Name: 单手操作的常规和阈值跟踪经颅磁刺激测试 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-08-16T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: 了解单手操作的经颅磁刺激标准化方案，用于临床神经生理学中的阈值跟踪和常规幅度测量比较。该自动化协议支持高质量记录与可靠分析。

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本研究主要由伦德贝克基金会（资助编号 R290-2018-751）和丹麦独立研究基金（资助编号：9039-00272B）的两项资助提供经费支持。

注意：所有受试者必须在检查前签署书面知情同意书，且研究方案须经相应的本地伦理审查委员会批准。本文所述所有方法均已获得地区科学伦理委员会和丹麦数据保护局的批准。
经颅磁刺激（TMS）方法包括三个阶段：1）受试者准备，2）记录TMS信号，3）分析结果。
1. 受试者的准备
<ol>
	<li>评估受试者的病史，询问其是否患有癫痫、是否安装心脏起搏器，或体内是否有任何金属装置或植入物；对于女性受试者，还需询问其是否怀孕。</li>
	<li>详细向受试者说明检查内容，并邀请其签署书面知情同意书。
	<ol>
		<li>告知受试者将在头皮上应用磁刺激，且每次检查大约需要10分钟。</li>
		<li>说明刺激会以咔哒声的形式被听到，旨在引发肌肉抽动，部分刺激可能感觉略为不适。</li>
		<li>说明受试者可随时发出信号以关闭刺激。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>让受试者戴上泳帽。</li>
	<li>清洁受试者与被研究半球对侧的手部。</li>
	<li>将记录电极置于第一背侧骨间肌（FDI）上方，参考电极置于第二指骨nd 掌指关节</li>
	<li>将接地电极放置于手背。</li>
	<li>将记录电极和接地电极连接至放大器。</li>
	<li>指导受试者在检查过程中保持清醒但放松状态。</li>
</ol>
2. TMS 记录
注意：以下描述适用于所使用的特定软件和仪器（参见材料表）；对于其他硬件，需进行相应调整。
<ol>
	<li>打开经颅磁刺激（TMS）设备。</li>
	<li>使用TMS记录的协议启动半自动记录软件。</li>
	<li>从菜单中选择增益和门控选项（表1）。单击 好的 继续。</li>
	<li>选择实验方案 CSP 从主要选项中。</li>
	<li>将线圈置于耳间线距头顶点约4 cm左侧处，手柄朝向与矢状旁平面成45°角，以诱导后向前电流。</li>
	<li>手动点击增加刺激强度 插入 直到获得运动诱发电位（MEP）为止。</li>
	<li>在监测运动诱发电位（MEPs）的同时轻微移动线圈位置，以找到兴奋热点。</li>
	<li>在确定热点位置后，于泳帽上画出线圈的轮廓，以确保线圈位置保持恒定。</li>
	<li>点击 好的 启动自动刺激程序。 
	注意：记录将自动继续，从确定200 µV时的RMT开始。</li>
	<li>指导受试者保持第一背侧骨间肌（FDI）的舒适性收缩，以测定产生200 µV反应时的活动态运动阈值（AMT）。</li>
	<li>点击 好的 测量三组10次上下刺激周期之间有无暂停的静默期。 
	注意：每组10次中，刺激强度从0.8至1.6 × RMT200，以0.2为间隔递增，然后以相反顺序重复。</li>
	<li>最后一次刺激后，让受试者放松并点击 好的 返回到 主菜单.</li>
	<li>选择实验方案 SICI 从主要选项中</li>
	<li>从菜单中选择计划研究的ISIs SICI ISI 选项 以及从菜单中选择每个ISI的刺激次数 每次刺激间隔的刺激次数 如果未使用默认设置。</li>
	<li>从菜单中选择 ASICI。 
	注意：记录将自动继续，首先在200 µV水平测定RMT，随后在1000 µV水平测定RMT。SICI记录在RMT测定完成后自动开始，持续约10分钟。测试刺激强度固定为RMT1000，条件刺激强度为RMT200的70%。以下ISI以伪随机顺序选择：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5和7 ms。每三个配对刺激之后给予一次单独的测试刺激。因此，每种配对刺激重复10次，共产生120个刺激。</li>
	<li>通过观察泳帽上的线圈位置轮廓、屏幕上的运动诱发电位（MEP）以及记录过程中肌肉的收缩情况，确保线圈位置的稳定性。</li>
	<li>当屏幕在协议完成后自动返回主菜单选项时，从菜单中选择 TSICIp。 
	注意：记录自动持续进行，首先测定200 µV下的静息运动阈值（RMT），随后进行约10分钟的短间隔抑制（SICI）记录。RMT200通过持续调整刺激强度进行追踪：若诱发电位超过250 µV，则以最大刺激器输出（MSO）的1%逐步降低刺激强度；若诱发电位低于160 µV，则以1%逐步增加刺激强度。测试单刺激与配对刺激交替呈现，配对刺激的刺激间期（ISI）采用伪随机化设置，分别为1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5和7 ms。因此，共给予120次刺激，其中9种配对刺激各重复10次，每三次配对刺激后插入一次单刺激测试。</li>
	<li>当实验方案完成后，屏幕将自动返回主菜单选项，此时点击 完成 除非将执行其他方案。</li>
	<li>通过点击完成录制 关闭文件并保存数据 按钮。</li>
</ol>
3. TMS 分析
<ol>
	<li>启动分析软件程序以进行离线分析。</li>
	<li>选择要分析的记录，然后点击 好的 按钮</li>
	<li>选择 创建 TMS MEM 文件 选项从 经颅磁刺激 用于分析的菜单。</li>
	<li>点击 好的 保存 MEM 文件。</li>
	<li>点击 绘制 TMS MEM/MEF 图 选项从 经颅磁刺激 用于将个体受试者的记录与一组健康对照进行比较的菜单。</li>
	<li>点击 1st 选项上的 MEF 文件名 菜单，然后从 MEF 文件列表中点击将用于比较的 MEF 文件。</li>
	<li>点击 1st 选项在 MEM 文件名 菜单，然后从 MEM 文件列表中点击将用于比较的 MEM 文件。</li>
	<li>使用95%置信区间、标准差或标准误的不同选项叠加MEM和MEF文件。</li>
</ol>

