Name: 导航经颅磁刺激踝关节脊椎通路的双边评价 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: 了解使用神经导航经颅磁刺激技术评估胫骨前肌和比目鱼肌的双侧皮质运动反应的标准化方案。该方法结合个体MRI数据实现精确定位，适用于神经健康人群与中风后患者的运动控制研究。

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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&amp;#38;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。&#160;本内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。

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
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
2. 磁共振成像及神经导航系统的准备
<ol>
	<li>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。
	<ol>
		<li>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）。</li>
		<li>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），需确保图像中完整包含鼻部。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 MRI 文件上传至神经导航系统。手动将每位受试者的 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进行映射。
	<ol>
		<li>分别通过调整颅骨和脑组织周围的边界框，重建皮肤和完整的曲面脑模型。利用皮肤模型识别四个解剖标志点（鼻尖、鼻根——鼻梁交界处、左右耳的耳前切迹）（见 图 1A）。</li>
		<li>在重建的曲面脑模型上，于每侧半球的下肢运动皮层区域上方放置矩形网格（见 图 1B）。将网格的中心行置于下肢运动皮层 gyrus 的中心上方，该区域是支配下肢运动神经元池的皮质脊髓束的起源处36。将网格的内侧列平行且紧邻同侧半球的内侧壁。</li>
		<li>采用基于皮层的方法，该方法中方向误差对刺激位点的影响可忽略不计37，而非基于头皮定位的方法，后者中任何方向误差均可能改变刺激位点。使用此网格寻找热点。在运动映射中，可通过增加刺激点数量和/或增大点间距（例如，10 mm）来使用更大的网格。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 受试者准备与安置
<ol>
	<li>使用总共 4 个表面肌电图（EMG）电极，通过单脉冲经颅磁刺激（TMS）测量电生理反应。电极的准备和放置请遵循已发表的指南38,39，并在受试者站立位时完成电极放置。
	<ol>
		<li>使用剃刀刮除电极放置区域的毛发，并用酒精棉片轻轻去除死皮细胞和油脂，以准备皮肤。 
		注意：对于正在服用抗凝药物的受试者（例如，中风后患者），在皮肤准备过程中需谨慎操作，因为存在出血的潜在&#160;风险。</li>
		<li>在胫前肌（TA）双侧放置电极。受试者保持站立位，要求其将脚趾向上抬起，然后将电极置于腓骨头与内踝之间连线的上三分之一处（即，胫骨嵴外侧的肌腹位置）。</li>
		<li>在腓肠肌（SOL）双侧放置电极。受试者保持站立位，要求其进行提踵动作，然后将电极置于股骨外侧髁与外踝之间连线的下三分之一处。</li>
		<li>将接地参考电极放置于髌骨或外踝。根据肌电采集设备的要求，将接地电极置于双侧或单侧。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测试电极的放置位置及信号质量。
	<ol>
		<li>通过要求受试者在直立姿势下进行踝关节背屈或跖屈动作，并在计算机屏幕上显示所有测试肌肉的原始 EMG 信号，来检查电极的放置位置（例如，是否存在清晰可辨的 EMG 爆发信号）。若发现电极位置不当，应移除并重新放置，直至出现清晰可辨的 EMG 爆发信号且背景噪声最小。足够的信噪比对于检测运动反应至关重要（&#62; 50 µV）。</li>
		<li>通过将 TMS 线圈远离静坐的受试者并让肌肉处于静息状态时，多次放电 TMS 设备，以测试信号质量（例如，基线噪声水平）。检查每个 EMG 通道的基线信号是否接近零（即，峰-峰值幅度应小于 50 µV，且无基线噪声，如 50 或 60 Hz 的电源干扰）。若某一通道存在基线噪声，应移除相应电极并重复皮肤准备步骤。若噪声仍然存在（即，峰-峰值幅度 &#62; 50 µV），则调整参考电极的位置并更换导电膏。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用轻质泡沫预包扎带固定所有电极。在整个实验过程中定期检查，确保电极牢固附着且信号质量良好。</li>
