ניצול גירוי מגנטי Transcranial לחקר מערכת Neuromuscular האדם

1. TMS יחיד מותאמים-Pulse של שרירי FCR ו ES

1. בטיחות אמצעי זהירות בסיסיים: לפני ביצוע TMS בנושא אדם יש צורך המסך הראשון בהם אמצעי בטיחות בסיסיים כפי שהוא נוגע חשיפה לשדה מגנטי. במעבדה שלנו אנו פעל בהתאם להנחיות ההקרנה שנקבעו על ידי המכון לבטיחות מגנטי החינוך, תהודה ומחקר ^10. במעבדה שלנו אנחנו אף נוהג להוציא אנשים עם היסטוריה משפחתית של התקפי אפילפסיה. כמו כן, אנו דורשים נושאים העוברים TMS של שרירי ES ללבוש אטמי אוזניים ושומר הפה בשל עוצמות גירוי מוקד פחות חזק.
2. הקלטות חשמל: כדי לבחון את התגובות TMS במערכת המוטורית יש צורך להקליט electromyographic (EMG) אותות שרירי השלד. עבור בשריר FCR אנחנו במקום אלקטרודות על פני השטח הזרוע באמצעות אלקטרודה הסדר דו קוטבית ממוקם longitudinally מעל tהוא השריר על העור מגולח משופשפות כפי שתיארנו קודם לכן ^7,11. עבור השרירים הזוקפים תפקידם אנו משתמשים הסדר דומה אלקטרודה ממוקם longitudinally על השרירים ברמה L3-L5 השדרה על עור מגולח משופשפות ^8.
3. TMS אוריינטציה קויל: בעיקר כדי להפעיל נוירונים corticospinal transsynaptically יש צורך למקם את סליל TMS כראוי ^12. עבור שרירי FCR אנחנו במקום 70 מ"מ של דמות ושמונה סליל TMS משיק את הקרקפת של 45 מעלות לקו האמצע כך הזרם המושרה לרוחב-האחורי לכיוון המדיאלי, קדמית. עבור השרירים ES אנו משתמשים סליל כפול חרוט כי יש עומק חדירה גדולה יותר נדרשת עקב ייצוג של השרירים האלה להיות עמוק יותר הננס. כאן, הסליל ממוקם כך זורם הנוכחי קדמית אחורית על הכיוון. יש לנו מנהג שונה סליל שלנו עם מערכת מצורף לייזר כדי לסייע לנו subsequent מיצוב מחדש של הסליל הכפול חרוט.
4. זיהוי "נקודה חמה": יש צורך לקבוע את מיקום הגירוי הזה מעורר את המנוע הגדול ביותר עורר פוטנציאליים. עבור בשריר FCR אנו עושים זאת על ידי הזזת בעדינות סליל TMS סביב במרווחים קטנים מאוד לקבוע היכן אנו רואים את המנוע הגדול ביותר עורר משרעת פוטנציאל. נמצא ברגע שאנו מציינים את האזור הזה עם דיו בלתי מחיק על הקרקפת או כובע לייקרה. TMS של שרירי ES משמעותית נוח יותר בבני אדם מאשר TMS של שרירי הגפיים העליונות. לפיכך, יש לנו יעיל TMS שלנו פרוטוקול השרירים ES להגדיל וסבילות זה ואת הכדאיות. כאן, במקום לאתר את "נקודה חמה" אנו משתמשים במדידות אנתרופומטרים לזהות את קודקוד הגולגולת. באופן ספציפי, אנחנו מזהים את קודקוד כצומת של הגולגולת ב sagittal (בין nasinon ו inion) ו העטרה (בין tragus) מטוסים.
5. Biomechanical מיקום:
6. כימות סף מוטור: עבור FCR, אנו קובעים סף המנוע (MT) על ידי מתן פולסים יחיד בהדרגה לעוצמות גירוי עד הפוטנציאלים מנוע עוררו יש שיא ל-אמפליטודות השיא של יותר מ 50 מיקרוולטים של יותר מ -50% של הניסויים (איור 4) . כדי לייעל את פרוטוקול TMS ולהגדיל סבילות היתכנות אנחנו לא קובעים סף המנוע ES השרירים בדיוק כמו כאשר אנו בוחנים את שרירי הגפיים העליונות. במקום זאת, אנו מתחילים את הפרוטוקול TMS על ידי מתן פולסים יחיד הראשוני על 50% מהתפוקה המקסימלית ממריץ כדי לקבוע אם עוצמת הגירוי הוא מעל או מתחת לסף המנוע. אם חבר הפרלמנט האירופי, הוא ציין את עוצמת הגירוי הזה, כהגדרתו MEP להבחין ביחס לרמת הרקע EMG-עוצמת מצטמצם ל -40% מהתפוקה ממריץ כדי לקבוע אם עוצמת הגירוי הוא משנה או העל סף ^8.
7. כימות Amplitude MEP באמצעות Single-Pulse TMS: כדי לבחון את המנוע עוררו משרעת הפוטנציאל של FCR שאנו מספקים דופק TMS יחיד "נקודה חמה" בעצימות השווה ל 130% של סף המנוע, לחשב את המשרעת שיא אל שיא . באופן כללי, אנו לנרמל את התוצאה ל פוטנציאל פעולה מקסימלי שריר מתחם סיבים נצפתה הבאים supramaximal גירוי חשמלי של העצב המדיאני. נציין כי גודל MEP היא verתלויה מידת רגישות קליפת המוח y. לפיכך, כאשר הדופק TMS מועבר במהלך התכווצות רקע, כאשר רגישות מוגברת בקליפת המוח, גודל MEP יהיה להגדיל באופן משמעותי. עבור השרירים ES, אנו מספקים דופק TMS אחד עם קודקוד בעצימות 40 או 50% מעל עוצמת המנוע משנה את סף ^8. למרבה הצער, בגלל העצבים ההיקפיים innervating השרירים ES אינם נגישים גירוי חשמלי לא נוכל לנרמל את אלו הפוטנציאלים מנוע עורר את פוטנציאל סיבי השריר מתחם הפעולה.
8. כימות משך תקופת שקט באמצעות Single-Pulse TMS: כאשר הדופק TMS לקליפת המוח מועבר בזמן התכווצות שריר זה יהיה לייצר פוטנציאל המנוע עוררו ואחריו קפאון החשמל לפני קורות חיים פעילות מעיד על עיכוב corticospinal ואת המכונות גם הדומם התקופה ¹³ (איור 5). כדי לכמת את תקופת שקט שאנו מספקים יחידTMS על הדופק "נקודה חמה" בעצימות השווה ל 130% של סף המנוע בעוד הוא משתתף במחקר ביצוע כיפוף פרק היד התכווצות שרירים ב 15% של הכוח המרבי שלהם. אין לנו לכמת בעבר את משך תקופת שקט של שרירי ES, עם זאת, נציין כי ראינו anecdotally קיומה בקבוצה זו השריר כאשר את הדופק TMS id נמסר במהלך התכווצות רקע.
9. כימות הנחיית Intracortical באמצעות מותאמים Pulse-TMS: אנו משתמשים לזווג-TMS הדופק לכמת סיוע intracortical ^6,7 (איור 6 ו - 7 מייצג את המדידה של FCR והשרירים ES, בהתאמה). עבור בשריר FCR אנו לקבוע תחילה את עוצמת הגירוי צריכה לעורר פוטנציאל המנוע עוררו כי הוא mV בין 0.5-1.0. הבא, אנחנו מספקים מיזוג התת הדופק אשר במעבדה שלנו מוגדר בדרך כלל שווה ל 70% של המנוע הסף-15-msec לפני הפולס המבחן suprathreshold. זה מיזוגהדופק שנשא בתקופה זו לפני דופק את הבדיקה יגדל, או להקל, את המשרעת של המנוע עורר יותר פוטנציאל מאשר דופק מותנית יחיד בעוצמה זהה. עבור קבוצת שרירים ES עוצמת הדופק מיזוג מוגדר עוצמת המנוע משנה שנצפו סף (או 40% או 50% מהתפוקה ממריץ) ואת עוצמת הדופק מבחן מוגדר 40% מעל פני משנה המנוע סף (80% או 90% מהתפוקה ממריץ) ^8. נציין כי את עוצמת פעימות מיזוג יכול להיות מגוונת בהתאם המטרה של המחקר. כמו כן, מרווחי הדופק יכול להשתנות בהתאם השריר ואת המיקום היחסי לקליפת המוח שלה.
10. כימות קצר מרווח עיכוב Intracortical באמצעות מותאמים Pulse-TMS: אנו משתמשים גם לזווג-TMS הדופק לכמת קצר מרווח עיכוב intracortical ^6,7 (איור 6 ו - 7 מייצג את המדידה של שרירי FCR ו - ES, בהתאמה). הנה, גם אתFCR והשרירים ES, נהלים זהים כמתואר למדידת סיוע intracortical למעט interstimulus כי המרווח בין שתי פעימות מצטמצם msec 3. זה דופק מיזוג שנשא בתקופה זו לפני הדופק לבדוק תפחת, או לעכב, את המשרעת של המנוע עורר יותר פוטנציאל מאשר דופק מותנית יחיד בעוצמה זהה.
11. כימות ארוך מרווח עיכוב Intracortical באמצעות מותאמים Pulse-TMS: מתן two זהה מבחן suprathreshold פולסים כי הם מופרדים על ידי 100 מילישניות יכול לשמש גם כדי להעריך את זמן ההפסקה עיכוב intracortical ^6,7. במקרה זה, עבור FCR שרירים פוטנציאל המנוע עוררו הקשורים הדופק השני יהיה קטן יותר, או עכבות יותר, מזה קשור הראשונה (איור 8). אין לנו לכמת בעבר ארוכת מרווח עיכוב intracortical בשרירים ES בשל החשש נושא וסבילות.