<ol><li>Rawji, V., Latorre, A., Sharma, N., Rothwell, J. C., Rocch, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+TMS+to+investigate+the+pathophysiology+of+neurodegenerative+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">On the use of TMS to investigate the pathophysiology of neurodegenerative diseases.</a> Frontiers in Neurology. 11, 584664(2020).</li>
<li>Rossini, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain%2C+spinal+cord%2C+roots+and+peripheral+nerves%3A+Basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+and+research+application.+An+updated+report+from+an+I.F.C.N+Committee%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N Committee.</a> Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).</li>
<li>Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+between+intracortical+inhibition+and+facilitation+in+human+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex.</a> Journal of Physiology. 496, Pt 3 873-881 (1996).</li>
<li>Ziemann, U., Tergau, F., Wischer, S., Hildebrandt, J., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+control+of+facilitatory+I-wave+interaction+in+the+human+motor+cortex.+A+paired+transcranial+magnetic+stimulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalography+and+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Pharmacological control of facilitatory I-wave interaction in the human motor cortex. A paired transcranial magnetic stimulation study.</a> Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 109 (4), 321-330 (1998).</li>
<li>Premoli, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+and+long-interval+intracortical+inhibition+of+TMS-evoked+EEG+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">Short-interval and long-interval intracortical inhibition of TMS-evoked EEG potentials.</a> Brain Stimulation. 11 (4), 818-827 (2018).</li>
<li>Ilic, T. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+paired-pulse+inhibition+and+facilitation+of+human+motor+cortex%3A+the+dimension+of+stimulus+intensity%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity.</a> Journal of Physiology. 545 (1), 153-167 (2002).</li>
<li>Peurala, S. H., Muller-Dahlhaus, J. F., Arai, N., Ziemann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+of+short-interval+intracortical+inhibition+%28SICI%29+and+short-interval+intracortical+facilitation+%28SICF%29%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF).</a> Clinical Neurophysiolology. 119 (10), 2291-2297 (2008).</li>
<li>Tokimura, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short+latency+inhibition+of+human+hand+motor+cortex+by+somatosensory+input+from+the+hand%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand.</a> Journal of Physiology. 523, Pt 2 503-513 (2000).</li>
<li>Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+motor+cortex+excitability+by+median+nerve+and+digit+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation.</a> Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).</li>
<li>Turco, C. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((long-latency+afferent+inhibition%3B+uses%2C+mechanisms+and+influencing+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">long-latency afferent inhibition; uses, mechanisms and influencing factors.</a> Brain Stimululation. 11 (1), 59-74 (2018).</li>
<li>Di Lazzaro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+lorazepam+on+short+latency+afferent+inhibition+and+short+latency+intracortical+inhibition+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiolology%22%5BJournal%5D)">Effects of lorazepam on short latency afferent inhibition and short latency intracortical inhibition in humans.</a> Journal of Physiolology. 564, Pt 2 661-668 (2005).</li>
<li>Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+phases+of+intracortical+inhibition+revealed+by+transcranial+magnetic+threshold+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking.</a> Experimental Brain Research. 143 (2), 240-248 (2002).</li>
<li>Awiszus, F., Feistner, H., Urbach, D., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+paired-pulse+transcranial+magnetic+stimulation+conditions+yielding+intracortical+inhibition+or+I-wave+facilitation+using+a+threshold-hunting+paradigm%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Characterisation of paired-pulse transcranial magnetic stimulation conditions yielding intracortical inhibition or I-wave facilitation using a threshold-hunting paradigm.</a> Experimental Brain Research. 129 (2), 317-324 (1999).</li>
<li>Vucic, S., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+threshold+tracking+techniques+suggest+that+cortical+hyperexcitability+is+an+early+feature+of+motor+neuron+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Novel threshold tracking techniques suggest that cortical hyperexcitability is an early feature of motor neuron disease.</a> Brain. 129, Pt 9 2436-2446 (2006).</li>
<li>Vucic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utility+of+threshold+tracking+transcranial+magnetic+stimulation+in+ALS%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology+Practice%22%5BJournal%5D)">Utility of threshold tracking transcranial magnetic stimulation in ALS.</a> Clinical Neurophysiolology Practice. 3, 164-172 (2018).</li>
<li>Vucic, S., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Axonal+excitability+properties+in+amyotrophic+lateral+sclerosis%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Axonal excitability properties in amyotrophic lateral sclerosis.</a> Clinical Neurophysiolology. 117 (7), 1458-1466 (2006).</li>
<li>Vucic, S., Howells, J., Trevillion, L., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+cortical+excitability+using+threshold+tracking+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Assessment of cortical excitability using threshold tracking techniques.</a> Muscle Nerve. 33 (4), 477-486 (2006).</li>
<li>Tankisi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+intracortical+inhibition+as+a+function+of+inter-stimulus+interval%3A+Three+methods+compared%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">Short-interval intracortical inhibition as a function of inter-stimulus interval: Three methods compared.</a> Brain Stimululation. 14 (1), 22-32 (2021).</li>
<li>Samusyte, G., Bostock, H., Rothwell, J., Koltzenburg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+intracortical+inhibition%3A+Comparison+between+conventional+and+threshold-tracking+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">Short-interval intracortical inhibition: Comparison between conventional and threshold-tracking techniques.</a> Brain Stimululation. 11 (4), 806-817 (2018).</li>
<li>Noreika, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alertness+fluctuations+when+performing+a+task+modulate+cortical+evoked+responses+to+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Alertness fluctuations when performing a task modulate cortical evoked responses to transcranial magnetic stimulation.</a> Neuroimage. 223, 117305(2020).</li>
<li>Boroojerdi, B., Kopylev, L., Battaglia, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+intracortical+inhibition+and+facilitation+using+the+paired-pulse+paradigm%5BTitle%5D)+AND+%22Nerve%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of intracortical inhibition and facilitation using the paired-pulse paradigm.</a> Nerve. 23 (10), 1594-1597 (2000).</li>
<li>Rossi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+and+recommendations+for+TMS+use+in+healthy+subjects+and+patient+populations%2C+with+updates+on+training%2C+ethical+and+regulatory+issues%3A+Expert+Guidelines%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines.</a> Clinical Neurophysiolology. 132 (1), 269-306 (2021).</li>
<li>Ørskov, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+figure-of-8+and+circular+coils+for+threshold+tracking+transcranial+magnetic+stimulation+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophysiologie+Clinique%22%5BJournal%5D)">Comparison of figure-of-8 and circular coils for threshold tracking transcranial magnetic stimulation measurements.</a> Neurophysiologie Clinique. 51 (2), 153-160 (2021).</li>
</ol>

