Двигательные вызванные потенциалы: двигательное обучение
Двигательные вызванные потенциалы — это суммационный двигательный потенциал действия (СДПД), который регистрируют в ходе выполнения поверхностной электромиографии (ЭМГ) после контролируемого возбуждения корково-спинномозгового пути. Этот метод исследования описан в отдельной статье на сайте, поскольку с его помощью удалось установить, что пирамидальные волокна, идущие к спинномозговым двигательным нейронам грудино-ключично-сосцевидной мышцы, совершают перекрест, а не идут по своей стороне, как считали ранее. Чаще всего исследование проводят для вычисления центральной скорости двигательного проведения (ЦСДП) по корково-спинномозговому пути.
Эта процедура безболезненная и безопасная. Принцип вычисления основан на вычитании одного значения из другого, как и при определении времени проведения по периферическому нерву.
Метод носит название транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). На рисунке ниже показан принцип метода. Магнитную стимуляцию осуществляют при помощи циркулярной катушки около 10 см в диаметре. Для стимуляции пирамидных нейронов корково-спинномозгового пути, которые иннервируют мотонейроны левого переднего рога, магнит подносят к вертексу (верхушке черепа) слегка справа от него; пациент при этом поддерживает нужную конечность (в нашем примере — двуглавую мышцу плеча) в легком напряжении.
Исследование центральной скорости двигательного проведения (ЦСДП) в лаборатории.
Катушка (фиолетовая), расположенная над вертексом, подает стимул 200 мс к нейронам пирамидного пути, иннервирующим спинномозговые нейроны мышц верхней конечности.
Значительный суммационный двигательный потенциал действия (СДПД) возникает в двуглавой мышце плеча.
Катушка (зеленая) над шейным отделом позвоночника подает более слабый стимул на шейные передние нервные корешки; образующийся СДПД оказывается слабее.
Разница между двумя латентностями (интервал стимул-ответ) представляет собой центральную скорость двигательного проведения (ЦСПД).
Далее подают несколько очень коротких (200 мс) электрических импульсов, которые должны быть немного выше порогового значения, достаточного для сокращения мышцы, однако при этом не вызывать дискомфорта у пациента. Пациент ощущает небольшой «толчок» по голове. Затем процедуру повторяют, но теперь магнит касается кожи над остистым отростком позвонка С5, пациент вновь ощущает легкий «толчок». Считают, что второй импульс вызывает деполяризацию аксонов передних корешков, проходящих через позвоночный канал.
Измеряют латентность и амплитуду СДПД. Затем процедуру повторяют для нижней конечности, стимуляцию спинномозговых нервов осуществляют над поясницей.
В нейрофизиологических отделениях исследование центральной скорости двигательного проведения (ЦСДП) проводят:
(а) при подозрении на очаги демиелинизации белого вещества головного или спинного мозга при рассеянном склерозе (PC);
(б) при подозрении на поражение верхних и нижних мотонейронов, которое сопровождается атрофией мышц верхних и/или нижних конечностей;
(в) у пациентов с умеренным парезом мышц с одной стороны, который сочетается с усилением сухожильных рефлексов (подозрение на инсульт).
Исследование центральной скорости двигательного проведения (ЦСДП) также можно проводить интраоперационно для мониторинга за функциями спинного мозга во время вмешательств на позвоночнике, когда риск его повреждения повышен.
а) Двигательное обучение. В исследованиях методом ТМС было показано, что у здорового человека кора больших полушарий обладает значительной пластичностью. На рисунке ниже показан результат пятипальцевых упражнений в игре на пианино. Чтобы зарегистрировать активность, происходящую в головном мозге при сгибании и разгибании пальцев правой руки, над волосистой частью головы испытуемого размещают небольшую магнитную катушку. У добровольцев, распределенных по трем группам, еще до выполнения каких-либо упражнений вычислили размер этого участка мозга. Участники в группе А в течение 5 дней по 2 ч в день представляли, что они выполняют упражнение.
