Cervikalt ryggmargsassosiativ plasticitet

Assosiativ plasticitet har blitt brukt for å fremme funksjonell bedring i pasientpopulasjoner, som voksne med ryggmargsskader (SCI). Ved bruk av ikke-invasiv neuromodulasjonsmetoder har paring av motorisk kortikal stimulering og perifer nervestimulering vist seg å forsterke motorresponser og fremme plasticitet, hovedsakelig gjennom konvergensen av sensoriske afferente stimuli og nedadgående kortikale stimuli i motorcortex.

Imidlertid har tidligere arbeid fra Carmel-laboratoriet vist at parvis assosiativ stimulering tidsbestemt for å konvergere i den cervikale ryggmargen induserer betydelig større motorresponser i overekstremitetene enn hvis den er tidsbestemt for å konvergere i motorcortex. Selv om parvis assosiativ stimulering har vist potensial for å styrke motorresponser, er det uklart om plasticitet fra konvergens av ikke-invasiv stimulering i ryggmargen (kalt ryggmargsassosiativ plasticitet eller SCAP) i stedet for i motorcortex kan produsere større motoreffekter, og potensielt større fremming av bevegelsesbedring.

Målet med denne nåværende studien er å teste effektene av å pare subterskel håndmotorisk kortikal og medianusnervestimulering rettet mot å indusere plasticitet i den cervikale ryggmargen, snarere enn i motorcortex. Forskerne har som mål å fylle et kunnskapshull angående det ideelle målet for ikke-invasiv stimulering for å maksimere assosiativ plasticitet for bedring av overekstremitetsbevegelser. Studien hypotesen er at paring av lavintensitets stimulering av håndmotorcortex med lavintensitets medianusnervestimulering vil produsere assosiativ plasticitet i den cervikale ryggmargen målt gjennom forsterkning av motorresponser i overekstremitetsmuskler.

Basert på foreløpige data utfører forskerne en bekreftelsesstudie for å teste de fysiologiske og atferdsmessige effektene av det parrede hjernen og perifer nerveprotokollen, kalt SCAP-Nerve protokollen. Denne protokollen bruker et spesifikt sett med TMS (transkraniell magnetisk stimulering) og PNS (perifer nervestimulering) parametere: rettet mot håndmotorcortex ved 90% hvilemotorisk terskel og rettet mot medianusnervens sensoriske afferenter (med en nervestimulus pulsvarighet på 1000 mikrosekunder) ved 90% hvilemotorisk terskel, nøyaktig tidsbestemt for å konvergere i den cervikale ryggmargen.

Denne studien vil først bli utført med en enkeltøkt på 90 paringstester i typisk utviklede voksne for å bekrefte den cervikale ryggmargen som det ideelle målet og verifisere at de nåværende stimuleringsparameterne er tilstrekkelige for å fremme induksjon av assosiativ plasticitet av sensorimotoriske forbindelser for manuell ferdighet. Tidligere arbeid fra Carmel-laboratoriet har vist at størrelsen og varigheten av varige effekter av parret motorcortex og afferent stimulering er lik hos gnagere med og uten nevral skade.

Dette driver deretter premisset for denne studien at identifiseringen av den cervikale ryggmargen som et ideelt mål for assosiativ plasticitet som involverer kortikale og sensoriske afferenter vil informere oversettelse til mennesker som lider av nevrologiske skader som ryggmargsskade og cerebral parese. Resultatene fra denne studien kan bli oversatt til effektstudier i disse pasientpopulasjonene for å avgjøre om denne plasticiteten også er tilstede i disse populasjonene. Dette kan deretter føre til undersøkelsen av hvorvidt paring av hjerne- og afferentrettet nervestimulering for konvergens i den cervikale ryggmargen kan føre til klinisk meningsfulle forbedringer i manuell ferdighet.