HB 和 JH 因本研究中使用的 Qtrac 软件的销售，从伦敦大学学院（UCL）获得版税。其他作者不存在潜在的利益冲突。

在记录软件中编程设定的经颅磁刺激（TMS）测量是一种高度自动化的操作流程。然而，为获得可靠的结果，仍需特别注意若干关键环节。在记录阶段，重要的是确保在运动热点区域获得稳定的运动诱发电位（MEP）反应，并在整个记录过程中保持刺激线圈相对于受试者颅骨的位置恒定。由于警觉状态对皮层兴奋性具有显著影响20，因此必须特别注意使受试者保持放松但清醒的状态。
为了保持受试者清醒，应定期提出简短的问题。此外，检查者应密切观察肌肉收缩情况，以确定目标肌肉是否受到刺激。同时，检查者还应监控屏幕，观察运动诱发电位（MEP）的波幅或阈值变化是否提示线圈位置发生偏移，并结合泳帽上的标记轮廓进行判断。如果线圈发生移位，操作者应尝试根据绘图重新定位线圈。若无法复位，则应重新开始记录。在这些实验方案中，通过使用伪随机的刺激间隔（ISI）顺序，以及在每组三个成对刺激之后给予一次单独的测试刺激，可尽量减少线圈移位的影响。另一种实现实时追踪经颅磁刺激（TMS）线圈位置的方法是使用神经导航系统。此类系统已有商业化产品且效果良好，但高昂的成本限制了其广泛应用。请注意，本文未提供关于肌萎缩侧索硬化症（ALS）或其他神经退行性疾病患者的数据。在这些患者中可能会出现额外的挑战，例如由于外周运动神经元丢失导致的波幅降低、自发性活动以及神经不可兴奋性。
本研究中的所有实验方案（单脉冲和双脉冲）均使用连接至Bistim2模块的双8字形线圈（Magstim，D70远程线圈）进行。这样做是为了在不同方案之间保持可比的磁场强度，因为刺激信号在通过Bistim模块时会衰减。系统设置为独立Bistim触发模式，允许对两台Magstim 2002设备进行独立的外部触发。对于单脉冲方案，其中一台设备的刺激强度设置为0% MSO。记录通过记录协议完成，该协议是软件程序的一部分。对于其他类型的磁刺激器，仅需使用一台设备。
经颅磁刺激（TMS）方法的一个局限性在于其变异性。先前的研究表明，个体间的变异性高于同一受试者在同一天内或不同天之间的变异性19,21。应重视该方法的标准化，并消除可能影响可靠性的技术误差。在某些情况下不能使用TMS，例如装有起搏器或患有癫痫的患者。应遵守国际安全准则22。此外，可能会出现轻微不适，尤其是在使用圆形线圈23时。然而，这种不适通常很轻微，无需因此中断检查。
与现有方法相比，本文所述方法在记录和分析方面均实现了自动化。这使得记录过程可由单名操作员完成，且操作员只需保持线圈位置不变，无需进行其他干预。每项方案的设计时长约为10分钟，因此可在一小时内完成多个方案，而使用现有的手动方法完成一项方案可能就需要一小时。本研究中磁刺激每4秒给予一次；然而，其他磁刺激设备支持更快的刺激频率，可将每项方案的记录时间缩短至5分钟以内。本文所述软件还允许选择不同的刺激间隔（ISI）、每个ISI对应的刺激次数以及条件刺激强度。本方法的一项重要改进是具备门控功能，可自动剔除受试者未处于放松状态时的信号轨迹。
总之，本文所述方法可为理解多种脑部疾病（特别是肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病）的潜在机制提供宝贵信息，并可能具有诊断价值。未来还需针对不同患者群体和更大样本量开展进一步研究，以确定常规和阈值追踪经颅磁刺激（TMS）测量指标的诊断价值，以及这些指标是否确实可用作神经退行性疾病的生物标志物。同时也有必要开展在不同肌肉以及上下肢中记录经颅磁刺激反应的研究。