2. נציג תוצאות:

בעקבות משלוח של TMS suprathreshold הדופק, את השרירים להיות מגורה צריך להפגין תגובה נצפות בקלות EMG (MEP) (מאויר איורים 4-8). חביון בין תחילת הגירוי לבין MEP ינועו בין קבוצות השרירים נבדקות, אך FCR היא בדרך כלל 16-19 msec (איור 6) ועל ES הוא 17-22 msec (איור 7; אם כי יש לציין כי במקצועות מסוימים סופי תחילת MEP בשרירים ES קשה יותר לזהות ויזואלית). יצוין, כי כאשר בודקים את שריר ES קבוצה מספר קבוצות שרירים אחרים גם הם גירוי לעין באופן דרמטי בו זמנית (כולל את שרירי לגפיים התחתונות, אשר מיוצגים בתוך האזור הכללי זהה של האיש הקטן). במהלך המדידה של סיוע intracortical את המשרעת MEP הוא בדרך כלל גדול יותר מזה שנצפה עם דופק בלתי מותנית יחיד (Figure 6 ו - 7). עם זאת, הניסיון שלנו כי מידת סיוע משתנה בין קבוצות השרירים עם כמה קבוצות, כגון שרירים כמו FCR-מראה רק סיוע צנוע בנושאים רבים. למדידת עיכוב intracortical קצר מרווח וארוך מרווח ירידה משרעת MEP הוא ציין באופן כללי בהשוואה דופק מותנית יחיד של אינטנסיביות זהה (איורים 6-8).

באיור 1. המנגנונים הבסיסיים של TMS. סליל TMS משרה שדה מגנטי, אשר חודרת את הקרקפת וגורם אדי הנוכחי בתוך הקורטקס המוטורי. זו הנוכחית אדי אז הוא מסוגל לעורר נוירונים בתוך המוח. איור נדפס מ גינלי וקלארק, בעיתונות ^14.

