ถอดรหัส Cortical Silent Period (CSP)

บทนำ: ทำไม “ความเงียบ” ของกล้ามเนื้อจึงสำคัญ

การเคลื่อนไหวของมนุษย์ไม่ได้เกิดจากการสั่งให้กล้ามเนื้อ “ทำงาน” เพียงอย่างเดียว แต่ต้องอาศัยความสมดุลระหว่างการกระตุ้น (excitation) และการยับยั้ง (inhibition) อย่างประณีต แม้แต่การเคลื่อนไหวง่าย ๆ อย่างการกำมือก็ต้องอาศัยระบบยับยั้งที่ทำงานควบคู่ไปกับระบบกระตุ้นตลอดเวลา

หนึ่งในตัวชี้วัดที่ตรงไปตรงมาที่สุดของ “การยับยั้งการสั่งการ” (motor inhibition) ในมนุษย์ คือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Cortical Silent Period หรือ CSP ซึ่งวัดได้ด้วยเทคนิค Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) ร่วมกับการบันทึกคลื่นไฟฟ้ากล้ามเนื้อ (Electromyography หรือ EMG) เมื่อส่งพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าเดี่ยวไปกระตุ้นสมองส่วนสั่งการหลัก (Primary Motor Cortex หรือ M1) ในซีกตรงข้ามกับกล้ามเนื้อเป้าหมาย จะเกิดสัญญาณกล้ามเนื้อกระตุก (Motor-Evoked Potential หรือ MEP) ตามมาด้วยช่วงที่สัญญาณ EMG เงียบลงอย่างชัดเจน นี่คือ CSP

งานวิจัยพื้นฐานในสัตว์ทดลองยุคแรกที่ใช้การกระตุ้นไฟฟ้าโดยตรงต่อเปลือกสมอง แสดงให้เห็นว่าความตื่นตัวของเซลล์ประสาทในเปลือกสมองจะลดลงหลังถูกกระตุ้นอย่างรุนแรงในช่วงสั้น ๆ และภาวะยับยั้งนี้กินเวลาประมาณ 150-300 มิลลิวินาที ต่อมาเมื่อเทคนิค TMS ถูกพัฒนาขึ้นมาแทนที่การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าโดยตรง ก็ทำให้การศึกษา CSP ในมนุษย์ทำได้สะดวกขึ้นมาก เพราะไม่เจ็บปวด ไม่รุกล้ำร่างกาย และให้ความแม่นยำทั้งในมิติเวลาและตำแหน่งที่ดีกว่าเดิม

แม้ความน่าเชื่อถือของ CSP ในฐานะตัวชี้วัดการยับยั้งทางประสาทจะได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในวงการวิจัยและคลินิก แต่ที่มาทางสรีรวิทยาของ CSP ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงกันอยู่จนถึงปัจจุบัน บทความนี้จะพาผู้อ่านไปสำรวจกลไกที่อยู่เบื้องหลัง CSP อย่างเป็นระบบ ตั้งแต่ระดับไขสันหลัง ไปจนถึงเปลือกสมอง และจุดเด่นที่สุดคือบทบาทของ “ปมประสาทฐาน” (Basal Ganglia) ซึ่งเป็นโครงสร้างใต้เปลือกสมองที่ทำหน้าที่เหมือนศูนย์ควบคุมจราจรของวงจรการเคลื่อนไหว

ที่มาของ CSP: สองช่วงเวลา สองกลไก

หลักฐานทางวิทยาศาสตร์บ่งชี้อย่างสอดคล้องกันว่า CSP ไม่ได้เกิดจากกลไกเดียว แต่เป็นผลรวมของกระบวนการยับยั้งที่เกิดขึ้นต่อเนื่องกันในสองระดับ คือระดับไขสันหลังในช่วงต้น และระดับเปลือกสมองในช่วงหลัง

2.1 องค์ประกอบจากไขสันหลัง (Spinal Origin)

ในอดีต นักวิจัยได้ระบุกลไกหลักสี่ประการที่เกิดขึ้นพร้อมกันและไม่ขัดแย้งกันเอง ซึ่งอธิบายส่วนของ CSP ที่มาจากไขสันหลัง ได้แก่

1. การกระตุ้น Renshaw cells: เมื่อ TMS กระตุ้นเซลล์ประสาทสั่งการในไขสันหลังจำนวนมาก จะทำให้เกิดการกระตุ้น Renshaw cells ซึ่งทำหน้าที่ยับยั้งเซลล์ประสาทสั่งการได้นานสูงสุดประมาณ 200 มิลลิวินาที
2. การทำงานของอินเตอร์นิวรอนยับยั้ง: หลังการกระตุ้น M1 อินเตอร์นิวรอนยับยั้งจะทำงานและกดการทำงานของเซลล์ประสาทสั่งการในไขสันหลังได้นานไม่เกิน 100 มิลลิวินาที
3. ระยะดื้อของเซลล์ประสาทสั่งการ (refractoriness): มีอิทธิพลค่อนข้างน้อย คิดเป็นความยับยั้งประมาณ 10 มิลลิวินาทีเท่านั้น
4. ผลจากการหดตัวของกล้ามเนื้อช่วงสั้น ๆ ต่อ muscle spindle และ Golgi tendon organ: ส่งผลให้ความตื่นตัวของเซลล์ประสาทสั่งการลดลงเล็กน้อย แต่ถือว่ามีผลน้อยมากเมื่อเทียบกับสองกลไกแรก

