丘脑神经刺激对原发性震颤患者运动巩固的影响

《Neuromodulation: Technology at the Neural Interface》：Thalamic Neurostimulation and Effects on Movement Consolidation in Essential Tremor

深部脑刺激（DBS）可改善essential tremor（ET）患者运动学习中的任务巩固，通过比较DBS开启与关闭条件下踝背屈任务的实践与保留表现，发现DBS开启组次日空间误差（2.1°）和运动平滑度（Jerk）显著优于DBS关闭组（3.9°）和健康对照组（2.3°），且所有ET患者TA肌均出现4-8Hz振荡，其振幅与Jerk相关（R2=0.37-0.48）。

　　

金钟淑（Joongsuk J. Kim）|斯特凡·德尔马斯（Stefan Delmas）|崔允真（Yoon Jin Choi）|黄周俊（Joshua K. Wong）|奥肯·迈克尔·S（Michael S. Okun）|雅库比·巴斯玛（Basma Yacoubi）|克里斯图·埃万杰洛斯·A（Evangelos A. Christou）

美国佛罗里达大学应用生理学与运动学系，盖恩斯维尔，FL

摘要

目的

丘脑中间腹核（VIM）的深部脑刺激（DBS）在原发性震颤（ET）患者中能有效抑制上肢震颤；然而，其对运动学习的影响仍不清楚。本研究旨在评估DBS对运动巩固的影响，而运动巩固是运动学习的重要特征。

材料与方法

共有16名接受VIM DBS治疗的ET患者和16名年龄和性别匹配的健康对照组（HC）参与了本研究。ET患者在连续两天内完成了目标导向的踝关节背屈任务。第一天，一组ET患者（n = 8）在关闭DBS的情况下练习该任务，而另一组（n = 8）在开启DBS的情况下练习。第二天，两组分别在不同条件下再次进行任务测试。在练习（第一天）和任务巩固（第二天）期间，记录了空间精确度、运动平滑度（Jerk）以及胫前肌（TA）的活动情况。

结果

在练习过程中，三组之间的空间误差和运动平滑度没有显著差异。然而，在任务巩固阶段，DBS关闭组的空间误差和Jerk幅度大于DBS开启组和HC组。练习与任务巩固期间的Jerk幅度之间存在显著正相关（R2 = 0.48）。所有患者的TA肌肉均表现出4至8赫兹的振荡，这一现象在练习（R2 = 0.37）和任务巩固（R2 = 0.27）期间均得到验证。

结论

这些发现表明，丘脑神经刺激有助于改善运动任务的巩固，并可能影响其他运动学习过程。所有ET患者TA肌肉中存在的4至8赫兹振荡及其与运动平滑度的关联为进一步研究提供了潜在的关注点。

引言

原发性震颤（ET）是一种常见的运动障碍，其特征是四肢不自主地振荡，这会损害运动功能和生活质量。丘脑中间腹核的深部脑刺激（VIM DBS）已被证明能有效抑制ET患者的震颤。然而，VIM DBS对运动任务习得的影响——这是运动学习的关键组成部分——仍缺乏充分研究。本研究探讨了在ET背景下，开启或关闭丘脑神经刺激是否会影响运动任务的习得。 关于ET患者中丘脑神经刺激与运动学习的文献有限，但有一些重要的观察结果：VIM DBS改善了连续反应时间任务（SRTT）的习得。当患者在开启DBS的情况下练习SRTT时，其反应时间有所缩短；而另一项研究则发现，VIM DBS会妨碍手臂运动对不同力场的适应。这些结果的差异凸显了需要进一步阐明丘脑神经刺激对ET患者运动学习过程的影响。 我们评估了在开启或关闭DBS的情况下练习新的目标导向运动是否会对ET患者的任务习得产生有利或不利的影响。我们选择的任务是刻意设计的，因为它要求参与者精确执行开环目标导向的踝关节背屈动作。这一预编程的运动任务在我们之前的研究中已被广泛使用。我们关注的是动作的终点精确度和运动平滑度。终点精确度通过空间误差来衡量，而运动平滑度则通过Jerk指标来评估。Jerk是基于霍根最小Jerk模型（1984年）计算得出的位置的三阶时间导数。据我们所知，目前尚未有研究利用目标导向运动的终点精确度或运动平滑度来评估ET患者在接受DBS治疗后的任务习得情况。 任务习得通过评估其巩固程度来衡量。巩固程度反映了性能改善随时间的保持和稳定情况。我们通过延迟保持或转移测试来评估这一指标。本研究比较了两组ET患者的任务巩固情况：一组在开启丘脑神经刺激（DBS ON）的情况下练习任务，另一组在关闭丘脑神经刺激（DBS OFF）的情况下练习。24小时后，两组分别再次进行任务测试，其中DBS ON组在关闭DBS的情况下完成任务，而DBS OFF组在开启DBS的情况下完成任务。我们通过比较最终练习阶段（第一天）和24小时后的任务表现（包括终点精确度和运动平滑度）来量化巩固程度。我们的假设是，在开启丘脑神经刺激的情况下练习会提高第二天测试时的目标导向运动表现。

