ニューロモデュレーションのためのオペラント条件付け

この研究の目的は、脳卒中や脊髄損傷などの神経損傷後に上肢の運動障害を持つ人々のリハビリテーションを強化するための新しいアプローチとして、ニューロモジュレーションを調査することです。 新たな証拠は、動物と人が運動に寄与する神経経路の興奮性のレベルを制御できることを示しています。 この発見は、神経疾患を含むあらゆる能力レベルの人々の運動制御を改善するための新しい戦略を表しているため、重要な意味を持っています. オペラント条件付けは、よく研究された学習メカニズムであり、行動の結果によって行動の修正がもたらされる可能性があります。 正の強化で報われる行動は、より頻繁に表示されます。 近年、オペラント条件付けは、マウス、ラット、サル、およびヒトの脊髄反射反応に適用されています。 証拠は、神経または脳の領域を電気的に刺激し、筋肉の反応を記録し、望ましい範囲内の反応に報酬を与えることにより、神経回路の興奮性を増減できることを示唆しています。 これは、安静時の筋肉の緊張のレベルを変えるだけでなく、意図的な動きへの筋肉の寄与と、予期しない摂動への反応の準備を変える可能性があります. 現在までに、人間の運動能力を改善するためにオペラント条件付けを適用した研究グループは 1 つだけです。 彼らの研究は、下肢の筋肉の脊髄反射の修正と歩行への影響に焦点を当てています。 提案されたプロジェクトでは、オペラント条件付けの使用を上肢の筋肉、脳卒中や脊髄損傷後の運動障害を持つ人々、および脊髄反射に加えて別の神経経路に拡大します。

この研究には、脊髄のレベルと脳のレベルで神経系の興奮性を測定するために必要な手順が含まれます。 脊髄反射の興奮性は、末梢神経を電気的に刺激し、筋電図で筋肉の反応 (すなわち、H 反射) を記録することによって定量化されます。 脳から筋肉への運動経路 (皮質脊髄路) の興奮性は、脳の特定の領域 (運動皮質) を経頭蓋磁気刺激で​​刺激し、筋肉の反応 (すなわち. 筋電図による運動誘発電位）。 さらに、上肢の運動障害は、筋肉の緊張、感覚、力を生成する能力、およびコンピュータベースの手首の運動制御タスクのパフォーマンスを測定することによって評価されます。 神経学的状態を有する被験者では、Fugl-Meyer上肢評価、アクションリサーチアームテスト、およびボックスアンドブロックテストを含む標準化されたテストを使用して、上肢機能が評価されます。 この研究では、神経興奮性を修正するための介入としてのオペラント条件付けの有効性をテストします。 ベースラインテストの後、被験者は最大12セッションの偽介入に参加し、その後最大24セッションの本物のオペラント条件付け介入に参加します。 各セッションには 225 回の試行 (75 回を 3 セット) が含まれ、所要時間は約 30 分です。 実際の介入中の各試行では、被験者が低レベルの筋肉収縮を維持している間に刺激が配信され、刺激に対する筋肉の反応が記録され、即時のフィードバックがコンピューター画面に表示され、筋肉反応が正常であったかどうかが被験者に示されます。希望の範囲内かそうでないか。 たとえば、筋肉の反応が「良好」であれば緑色のバーが表示され、それ以外の場合は赤色のバーが表示されます。 被験者の「成功率」も表示され、各試行後に更新されます。 偽の介入中、被験者にフィードバックが提供されないことを除いて、すべての手順は同じであり、筋肉の反応を増加または減少させる指示はありません。

健康な人では、上肢の筋肉の脊髄反射興奮性 (H 反射) を上向きまたは下向きにシフトすることを目指しており、通常の運動能力に影響を与えることなく、下肢の筋肉での影響を示す以前の知見を拡張します (Thompson et al.ら、2009、牧原ら、2014）。 また、健常者においても、運動誘発電位のオペラント条件付けを用いて、脳から筋肉への経路の興奮性を上方または下方にシフトすることを目指します。 1 つの先行研究 (Majid et al., 2015) のみが下方シフトを示しており、現在、運動誘発電位を増加させる能力を調査する最初の研究が進行中です。 神経疾患のある人は、特定の筋肉に影響を与える脊髄反射の興奮性が異常に高まることが多く、その結果、緊張が強まり、こわばり、動きにくくなります。 したがって、H 反射を誘発し、しきい値を下回る応答に報酬を与えることにより、過度に活動的な筋肉の脊髄反射興奮性を低下させることを目指します。 さらに、神経疾患のある人は、脳から筋肉への接続が途絶えていることが多く、その結果、筋力低下（力を生み出す能力の低下）が生じています。 したがって、運動誘発電位を誘発し、閾値を超える応答に報酬を与えることにより、脳から筋肉への経路の興奮性を高めることを目指します。