Dieses Protokoll führt eine auf Kopfhaut basierende Methode ein, um den primären motorischen Cortex (M1)-Hotspot für den Flexor digitorum superficialis (FDS)-Muskel zu lokalisieren und seine Wirksamkeit gegenüber der konventionellen C3-Stelle zu validieren.
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Methodenartikel
Eine neuartige, auf Akupunktur basierende Methode auf der Kopfhaut, um den Handmotor-Hotspot für nicht-invasive Gehirnstimulation zu nutzen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die präzise Lokalisierung des primären motorischen Kortex (M1), der spezifischen Muskeln entspricht, ist entscheidend für die Steigerung der Wirksamkeit der Neuromodulation. Wenn die transkranielle magnetische Stimulation (nTMS) oder andere Kartierungswerkzeuge nicht verfügbar sind, wird die Stimulation typischerweise an der C3-Stelle des Standard-10-20-EEG-Systems angewendet. Allerdings deuten neue Belege darauf hin, dass C3 möglicherweise nicht der optimale Ort für die Zielerfassung der Handmuskeln ist. Daher ist das Ziel dieser Studie, eine innovative, neuroanatomiebasierte Lokalisationsmethode vorzuschlagen, um den M1-Hotspot für den Handmuskel zu identifizieren und dessen Wirksamkeit im Vergleich zur C3-Stelle zu validieren. Ein Schritt-für-Schritt-Protokoll wurde entwickelt, um den M1-Hotspot für den Flexor digitorum superficialis (FDS)-Muskel mittels eines akupunkturbasierten Ansatzes zu identifizieren. Der identifizierte Hotspot wurde anschließend mit dem konventionellen C3-Standort verglichen, indem Baseline- und post-neuromodulationsmotorisch evozierte Potentiale (MEPs) bewertet wurden. Repräsentative Daten zeigten, dass der vorgeschlagene M1-Hotspot signifikant höhere MEP-Amplituden als die C3-Stelle sowohl am Ausgangspunkt als auch nach der Neuromodulation erzielte. Der vorgeschlagene Ansatz bietet eine validierte und praktische Methode zur Lokalisierung des M1-Hotspots für das FDS. Diese Technik hat das Potenzial, die Wirksamkeit der Neuromodulation in der klinischen Praxis zu verbessern, wenn fortschrittliche neuroimaginge Werkzeuge nicht verfügbar sind.
Einleitung
Die präzise Lokalisierung des kortikalen Hotspots im primären motorischen Kortex (M1) zur Neuromodulation mit gezielter Steuerung spezifischer Muskeln ist entscheidend für die Optimierung der motorischen Rehabilitationsergebnisse1. Die navigierte transkranielle Magnetstimulation (nTMS) wurde als nicht-invasive, zuverlässige Methode für die motorische Kartierung im Vergleich zur direkten kortikalen Stimulation2 übernommen. Allerdings werden in Ermangelung solcher Werkzeuge C3 (linke Hemisphäre) und C4 (rechte Hemisphäre), definiert durch das Standard-10-20-EEG-System, häufig als M1-Zielerfassung zur Übertragung von Neuromodulation3 verwendet. Studien haben jedoch gezeigt, dass C3 möglicherweise nicht den tatsächlichen M1-Hotspot 4,5 repräsentiert und möglicherweise nicht der optimale Ort für die Neuromodulation ist, da es im Vergleich zu alternativen Stellen in der umliegenden Region6 geringere motorisch evokierte Potentialamplituden (MEP) liefert. Darüber hinaus hat hochauflösende transkranielle elektrische Stimulation (HD-tES) das Potenzial, ihre modulatorischen Effektezu verstärken 7,8,9,10; es erfordert jedoch eine genauere Lokalisierung des angestrebten Stimulationsbereichs im Vergleich zu konventionellen Montagen11,12. Daher besteht die Notwendigkeit einer Methode, um den M1-Hotspot genau zu identifizieren, wenn fortschrittliche Neurobildgeräte nicht verfügbar sind.