	<li>让受试者坐在椅子上。为确保不同受试者脚部位置的一致性，将双脚固定在步行靴（即，踝足矫形器）中，该装置可将踝关节活动范围（ROM）调节至特定位置，并在 TVA 测试期间提供阻力。调整髋关节和膝关节角度，以避免受试者不适。指示受试者在整个实验过程中保持静止。如有条件，可使用固定在椅子上的前额支架，以在应用 TMS 时保持受试者头部稳定。</li>
</ol>
4. TVA 检测
<ol>
	<li>双侧测定每块肌肉的最大自主等长收缩力（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（right TA）进行4次收缩（每次收缩约5秒，收缩间休息60秒），受试者保持上述坐姿。</li>
	<li>计算每次最大自主等长收缩（MVIC）期间的最大肌肉活动值即， 以最后三次试验中整流并平滑后EMG最大值为中心的100毫秒时间窗内的平均值、这三个值的平均值，以及每块肌肉平均最大自主等长收缩（MVIC）值的15 ± 5%。 
	注意：可以使用更大的最大自主等长收缩百分比（% MVIC），但在临床队列中可能难以实现例如， 卒中后人群。</li>
</ol>
5. 神经导航系统中的注册
<ol>
	<li>将带有反射标记的受试者追踪装置（头带或眼镜）佩戴于受试者头部，位于受刺激半球对侧，以确保在对每个网格位点进行刺激时，追踪装置不会妨碍线圈的定位。 
	注意：如果使用头带，应确保其紧贴受试者头部，但不可过紧，以免长时间佩戴后引起头痛。</li>
	<li>通过将受试者追踪器、探针和线圈追踪器放置在捕捉范围空间内，验证动作捕捉相机的正确位置。通过将探针尖端置于4个解剖标志点上，执行受试者-图像配准（参见 图1A).</li>
	<li>当所有解剖标志点采集完毕后，通过将探针尖端放置在受试者颅骨上的多个位置，验证配准是否准确即， 验证阶段）。若指针尖端与重建皮肤之间的距离小于3 mm，则进行TMS实验；否则，重复受试者-图像配准，直至达到预期的误差值。实验过程中，若受试者追踪器意外移动，需重新进行配准。</li>
</ol>
6. 经颅磁刺激（TMS）
<ol>
	<li>在静息状态和TVA期间使用相同的实验参数。
	<ol>
		<li>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机，并尽量减少前一次脉冲对后续脉冲的累积效应40.</li>
		<li>若同时使用两台经颅磁刺激（TMS）设备，请将设备设置为标准模式或同步模式41标准模式施加的脉冲弱于单个单位，而同步模式施加的脉冲强于单个单位。选择其中任意一种模式可依据实验方案的需求和刺激总数而定。</li>
		<li>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。</li>
		<li>在不同测试会话和受试者之间，应随机化检测的肌肉和半脑顺序。为避免对静息状态下的测试产生干扰，TVAS 条件始终应在休息条件之后进行。例如， 由于TVA测试导致的下行通路疲劳。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>双侧确定两块肌肉的热点。
	<ol>
		<li>找到阈上强度，该强度将在热点定位过程中使用，方法是在靠近半球间裂隙的中心位置施加单次刺激（参见蓝色和红色方框） 图1B）。使用该位点，因为它位于腿部运动区的中枢位置36,42.</li>
		<li>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强度，直至达到在对侧所有被检肌肉中连续3次刺激均能引出峰-峰波幅大于50 µV的运动诱发电位（MEP）的刺激强度。</li>
		<li>每次刺激后，立即根据所有被检肌肉的原始波形及峰-峰振幅（搜索时间窗：TMS开始后20-60 ms）判断是否诱发出运动诱发电位（MEP）。</li>
		<li>在网格的每个点上施加一次TMS脉冲（共36次刺激）。完成热点定位方案后，将所有对侧肌肉每个点的波幅和潜伏期数值导入电子表格，按波幅从高到低、潜伏期从低到高进行排序。将对侧TA和SOL的热点确定为网格中波幅最大且潜伏期最短的位置。43. 
		注意：如果最大振幅和最短潜伏期不在同一位置，则应以最大振幅的位置定义为热点。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>双侧分别测定每块肌肉的静息运动阈值（RMT）。
	<ol>
		<li>选择神经导航系统中与被检肌肉的热点相对应的网格点。</li>
		<li>采用自适应阈值搜索法测定所检肌肉的RMT44将初始强度和步长分别设置为45和6% MSO32对每块肌肉重复进行两次RMT检测，并取平均值用于后续的CMR评估。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在静息状态下双侧评估胫骨前肌（TA）和腓肠肌（SOL）的CMR。