באיור 2. הגדרת לביצוע T MS על השריר FCR. הערה ההקלטה של ​​electromyogram (EMG) אותות מן האמה, ואת ההנעה TMS על הקורטקס המוטורי. אנחנו בדרך כלל גם שריר כוחות שיא, ולהשתמש גירוי חשמלי עצבי היקפי להשיג את המתחם מקסימלי סיב השריר פוטנציאל פעולה, כמו זו שימושית לפרש ערכים משרעת (למשל, ניתן לבטא MEP יחסית התגובה שריר מקסימלי בניגוד מוחלט mV ערך אשר יכול להיות מושפע מאוד לא פיזיולוגי גורמים כגון רקמת שומן תת עורית). איור נדפס מבין האפשרויות הבאות: קלארק et al. 2008 ^9, קלארק et al. 2010 ^6, ו גינלי et al. 2010 ^7.

באיור 3. הגדרת לביצוע TMS על שרירי spinale ספינאה. איור נדפס מ גוס et al. 2011 ^8.

_upload/3387/3387fig4.jpg "/>
איור 4. דוגמה קביעת סף המנוע. עקבות EMG לייצג את המנוע עורר תגובה פוטנציאל (MEP) לעוצמות גירוי בהדרגה (מיוצג כאחוז פלט ממריץ (SO)). שים לב ב בעוצמות נמוכות (28-30% של SO) חברי הפרלמנט האירופי קטן מאוד היו שהושרו (סף משנה), אבל ב 32% כך MEP הושרה כי סף המנוע הגיע (המוגדר בדרך כלל כמו חבר הפרלמנט האירופי, עם אמפליטודה עמ> 50 μV).

איור נדפס מ גינלי וקלארק, בעיתונות ^14.

. איור 5 TMS במהלך התכווצות: מנוע עורר תקופה פוטנציאל & שותק. תקופת שקט כאשר הנושא הוא ציין מבצע התכווצות קלה גירוי יחיד מוחלת על הקורטקס המוטורי. החלק הראשון של התקופה הוא שותקבשל עיכוב חוט השדרה ואת החלק השני מיוחסת עיכוב קורטיקליים, קולטני _GABA-B בפרט. אין דרך לכמת את הקונצנזוס משך תקופת שקט, אך הממצאים שלנו מצביעים על כך גם הגדרת אותו מתחילת גירוי או תחילת MEP להחזיר את האות של התערבות מרצון electromyogram הוא ¹⁵ אמין ביותר.
איור נדפס מ קלארק מהיר, 2011 ¹⁶ ו גינלי וקלארק, בעיתונות ^14.

איור 6. שינוי מנוע עורר פוטנציאל TMS בגודל ith הדופק לזווג של שריר FCR. מדידה של עיכוב קצר מרווח intracortical (SICI) ו סיוע intracortical (ICF). כדי לכמת SICI ו ICF הדופק מיזוג (CP) מוגדר מתחת לסף המנוע, ואת הדופק הבדיקה (TP) מוגדר לעורר MEP של בין 0.5-1 mV. במרווחי זמן קצר interstimulus(לדוגמא: 3-msec) למחסום מעכב את MEP בהשוואה TP בלבד (SICI), ואילו במרווחים interstimulus יותר (למשל, 15 msec) זה מקל על MEP (ICF).

CP: דופק אוויר, TP: איור מבחן הדופק נדפס מ קלארק et al, 2010 ^6, גינלי et al.. 2010 ^14, קלארק מהיר, 2011 ¹⁶ ו גינלי וקלארק, בעיתונות ^14.

איור 7. שינוי מנוע עורר בגודל פוטנציאל עם TMS הדופק לזווג של שריר ES. דוגמה של עקבות EMG מן השרירים ואת תפקידם ספינאה מדידת עיכוב קצר מרווח intracortical (SICI) ו סיוע intracortical (ICF).
איור נדפס מ גוס et al. 2011 ^8.

איור 8. שינוי מנוע Evoפוטנציאל ked בגודל עם TMS הדופק לזווג. מדידה של עיכוב ארוך מרווח intracortical (LICI). כדי לכמת LICI two פולסים הבדיקה מועברות בהפרש interstimulus של 100 msec. התוצאה MEP השני להיות מעוכבת בהשוואה MEP הראשונה.
איור נדפס מ קלארק et al. 2010 ^6, גינלי et al. 2010 ⁷ ו גינלי וקלארק, בעיתונות ^14.

המטרה הכללית של מאמר זה היא לספק מדענים ורופאים חשבון החזותי של המעבדות שלנו לשימוש של גירוי מגנטי transcranial. זאת, בנוסף מתן להדמיה של ניסויים אלה, להלן נדון בסוגיות בסיסיות שיש להביא בחשבון בעת ​​ביצוע TMS באופן זה, לספק סקירה קצרה של הפיזיולוגיה של התגובות TMS, וגם לדון השימוש שלנו TMS לגבי השימוש של אחרים.

נושאים כללי להיות מודע בעת ביצוע TMS כמתואר בסעיף

ישנן כמה בעיות להיות מודע בעת ביצוע לזווג-TMS הדופק. למשל, BiStim Magstim ² המערכת סביר הציוד TMS הכי פופולרי קו מציעה את הפוטנציאל לשלב שני Magstim 200 ² יחידות היתר לזווג הדופק גירוי באמצעות סליל מגרה אחת. עם זאת, יש לציין, כי כאשר אחד הוא לעורר חברי הפרלמנט האירופי עם הדופק הבלתי מותנית זההדרך הטובה ביותר היא להגדיר אחת היחידות MagStim אל "% 0" ועדיין מצביעים מרווח interpulse (למשל, 100 msec) לעומת מפנה את המכשיר. להיות הסיבות לכך היא מערכת ² BiStim כאשר אחת היחידות אינה על summates שני פולסים יחיד הניתנים על ידי לגירוי Magstim לייצר הדופק יחיד מתח גבוה שווה 113% של Magstim יחיד 200 ^2. לכן, כאשר אחד הוא באמצעות הדופק מותנית לנורמליזציה כדי הפוטנציאלים שהושרו עם לזווג הדופק TMS זה קריטי, כי את הדופק עוצמות מבחן שיתקיים מתמדת בתחום זה.