Chinesische Kopfhautakupunktur ist eine zeitgenössische Akupunkturtechnik, die traditionelle chinesische Nadelmethoden mit der modernen Neuroanatomie repräsentativer Bereiche des Großhirnrindes13 verbindet. Im Gegensatz zur traditionellen Akupunktur beinhaltet die Kopfhautakupunktur das subkutane Nadeleinführen über definierte Zonen, die mit den kortikalen Bereichen ausgerichtet sind, die für die Funktionen des zentralen Nervensystems verantwortlich sind13. Mehrere Kopfhautakupunktursysteme wurden entwickelt und zur Behandlung motorischer Beeinträchtigungen eingesetzt, darunter die von Jiao, Lin, Jin und Tang etablierten sowie das international standardisierte China-Kopfhautpunktprotokoll14. Unter diesen Ansätzen integriert Jiaos Kopfhautakupunktur moderne Neuroanatomie und neurophysiologische Prinzipien mit traditionellen chinesischen Akupunkturtechniken und schafft so eine innovative Methode zur Modulation der Funktion des zentralen Nervensystems15,16. Ob seine Konzepte in Studien zur Neuromodulation der oberen Extremitäten angewendet und validiert werden können, bleibt jedoch unbekannt.
Daher zielt dieses Protokoll darauf ab, einen neuen Ansatz zur Lokalisierung des M1-Hotspots des Flexor digitorum superficialis (FDS)-Muskels mithilfe von Kopfhautakupunktur-Landmarks (AC) zu erforschen und diesen Ansatz durch den Vergleich der corticospinalen Erregbarkeit mit der der konventionellen C3-Stelle vor und nach der HD-tES-Intervention zu validieren. Der aktuelle Ansatz wurde jedoch nur bei gesunden Teilnehmern mit klar erkennbaren anatomischen Wahrzeichen der Kopfhaut und speziell für den FDS-Muskel validiert. Ob diese Methode auf andere obere Gliedmaßenmuskeln verallgemeinert oder auf Personen mit neurologischen Beeinträchtigungen angewendet werden kann, bleibt unklar.
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Protokoll
Die Teilnehmer waren rechtshändige, gesunde Erwachsene ohne neurologische oder muskuloskelettale Erkrankungen, die die oberen Gliedmaßen betreffen. Das Forschungsprotokoll wurde vom Committee for the Protection of Human Subjects (CPHS) am University of Texas Health Science Center in Houston überprüft und genehmigt. Vor der Teilnahme wurde von allen Teilnehmern eine schriftliche informierte Zustimmung eingeholt.
1. Vorbereitung
- Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer aufrecht in einer bequemen Position sitzen und die Arme natürlich ruhen. Das M1 FDS-Hotspot-Lokalisierungsprotokoll erfordert ein Maßband und einen Marker. Der Prozess zur Lokalisierung des Hotspots für FDS sollte der modernen Skalp-Akupunktur-Strategie folgen.
2. Lokalisieren des oberen Motorpunktes (UMP)
HINWEIS: Der obere Motorpunkt (UMP) ist definiert als der Punkt, der 0,5 cm hinter der Mitte der vorder-hinteren Linie liegt und sich von der Glabella (der Mitte zwischen den Augenbrauen) bis zum Inion erstreckt.
- Richten Sie die "0"-Markierung des Maßbands mit der Glabella aus (Abbildung 1A) und stellen Sie sicher, dass das Band gerade und waagerecht über die Kopfhaut gehalten wird.
- Dehnen Sie das Band bis zum Inion, das die Spitze des äußeren Okzipitalvorsprungs ist (Abbildung 1B).
- Identifizieren Sie den Mittelpunkt zwischen Glabella und Inion entlang der Längslinie. Von diesem Punkt aus messen Sie 0,5 cm nach hinten und markieren Sie die Stelle mit einem sichtbaren Punkt.
- Richten Sie das Band zwischen dem linken und rechten Vororispunkt (oder der Ohrspitze) aus (Abbildung 1C) und stellen Sie sicher, dass das Band waagerecht ist. Markiere den Mittelpunkt dieser Querlinie mit einem sichtbaren Punkt.
- Mit dem in Schritt 2.4 markierten Mittelpunkt als Referenz passen Sie den in Schritt 2.3 identifizierten Punkt gegebenenfalls seitlich an, um sicherzustellen, dass das endgültige UMP auf dem transversalen Mittelpunkt zentriert ist (Abbildung 1D).