Участники в группе Б выполняли упражнения на протяжении такого же времени. Участники в группе В до выполнения последнего задания не занимались ничем. Как показано на рисунке, даже простые мысли об игре на пианино привели к значительному увеличению количества соответствующих участков мозга, что было показано при их стимуляции на 3-й и 5-й дни. Наибольшее количество активных двигательных участков наблюдали у участников из группы Б, т.е. у тех, кто на самом деле выполнял упражнения на пианино. На 5-й день навыки игры в группе Б были существенно лучше, чем в группе А, а в группе А — лучше, чем в группе С.
Согласно общепринятому мнению, такие явные изменения, показанные в данном эксперименте, лучше всего объясняет термин раскрытие преформированных связей. Например, быстрое расширение чувствительной зоны коры одного из корково-таламических путей может наступить после выключения расположенных рядом волокон. Вероятнее всего, механизм рекрутинга дополнительных пирамидных нейронов связан с дезингибированием (вероятно, премоторной корой). В ходе дезингибирования происходит активация последовательных пар ГАМК-ергических (γ-аминомасляная кислота) нейронов, как было показано на рисунке ниже.
Было также доказано, что результаты при занятиях тяжелой атлетикой становятся наилучшими в том случае, если человек в дни между тренировками мысленно представляет себе процесс подъема тяжестей.
Наконец, ниже описан эксперимент, в котором ТМС использовали для оценки предполагаемой эффективности акупунктуры в улучшении двигательных показателей.
Пятипальцевое упражнение.
Как было объяснено в тексте, участники в группе А ежедневно представляли, что правой рукой они выполняют пятипальцевое упражнение.
Участники из группы Б выполняли упражнение на самом деле.
По результатам ТМС удалось установить, что участки двигательной коры, отвечающие за активацию сгибателей и разгибателей пальцев, стали больше в обеих группах.
б) Акупунктура:
1. Чувствительность. Для облегчения болевого синдрома тонкие (0,25 мм) иглы вкалывают в соответствующие точки с обеих сторон. Иглы оставляют на уровне поверхностных мышечных волокон, лежащих над подкожно-жировой клетчаткой. Затем иглу быстро прокручивают, вызывая возбуждение расположенных рядом с ней нервных волокон II и III типов. Обычно в этот момент пациенты говорят, что ощущают чувство онемения или тяжести в зоне вкола.
Согласно принятому объяснению, болевые ощущения снижаются за счет выброса энкефалинов (а) антиноцицептивной системой спинного мозга (сегментарный рефлекс, рассмотренный при объяснении феномена «расчесывания больного места») и (б) надспинномозговой антиноцицептивной системой (спиноретикулярная активация антиноцицептивного пути). Если испытуемому перед проведением акупунктуры был введен налоксон (антагонист опиодных рецепторов), аналгезия не наступает.
Акупунктурной анестезией называют низкочастотную (1 Гц) электрическую стимуляцию, которую осуществляют через иглы, введенные в соответствующие акупунктурные точки (электроакупунктура). Имеются сообщения о замечательных результатах этого метода обезболивания: анестезия достигает такого уровня, что становится возможным проведение открытых операций на ориентированных пациентах, находящихся в сознании. В отличие от общей анестезии, угнетения восходящей ретикулярной активирующей системы не происходит. Эксперименты на животных показывают, что электроакупунктура, помимо уже отмеченных эффектов, инициирует выброс β-эндорфинов нейронами дугообразного ядра гипоталамуса и адренокортикотропного гормона (АКТГ) аденогипофиза.
С появлением в руках ученых функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) их интерес сместился в сторону изучения эффекта акупунктуры на высшие чувствительные функции. На рисунке ниже показаны впечатляющие результаты двух отдельных экспериментов. Каждому добровольцу иглы вводили с обеих сторон: сначала в точку, которую традиционно использовали для лечения заболеваний зрения, затем — в точку, которую применяют для лечения слуха. Кровоток усиливался практически в тех же самых участках мозга, которые активируются при возбуждении нейронов сетчатки/улитки. Интересно, что добровольцы не испытывали зрительных и/или слуховых галлюцинаций. Сохраняется очевидный вопрос о существовании неких таинственных специфических анатомических путей от акупунктурных точек до соответствующих участков коры.