ในการทดลองยุคแรกที่ใช้การกระตุ้นไขสันหลังโดยตรงด้วยไฟฟ้า (ผ่านโพรโทคอลที่เรียกว่า Hoffmann reflex) พบว่าช่วงเงียบของกล้ามเนื้อที่เกิดจากไขสันหลังล้วน ๆ มีความยาวเพียงประมาณ 50 มิลลิวินาที ในขณะที่ช่วงเงียบที่เกิดจากการกระตุ้นเปลือกสมองด้วย TMS นั้นยาวกว่ามาก คือประมาณ 150-300 มิลลิวินาที และอาจยาวได้ถึง 1,000 มิลลิวินาทีในบางกรณี ความแตกต่างของระยะเวลานี้เองที่เป็นหลักฐานสำคัญว่า CSP ไม่ได้มาจากไขสันหลังเพียงอย่างเดียว แต่ต้องมีองค์ประกอบจากเปลือกสมองร่วมด้วยอย่างแน่นอน

ที่น่าสนใจคือ ในช่วง 50 มิลลิวินาทีแรกของ CSP นักวิจัยสังเกตพบสัญญาณ EMG เล็กน้อยที่แทรกขึ้นมาในช่วงที่ “ควรจะเงียบ” เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า EMG breakthrough activity ซึ่งเชื่อว่าเป็นผลจากปฏิกิริยาสะท้อนของไขสันหลังที่ตอบสนองต่อการกระตุ้น muscle spindle อย่างฉับพลัน ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้เป็นเครื่องมือประเมินสถานะของไขสันหลังทั้งในภาวะปกติและพยาธิสภาพ นอกจากนี้ ยังมีงานวิจัยที่ใช้เทคนิค transmastoid stimulation เพื่อกระตุ้น cervicomedullary MEP โดยตรง และพบว่าผลของการยับยั้งจากไขสันหลังอาจถูกประเมินต่ำกว่าความเป็นจริงในอดีต แม้ผลการศึกษานี้จะต้องตีความด้วยความระมัดระวัง เนื่องจากขนาดของ cervicomedullary MEP ไม่ได้สะท้อนการขาดหายของกิจกรรมกล้ามเนื้อโดยตรง

2.2 องค์ประกอบจากเปลือกสมอง (Cortical Origin)

แม้ไขสันหลังจะมีส่วนในช่วงต้นของ CSP แต่หลักฐานส่วนใหญ่ชี้ไปในทิศทางเดียวกันว่า CSP มีองค์ประกอบหลักมาจากเปลือกสมอง ตัวอย่างเช่น การศึกษาในผู้ป่วยที่มีภาวะเส้นประสาทรับความรู้สึกเสื่อมรุนแรง (sensory neuropathy) แต่ยังมีกลไกของเปลือกสมองทำงานปกติ พบว่า CSP ของผู้ป่วยกลุ่มนี้ไม่สั้นลงแต่อย่างใด ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการยับยั้งที่เปลือกสมองยังคงสมบูรณ์อยู่ไม่ขึ้นกับการรับความรู้สึกส่วนปลาย

การทดลองด้วยเทคนิค paired-pulse TMS ยังแสดงให้เห็นว่าคลื่นกระแสประสาทสั่งการแบบ indirect wave ลดลงในช่วงเวลาห่างกัน 100-200 มิลลิวินาที ซึ่งอยู่นอกช่วง 50 มิลลิวินาทีแรกที่เป็นกลไกจากไขสันหลัง สนับสนุนแนวคิดที่ว่าการยับยั้งในเปลือกสมองเกิดขึ้นเป็นอิสระจากกลไกไขสันหลัง

ในด้านหน้าที่การทำงาน มีนักวิจัยเสนอว่าหน้าที่หลักของ CSP ในระดับเปลือกสมองคือการเพิ่มประสิทธิภาพในการวางแผนการเคลื่อนไหว (movement planning) กล่าวคือ เมื่อ M1 ถูกกระตุ้นจนเกิด MEP ขนาดใหญ่ ซึ่งสะท้อนถึงความตื่นตัวสูงของ M1 ระบบจึงจำเป็นต้องสร้างกลไกยับยั้งตามมาอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันการหดตัวของกล้ามเนื้อที่ไม่พึงประสงค์ และเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (signal-to-noise ratio) ของ MEP ทำให้การเคลื่อนไหวที่แท้จริงมีความแม่นยำมากขึ้น ความสัมพันธ์นี้ได้รับการสนับสนุนจากการพบว่าขนาดของ MEP มีความสัมพันธ์ทางบวกกับความยาวของ CSP ที่ตามมา

