Name: Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Erfahren Sie die standardisierte bilaterale Bewertung kortikospinaler Bahnen der Knöchelmuskeln mit navigierter transkranieller Magnetstimulation. Dieses Protokoll ermöglicht präzise und reproduzierbare Messungen bei gesunden Probanden und Schlaganfallpatienten.

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Die Autoren danken Dr. Jesse C. Dean für die Hilfe mit methodischen Entwicklung und Bereitstellung von Feedback auf einen Entwurf des Manuskripts. Diese Arbeit wurde durch eine VA Karriere Entwicklung Award-2 RR & D N0787-W (MGB), eine institutionelle Development Award von der National Institute of General Medical Sciences des NIH unter Grant-Nummer P20-GM109040 (SAK) und P2CHD086844 (SAK) unterstützt. Der Inhalt stellt nicht die Aussicht auf das Department of Veterans Affairs oder Regierung der Vereinigten Staaten dar.

Alle experimentelle Verfahren präsentiert in diesem Protokoll von der örtlichen Institutional Review Board genehmigt worden und sind in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki.
1. Zustimmung Prozeß und Sicherheit Fragebögen
<ol><li>Erklären Sie vor jedem Experiment zu jedem Thema bezüglich der Studie, die wichtigsten experimentellen Verfahren und jede mögliche Risikofaktoren im Zusammenhang mit der Teilnahme an der Studie. Fragen Sie nach Beantwortung von Fragen oder Anliegen, die Themen haben könnten, Themen zu erkennen an der Einwilligung-Prozess und die Einverständniserklärung unterschreiben.</li>
	<li>Verwalten Sie MRI34 und TMS35 Sicherheit-Screening Fragebögen, um die Themen Sicherheit und Qualifikation für MRT und TMS Tests zu gewährleisten. Schließen Sie alle Themen, die alle Sicherheitskriterien von MRI und TMS-Bewertungen nicht erfüllen.</li>
</ol>(2) MRT und Vorbereitung des Systems der Neuronavigation
<ol><li>Die MRI-Bewertung vor der TMS Bewertung32zu verwalten. Haben Sie Themen liegen in Rückenlage mit einem Kissen unter die Knie zu gewährleisten eine bequeme Haltung gelegt. Weisen Sie an, Themen, noch in den Scanner zu halten.<ol>
<li>Bieten Sie Gehörschutz zu den Themen, die laute Geräusche des Scanners zu vermindern. Verwenden Sie bevorzugt Ohrstöpsel über Kapselgehörschutz durch den Einsatz von bilateralen Supratragic Kerbe für Motiv-Bild-Registrierung in der Neuronavigation System (siehe 5.2).</li>
		<li>T1-gewichteten anatomischen Gehirn Bilder mit hoher Auflösung zu erhalten (Mindestanforderungen: 1 mm Schnittstärke und vollständigen Gehirn und zerebelläre Abdeckung), entweder als NFTI oder DICOM-Dateien. Stellen Sie sicher, dass die Nase ist voll in den Bildern aufgrund der Verwendung des Subjekts Nasenspitze für Motiv-Bild-Registrierung im System Neuronavigation enthalten (siehe 5.2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Hochladen Sie MRI-Dateien in eine Neuronavigation System. Co registrieren Sie manuell jedes Thema MRI, vordere und hintere Kommissuren, damit das Thema MRT mit der Montreal Neurological Institute Atlas zugeordnet werden kann.<ol>
<li>Die Haut und das volle krummlinigen Gehirn Modell durch die Anpassung des Begrenzungsrahmens um den Schädel und Gehirn Gewebe bzw. zu rekonstruieren. Vier anatomische Landmarken zu identifizieren (die Nasenspitze Nasion - Brücke der Nase und Supratragic Kerbe an der rechten und linken Ohr) mit der Haut Modell (siehe Abbildung 1A).</li>
