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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8字形线圈,通过经颅磁刺激(TMS)刺激对侧半球的运动皮层区域,以在腓肠肌的肌电图记录中引出运动诱发电位(MEPs)。
2. 为了找到最佳刺激位点,首先将线圈置于头顶点前方1 cm处。线圈手柄应朝后,以在线圈中心诱发从后向前的感应电流。
3. 以最大刺激器输出的约20-30%的低强度开始刺激,使受试者逐渐适应磁刺激。连续刺激之间的间隔设为4秒。
4. 经过几次尝试后,将刺激强度增加至最大刺激器输出的约40 - 60%,并在额-吻侧和内-外侧方向上移动线圈,以确定腓肠肌(m. soleus)的热点。热点定义为能够以最小刺激强度诱发出腓肠肌运动诱发电位(MEPs)的位置。
5. 找到比目鱼肌热点后,确定静息运动阈值(1.0 MT),即在连续十次刺激中,至少六次能够诱发出峰-峰振幅大于 50 μV 的运动诱发电位(MEP)所需的最小刺激强度。对于背景肌电活动已接近 50 μV 的受试者,应采用 100 μV 作为阈值。
2. 线圈的固定
1. 将受试者的头部放置在桌面上,并使用刚性泡沫材料固定头部,防止其在各个方向上移动。将线圈固定在支架上,同时将受试者的头部固定在椅子上。
2. 使用魔术贴将线圈固定在头部,并采用影像引导的经颅磁刺激(TMS)导航系统全程监测线圈与头部的位置。应避免线圈相对于受试者头部的任何微小移动,因为这会改变TMS对神经元的激活情况。
3. 延髓颈交界处的磁刺激
1. 使用置于颈髓交界处的双锥形磁线圈刺激皮质脊髓束的轴突。
2. 将线圈置于使感应电流的一阶导数方向朝向颅侧,且其中心部分位于枕外隆凸处或其附近。以最大刺激器输出(100%)进行刺激。
注意:即使采用这种高强度刺激,刺激强度仍不足以充分募集脊髓运动神经元并激活大多数受试者的下肢肌肉(即腓肠肌和胫骨前肌)。因此,在颈髓交界处刺激时,下肢肌肉的表面肌电图中不会出现复合动作电位。因此,需将颈髓交界处刺激与H反射结合,以提高脊髓运动神经元的兴奋性。
4. 测量前准备
1. 调整H反射的大小(外周神经刺激)
1. 进行H反射条件化时,通过调节电刺激器的刺激强度,将H反射的幅度调整至最大M波(Mmax)的20%。为获得Mmax,需记录H反射的招募曲线。为此,使用不同刺激强度进行刺激。连续两次试验之间的间隔时间为4秒。
2. 在记录软件中在线计算EMG中的H反射和M波,以峰峰值幅度(单位:mV)表示。注意在整个实验过程中保持对照H反射的大小恒定在Mmax的20%,并在每次试验中检查其大小。当发现H反射大小出现系统性偏离(对照H反射持续小于或大于目标大小)时,在下一次连续试验前及时调整刺激强度。
2. 在实验前调整经颅磁刺激(TMS)的刺激强度。
1. 在静息状态下进行H反射的条件化训练时,将经颅磁刺激(TMS)作用于运动皮层的刺激强度设定为运动阈值(MT)的90 - 100%。确保在未施加外周神经刺激(PNS)的试验中不出现运动诱发电位(MEP)。
注意:为了确保在静息状态下对条件性 H 反射产生显著影响,从而使早期易化效应易于被检测,模拟刺激强度应接近最大刺激强度(MT)的 100%。
2. 在实验前调整颈髓刺激强度。与皮层刺激不同,颈髓刺激的刺激强度应始终调整为刺激器最大输出的100%。
3. 采用运动皮层磁刺激调节 H 反射。
1. 通过改变TMS与PNS之间的时间间隔(H反射易化),施加TMS和PNS,以评估皮质运动神经元传导的变化。为检测早期易化效应,起始条件化方案的刺激间间隔(ISI)设为-5 ms,并以毫秒为步长,将ISI从-5至+1 ms逐步调整(图1B)。
注意: 负的ISI表示PNS在TMS之前诱发;正的ISI表示相反顺序。
2. 在每次刺激试验中随机改变经颅磁刺激(TMS)与外周神经刺激(PNS)之间的刺激间间隔(ISI),以避免因刺激顺序固定而产生偏差。
注意:当在运动皮层应用经颅磁刺激(TMS)时,“早期易化”应出现在刺激间期(ISI)为 -4 ms 至 -2 ms 左右。这意味着最快的(单突触皮质脊髓通路)在此时与周围神经刺激(PNS)引发的传入冲动在脊髓运动神经元处发生碰撞(参见 3.2 节以了解如何检测早期易化)。
3. 将连续刺激试验之间的暂停时间设置为 4 秒。
4. 利用颈髓交界处的磁刺激调节 H 反射。
注意:使用延髓脊髓刺激进行条件刺激时,皮质脊髓通路的兴奋位置比刺激运动皮层时更接近脊髓运动神经元。因此,对应于早期易化的刺激间期(ISI)大约偏移了 3 - 4 ms。例如,经颅磁刺激(TMS)作用于初级运动皮层时在 -4 ms 出现的早期易化,在延髓脊髓刺激条件下则对应于 -7 至 -8 ms 的 ISI。
- 使用ISI-9至-3 ms之间、以1 ms为步长的ISIs进行颈髓交界处的条件刺激。在每次试验中,同时施加作用于运动皮层的TMS和作用于颈髓交界处的TMS,并在同一试验中记录一次对照H反射和一次对照MEP。以对照H反射作为条件化H反射的参考,并利用对照MEP确保刺激条件具有可比性。在前测中至少记录十次试验。
5. 对运动皮层和颈髓交界处进行交替刺激
1. 在同一次试验中,随机顺序应用运动皮层磁刺激(M1 conditioning;见2.1)和颈髓磁刺激(CMS conditioning;见2.2)对SOL H反射进行条件化调节。
注意:建议在同一次实验中交替应用 M1 和 CMS 条件刺激,以便将条件化后的 H 反射与同一组对照 H 反射进行比较(见图 1)。
6. 干预——慢速重复经颅磁刺激
1. 将刺激强度设置为1.2 MT,以诱导皮质脊髓兴奋性的持久抑制,因为H反射调节需要数分钟才能完成。在rTMS干预期间,以1 Hz的频率在初级运动皮层进行TMS刺激,持续20分钟。