Relationship between capacity for motor cortical plasticity and learning a complex perceptual-motor skill - Merikoski, Veera (2019)
Taitoharjoitus ja parillinen assosiatiivinen stimulaatio (PAS) aiheuttavat long-term potentiation -kaltaista synaptista plastisuutta (LTP) primaarisella motorisella aivokuorella. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia PAS intervention ja motorisen taitoharjoittelun tuottaman plastisuuden yhteyttä taidon kehittymiseen. Hypoteesina oli, että suurempi PAS:n tai taitoharjoituksen aiheuttama kortikospinaalisen herkkyyden muutos olisi yhteydessä taidon oppimiseen. Tutkimukseen rekrytoitiin terveitä nuoria aikuisia, joilla ei ollut kokemusta jongleerausharjoittelusta (13 henkilöä: 4 miestä, 9 naista). Tutkimuskäynnit jakautuivat kolmelle viikolle siten, että ensimmäisellä viikolla toteutettiin PAS tutkimus, toisella viiden kerran mittainen jongleerausharjoitusjakso ja kolmannella retentioharjoitus. PAS interventioon kuului 200 stimulusparia: sähköstimulus (1,5 x MT) annettiin oikeanpuoleiseen keskihermoon kyynärtaipeen kohdalta ja 20 ms sen jälkeen TMS stimulus (120 %RMT) flexor carpi radialis (FCR) lihaksen alueelle vasemman puoleiselle motoriselle aivokuorelle. Jongleeraustaitoa mitattiin kunkin harjoituksen alussa ja lopussa onnistuneina kiinniottoina per jongleerausyritys (CPA). Yksinkertainen visuaalinen reaktioaikatesti toteutettiin ensimmäisen, viidennen ja retentiomittauskerran alussa. PAS tutkimuskerralla sekä ensimmäisellä, viidennellä ja retentiomittauskerralla tehtiin lisäksi neurofysiologisia mittauksia, jotka kohdistettiin FCR lihakseen. Motorinen herätevaste (MEP) mittaus tehtiin transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (TMS) aina ennen (PRE) PAS interventiota tai motorista harjoitusta, sen jälkeen (POST) ja 20 minuuttia sen jälkeen (POST20). TMS:llä mitattiin keskimääräinen huipusta huippuun MEP amplitudi 100, 110, 120, 130 and 140 % RMT stimulointivoimakkuudella. Motorisen aivokuoren plastisuuden kapasiteetin mittareina käytettiin PAS intervention ja ensimmäisen harjoituksen aiheuttamaa MEP amplitudin muutosta. Maksimaaliset M-aallot mitattiin aina ennen (PRE) ja jälkeen (POST) intervention. Tilastollisissa analyyseissä käytettiin Wilcoxon merkittyjen sijalukujen testiä, Mann-Whitney U –testiä ja Spearmanin järjestyskorrelaatiota. Kaikki 13 tutkittavaa kehittyivät jongleerauksessa. Heistä yhdeksän saavutti viiden harjoituksen aikana CPA ≥ 4 taitotason, matalimman suoritustason, jota voidaan kutsua jongleeraukseksi. Saavutettu taitotaso säilyi kuuden päivän tauon aikana ja taitotaso siirtyi myös siirtovaikutustestiin, jossa jongleerattiin samaa cascadi-kuviota, mutta eripainoisilla palloilla. Visuaalinen reaktioaika ei parantunut tilastollisesti merkitsevästi ryhmänä, mutta yksilötasolla kehitystä tapahtui osalla. Reaktioajan nopeutuminen oli yhteydessä hitaampaan reaktioaikaan alkutesteissä sekä hitaampaan jongleerauksen oppimiseen. MEP amplitudit kasvoivat PAS interventiossa 18% (SD=36, n=13, p=0.28) POST ja 16% (SD=31, n=12, p=0.07) POST20, mutta tulokset eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. MEP amplitudit olivat kunkin jongleerausharjoituksen jälkeen pienemmät kuin ennen harjoitusta, mutta palautuivat lähelle lähtötilannetta seuraavan 20 minuutin aikana. MEP amplitudin muutos ensimmäisenä harjoituskertana korreloi negatiivisella kertoimella viidennen harjoituskerran reaktioajan kanssa (n=12, rs=-0.62, p=0.03). Reaktioajan muutos ensimmäisen ja viidennen harjoituskerran välillä korreloi saman aikavälin PRE MEP/Mmax amplitudimuutoksen kanssa (n=12, rs=-0.81, p=0.01). Viidellä henkilöllä MEP amplitudi kasvoi poikkeuksellisesti ensimmäisen harjoituksen jälkeen. Lisäksi heillä reaktioajat nopeutuivat harjoitusviikolla ja he myös omasivat nopeimmat reaktioajat viidennellä harjoituspäivänä. Tutkimuksessa ei havaittu yhteyttä PAS:n tai harjoittelun aiheuttaman aivojen plastisuuden ja motorisen taidon oppimisen välillä. Reaktioajan kehittyminen sen sijaan oli yhteydessä lyhyen ja pitkän aikavälin kortikospinaalisen herkkyyden muutoksiin. Kukin harjoitus aiheutti akuutin kortikospinaalisen herkkyyden pienenemisen, jolla oli yhtäläisyyksiä post-exercise depression -vaikutuksen kanssa. Ensimmäinen jongleerausharjoitus saattoi kuitenkin tuottaa LTP -kaltaista motorisen aivokuoren plastisuutta eräillä tutkittavilla, joiden visuaalinen reaktioaika parani harjoittelun seurauksena. Jongleerausharjoittelu saattoi aiheuttaa neuroplastisuutta aivoalueilla, mitä ei tässä tutkimuksessa mitattu.