		<li>Platzieren Sie ein rechteckiges Raster über Bein motor kortikalen Bereich in jeder Hemisphäre mit der rekonstruierten krummlinigen Gehirn (siehe Abbildung 1 b). Positionieren Sie die zentrierte Zeile des Rasters in der Mitte und über den Gyrus Bein motor kortikalen Bereich wo der kortikospinalen Traktate, die Bein Motor Becken innervieren36stammen. Positionieren Sie die mediale Spalte des Rasters parallel und angrenzend an der medialen Wand der ipsilateralen Hemisphäre.</li>
		<li>Verwenden Sie einen Kortex-basierten Ansatz in dem Fehler in der Ausrichtung hat einen vernachlässigbaren Effekt auf die Stimulation Seite37 statt mit einem Ziel Kopfhaut-basierten Ansatz in dem eine fehlerhafte Ausrichtung die Stimulation Website verändern kann. Verwenden Sie dieses Raster, um den Hotspot zu finden. Für motor-Mapping verwenden größere Raster entweder durch Hinzufügen von mehr Spots und/oder Vergrößerung des Abstandes zwischen den Spots (z. B. 10 mm).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Thema Vorbereitung und Platzierung
<ol><li>Messen Sie die elektrophysiologischen Reaktionen durch Einzelimpuls TMS mit insgesamt 4 Oberflächen-EMG-Elektroden. Verwenden Sie für die Vorbereitung und Platzierung der Elektroden veröffentlichten Richtlinien38,39 und Platzierung abzuschließen, während das Motiv in eine stehende Position befindet.<ol>
<li>Bereiten Sie den Bereich, über dem jede Elektrode durch Rasieren und leicht Peeling alle abgestorbenen Hautzellen und Öle mit Alkoholtupfer platziert werden würde. Achtung: Bei den Fächern auf Blutverdünner (z. B. Menschen nach Schlaganfall) Vorsicht während der Vorbereitung der Haut durch das potenzielle Risiko von Blutungen.</li>
		<li>Befestigen Sie die Elektroden bilateral auf TA. Während in stehender Position, Fragen Sie, Themen, heben Sie die Zehen nach oben und legen Sie dann die Elektrode an das obere Drittel der Linie zwischen dem Kopf der Fibula und medialen Malleolus (d.h. Muskel Bauch sofort seitlich an der Tibia Crest).</li>
		<li>Befestigen Sie die Elektroden bilateral auf SOL. Während in der Stehposition bitten Sie das Thema Ferse heben und legen Sie dann die Elektrode in das untere Drittel der Strecke zwischen der femoralen lateralen Kondylus und seitlichen Malleolus.</li>
		<li>Befestigen Sie die Boden passive Bezugselektrode entweder auf die Kniescheibe oder seitlichen Malleolus. Je nach der EMG-Aufnahmeeinheit platzieren Sie die Boden-Elektroden entweder bilateral oder einseitig.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Testen Sie der Elektroden Platzierung und Qualität des Signals.<ol>
<li>Testen Sie die Elektroden Platzierung (z. B. für klare visuell erkennbaren EMG-Bursts) mit der Frage der Gegenstand entweder Dorsiflex oder Plantarflex der Knöchel in aufrechter Haltung während der Anzeige der Roh-EMG-Signals aller Muskeln getestet auf einem Computerbildschirm. Im Falle einer falschen Elektrode entfernen Sie und ersetzen Sie es bis gibt es klare visuell erkennbaren EMG platzt mit minimalem Rauschen. Eine ausreichende Signal Rauschabstand ist entscheidend bei der Aufdeckung von eine motorische Reaktion (> 50 µV).</li>