Abbildung 1: Lokalisierung des oberen Motorpunkts. (A) Der Mittelpunkt zwischen den Augenbrauen (Glabella). (B) Der äußere Hinterhauptknülle, der sich an der Mittellinie des Hinterhauptbeins (Inion) befindet. (C) Der linke Präaurikularpunkt, der sich vor dem Ohrtragus befindet. (D) Befindet sich 0,5 cm hinter der Schnittstelle der mittleren sagittalen Linie und der Querlinie, die die linken und rechten Präaurikularpunkte verbindet; dieser Punkt wird als Oberer Motorpunkt (UMP) definiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
3. Lokalisieren Sie den unteren Motorpunkt (LMP)
HINWEIS: Der untere Motorpunkt (LMP) ist definiert als die Schnittstelle der Linie, die sich vom lateralen Ende der Augenbraue bis zur Inion mit dem vorderen Haaransatz erstreckt.
- Richten Sie die "0"-Markierung des Maßbands auf das laterale Ende der Augenbraue auf der linken Seite des Gesichts aus (Abbildung 2A).
- Strecken Sie das Maßband von diesem Punkt bis zum Inion und folgen Sie einem geraden diagonalen Weg über die Kopfhaut (Abbildung 2A).
- Identifizieren und markieren Sie mit einem sichtbaren Punkt den Punkt, an dem diese diagonale Linie den vorderen Haaransatz schneidet. Dieser Punkt ist als LMP definiert (Abbildung 2B).
4. Lokalisieren des M1 FDS-Hotspots (AC)
HINWEIS: Der M1 FDS-Hotspot ist definiert als der Punkt, der sich zwei Fünftel der Entfernung vom oberen Punkt (oben) zum unteren Motorpunkt (LMP) entlang der motorischen Flächenlinie befindet (Abbildung 2C).
- Richten Sie die "0"-Markierung des Maßbands mit dem oberen Motorpunkt (UMP) aus und verlängern Sie das Maßband zum unteren Motorpunkt (LMP).
- Zeichnen Sie die Gesamtdistanz zwischen UMP und LMP auf.
- Messen und markieren Sie mit einem sichtbaren Punkt den Punkt, der sich in zwei Fünfteln dieser Entfernung vom UMP befindet. Dieser Punkt ist als AC-Hotspot definiert.
Abbildung 2: Lokalisierung des unteren Motorpunkts und des FDS-Hotspots. (A) Die Schnittstelle der Linie, die vom lateralen Ende der Augenbraue bis zum Inion mit dem vorderen Haaransatz verläuft. (b) Der untere Motorpunkt (LMP). (C) Der Upper Motor Point (UMP), der FDS-Hotspot (AC) und der LMP. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
5. M1 FDS Hotspot (AC) Validierung
HINWEIS: Weisen Sie die Teilnehmer an, sich auf einen Stuhl zu setzen, der in bequemer Höhe eingestellt ist, ihre rechte Hand auf ein weiches Kissen zu legen und sie während der Stimulationssitzung zu entspannen.
- Setzen Sie bipolare Oberflächenelektromyographie (EMG) über den Bauch des rechten Flexor digitorum superficialis (FDS)-Muskels und stellen Sie die Probefrequenz auf 2 kHz ein (Abbildung 3A).
- Markiere den C3-Standort basierend auf dem International 10-20 EEG-System17.
- Markieren Sie den FDS-Hotspot (AC) mit dem vorgeschlagenen Ansatz.
- Positioniere die TMS-Spirale tangential über der Kopfhaut an der Klimaanlagestelle, wobei der Griff in einem Winkel von 45° nach hinten gerichtet ist (Abbildung 3B).
- Beginnen Sie mit 30 % des maximalen TMS-Ausgangs und liefern Sie eine Einzelpuls-Stimulation.
- Steigern Sie die Intensität allmählich, um die Ruhemotor-Schwelle (RMT) zu bestimmen.
- Stellen Sie die Stimulationsintensität auf 120 % des RMT ein und nehmen Sie mindestens 20 aufeinanderfolgende MEPs sowohl an der AC- als auch am C3-Standort auf.