בעיות להיות מודע בעת ביצוע TMS על שרירי תפקידם ארקטור

באשר לנהלים TMS עבור קבוצת שרירים ES יש בעיות ספציפיות מספר מגבלות לדבר. למשל, עוצמות את הדופק נעשה שימוש בפרוטוקול שלנו לא בא לידי ביטוי ביחס לסף המנוע. ב יחיד ו לזווג-TMS הדופק לימודי appendicular muscles מקובל ספי המנוע להיות מוגדר בטווח קטן יחסית (למשל, 1-3% של התפוקה ממריץ), וקטניות מיזוג הבדיקה בא לידי ביטוי ביחס לרמות סף (למשל, קטניות מיזוג שווה 70% סף המנוע ) ^17. בדרך כלל אנחנו בוחרים לא לבצע פרוטוקול מסוג זה עקב מספר נוסף של פולסים כי יהיה צורך לקבוע במדויק סף המנוע. TMS של שרירי הגפיים העליונות בדרך כלל נסבל מאוד, מבודד את התגובה עווית למגזר איבר המטרה. לעומת זאת, TMS של שרירי paraspinal המותני היא משמעותית פחות נסבל. יש לנו דיווח בעבר כי פרוטוקול יעיל שלנו הוא נסבל רוב הנבדקים (~ 5 בסולם של 0-10 עם 10 להיות בלתי נסבל). כמו כן, אנו בדרך כלל בוחרים להמשיך להגביל את המספר הכולל של פולסים TMS עבור קבוצת שרירים ES ידי גירוי ישיר על הקודקוד כדי לאפשר הקלטה של ​​תגובות בין שתי המדינות. זה stimulatioאתר n נעשה שימוש במחקרי TMS הקודם של שרירי paraspinal המותני ^18-22. עם זאת, נציין כי גירוי קודקוד לא יכול להיות אופטימלי עבור אתר לעורר חברי הפרלמנט האירופי המותני כפי הממצאים האחרונים מעידים כי האתר האופטימלי לעורר תגובות בשרירים הנגדי paraspinal המותני ממוקם 1 ס"מ קדמית 4 ס"מ לרוחב של ²³ קדקוד . לבסוף, נציין כי הניסיון שלנו כי בחוזקה שליטה על מיקום biomechanical / ביציבה של עמוד השדרה המותני הוא קריטי בהשגת נתונים אמינים TMS מקבוצת שרירים ES. בעבודה הטייס שלנו בדקנו תגובות רבות בתפקידים שונים ביציבה, אך גילו כי הכי התגובות שלנו התקבלו עם הנושא בישיבה כפי שמודגם במאמר וידאו.

פיזיולוגיה של תוצאה TMS יחיד דופק

TMS דופק יחיד, כפי שרומז השם, כולל את המסירה של דופק מאה מגנטי למוח הקלטה בחינת rבתגובה esultant EMG. השיטה הוכיחה שימושי להפליא לבדיקת תקינות של מערכת neuromuscular כולו. באופן כללי שיטה זו משמשת כדי להסיק משתנים כגון סף המנוע, עורר מנוע משרעת פוטנציאל, ומשך תקופת שקט שבו כל לתת תובנה רגישות של המערכת neuromuscular. אף על פי טכניקה זו אפשרה מחקרים כדי להבין הרבה על מערכת neuromuscular יש לו כמה חסרונות, אשר יהיה כתובות ברחבי סעיף זה.

סף מוטורי מוגדרת עוצמת הנמוך ביותר הנדרש כדי לעורר MEP בקבוצה השריר הנגדי של עניין כאשר הדופק יחיד מוחלת על הקורטקס המוטורי ^3. אחרי "נקודה חמה" (המקום שבו חבר הפרלמנט האירופי הגדול ביותר שנצפה) נמצא, MT נקבעת על ידי לאט להגביר את עוצמת הדופק להחיל את הקורטקס המוטורי עד MEP הוא אמין שהושרו. באופן כללי, רוב החוקרים מגדיריםהסף של השרירים נחים כמו עוצמת הגירוי הדרוש כדי לעורר של חבר הפרלמנט האירופי עם אמפליטודה שיא אל שיא גדול מ 50 μV ב 50% של ניסויים (למשל, ב 5 של 10 ניסויים) ^3. ערך זה ניתן להגדיר גם במהלך התכווצות ("פעיל MT") אם המדינה תלויה באמצעים בהם עניין. כאן, MT מוגדרת בדרך כלל כשיעור מסוים של פעילות הרקע EMG (למשל, 2x מעל הרקע), או משרעת מוחלט (למשל, 300 μV). MT מנוחה מושפעת הכיוון, צפיפות, ואת הרגישות החשמלית של הנוירונים בקליפת המוח. ככזה, שינויים MT מנוחה יכולים לשקף שינויים במגוון של רמות [קרי, קרום עצביים, המאפיינים האלקטרוניים axonal, את המבנה ואת מספר תחזיות מעוררות על הקורטקס המוטורי הראשוני, או upregulation של רצפטורים באזור זה ²⁴ ולכן מייצג הערכה גלובלית של רגישות הממברנה של עצב פירמידליים ^24,25. בברכהל MT פעיל, התוצאות התכווצות מרצון לירידה סף המנוע לעומת התנאים המנוחה, אשר נחשב מעיד על גודל של כונן מנוע מרצון במסלול corticomuscular ^26.