经颅磁刺激（TMS）刺激运动皮层是一种用于研究皮层生理学以及多种神经系统疾病（包括神经退行性疾病）病理生理学的非侵入性方法1。通过使用超阈值的TMS脉冲刺激初级运动皮层，可在目标肌肉中诱发运动反应，该反应称为运动诱发电位（MEP）。TMS是一种有用的工具，可用于探究皮层及潜在的皮层下运动神经网络2。单脉冲TMS可用于评估皮层兴奋性、静息运动阈值（RMT）、MEP波幅以及皮层静息期（CSP）2。使用双脉冲TMS在2-3 ms（SICI）或约100&#8239;ms（LICI）的刺激间间隔（ISIs）下，可探测皮层抑制功能3,4,5。
短间隔皮层抑制（SICI）由γ-氨基丁酸（GABA）A受体介导，而长间隔皮层抑制（LICI）由GABAB受体介导，这一点已通过药理学研究得到证实4,5。短间隔皮层易化（SICF）的神经环路部分由谷氨酸能的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体介导6,7。当经颅磁刺激（TMS）之前施加外周感觉神经的电刺激时，运动诱发电位（MEP）的幅值会降低。该效应被称为传入抑制，当刺激间期（ISI）约为20–25 ms时称为短潜伏期传入抑制（SAI），而在较长的ISI（200–1000 ms）条件下则称为长潜伏期传入抑制（LAI）8,9,10。SAI受胆碱能活动的调节11；然而，LAI的研究仍严重不足，其背后的神经环路尚不明确10。
运动诱发电位（MEP）的波幅具有变异性，传统经颅磁刺激（cTMS）方法的终点估计通常采用固定刺激强度下诱发的10至20个反应的算术平均值。另一种方法是阈值追踪经颅磁刺激（threshold-tracking TMS），该方法最早在20多年前被提出12,13。在此方法中，连续刺激的强度会动态调整，以达到预设的目标波幅反应。传统方法和阈值追踪技术均可结合不同的刺激间间隔（ISI）使用。在该方法最初应用于短间隔内皮质抑制（SICI）的版本中，即“序列式”阈值追踪（T-SICIs），采用了类似于神经兴奋性检测中的追踪策略：首先在一个刺激间间隔（ISI）下估算“阈值”，然后依次在后续的各个ISI条件下连续追踪该阈值。该方法已被某一研究团队广泛使用，并因其较高的诊断价值而被提倡作为肌萎缩侧索硬化症（ALS）的潜在生物标志物14,15,16,17。然而，这些研究结果至今尚未被其他任何研究团队所证实14,15,16,17。
当参考阈值稳定时（如在外周神经中），序列法较为高效。然而，当阈值波动较大时（例如皮质脊髓兴奋性的情况），研究发现序列追踪法会严重扭曲SICI的ISI依赖性18，存在明显劣势。因此，对于SICI（T-SICIp）18,19及其他双脉冲实验方案，可能更适合采用一种替代性的“并行”阈值追踪范式，即针对不同的ISI并行地、独立地估算阈值。
尽管经颅磁刺激（TMS）方法具有潜力，但现有的TMS技术尚未被临床接受为可靠的诊断检测手段或临床试验中的生物标志物。这可能是由于现有TMS方法存在若干局限性，例如耗时较长、依赖人工操作以及可重复性差。为帮助克服这些局限性，本文介绍了一系列近期开发的自动化、快速的单脉冲和双脉冲TMS方案，这些方案设计为可单手操作，并支持传统方法与序列式及并行式阈值追踪方法之间的比较。
此处使用的设备包括经颅磁刺激仪、隔离式线性双相恒流刺激器、用于消除50-60 Hz电干扰的噪声消除器、肌电图放大器以及数据采集系统。该软件具有足够的兼容性，可与其他放大器、刺激器及记录条件配合使用。

