Évaluation non invasive des changements dans la transmission corticomotonuronale chez l'homme

Summary

L'objectif de la présente étude était d'évaluer les changements dans la transmission des synapses corticomotonuronales chez l'homme après une stimulation magnétique transcrânienne répétitive. À cette fin, une méthode électrophysiologique est introduite qui permet d'évaluer la transmission cortico - spinale spécifique de la voie, c'est-à-dire la différenciation des voies cortico - spinales rapides et directes des connexions polysynaptiques.

Abstract

La voie cortico-spinale est la voie principale reliant le cerveau aux muscles et est donc très pertinente pour le contrôle des mouvements et l'apprentissage moteur. Il existe un certain nombre de méthodes électrophysiologiques non invasives qui étudient l'excitabilité et la plasticité de cette voie. Cependant, la plupart des méthodes sont basées sur la quantification des potentiels composés et négligent que la voie cortico-spinale se compose de nombreuses connexions différentes qui sont plus ou moins directes. Ici, nous présentons une méthode qui permet de tester l'excitabilité des différentes fractions de la transmission corticospinal. Cette technique de conditionnement du réflexe H permet d'évaluer l'excitabilité des voies corticulaires les plus rapides (monosynaptiques) et polysynaptiques. En outre, en utilisant deux sites de stimulation différents, le cortex moteur et la jonction cervicomedulaire, il permet non seulement une différenciation entre les effets corticaux et rachidiens, mais aussi l'évaluation de la transmission à la corticomSynapse otoneural. Dans ce manuscrit, nous décrivons comment cette méthode peut être utilisée pour évaluer la transmission corticomotoneurale après la stimulation magnétique transcrânienne répétitive à basse fréquence, une méthode qui a été précédemment démontrée pour réduire l'excitabilité des cellules corticales. Ici, nous démontrons que non seulement les cellules corticales sont affectées par cette stimulation répétitive, mais aussi la transmission à la synapse corticomotoneuronale au niveau de la moelle épinière. Cette découverte est importante pour la compréhension des mécanismes de base et des sites de neuroplasticité. En plus de l'étude des mécanismes de base, la technique de conditionnement du réflexe H peut être appliquée aux changements de test dans la transmission corticospinal suite à des interventions comportementales ( p. Ex . Formation) ou thérapeutiques, à une pathologie ou à un vieillissement et permettent donc une meilleure compréhension des processus neuronaux qui sous-tendent le contrôle du mouvement et le moteur apprentissage.

Introduction

Chez les primates, le tractus cortico-troncé constitue la voie descendante principale qui contrôle les actions volontaires ¹ . La voie cortico-spinale relie les zones corticales du moteur aux α-motoneurones de la colonne vertébrale par des liaisons corticomotonucléaires monosynaptiques directes et par des liaisons indirectes oligo et polysynaptiques ^{2 , 3} . Bien que le cortex moteur puisse facilement être excité de manière non invasive par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), la réponse électromyographique évoquée à cette stimulation est souvent difficile à interpréter. La raison en est que le potentiel électoral du moteur composé (MEP) peut être influencé par des changements dans l'excitabilité des neurones intracorticaux et corticospins, des interneurones de la colonne vertébrale et des α-motoneurones de la colonne vertébrale ^{4 , 5 , 6 , 7} . Plusieurs électrophysiologistes non invasifsLes techniques cal et les protocoles de stimulation visent à déterminer si les changements dans l'excitabilité corticospinal et la transmission sont causés par des changements au niveau corticale ou spinale. Généralement, les changements dans l'amplitude du réflexe H électriquement évoqué sont utilisés comme «indicatifs» des altérations de l'excitabilité au pool de motoneurones. Cependant, il a été démontré précédemment que le réflexe H dépend non seulement de l'excitabilité du pool de motoneurones, mais est également modulé par d'autres facteurs tels que l'inhibition présynaptique ^{8 , 9} ou la dépression homosynaptique post-activation ^{5 , 10} . Une autre limitation lors de la comparaison des MPE et des réflexes H est l'incapacité à détecter les changements d'excitabilité au niveau interneuronal ^{11 , 12} . En plus de ces inconvénients, les motoneurones pourraient être activés différemment par stimulation nerveuse périphérique que wiTh TMS de sorte que les changements dans l'excitabilité motoneuronique affecteraient ces réponses d'une manière différente par rapport aux réponses médiées par la voie cortico-spinale ^{13 , 14 , 15} .