MEP המשרעת היא עוד אמצעי התוצאה מעיד על רגישות. כאשר TMS מוחלת על הקורטקס המוטורי בעוצמה מעל MT, בתדירות גבוהה גלי עקיף (גלי ואני) הם עוררו את דרכי corticospinal ^27, אשר לשינוי על ידי מנגנונים רבים, כולל עצביים (כלומר, glutatmate, GABA), מאפננים של עצבית (כלומר, אצטילכולין, נוראפינפרין ודופאמין) ^25, ו interneurones קשר תאים corticospinal בדרכי ²⁸ עם יעילות בפועל של הסינפסה corticomotoneuronal עצמו הוכחת כמה פעילות שינויים תלויי ²⁹ כל מתפקד להשפיע על משרעת של חבר הפרלמנט האירופי. ככזה, את המשרעת של האות יכול להיות מווסתת על בוטh רמות קליפת המוח ואת עמוד השדרה קשה ינתח במיוחד שבו, מרחבית בתוך מערכת העצבים, חל שינוי או הבדל קיים. מופחתת או מוגברת אמפליטודות MEP ניתן להצביע על שינויים בתוך המערכת neuromuscular והוא יכול להיות קשור תהליכי מחלה ספציפית ^3. דרך נוספת להעריך רגישות corticospinal דרך אחת TMS הדופק היא באמצעות פיתוח של עקומת גיוס (או עקומה קלט פלט). כאן, עוצמת הגירוי גדלה בהדרגה את השינוי וכתוצאה מכך MEP המשרעת היא זממו. עקומה זו מצביעה על כך שיש גרעין של נוירונים כי יש צורך סף מנוע, אך ישנם נוירונים נוספות ניתן לגייס כדי להגביר את התגובה בשריר ^30.

תוצאה נוספת נפוצה יחסית נגזר TMS הדופק יחיד היא התקופה corticospinal שקט. מתן פולס מגנטי לקליפת המוח במהלך התכווצות שריר מעריךתקופת שקט. הדופק זו מייצרת את MEP מאפיין אחריו כמו שהוזכר קודם לכן על ידי קפאון החשמל לפני קורות חיים פעילות מעיד על עיכוב corticospinal ואת המכונות גם בתקופה corticospinal שקט. אמנם קיימת מחלוקת מסוימת על השיטה הטובה ביותר לכימות תקופה שקטה ^31, היא הוכיחה להיות כלי מדעי שימושי להבנת מנגנונים פיזיולוגיים יחד עם פוטנציאל אבחון קליני ^32-34. המנגנונים הפיזיולוגיים הבסיסיים תקופת שקט אינם מובנים במלואם, אך כוללים עיכוב הן הקורטקס המוטורי ואת חוט השדרה. החלק הראשון של תקופת שקט (50-60 מילישניות) מיוחסת מנגנונים בתוך חוט השדרה, כגון הפעלה של תאים רנשו ^3,35, ואילו החלק השני יוחסה מנגנונים בקליפת המוח, במיוחד γ-aminobutyric acid (GABA) סוג B קולטן בתיווך עיכוב. נתוני הבסיס הללו פיזיולוגיים מבוססים על ממצאי שהממשל של tiagabine, מעכב ספיגת של GABA מן השסע הסינפטי לתוך הנוירונים, גורם לקיצור תקופת שקט ^35. לפיכך, ממצאים אלה מראים כי חסימה של GABA בתוך הקליפה המוטורית מוביל עיכוב קטן. למרות תקופה שקטה היא מדידה יעילה של עיכוב זה יש כמה מכשולים. הנפילה הגדולה ביותר של מדידת תקופה שקטה היא שאם השינויים מתגלים לוקליזציה המרחבי שלהם קשה לקבוע מכיוון שהיא מכילה רכיבים הן בקליפת המוח ואת חוט השדרה. למרות חוסר היכולת להשתמש הערך למקם עיבודים פלסטיק או נגעים זה עדיין השתקפות טובה של דיכוי בתוך מערכת neuromuscular.

פיזיולוגיה של תוצאות TMS מותאמים Pulse

בדומה TMS דופק יחיד, לזווג-TMS דופק יכול לשמש כדי לקבוע תכונות הגירוי ואת מעכבות של המערכת neuromuscular. ההבדל העיקרילזווג בין טכניקות הדופק יחיד הן כי לזווג הדופק הניסויים נחשבים בדרך כלל בצורה מדויקת יותר למדוד תכונות intracortical. הערכים העיקרי מוערכים קצרים עיכוב intracortical (SICI), עיכוב intracortical ארוך (LICI), וכן סיוע intracortical (ICF). ב TMS הדופק לזווג שני גירויים מוחלים על הקורטקס המוטורי תלוי במרווח interstimulus ואת עוצמת הגירוי ואת מעכבות מעוררים תגובות שונות יקויימו. בנוסף, לזווג-TMS דופק יכול לשמש כדי לחקור את עיכוב סיוע interhemispheric באמצעות פרדיגמה דומה.

לאחר ההתחברות ואת סף מנוע נקבעו, SICI הוא עורר ידי החלת התת הדופק (למשל, 70-95% מתחת לסף), ו 2-4 מילישניות מאוחר יותר החלת הדופק suprathreshold. היתרון של שיטה זו הוא כי גירויים first מפעילה נוירונים intracortical, אך לא להפעיל את הנוירונים המנוע נמוך יותר השדרהכבל. הסכום הממוצע של עיכוב שנצפה הוא 20-40% של MEP מותנה ^3. בהתבסס על מגוון רחב של מחקרים תרופתי הוא הציע את המנגנון הבסיסי של SICI היא עיכוב GABA בתיווך. לדוגמה, הממשל של GABA אגוניסטים (למשל, lorazepam) להגדיל SICI, והמינהל של מעכבי ספיגה חוזרת GABA (למשל, tiagabine) ירידה SICI ^25. SICI יש יתרון על פני מדידת הדופק יחיד תקופת שקט כי הרמה של עיכוב יכול להיות מקומי כדי הקורטקס המוטורי הראשוני.