		<li>Testen Sie die Qualität des Signals (z. B. für Baseline Noise) durch die Entladung der TMS-Einheiten für ein paar Mal während die TMS Spule vom sitzenden Motiv und mit den Muskeln in Ruhe gehalten wird. Prüfen Sie, ob die Grundlinie Signal für jeden Kanal EMG nahe Null (d. h. die Spitze-Spitze-Amplitude sollte weniger als 50 µV und gibt es keine Basislinie Geräusche, wie z. B. 50 oder 60 Hz Netzbrummen). Grundlinie Lärm in einen Kanal vorhanden ist, entfernen Sie die entsprechenden Elektrode und wiederholen Sie Haut Vorbereitung Verfahren. Wenn das Geräusch noch vorhanden ist (d. h. Spitze-Spitze-Amplitude > 50 µV), richten Sie die Bezugselektrode und ersetzen das Elektrolyt-Gel.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Alle Elektroden mit leichten Schaum vor-wickeln Klebeband zu sichern. In regelmäßigen Abständen während des Experiments, stellen Sie sicher, dass Elektroden fest angeschlossen sind und dass hat das Signal eine gute Qualität.</li>
	<li>Sitzen Sie das Thema in einem Stuhl. Konsequente Füße Platzierung über Themen, sichere beide Füße in Wanderschuhen (d. h. Knöchel-Fuß-Orthese), die es den Knöchel ROM an einer bestimmten Position angepasst werden und bieten Widerstand ermöglichen während der TVA Tests zu gewährleisten. Passen Sie die Hüft- und Kniegelenke Winkel zum Thema Unannehmlichkeiten zu vermeiden. Weisen Sie das Thema, während das Experiment zu halten. Verwenden erholend Stirn angeschlossen an den Stuhl, Themen noch während TMS Anwendung zu halten, falls vorhanden.</li>
</ol>(4) TVA testen
<ol><li>Bestimmen Sie auf bilateraler Ebene maximale freiwillige isometrische Kontraktion (MVIC) der jeden Muskel. Für jede Bewegung (d. h. Dorsalflexion und Plantarflexion) anweisen, Themen, maximal den kontralateralen untersuchten Muskel (z. B. richtige TA) 4 Mal Vertrag (~ 5 s Kontraktionen getrennt durch 60 s Rest) sitzend Subjekt in der Körperhaltung wie oben beschrieben.</li>
	<li>Berechnen Sie den maximalen Muskel Aktivität Wert während jedes MVIC (d. h. im Durchschnitt innerhalb von 100 ms Fenster zentriert um die maximale geschliffenen und geglättete EMG) der letzten drei Versuche, den Durchschnitt der drei Werte, und die 15 ± 5 % von jeder Muskel ist durchschnittliche MVIC. Vorsicht: Größere a% MVIC kann verwendet werden, aber es möglicherweise nicht durchführbar in klinischer Kohorten (z. B. Menschen nach Schlaganfall).</li>
</ol>5. Registrierung im System der Neuronavigation
<ol><li>Den Thema Tracker, entweder ein Stirnband oder eine Brille, mit reflektierenden Markierungen auf dem Kopf auf der gegenüberliegenden Seite der stimulierten Hemisphäre also der Tracker nicht behindert Positionierung der Spule während der Stimulation der einzelnen Raster Spot zu platzieren. Achtung: Im Fall, dass eine Stirnband verwendet wird, sicherzustellen Sie, dass es zu dem Thema behaglich, Kopf, noch nicht allzu eng da es nach längerer Zeit Kopfschmerzen verursachen kann.</li>
	<li>Überprüfen Sie die korrekte Position der Motion-Capture-Kamera, indem man das Thema Tracker, der Zeiger und die Spule-Tracker in seiner Gefangennahme Volumen. Führen Sie die Thema-Bild-Registrierung indem Sie die Spitze des Zeigers auf die 4 anatomische Landmaks (siehe Abbildung 1A).</li>
