Motorisches Lernen nach Kleinhirnschäden: Die Rolle des primären motorischen Kortex

Kleinhirnschäden verursachen die behindernde Bewegungsstörung Ataxie, die durch eine beeinträchtigte Bewegungskoordination gekennzeichnet ist, die alle Körperbewegungen betrifft. In den Armen verursacht Ataxie Greifbewegungen mit unregelmäßigen, oszillierenden und verlängerten Bewegungsbahnen. Menschen mit zerebellärer Ataxie (PWCA) sind auch in einer wichtigen Form des motorischen Lernens beeinträchtigt, der sogenannten Anpassung, die normalerweise die Bewegung gut kalibriert hält. In früheren Untersuchungen zeigte der Hauptforscher, dass PWCA lernen können, ihre Greifbewegungen zu korrigieren, wenn sie stattdessen Reinforcement Learning (RL) einsetzen. Obwohl viele PWCA unter RL-Bedingungen optimal lernten, fand diese frühere Arbeit Unterschiede zwischen den Individuen: Einige lernten mehr als andere. Während die Anpassung entscheidend von der Integrität des Kleinhirns abhängt, hängt RL stärker von dopaminergen Schaltkreisen im Mittelhirn und der exzitatorischen Plastizität in M1 ab. Es wurde gezeigt, dass eine Schädigung des Kleinhirns die intrakortikale Hemmung in M1 erhöht, was die für RL erforderliche Plastizität beeinträchtigen kann. Es wurde außerdem gezeigt, dass die repetitiven TMS-Protokolle der kontinuierlichen Theta-Burst-Stimulation (cTBS) und der intermittierenden Theta-Burst-Stimulation (iTBS) die intrakortikale Hemmung modulieren: cTBS verringert sie, während iTBS sie erhöht. Hier werden die Forscher systematisch testen, ob eine erhöhte intrakortikale Hemmung in M1 die RL-Kapazität vorhersagt (Ziel 1) und ob eine Modulation der Hemmung in M1 die RL-Kapazität in PWCA verändern kann (Ziel 2). 12 PWCA mit einem degenerativen Zustand werden 4 experimentelle Sitzungen über einen Zeitraum von 6 Monaten absolvieren. In Sitzung 1 wird TMS verwendet, um Basislinien-Rekrutierungskurven für kortikomotorische Erregbarkeit und kurzzeitige intrakortikale Hemmung sowie die kortikale Ruhephase zu bewerten. PWCA wird dann eine standardisierte klinische Bewertung ihres Ataxie-Schweregrads und eine etablierte Verhaltensaufgabe absolvieren, die das Erlernen einer Reichweitenfähigkeit unter Verwendung des RL-Paradigmas erfordert. In den Sitzungen 2-4 führt PWCA 3 zusätzliche Sitzungen der RL-Aufgabe durch. In jeder Sitzung erhält PWCA eine cTBS-, iTBS- oder Scheinstimulation, um die intrakortikale Hemmung in M1 zu modulieren, bevor die RL-Aufgabe durchgeführt wird. Für Ziel 1 werden die Ermittler eine mehrstufige Regression verwenden, um die Beziehungen zwischen TMS-Messungen des M1-Zustands und der Größe und Geschwindigkeit des Lernens in der RL-Aufgabe zu quantifizieren. Für Ziel 2 werden die Forscher mehrstufige Modellierung verwenden, um Unterschiede in der Größe und Geschwindigkeit des Lernens über die Stimulationsbedingungen hinweg zu quantifizieren. Die Forscher gehen davon aus, dass eine erhöhte Baseline-Hemmung in M1 einen positiven Zusammenhang mit einem geringeren Ausmaß und einer geringeren Lerngeschwindigkeit in der RL-Aufgabe (Ziel 1) zeigt und cTBS das Ausmaß des Lernens, die Lerngeschwindigkeit oder beides in der RL-Aufgabe verbessert RL-Aufgabe relativ zu iTBS oder Scheinstimulation (Ziel 2).