在停止活动期间皮质内抑制调节的年龄相关改变

2022-01-20 15:07:00 发布者: 查看:
抑制预期动作的能力是认知控制的一个关键组成部分,它允许在日常生活中灵活的行为。

1. 研究背景

抑制预期动作的能力是认知控制的一个关键组成部分,它允许在日常生活中灵活的行为。运动反应的抑制是由皮质-基底神经节网络的活动介导的,该网络的输出被认为是调节初级运动皮层内神经元的兴奋性。直接途径可以通过纹状体刺激运动皮层的输出,间接和超直接的基底神经节途径可以抑制运动皮层的兴奋性,支持对不希望的动作的抑制。根据这一观点,经颅磁刺激(TMS)研究显示,在出现停止信号后100-200ms,M1内皮质脊髓兴奋性(CSE)下降。值得注意的是,这种兴奋性的抑制被认为是伴随着M1区γ-氨基丁酸能的中间神经元激活的增加。皮质内中间神经元接收并整合来自皮质和皮质下结构的输入,并通过突触连接调节皮质脊髓神经元的活动。

不同类型的M1局部皮质内抑制可以用成对脉冲TMS进行研究,这种疗程包括会影响到后续测试刺激诱发的运动诱发电位(MEP)大小的条件刺激。当刺激间间隔(ISI)设置在1-3ms或50-200ms时,条件刺激对诱发的MEP大小有抑制作用。

 

2. 研究方法

2.1 被试

一共有25名年轻的(23±4岁,其中12名女性)和29名年老的(68±4岁,其中13名女性)健康被试参与到本研究中,所有被试均为右利手,并且无神经功能损害史。

 

2.2 研究流程

SICI和LICI评估分别在两个不同的疗程中进行,疗程间至少间隔48小时(平衡,疗程间平均天数:12±16),实验过程与SICI和LICI相同。

TMS实验设计 

图1. 在疗程开始时,参与者首先练习这项任务。熟悉后立即对行为反应性和前摄性抑制进行评估(行为评估)。接下来,在任务中准备TMS。总共有10个TMS任务块和1个TMS休息块,它们在参与者中以相同的顺序呈现。有两种不同类型的任务块:一种是特定的走(即停止信号概率[SSP] = 0%),另一种是不确定的试次(即SSP = 20和40%)。在休息阻滞期间,休息时测量皮质脊髓外皮层。

 

2.3 数据处理和分析

对于每个试次计算第一次TMS脉冲前50ms的EMG信号的均方根(RMS),如果RMS超过20µV就删掉该试次。计算每个试次右侧FDI肌肉的峰值-峰值MEP振幅,并去除离群值(±3 SD)。在每个刺激时间点,对所有试次的每一种类型的MEP振幅进行平均。

 

3. 结果

我们研究了年龄对行动停止(反应性抑制)和准备停止(前摄性抑制)过程中γ-氨基丁酸a能和γ-氨基丁酸b能抑制活性的调节能力的影响。对左初级运动皮层施加成对脉冲经颅磁刺激以评估停止时γ-氨基丁酸a介导的皮质内短间隔抑制(SICI)和停止信号预期时γ-氨基丁酸b介导的皮质内长间隔抑制(LICI)的调节。

在行为层面,反应性抑制受年龄的影响,这表明与年轻人相比,老年人的停止信号反应时间更长。相反,随着停止信号概率的增加,前摄性抑制在老年时得以保留,因为两组人的go反应都以相似的程度放缓。在神经层面上,在年轻人中成功停止相对继续的试验中SICI的数量更高,但在老年人中不是这样。在试验开始时,在年轻人和老年人中,LICI作为停止信号概率的函数被调节。

TMS短间隔皮质内抑制 

图2. 在SICI期间,三种情况下的皮质脊髓兴奋性(CSE,图A)和短间隔皮质内抑制(SICI,图B)的调节。

 

TMS刺激效果差异 

图3. 年轻人(黑色)和老年人(白色)在短时皮质内抑制(SICI)期间停止信号反应时间(SSRT)与go和停止状态下SICI的差异之间的关系。

 

4. 结论

γ-氨基丁酸a介导的皮层内抑制的募集在行动停止时受到衰老的影响。

 

5. 名称及DOI号

Hermans, L., Maes, C., Pauwels, L., Cuypers, K., Heise, K. F., Swinnen, S. P., & Leunissen, I. (2019). Age-related alterations in the modulation of intracortical inhibition during stopping of actions. Aging (Albany NY), 11(2), 371.

 

Doi: 10.18632/aging.101741