นอกจากนี้ ยังมีหลักฐานว่าสามารถพบ CSP ได้แม้กระตุ้น M1 ในซีกสมองด้านเดียวกับกล้ามเนื้อเป้าหมาย (ipsilateral CSP) ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากกลไกการยับยั้งผ่าน corpus callosum (transcallosal inhibition) และต่างจาก CSP ที่เกิดจากการกระตุ้นซีกตรงข้าม เพราะ ipsilateral CSP เชื่อว่ามีต้นกำเนิดจากเปลือกสมองล้วน ๆ ดังจะเห็นได้จากผู้ป่วยที่มีรอยโรคที่ corpus callosum ซึ่งจะมี ipsilateral CSP ที่หายไปบางส่วนหรือทั้งหมด

2.3 บทบาทของสารสื่อประสาท

CSP ที่ยาวนานถึง 1 วินาทีนั้น เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสารสื่อประสาทยับยั้งหลักของระบบประสาทส่วนกลาง คือ กรดแกมมา-อะมิโนบิวทิริก หรือ GABA โดยเฉพาะตัวรับชนิด GABA-B ซึ่งมีฤทธิ์ยับยั้งที่ยาวนาน สอดคล้องกับระยะเวลาของ CSP เป็นอย่างดี

หลักฐานทางคลินิกสนับสนุนความเชื่อมโยงนี้อย่างชัดเจน ยาบาโคลเฟน (Baclofen) ซึ่งเป็นยากระตุ้นตัวรับ GABA-B เมื่อให้ทางช่องไขสันหลัง (intrathecal) สามารถยืดระยะเวลา CSP ในผู้ป่วยที่มีภาวะดิสโทเนียทั่วไป (generalized dystonia) ซึ่งปกติแล้วจะมี CSP สั้นกว่าคนทั่วไป ที่สำคัญคือบาโคลเฟนไม่มีผลต่อวงจรยับยั้งในระดับไขสันหลัง บ่งชี้ว่าผลของยาเกิดที่ระดับเปลือกสมองเป็นหลัก ยืนยันองค์ประกอบเปลือกสมองของ CSP อีกครั้งหนึ่ง ในทำนองเดียวกัน ยา tiagabine ซึ่งยับยั้งการดูดกลับของ GABA ก็สามารถยืด CSP ได้เช่นกัน

อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์นี้ไม่ได้ตรงไปตรงมาเสมอไป มีงานวิจัยที่รายงานว่าบาโคลเฟนไม่มีผลต่อความยาวของ CSP โดยตรง แต่กลับมีผลต่อการยืดระยะเวลาของ long-interval intracortical inhibition แทน ทำให้เกิดข้อเสนอว่า long-interval intracortical inhibition อาจสะท้อนถึง “ขนาด” ของการยับยั้ง ในขณะที่ CSP สะท้อนถึง “ระยะเวลา” ของการยับยั้งมากกว่า

นอกจาก GABA แล้ว โดพามีน (dopamine) ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน พบว่ายากระตุ้นตัวรับโดพามีนสามารถเพิ่มความยาวของ CSP ได้โดยไม่กระทบเกณฑ์การกระตุ้น M1 ของ TMS ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกที่อยู่นอก M1 มีอิทธิพลต่อ CSP เช่นกัน สอดคล้องกับการศึกษาที่พบว่ายาเลโวโดปา (L-DOPA) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของโดพามีน สามารถยืด CSP ในผู้ป่วยโรคพาร์กินสันได้ ในขณะที่ยา paroxetine ซึ่งยับยั้งการดูดกลับของเซโรโทนิน กลับมีผลตรงข้าม คือทำให้ CSP สั้นลง โดยไม่กระทบกิจกรรมของกล้ามเนื้อโดยตรง และยังเพิ่มความรู้สึกล้าที่ผู้ทดลองรายงานด้วย

2.4 ปัจจัยด้านพฤติกรรมและการรับรู้ (Behavior and Cognition)

นอกจากกลไกทางสรีรวิทยาแล้ว ปัจจัยเชิงพฤติกรรมและบริบทของการทดลองก็มีผลต่อ CSP อย่างมีนัยสำคัญ

ความล้าของกล้ามเนื้อ (Fatigue)