Une autre méthode utilisée pour séparer les effets de la colonne vertébrale contre la corticale représente la stimulation électrique transcrânienne (TES) du cortex moteur ¹⁶ . Appliqué à de faibles intensités de stimulation, les TES ont été jugés non affectés par les changements d'excitabilité corticale. Comme TES et TMS activent les α-motoneurones via la voie corticospinal, la comparaison des MEP évoqués magnétiquement et électriquement fournit une méthode plus attrayante pour tirer des conclusions sur la nature corticale des changements dans la taille des députés européens que la comparaison entre les réflexes H Et les députés européens. Cependant, lorsque l'intensité de la stimulation augmente, les MEP évoqués par TES sont également influencés par des changements d'excitabilité corticale <Sup class = "xref"> 17 ^{, 18} . Ce problème peut être contourné lorsque la stimulation électrique n'est pas appliquée au cortex moteur mais à la jonction cervicomedulaire. Cependant, bien que la stimulation électrique puisse évoquer des potentiels évoqués par le moteur cervical (cMEP) dans le membre supérieur et les muscles des membres inférieurs, la plupart des sujets perçoivent la stimulation électrique au tronc (et le cortex) comme extrêmement désagréable et douloureuse. Une alternative moins douloureuse est d'activer la voie cortico-spinale à la jonction cervicomedulaire en utilisant la stimulation magnétique à l'inion ¹⁹ . Il est généralement admis que la stimulation magnétique cervicomédullaire (CMS) active plusieurs des mêmes fibres descendantes que le TMS cortical du moteur et que les changements dans l'excitabilité corticale peuvent être détectés en comparant les MEP avec les CMEP ¹⁹ . On pense que les augmentations de l'excitabilité des cellules intracorticales et des cellules corticomotonuronales facilitent la corticothérapieÉvoqué MEP sans changement simultané dans le MEP évoqué cervicomedullaire.

Cependant, dans la plupart des matières, il est impossible d'obtenir des cMEP magnétiquement évoquées dans l'extrémité inférieure au repos ^{20 , 21} . Une approche pour surmonter ce problème est d'élever l'excitabilité des motoneurones de la colonne vertébrale par précontraction volontaire du muscle cible. Cependant, il est bien connu que de légers changements dans la force de contraction influent sur la taille du cMEP. Ainsi, il est difficile de comparer différentes tâches. En outre, les changements dans l'excitabilité motoneuronique en raison de la pré-contraction influenceront les MPE et les CMEP, mais pas nécessairement dans la même mesure. Enfin, en comparant les MPE composés avec des cMEP composés, certaines informations contenues dans les volleys descendants sont perdues. Cela a été révélé par des études impliquant le conditionnement du réflexe H des muscles de soleus, tibialis antérieur et de carpi radialis par stimulation corticale motrice magnétiqueLe ^{12 , 22} . En combinant la stimulation nerveuse périphérique et le TMS sur le cortex moteur avec des intervalles interstimulus spécifiques (ISI), il est possible d'étudier les effets facilitants et inhibiteurs des différentes volées descendantes sur le réflexe H. Cette technique est fortement inspirée par la technique de facilitation spatiale utilisée pour déterminer la transmission dans les voies neuronales dans les expériences animales et peut être considérée comme une version indirecte et non invasive de cette technique ²³ . Bien que le réflexe H ne soit pas seulement important de différencier les différentes fractions de la voie corticospinal (projections corticospines rapides et plus lentes), il est également essentiel d'élever l'excitabilité spinale de manière contrôlée et comparable. Ainsi, au repos et pendant l'activité, cette combinaison de techniques de stimulation permet d'évaluer les changements dans différentes fractions de la voie cortico-spinale avec une résolution temporelle élevée, c'est- à -dire en tIl est le plus rapide, vraisemblablement des connexions corticomotonucléaires monosynaptiques et dans les voies oligo- et polysynaptiques plus lentes ^{12 , 22 , 24 , 25} . Récemment, cette technique a été étendue non seulement en conditionnant le réflexe H avec TMS sur le cortex moteur (conditionnement M1), mais aussi par une stimulation conditionnelle supplémentaire à la jonction cervicomedulaire (conditionnement CMS) ²⁶ . En comparant les effets entre le conditionnement M1 et CMS, cette technique permet une différenciation spécifique de la voie avec une résolution temporelle élevée et permet d'interpréter les mécanismes corticaux par rapport à la colonne vertébrale. De plus, et surtout, en ce qui concerne l'étude actuelle, cette technique permet d'évaluer la transmission de la synapse corticomotoneurale en tenant compte de la facilitation précoce. La première facilitation du réflexe H est vraisemblablement provoquée par l'activationDes projections corticomotoneurales directes et monosynaptiques aux motoneurones de la colonne vertébrale ^{12 , 26} . Pour tester les voies cortico-rachales les plus rapides et donc, la facilitation précoce, le réflexe H doit être provoqué de 2 à 4 ms avant le TMS. La raison en est la latence légèrement plus courte du MEP (environ 32 ms, voir ²⁷ ) par rapport au réflexe H (environ 34 ms, voir ²⁵ ). L'élimination du réflexe H peu avant l'application de TMS conduit à la convergence des excitations ascendantes et descendantes les plus rapides au niveau des motoneurones de la colonne vertébrale. Lorsque TMS est appliqué sur la jonction cervicomédullaire, la volée descendante arrivera environ 3 à 4 ms plus tôt au pool de motoneurones vertébrales qu'après la stimulation par rapport à M1. Pour le conditionnement CMS, la stimulation nerveuse périphérique devrait donc être évoquée de 6 à 8 ms avant l'impulsion magnétique. Un changement de la facilitation anticipée après conditionnement du CMS indique différentiel trL'entrave à la synapse entre le tractus corticospinal et l'α-motoneuron ²⁸ . Dans l'étude actuelle, cette technique récemment développée a été utilisée pour différencier les effets de la colonne vertébrale contre les effets corticaux suite au TMS répétitif à basse fréquence (RTMS). Plus précisément, nous avons émis l'hypothèse que si la facilitation précoce avec le conditionnement M1 est réduite suite à l'intervention du RTM, mais la facilitation précoce suite au conditionnement CMS n'est pas, l'effet devrait être d'origine purement corticale. En revanche, si la facilitation précoce avec le conditionnement de la CMS change également, cette altération devrait être liée aux mécanismes qui se déroulent au niveau de la colonne vertébrale. Plus précisément, comme l'on pense que la facilitation précoce du réflexe H est causée par l'activation de projections directes et corticomotonuronales aux motoneurones ^{12 , 29} de la colonne vertébrale, une modification du réflexe H de la CMS et de la M1 au moment de la La facilitation anticipée devrait indiquerE une transmission corticomotonuronale modifiée, c'est-à-dire une efficacité synaptique ²⁸ .

