以TMS觀察在做出動作前的MEP變化

人體中的神經傳導需要電流傳遞,而TMS (Trans-cranial Magnetic Stimulation,穿顱磁刺激),正是利用這個特點,利用金屬線圈以產生磁場,而這個短暫變化且強大的磁場,穿透頭骨進入大腦皮質,進而會引發特定腦區產生微小電流,現今此技術可以準確定位的磁場,使腦中某特定腦區興奮,目前主要多用於研究神經傳導時間的計算、大腦可塑性、神經疾病等。另外,MEP(Motor-evoked potentials,運動誘發電位)則是以TMS作用在大腦運動皮質後,經皮質脊髓束到脊髓,經運動神經元後傳遞到肌肉後產生的動作電位。

這篇文章利用TMS作用在運動皮質上,發現在作者設計的延遲反應中,準備時期的MEP會受到抑制。延遲反應的設計為:一開始螢幕上會出現一個固定的十字(初始時會測量MEP baseline),接著有一段空白期,而後有900ms的cue出現(preparatory period),cue指的是受測者被指定的動作,可能包含左右邊或是手腳、臉部動作(顯示的動作可能為指定一個動作、顯示兩個動作或同時做兩個動作以供選擇),之後螢幕上會出現’GO’,即代表要求受測者作出cue要求的動作。900ms為準備階段,為了讓’GO’字樣出現後,受測者能更快反應。TMS作用在GO之前的前100ms,作用在運動皮質上使特定肌肉產生MEP。另外,實驗過程中皆以EMG觀測特定肌肉的電波活動。

作者將實驗分成三部分:(實驗一)主要觀察左側FDI (First Dorsal Interosseous,背側骨間肌)的MEP,若指示左右手食指、小拇指或是左右腳做出單一動作(或是同時動作)會有什麼變化。(實驗二)同樣觀察FDI的MEP,但這次實驗是以左右手以及臉部(眼、嘴)觀察在不同的部位做動作會有什麼影響。(實驗三)為了驗證MEP不只出現在手部,故這次主要觀察右腿部的肌肉TA(right tibialis anterior muscle,脛前肌)的MEP,若指示左右手、左右腳或是臉部做出單一動作(或是同時動作)會有什麼變化。

實驗結果顯示,在動作發生前的準備時期(cue出現,但還未做出動作時),會有相較於初始狀態更低的MEP,即為MEP suppression的現象,且當觀測的肌肉(FDI或TA)與指定的動作相關時,此肌肉在準備時期的抑制反應會較明顯。另外,如果指定動作同時包含兩種動作,此兩種動作在同一區域造成的抑制效應會大於兩種動作在不同的區域(如:指定左右手同時作用的抑制效應會大於指定左手和臉部同時做動作)。


撰文人:魏孜旻


參考資料:LABRUNA, Ludovica, et al. Planning face, hand, and leg movements: anatomical constraints on preparatory inhibition. Journal of neurophysiology, 2019, 121.5: 1609-1620.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30785815

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