מדידת ICF הוא כמעט זהה לזה המשמש בהערכת SICI, אלא מרווח interstimulus ארוך (למשל, 10-25 msec). על ידי הגדלת המרווח inerstimulus MEP second עורר הוא הקל 20-30% מעל גירוי suprathreshold מותנה MEP ^3, אם כי הניסיון שלנו כי מידת סיוע משתנה בין respectiקבוצות השרירים יש נבדקות. ICF מייצג איזון או שילוב של תכונות מעכבות facilitatory מוגברת וירידה. מחקרים תרופתי הבחינו כי הן N-methyl-D-aspartate (NMDA) היריבים ואת GABA אגוניסטים ירד ICF ^25. ממצאים אלו מעידים כי ICF מתווך על ידי סיוע גלוטמט דרך קולטני NMDA, אבל התהליך הזה הוא מזג דרך GABA עיכוב, טוען כי SICI ו ICF אינם סותרים.

LICI הוא עוד אינדיקטור של עיכוב intracortical, אבל זו פרדיגמה הדופק לזווג יש שני הבדלים משמעותיים בהשוואה SICI ו ICF. לא רק את המרווח interstimulus מוגברת (למשל, 50-200 msec), אבל קטניות הן suprathreshold. בדומה SICI, המנגנון הפיזיולוגי מתווכת דרך GABA, אלא LICI העיכוב הוא חשב להתרחש בעיקר באמצעות קולטני _GABA-B, בניגוד GABA עיכוב הקולטן כמו לראותSICI. מחקרים תרופתי מתן baclofen, אגוניסט _GABA-B, יש לצפות לעלייה LICI וירידה SICI המצביעים הם מתווך על ידי קולטנים שונים, אך קשורים זה בזה ^36. הוצע כי עליות LICI מן ההפעלה של הפוסט סינפטי _GABA-B קולטנים SICI הוא ירד מ ההפעלה של טרום synpatic קולטני _GABA-B כי להקטין את שחרורו של גאבא ^36. על כן, ממצאים אלה מצביעים על LICI ואת החלק האחרון של תקופת שקט מתווכות על ידי מנגנונים דומים, _GABA-B.

השוואה והנגדה השימוש שלנו TMS לזה של אחרים

במאמר זה אנו הוכיחו TMS הדופק יחיד לזווג להחיל ללמוד את שרירי האמה ועל עמוד השדרה המותני, עם זאת, נציין כי מדענים ורופאים רבים (כולל הקבוצה שלנו) השתמשו TMS ללמוד שרירים אחרים של היד, זרוע הרגל העליונה, וכו 'אז, בזאת את ההצגה הויזואלית נועדה פשוט כדי להיות דוגמה גישות מתודולוגיות השתמשו במחקר TMS, בניגוד סקירה מקיפה של השימושים שלה. באופן דומה, TMS יכול לשמש כדי להעריך את הפרמטרים האחרים לא הציג במאמר זה. חלקם מוצגים בהמשך.

הנחיית Interhemispheric ועיכוב: יישום שונים של לזווג-TMS הדופק כרוכה גירוי התת מוחל על הקורטקס המוטורי ולאחר מכן גירוי suprathreshold להחיל את ההיפך הקורטקס המוטורי, המאפשרת חקירה של אינטראקציות interhemispheric. שתי סיוע interhemispheric (IHF) ועיכוב interhemispheric (IHI) ניתן לצפות, אבל IHI היא תגובה חזקה יותר. IHF אין פרוטוקול מוגדר היטב, או מנגנון, אך היא נצפתה במרווחים של 4-8 interstimulus ms ^4. IHI יכול להיות עורר על מגוון רחב של מרווחי interstimulus (6-50ms), והיא הרשות הפלסטיניתבתיווך rtially ידי _GABA-B. מחקרים תרופתי מתן baclofen, אגוניסט _GABA-B, במיוחד מראים כי IHIs מרווח כבר היו בתיווכו של קולטני GABA postsynaptic _B ^4. באופן כללי, הטכניקה הדופק לזווג ניתן ללמוד מגוון רחב של משתנים אשר מספקות תובנה תכונות intracortical ו interhemispheric.

TMS חוזר: TMS חוזרים (rTMS) יכול לשמש גם כדי ללמוד את המערכת התוקפת בני אדם. זו עושה שימוש ניסיוני בסיסית הגדרת כמו TMS דופק יחיד, אבל סדרה של גירויים בעוצמה קבועה מוחלים על הקורטקס המוטורי ואת ההשפעות על משתנים כגון MEP משרעת תקופה שקטה נמדדים. הפרמטרים עבור rTMS ניתן להשפיע על ידי שינוי עוצמה, תדירות, מספר, אורך של גירויים. באופן כללי ישנם שני סוגים של תדרים גבוהים (> 1Hz) או נמוכה (<1 הרץ), אשר קשורים עם שני סוגים of הפוסט סינפטי, לטווח ארוך פלסטיות ^37. פולסים בתדירות גבוהה זוכים בדרך כלל לסירוגין, על פני תקופה של זמן (למשל, 100 רכבות ב 100 הרץ של כל 10 ניסויים במשך עשר), ואילו גירוי בתדר נמוך ניתנת באופן רציף ולאורך זמן תקופה (למשל, 1Hz במשך 20-30 דקות) ³⁴ . כאשר גירויים מיושמות שוב ושוב על קליפת התוצאה בסיכום הזמני מוביל לשינוי גדול בפעילות קליפת המוח מאשר דופק יחיד ^38. rTMS יש הרבה פוטנציאל במצבים קליניים אשר דנו נוספת בסעיף יישום קליני. מנגנונים פיזיולוגיים מאחורי TMS בתדר גבוה ונמוך מוגדרים היטב, אך נחשבים בדרך כלל כדי לשקף את פוטנציאל לטווח ארוך (LTP) ודיכאון לטווח ארוך (בע"מ) בהתאמה. מחקר אחד על ידי חן ועמיתיו ציינו כי rTMS בתדרים נמוכים (900 הרץ פעימות ב 1) בבני אדם הביא לשינויים MEP משרעת, סף המנוע, ולהפיץ עירור המשקף depression של רגישות קורטיקליים ^39. מחקר נוסף באמצעות פרוסות בהיפוקמפוס מתוך חולדות ציין כי בתדירות גבוהה rTMS (10 רכבות של 20 פעימות ב 100Hz עם במרווחים של 1, 5 חזרות עם במרווחים של 10, או 3 רכבות של 100 פעימות ב 100Hz עם 20 מרווחי ים) Induced שינויים LTP כי היו מתואמים ישירות עם פעילות NMDA ^40. באופן כללי היא כי הפעלת הקולטן NMDA, שלילת קוטביות postsynaptic, גדל ריכוז סידן תוך תאי, ו GABA לתווך LTP ו LTD ^34,39,40, אך יש צורך במחקר נוסף כדי להגדיר באופן מלא את מנגנון rTMS.