Protocol

Ce protocole a été approuvé par le comité d'éthique local et les expériences sont conformes à la Déclaration d'Helsinki (1964).

1. Préparation du sujet

REMARQUE: instructions de sujet - Avant de commencer l'expérience, indiquez à chaque sujet le but de l'étude et les facteurs de risque potentiels. Pour la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), les risques médicaux incluent des antécédents de crises épileptiques, des implants mentaux dans les yeux et / ou la tête, les maladies du système cardiovasculaire et la grossesse. Excluez tous les sujets qui affirment l'un de ces facteurs de risque. En outre, dans l'expérience testant des individus en bonne santé, exclure tous les sujets atteints de maladie neurologique et / ou orthopédique.

1. Emplacement du sujet
   1. Placez le sujet dans une chaise qui supporte les jambes, le coffre et la tête en place. Assurez-vous que les jambes sont tendues de sorte que les genoux soient extS'est terminée et le nerf périphérique est plus proche de la peau rendant le nerf plus facile et plus facilement excitable par stimulation électrique.
   2. Assurez-vous que la tête du sujet est fléchie, reposant sur une surface de support stable telle qu'une table et est fixée avec des coussins. Assurez-vous que le col et l'atlanto-occipital sont flexibles pour permettre la stimulation de la voie cortico-spinale.
   3. Placez la bobine magnétique à double cône de sorte que sa partie centrale soit placée sur ou près de l'inion et la première dérivée du courant induit soit dirigée cranialement ^{19 , 26} . Utilisez des sangles élastiques à la tête et au coffre pour vous assurer que cette position est maintenue tout au long de l'expérience.
2. L'utilisation d'électrodes de surface mesure les réponses électrophysiologiques par stimulation nerveuse périphérique (SNP) et TMS.
   1. Préparer la peau sur le ventre musculaire du soleus par rasage, désinfection au propanol et abrasion légèreN.
      1. Placez des électrodes EMG autocollantes sur la peau sur le ventre musculaire de m. Soleus. Placez une électrode de référence sur la peau sur l'os, par exemple sur la rotule ou la malléole médiale.
      2. Connectez toutes les électrodes à un amplificateur EMG et enfin un convertisseur analogique-numérique. Amplifier les signaux EMG (× 1000), le filtre passe-bande (10 - 1000 Hz) et l'échantillon à 4 kHz.
   2. PNS
      1. Pour le conditionnement du réflexe H, enregistrez les réflexes H dans le muscle du soleus en stimulant le nerf tibial postérieur dans la fosse popliteale. Appliquez la stimulation avec des impulsions d'onde carrée d'une durée de 1 ms. Pour la stimulation, fixer une anode de 5 x 5 cm avec du ruban sur l'aspect antérieur du genou juste sous la rotule.
         NOTE: L'amplitude H-réflexe stable est une condition préalable pour un conditionnement H-réflexe réussi et la moindre variabilité de tous les muscles peut être trouvée lors de l'enregistrement à partir du muscle soléaire.
      2. Déplacer la cathode dans le popliteaL fossa jusqu'à ce que la meilleure position pour la stimulation soit trouvée.
         NOTE: La meilleure position concerne l'enregistrement des réflexes H dans le muscle soléaire avec une intensité de stimulation minimale, sans M-wave visible dans les enregistrements EMG à ces intensités de stimulation faibles et sans recevoir de réponse dans l'antagoniste m. Tibialis.
