Frontal stimulation reshapes SCAN connectivity and improves motor function in Parkinson’s disease

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

Parkinson hastalığı, bradikinezinin karakteristik motor açıkları ve bozulmuş koordinasyonu ve dikkat ve yürütme fonksiyonları gibi bilişsel yetenekleri etkileyen motor olmayan açıkları olan bir nörodejeneratif bozukluktur. Son kanıtlar, Parkinson hastalığındaki bazı kanonik motor eksikliklerinin (örneğin, yürüyüşün dondurulması) tipik olarak bilişsel kontrol gibi yürütme işlevlerinin altını çizdiği düşünülen ön kortikal işlemlerdeki anormalliklerle ilişkili olduğunu göstermektedir. Parkinson hastalığı olan kişilerde frontal bilişsel bozulmayı ve motor açıklarını bağlayan insan araştırmalarından elde edilen kanıtlar korelasyoneldir. Bilişsel bozuklukları olan bireyler genellikle yürüyüş ve denge açıklarını da gösterirler, ancak nedensel kanıtlar eksik kalır. İnvazif olmayan beyin stimülasyonunu fonksiyonel MRI (fMRI) ile birleştirerek dorsolateral prefrontal korteksin (DLPFC) motor işlevini modüle eden bir nedensel etki uygulayıp uygulamadığını ve bilişsel kontrol ağına uygulanan uyarıcı bir stimülasyon protokolünün Parkinson hastalığında motor performansını artırabileceği hipotezini test ettik. Parkinson hastalığı olan katılımcılar, fonksiyonel nörogörüntüleme taramaları yapılırken yürüyüş bozukluğu ile takip edildiği gösterilen hassas bir kuvvet izleme görevi gerçekleştirdiler. Denemelerin yarısında, katılımcıların dikkat sistemlerini vergilendirmek için bilişsel olarak talep edilen 2 sırtlı çalışma belleği görevini eşzamanlı olarak gerçekleştirmeleri gerekiyordu. Başlangıç taramasını takiben, katılımcılar transkraniyal manyetik uyarım (TMS) ile fMRI'yi birleştiren üç ayrı dengeleyici seans için geri döndüler. Görev performansından hemen önce, katılımcılar sağ DLPFC üzerinden uyarıcı (aralayıcı TBS) veya inhibitör (sürekli TBS) uyarım protokolleri aldı. Üçüncü oturumda katılımcılar, görevimizde yer alan bilişsel ve motor alanların dışındaki bir kontrol sitesine uyarı aldı. Kendi içimizdeki deneysel tasarımımız, uyarımın motor davranış üzerindeki etkilerini, bilişsel yükün motor davranış üzerindeki etkisini ve bilişsel kontrolü ve motor yürütmeyi destekleyen sinir sistemlerini incelememizi sağladı. Hipotezimizle tutarlı olarak, DLPFC'nin uyarıcı uyarılması, azaltılmış izleme hatası ve daha pürüzsüz hareket yürütmesi tarafından indekslenen hassas bir kuvvet izleme görevinde motor performansını geliştirdi. Bu etkiler, bilişsel talepler yüksek olduğunda tercihen çift görev koşullarında ortaya çıktı. Sonuçlarımız, bu geliştirilmiş motor performansının, sadece uyarım alanı ve birincil motor korteks arasındaki fonksiyonel bağlantıdaki azalmalarla değil, aynı zamanda eylem planlamasını ve tüm vücut hareketi koordinasyonunu desteklediği düşünülen yakın zamanda açıklanan somato-bilişsel eylem ağı (SCAN) içinde de çakıştığını göstermektedir. Ön bilişsel kontrol sistemlerinin Parkinson hastalığındaki hareketi modüle etmede nedensel bir rol oynadığı sonucuna varıyoruz ve bu sistemleri invazif olmayan müdahalelerle hedeflemenin motor işlevini artırabileceğini öne sürüyoruz.

Özgün kaynak özetini okuyun

Parkinson’s disease is a neurodegenerative disorder with characteristic motor deficits of bradykinesia and impaired coordination, and non-motor deficits affecting cognitive abilities such as attention and executive functions. Recent evidence suggests that some canonical motor deficits in Parkinson’s disease (e.g., freezing of gait) are associated with abnormalities in frontal cortical processing typically thought to underlie executive functions such as cognitive control. The evidence from human research linking frontal cognitive disruption and motor deficits in people with Parkinson’s disease is correlational. Individuals with cognitive impairments often also display gait and balance deficits, but causal evidence remains lacking. We combined non-invasive brain stimulation with functional MRI (fMRI) to ascertain whether dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) exerts a causal influence modulating motor function and to test the hypothesis that an excitatory stimulation protocol applied to a cognitive control network can improve motor performance in Parkinson disease. Participants with Parkinson’s disease performed a precision force-tracking task shown to track with gait impairment while undergoing functional neuroimaging scans. On half of trials, participants were required to simultaneously perform a cognitively demanding 2-back working memory task to tax attentional systems. Following the initial baseline scan, participants returned for three separate counterbalanced sessions that combined transcranial magnetic stimulation (TMS) in the form of theta burst stimulation (TBS) with fMRI. Just prior to task performance, participants received either excitatory (intermittent TBS) or inhibitory (continuous TBS) stimulation protocols over right DLPFC. In the third session, participants received stimulation to a control site outside the cognitive and motor areas implicated in our task. Our within-subjects experimental design allowed us to examine the effects of stimulation on motor behavior, the influence of cognitive load on motor behavior, and the neural systems supporting cognitive control and motor execution. Consistent with our hypothesis, excitatory stimulation of DLPFC improved motor performance in a precision force-tracking task as indexed by reduced tracking error and smoother movement execution. These effects emerged preferentially under dual-task conditions when cognitive demands were high. Our results show that this improved motor performance coincides with reductions in functional connectivity not only between the stimulation site and primary motor cortex, but also within the recently described somato-cognitive action network (SCAN) thought to support action planning and whole-body movement coordination. We conclude that frontal cognitive control systems play a causal role in modulating movement in Parkinson’s disease and suggest that targeting these systems with non-invasive interventions may enhance motor function.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.