Cervicomedullary מעוררים פוטנציאלים. גירוי מגנטי מוחל על החלק האחורי של הראש באמצעות חרוט פעמיים גירוי מגנטי ניתן להשתמש כדי להפעיל את קטעי השדרה לעורר תגובות המנוע. תגובות המנוע, המכונות פוטנציאלים מעוררים כמו cervicomedullary (CMEPs), הם בעלי עניין מיוחד למדענים מעוניין sהתנהגות egmental של מסלול המנוע כפי שהם מרכיב monosynaptic גדול וככזה יכול לשמש מבחן אלפא motorneuron רגישות ^41.

לעורר CMEPs הוא מאתגר מבחינה טכנית, כמו את התגובות שעוררו הם קטנים יחסית משרעת. באופן כללי, התגובות נראים הכי טוב עם הסליל ממוקם עם הקטע המרכזי שלה מעל או ליד inion ועם הנוכחי ⁴¹ כלפי מטה מכוונת. עם זאת, כמה תגובות אנשים CMEP לא נצפו ככל הנראה בשל הבדלים אנטומיים וכתוצאה מכך להגביל את גירוי יעיל שאינו בר השגה כמו דועך עוצמת הדופק מגנטי על ידי לשורש הריבועי של המרחק. עם זאת, עם הכשרה וכישורים מתאימים, מעבדות מנוסה עם ביצוע גירוי צומת cervicomedullary דיווחו על רמות גבוהות של אמינות יום יומית (r = 0.87) ^42. צימוד two לגירוי מגנטי בסדרה יאפשר דופק חזק הכולל, מה שיכול להיות יתרון כאשר מנסים לעורר CMEPs. בנוסף, באמצעות צמצום מרצון להגדיל את רגישות של הבריכה אלפא motorneuron יכול לשפר את ההסתברות לקבלת תגובות. יצוין כי בעוד גירוי מגנטי cervicomedullary משמעותית פחות כואב מאשר גירוי חשמלי, זה להפעיל את שרירי הראש והצוואר ונושאים קצת ניסיון למצוא את זה כדי להיות לא נוח.

מיפוי קורטיקלי. מאז 1991, עורר תגובות מוטוריות TMS יש גם שימש המפה פונקציות המוח לגירוי ישיר / עורר באופן התגובה בעבר אפשרי רק במהלך ניתוח פולשני, כאשר את פני השטח של המוח נחשף ^43-45. במהלך מיפוי קליפת המוח, רשת ממוקם על הקרקפת (למשל, כובע שחייה עם הדפס רשת) ואת אמפליטודות MEP עורר באתרים רבים נקבעים והערכים הם זממו ליצור ייצוג 3 מימדי בין המיקום המרחבי (x וציר Y ") ו MEP משרעת (Z-ציר) ^46. אלו מפות קליפת המוח לספק שלושה נתונים: השטח הכולל על הקרקפת שממנו עבור MEP של שריר היעד נרשמו, "נקודה חמה" של השריר, ואת מרכז הכובד המשוקלל משרעת (בורג) ^47. בורג מתאים למרכז המפה TMS או הקרקפת מיקום / הטופוגרפיה שבה הנוירונים ביותר יכול להיות מופעל על שריר או תנועה, אשר עשויה או לא עשויה להיות שוות ערך למקום חם ^46,48. שינויי המיקום של בורג (המדיאלי האחורי כיוונים לרוחב או קדמית) מוצעות בדרך כלל להפגין גמישות מחדש בקליפת המוח או בתגובה התאוששות פציעה, ספונטנית, או בשל התערבות שיקום ^48,49.

אלו מפות בקליפת המוח, בעוד תובנה, צריך לפרש בזהירות. אף על פי פרוטוקול גירוי דומה עקרונות המשמשים פנפילד, אני לא חשוב להכיר כי המפות שנוצרו באמצעות טכניקה זו אין להשוות את דיוק מפות שנוצרו באמצעות microstimulation intracortical ^46,48. מחקרים שנעשו בבעלי חיים הראו כי נוירונים בודדים corticospinal innervate מספר בריכות הנוירון המוטורי שרירים שונות ובכך ונוירונים corticospinal כי innervate שריר מסוים מופצים בין נוירונים אחרים corticospinal מקרין אל שילובים שרירים שונים ^50,51. זה somatotopy פסיפס של קליפת המוח ואת חוט השדרה תחזיות חופפים בשילוב עם חוסר דיוק גירוי עם TMS כלומר שרירים מרובים יגיב דופק TMS יחיד נמסר בשלב מסוים על הקרקפת מטריקס ^46. התועלת המפות יכול להיות מבולבל עוד יותר על ידי מיקום האלקטרודה המאפשרת לדבר לחצות, או אותות מעוררים בו זמנית מתוך שרירים אחרים, להפריע סגוליות ואיכות של חבר הפרלמנט האירופי, רשמה ^47.

