在停止活動期間皮質內抑制調節(jié)的年齡相關改變

1. 研究背景

抑制預期動作的能力是認知控制的一個關鍵組成部分，它允許在日常生活中靈活的行為。運動反應的抑制是由皮質-基底神經節(jié)網絡的活動介導的，該網絡的輸出被認為是調節(jié)初級運動皮層內神經元的興奮性。直接途徑可以通過紋狀體刺激運動皮層的輸出，間接和超直接的基底神經節(jié)途徑可以抑制運動皮層的興奮性，支持對不希望的動作的抑制。根據這一觀點，經顱磁刺激（TMS）研究顯示，在出現停止信號后100-200ms，M1內皮質脊髓興奮性（CSE）下降。值得注意的是，這種興奮性的抑制被認為是伴隨著M1區(qū)γ-氨基丁酸能的中間神經元激活的增加。皮質內中間神經元接收并整合來自皮質和皮質下結構的輸入，并通過突觸連接調節(jié)皮質脊髓神經元的活動。

不同類型的M1局部皮質內抑制可以用成對脈沖TMS進行研究，這種療程包括會影響到后續(xù)測試刺激誘發(fā)的運動誘發(fā)電位（MEP）大小的條件刺激。當刺激間間隔（ISI）設置在1-3ms或50-200ms時，條件刺激對誘發(fā)的MEP大小有抑制作用。

2. 研究方法

2.1 被試

一共有25名年輕的（23±4歲，其中12名女性）和29名年老的（68±4歲，其中13名女性）健康被試參與到本研究中，所有被試均為右利手，并且無神經功能損害史。

2.2 研究流程

SICI和LICI評估分別在兩個不同的療程中進行，療程間至少間隔48小時（平衡，療程間平均天數：12±16），實驗過程與SICI和LICI相同。

圖1. 在療程開始時，參與者首先練習這項任務。熟悉后立即對行為反應性和前攝性抑制進行評估(行為評估)。接下來，在任務中準備TMS?？偣灿?0個TMS任務塊和1個TMS休息塊，它們在參與者中以相同的順序呈現。有兩種不同類型的任務塊:一種是特定的走(即停止信號概率[SSP] = 0%)，另一種是不確定的試次(即SSP = 20和40%)。在休息阻滯期間，休息時測量皮質脊髓外皮層。

2.3 數據處理和分析

對于每個試次計算第一次TMS脈沖前50ms的EMG信號的均方根（RMS），如果RMS超過20μV就刪掉該試次。計算每個試次右側FDI肌肉的峰值-峰值MEP振幅，并去除離群值（±3 SD）。在每個刺激時間點，對所有試次的每一種類型的MEP振幅進行平均。

3. 結果

我們研究了年齡對行動停止（反應性抑制）和準備停止（前攝性抑制）過程中γ-氨基丁酸a能和γ-氨基丁酸b能抑制活性的調節(jié)能力的影響。對左初級運動皮層施加成對脈沖經顱磁刺激以評估停止時γ-氨基丁酸a介導的皮質內短間隔抑制（SICI）和停止信號預期時γ-氨基丁酸b介導的皮質內長間隔抑制（LICI）的調節(jié)。

在行為層面，反應性抑制受年齡的影響，這表明與年輕人相比，老年人的停止信號反應時間更長。相反，隨著停止信號概率的增加，前攝性抑制在老年時得以保留，因為兩組人的go反應都以相似的程度放緩。在神經層面上，在年輕人中成功停止相對繼續(xù)的試驗中SICI的數量更高，但在老年人中不是這樣。在試驗開始時，在年輕人和老年人中，LICI作為停止信號概率的函數被調節(jié)。

圖2. 在SICI期間，三種情況下的皮質脊髓興奮性(CSE，圖A)和短間隔皮質內抑制(SICI，圖B)的調節(jié)。

圖3. 年輕人(黑色)和老年人(白色)在短時皮質內抑制(SICI)期間停止信號反應時間(SSRT)與go和停止狀態(tài)下SICI的差異之間的關系。

4. 結論

γ-氨基丁酸a介導的皮層內抑制的募集在行動停止時受到衰老的影響。

5. 名稱及DOI號

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