	<li>Sobald alle anatomische Landmarken abgetastet werden, überprüfen Sie, ob die Registrierung genau aufgetreten ist, indem Sie die Spitze des Zeigers auf mehrere Spots über das Thema Schädel (d. h. Validierung Phase). Wenn der Abstand von der Spitze des Zeigers auf der rekonstruierten Haut weniger als 3 mm ist, fahren Sie mit TMS-Experiment; Ansonsten wiederholen Sie Thema-Bild-Registrierung, bis die gewünschte Fehlerwerte gewonnen werden. Während des Experiments zog wiederholte Registrierung ist der Thema Tracker versehentlich.</li>
</ol>6. TMS
<ol><li>Verwenden Sie die gleichen methodischen Parameter, während der Rest und TVA.<ol>
<li>Einzelimpuls Reize auf den optimalen Standort (z.B. Hot-Spot, siehe nächsten Abschnitt für weitere Details) des untersuchten Muskels auftragen. Wenden Sie jeder Reiz zufällig alle 5-10 s Reiz Antizipation zu vermeiden und zur Minimierung der Auswirkungen der Verschleppung des vorherigen Pulses auf die nachfolgenden ein40 an</li>
		<li>Im Fall legen, dass zwei TMS Einheiten gleichzeitig verwendet werden, Sie die Einheiten entweder standard oder gleichzeitige Modus41. Im Standardmodus gilt einen schwächeren Impuls als eine Einheit, während der gleichzeitigen Modus einen stärkeren Impuls als eine Einheit gilt. Die Verwendung einer könnte auf die Bedürfnisse des Protokolls und die Gesamtzahl der Reize beruhen.</li>
		<li>Verwenden Sie eine Doppelkegel-Spule, um einen Posteroanterior intrakranielle Strom zu induzieren. Falls erforderlich, Neuronavigation System verwenden, um die Spule manuell steuern und korrekt seine Position in Bezug auf die gewünschte stimuliert spot vor jedem Reiz.</li>
		<li>Über Sitzungen und Themen zufällig die Reihenfolge von den untersuchten Muskel und Hemisphäre. Immer verwalten Sie die TVA-Zustand nach der Rest-Bedingung zu Störungen beim Testen in Ruhe (z. B. Müdigkeit von der absteigenden Bahnen wegen der TVA Tests) zu vermeiden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Der Hot Spot der beiden Muskeln bilateral zu bestimmen.<ol>
<li>Die überschwelligen Intensität, die bei der Hot-Spot-Jagd verwendet wird, durch die Anwendung eines einzigen Reizes über die zentrierte Stelle neben der interhemisphärischen Fissur zu finden (siehe blaue und rote Quadrate in Abbildung 1 b). Verwenden Sie diesen Ort, weil es befindet sich am Ort der Bein Motorinnenraum36,42.</li>
		<li>Starten Sie bei niedriger Intensität (z. B. 30 % maximale Stimulator Ausgang; MSO) und erhöhen Sie langsam die TMS-Intensität von 5 %-Schritten, bis der Intensität erreichen, die ein motor evozierten Potentiale (MEP) entlockt mit einer Spitze-Spitze-Amplitude größer als 50 µV in allen kontralateralen untersuchten Muskeln nach 3 aufeinanderfolgenden Impulsen.</li>
		<li>Bestimmen unmittelbar nach jedem Impuls, ob ein Abgeordneter hervorgerufen wurden anhand der rohen Wellenformen und Spitze-Spitze-Amplitude (Suchfenster: 20-60 ms Post-TMS Beginn) aller untersuchten Muskeln.</li>
		<li>Anwenden einer TMS Impuls an jeder Stelle des Rasters (insgesamt 36 Stimuli). Nach der Fertigstellung des Hot-Spot-Protokolls die Amplitude und Latenz Werte von jedem Fleck für alle kontralateralen Muskeln in einer Tabelle und sortieren Amplitude von hoch zu niedrig und Latenz übertragen von niedrig bis hoch. Der Hot Spot der kontralateralen TA und SOL als Standort im Raster mit der größten Amplitude und die kürzeste Latenz43zu identifizieren. Achtung: Wenn die größte Amplitude und kürzeste Latenz nicht an der gleichen Stelle sind, definieren Sie die Hot-Spot mit der größten Amplitude.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bestimmen Sie bilateral, dass jeder Muskel der motorischen Schwelle (RMT) ruht.<ol>