גירוי אסוציאטיבי מותאמים. גירוי אסוציאטיבי מותאמים (PAS) היא טכניקה המערבת גירוי של עצב היקפי, וכן גירוי TMS של הקורטקס המוטורי ^30,52.שני גירויים מוחלים במרווח קבוע, כך שהם תוצאה בתגובה סינכרוני של הקורטקס המוטורי. בהתאם לאורך של רווח הגירויים יהיה גם להקל או לעכב כל ^30,52 אחרים. למשל, כאשר גירוי מוחל על העצב המדיאני ואז 25 מילישניות מאוחר יותר בקליפת המוח המוטורית הגירויים להקל אחד את השני וכתוצאה מכך potentiation ארוכת טווח (LTP) כמו תגובה ^30. לעומת זאת אם את מרווח גירוי רק 10 ms הגירוי TMS מעכב את גירוי העצבים ההיקפיים וכתוצאה מכך תגובה לטווח ארוך דיכאון (בע"מ) ^30. בשל התגובות הללו, PAS משמש לעתים קרובות כדי לעזור למוח גמישות במודל. יתר על כן, מחקרים באמצעות היריבים הקולטן NMDA הראו כי התגובות סוג LTP ב PAS יכול להיחסם, דבר נוסף התומך את השימוש בו כמודל פלסטיות ^52. PAS יש גם כמה יישומים קליניים, כגון שיקום משבץ, אך לא משמשת כיום כמו rTMS ⁵² באופן נרחב

יישומים קליניים. TMS יש גם כלי קליני לאבחון ולטיפול התנאים neuromuscular שנבחר. טכניקות כגון טכניקות הדופק יחיד לזווג נמצאים בשימוש על ידי חוקרים נוספים להבין את פתופיזיולוגיה של מגוון רחב של מחלות רבות בתקווה למצוא את הקריטריונים לאבחון חדש. באופן דומה, TMS משמש עוזר בתהליך האבחון על ידי עוזר קלינאים וחוקרים להבחין בין מחלות עם מצגות דומות. לבסוף, במידה רבה של המחקר מתמקדת בחקירת השירות של rTMS כאסטרטגיה טיפולית. סעיף זה ידון שימושים קליניים של TMS התמקדות מחלה אידיופטית פרקינסון, שבץ, דיסטוניה ראשונית, טרשת amytotrophic לרוחב (ALS), וטרשת נפוצה (MS).

יש מגוון של ערכים הדופק יחיד לזווג TMS כי יש פוטנציאל לשמש לאבחון מגוון רחב של neuromuscular הפרעות. כל הפרעה neuromuscular יש קבוצה ייחודית של ממצאים TMS זה עשוי להיות שימושי פתופיזיולוגיה הבהרת אבחנה נוספת, והפרעות מבדל עם מצגות קליניים דומים. אמנם לא היו ממצאים סופי, יש פוטנציאל TMS כדי לעזור להבחין בין התנאים פרקינסון (למשל מחלת פרקינסון, ניוון בסים קליפת המוח), וכן דיסטוניה ראשונית ומשנית ^34. באופן דומה, TMS יש את הפוטנציאל לסייע לקבוע את התוצאה פרוגנוסטית עבור כמה תנאים neuromuscular. לדוגמה, גורם מנבא טוב שבץ הבא הוא נוכחותם של חברי הפרלמנט האירופי באיבר שתקונית כאשר הכדור השפיע מגורה ^33,52. באופן כללי, כמות גדולה של מחקר עדיין צריך להתנהל על מנת לקבוע את התועלת של TMS בתהליך האבחון, אך ממצאי המחקר הנוכחי מראים כי יש לה פוטנציאל.

בנוסף לאפשרויות האבחון, מידה רבה של תשומת הלבtion ניתנה rTMS ככלי טיפולי פוטנציאליים. אחת המחלות למד ביותר היא מחלת פרקינסון. מספר מחקרים נצפה שיפור סולם פרקינסון Unified דירוג מחלות (UPDRS) לאחר סף תת rTMS בתדירות גבוהה על הקורטקס המוטורי ^30,34. ממצאים אלו נע בין שיפור של 15% עד 50% בתוצאות נמדד שנמשך עד חודש 1 ^34. לרוע המזל, המחקר הנוכחי הוא חד משמעי, כי יש מידה רבה של השתנות בפרוטוקולים שמקשה על מנת להבהיר את הערך האמיתי של rTMS כשיטה טיפולית ^3,32,34. קומץ של מחקרים שבחנו את ההשפעות של rTMS על דיסטוניה עם תוצאות מבטיחות. רוב המחקרים הללו השתמשו 1Hz rTMS להחיל בקליפת המנוע העיקרי לשיפור שנצפה סימפטומים שנמשך כמה שעות עד חודשים לאחר פגישה אחת ^30,34,53. אמנם אלה תוצאות מבטיחות, מחקר נוסף צריך להיות יותucted כדי לאשר את הממצאים הללו ולחקור את הפוטנציאל של מפגשים מרובים rTMS.

היו כמה rTMS גישות בשיקום שבץ. מחקרים מגורה הן ההמיספרות מושפעים מושפעים בתקווה להקל על ההתאוששות של האונה המושפע. ברוב המחקרים הללו היה שיפור משמעותי על עשרות נכות שיפור הכוללת לטווח קצר בתפקוד המוטורי ^3,30,52,54. כמו שיטות rTMS ביותר, מחקרים בקנה מידה גדול יותר, מבוקר, לטווח ארוך צריך להתבצע כדי לכוונן את הפרוטוקול ולקבוע את הפוטנציאל הטיפולי. עם זאת, ההבטחה הפגינו סקירה קצרה זו של rTMS ככלי טיפולי, מצדיקה את הצורך הללו בקנה מידה גדול מחקרים כדי להעריך את יעילותה.

מסקנות

לסיכום, במאמר זה אנו ביקשו תחילה לספק חשבון חזותי של TMS נהלים בסיסיים, לפחות מועסק על ידי l שלנוaboratory. בנוסף, יש לנו ביקשו להדגיש ולדון שימושים מדעיים קליניים אחרים של TMS על זה מתייחס למערכת neuromuscular האדם. כמו TMS גדל באופן אקספוננציאלי בפופולריות, ובתקווה גם מחקר חדש ממשיכה משתמשת בטכניקות תיושם כדי לקדם את ההבנה שלנו של מערכת neuromuscular.