Multi-unit microneurografie en modelbeschrijving van afferente signalen van de mechanoreceptoren in menselijke spieren

In het onderzoek naar menselijke spierreflexen tracht men de bijdragen van de
diverse onderdelen van de reflexlus van elkaar te onderscheiden. De
onderzoeksgroep van Prof. Van der Helm gebruikt hiervoor al enige jaren
fysiologisch-wiskundige modellen van het spierzenuwskeletstelsel. Deze modellen
worden gevalideerd door aan proefpersonen mechanische stimuli aan te bieden met
behulp van robotmanipulatoren, en daarbij kracht, positie en EMG te meten.
Behalve voor fundamenteel fysiologisch onderzoek is deze methode ook bruikbaar
gebleken voor het verzamelen van data van patiënten. Zo is bijvoorbeeld
gevonden dat gezonde proefpersonen hun reflexen dynamisch aanpassen aan de
taak, maar dat neurologische aandoeningen die mogelijkheid tot modulatie
verminderden. De fysiologische werking van deze reflexmodulaties is niet goed
bekend. De reflexsterkte zou gevarieerd kunnen worden via de pyramidebaan, door
pre-synaptische inhibitie, maar ook door het fusimotor systeem, wat via
efferente banen de gevoeligheid van spierspoeltjes bijstelt. De huidige methode
kan geen onderscheid maken tussen effecten van spier-mechanoreceptoren (als
niet-lineaire sensoren) en het centrale zenuwstelsel. Rechtstreekse meting van
de signalen van de mechanoreceptoren is daarvoor noodzakelijk. Dit is alleen
mogelijk met microneurografie, waarbij een micro-elektrode in een zenuwbundel
gebracht wordt.
De meest gebruikelijke, 'single-unit' microneurografie registreert het signaal
van één axon. Deze methode kent grote praktische problemen. Zo is het moeilijk
om een axon van het juiste type te vinden, en gaat bij de geringste beweging
van de elektrode het signaal verloren, waardoor men al blij moet zijn met een
opname van bijvoorbeeld 5 minuten. Verder geeft een single-unit meting maar een
zeer beperkte afspiegeling van de veelheid aan afferente informatie die het
centrale zenuwstelsel bereikt. Deze problemen beperken de toepassing van deze
methode sterk.
Multi-unit microneurografie, met een groter elektrodeoppervlak, biedt mogelijk
uitkomst. Bij deze techniek worden signalen van meerdere axonen tegelijk
gemeten. Het is te verwachten dat dit de plaatsing en stabiliteit van de
elektrode minder kritisch maakt, met als gevolg het sneller vinden van een
elektrodepositie, en de mogelijkheid van langduriger registraties. Stabiliteit
is erg belangrijk bij het bestuderen van passieve of actieve bewegingen.
Uiteindelijk hopen we deze methode ook toe te passen voor onderzoek bij
patiënten met neurologische aandoeningen.
In multi-unit registraties zal naar verwachting een mix van signalen van
afferente- (spierspoeltjes, Golgi peesorgaantjes, huid) en efferente- (alfa
motoneuronen, autonoom zenuwstelsel) zenuwen gevonden worden. Een nieuw en
innovatief onderdeel van het voorgestelde onderzoek is het scheiden van deze
signalen door middel van geavanceerd systeem identificatie methodes. Daarbij
zullen de mogelijkheden van de robot-manipulator uitgebuit worden om nauwkeurig
een grote variëteit aan zorgvuldig ontworpen mechanische stimuli aan te bieden
en te meten.

In dit project willen we onderzoeken of en in hoeverre multi-unit
microneurografie bruikbaar is in het onderzoek naar menselijke
spiermechanoreceptoren. Daarvoor zullen we de volgende vragen beantwoorden:
1) Hoe moeilijk is het om een effectieve elektrodepositie te vinden en te
behouden? In termen van slaagkans, zoektijd en meettijd; punten waarvoor
single-unit microneurografie slecht bekend staat.
2) Welke typen zenuwvezels dragen bij aan een multi-unit registratie, en kunnen
we de diverse soorten afferente en efferente signalen onderscheiden?
3) Wat is de kwaliteit van de verkregen signalen, in termen van signaal-ruis
verhouding en reproduceerbaarheid?

Geslaagde microneurografische registraties zullen we gebruiken voor
modelvorming van multi-unit (spierspoel) activiteit en het optimaliseren van de
gebruikte techniek.

Hiertoe zullen in een observationeel onderzoek multi-unit microneurogrammen
gemaakt worden tijdens actieve en
passieve bewegingen van het polsgewricht.

De proefpersonen worden gevraagd voor een meetsessie in zittende houding van
maximaal 3 uur met passieve en actieve bewegingen van het polsgewricht, met
beperkte uitslag en kracht. Voor de microneurografische meting wordt een 0.2mm
diameter naald in de nervus radialis gebracht. Dit staat bekend als een veilige
techniek. Er is wel een kans (<10%) op
milde restverschijnselen. Deze verschijnselen verdwijnen normaal spontaan
binnen twee weken.
Het zoeken naar een geschikte elektrodepositie kan als belastend ervaren
worden. De maximale zoektijd is gesteld op
drie kwartier. Het verkorten van de zoektijd (ten opzichte van single-unit
microneurografie) is een van de verwachte
voordelen van multi-unit microneurografie die we willen onderzoeken.