<table><tbody><tr><td>50 Hz 噪声消除器</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>Humbug</td></tr><tr><td>模数转换器</td><td>National Instruments</td><td></td><td>NI-6221</td></tr><tr><td>记录程序</td><td>Digitimer Ltd（版权属于伦敦大学学院）</td><td></td><td>QtracS.EXE</td></tr><tr><td>TMS 记录协议</td><td>Digitimer Ltd（版权属于 QTMS Science）</td><td></td><td>QTMSG-12 记录协议</td></tr><tr><td>一次性表面记录电极</td><td>AMBU</td><td></td><td>Ambu&amp;reg; BlueSensor NF</td></tr><tr><td>8字形线圈</td><td>Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK</td><td></td><td>Magstim&amp;reg; D70 Remote Coil</td></tr><tr><td>隔离式肌电图放大器</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>D440</td></tr><tr><td>隔离式线性双极恒流刺激器</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>DS5</td></tr><tr><td>TMS 设备</td><td>Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK</td><td></td><td>Magstim&amp;reg; 2002 刺激器（需要 2 个 MagStim 单元）</td></tr><tr><td>分析与绘图程序</td><td>Digitimer Ltd（版权属于伦敦大学学院）</td><td></td><td>QtracP.EXE</td></tr></tbody></table>

单手操作的传统与阈值追踪经颅磁刺激测试

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

大多数单脉冲经颅磁刺激（TMS）参数（例如运动阈值、刺激-反应函数、皮质静息期）用于检测皮质脊髓兴奋性。双脉冲TMS范式（例如短间隔和长间隔皮质内抑制（SICI/LICI）、短间隔皮质内易化（SICF）以及短潜伏期和长潜伏期传入抑制（SAI/LAI））则提供有关皮质内抑制和易化网络的信息。传统上，这些研究通过常规TMS方法进行，即测量在恒定刺激强度下运动诱发电位（MEPs）幅度的变化。近年来引入了一种替代性的阈值追踪方法，该方法追踪达到目标振幅所需的刺激强度。既往研究已表明，采用阈值追踪法检测SICI在肌萎缩侧索硬化症（ALS）中的诊断价值。然而，阈值追踪TMS目前仅在少数研究中心得到应用，部分原因在于缺乏现成可用的软件，也可能由于对其与传统单脉冲和双脉冲TMS测量之间关系的认识尚不明确。
已开发出一套基于菜单驱动的半自动程序，旨在促进阈值追踪经颅磁刺激（TMS）技术的广泛应用，并实现与传统幅度测量方法的直接比较。这些程序可控制三种类型的磁刺激器，支持单名操作者记录常用的单脉冲和双脉冲TMS实验方案。
本文介绍了如何在健康受试者中记录多种单脉冲和双脉冲经颅磁刺激（TMS）方案并对记录数据进行分析。这些TMS方案操作快速简便，可为多种神经系统疾病尤其是肌萎缩侧索硬化症（ALS）等神经退行性疾病提供有用的生物标志物。