Стандартное положение акупунктурной иглы.
При двусторонней стимуляции точки GB37 происходит увеличение тока крови в зрительной коре.
При двусторонней стимуляции точки GB43 происходит увеличение тока крови в слуховой коре.
2. Движение. Для лечения двигательных нарушений также существуют свои акупунктурные тонки. Одна из них расположена на латеральной поверхности проксимальной части предплечья. В эксперименте, показанном на рисунке ниже, на эту точку воздействовали методом низкочастотной (1 Гц) электроакупунктуры.
На верхних трех рисунках показано, что при проведении акупунктуры происходило расширение активного участка коры, отвечающего за сокращение мышц (по ЭМГ). На нижних трех рисунках представлены результаты эксперимента с имитацией акупунктуры, значимого увеличения активности коры не отмечено.
При помощи поверхностной ЭМГ осуществляется запись сокращений локтевого сгибателя запястья, которые возникают в ответ на стимуляцию участка руки левой моторной коры при помощи ТМС.
А — точка, которую традиционно используют для улучшения двигательных функций,
Б — ложная точка (медиапьнее точки А на 2 см, вкол осуществлен таким же образом).
Обе точки находятся вдали от зон двигательной и чувствительной иннервации локтевого нерва.
0, 10 и 15 обозначают соответственно значения: исходное (без вкола), через 10 мин после введения иглы и через 15 мин после удаления иглы.
Справа приведены вольтажи СДПД в ответ на ТМС над лобными долями на каждом из временных промежутков.
в) Резюме:
1. Чувствительные вызванные потенциалы. Запись слуховых вызванных потенциалов используют для оценки скорости и амплитуды проведения по центральным чувствительным путям в тех случаях, когда на их поражение указывают данные клинического обследования.
Зрительные потенциалы вызывают путем представления испытуемому реверсивного стимула (шахматное поле), каждый глаз исследуют отдельно. Нарушение проведения, вызванное демиелинизацией, обычно проявляется в виде увеличения латентности.
Для вызова слуховых потенциалов используют звуковой сигнал в форме щелчка. В норме при исследовании определяют семь последовательных пиков, которые генерируют семь групп нейрон, располагающихся на пути от улитки до коры. Слуховые вызванные потенциалы—чувствительный метод для выявления акустической невриномы.
Потенциалы, идущие к соматочувствительной коре, вызывают путем электрической стимуляции периферического нерва, например срединного нерва на запястье или малоберцового в подколенной ямке. Регистрирующие электроды записывают волны над плечевым/поясничным сплетениями, задним столбом спинного мозга, стволом мозга, волокнами таламо-коркового пути.
Проведение нервных импульсов от кожи до чувствительной коры может нарушаться при самых разных заболеваниях.
2. Двигательные вызванные потенциалы. В клинике ТМС используют для определения времени проведения по волокнам пирамидного пути, в первую очередь у пациентов с центральными двигательными нарушениями. При помощи поверхностной ЭМГ с необходимых мышц регистрируют суммационный потенциал действия, в это время магнитная катушка через кожу головы подает на нейроны двигательной коры очень короткие импульсы. Затем импульсы подают на шейный и/или поясничный отдел позвоночника для возбуждения передних корешков, иннервирующих отдельные скелетные мышцы. Для вычисления СДПД из общего времени проведения от коры до мышцы вычитают время проведения по периферическому нерву.
В нейрофизиологических лабораториях ТМС также можно использовать для изучения изменений активности двигательной коры при выполнении силовых упражнений или тренировке отдельных навыков. ТМС можно применять для обследования пациентов с двигательными нарушениями неясной этиологии, а также для интраоперационного мониторинга функций спинного мозга.