ความล้าหมายถึงการลดลงของแรงสูงสุดที่กล้ามเนื้อสามารถสร้างได้หลังการออกแรงซ้ำ ๆ งานวิจัยพบว่าการหดตัวของกล้ามเนื้อซ้ำ ๆ ด้วยแรงสูงสุดทำให้เกิดความล้า แต่ไม่ได้เปลี่ยนแปลงความยาวของ CSP เสมอไป ความล้าส่วนใหญ่มาจากกลไกภายในกล้ามเนื้อเอง แต่ก็มีผลต่อความตื่นตัวของเปลือกสมองด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ผลของความล้าต่อ CSP ยังเป็นที่ถกเถียง บางการศึกษาที่ใช้ paired-pulse TMS พบว่าการยับยั้งระดับเปลือกสมองลดลงชั่วคราวหลังความล้า ในขณะที่การศึกษาที่ใช้ single-pulse TMS กลับพบว่า CSP ยืดยาวขึ้นในภาวะล้า ความขัดแย้งนี้อาจอธิบายได้จากความแตกต่างของโพรโทคอลการทดสอบ เนื่องจาก paired-pulse ทดสอบกล้ามเนื้อขณะพัก ในขณะที่ single-pulse สะท้อนจุดที่การหดตัวโดยสมัครใจเอาชนะการยับยั้งได้

คำสั่งของการทดลอง ความใส่ใจ และอายุ

รูปแบบของคำสั่งที่ให้แก่ผู้เข้าร่วมการทดลองก็มีผลต่อ CSP เช่นกัน เมื่อความเข้มของ TMS ต่ำ คำสั่งที่บอกให้ผู้เข้าร่วมหดกล้ามเนื้อเบา ๆ หลังถูกกระตุ้น ทำให้ CSP ยืดยาวขึ้น ในขณะที่คำสั่งให้หดกล้ามเนื้อแรง ๆ กลับทำให้ CSP สั้นลง แต่ผลนี้จะหายไปเมื่อใช้ความเข้ม TMS สูง สะท้อนว่าการยับยั้งจาก TMS ที่ความเข้มสูงเกิดขึ้นโดยไม่ขึ้นกับความตั้งใจของผู้เข้าร่วม

ในแง่ของความใส่ใจ (attention) ผลที่พบยังไม่ชัดเจนนัก ความใส่ใจดูจะทำให้ CSP สั้นลงเมื่อผู้เข้าร่วมต้องจดจ่อกับงานสั่งการหรืองานที่ต้องการความแม่นยำสูง แต่กลับไม่มีผลต่อ CSP ที่เกิดจาก repetitive TMS นอกจากนี้ การทำให้ผู้เข้าร่วมเชื่อว่ากล้ามเนื้อของตนทำงานมากขึ้น (ไม่ว่าจะด้วยผลของยาหลอกหรือ nocebo) ก็สามารถทำให้ CSP สั้นลงได้เช่นกัน ซึ่งล้วนชี้ไปที่บทบาทสำคัญของเปลือกสมองส่วนหน้า (frontal cortex) ในการกำหนด CSP

ในแง่ของอายุ เด็กที่ยังมีพัฒนาการของกลไกยับยั้งแบบ GABAergic ไม่สมบูรณ์ มักมี CSP ที่ยาวกว่า และจะค่อย ๆ สั้นลงตลอดช่วงวัยรุ่น ส่วนในผู้สูงอายุ งานวิจัยส่วนใหญ่รายงานว่า CSP สั้นลง แม้จะมีผลการศึกษาบางส่วนที่ขัดแย้งกันอยู่บ้าง

3. CSP ในโรคทางระบบประสาท: หน้าต่างสู่ปมประสาทฐาน

ความผิดปกติของ CSP เป็นที่สังเกตได้ชัดเจนในผู้ป่วยโรคทางระบบประสาทและจิตเวชหลายชนิด ทั้งกลุ่มที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวโดยตรงและกลุ่มที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว ความผิดปกติเหล่านี้ล้วนชี้ไปยังบทบาทสำคัญของปมประสาทฐานในการกำหนดลักษณะของ CSP

3.1 โรคทางระบบประสาทที่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหว

โรคพาร์กินสัน (Parkinson’s Disease)

โรคพาร์กินสันเป็นต้นแบบของโรคทางการเคลื่อนไหวที่ถูกศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุดในบริบทของ CSP และพบว่าทำให้ CSP สั้นลงอย่างสม่ำเสมอ โรคพาร์กินสันทำให้เกิดอาการเคลื่อนไหวช้า (bradykinesia) สั่น (tremor) เกร็ง (rigidity) และการทรงตัวผิดปกติ โดยพยาธิสภาพหลักอยู่ที่ปมประสาทฐาน ไม่ใช่ M1 โดยตรง ที่น่าสนใจคือการรักษาด้วยยาเลโวโดปาซึ่งเป็นสารตั้งต้นของโดพามีน ซึ่งเป็นการรักษาหลักของโรคนี้ สามารถเพิ่มความยาวของ CSP ได้ บ่งชี้ว่ายาออกฤทธิ์ผ่านการปรับสมดุลของวงจรในปมประสาทฐาน โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับตัวรับ GABAergic

โรคฮันติงตัน (Huntington’s Disease)