以下结果来自一名健康受试者。通过“4→2→1”追踪法则及如前所述的对数回归方法18，检测到峰-峰振幅为 200 µV（RMT200）或 1000 µV（RMT1000）时的静息运动阈值。RMT200 为 52.1% MSO，RMT1000 为 59.8% MSO。
所有成对脉冲经颅磁刺激（TMS）的参数均可在振幅模式、并行阈值追踪模式和串行阈值追踪模式下确定。本文仅总结振幅模式和并行阈值追踪模式。因此，可从菜单中选择刺激间间隔（ISI）、每个ISI下的刺激次数以及条件刺激的刺激强度水平。此处仅描述这些参数的默认选项。
图1 显示了实验装置，包括使用双线圈（figure-of-eight coil）进行刺激、表面电极进行记录、安装有软件的计算机、经颅磁刺激（TMS）设备、用于消除50-60 Hz电干扰的噪声消除器、隔离的线性双相恒流刺激器、肌电图放大器以及数据采集系统。
图2 显示SICI为A-SICI（图2A）以及T-SICI平行（图2B如方案部分所述。 图3 显示LICI为A-LICI（图 3A）以及 T-LICI 平行（图3B）。对于 A-LICI，在找到热点后，程序确定 RMT1000，并将测试刺激和条件刺激均设为该强度。单独测试刺激每4次刺激中给出一次th 刺激以50、100、150、200、250和300 ms的间隔伪随机呈现条件刺激+测试刺激，每个刺激间隔（ISI）呈现10次刺激。类似地，对于T-LICI，在与A-LICI相同的6个ISI（50至300 ms）下给予10对脉冲，同时追踪RMT200的阈值，并将条件刺激强度设定为追踪所得RMT200的120%。
图4 显示SICF为A-SICF（图 4A) 和 T-SICF 平行图4B）。对于A-SICF，找到热点后，程序将确定RMT50和RMT1000。测试刺激强度设为RMT1000，条件刺激强度设为RMT50的90%。ISI范围为1至4.9 ms，间隔0.3 ms。单独测试刺激每4次刺激中出现一次th 或 5th 刺激，14 次 conditioning+test 刺激以伪随机顺序呈现。与 A-SICF 相同，T-SICF 在 1 至 4.9 ms 的 14 个 ISI 上进行测量，每个 ISI 通过 10 对脉冲追踪阈值。
图5 显示了SAI的两种形式：A-SAI（图5A）和T-SAI平行模式（图5B）。SAI实验方案包括刺激神经中的躯体感觉传入纤维，并记录约20 ms后对MEP的影响。该MEP潜伏期（“N20”）对于刺激时序至关重要。程序会提示用户从16–23 ms范围内选择潜伏期，若超出此范围则可手动输入。为确定N20潜伏期，可进行常规的躯体感觉诱发电位检测，或使用根据年龄和身高校正的实验室对照数据。
对于A-SAI，首先确定产生1 mV复合肌肉动作电位所需的电刺激强度（EMT1000）。随后，确定磁刺激的热点位置，并测定RMT1000。程序接着将磁刺激与电刺激结合，使用N20-2至N20+12 ms的刺激间期（ISI）。单独的测试刺激每4次给出一次th 刺激，而条件刺激+测试刺激则以伪随机顺序给予。对于与 A-SAI 类似的 T-SAI，首先确定 EMT1000。随后，刺激切换为磁刺激，并以常规方式确定热点。接着，程序以与其他追踪方案类似的方式确定 RMT200。之后，程序直接进入 SAI 追踪，电刺激与磁测试刺激之间的 ISI 以 1 ms 为步长，从 N20-2 递增至 N20+12 ms。
图6 显示了长间隔传入抑制（LAI）的结果，分别为 A-LAI（图6A）和 T-LAI 平行模式（图6B）。记录长间隔传入抑制的LAI方案与SAI相同，唯一的区别在于前者的刺激间隔更长（200至1000 ms，以100 ms为步长），因此N20间隔被忽略，无需输入。
<img alt="经颅磁刺激实验装置；包括经颅磁刺激器、数据采集和刺激装置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图1"> 
图1：实验装置。 装置包括使用“8”字形线圈进行刺激、表面电极进行记录、安装有软件的计算机、经颅磁刺激仪、用于消除50-60 Hz电干扰的噪声消除器、隔离式线性双极恒流刺激器、肌电图放大器以及数据采集系统。缩写：TMS = 经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="刺激间期对MEP和阈值的影响；显示神经生理学结果的线图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图2"> 