参与者

本研究包括16名被诊断为ET的患者（平均年龄65.2 ± 6.5岁；6名女性）和16名年龄和性别匹配的健康对照组（HC）（平均年龄66.2 ± 5.8岁；6名女性）。ET患者的纳入标准如下：1）根据佛罗里达大学诺曼·菲克塞尔神经疾病研究所（Norman Fixel Institute for Neurological Diseases）的运动障碍神经科医生的共识诊断，并符合运动障碍协会的共识声明；2）已接受VIM DBS手术。

第一天和第二天の空间误差

第一天的空间误差分别为：DBS OFF组2.3°，DBS ON组2.6°，HC组2.3°（图4a）。三组之间的空间误差无显著差异（χ2 = 0.053，p = 0.974，η2 = 0.067）。第二天的空间误差为：DBS OFF组3.9°，DBS ON组2.1°。尽管DBS OFF组的空间误差较大，但这种差异不具有统计学意义（Mann–Whitney U = 19.0，p = 0.19，Cohen’s r = 0.34）。

讨论

在ET背景下，丘脑神经刺激显著影响了目标导向运动的巩固。当患者在关闭DBS的情况下练习目标导向的踝关节运动时，第二天重新测试时表现出运动平滑度降低和空间误差增加；而在开启DBS的情况下练习时，运动平滑度和空间精确度均得到保持。

结论

丘脑神经刺激增强了ET患者目标导向运动任务的巩固，表明DBS在支持运动学习方面具有积极作用。相反，在关闭DBS的情况下练习任务会导致习得和巩固能力下降，这突显了神经刺激在学习过程中的重要性。一项新的观察结果是，所有ET患者的TA肌肉中均存在4至8赫兹的振荡现象，这可能与隐匿性震颤有关。

利益冲突

作者声明了以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：斯特凡·德尔马斯（Stefan Delmas）获得了美国国立卫生研究院（NIH）通过机构国家研究服务奖（T32）的财务支持；黄周俊（Joshua K. Wong）、巴斯玛·雅库比（Basma Yacoubi）和埃万杰洛斯·克里斯图（Evangelos A. Christou）也获得了NIH的财务支持；迈克尔·S·奥肯（Michael S. Okun）获得了NIH、帕金森基金会（Parkinson’s Foundation）和迈克尔·J·福克斯（Michael J. Fox）的财务支持。

致谢

作者感谢佛罗里达大学诺曼·菲克塞尔神经疾病研究所对参与者招募工作的协助。

作者署名

金钟淑（Joongsuk J. Kim）、斯特凡·德尔马斯（Stefan Delmas）、崔允真（Yoon Jin Choi）、巴斯玛·雅库比（Basma Yacoubi）和埃万杰洛斯·克里斯图（Evangelos A. Christou）共同设计并实施了这项研究，包括患者招募、数据收集和数据分析。金钟淑（Joongsuk J. Kim）在乔舒亚·黄周俊（Joshua K. Wong）、迈克尔·S·奥肯（Michael S. Okun）、巴斯玛·雅库比（Basma Yacoubi）和埃万杰洛斯·克里斯图（Evangelos A. Christou）的智力支持下完成了手稿的撰写。