使用经颅磁刺激评估皮质脊髓通路

摘要

来源：Charalambos, C. C., 等。利用导航经颅磁刺激对踝部肌肉的皮质脊髓通路进行双侧评估。J. Vis. Exp. (2019)

本视频演示了使用经颅磁刺激（TMS）评估下肢肌肉皮质脊髓通路的方法。通过记录单侧大脑半球在静息和活动状态下肌肉的反应，以评估对侧下肢肌肉的皮质运动功能。

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查。

1. 强直性自主激活（TVA）测试

1. 双侧测定每块肌肉的最大自主等长收缩（MVIC）。针对每个动作（即， 背屈和跖屈），指导受试者最大程度地收缩对侧被检肌肉（例如， 右侧胫骨前肌（TA）进行4次收缩（每次约5秒，间隔60秒休息），受试者保持上述坐姿。
2. 计算每次最大自主等长收缩（MVIC）期间的最大肌肉活动值即， 以最后一次试验中整流并平滑后的肌电图（EMG）最大值为中心的100毫秒时间窗内的平均值，取最后三次试验的平均值，以及每块肌肉平均最大自主等长收缩力（MVIC）的15 ± 5%。
   警告：可使用更大的最大自主收缩百分比（% MVIC），但在临床队列中可能难以实现例如， 卒中后人群

2. 神经导航系统中的注册

1. 将带有反射标记的受试者追踪装置（头带或眼镜）佩戴在受试者头部，位于被刺激半球的对侧，以确保在对每个网格点进行刺激时，追踪装置不会妨碍线圈的定位。
   注意如果使用头带，应确保其贴合受试者头部，但不要过紧，以免长时间佩戴后引起头痛。
2. 通过将受试者追踪器、探针和线圈追踪器放置在捕捉范围内，确认动作捕捉相机的正确位置。将探针尖端置于4个解剖标志点上，完成受试者与图像的配准（参见 图1A).
3. 当所有解剖标志点采集完毕后，通过将探针尖端置于受试者颅骨上的多个位置，检查配准是否准确完成即， 验证阶段）。如果指针尖端到重建皮肤的距离小于3 mm，则进行经颅磁刺激（TMS）实验；否则，重复受试者-图像配准，直至达到所需误差值。实验过程中，若受试者追踪器意外移动，需重新进行配准。

