Plastyczność asocjacyjna rdzenia kręgowego szyjnego

Plastyczność asocjacyjna była stosowana w celu promowania funkcjonalnej regeneracji w populacjach pacjentów, takich jak dorośli z urazami rdzenia kręgowego (SCI). Wykorzystując nieinwazyjne podejścia neuromodulacyjne, wykazano, że łączenie stymulacji kory ruchowej i stymulacji nerwów obwodowych wzmacnia reakcje ruchowe i promuje plastyczność, głównie poprzez zbieżność aferentnych bodźców czuciowych i zstępujących bodźców korowych w korze ruchowej.

Jednak wcześniejsze prace z laboratorium Carmel wykazały, że sparowana stymulacja asocjacyjna, której czasowanie ma zapewnić zbieżność w szyjnym rdzeniu kręgowym, indukuje znacznie większe reakcje ruchowe kończyny górnej niż w przypadku czasowania zapewniającego zbieżność w korze ruchowej. Chociaż sparowana stymulacja asocjacyjna wykazała potencjał w wzmacnianiu reakcji ruchowych, nie jest jasne, czy plastyczność wynikająca ze zbieżności nieinwazyjnych bodźców w rdzeniu kręgowym (określana jako plastyczność asocjacyjna rdzenia kręgowego lub SCAP) zamiast w korze ruchowej może wywołać większe efekty motoryczne i potencjalnie większe wsparcie regeneracji ruchu.

Celem niniejszego badania jest przetestowanie efektów łączenia podprogowej stymulacji korowej dla ręki i stymulacji nerwu pośrodkowego, ukierunkowanej na indukcję plastyczności w szyjnym rdzeniu kręgowym, a nie w korze ruchowej. Badacze mają na celu wypełnienie luki w wiedzy dotyczącej idealnego celu nieinwazyjnej stymulacji w celu maksymalizacji plastyczności asocjacyjnej dla regeneracji ruchów kończyny górnej. Hipoteza badania zakłada, że połączenie stymulacji kory ruchowej ręki o niskim natężeniu ze stymulacją nerwu pośrodkowego o niskim natężeniu wywoła plastyczność asocjacyjną w szyjnym rdzeniu kręgowym, mierzoną poprzez wzmocnienie reakcji ruchowych w mięśniach kończyny górnej.

Na podstawie wstępnych danych, badacze przeprowadzają badanie potwierdzające w celu przetestowania fizjologicznych i behawioralnych efektów protokołu sparowanej stymulacji mózgu i nerwów obwodowych, zwanego protokołem SCAP-Nerve. Ten protokół wykorzystuje specyficzny zestaw parametrów TMS (przezczaszkowej stymulacji magnetycznej) i PNS (stymulacji nerwów obwodowych): celowanie w korę ruchową ręki przy 90% progu spoczynkowego motorycznego i celowanie w aferenty czuciowe nerwu pośrodkowego (z czasem trwania impulsu stymulacji nerwu wynoszącym 1000 mikrosekund) przy 90% progu spoczynkowego motorycznego, precyzyjnie czasowane tak, aby zapewnić zbieżność w szyjnym rdzeniu kręgowym.

Badanie to zostanie najpierw przeprowadzone w postaci pojedynczej sesji składającej się z 90 prób sparowania u typowo rozwijających się dorosłych, w celu potwierdzenia, że szyjny rdzeń kręgowy jest idealnym celem, oraz weryfikacji, czy obecne parametry stymulacji są wystarczające do promowania indukcji plastyczności asocjacyjnej połączeń sensomotorycznych dla zręczności manualnej. Wcześniejsze prace z laboratorium Carmel wykazały, że wielkość i czas trwania trwałych efektów sparowanej stymulacji kory ruchowej i aferentnej są podobne u gryzoni z uszkodzeniem neurologicznym i bez niego.

To z kolei stanowi przesłankę dla tego badania, że identyfikacja szyjnego rdzenia kręgowego jako idealnego celu dla plastyczności asocjacyjnej obejmującej korowe i czuciowe aferenty, mogłaby przyczynić się do translacji na ludzi cierpiących na urazy neurologiczne, takie jak uraz rdzenia kręgowego i mózgowe porażenie dziecięce. Wyniki tego badania mogłyby zostać przeniesione do badań skuteczności w tych populacjach pacjentów, aby określić, czy ta plastyczność występuje również w tych populacjach. To z kolei mogłoby prowadzić do zbadania, czy łączenie stymulacji mózgu i stymulacji nerwów ukierunkowanej na aferenty dla zapewnienia zbieżności w szyjnym rdzeniu kręgowym może prowadzić do klinicznie znaczącej poprawy zręczności manualnej.