<li>Wählen Sie Raster vor Ort in die Neuronavigation-System, das zu den untersuchten Muskel-Hot-Spot entspricht.</li>
		<li>Verwenden Sie eine adaptive Schwelle Jagdmethode für RMT Bestimmung der untersuchten Muskeln44. Legen Sie die Anfangsgröße Intensität und Schritt bei 45 und 6 % MSO, bzw.32. Führen Sie die RMT Jagd zweimal für jeden Muskel und verwenden im Durchschnitt für die anschließende Prüfung der CMR.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bewerten Sie bilateral TA und SOL CMR Verlauf.<ol>
<li>Wählen Sie Raster vor Ort in die Neuronavigation-System, das zu den untersuchten Muskel-Hot-Spot entspricht. Gelten Sie 10 Einzelimpulse TMS bei 1,2 RMT der untersuchten Muskeln.</li>
		<li>Weisen Sie vor jeder Reiz an, das Thema noch bleiben und entspannen die untersuchten Muskeln bilateral und überwachen die Aktivitäten aller Muskeln mit einer Real-Time visuelles Feedback anzeigen auf einem Computerbildschirm. Für den Fall, dass jeder Muskel vor oder nach dem TMS aktiv ist, diese Prüfung zu verwerfen und eine zusätzliche Einzelimpuls gelten. Wiederholen Sie bis 10 Wellenformen für jeden kontralateralen untersuchten Muskel im Ruhezustand gesammelt worden sind.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Beurteilen Sie die TA und SOL CMR bei TVA bilateral.<ol>
<li>Wählen Sie Raster vor Ort in die Neuronavigation-System, das zu den untersuchten Muskel-Hot-Spot entspricht.</li>
		<li>Fragen, Themen zu den untersuchten Muskel auf 15 ± 5 % Vertrag MVIC und gelten 10 Einzelimpulse TMS bei 1,2 RMT. Anweisen, Themen die geglättete gleitenden Linie zu halten (Root-Mean-Square-Amplitude von 0,165 s) des untersuchten Muskels, TA oder SOL, innerhalb der zwei horizontale Cursor (MVIC Bereich: 15 ± 5 %) und diese Kontraktion auf dieser Ebene einige Sekunden lang aufrechtzuerhalten.</li>
		<li>Wenn TA den untersuchten Muskel ist, Fragen Sie, Themen, etwas gegen die Stiefelriemen am kontralateralen Bein (d.h. das Bein mit den untersuchten Muskel kontralateralen Hemisphäre angeregt) zu ziehen. Wenn SOL den untersuchten Muskel ist, Fragen Sie, Themen, etwas gegen das Boot auf das kontralaterale Bein nach unten drücken.</li>
		<li>Überwachen Sie die Muskelaktivität des aktiven untersuchten Muskels und die verbleibenden ruhende Muskeln mit einer Real-Time visuelles Feedback auf einem Computerbildschirm angezeigt. Verwerfen Sie dieser Reiz zu und wenden Sie eine zusätzliche Einzelimpuls erneut an, für den Fall, dass die untersuchten Muskelaktivität ist entweder unterhalb oder oberhalb des festgelegten Bereichs oder jeder andere Muskel aktiviert ist. Sammle 10 Prüfungen während der untersuchte Muskel an die vorgegebenen Bereichs aktiviert ist.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. die Datenanalyse
<ol><li>Für alle CMR Maßnahmen außer RMT, berechnen Sie den Wert für jede Messgröße aus jeder MEP-Sweep (die Gesamtdauer sollte mindestens 500 ms mit mindestens 100 ms-Pre-Impuls-Dauer) für alle Muskeln und dann diese 10 Durchschnittswerte um einen einzigen Wert erhalten (d.h. bedeuten)32. Amplitude und kortikalen Ruhephase (CSP) sind Proxy-Erregbarkeit Maßnahmen der CMR, während Latenz eine Messgröße für die Konnektivität der CMR ist. Normalisieren Sie für Erholung und TVA, Latenz im Vergleich zu jedem Thema Höhe wie Latenz durch Abstand zu den untersuchten Muskel45beeinflusst wird.</li>
