利用导航经颅磁刺激对踝部肌肉皮质脊髓通路的双侧评估

该方案至关重要，因为它标准化了一种极具挑战性的操作，即在远端下肢肌肉中检测运动诱发电位。该技术的主要优势在于，它整合了与下肢刺激相关的文献，而这些文献通常仅关注胫骨前肌，并采用多种不同的技术方法。我们已在神经功能健康的个体以及脑卒中患者中研究过该技术。

然而，该技术的重要性在于使下肢评估实现标准化。该技术有助于发现我们在步态过程中对运动控制理解上的不足，并重新审视以往未能控制干扰因素的相关研究。本次操作演示将由本实验室的博士后学者约翰·金德里德（John Kindred）博士和研究协调员布莱恩·森斯（Brian Cence）共同完成。

首先将受试者的 MRI 文件上传至神经导航系统。然后，手动将 MRI 与前连合和后连合对齐，以便使用蒙特利尔神经学研究所图谱。接下来，通过调整围绕颅骨和脑组织的边界框，重建皮肤和完整的曲线脑模型。

使用皮肤模型识别四个解剖学标志点，包括鼻尖、鼻根点以及左右耳的耳前切迹。现在，在每个半球的下肢运动区上方放置一个矩形网格。将网格的中心行定位在下肢运动皮层区域的脑回中心位置上方。

然后，将网格的内侧列平行且紧邻同侧半球的内侧壁放置。该网格将用于寻找热点。对于运动功能定位，可根据需要通过增加更多刺激点或增大刺激点之间的距离来使用更大的网格。

在受试者保持站立姿势时进行电极放置。首先，用电剃刀剃除各电极放置区域的毛发，再使用酒精棉片轻轻擦拭，去除死皮细胞和油脂。接着，要求受试者将脚趾向上抬起，然后将电极置于腓骨小头与内踝连线的上三分之一处。

双侧对称放置于胫骨前肌。现在，将电极双侧对称贴附于腓肠肌外侧头。要求受试者抬起脚跟，然后将电极置于股骨外侧髁与外踝连线的下三分之一处，位置在腓肠肌肌腹下方。

此外，根据所使用的肌电图采集设备，将接地参考被动电极放置在双侧或单侧的髌骨或外踝处。通过让受试者在直立姿势下进行踝关节背屈或跖屈动作，同时在计算机屏幕上显示所有被测肌肉的原始肌电信号，以检验电极的位置是否正确。如果发现电极位置不当，应移除并重新放置，直至观察到清晰可辨、背景噪声最小的肌电信号爆发。

然后，让受试者保持坐姿且肌肉处于放松状态，将线圈远离受试者，在发放数次经颅磁刺激脉冲的同时检测信号质量。该技术中最关键的步骤是确认肌电图信号尽可能无噪声。若此步骤未充分完成，将导致数据分析极为困难。

接下来，检查每个肌电图通道的基线信号是否接近零。如果某个通道存在噪声，则移除相应的电极并重复皮肤准备步骤。如果噪声仍然存在，则调整参考电极的位置并更换电解质凝胶。

确认获得良好信号后，使用轻质泡沫预包扎胶带包裹所有电极，以固定其位置，并减少肌电图中的运动伪迹。现在，让受试者坐在椅子上，为确保不同受试者之间脚部位置的一致性，将双脚固定于行走靴中，该靴可调节踝关节活动范围至特定位置，并在持续性自主收缩期间提供阻力。同时，调整髋关节和膝关节角度，以避免受试者不适，并指示受试者在整个实验过程中保持静止。

开始进行强直性自主激活测试时，首先需双侧测定每块肌肉的最大自主等长收缩。针对每个动作，指导受试者对侧被检肌肉最大收缩四次。接下来，通过将受试者追踪器、指针和线圈追踪器置于动作捕捉相机的捕捉空间内，确认动作捕捉相机的位置。

然后，通过将指针尖端放置在四个解剖标志点上，进行受试者图像配准。现在，确定双侧两块肌肉的热点位置。首先，在靠近半球间裂的中心位置施加单次刺激，以找到阈上强度。

接下来，从低强度开始，以5%的增幅逐步增加经颅磁刺激（TMS）强度，直至达到能够在所有对侧被检肌肉中引出峰-峰振幅大于50微伏的运动诱发电位的强度，或连续三次刺激均达到该标准，每块肌肉均需重复此过程。在网格的每个刺激位点施加一次TMS脉冲。然后，将各刺激位点对应的所有对侧肌肉的振幅值录入电子表格，并按振幅从高到低排序。

确定对侧胫骨前肌和比目鱼肌的热点位置，即网格中诱发电位幅度最大且潜伏期最短的部位。在神经导航系统中选择与其中一块肌肉热点相对应的网格点。随后，将初始刺激强度和步进大小分别设置为最大刺激器输出的45%和6%。

然后，采用自适应阈值搜索法确定静息运动阈值。对每块肌肉重复操作两次，并取平均值用于后续的皮质运动反应评估。现在，为了评估静息状态下双侧皮质运动反应，在神经导航系统中选择与被检肌肉的敏感区域相对应的网格位置。

每次刺激前，指导受试者保持静止，并双侧放松待检测肌肉，同时使用实时视觉反馈监测所有肌肉的活动。以待检测肌肉静息运动阈值的120%强度施加10次单脉冲TMS。若在TMS前后任一肌肉处于激活状态，则舍弃该次试验，并额外施加一次单脉冲。

重复此步骤，直至收集到每块对侧受检肌肉在静息状态下的 10 个波形。接下来，双侧评估在持续性自主激活期间的皮质运动反应。在神经导航系统中选择与静息状态时相同的网格位置。

要求受试者以大约最大肌肉活动值的15%收缩被检测肌肉，并在静息运动阈值的120%强度下施加10次单脉冲经颅磁刺激（TMS）。要求受试者保持被检测肌肉的平滑移动曲线显示在两条水平游标之间，并在此水平持续收缩数秒钟。当检测肌肉为胫骨前肌时，要求受试者轻微向上牵拉与刺激半球对侧下肢的靴带。

当检测肌肉为比目鱼肌时，要求受试者轻轻向下踩压对侧腿的足靴。使用实时视觉反馈监测主动肌和静息肌的肌肉活动。如果被检测肌肉的活动低于或高于预设范围，或任何其他肌肉被激活，则舍弃该次刺激，并追加施加一次单脉冲刺激。

在目标肌肉处于预设激活范围时，采集10次试验数据。该图显示双侧胫骨前肌和比目鱼肌的热点位置。图中柱状图表示每块肌肉两次评估的静息运动阈值平均值，下方数值表示施加的刺激次数。

虚线表示用于热点探测的刺激强度。该图显示了在静息状态下刺激胫前肌和比目鱼肌的热点时，双侧肌肉的反应。图中展示了每块肌肉双侧肌电图的平均波形。

若存在运动诱发电位，则显示其峰-峰幅值和潜伏期的数值。在此处，我们观察到在持续性自主运动期间刺激热点时出现的双侧反应。当受检的对侧肌肉以约最大自主等长收缩的15%水平激活时，同步采集双侧肌肉的肌电图信号。

由于本方案中采集的数据来自双侧的主动肌和拮抗肌群，因此可进行进一步分析，以帮助回答有关卒中后皮质脊髓束功能的问题。目前研究继续采用该技术，以明确多种因素对皮质运动反应的独立贡献，从而增进我们对行走运动控制的整体理解。需要注意的是，由于存在强磁场，应在此操作前对受试者进行筛查，以排除相关风险因素。