      3. Évitez les réponses en m. Muscle tibial comme ceux qui peuvent affecter les résultats par inhibition réciproque de Ia afférents de n. Peroneus communis aux motoneurones de la colonne vertébrale du muscle soléaire. Après avoir trouvé l'emplacement optimal, placez une électrode auto-adhésive sur la peau et fixez l'électrode avec du ruban adhésif pour assurer des conditions de stimulation constantes.
   3. TMS
      1. Stimuler la zone corticale du moteur de l'hémisphère contralatéral avec TMS en utilisant une bobine de la figure huit pour provoquer les potentiels évoqués du moteur (MPE) dans les enregistrements électromyographiques du muscle soléo.
      2. Afin de trouver le point de stimulation optimal, plaPuis la bobine d'abord sur le sommet et 1 cm de front. La poignée de la bobine devrait pointer vers l'arrière, évoquant un flux antérieur à antérieur du courant induit au centre de la bobine.
      3. Commencez la stimulation avec de faibles intensités d'environ 20 à 30% de la sortie maximale du stimulateur afin que les sujets s'habituent au stimulus magnétique. Choisissez la pause entre les stimuli successifs pour être de 4 s.
      4. Après quelques essais, augmenter l'intensité de la stimulation à environ 40 à 60% de la sortie du stimulateur maximal et déplacer la bobine dans la direction frontale-rostrale et médio-latérale afin de trouver le point chaud de m. Soleus. Le point d'accès est défini comme le poste où les députés au m. Le soleus peut être évoqué avec une intensité minimale de stimulation.
      5. Après avoir trouvé le point chaud du soleus, déterminez le seuil du moteur de repos (1,0 MT) comme l'intensité minimale requise pour évoquer les amplitudes de crête à crête MEP dans l'EMG supérieure à 50 μV dans six essais consécutifs sur dix ³⁰. Dans les sujets dans lesquels l'EMG de fond est déjà d'environ 50 μV, utilisez 100 μV comme seuil.
   4. Fixation de la bobine
      1. Placez la tête du sujet sur une table (voir «Emplacement du sujet») et utilisez une mousse rigide pour éviter les mouvements de la tête dans toutes les directions. Fixez la bobine sur un support et la tête du sujet sur la chaise.
      2. Fixez la bobine avec des bandes Velcro à la tête et utilisez un système de navigation TMS guidé par image pour surveiller la position de la bobine et de la tête tout au long de l'expérience. Évitez même de petits mouvements de la bobine par rapport à la tête du sujet, car cela modifie le recrutement de neurones par TMS.
   5. Stimulation magnétique à la jonction cervicomedulaire
      1. Utilisez une bobine magnétique à double cône placée à la jonction cervicomédullaire pour exciter les axones du tube cortico-spinale.
      2. Positionner la bobine de sorte que la première dérivée du courant induit iS dirigé cranialement et que sa partie centrale est sur ou près de l'inion. Appliquer la stimulation avec la sortie maximale du stimulateur (100%).
         NOTE: Même avec cette intensité de stimulation élevée, le stimulus est trop faible pour recruter suffisamment de motoneurones vertébrales et activer les muscles de la jambe ( c'est-à-dire m. Soleus et m. Tibial antérieur) chez la plupart des sujets. Ainsi, avec une stimulation cervicomedullaire, il n'y a pas de potentiel composé dans le EMG de surface des muscles des jambes inférieures. Par conséquent, combiner la simulation cervicomedullaire avec le réflexe H (voir "3.1) pour augmenter l'excitabilité des motoneurones de la colonne vertébrale.

