱丁堡偏手性库存(奥德菲尔德,1971年)估计,手动偏好由一侧商(LQ)。戴维森和加拿大(2013)观察到江西与手灵巧度的程度。手灵巧度也可能与MEP参数(Souza et al ., 2018),这是假定来自偏手性的程度。尽管如此,有各种适应原始问卷(行编辑et al ., 2015),这可能会影响不同的研究之间的协议。因此,缺乏一致性或使用奥德菲尔德的共识和其他调查问卷来确定一侧卷入的程度的标准化测量,因此,多个研究之间的比较。Flindall和冈萨雷斯(2019)在这些问题上更进一步,这表明许多参与者可能报告差异时首选的手任务要求在分开的日子里只有几个星期。因此,积极运动任务量化的程度偏手性似乎是一个可行的选择(卡维尔和布莱登带领一个,2003;Flindall冈萨雷斯,2019)。事实上,面向任务的评估可能导致获得更清晰的歧视偏手性的程度,除了与解剖和神经生理学机制。注册议员当执行电机任务解决这些问卷调查可能导致评估之间的假设关系观察分数和corticomotor通路兴奋性。

结论

CSE可能揭示潜在的机制,有助于评估偏手性的程度,特别是在活动任务。此外,议员们可能会解码中央NS努力驱动电动机的任务,包括生物力学特性,因此,偏手性的区分度。替代方法结合经颅磁刺激,如高密度面肌电信号,也可能导致歧视偏手性。最后,CSE可能相关的测量来评估偏手性执行电动机任务但应该仔细解释由于涉及的变量。

作者的贡献

毫克,AAN-C VM, VS:概念、设计、分析、和解释的文学。所有作者都参与起草和关键的修订手稿的重要知识内容,最终批准提交的版本。

资金

这项研究的部分经费由Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de含量Superior-Brasil(披肩)金融代码001,Fundacao德帕罗尽管做Estado de圣保罗(FAPESP)必须占州政府,Fundacao德帕罗尽管做Estado de米纳斯吉拉斯(FAPEMIG)。VS收到资金慰问Nacional de Desenvolvimento Cientifico e学府(CNPq进程号:140787/2014-3)、“Erasmus Mundus SMART2(项目参考:552042 - em - 1 - 2014 - 1 - fr - MUNDUSEMA2时代),简和Aatos Erkko基金会和欧洲研究委员会(ERC)在欧盟的地平线2020研究和创新计划(批准的协议。810377)。这研究也支持了慰问Nacional de Desenvolvimento Cientifico e学府(CNPq过程数量:426861/2016-7)分配给AAN-C。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

作者感谢教授鲁本埃内斯托·德·Bittencourt Navarrete (ICB / UFJF)为他小心英语修订和实质性的评论。

引用

Amunts, K。,Jäncke, L., Mohlberg, H., Steinmetz, H., and Zilles, K. (2000). Interhemispheric asymmetry of the human motor cortex related to handedness and gender.这项研究38岁,304 - 312。doi: 10.1016 / s0028 - 3932 (99) 00075 - 5