图2：A-SICI 和 T-SICI 随刺激间期从 1 ms 到 7 ms 的变化关系图。（A）A-SICI 以条件刺激反应振幅占对照值的百分比表示。（B）T-SICI 以运动阈值的变化（抑制程度占对照值的百分比）表示。缩写：A-SICI = 短间隔皮质内抑制的振幅；T-SICI = 短间隔皮质内抑制的阈值变化；MEP = 运动诱发电位；RMT = 静息运动阈值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="不同刺激间间隔下神经反应分析中的MEP与阈值关系图，线性图示。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig03.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图3"> 
图3：A-LICI与T-LICI随刺激间间隔（1 ms至300 ms）变化的函数关系图。（A）A-LICI以条件化反应振幅占对照组的百分比表示。（B）T-LICI以阈值变化（抑制程度占对照组的百分比）表示。缩写：A-SICI = 短间隔皮质内抑制的振幅；T-SICI = 短间隔皮质内抑制的阈值变化；MEP = 运动诱发电位；RMT = 静息运动阈值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="经颅磁刺激结果；MEP和阈值随刺激间间隔变化的图示。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig4v2.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图4"> 
图4：A-SICF和T-SICF随刺激间间隔（1 ms至4.9 ms）的变化曲线。（A）A-SICF以条件化反应振幅占对照值的百分比表示。（B）T-SICF以阈值变化（抑制程度占对照值的百分比）表示。缩写：A-SICF = 短间隔皮质内易化振幅；T-SICF = 短间隔皮质内易化中的阈值变化；MEP = 运动诱发电位；RMT = 静息运动阈值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig4v2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="MEP 阈值图；刺激间间隔对运动控制的影响，两个对比线图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig05.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Figure 5"> 
图 5：A-SAI 和 T-SAI 随刺激间间隔从 20 ms 至 35 ms 的变化曲线。（A）A-SAI 以条件化反应振幅占对照的百分比表示。（B）T-SAI 以阈值变化（抑制程度占对照的百分比）表示。缩写：A-SAI = 短潜伏期传入抑制的振幅；T-SAI = 短潜伏期传入抑制中的阈值变化；MEP = 运动诱发电位；RMT = 静息运动阈值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="MEP 和阈值随刺激间间隔变化的图表；神经调节效应的数据分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig06.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图 6"> 
图 6：A-LAI 和 T-LAI 随刺激间间隔从 200 毫秒至 1000 毫秒的变化曲线。（A）A-LAI 以条件反应振幅占对照的百分比表示。（B）T-LAI 以阈值变化（抑制程度占对照的百分比）表示。缩写：A-LAI = 长潜伏期传入抑制的振幅；T-LAI = 长潜伏期传入抑制中的阈值变化；MEP = 运动诱发电位；RMT = 静息运动阈值。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
表1：软件中可用的经颅磁刺激（TMS）方案。缩写：TMS = 经颅磁刺激；SICI = 短间隔皮质内抑制；SICF = 短间隔皮质内易化；LICI = 长间隔皮质内抑制；SAI = 短潜伏期传入抑制；LAI = 长潜伏期传入抑制；µV = 微伏。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/Table%201%20(13).xlsx" target="_blank">请点击此处下载该表格。</a>