2. Pré-mesure

1. Ajuster la taille du réflexe H (stimulation du nerf périphérique)
   1. Pour le conditionnement du réflexe H, ajustez la taille du réflexe H à 20% de l'onde M maximale (Mmax) ³¹ en modifiant l'intensité de stimulation du stimulateur électrique. Pour obtenir Mmax, enregistrez unCourbe de recrutement H-reflex. Pour cela, appliquer des stimuli avec des intensités de stimulation variables. La pause entre essais successifs est de 4 s.
   2. Calculez les réflexes H et les ondes M comme amplitudes de crête à crête dans l'EMG (en mV) en ligne dans le logiciel d'enregistrement. Veillez à ce que la taille du contrôle H-reflex reste constante à 20% de Mmax tout au long de l'expérience et vérifiez sa taille dans chaque essai. Lors de la détection d'une déviation systématique de la taille du réflexe H (le témoin H de contrôle est toujours plus petit ou plus grand que la taille cible), ajustez l'intensité de stimulation juste avant l'essai consécutif.
2. Ajuster l'intensité de stimulation de TMS avant l'expérience.
   1. Pour le conditionnement du réflexe H au repos, réglez l'intensité de stimulation pour le TMS sur le cortex moteur à 90 à 100% de MT. Assurez-vous qu'aucun MEP n'est observé dans les essais sans PNS.
      NOTE: L'intensité de la simulation devrait être proche de 100% de MT afin d'assurer de gros effets sur le H-reflex conditionné à rDe sorte que la facilitation anticipée puisse être facilement détectée.
   2. Ajuster l'intensité de la stimulation cervicomédullaire avant l'expérience. Contrairement à la stimulation corticale, ajustez toujours l'intensité de stimulation pour la stimulation cervicomédullaire à 100% de la sortie maximale du stimulateur.
3. Conditionnez le réflexe H avec stimulation magnétique sur le cortex moteur.
   1. Appliquer TMS et PNS en faisant varier le temps entre les deux stimuli (conditionnement réflexe H) pour permettre l'évaluation des changements dans la transmission corticomotonuronale. Pour détecter la facilitation précoce, démarrer le protocole de conditionnement avec un intervalle interstimulus (ISI) de -5 ms et modifier les ISI par étapes de millisecondes, de -5 à +1 ms ( Figure 1B ).
      REMARQUE: Les ISI négatifs indiquent que le SNP est provoqué avant TMS, les ISI positifs indiquent le contraire.
   2. Varier l'ISI entre TMS et PNS au hasard, de l'essai de stimulation à l'essai de stimulation, de sorte qu'aucun biais ne soit dû à un certain ordreDes stimuli peuvent survenir.
      NOTE: La "facilitation précoce" devrait se produire autour d'ISI de -4 ms à -2 ms lors de l'application de TMS sur le cortex moteur. Cela signifie que les voies corticoïdales monosynaptiques les plus rapides entrent en collision avec la volée afférente par PNS aux motoneurones de la colonne vertébrale en ce moment (voir 5.2 pour détecter la facilitation précoce).
   3. Réglez la pause entre les essais successifs de stimulation à 4 secondes.
4. Conditionnez le réflexe H avec stimulation magnétique sur la jonction cervicomedulaire.
   REMARQUE: En utilisant la stimulation cervicomedullaire pour le conditionnement, l'excitation des voies cortico-spinales est plus proche des motoneurones de la colonne vertébrale que de la stimulation du cortex moteur. Par conséquent, l'ISI correspondant à la facilitation anticipée est déplacé d'environ 3 à 4 ms. À titre d'exemple, la facilitation précoce avec TMS sur le cortex moteur primaire à -4 ms correspondrait à un ISI compris entre -7 et -8 ms avec une stimulation cervicomedullaire.
5. Stimulation alternative sur le cortex du moteur et la jonction cervicomedulaire
   1. Appliquer le conditionnement du réflexe SOL H par stimulation magnétique du cortex moteur (conditionnement M1, voir 2.1) et par stimulation cervicomedullaire magnétique (conditionnement CMS, voir 2.2) dans un ordre aléatoire pendant le même essai.
      REMARQUE: Il est recommandé d'appliquer alternativement le conditionnement M1 et CMS dans un même essai afin de renvoyer les réflexes H conditionnés au même échantillon de réflexes H de contrôle (s)Ee Figure 1 ).

3. Intervention - TMS répétitif lent

1. Réglez l'intensité de la stimulation à 1,2 MT, ce qui induit une suppression durable de ^{32 , 33} de l'excitabilité corticospinal requise car le conditionnement du réflexe H prend plusieurs minutes à accomplir. Pendant l'intervention du RTM, appliquer TMS sur le cortex moteur primaire à 1 Hz pendant 20 min.

4. Post-mesure

1. Directement après l'intervention, appliquez le conditionnement H-reflex avec les mêmes ISI que lors de la pré-mesure.
2. Utilisez les mêmes intensités de stimulation pour la stimulation magnétique sur M1 et la jonction cervicomedullaire que dans la pré-mesure.
3. Assurez-vous que le contrôle H-reflex a la même taille que dans la pré-mesure. Si une déviation systématique est détectée, ajustez l'intensité de la stimulation.

