一半球の可塑性、二半球からの制御：新生児ラットの片側皮質脊髄損傷後の下降運動経路の適応性

Plasticity in One Hemisphere, Control From Two: Adaptation in Descending Motor Pathways After Unilateral Corticospinal Injury in Neonatal Rats.

• Tong-Chun Wen
• Sophia Lall
• Corey Pagnotta
• James Markward
• Disha Gupta
• Shivakeshavan Ratnadurai-Giridharan
• Jacqueline Bucci
• Lucy Greenwald
• Madelyn Klugman
• N Jeremy Hill
• Jason B Carmel

抄録

発達初期に皮質脊髄路（CST）を損傷した後、下行運動経路の大規模な適応があります。損傷を受けていない大脳が障害を受けた前肢を制御しているとする研究もあれば、損傷を受けた大脳が制御しているとする研究もあるが、これらの経路を直接比較したことはない。我々は、CSTの新生児損傷後の前肢機能回復への各運動野の寄与を検証した。生後7日目のラットの左錐体を切断（錐体切開）したところ、右前肢に測定可能な障害が生じた。各運動野の薬理学的不活性化を用いて、熟練したリーチタスクとサピネーションタスクへの寄与を試験した。新生児錐体切開を受けたラットでは、損傷した半球と損傷していない半球の両方の運動野の不活化によってさらに障害が生じたが、損傷していないラットの前肢は対側の運動野からのみ障害が生じた。このように、不活化は各運動野からの運動制御を実証した。対照的に、これらの経路の生理学的・解剖学的な検討は、非損傷半球のみでの適応を支持している。新生児錐体切開を受けたラットの未傷半球の運動野の皮質内マイクロ刺激は両前肢からの反応を示したが、傷ついた半球の刺激では両前肢からの反応は得られなかった。前向性と逆行性の両方のトレーサーを用いて、コルティコフーガ経路のラベル付けを行った。大脳皮質から赤核へ、あるいは赤核から脊髄への可塑性の増加は見られなかった。対照的に、損傷を受けていない運動皮質から脊髄の両半球への非常に強いCST接続があった。逆行性トレーシングでは、未損傷半球内の各前肢のマップが作成され、これらは部分的に分離されていた。このことは、新生児錐体切開を行ったラットでは、未損傷半球が未損傷前肢と損傷前肢の別々の制御をコード化している可能性を示唆している。

After injury to the corticospinal tract (CST) in early development there is large-scale adaptation of descending motor pathways. Some studies suggest the uninjured hemisphere controls the impaired forelimb, while others suggest that the injured hemisphere does; these pathways have never been compared directly. We tested the contribution of each motor cortex to the recovery forelimb function after neonatal injury of the CST. We cut the left pyramid (pyramidotomy) of postnatal day 7 rats, which caused a measurable impairment of the right forelimb. We used pharmacological inactivation of each motor cortex to test its contribution to a skilled reach and supination task. Rats with neonatal pyramidotomy were further impaired by inactivation of motor cortex in both the injured and the uninjured hemispheres, while the forelimb of uninjured rats was impaired only from the contralateral motor cortex. Thus, inactivation demonstrated motor control from each motor cortex. In contrast, physiological and anatomical interrogation of these pathways support adaptations only in the uninjured hemisphere. Intracortical microstimulation of motor cortex in the uninjured hemisphere of rats with neonatal pyramidotomy produced responses from both forelimbs, while stimulation of the injured hemisphere did not elicit responses from either forelimb. Both anterograde and retrograde tracers were used to label corticofugal pathways. There was no increased plasticity from the injured hemisphere, either from cortex to the red nucleus or the red nucleus to the spinal cord. In contrast, there were very strong CST connections to both halves of the spinal cord from the uninjured motor cortex. Retrograde tracing produced maps of each forelimb within the uninjured hemisphere, and these were partly segregated. This suggests that the uninjured hemisphere may encode separate control of the unimpaired and the impaired forelimbs of rats with neonatal pyramidotomy.