我们提供一系列标准化的单脉冲和双脉冲经颅磁刺激（TMS）记录方案，支持常规的幅度测量和阈值追踪。该程序可控制三种不同类型的磁刺激器，并设计为可由单名操作者便捷地完成所有测试。

大多数单脉冲经颅磁刺激（TMS）参数（如运动阈值、刺激-反应函数、皮层静息期）均用于……

我们的方案将促进阈值追踪TMS技术的广泛应用，并实现与传统幅度测量的直接比较。这些方案已设计用于控制三种类型的磁刺激器，并允许单名操作者记录常用的单脉冲和成对脉冲TMS方案。这些单脉冲和成对脉冲TMS方案操作快速且易于掌握。它们能够在临床环境中实现高质量的记录和分析。此处所述方案的优势在于，与现有方法相比，记录和分析过程均实现了自动化。首先评估受试者的病史，并询问其是否患有癫痫、装有心脏起搏器，或体内有任何类型的金属植入物。向受试者说明磁刺激应用于头皮的具体情况，例如，刺激时会听到“咔哒”声，同时伴有肌肉抽动。每次检查大约需要10分钟。由于部分刺激可能略感不适，您可随时示意停止刺激。在详细说明操作步骤后，邀请受试者签署书面知情同意书，然后请受试者戴上泳帽。当受试者准备就绪后，清洁拟研究脑半球对侧的手部，将记录电极置于第一背侧骨间肌（FDI）上方，参考电极置于第二掌指关节处。将接地电极放置于手背部，随后将记录电极和接地电极连接至放大器。要求受试者在检查过程中保持放松并保持警觉。打开经颅磁刺激（TMS）设备，使用相应方案启动用于TMS记录的半自动软件。在菜单中选择增益和门控选项，然后单击“确定”继续。然后，从主选项中选择协议 CSP。对于后向前或前向后的电流诱导，将八字形线圈放置在受试者头部的耳屏连线左侧距头顶约四厘米处，线圈手柄指向矢状面旁 45 度方向。完成后，按下 Insert 键手动增加刺激强度，直至获得运动诱发电位（MEP）。然后，在屏幕上监测运动诱发电位（MEPs）以及第一背侧骨间肌（FDI）的肌肉抽动，同时轻微移动线圈，以找到磁刺激的热点区域。确定热点位置后，用笔在泳帽上描出线圈的轮廓，以便保持线圈位置恒定，然后点击“确定”并启动自动刺激方案的记录。记录将自动继续进行，首先以200微伏（µV）确定静息运动阈值（RMT）。选择是否在有或无暂停的情况下测量静息期。指导受试者保持第一骨间背侧肌（FDI）的舒适性激活，然后点击“确定”以测量静息期。系统将自动给予三组各10次的上下刺激循环，以测量静息期。最后一次刺激结束后，告知受试者放松，然后点击“确定”返回主菜单。在主选项中，选择SICI方案，展开SICI ISI选项标签，选择计划研究的ISI。如果未使用默认刺激次数，请在“每个ISI的刺激次数”标签中选择所需的刺激次数，然后从菜单中选择A-SICI以继续记录。在确定 RMT 200 和 RMT 1000 后，A-SICI 记录将自动开始，并持续约 10 分钟。测试刺激强度固定为 RMT 1000，条件刺激强度为 RMT 200 的 70%。每三次配对刺激之后给予一次单独的测试刺激。每对刺激重复给予10次，共120个刺激。当程序结束后，请观察屏幕，待其自动返回主菜单后，再选择T-SICIp。记录将自动继续，首先以200微伏确定RMT，随后进行约10分钟的SICI记录。通过以下方式持续追踪RMT 200：若反应幅度超过250微伏，则将刺激强度降低1%最大刺激器输出；若反应幅度小于160微伏，则将刺激强度增加1%。单刺激与配对刺激交替呈现，配对刺激以伪随机化的ISI间隔给予，具体如前所述。当屏幕自动返回主菜单后，点击“Finish”标签以停止记录。单击“关闭文件并保存数据”按钮以完成测试。要进行离线TMS分析，请启动分析软件程序，然后单击“确定”以选择待分析的记录。从TMS菜单中选择“创建TMS MEM文件”选项，然后单击“确定”以保存弹出的MEM文件。接着，从TMS菜单中单击“绘制TMS MEM/MEF选项”，以将个体受试者的记录与一组健康对照组进行比较。在MEM文件名菜单中选择第一个选项，然后从MEM文件列表中单击用于比较的MEM文件。使用90%置信区间、标准差或标准误的不同选项叠加MEM和MEF文件。在A-LICI方案中，条件刺激与测试刺激以50毫秒的间隔递送，并监测相应的MEP。在T-LICI方案中，刺激脉冲递送时间从50毫秒至300毫秒，并追踪RMT 200的阈值。SICF 方案的实施类似，但采用较短的刺激间间隔。SAI 方案涉及记录神经刺激对约 20 毫秒后诱发的 MEP 的影响。关键是要定位一个诱发 MEP 的最佳热点，并在整个记录过程中保持线圈位置不变。此处所述方案的自动化特性使得记录过程可由单名操作者完成，从而让操作者能够完全专注于保持线圈处于稳定位置。该软件还允许选择不同的刺激间间隔、每个间隔的刺激次数以及不同强度的条件刺激。一个重要的新功能是门控功能，可在受试者未处于放松状态时自动剔除异常信号轨迹。

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