5. DaTraitement

1. Calculez toutes les réponses physiologiques telles que les réflexes H, les MEP et les réflexes H conditionnés comme amplitudes de crête à crête de l'EMG non reconnu.
   1. Pour chaque ISI, une moyenne de dix réflexes H conditionnés pour a) corticale et b) stimulation cervicomédullaire. De plus, les réflexes H de contrôle moyen ( c.-à-d . Non conditionnés) qui servent de référence ( c'est-à-dire 100%) pour les réflexes H conditionnés.
   2. Par conséquent, exprimer l'amplitude moyenne des réflexes H conditionnés pour chaque ISI en pourcentage de l'amplitude moyenne du témoin H de contrôle à la fois avant et après mesure. Faites attention lorsque vous déterminez la facilitation précoce, car cela revêt une importance cruciale:
      REMARQUE: Étant donné qu'il existe une variabilité interindividuelle dans l'apparition du début de la facilitation précoce, déterminer la facilitation précoce dans la pré-mesure pour chaque sujet séparément.
2. Utilisez des tests non paramétriques de Wilcoxon pour déterminerE première élévation du réflexe H conditionné. Pour le conditionnement CMS, démarrez les tests à ISI -9 ms, pour la recherche de conditionnement M1, la facilitation anticipée commence à ISI -5 ms. Comparez l'amplitude de cette facilitation précoce obtenue lors de la pré-mesure avec l'amplitude de la facilitation précoce obtenue lors de la post-mesure en utilisant le même ISI.
3. De plus, vérifiez la facilitation anticipée par inspection visuelle.
   REMARQUE: après le conditionnement M1, la facilitation anticipée est susceptible de se produire autour d'ISI -3 ms. Peu de temps après la première augmentation du réflexe H conditionné, c'est-à-dire de 1 à 2 ms plus tard, il y a une baisse du réflexe H conditionné avant qu'il ne se déclenche. Après le conditionnement de la CMS, la facilitation anticipée est susceptible de se produire autour d'ISI -7 ms, donc environ 4 ms plus tôt qu'après le conditionnement M1.

Representative Results

Présence de la facilitation précoce après conditionnement M1 et CMS

Le conditionnement du réflexe H avec TMS sur M1 a entraîné une facilitation précoce qui s'est produite autour de ISI -3 et -4 ms. La facilitation précoce après le conditionnement du CMS s'est produite environ 3 ms plus tôt (ISI -6 et -7 ms, respectivement). Les courbes ISI exemplaires d'un sujet sont affichées à la figure 1 . Dans la présente étude, la facilitation précoce a été évaluée au premier temps de son apparition avec le conditionnement M1 et CMS (voir la figure 1C , D ). Ainsi, il est raisonnable de supposer que cette facilitation précoce reflète l'activité des voies cortico-spinales directes et monosynaptiques ^{12 , 22 , 24 , 29 ,}Lass = "xref"> 34. Les résultats subséquents se concentrent donc sur cette facilitation précoce afin de donner une indication de la transformation du traitement dans les voies corticoïdales directes et monosynaptiques après le rTMS.

Les changements induits par rTMS dans l'amplitude de la facilitation précoce

Après 20 min de rTMS, il y a eu une baisse des deux, la facilitation précoce avec le conditionnement M1 et la facilitation précoce avec le conditionnement CMS. En revanche, le témoin H de contrôle est resté à un niveau constant. Sur la figure 2 A, B, C, un exemple d'un sujet représentatif est affiché. Sur la figure 2 D, E, F, la moyenne de deux sujets est fournie. On constate que bien que la réduction ne soit pas aussi importante après le conditionnement de la CMS qu'après le conditionnement M1, elle est néanmoins clairement visible. Le dUn ensemble de l'ensemble de l'échantillon peut être vu en ²⁸ .

