经颅磁刺激调节人体肌肉反应

摘要

来源： Kuhn, Y. 等 初级运动皮层内的皮层内抑制可通过改变注意力焦点进行调节。 视频实验杂志 (2017)

本视频演示了使用经颅磁刺激（TMS）调节运动神经元活动，并通过肌电图（EMG）测量肌肉反应的方法。视频概述了定位运动热点、确定刺激阈值，以及评估阈下经颅磁刺激（subTMS）对皮层抑制作用影响的步骤。

方案

所有涉及人类参与者的操作均按照机构、国家和国际关于人类福祉的指南进行，并已通过当地机构审查委员会的审核。

1. 经颅磁刺激（TMS）
   1. 使用双面胶带将反射标记物固定在受试者的前额。
      注意：反射标记物可通过神经导航系统实现对M1区目标区域的持续TMS刺激（见图1）。神经导航系统的优势在于，线圈位置可相对于颅骨在空间中的位置进行记录，并可在整个实验过程中随时核查。
   2. 使用连接至TMS刺激器的95 mm焦距“8”字形线圈，向对侧运动皮层手区施加刺激。
      注意：感应电流的方向必须从后向前，并以反向模式施加。波形应为单相波。
   3. 通过经典定位程序，寻找相对于颅骨可诱发第一背侧骨间肌（FDI）运动诱发电位（MEPs）的最佳线圈位置（热点）。
      1. 首先将线圈置于大约顶点前方0.5 cm、中线位置，线圈手柄朝向对侧前额呈45°角。
         注意：这将确保感应电流流向大致垂直于中央沟。
      2. 为使受试者适应TMS刺激，初始刺激强度设为低于最大刺激输出（MSO）的25%。随后逐步增加刺激强度，并在线圈的中-外侧和前-额侧方向上移动，以确定热点位置。
   4. 找到热点后，使用神经导航系统记录最佳位置。通过调节刺激器输出强度，确定主动运动阈值（aMT）。将aMT定义为：在连续5次试验中，至少3次在FDI肌的肌电图（EMG）中诱发出峰-峰振幅大于0.1 mV的MEP所需的最小刺激强度。
2. 亚阈值TMS诱导的EMG抑制（见图2B）。
   1. 通过向水瓶中加水，准备相当于最大力量（Fmax）10%的负重。
      注意：所选Fmax的10%基于先前完成的3次试验中的最佳值。在亚阈值TMS方案中，仅选择Fmax的10%，因为已有研究表明疲劳会影响亚阈值TMS诱导的EMG抑制。出于相同原因，亚阈值TMS实验必须在独立的实验环节中进行。此处使用的水量介于0.3 L（Fmax最小30%）至1.2 L（Fmax最大30%）之间。
   2. 向受试者说明任务内容；该运动任务要求其通过对抗10%轻负荷，使食指保持在目标位置。
   3. 在受试者保持放松且舒适体位的情况下，不提供任何关于注意力集中方式的指导，逐步从先前确定的aMT开始，以每次降低2% MSO的幅度，寻找可诱发亚阈值TMS-EMG抑制的最佳刺激强度。
   4. 在受试者仍保持放松且舒适坐姿时，要求其完成两次独立的等长食指外展动作（强度为Fmax的10%），并记录FDI肌的EMG信号。在该等长食指外展过程中，记录（通过点击记录软件中的“记录”按钮）20次施加TMS和20次未施加TMS的试验，刺激间间隔（ISIs）随机设置，范围为0.8至1.1秒，时间窗为100 ms。
      注意：该时间间隔可确保受试者无需长时间执行运动任务，从而最小化疲劳效应。每组试验后，检查亚阈值TMS诱导的EMG抑制情况。
      1. 对EMG信号进行全波整流，即将所有负振幅转换为正振幅。采用时间归一化平均法对EMG信号进行平均。
         注意：亚阈值TMS-EMG抑制的起始时间定义为：在TMS刺激后20至50 ms时间窗内，施加TMS与未施加TMS试验之间的差值持续为负至少4 ms的时刻：EMG_Diff = EMG_Without - EMG_With。
   5. 重复步骤2.3，直至找到可产生最大EMG抑制的最佳刺激强度。
      注意：最佳刺激强度通常出现在约aMT的80%水平。
   6. 在受试者保持放松且舒适坐姿时，要求其完成两次独立的等长食指外展动作。
      1. 在该等长食指外展过程中，记录（通过点击记录软件中的“记录”按钮）40次施加TMS和40次未施加TMS的试验，刺激间间隔（ISIs）随机设置。
   7. 每组试验之间，至少休息5分钟，以最小化疲劳可能引起的偏差。

结果

图1. 实验装置。 A. 1. 将经颅磁刺激（TMS）线圈置于对侧M1区手部代表区上方。2. 在受试者前额和TMS线圈上安装反光标记，以监控TMS线圈相对于颅骨的位置。3. 使用矫形夹板固定腕关节，仅允许示指活动。4. 将肌电图（EMG）电极以肌腱-肌腹排列方式放置于第一骨间背侧肌（FDI）上。5. 量...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
BlueSensor P	Ambu A/S, Bellerup, Denmark	-	用于肌电图的 Ag/AgCl 表面电极
Polaris Spectra	Northern Digital, Waterloo, ON, Canada	-	神经导航系统，主动或被动标记物追踪器
Localite TMS Navigator 版本 2.0.5	LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany	-	经颅磁刺激（TMS）导航系统
MagVenture MagPro X100	MagVenture A/S, Farum, Denmark	9016E0711	经颅磁刺激仪
MagVenture D-B80	MagVenture A/S, Farum, Denmark	9016E0431	TMS 线圈（八字形）
角度计	不适用	-	定制角度计
骨科夹板	不适用	-	定制夹板
记录软件	基于 LabView	-	定制脚本