	<li>MEP-Amplitude und Latenz zu berechnen, während der Rest.<ol>
<li>Berechnen Sie Amplitude (µV) aus der rohen EMG als der größte Unterschied zwischen positiven und negativen Peaks (d. h. Spitze-Spitze) des MEP. Diese zwei bestimmten Muskeln suchen Sie Peak to Peak innerhalb eines Zeitfensters von 20-60 ms nach TMS einsetzen. Achtung: Obwohl die MEP-Suchfenster von 20-60 ms kann für neurologisch intakten Themen arbeiten und Menschen nach Schlaganfall, breiter MEP Suchfenster (z. B. 20-75 ms) möglicherweise erforderlich, für andere neurologischen Populationen (z. B. Multiple Sklerose).</li>
		<li>Latenz (ms) aus der gleichgerichteten EMG zu berechnen, als die Zeit zwischen Beginn der TMS und MEP Beginn (d. h. die Zeit, wann eine gleichgerichtete EMG Spur zuerst, kreuzt einen vorgegebenen Grenzwert - meine plus drei Standardabweichungen von 100 ms Pre Reiz EMG)32 , 46.</li>
	</ol>
</li>
	<li>MEP-Amplitude, Latenz und CSP während der TVA zu berechnen.<ol>
<li>Berechnen Sie Amplitude (µV) aus der rohen EMG als der größte Unterschied zwischen positiven und negativen Peaks (d. h. Spitze-Spitze) des MEP. Diese zwei bestimmten Muskeln suchen Sie Peak to Peak innerhalb eines Zeitfensters von 20-60 ms nach TMS einsetzen.</li>
		<li>Berechnen Sie Latenz (ms) aus der gleichgerichteten EMG, als die Zeit zwischen Beginn der TMS und MEP auftreten.<ol>
<li>Berechnen Sie die MEP-Ausbruch anders im TVA als im Rest. MEP-Beginn und Offset berechnen zu finden, die zwei Mal Punkten, dass die gleichgerichtete EMG-Ablaufverfolgung die vorgegebenen Schwellenwert auf das Niveau von 100 ms Pre Reiz kreuzt meinen EMG. Dann finden die Gipfel, die zumindest größer als der Mittelwert der Pre-Reiz-EMG plus drei Standardabweichungen und zwischen diesen beiden Zeitpunkten. Suchen Sie dann vom ersten Gipfel auf 50 Datenpunkte (Sampling-Rate von 5000 Hz) vor diesem Höhepunkt für die Zeit, dass die gleichgerichtete EMG-Ablaufverfolgung zuerst die Schwelle der mittlere Pre Reiz EMG überschreitet. Definieren Sie damals als die MEP Beginn32.</li>
		</ol>
</li>
		<li>CSP (ms) aus der gleichgerichteten EMG zu berechnen, als die Zeit zwischen den MEP Versatz und die EMG-Wiederaufnahme (d. h. absolute CSP: Ausschluss von MEP Dauer)47. Vom letzten Gipfel auf 200 Datenpunkte (Sampling-Rate von 5000 Hz) nach diesem Höhepunkt für die Zeit, dass die gleichgerichtete EMG-Ablaufverfolgung zuletzt die mittlere Pre Reiz EMG Schwellenwertes suchen; definieren Sie damals als der MEP-Offset. Dann berechnen Sie die Wiederaufnahme der Grundlinie EMG, das ist die Zeit, dass die gleichgerichtete EMG-Ablaufverfolgung letzten 25 % der mittleren Pre Reiz EMG32kreuzt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Angesichts der aufkommenden Interesse an wie der motorische Kortex zur Motorsteuerung der Beinmuskulatur bei dynamischen Aufgaben in verschiedenen Kohorten beiträgt, wird eine standardisierte TMS-Protokoll, die beschreibt die gründliche Bewertung dieser Muskeln benötigt. Also, zum ersten Mal dieses Protokolls bietet standardisierte methodische Verfahren auf bilateralen Bewertung der beiden Knöchel antagonistischen Muskeln, SOL und TA, während zwei Muskel Staaten (Rest und TVA) mit einem Einzelimpuls TMS mit Neuronavigati...