Figure 1 : Procédure de conditionnement M1 et CMS.
Ce chiffre modifié d'une de nos publications antérieures ²⁸ présente un schéma de la procédure de conditionnement M1 et CMS. (A) On constate qu'une bobine est placée sur le cortex moteur primaire (indiqué comme M1) et l'autre sur la jonction cervicomedulaire (indiquée comme CMS). ( B) en tant que volées descendantes après la stimulation magnétique du cortex moteur primaire (M1-cond) et la jonction cervicomedullaire (CMS-cond) sont dispersés pour certains ms, mais la stimulation du nerf périphérique (réflexe H) produit seulement un effet court, Le réflexe H peut être déplacé vers l'avant par rapport à la vole descendanteAfin de coller avec la (des) fraction (s) rapide (s) de la volée corticospinal descendante (facilitation précoce) ou peut être déplacée vers l'arrière de sorte que des voies cortico-spinales plus lentes puissent être testées (facilitation tardive). En C , une courbe de conditionnement H-reflex après conditionnement M1 s'affiche. Dans D , la courbe de conditionnement H-réflexe après conditionnement CMS est illustrée. (Figure modifiée à partir de ²⁸ avec l'autorisation de Oxford University Press). Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Effets du rTMS à faible fréquence sur la Facilitation précoce après conditionnement M1 et CMS.
Dans A, B et C Ong> données (moyennes de 10 traces) d'un sujet représentatif avant et après l'intervention de rTMS sont affichées. On peut voir que les réflexes H conditionnés représentant les premières facilités sont réduits après les deux, M1- (A) et CMS-conditionnement (B) alors que les réflexes H de contrôle restent inchangés (C). Dans D, E, & F , la moyenne de deux sujets s'affiche montrant le même motif: réduction des réflexes H conditionnés M1 et CMS sans modification du témoin H de contrôle. La réduction après le conditionnement du CMS indique une transmission altérée aux synapses corticomotonuronales. Cependant, on peut voir que la suppression après rTMS est plus grande après le conditionnement M1. Ainsi, des changements profonds au niveau cortical du moteur peuvent également être présumés. Les valeurs P de la première ligne se réfèrent aux données du sujet unique. (Figure modifiée à partir de ²⁸ avec l'autorisation de Oxford University Press).Pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank "> Cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Discussion

La procédure de conditionnement du réflexe H décrite ici a été spécifiquement traitée pour évaluer les changements aigus de la transmission sur la synapse corticomotonuronienne suite à une activation répétitive de la voie cortico-spinale ²⁸ . À cet égard, le conditionnement du réflexe H a mis en évidence que le rTMS n'affecte pas seulement l'excitabilité des structures corticales mais a également un effet sur la transmission corticomotoneurale à la synapse corticomotoneurale. Cependant, cette méthode peut en effet avoir une application plus large car les changements dans la transmission corticospinal se produisent pendant le développement moteur et le vieillissement, l'apprentissage motorisé, l'exercice et la formation, la fatigue, l'inactivité, la récupération des blessures, les interventions neurophysiologiques et thérapeutiques, la pathologie, etc. En outre, les méthodes peuvent être Appliqué chez des sujets valides ou chez des patients aussi longtemps que les précautions de sécurité de TMS sont suivies.

La méthode introduite peut être appliquée pour étudier à l'intérieur de la sessionComme dans le contexte actuel ou les effets longitudinaux sur un intervalle de temps plus long. La technique de conditionnement M1 a précédemment été démontrée pour permettre une évaluation fiable des effets suite, par exemple, à 8 semaines d'immobilisation ³⁵ , 4 semaines d'entraînement à l'équilibre ^{36 , 37} et quatre semaines d'entraînement à la force balistique ³⁶ . Dans toutes ces études, aucun changement dans les réflexes H conditionnés n'a été observé dans les groupes témoins, qui n'ont pas été soumis à une intervention comportementale. Compte tenu de la technique de conditionnement de la CMS à notre connaissance, aucune étude n'a été publiée jusqu'ici sur des effets à long terme.

Un protocole de conditionnement comprenant environ 12 à 14 ISI dure environ 15 minutes. Cela signifie que ce protocole de stimulation n'est pas adapté à l'évaluation de la plasticité neurale à plus courte durée. Il est cependant souvent possible de restreindre les tests d'intervention après interventionS'efforce de cibler spécifiquement , par exemple, la facilitation précoce évaluée lors de la pré-mesure et entrave ainsi la durée de la procédure de manière marquée à quelques minutes. Dans ce cas, il est important de déterminer la facilitation précoce pour chaque sujet individuellement. Cela a été fait dans la mesure de référence et plus tard par rapport à la facilitation précoce obtenue lors de la post-mesure en utilisant le même ISI (s).

L'avantage de conditionner le réflexe H par TMS appliqué sur M1 ou la jonction cervicomedullaire plutôt que de surveiller les potentiels composés est double. Tout d'abord, il est possible de mesurer la transmission sélective de projections cortico-spinales distinctes, par exemple pour évaluer les changements dans la facilitation précoce reflétant l'activité des projections corticomotonuronales rapides et directes. C'est un avantage majeur par rapport à l'analyse des amplitudes de potentiel composé car ces dernières réponses sont influencées par une multitude d'effets directs et indirectsS. Deuxièmement, il n'est souvent pas possible d'obtenir des potentiels composés (CMEP) par stimulation magnétique cervicomedullaire, en particulier pour les muscles des membres inférieurs et pendant les mesures au repos (Ugawa et al., 1994, Oya et al., 2008). En utilisant le conditionnement du réflexe H, le réflexe H augmente la susceptibilité des neurones moteurs de la colonne vertébrale à la transmission corticospinal. Cependant, il est important de maintenir la taille du témoin H de contrôle de SOL constant pendant l'expérience à environ 20 à 25% de M _max car il a déjà été démontré que la sensibilité du réflexe H aux entrées facilitatrices ou inhibitrices dépend essentiellement Sa taille ³¹ .

