本实验方案描述了使用单脉冲经颅磁刺激结合神经导航系统，在静息状态和紧张性自主激活期间对胫骨前肌和比目鱼肌的皮质运动反应进行同步双侧评估的方法。
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本文内容
摘要
摘要
远端下肢肌肉通过皮质脊髓束接收来自运动皮层区域的神经输入，皮质脊髓束是人类主要的运动下行通路之一，可通过经颅磁刺激（TMS）进行评估。鉴于远端下肢肌肉在直立姿势维持和动态任务（如行走）中的重要作用，过去十年中，针对与这些肌肉功能相关的皮质脊髓束的评估与调控研究日益增多。然而，既往研究中所采用的方法学参数存在较大差异，导致横断面与纵向研究结果的解释性降低。因此，采用一种专门针对下肢肌肉皮质运动反应（CMR）评估的标准化TMS方案，将有助于在不同研究和队列间直接比较结果。本文旨在介绍一种标准化实验方案，该方案利用单脉冲TMS结合神经导航系统，具备灵活性，可同时评估胫骨前肌与腓肠肌这两块主要踝关节拮抗肌的双侧皮质运动反应。本方案适用于被检肌肉处于完全放松状态，或以最大等长自主收缩力的特定百分比进行等长收缩的状态。结合每位受试者的结构磁共振成像（MRI）数据并利用神经导航系统，可确保在评估过程中将刺激线圈精准定位在下肢皮层代表区。鉴于目前皮质运动反应相关测量指标计算方法不一致，本方案还描述了采用自动化算法对这些指标进行标准化计算的方法。尽管本方案并非在直立姿势或动态任务中实施， 可用于评估神经功能正常或受损受试者双侧任意一对腿部肌肉，无论是拮抗肌还是协同肌。
引言
胫骨前肌（TA）和比目鱼肌（SOL）是位于小腿前部和后部肌室的踝关节拮抗肌。这两块肌肉均为单关节肌，其中TA和SOL的主要功能分别是使距小腿关节背屈和跖屈1。此外，TA在肌肉大范围运动中功能更为重要，而在力量产生方面作用较小；而SOL则是一种抗重力肌，适合在肌肉小范围运动时产生较大力量2。在直立姿势维持和动态活动中（例如，行走），这两块肌肉均具有特别重要的作用3,4。在神经控制方面，这两块肌肉的运动神经元池通过运动下行通路接收来自大脑的神经驱动5,6，同时还接受不同程度的感觉传入驱动。
主要的运动下行通路是皮质脊髓束，它起源于初级运动区、前运动区和辅助运动区，并终止于脊髓的运动神经元池7,8。在人类中，可利用经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）——一种非侵入性脑刺激工具——对这一通路的功能状态（皮质运动反应，corticomotor response, CMR）进....
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方案
本方案中所述的所有实验操作均已获得当地机构审查委员会的批准，并符合《赫尔辛基宣言》的规定。
1. 知情同意流程与安全问卷
- 在进行任何实验之前，向每位受试者说明研究的目的、主要实验步骤以及参与研究可能涉及的潜在风险因素。在回答受试者可能提出的任何问题或疑虑后，请受试者确认已了解知情同意过程，并签署知情同意书。
- 实施MRI34和TMS35安全筛查问卷，以确保受试者符合MRI和TMS测试的安全性和资格要求。任何不符合全部安全标准的受试者均应排除在MRI和TMS评估之外。
2. 磁共振成像及神经导航系统的准备
- 在进行 TMS 评估之前先进行 MRI 评估32。让受试者仰卧，膝下放置软垫以保持舒适体位。指导受试者在扫描过程中保持静止。
- 为受试者提供耳部保护，以减弱扫描仪产生的高噪声。优先使用耳塞而非耳罩，因为神经导航系统中需使用双侧耳前切迹进行受试者图像配准（见 5.2）。
- 获取高分辨率 T1 加权解剖脑图像（最低要求：1 mm 层厚，覆盖全脑及小脑），格式可为 NFTI 或 DICOM 文件。由于神经导航系统中需使用受试者鼻尖进行图像配准（见 5.2），需确保图....
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结果
图2-4展示了一名具有代表性的神经系统完整、身高和体重分别为178 cm和83 kg的31岁男性受试者的实验数据。
图2展示了每侧踝部肌肉的双侧热点位置及静息运动阈值（RMT）。通过使用位于每个半球腿部区域中心的位点（见图1B中的方框），以45%最大刺激输出（MSO）的强度双侧进行热点定位。各肌肉的热点位置在两侧半球间有所不同，但如预期所示，全部四个热点均位于腿部运动皮质区域。该结果表明，胫骨前肌（TA）与腓肠肌（SOL）可能并不共享相同的热点；因此，应针对每块肌肉各自的热点来评估其皮质映射反应（CMR），而非对两块肌肉使用同一热点。采用自适应阈值搜索法，分别确定了每块肌肉的双侧RMT。用于RMT测定的刺激次数范围为6至22次。每块肌肉两侧RMT值之间的差异介于1%至3% MSO之间。综合这些结果提示，采用自适应阈值搜索法是一种高效且变异度低的方法，可用于确定踝部肌肉的RMT。此外，所有RMT值均低于用于热点定位的刺激强度（图2
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讨论
鉴于人们日益关注运动皮层在不同人群执行动态任务时对腿部肌肉运动控制的贡献，亟需一种标准化的经颅磁刺激（TMS）方案，以全面评估这些肌肉的功能。因此，本方案首次提供了利用单脉冲TMS结合神经导航技术，在两种肌肉状态（静息态和持续性自主收缩态）下对双侧踝部拮抗肌——腓肠肌（SOL）和胫骨前肌（TA）——进行评估的标准化方法学流程。
代表性结果部分所述的发现指出了几个需要考虑的关键步骤。首先，对这些肌肉以及其他腿部肌肉进行心脏磁共振（CMR）评估时，应使用神经导航系统，该系统需基于每位受试者的磁共振成像（MRI）数据，并确定每块肌肉的热点区域。神经导航可引导经颅磁刺激（TMS）精准作用于目标运动区域，当使用受试者个体化的MRI数据时，能够准确刺激目标运动区。56,57先前的研究探讨了在使用经颅磁刺激（TMS）评估上肢肌肉时应用神经导航的影响。58,59
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢 Jesse C. Dean 博士在方法学开发方面的帮助以及对稿件初稿提供的反馈意见。本研究得到了美国退伍军人事务部康复研究与发展服务局职业发展奖-2 RR&D N0787-W（MGB）、美国国立卫生研究院普通医学科学研究所资助项目 P20-GM109040（SAK）和 P2CHD086844（SAK）的支持。 本内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。
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材料
| 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。 | |
| 经颅磁刺激自适应参数估计序贯测试法（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。 |
| 数据采集单元 | Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日 | Micro 1401 | 用于采集肌电图（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。 |
| Polaris | Northern Digital Inc.；加拿大安大略省滑铁卢 | 用于追踪位于受试者跟踪器和线圈跟踪器上的反光标记。 | |
| 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。 |
| 单个双差分表面肌电电极 | 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引导线圈定位。 | |
| 步行靴（Walker boot） | Mountainside Medical Equipment，纽约州马西 | 用于稳定踝关节。 |
参考文献
- Schünke, M., Schulte, E., Ross, L. M., Schumacher, U., Lamperti, E. D. Thieme Atlas of Anatomy: General Anatomy and Musculoskeletal System. , Thieme. (2006).
- Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23 (11....
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重印与许可