ตรงข้ามกับพาร์กินสัน โรคฮันติงตันกลับทำให้ CSP ยืดยาวขึ้น โรคนี้มีอาการเด่นทั้งด้านการเคลื่อนไหว (เกร็งและท่าทางผิดปกติ) จิตเวช และความรู้คิด โดยมีสมมติฐานว่าต้นเหตุเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นวงจร thalamocortical มากเกินไปในปมประสาทฐาน นักวิจัยบางกลุ่มเสนอว่า CSP ที่ยาวขึ้นในระยะท้ายของโรคอาจเป็นผลจากการยับยั้งเซลล์ประสาท GABAergic ที่เพิ่มขึ้นผิดปกติ

ดิสโทเนีย (Dystonia)

ดิสโทเนียเป็นโรคที่ผู้ป่วยมีการเคลื่อนไหวซ้ำ ๆ หรือการหดตัวของกล้ามเนื้อแบบต่อเนื่องผิดปกติ จนนำไปสู่ท่าทางที่ผิดปกติ ผู้ป่วยดิสโทเนียที่มือ (focal hand dystonia) มักมี CSP สั้นกว่าปกติ ซึ่งสามารถแก้ไขให้ยาวขึ้นได้ด้วยการฉีดยากระตุ้น GABAergic เข้าช่องไขสันหลัง ที่น่าสนใจคือ ยิ่งการหดตัวแบบดิสโทเนียรุนแรงเท่าใด CSP ก็ยิ่งสั้นลงเท่านั้น แต่ความสัมพันธ์นี้กลับไม่พบในการหดตัวแบบสมัครใจปกติ บ่งชี้ถึงความผิดปกติของกลไกยับยั้งที่เชื่อมโยงกับปมประสาทฐานโดยเฉพาะ นอกจากนี้ ยังพบความสัมพันธ์ระหว่างรอยโรคที่ putamen และ caudate nucleus กับการเกิดดิสโทเนียในผู้ป่วยที่มีรอยโรคเฉพาะจุดในสมองด้วย

โรคหลอดเลือดสมอง (Stroke)

ผลของโรคหลอดเลือดสมองต่อ CSP มีความหลากหลายค่อนข้างมาก บางการศึกษารายงานว่า CSP ยืดยาวขึ้นในผู้ป่วยหลังโรคหลอดเลือดสมอง ในขณะที่บางการศึกษากลับพบว่า CSP สั้นลงในผู้ป่วยที่มีการหดตัวของกล้ามเนื้อแรง ๆ และอาการรุนแรง ความแปรปรวนนี้อาจสะท้อนถึงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตำแหน่งและขนาดรอยโรคในผู้ป่วยแต่ละราย มีงานวิจัยหนึ่งที่น่าสนใจ คือพบทั้ง CSP ที่ยืดยาวขึ้นและการลดลงของ intracortical inhibition ในผู้ป่วยรายเดียวกันหลังโรคหลอดเลือดสมองเฉียบพลัน ซึ่งบ่งชี้ว่า CSP และ intracortical inhibition อาจสะท้อนกลไกที่แยกจากกันบางส่วน

ลมชัก (Epilepsy)

ผลของลมชักต่อ CSP ยังคงเป็นที่ถกเถียงมากที่สุดในบรรดาโรคที่กล่าวมา บางการศึกษารายงานว่าผู้ป่วยลมชักมี CSP ยาวกว่าปกติ ทั้งในกรณีลมชักเฉพาะจุดที่เกี่ยวข้องกับ M1 และลมชักชนิดทั่วไป ซึ่งอาจสะท้อนถึงภาวะตื่นตัวมากเกินไปของวงจรยับยั้ง แต่ก็มีอีกหลายการศึกษาที่รายงานว่า CSP ปกติหรือสั้นลงในผู้ป่วยกลุ่มเดียวกัน ความขัดแย้งนี้น่าจะเกิดจากความหลากหลายของชนิดลมชักที่นำมาศึกษา ขนาดกลุ่มตัวอย่างที่เล็ก และตำแหน่งจุดกำเนิดลมชักที่แตกต่างกันมาก ที่น่าสนใจคือในผู้ป่วยบางราย พบว่า CSP ของซีกสมองที่ไม่มีพยาธิสภาพกลับยาวขึ้นด้วย ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าภาวะตื่นตัวเกินจากจุดกำเนิดลมชักสามารถแพร่กระจายข้ามไปยังซีกตรงข้ามได้

3.2 โรคทางระบบประสาทที่ไม่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวโดยตรง

อาจมีข้อโต้แย้งว่าความเชื่อมโยงระหว่าง CSP กับปมประสาทฐานที่กล่าวมาทั้งหมดเกิดจากอคติในการเลือกศึกษา เนื่องจากโรคที่กล่าวถึงล้วนเป็นโรคทางการเคลื่อนไหวที่ปมประสาทฐานมักได้รับผลกระทบอยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานที่น่าสนใจจากโรคทางจิตเวชที่ไม่ได้มีอาการทางการเคลื่อนไหวเป็นหลัก แต่ก็ยังพบความผิดปกติของ CSP เช่นกัน

