片側の運動を反復すると中枢での機能的接続が変化し、対側肢の反応時間が向上する

人間の運動学習は、感覚運動ネットワークの機能的接続性 (FC) の変化によって支えられています。片側性の収縮は、同側の一次運動野（M1）および補足運動野（SMA）のFCを増加させます。反対側の手の運動計画と実行に関与する領域。したがって、片側の収縮は、反対側の手の運動能力を増強するための有望なアプローチです。参加者内でランダム化されたクロスオーバーデザインで、15人の右利きの成人が2回の磁気共鳴画像法（MRI）セッションを受け、いずれか5回の右手収縮の繰り返しの前後に機能的MRIとMR分光画像が取得された。5 % または 50% の最大随意収縮 (MVC)をスキャンの前後で、両手の応答時間 (RT) を測定しました。9 分間の 50% MVC 収縮により、収縮している手では握力が減少し、RT が減少し、反対側の手では握力が増加しました。この反対側の手の運動能力の向上は、重大な神経変化によって裏付けられました。SMA-SMA 間の FC の増加、および右 M1 と右眼窩前頭皮質間の FC の増加です。神経化学レベルでは、左 M1、左および右 SMA の GABA 低下の程度は、その後の左手の行動の改善と相関していました。これらの結果は、反対側の手の運動能力を改善するための潜在的な手段として、繰り返しのハンドグリップ収縮の使用を裏付けています。

運動スキルの習得を向上させる

運動能力の習得は私たちの日常生活に欠かせません。健常者は、物体を掴んだり操作したり、日常生活に不可欠な活動を安全に完了する能力さえも当然のことと考えているかもしれません。しかし、多くの人がさまざまな怪我によってこれらの作業を行う能力を失います。これらの人々の機能を回復することは明らかに臨床的に重要ですが、どのようにして行動を最適に改善できるかは未解決の科学的問題です。脳卒中生存者などの整形外科または神経障害のある個人と、アスリートなどの健康な人々の運動機能の回復の両方の観点から、モーターのパフォーマンスを最大限に高めることを目指しています。システムレベルでは、皮質運動の興奮性を高める皮質運動抑制を減らす介入によって運動パフォーマンスを向上できることが研究によって示唆されています。ガンマアミノ酪酸 (GABA) 作動性抑制は運動学習中に減少することが示されており、この GABA 減少の大きさはその後の運動能力の向上の程度と相関しています。非侵襲的脳刺激技術によって運動皮質（M1）の興奮性と抑制性を変えると、神経学的に健常な成人と脳卒中後の機能回復 の両方で運動スキルの習得が向上します。

反応時間を短縮させる

しかし、非侵襲的な脳刺激は広く利用可能ではなく、皮質運動機能を変化させる他の方法を決定することが重要な研究目標です。広く利用可能であり、皮質の興奮と抑制のバランスを変えることが期待できるアプローチの 1 つは、運動疲労を誘発する片側運動プロトコルを実行することです。神経化学レベルでは、片側疲労運動は、対側 M1 (cM1) および同側 M1 (iM1) における経頭蓋磁気刺激プロトコルの短間隔皮質内抑制 (SICI) によって定量化されるように、 M1 GABA 活性を低下させます。片側疲労運動はまた、 iM1 皮質の興奮性と、特に iM1、同側補足運動野 (SMA)、対側 SMA などの感覚運動ネットワークにおける機能的接続性を増加させます。片側疲労運動は、対側の疲労していない相同筋の筋活動を高めることが示されていますが、この発見は文献全体で一貫していません。上肢の随意運動制御を調節するための非交連性皮質網様体脊髄路の役割が明らかになった。具体的には、この経路の興奮性は反応時間を短縮することが知られており、この経路は神経筋強度の向上にも関連しています。この経路は SMA に起源があるため、M1 と SMA におけるこれらの同側皮質の変化が、握力強度タスクを介した神経筋力の対側行動改善と、視覚的な合図による応答時間タスクを使用した応答時間の神経基盤として機能するかどうかを理解する必要がある。

握力の減少後のlM1および両側SMA GABAの減少は、左手RTの改善と相関する

50%のMVC収縮が運動領域の抑制の減少につながるという仮説に対処するために、我々は新しいMRSIシーケンスを使用して、感覚運動ネットワーク全体の神経化学濃度を定量化しました。グループレベルでは、5% MVC 対照条件と比較して、50% MVC 収縮後のどちらの半球でも M1 および SMA に有意な GABA 変化はありませんでした。しかし、私たちのアプリオリな仮説に沿って、右 50% MVC 収縮後の lM1、lSMA、rSMA GABA の減少と、右 50% MVC 収縮後の行動の改善との間に、参加者ごとに有意な片側未補正相関関係が観察されました。収縮していない手。IM1 および両側 SMA GABA の減少が、右ハンドグリップ収縮後の左手対側手の行動改善につながるメカニズムは不明ですが、摘出された皮質脊髄路と、摘出されていない皮質脊髄路または皮質網様体脊髄路経路の組み合わせが重要な役割を果たしている可能性があります。左手モーター出力の調整。例えば、皮質網様体脊髄路は、上肢の近位セグメントと遠位セグメントを神経支配する運動ニューロンプールにシナプスを形成するSMAからの下行接続を有することが知られており、この経路はRTおよび神経筋力の減少に寄与する。

MVC 右手グリップの 50% 収縮を繰り返すと、SMA-SMA の機能的接続の増加を伴う反対側の手の行動の改善がもたらされることが確認されました。さらに、rM1 と rOFC の間の機能的接続が増加することを実証しました。我々はまた、lM1における阻害（GABA）の変化と両側SMAとの間の正の関係、およびrM1 Glxの変化と非収縮左手におけるRTの行動改善との間の負の関係を実証した。これらの結果は、50% MVC の単手収縮を繰り返すと、その後の反対側の手の運動能力が向上する可能性があることを示唆しています。このアプローチは、さまざまな神経学的または整形外科的状態におけるリハビリテーションのために同側の感覚運動系を準備するための有望な補助療法として機能する可能性があります