Abbildung 3: Platzierung der EMG-Elektrode und TMS-Spule. (A) Die Platzierung der bipolaren EMG-Elektroden am FDS und (B) die Platzierung von Einzelpuls-TMS am M1 FDS-Hotspot. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
6. HD-tES-Intervention
- Weisen Sie die Teilnehmer an, bequem auf einem Stuhl zu sitzen und die Hände auf einem Tisch oder einer Armlehne ruhen.
- Passen Sie die EEG-Kappe gemäß dem Standardprotokoll17 an, um eine korrekte Ausrichtung mit den Kopfhautmarken (Nasion und Inion) sicherzustellen.
- Positionieren Sie eine Elektrode über der Zielstelle (AC oder C3) und platzieren Sie vier Referenzelektroden gleichmäßig um den Zielbereich, um eine stabile Stromverteilung sicherzustellen (Abbildung 4). Tragen Sie leitfähiges Gel auf alle Elektrodenstellen auf, um die Impedanz zu reduzieren.
- Überprüfen Sie die Elektrodenimpedanz mit dem eingebauten Impedanzmessgerät des Stimulators und stellen Sie sicher, dass die Werte unter 2 kΩ liegen.
- Stellen Sie die Stimulationsparameter auf 2 mA Intensität und 21 Hz Frequenz für eine Dauer von 20 Minuten ein.
- Schalte den HD-tES ein und erhöhe die Intensität allmählich auf 2 mA über 30 Sekunden.
- Beobachten Sie die Reaktionen des Teilnehmers während der Stimulation und achten Sie auf Anzeichen von Beschwerden, Hautreizungen oder ungewöhnlichen Empfindungen.
- Nach 20 Minuten schalten Sie das Gerät aus, entfernen Sie vorsichtig die Elektroden und reinigen Sie die Kopfhautbereiche.
Abbildung 4: Die Einrichtung von HD-tES. Die mittlere Elektrode zielt auf C3 oder AC mit 4 Referenzelektroden, die an den umliegenden Kanälen angeordnet sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
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Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigten drei zentrale Erkenntnisse: i) Die vorgeschlagene Methode (AC), basierend auf neuroanatomie-geführter Kopfhautakupunktur, identifizierte erfolgreich den M1-Hotspot für den FDS-Muskel, da er sich mit dem TMS-geführten Hotspot überlappte. ii) Der identifizierte M1 FDS-Hotspot überlappte sich nicht mit dem konventionell anvisierten C3-Standort; außerdem zeigte der AC-Standort höhere Ausgangsamplituden von MEP im Vergleich zu C3. iii) Die HD-tACS-Intervention an der AC...
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Diskussion
In dieser Studie wurde ein innovativer Ansatz entwickelt, um den M1-Hotspot für den FDS-Muskel anhand von Akupunktur-Orientierungspunkten auf der Kopfhaut zu lokalisieren. Der vorgeschlagene AC-Standort zeigte ein starkes Potenzial als M1-Hotspot für den FDS-Muskel, mit höheren Baseline- und Postmodulations-MEP-Amplituden im Vergleich zur konventionell verwendeten C3-Stelle.
Der kortikospinale Trakt ist einer der kritischsten absteigenden Bahnen, die vom motor...
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Offenlegungen
Die Autoren geben an, dass sie keine bekannten konkurrierenden finanziellen Interessen oder persönlichen Beziehungen haben, die die in diesem Artikel berichtete Arbeit beeinflusst haben könnten.
Danksagungen
Die Autoren sind Dr. Yingchun Zhang, Professor am Department of Biomedical Engineering der University of Miami, dankbar für seine wertvolle Beratung und Expertise bei der Durchführung der EMG-Analyse.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Elektrode Gel | Soterix Medical Inc., New York, USA | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel | |
| EMG | TMSi, Oldenzaal, Niederlande | https://www.tmsi.artinis.com/product-overview | |
| Hochauflösende transkranielle elektrische Stimulation (HD-tES) | Soterix Medical Inc., New York, USA | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1 | |
| TMS (Magstim Bistim² 200) | Magstim Company Ltd., Whitland, Wales, Großbritannien | 3231-00 |
Referenzen
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