	<ol>
		<li>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）。</li>
		<li>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）前或后发现任何肌肉处于激活状态，则舍弃该次试验，并额外施加一次单脉冲刺激。重复此过程，直至在静息状态下为每侧对侧检测肌肉均采集到10个有效波形。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在TVA期间双侧评估胫骨前肌（TA）和腓肠肌（SOL）的CMR。
	<ol>
		<li>选择神经导航系统中与被检肌肉的热点相对应的网格点。</li>
		<li>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（胫前肌或腓肠肌）的平滑移动线（0.165秒的均方根振幅）保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。</li>
		<li>当检测肌肉为胫骨前肌（TA）时，要求受试者用对侧腿的足部轻微向上拉紧绑带即， 被检肌肉所在腿部与受刺激半球对侧）。当被检肌肉为腓肠肌（SOL）时，要求受试者轻微向下蹬对侧腿的足靴。</li>
		<li>使用计算机屏幕上的实时视觉反馈显示，监测被检主动肌肉以及其余静息肌肉的肌电活动。如果被检肌肉的活动水平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，并再次施加一次额外的单脉冲刺激。在被检肌肉的活动维持于预设范围内的条件下，采集10次有效试验。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. 数据分析
<ol>
	<li>对于除RMT外的所有CMR指标，需根据每个MEP扫描中各肌肉的测量值（总时长应至少为500 ms，其中刺激前至少100 ms）进行计算，然后将这10个值取平均，得到单一数值即， 平均值32振幅和皮质静息期（CSP）是皮质脊髓反应（CMR）兴奋性的间接测量指标，而潜伏期则是CMR连接性的间接测量指标。在静息状态和胫前肌（TVA）检测中，均应根据每位受试者的身高对潜伏期进行标准化校正，因为潜伏期受至被检肌肉距离的影响。45.</li>
	<li>计算静息状态下的运动诱发电位（MEP）振幅和潜伏期。
	<ol>
		<li>根据原始肌电图（EMG）计算振幅（µV），方法为取正向波峰与负向波峰之间的最大差值（即， MEP 的峰峰值。对于这两个特定肌肉，在 TMS 开始后的 20–60 ms 时间窗内搜索峰峰值。 
		警告：尽管20-60毫秒的MEP搜索时间窗可能适用于神经系统完整的受试者和中风后患者，但对于某些个体可能需要更宽的MEP搜索时间窗（例如， 20-75 毫秒）可能适用于其他神经学人群（例如， 多发性硬化症</li>
		<li>根据经颅磁刺激（TMS）开始至运动诱发电位（MEP）起始之间的时间，从整流后的肌电图（EMG）计算潜伏期（ms）（即， 校正后肌电图信号首次越过预设阈值的时间点——即刺激前100毫秒肌电图信号均值加三个标准差32,46.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在TVA期间计算MEP振幅、潜伏期和CSP。
	<ol>
		<li>根据原始肌电图（EMG）计算振幅（µV），方法为取正向波峰与负向波峰之间的最大差值（即， MEP 的峰峰值。对于这两个特定肌肉，在 TMS 开始后的 20–60 ms 时间窗内搜索峰峰值。</li>
		<li>根据整流后的肌电图（EMG），从经颅磁刺激（TMS）开始至运动诱发电位（MEP）出现之间的时间计算潜伏期（ms）。
		<ol>
			<li>在TVA中的MEP起始时间计算方式与静息状态不同。通过确定整流后EMG信号轨迹穿过预设阈值的两个时间点来计算MEP的起始和终止时间，该阈值设定为刺激前100 ms期间平均EMG水平。然后，在这两个时间点之间寻找至少高于刺激前EMG均值加三个标准差的峰值。接着，从第一个峰值开始向前搜索至该峰值前50个数据点（采样率为5000 Hz）范围内，查找整流后EMG信号轨迹首次穿过刺激前EMG均值阈值的时间点。将该时间点定义为MEP起始时间。32.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>根据整流后的肌电图（EMG）计算CSP（毫秒），即从运动诱发电位（MEP）消失到肌电活动恢复之间的时间间隔即， 绝对CSP：排除MEP持续时间47从最后一个峰开始，向后搜索该峰之后200个数据点（采样率为5000 Hz）内，整流后的EMG信号最后一次穿过刺激前EMG均值阈值的时间点；将该时间点定义为MEP终止时间。随后，计算基线EMG的恢复时间，即整流后的EMG信号最后一次穿过刺激前EMG均值25%的时间点。32.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

