在停止活動期間皮質(zhì)內(nèi)抑制調(diào)節(jié)的年齡相關(guān)改變

1. 研究背景

抑制預(yù)期動作的能力是認(rèn)知控制的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它允許在日常生活中靈活的行為。運(yùn)動反應(yīng)的抑制是由皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的活動介導(dǎo)的，該網(wǎng)絡(luò)的輸出被認(rèn)為是調(diào)節(jié)初級運(yùn)動皮層內(nèi)神經(jīng)元的興奮性。直接途徑可以通過紋狀體刺激運(yùn)動皮層的輸出，間接和超直接的基底神經(jīng)節(jié)途徑可以抑制運(yùn)動皮層的興奮性，支持對不希望的動作的抑制。根據(jù)這一觀點(diǎn)，經(jīng)顱磁刺激（TMS）研究顯示，在出現(xiàn)停止信號后100-200ms，M1內(nèi)皮質(zhì)脊髓興奮性（CSE）下降。值得注意的是，這種興奮性的抑制被認(rèn)為是伴隨著M1區(qū)γ-氨基丁酸能的中間神經(jīng)元激活的增加。皮質(zhì)內(nèi)中間神經(jīng)元接收并整合來自皮質(zhì)和皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的輸入，并通過突觸連接調(diào)節(jié)皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元的活動。

不同類型的M1局部皮質(zhì)內(nèi)抑制可以用成對脈沖TMS進(jìn)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(yùn)動誘發(fā)電位（MEP）大小的條件刺激。當(dāng)刺激間間隔（ISI）設(shè)置在1-3ms或50-200ms時(shí)，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(jīng)功能損害史。

2.2 研究流程

SICI和LICI評估分別在兩個(gè)不同的療程中進(jìn)行，療程間至少間隔48小時(shí)（平衡，療程間平均天數(shù)：12±16），實(shí)驗(yàn)過程與SICI和LICI相同。

圖1. 在療程開始時(shí)，參與者首先練習(xí)這項(xiàng)任務(wù)。熟悉后立即對行為反應(yīng)性和前攝性抑制進(jìn)行評估(行為評估)。接下來，在任務(wù)中準(zhǔn)備TMS。總共有10個(gè)TMS任務(wù)塊和1個(gè)TMS休息塊，它們在參與者中以相同的順序呈現(xiàn)。有兩種不同類型的任務(wù)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(shí)測量皮質(zhì)脊髓外皮層。

2.3 數(shù)據(jù)處理和分析

對于每個(gè)試次計(jì)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(jì)算每個(gè)試次右側(cè)FDI肌肉的峰值-峰值MEP振幅，并去除離群值（±3 SD）。在每個(gè)刺激時(shí)間點(diǎn)，對所有試次的每一種類型的MEP振幅進(jìn)行平均。

3. 結(jié)果

我們研究了年齡對行動停止（反應(yīng)性抑制）和準(zhǔn)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(diào)節(jié)能力的影響。對左初級運(yùn)動皮層施加成對脈沖經(jīng)顱磁刺激以評估停止時(shí)γ-氨基丁酸a介導(dǎo)的皮質(zhì)內(nèi)短間隔抑制（SICI）和停止信號預(yù)期時(shí)γ-氨基丁酸b介導(dǎo)的皮質(zhì)內(nèi)長間隔抑制（LICI）的調(diào)節(jié)。

在行為層面，反應(yīng)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(yīng)時(shí)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(shí)得以保留，因?yàn)閮山M人的go反應(yīng)都以相似的程度放緩。在神經(jīng)層面上，在年輕人中成功停止相對繼續(xù)的試驗(yàn)中SICI的數(shù)量更高，但在老年人中不是這樣。在試驗(yàn)開始時(shí)，在年輕人和老年人中，LICI作為停止信號概率的函數(shù)被調(diào)節(jié)。

圖2. 在SICI期間，三種情況下的皮質(zhì)脊髓興奮性(CSE，圖A)和短間隔皮質(zhì)內(nèi)抑制(SICI，圖B)的調(diào)節(jié)。

圖3. 年輕人(黑色)和老年人(白色)在短時(shí)皮質(zhì)內(nèi)抑制(SICI)期間停止信號反應(yīng)時(shí)間(SSRT)與go和停止?fàn)顟B(tài)下SICI的差異之間的關(guān)系。

4. 結(jié)論

γ-氨基丁酸a介導(dǎo)的皮層內(nèi)抑制的募集在行動停止時(shí)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