Intracortical Hemmung innerhalb der primären motorischen Kortex kann moduliert werden, indem Sie ändern den Fokus der Aufmerksamkeit

Das übergeordnete Ziel dieser beiden transkraniellen Magnetstimulationsprotokolle ist es, die Aktivität intrakortikaler inhibitorischer Schaltkreise innerhalb des primären motorischen Kortex oder M1 bei der Durchführung motorischer Aufgaben unter verschiedenen Aufmerksamkeitsschwerpunkten zu untersuchen. Obwohl viele Studien den Vorteil eines externen gegenüber einem internen Aufmerksamkeitsfokus festgestellt haben, ist wenig über die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen bekannt. Trotz gesteigerter motorischer Leistungsfähigkeit geht ein externer Fokus in der Regel mit einer verminderten Muskelaktivität einher, weshalb wir spekulieren, dass inhibitorische Mechanismen beteiligt sein könnten.

Die angewandten TMS-Methoden, namentlich subTMS und SICI, ermöglichen es, den Einfluss von Aufmerksamkeitsschwerpunkten auf die Aktivität der inhibitorischen Schaltkreise im primären motorischen Kortex besser zu verstehen. Der Hauptvorteil der subschwelligen transkraniellen Magnetstimulationstechnik besteht darin, dass es aufgrund der geringen Stimulationsintensität kein Bewegungsartefakt gibt. Im Gegensatz dazu verwendet das herkömmliche Paired-Pulse-Protokoll höhere Stimulationsintensitäten und führt daher zu Muskelkontraktionen.

Diese Methode ist jedoch gut etabliert und ihre Auswirkungen auf die GABAerischen Nebenhöhlen werden gründlich untersucht. Beginnen Sie damit, dass sich der Teilnehmer auf den Teststuhl setzt und einen Monitor einen Meter vor ihm platziert. Legen Sie dann den linken Arm in eine bequeme und entspannte Position unter den Tisch und ruhen Sie auf dem linken Bein.

Legen Sie den rechten Arm des Probanden in eine speziell angefertigte Gürtelschiene in pronierter Position. Richten Sie das Fingergelenk auf den Drehzugang des maßgefertigten Geräts aus. Sobald die optimale Position gefunden ist, machen Sie ein Foto der anteroposterioren und medialen lateralen Positionen der Schiene, um für jede Sitzung des Experiments vergleichbare Positionen zu verwenden.

Beginnen Sie damit, die Rotationsachse des Goniometers und des Metacarpophalangealgelenks auszurichten. Platzieren Sie den Kraftaufnehmer so, dass maximale willkürliche Kontraktionen möglich sind. Bitten Sie dann den Teilnehmer, drei maximale isometrische Abduktionen des Zeigefingers mit einer Pause von 30 Sekunden zwischen jeder Kontraktion durchzuführen und den Fmax zu bestimmen.

Hinweis: Der Teilnehmer muss den Hebel gegen den Kraftaufnehmer drücken, ohne dass Anweisungen über den Fokus der Aufmerksamkeit gegeben werden. Entfernen Sie nach maximalen Kontraktionen den Kraftaufnehmer, so dass sich der Zeigefinger frei in der Querebene bewegen kann. Füllen Sie dann eine Flasche Wasser auf eine Menge, die 30% von Fmax entspricht, und befestigen Sie das Gewicht von Fmax am Seil des Geräts.

Lassen Sie den Teilnehmer den Finger in der Zielposition halten, indem er dem Gewicht entgegenwirkt und eine Abduktion des Zeigefingers durchführt. Lassen Sie sie die Aufgabe ausführen, bis die Aufgabe fehlschlägt. Drücken Sie die Aufnahmetaste in der Aufnahmesoftware, um die Aufzeichnung des Goniometersignals zu starten, und warten Sie, bis die Aufgabe fehlschlägt.

Sobald der Aufgabenfehler erreicht ist, drücken Sie die Schaltfläche "Aufzeichnung stoppen" in der Aufnahmesoftware, um die Aufzeichnung zu stoppen und das Goniometersignal auf dem Computer zu speichern. Entfernen Sie abschließend die Hand des Teilnehmers von der orthopädischen Schiene. Beginnen Sie damit, die bipolaren Silber-Silberchlorid-Oberflächenelektroden in einer Bauch-Sehnen-Montage mit einem Zentimeter Abstand zwischen den Elektroden auf den FDI-Muskel zu platzieren.

Verbinden Sie das EMG-Kabel oder den FDI-Muskel und das Goniometerkabel mit einem EMG-Verstärker und einem AD-Wandler. Verwenden Sie schließlich die Oberflächenelektroden, um die Muskelaktivität bei elektrophysiologischen Reaktionen aufzuzeichnen und zu messen, die durch die Hirnstimulation des FDI-Muskels ausgelöst werden. Beginnen Sie damit, die reflektierenden Marker mit doppelseitigem Klebeband auf die Stirn des Teilnehmers zu kleben.