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<s...

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）进行可行的评估9,10。自从TMS技术引入以来，鉴于胫骨前肌（TA）和腓肠肌（SOL）在直立姿势任务和行走过程中的功能重要性，已在不同人群和任务中对它们的CMR进行了广泛研究11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32。
与上肢肌肉CMR评估相比33，目前尚未建立用于评估下肢肌肉皮质脊髓兴奋性的通用经颅磁刺激（TMS）方案。由于缺乏标准化的方案，且既往研究在方法学上存在较大差异（例如， 线圈类型、神经导航的使用、紧张性激活水平、测试侧别与肌肉、CMR指标的使用与计算方法 等等。），在不同研究和队列间对结果进行解读可能繁琐、复杂且不准确。由于这些测量指标在多种运动任务中具有功能相关性，建立专门针对下肢皮质运动表征（CMR）评估的经颅磁刺激（TMS）方案，将有助于运动神经科学家和康复科学家在不同实验会话及各类队列中系统地评估这些肌肉的皮质运动表征。
因此，本实验方案的目的是描述如何使用单脉冲经颅磁刺激（TMS）和神经导航系统对胫前肌（TA）和腓肠肌（SOL）的皮质肌反应（CMR）进行双侧评估。与以往研究相比，本方案通过采用一系列方法学因素，以优化实验的有效性和持续时间，并对这两个下肢肌肉的CMR评估进行标准化，从而最大限度地提高实验操作、数据采集和数据分析的严谨性。鉴于肌肉的CMR取决于该肌肉处于完全放松状态还是部分激活状态，本方案详细说明了如何在静息状态和强直性自主激活（TVA）条件下评估TA和SOL的CMR。下文将全面描述本实验方案的具体步骤。最后，将展示并讨论代表性数据。本文所述方案源自Charalambous et al. 201832。

<table><tbody><tr><td>2 台 Magstim 刺激器（Bistim 模块）</td><td>The Magstim Company Limited；英国惠特兰</td><td></td><td>用于诱发胫骨前肌和比目鱼肌的双侧运动诱发电位。</td></tr><tr><td>经颅磁刺激自适应参数估计序贯测试法（PEST）</td><td>http://www.clinicalresearcher.org/software.htm</td><td></td><td>用于确定运动阈值。</td></tr><tr><td>放大器</td><td>Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日</td><td>MA-300</td><td>用于放大肌电图（EMG）数据。</td></tr><tr><td>数据采集单元</td><td>Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日</td><td>Micro 1401</td><td>用于采集肌电图（EMG）数据。</td></tr><tr><td>双锥形线圈</td><td>The Magstim Company Limited；英国惠特兰</td><td>货号：9902AP</td><td>用于诱发胫骨前肌和比目鱼肌的双侧运动诱发电位。</td></tr><tr><td>Polaris</td><td>Northern Digital Inc.；加拿大安大略省滑铁卢</td><td></td><td>用于追踪位于受试者跟踪器和线圈跟踪器上的反光标记。</td></tr><tr><td>Signal 软件</td><td>Cambridge Electronics Design Limited；英国剑桥</td><td>版本 6</td><td>用于在静息状态和 TVA 期间采集运动诱发电位。</td></tr><tr><td>单个双差分表面肌电电极</td><td>Motion Lab Systems；美国路易斯安那州巴吞鲁日</td><td>MA-411</td><td>用于记录肌电信号。</td></tr><tr><td>无框架立体定向经颅磁刺激神经导航系统</td><td>Brainsight 3，Rouge Research，&lt;br/&gt; 加拿大蒙特利尔</td><td></td><td>用于在经颅磁刺激评估过程中引导线圈定位。</td></tr><tr><td>步行靴（Walker boot）</td><td>Mountainside Medical Equipment，纽约州马西</td><td></td><td>用于稳定踝关节。</td></tr></tbody></table>

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

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

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，&#160;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。

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</stro...

