使用经颅磁刺激评估皮质脊髓通路

Abstract

资料来源：Charalambos， CC 等人。使用导航经颅磁刺激对踝关节肌肉皮质脊髓通路进行双侧评估。J. Vis. Exp.（2019年）

该视频演示了使用经颅磁刺激 （TMS） 评估腿部肌肉皮质脊髓通路的方法。记录一个大脑半球的休息和活跃肌肉反应，以评估腿部肌肉的对侧皮质运动功能。

Protocol

所有涉及人类参与者的程序均已按照机构、国家和国际人类福利准则执行，并已经过当地机构审查委员会的审查。

1. 强直自主激活 （TVA） 测试

1. 双侧确定每块肌肉的最大自主等长收缩 （MVIC）。对于每个运动（即背屈和跖屈），指导受试者最大程度地收缩对侧检查的肌肉（例如，右胫骨前肌，TA）4 次（~5 秒收缩，间隔 60 秒休息），同时受试者以上述姿势坐着。
2. 计算最近三次试验的每次 MVIC 期间的最大肌肉活动值（即，以最大矫正和平滑肌电图 （EMG） 为中心的 100 毫秒窗口内的平均值）、三个值的平均值以及每块肌肉平均 MVIC 的 15 ± 5%。
   注意：可以使用更大的 % MVIC， 但在临床队列（例如，中风后的人）中可能不可行。

2. 在神经导航系统中注册

将

1. 受试者追踪器（头带或眼镜）放在受试者头部与受刺激半球相对的一侧，上面有反光标记，这样追踪器在刺激每个网格点时不会阻碍线圈的定位。
   注意：在使用头带的情况下，请确保头带紧贴受试者的头部，但不要太紧，因为长时间后可能会引起头痛。
通过
2. 将拍摄对象跟踪器、指针和线圈跟踪器放置在其捕获体积中来验证动作捕捉相机的正确位置。通过将指针的尖端放在 4 个解剖标志上来执行主体图像配准（见图 1A）。
一旦
3. 对所有解剖标志进行采样，通过将指针尖端放在受试者头骨上方的几个点上（即验证阶段）来验证配准是否准确。如果指针尖端到重建皮肤的距离小于3毫米，则进行经颅磁刺激（TMS）实验;否则，重复主题图像配准，直到获得所需的误差值。在实验过程中，如果受试者跟踪器被意外移动，请重复配准。

3. 经颅磁刺激

1. 在休息和强直自主激活 （TVA） 期间使用相同的方法参数。
   1. 在被检查肌肉的最佳部位（即热点;有关更多详细信息，请参阅下段）施加单脉冲刺激。每 5-10 秒随机施加一次刺激，以避免刺激预期并尽量减少前一个脉冲对后续脉冲的残留效应。
   2. 如果同时使用两个 TMS 单元，请将它们设置为标准模式或同步模式。标准模式施加比单个单元更弱的脉冲，而同步模式应用比单个单元更强的脉冲。任何一种的使用都可以基于协议的需要和刺激的总数。
   3. 使用双锥线圈感应后前颅内电流。如有必要，使用神经导航系统手动控制线圈，并在每次刺激之前纠正其相对于所需刺激点的位置。
   4. 跨会话和受试者，随机化检查肌肉和半球的顺序。始终在休息条件之后进行 TVA 条件，以避免对静息测试产生任何干扰（例如，由于 TVA 测试导致的下行通路疲劳）。
双
2. 侧确定两块肌肉的热点。
   通过在
   1. 半球间裂隙旁边的中心点上施加单个刺激来找到将在热点狩猎期间使用的超阈值强度（参见图1B中的蓝色和红色方块）。使用这个位置，因为它位于腿部运动区域的位置。
   从
   2. 低强度开始（例如，30% 最大刺激器输出;MSO）并逐渐增加 TMS 强度 5%，直到达到在所有对侧检查肌肉中引起峰峰值幅度大于 50 μV 的运动诱发电位 （MEP） 的强度连续 3 次刺激。
   3. 每次刺激后立即根据所有检查肌肉的原始波形和峰峰值幅度（搜索窗口：TMS 开始后 20-60 毫秒）确定是否引发了 MEP。
   4. 在网格的每个点上施加一个 TMS 脉冲（总共 36 个刺激）。热点协议完成后，将所有对侧肌肉的每个点的振幅和潜伏值传输到电子表格中，并将振幅从高到低排序，潜伏从低到高排序。将对侧 TA 和比目鱼肌 （SOL） 的热点确定为网格中振幅最大、延迟最短的位置。
      注意：如果最大振幅和最短延迟不在同一点，请使用最大振幅定义热点。
3. 双侧确定每块肌肉的静息运动阈值 （RMT）。
   在
   1. 神经导航系统中选择与被检查肌肉热点相对应的网格点。
   2. 使用自适应阈值狩猎方法对所检查的肌肉进行 RMT 测定。将初始强度和步长分别设置为 45% 和 6% MSO。对每块肌肉运行两次 RMT 狩猎，并将平均值用于随后的皮质运动反应 （CMR） 评估。
在
4. 休息期间评估双侧 TA 和 SOL CMR。
   在
   1. 神经导航系统中选择与所检查肌肉热点相对应的网格点。在被检查肌肉的 1.2 RMT 下应用 10 个单 TMS 脉冲。
   在
   2. 每次刺激之前，指示受试者保持静止并放松双侧检查的肌肉，并使用计算机屏幕上显示的实时视觉反馈监测所有肌肉的活动。如果任何肌肉在 TMS 之前或之后处于活动状态，请放弃该试验并应用额外的单脉冲。重复，直到收集到每个静息时每个对侧检查肌肉的 10 个波形。
在
5. TVA 期间双侧评估 TA 和 SOL CMR。
   在
   1. 神经导航系统中选择与被检查肌肉热点相对应的网格点。
   2. 要求受试者以 15 ± 5% MVIC 收缩被检查的肌肉，并以 1.2 RMT 施加 10 个单 TMS 脉冲。指示受试者将被检查肌肉（TA 或 SOL）的平滑移动线（均方根振幅为 0.165 秒）保持在两个水平光标内（MVIC 范围：15 ± 5%），并将收缩维持在该水平几秒钟。
   3. 当 TA 是被检查的肌肉时，要求受试者稍微向上拉到其对侧腿（即，被检查肌肉与受刺激半球对侧的腿）上的自举。当 SOL 是检查的肌肉时，要求受试者稍微向下推对侧腿的靴子。
   4. 使用计算机屏幕上的实时视觉反馈显示监测活动检查肌肉和剩余静息肌肉的肌肉活动。如果被检查的肌肉活动低于或高于预定范围，或者任何其他肌肉被激活，则放弃该刺激并再次施加额外的单脉冲。收集 10 次试验，同时检查的肌肉在预定范围内被激活。

Results

图 1：重建的皮肤和曲线大脑模型。（A） 使用具有四个解剖标志（鼻尖、鼻尖和左右耳上凹迹）的皮肤模型，通过将指针尖端放在每个标志上来计算评估期间的受试者图像配准。（B） 将 4 x 9 矩形网格双侧放置在腿部运动皮层区域上方。正方形表示用于确定热点狩猎的超阈值强度的点。

Materials