Effects of motor learning on spinal plasticity

Abstract

[한글]

운동기술의 학습이 완성되면, 그 운동기술은 상대적으로 자동적으로 수행될 수 있다. 새로운 운동기술을 습득할 때는 뇌의 운동영역이 활성화되어 있지만, 학습이 이루어진 후에는 활성도가 감소된다. 이것은 뇌피질이 운동기술의 습득 후에는 하위 회로들을 보다 효율적으로 사용할 것으로 생각된다. 뇌피질 아래의 운동회로는 각기 다른 근육의 활성시기와 활성패턴과 같은 계획된 움직임의 특성을 조절한다. 이 연구의 목적은 운동기술의 학습이 원활한 움직임을 조절하는 척수간신경원회로(spinal interneuron circuit)를 강화시키는지 알아보려 한다. 연구에 참여하는 대상군은 컴퓨터 스크린의 좌측과 우측에 번갈아 나타나는 목표물에 손목의 굴곡과 신전에 의해 나타나는 커서를 움직여 맞춤으로써 손목의 주기적인 리듬감 있는 움직임을 수행하는 것을 배웠다. 운동수행의 정확도는 일정한 시간 내에 목표물에 도달하는 것으로 측정되었다. 의미 있는 운동수행능력의 향상이 세 번째 세션 후에 관찰되었다. 운동수행은 전형적인 학습곡선을 보였고 일주일 연습을 쉰 후에도 향상된 운동수행능력의 유지되는 것이 관찰되었다. 손목 근육의 활성도를 표면전극을 이용하여 기록하였는데, 일곱 번째 세션 때에, 초기에 비해서 의미 있게 손목굴곡 시기에 손목신근의 동시수축이 감소하는 것이 관찰되었다. 손목신전 시기에 손목굴근의 동시수축은 감소하였으나 의미가 있지는 않았다. 상호억제는 정중신경의 자극에 의해 유발되는 손목신근의 활성도 감소 영역을 측정함으로써 평가되었다. 손목의 주기적인 움직임 중에서 신전에서 굴곡으로 변환시기에 상호억제가 의미 있게 증가되었다. 이 연구는 손목의 굴곡과 신근이 주기적으로 번갈아 움직이는 운동이 학습 가능하며, 이러한 움직임의 주기적인 훈련이 특별히 움직임의 변환시기에 척수간신경원의 상호억제의 강도를 증가시킬 수 있고, 이러한 상호억제의 증가가 원활한 움직임에 역할을 할 수 있을 것이다.

[영문]Once a skilled movement is thoroughly learned, it can be performed relatively automatically. The motor cortex is active when learning a new motor skill, but becomes less activated once the skill has become well-learned. Here, I hypothesize that learning a skilled movement is associated with more efficient use of subcortical motor circuits. Subcortical motor circuits can coordinate features of the intended movement such as the timing and patterns of activation of different muscles. The goal of this study is to determine whether learning a motor skill strengthens spinal interneuron circuits that facilitate the movement. Subjects learned to perform a movement consisting of alternating rhythmic wrist movements by hitting the targets that would appear alternatively in the right and left sides on a computer screen. Accuracy was monitored reaching the targets within the specific time window. Motor performance gains were observed significantly after three sessions. The motor performance showed a typical learning curve and was retained a week later. The co-contraction of wrist extensor in flexion period decreased significantly at the seventh session and that of wrist flexor in extension period decreased but not significantly. Reciprocal inhibition was assessed by stimulus triggered averaging of rectified EMG method. The reciprocal inhibition at the transitional period from the extension to the flexion increased significantly and increased at the mid-extension period but not significantly. The present study suggests that our motor task can be learned and training upper extremity to perform alternating movement enhances the strength of short latency inhibition of spinal interneuron particularly at the phase of movement near transition to alternate phase and this enhancement of reciprocal inhibition can play a role in the facilitation of alternating muscle activity.