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。

远端腿部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……

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。

bilateral-assessment-corticospinal-pathways-ankle-muscles-using

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

导航经颅磁刺激踝关节脊椎通路的双边评价

来源：Taube, W., 等., 人类皮质运动神经元传递变化的非侵入性评估. J. Vis. Exp.

重复经颅磁刺激引起的人类皮质运动神经元突触变化

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.

使用经颅磁刺激评估皮质脊髓通路

本研究采用单脉冲经颅磁刺激刺激初级运动皮层，结合神经导航以及手部肌肉肌电活动的记录，探索受试者观察动作序列时的皮质脊髓兴奋性。...

动作观察期间皮质脊髓兴奋性的调节

本文介绍了一种新型低成本人机交互界面，用于交互式中风后平衡康复系统。该系统集成了现成的低成本传感器，以实现自主驱动的电刺激治疗模式。该概念验证软件界面已在健康志愿者中进行了演示。...

一种集成低成本传感器与神经肌肉电刺激系统的用于卒中后平衡康复的人机界面

本研究旨在评估重复经颅磁刺激后人类皮质运动神经元突触传递的变化。为此，介绍了一种电生理学方法，可用于评估通路特异性的皮质脊髓传递， 即...

无创评估人类皮质运动神经元传导的变化

我们提出了一种评估神经肌肉功能变化的实验方案。经皮电神经刺激是一种可诱发肌肉反应的非侵入性方法。通过分析这些反应的电生理学和机械特性，可对从大脑到肌肉的神经肌肉功能（包括脑-脊髓上、脊髓及外周水平）进行评估。...

采用经皮电神经刺激评估神经肌肉功能

本文介绍了一种利用经颅磁刺激测量和增强功能特异性神经通路的新方法。这些先进的非侵入性脑刺激技术为理解脑与行为之间的关系以及开发治疗脑部疾病的新疗法提供了新的机遇。...

利用经颅磁刺激测量和调控人类运动系统中功能特异性神经通路

本方案描述了在卒中患者中，采用经颅磁刺激（TMS）对下肢肌肉（胫骨前肌和比目鱼肌）在站立位进行神经生理学评估的操作流程。该体位更有可能诱发卒中后的TMS反应，并可在神经生理学评估过程中使用较低的刺激器输出功率。...

卒中后下肢肌肉的立位神经生理学评估

对侧静息期（cSP）评估是一种有前景的生物标志物，可用于评估皮层兴奋性及治疗反应。本文展示了一种用于研究初级运动皮层（M1）对上肢和下肢脊髓运动通路抑制作用的cSP评估方案。...

通过单脉冲经颅磁刺激测量对侧静息期以研究初级运动皮层的皮质脊髓抑制

本文描述了使用重复刺激方案标准化诱导长时程增强样皮层可塑性，随后应用由神经导航系统引导的单脉冲经颅磁刺激来评估突触可塑性。...

使用经颅磁刺激标准化诱导与评估长时程增强样皮质可塑性

本文介绍了一种使用重复经颅磁刺激（nTMS）结合基于扩散张量成像（DTI）的皮质脊髓束（CST）重建进行运动区定位的标准化操作流程。该方案具有可重复性，临床可行性高，可轻松整合到常规临床工作流程中，为运动通路评估、神经可塑性研究以及康复方案制定提供了可靠且有价值的技术框架。...

使用导航经颅磁刺激进行功能性运动定位的标准化方案

了解使用神经导航经颅磁刺激技术评估胫骨前肌和比目鱼肌的双侧皮质运动反应的标准化方案。该方法结合个体MRI数据实现精确定位，适用于神经健康人群与中风后患者的运动控制研究。

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

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