Verwenden Sie eine Achterspirale, die an einem TMS-Stimulator befestigt ist, um Reize an den kontralateralen motorischen Bereich abzugeben. Finden Sie dann die optimale Position oder den optimalen Hotspot der Spule relativ zum Schädel, um motorisch evozierte Potentiale, MEPs, im FDI-Muskel auszulösen, indem Sie ein klassisches Mapping-Verfahren durchführen. Platzieren Sie dazu die Spule etwa 0,5 Zentimeter vor dem Scheitel und über der Mittellinie, wobei der Spulengriff in einem Winkel von 45 Grad zur kontralateralen Stirn zeigt.

Gewöhnen Sie den Teilnehmer an die TMS-Reize, indem Sie die Intensitäten unter 25 % der maximalen Stimulatorleistung (MSO) beginnen. Beginnen Sie dann, die Stimulationsintensität zu erhöhen und bewegen Sie die Spule in medialer lateraler und rostro-frontaler Richtung, um den Hot Spot zu entdecken. Sobald der Hot Spot gefunden ist, erfassen Sie die optimale Position mit dem Neuronavigationssystem.

Bestimmen Sie die aktive motorische Schwelle (AMT), indem Sie die Intensität der Stimulatorausgabe anpassen. Füllen Sie als Nächstes eine Flasche Wasser mit dem Gewicht, das 10% von Fmax entspricht. Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer in einer entspannten, bequemen Position bleibt.

Finden Sie dann die optimale Intensität für die Auslösung einer subTMS-induzierten EMG-Suppression, indem Sie die zuvor festgelegte AMT erfolgreich in Schritten von 2 % MOS verringern. Lassen Sie die Teilnehmer dann einige Übungsversuche durchführen, um die Zieltruppe zu treffen. Lassen Sie den Teilnehmer vier separate isometrische Zeigefinger-Abduktionen bei 10 % Fmax durchführen und zeichnen Sie das EMG-Signal der FDI auf.

Erfassen Sie 40 Studien mit und 40 Studien ohne TMS mit randomisierten ISIs für jede Erkrankung in einer ausgeglichenen Reihenfolge. Verwenden Sie die gleiche zuvor festgelegte optimale Stimulationsintensität. Der Beginn der subTMS-EMG-Suppression ist definiert als der Moment, in dem die Differenz zwischen den Studien mit und denen ohne TMS in einem Zeitfenster von 20 bis 50 Millisekunden nach der TMS für mindestens vier Millisekunden negativ ist.

Um schließlich den gekoppelten Impuls TMS durchzuführen, bewegen Sie die Spule zum Hotspot an M1. Stellen Sie die Intensität am Stimulator, dem ISI, auf 2,5 Millisekunden im Intervall zwischen gekoppelter und Einzelpuls-TMS bei 0,25 Hertz ein. Bitten Sie den Teilnehmer schließlich, vier separate isometrische Zeigefinger-Abduktionen bei 10 % von Fmax durchzuführen und das EMG-Signal der FDI aufzuzeichnen. Während der isometrischen Kontraktion werden 20 TMS-Stimuli für jede Bedingung in einer ausgeglichenen Reihenfolge aufgezeichnet.

Das Ausmaß der intrakortikalen Hemmung mit kurzen Intervallen ist definiert als das Verhältnis zwischen dem Kontroll-MEP-Einzelimpuls und dem konditionierten MEP-Paarimpuls. Die TTF verlängerte sich, wenn die Teilnehmer einen externen statt eines internen Aufmerksamkeitsfokus einnahmen. Da unterschwellige Intensitäten verwendet werden, gibt es keine durch Stimulation induzierten Muskelzuckungen, die die motorische Leistung beeinträchtigen können.

Die Ergebnisse zeigten, dass die subTMS-induzierte EMG-Suppression bei Verwendung eines EF im Vergleich zu einem IF sofort verbessert wurde. Darüber hinaus zeigten die Teilnehmer bei der Einführung einer EF eine stärkere intrakortikale Hemmung mit kurzen Intervallen. Dies stimmt gut mit den subTMS-Ergebnissen überein und deutet darauf hin, dass GABAerge Neuronen, die die intrakortikalen inhibitorischen Schaltkreise bilden, innerhalb des M1 je nach Art des Aufmerksamkeitsfokus unterschiedlich moduliert sind. Einmal gemeistert, kann dieses Protokoll in etwa 90 Minuten durchgeführt werden, wenn es richtig durchgeführt wird.

Beim Versuch des unterschwelligen TMS-Verfahrens ist es wichtig, die richtige Stimulationsintensität einzustellen, um die subTMS-induzierte EMG-Suppression im FDI-Muskel zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es wichtig, durchschnittlich mindestens 40 Versuche mit Stimulation und 40 Versuche ohne Stimulation durchzuführen. Zusätzlich zu den subTMS- und Paired-Pulse-TMS-Protokollen, die die intrakortikale Inhibition innerhalb von M1 messen, können andere Methoden wie die Messung der Surround-Inhibition durchgeführt werden, um zusätzliche Mechanismen aufzudecken, die beteiligt sein könnten, um die Aufgabeneffizienz mit einem externen im Vergleich zu einem internen Fokus zu erhöhen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie subTMS und Paired-Pulse-TMS auf den primären motorischen Kortex anwenden. Diese Methoden können verwendet werden, um den Einfluss verschiedener Aufmerksamkeitsschwerpunkte auf die Aktivität des primären motorischen Kortex zu untersuchen.