ตัวอย่างเช่น ผู้ป่วยโรคซึมเศร้าแบบขั้วเดียว (unipolar major depression) มักมี CSP สั้นกว่าปกติ ซึ่งเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับความบกพร่องของระบบ GABA-B นอกจากนี้ ภาวะซึมเศร้าหลังโรคหลอดเลือดสมองยังเชื่อมโยงกับความผิดปกติของวงจร thalamocortical ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจร cortico-basal ganglia-thalamo-cortical (CBGTC) ที่เกี่ยวข้องกับการสั่งการเคลื่อนไหวโดยตรง ส่วนผู้ป่วยโรคย้ำคิดย้ำทำ (Obsessive-Compulsive Disorder) ก็มี CSP สั้นกว่าปกติเช่นกัน ซึ่งเชื่อมโยงกับความผิดปกติของเครือข่ายระหว่างพื้นที่สั่งการกับปมประสาทฐาน อันเป็นผลจากการยับยั้งโครงสร้างใต้เปลือกสมองที่ไม่เพียงพอ

4. กลไกประสาทของ CSP: เจาะลึกบทบาทปมประสาทฐาน

4.1 วงจร CBGTC และเส้นทางสามสาย: Direct, Indirect, Hyperdirect

ปมประสาทฐานมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นที่เปลือกสมองหลายส่วน โดยมี M1 เป็นเป้าหมายส่งออกหลัก สัญญาณจากเปลือกสมองจะถูกส่งผ่านปมประสาทฐานไปยังทาลามัส ก่อนที่ทาลามัสจะส่งสัญญาณที่ผ่านการประมวลผลแล้วกลับไปยังพื้นที่สั่งการอีกครั้ง วงจรนี้เรียกว่า cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop หรือ CBGTC loop ซึ่งประกอบด้วยเส้นทางหลักสามสายที่ทำงานร่วมกัน

เส้นทางตรง (Direct Pathway) — เส้นทางกระตุ้น

ในเส้นทางตรง สัญญาณกระตุ้นจาก M1 จะถูกส่งไปยังบริเวณเฉพาะของ striatum เซลล์ประสาทที่รับสัญญาณนี้เป็นเซลล์ยับยั้งและจะส่งสัญญาณยับยั้งต่อไปยัง globus pallidus internal segment (GPi) และ substantia nigra pars reticulata (SNr) เมื่อ GPi/SNr ถูกยับยั้ง มันก็จะไม่ส่งสัญญาณยับยั้งไปยังทาลามัส ทำให้ทาลามัสกลับมากระตุ้นเปลือกสมองได้ตามปกติ กล่าวโดยสรุป เส้นทางตรงนำไปสู่การกระตุ้น M1

เส้นทางอ้อม (Indirect Pathway) — เส้นทางยับยั้ง

ในเส้นทางอ้อม สัญญาณกระตุ้นจาก M1 ก็ถูกส่งไปยัง striatum เช่นกัน แต่เป็นบริเวณย่อยที่แตกต่างออกไป เซลล์ยับยั้งที่นี่จะส่งสัญญาณไปยับยั้ง globus pallidus external segment (GPe) เมื่อ GPe ถูกยับยั้ง มันก็จะไม่สามารถส่งสัญญาณยับยั้งต่อไปยัง GPi/SNr ได้อีก ทำให้ GPi/SNr ถูกปลดปล่อยจากการยับยั้ง (disinhibited) และกลับมายับยั้งทาลามัสผ่านสัญญาณ GABA ได้เต็มที่ ผลลัพธ์คือทาลามัสไม่กระตุ้นเปลือกสมอง เส้นทางอ้อมจึงนำไปสู่การยับยั้ง M1 เป็นหลัก

เส้นทางพิเศษ (Hyperdirect Pathway) — ทางลัดแห่งการยับยั้งฉับพลัน

เส้นทาง hyperdirect เป็นเส้นทางที่ “ลัดผ่าน” striatum ไปโดยตรง โดยสัญญาณกระตุ้นจากพื้นที่สั่งการจะวิ่งตรงไปยัง subthalamic nucleus (STN) ก่อน การกระตุ้น STN จะส่งสัญญาณกระตุ้นต่อไปยัง GPi/SNr ทันที (เหมือนปลายทางของเส้นทางอ้อม) ทำให้ GPi/SNr ส่งสัญญาณยับยั้งไปกดทาลามัสอย่างรวดเร็ว และระงับสัญญาณส่งออกจากทาลามัสไปยังเปลือกสมอง

จุดเด่นของเส้นทาง hyperdirect คือความเร็ว เนื่องจากไม่ต้องผ่าน striatum ทำให้เป็นเส้นทางแรกที่ถูกกระตุ้นเมื่อมีการเตรียมเคลื่อนไหวโดยสมัครใจ แม้กระทั่งก่อนเส้นทางตรงและเส้นทางอ้อม นักวิจัยเสนอว่าเส้นทางนี้อาจทำงานร่วมกับเส้นทางอ้อมเพื่อยับยั้งโปรแกรมการเคลื่อนไหวที่ไม่เกี่ยวข้อง และมีบทบาทสำคัญในการ “หยุดกะทันหัน” กระบวนการเคลื่อนไหวที่กำลังจะเกิดขึ้น (stop signal)