3. 经颅磁刺激

1. 在静息状态和强直性自主激活（TVA）期间使用相同的实验方法参数。
   1. 在最佳位点施加单脉冲刺激（即， 热点；有关更多细节，请参见下一段。每5-10秒随机施加一次刺激，以避免受试者预判刺激时间，并尽量减少前一次脉冲对后续脉冲的残留效应。
   2. 若同时使用两个TMS设备，请将其设置为标准模式或同步模式。标准模式输出的脉冲强度弱于单个设备，而同步模式输出的脉冲强度强于单个设备。具体选择哪种模式应根据实验方案的需求及总刺激次数来决定。
   3. 使用双锥形线圈诱导颅内从后向前的电流。如有必要，在每次刺激前使用神经导航系统手动控制线圈，并校正其相对于目标刺激位点的位置。
   4. 在不同次实验和受试者之间，应随机化检测肌肉和半球的顺序。TVAS条件测试始终应在静息条件之后进行，以避免对静息状态下的测试产生任何干扰（例如， 由于TVA测试导致的下行通路疲劳。
2. 双侧确定两块肌肉的热点。
   1. 通过在靠近半球间裂隙的中心位点施加单次刺激，确定在热点搜寻过程中将使用的阈上强度（参见图中蓝色和红色方框） 图1B）。使用该位点，因为它位于腿部运动区的中枢位置。
   2. 从低强度开始（例如， 30% 最大刺激器输出（MSO），并以5%的增幅逐步增加经颅磁刺激（TMS）强度，直至达到在连续3次刺激中，均能在所有对侧被检肌肉中诱发出峰-峰振幅大于50 µV的运动诱发电位（MEP）的刺激强度。
   3. 每次刺激后，立即根据所有被检肌肉的原始波形和峰-峰振幅（搜索时间窗：TMS开始后20-60 ms）判断是否诱发出MEP。
   4. 在网格的每个点上施加一个TMS脉冲（共36个刺激）。完成热点定位方案后，将每个点对侧肌肉的振幅和潜伏期数值导入电子表格，按振幅从高到低、潜伏期从低到高排序。将对侧胫前肌（TA）和比目鱼肌（SOL）的热点确定为网格中振幅最大且潜伏期最短的位置。
      警告： 如果最大振幅和最短潜伏期不在同一位置，则以最大振幅的位置定义为热点。
3. 双侧分别测定每块肌肉的静息运动阈值（RMT）。
   1. 选择神经导航系统中与被检肌肉的热点相对应的网格点。
   2. 采用自适应阈值搜索法测定所检肌肉的静息运动阈值（RMT）。初始刺激强度设为45% MSO，步长设为6% MSO。每块肌肉重复进行两次RMT测定，取平均值用于后续的皮质运动反应（CMR）评估。
4. 在静息状态下双侧评估胫骨前肌（TA）和腓肠肌（SOL）的CMR。
   1. 在神经导航系统中选择与被检肌肉热点相对应的网格点。以被检肌肉1.2倍静息运动阈值（RMT）的强度施加10次单脉冲经颅磁刺激（TMS）。
   2. 每次刺激前，指导受试者保持静止，并双侧放松待检测的肌肉，同时通过计算机屏幕上的实时视觉反馈监测所有肌肉的活动。若在经颅磁刺激（TMS）前或后出现任何肌肉活动，则舍弃该次试验，并额外施加一次单脉冲刺激。重复此过程，直至在静息状态下为每块对侧检测肌肉采集到10个波形。
5. 在TVA期间双侧评估胫骨前肌（TA）和腓肠肌（SOL）的皮质映射反应（CMR）。
   1. 选择神经导航系统中与被检肌肉的热点相对应的网格点。
   2. 要求受试者以15 ± 5%最大自主等长收缩力（MVIC）收缩被检肌肉，并施加10次单脉冲经颅磁刺激（TMS），刺激强度为1.2倍静息运动阈值（RMT）。指导受试者将被检肌肉（胫骨前肌或比目鱼肌）的平滑移动线（0.165秒的均方根振幅）维持在两条水平游标线之间（MVIC范围：15 ± 5%），并在此水平持续收缩数秒。
   3. 当检测肌肉为胫骨前肌（TA）时，要求受试者用对侧腿轻轻向上牵拉绑带即， 被检肌肉所在肢体为对侧半球刺激的对侧腿）。当被检肌肉为腓肠肌（SOL）时，要求受试者轻轻向下踩压对侧腿的足靴。
   4. 使用计算机屏幕上的实时视觉反馈显示，监测被检主动肌肉及其余静息肌肉的肌肉活动。若被检肌肉的活动水平低于或高于预设范围，或出现其他肌肉被激活的情况，则舍弃该次刺激，并重新施加一次额外的单脉冲刺激。在被检肌肉的活动处于预设范围时，采集10次有效试验。

结果

图1：重建皮肤与曲线脑模型。（A） 使用包含四个解剖标志点（鼻尖、鼻根点以及左右耳的耳屏上切迹）的皮肤模型，在评估过程中通过将探针尖端依次放置于每个标志点上来计算受试者与图像的配准。 （B） 在腿部双侧放置一个 4 × 9 的矩形网格 运动皮层区域。方框表示用于确定阈上强度以寻找热...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
2 台 Magstim 刺激器（BiStim 模块）	The Magstim Company Limited；英国惠特兰		用于诱发胫骨前肌和比目鱼肌的双侧运动诱发电位。
经颅磁刺激（TMS）的自适应参数估计顺序测试法（PEST）	http://www.clinicalresearcher.org/software.htm		用于确定运动阈值。
放大器	Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日	MA-300	用于放大肌电图（EMG）数据。
双锥形线圈	The Magstim Company Limited；英国惠特兰	货号：9902AP	用于诱发胫骨前肌和比目鱼肌的双侧运动诱发电位。
Signal 软件	Cambridge Electronics Design Limited；英国剑桥	版本 6	用于在静息状态和 TVA 期间采集运动诱发电位。
单通道双差分表面肌电图（EMG）电极	Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日	MA-411	用于记录肌电信号。
无框架立体定向经颅磁刺激神经导航系统	Brainsight 3，Rouge Research，加拿大蒙特利尔		用于在经颅磁刺激评估过程中导航线圈位置。