Afin d'évaluer si les changements dans l'excitation ou la transmission cortico-spinale sont causés par des changements au niveau corticale ou rachidien, un certain nombre d'études ont comparé les réponses suscitées par TMS par rapport à M1 avec des réponses après TES de M1 ¹⁶ . TMS et TES diffèrent par rapport àDe quelle façon ils provoquent des volées cortico-spinales descendantes. Avec TMS, une grande proportion de la réponse composée est provoquée par l'excitation transsynaptique des cellules cortico-spinales ^{38 , 39} . En revanche, les TES dépolarisent une plus grande proportion de neurones cortico-rachidiens de manière directe, probablement sur un site axonal distant de la colline de l'axone, ce qui se traduit par une «directe», ou une onde D ^{38 , 39 , 40} . Des changements dans l'excitabilité du cortex moteur influencent plus fortement les réponses après TMS que celles après TES - au moins à de faibles intensités de stimulation ^{17 , 18} . Dans le contexte actuel, TES n'a pas été appliqué parce que a) ce type de stimulation est associé à une douleur considérable et b) nous voulions assurer l'exclusion des influences corticales. Par conséquent, nous avons comparé les réponses élitesAvec TMS sur M1 avec des réponses suscitées par TMS à la jonction cervicomedulaire. Afin de permettre la stimulation de la voie cortico-spinale au niveau cervical, il est nécessaire de placer le sujet dans une position où le col et l'articulation atlanto-occipitale sont flexibles afin de permettre le positionnement de la bobine de sorte que sa partie centrale soit placée sur Ou près de l'inion, ce qui donne un courant dirigé cranialement ^{19 , 26} . Les modifications apportées aux réponses de cette procédure de conditionnement CMS peuvent donc être clairement attribuées à des changements au niveau de la colonne vertébrale. En outre, comme l'on pense que la facilitation précoce du réflexe H conditionné est provoquée par l'activation de projections directes et corticomotonuronales aux motoneurones ^{12 , 29} , une modification du réflexe H conditionné au CMS au moment de la facilitation précoce indique Une transmission corticomotonuronale modifiée, c'est-à-dire 28 .

Bien qu'il s'agisse effectivement d'une perspective pertinente selon laquelle les méthodes décrites peuvent également être appliquées pour obtenir des mesures pour les extrémités supérieures grâce à la stimulation des nerfs périphériques dans le bras et aux enregistrements des muscles bras ou main, cette technique est limitée aux muscles dans lesquels il est Il est possible d'obtenir un H-reflex stable. En outre, en raison du caractère désagréable du conditionnement de la CMS, les sujets peuvent être tendus en prévision du stimulus. Ainsi, il est important de randomiser le conditionnement M1 et CMS afin d'éviter un biais systématique. Pour la même raison, certaines expériences impliquant des tâches de simulation mentale ou de temps de réaction peuvent même ne pas être possibles. Par exemple, nous avons demandé aux sujets d'imaginer certaines tâches posturales (voir ⁴¹ ), mais les sujets ne pouvaient pas se concentrer sur la simulation mentale lors de l'anticipation du conditionnement CMS. Une autre limitation est l'utilisation de cette méthode pendant plusTâches dynamiques car il est a) très difficile à fixer la bobine sur la jonction cervicomedulaire et b) pour maintenir la tête dans une position fléchée. Enfin, la méthode prend beaucoup de temps, limitant davantage son application au sens large.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Self-adhesive EMG electrodes	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to record EMG signals
Electrical stimulator	Digitimer DS7A, Hertfordshire, UK		Used to elicit the soleus H-reflex
Stimulating electrode	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to elicit the soleus H-reflex
Magnetic stimulator #1	Magstim Rapid2 TMS stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Coil #1: 90 mm figure-of-eight coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
			Stimulator #1 and coil #1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)
Magnetic stimulator #2	MagPro X100 with MagOption, MagVenture A/S, Farum, Denmark		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Co#2: 95 mm focal “butterfly-shaped” coil (D-B80)	MagVenture A/S, Farum, Denmark
Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session
Magnetic stimulator #3	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Coil #3: double-cone magnetic coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Image-guided TMS navigational system #1	Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, Canada		Used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) to monitor coil position throughout the experiment
Image-guided TMS navigational system #2	TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany	Used for the video session
Literature:
Taube et al. 2014	Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. & Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).