4.2 สมมติฐานหลักของบทความ: Hyperdirect และ Indirect Pathway กับช่วงหลังของ CSP

จากหลักฐานทั้งหมดที่กล่าวมา ผู้เขียนบทความต้นฉบับเสนอสมมติฐานว่า องค์ประกอบเปลือกสมองของ CSP เกิดจากการแพร่กระจายของสัญญาณกระตุ้นจากพัลส์ TMS ใน M1 เข้าสู่วงจร CBGTC โดยเมื่อ M1 ถูกกระตุ้นอย่างฉับพลันและรุนแรง เส้นทาง hyperdirect จะเป็นเส้นทางแรกที่ตอบสนอง สร้างการยับยั้งอย่างมีนัยสำคัญที่ทาลามัส และอาจทำงานร่วมกับเส้นทางอ้อมเพื่อรับผิดชอบช่วงท้ายของ CSP

เหตุผลสนับสนุนสมมติฐานนี้มีหลายประการ ประการแรก เส้นทาง hyperdirect เป็นเส้นทางที่เร็วที่สุดในวงจร CBGTC เมื่อเทียบกับอีกสองเส้นทาง ซึ่งสอดคล้องกับลักษณะของ CSP ที่ต้องเกิดการยับยั้งอย่างรวดเร็วหลัง MEP ประการที่สอง วัตถุประสงค์หลักของเส้นทาง hyperdirect คือการยับยั้ง ซึ่งตรงกับธรรมชาติของ CSP เอง และประการที่สาม ระยะเวลาของการยับยั้งที่เกิดขึ้นมีความสอดคล้องกับคุณสมบัติของสารสื่อประสาท GABA ที่หลั่งจาก globus pallidus/substantia nigra ภายหลังการกระตุ้น STN

ข้อเสนอนี้ยังตั้งข้อสังเกตว่า บทบาทของเส้นทาง hyperdirect อาจจำกัดอยู่เฉพาะในกรณีที่ใช้ TMS ความเข้มสูงเท่านั้น เนื่องจาก TMS ความเข้มต่ำมีความอ่อนไหวต่อคำสั่งหรือการควบคุมโดยสมัครใจมากกว่า ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกที่ขับเคลื่อน CSP อาจแตกต่างกันไปตามพารามิเตอร์การกระตุ้นที่ใช้ในการทดลองหรือการตรวจคลินิก

4.3 เส้นทาง Hyperdirect กับโรคทางการเคลื่อนไหวที่ส่งผลต่อ CSP

งานวิจัยในสัตว์ทดลองแสดงให้เห็นว่าโรคพาร์กินสันสัมพันธ์กับการอ่อนแอลงของการเชื่อมต่อระหว่างเปลือกสมองกับ subthalamic nucleus ซึ่งน่าจะเป็นผลจากการลดลงของกิจกรรมโดพามีน ตอกย้ำความสำคัญของเส้นทาง hyperdirect และการกระจายตัวของโดพามีนต่อการเกิดโรคพาร์กินสัน ผลดีของการให้โดพามีนต่อ CSP (ที่ทำให้ยาวขึ้น) ซึ่งช่วยถ่วงดุลกับความบกพร่องจากตัวโรคเอง (ที่ทำให้ CSP สั้นลง) จึงน่าจะมาจากพลวัตของระบบประสาทที่เกิดขึ้นใน subthalamic nucleus

ที่น่าสนใจคือ การกระตุ้นไฟฟ้าที่ส่วนล่าง (ventral part) ของ subthalamic nucleus สามารถบรรเทาอาการของโรคพาร์กินสันได้ ซึ่งน่าจะเกิดจากการกระตุ้นการหลั่งโดพามีนทางอ้อม และส่งผลให้ CSP ยาวขึ้นตามไปด้วย เนื่องจากส่วนล่างของ STN เกี่ยวข้องกับการควบคุมแขนและมือเป็นหลัก ซึ่งตรงกับตำแหน่งกล้ามเนื้อที่มักใช้วัด CSP ในผู้ป่วยพาร์กินสันโดยทั่วไป อย่างไรก็ตาม ข้อสรุปนี้ต้องตีความด้วยความระมัดระวัง เนื่องจากการกระตุ้น STN ด้วย deep brain stimulation เพียงอย่างเดียว (โดยไม่ใช้ยา) กลับไม่มีผลต่อความยาวของ CSP ซึ่งสนับสนุนแนวคิดที่ว่าจุดกำเนิดการยับยั้งของ CSP น่าจะอยู่ที่เปลือกสมองเป็นหลัก แล้วจึงส่งสัญญาณต่อไปยัง subthalamic nucleus

สำหรับโรคฮันติงตัน บทบาทของ subthalamic nucleus ยังคงเป็นที่ถกเถียง บางการศึกษาไม่พบหลักฐานว่าโรคนี้เกิดจากรอยโรคที่ STN หรือความผิดปกติของวงจรโดพามีนโดยตรง แต่ในขณะเดียวกัน การศึกษาในหนูทดลองที่มีเส้นทาง hyperdirect ทำงานน้อยกว่าปกติ กลับแสดงอาการคล้ายกับอาการเคลื่อนไหวมากเกิน (hyperkinesia) ที่พบเฉพาะในโรคฮันติงตัน ซึ่งบ่งชี้ว่าเส้นทาง hyperdirect ยังคงมีความเกี่ยวข้องกับโรคนี้ในบางแง่มุม

สำหรับดิสโทเนีย มีสมมติฐานว่าอาการเกิดจากการปรับเปลี่ยนความยืดหยุ่นของวงจรประสาท (maladaptive neuroplasticity) ในวงจรทาลามัส-ปมประสาทฐาน ซึ่งส่งสัญญาณที่ “บิดเบี้ยว” ไปยังเปลือกสมอง อาจสะท้อนถึงความไม่สมดุลระหว่างเส้นทาง hyperdirect และเส้นทางอ้อม ร่วมกับการทำงานเกินปกติของเส้นทางตรง ส่วนกรณีหลอดเลือดสมองอุดตันเฉียบพลันที่นำไปสู่ภาวะ hemiballism-hemichorea (การเคลื่อนไหวรุนแรงโดยไม่ตั้งใจ) ก็มีความเชื่อมโยงกับรอยโรคที่ subthalamic nucleus และเส้นทาง hyperdirect เช่นกัน

5. บทสรุป: ภาพรวมของ CSP ในมุมมองใหม่

จากการทบทวนหลักฐานทั้งหมด สามารถสรุปได้ว่า CSP เป็นผลรวมของกลไกทั้งระดับไขสันหลังและระดับเปลือกสมอง-ใต้เปลือกสมอง องค์ประกอบจากไขสันหลังครอบคลุมช่วงประมาณ 150 มิลลิวินาทีแรกของ CSP ในขณะที่กลไกของเปลือกสมอง ซึ่งสะท้อนการยับยั้งของ M1 ผ่านเซลล์ประสาท GABAergic หลังการกระตุ้นที่รุนแรงจน MEP เกิดขึ้น มีบทบาทสำคัญในช่วงเวลาที่เหลือ หน้าที่หลักของการยับยั้งนี้คือการป้องกันการเคลื่อนไหวที่ไม่พึงประสงค์

ปัจจัยด้านพฤติกรรมและการรับรู้ เช่น ความล้า ความใส่ใจ และคำสั่งในการทดลอง ล้วนมีผลต่อความยาวของ CSP เช่นเดียวกับโรคทางระบบประสาททั้งที่เกี่ยวและไม่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวโดยตรง โรคเหล่านี้จำนวนมากแสดงความผิดปกติของปมประสาทฐาน ซึ่งบ่งชี้ถึงบทบาทสำคัญของโครงสร้างนี้ในการกำหนดลักษณะของ CSP

เนื่องจากการสั่งการเคลื่อนไหวถูกควบคุมผ่านวงจร CBGTC และเส้นทาง hyperdirect ในวงจรนี้มีปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญกับเส้นทางอ้อมในการยับยั้งการสั่งการ บทความต้นฉบับจึงเสนอว่าช่วงท้ายของ CSP น่าจะได้รับอิทธิพลหลักจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างเส้นทาง hyperdirect และเส้นทางอ้อมที่มาบรรจบกันในระดับปมประสาทฐาน การทำความเข้าใจที่มาอันหลากหลายของ CSP ในมุมมองนี้ อาจนำไปสู่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับพยาธิสรีรวิทยาของโรคทางระบบประสาททั้งที่เกี่ยวและไม่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหว และอาจเปิดทางสู่การพัฒนา CSP ให้เป็นตัวชี้วัดทางคลินิกที่มีความละเอียดอ่อนมากยิ่งขึ้นในอนาคต

คำย่อที่ใช้ในบทความ

แหล่งอ้างอิงหลัก

Zeugin, D.; Ionta, S. (2021). Anatomo-Functional Origins of the Cortical Silent Period: Spotlight on the Basal Ganglia. Brain Sciences, 11(6), 705. https://doi.org/10.3390/brainsci11060705

บทความนี้เป็นบทความปริทัศน์ (Review) ที่เผยแพร่แบบเปิด (Open Access) ภายใต้สัญญาอนุญาต Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) เนื้อหาในบทความฉบับภาษาไทยนี้เป็นการเรียบเรียงและสรุปใจความสำคัญใหม่ เพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษาเท่านั้น ผู้สนใจรายละเอียดเชิงลึกและรายการอ้างอิงทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากบทความต้นฉบับ