M. Tibialis anterior (TA) und Soleus (SOL) sind Knöchel antagonistischen Muskeln befindet sich im vorderen und hinteren Abteil des Unterschenkels, beziehungsweise. Beide Muskeln sind Uniarticular, während die Hauptfunktion des TA und SOL, Dorsiflex und Plantarflex die Sprunggelenke Gelenk bzw.1. Darüber hinaus ist TA funktioneller für lange Muskel Ausflüge und weniger wichtig für die Produktion der Kraft, während SOL eine Antigravitation Muskel entwickelt, um hohe Kraft mit kleinen Ausflug der Muskel2zu erzeugen. Beide Muskeln sind während der aufrechte Körperhaltung und dynamische Aufgaben (z. B. walking)3,4besonders relevant. Über neuronale Kontrolle erhalten die Motoneuron-Pools der beiden Muskeln neuronale Laufwerk aus dem Gehirn über die absteigenden Bahnen5,6, neben unterschiedlicher sensorischen Antrieb Motor.
Der Hauptmotor absteigender Weg ist des kortikospinalen Trakts, die stammt aus der primären, prämotorischen und zusätzlichen motorischen Areale und endet in der spinal Motoneuron Becken7,8. Beim Menschen kann der Funktionszustand des dieses Traktat (Corticomotor Response - CMR) durchaus realistisch mit der transkraniellen Magnetstimulation (TMS), eine nicht-invasive Gehirn Stimulation Werkzeug9,10bewertet werden. Seit der Einführung der TMS und angesichts ihrer funktionellen Bedeutung während aufrechter Körperhaltung Aufgabe und walking sind CMR von TA und SOL in verschiedenen Kohorten und Aufgaben11,12,13,14 untersucht worden ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .
Im Gegensatz zu der Bewertung der CMR in Muskeln der oberen Extremitäten33entstand kein universal TMS-Protokoll für die Beurteilung der CMR in den Muskeln der unteren Extremitäten. Aufgrund des Fehlens von einer etablierten Protokoll und die große methodische Variabilität über die früheren Studien (z. B. Art der Spule, Nutzung der Neuronavigation, der tonische Aktivierung, Test Seite und Muskel, verwenden und Berechnung der CMR misst, etc.. ), die Interpretation der Ergebnisse in Studien und Kohorten können umständlich, kompliziert und ungenau. Da die Maßnahmen in verschiedenen motorischen Aufgaben funktional relevant sind, ermöglicht eine etablierte TMS protokollspezifisch zu senken Sie Extremität CMR Bewertung motor Neurowissenschaftler und Reha-Wissenschaftler das CMR in diesen Muskeln über systematisch zu bewerten Sitzungen und verschiedenen Kohorten.
Daher ist das Ziel dieses Protokolls, die bilateralen Bewertung der TA und SOL CMR mit einzelnen Impuls TMS und Neuronavigation System zu beschreiben. Dieses Protokoll soll im Gegensatz zu früheren Arbeiten der Maximierung der Strenge der experimentellen Verfahren, Datenerfassung und Datenanalyse durch den Einsatz von methodischer Faktoren, die die Gültigkeit und Dauer des Experiments zu optimieren und standardisieren die CMR Bewertung von diesen beiden Muskeln der unteren Extremität. Angesichts der Tatsache, dass die CMR eines Muskels hängt davon ab, ob der Muskel ist völlig entspannt oder teilweise aktiviert, beschreibt dieses Protokoll, wie die TA und SOL CMR während der Rest und Tonic freiwillige Aktivierung (TVA) bewertet werden kann. Den folgenden Abschnitten werden gründlich dieses Protokolls werden. Zu guter Letzt werden repräsentative Daten vorgestellt und diskutiert werden. Das hier beschriebene Protokoll wird im Charalambous Et Al. 201832daraus abgeleitet.

<table><tbody><tr><td>2 Magstim-Stimulatoren (Bistim-Modul)</td><td>The Magstim Company Limited; Whitland, UK</td><td></td><td>Wird verwendet, um bilaterale motorisch evozierte Potentiale im Musculus tibialis, anterior und soleus hervorzurufen.</td></tr><tr><td>Adaptive Parameterschätzung durch sequentielle Tests (PEST) für TMS</td><td>http://www.clinicalresearcher.org/software.htm</td><td></td><td>Wird zur Bestimmung motorischer Schwellenwerte verwendet.</td></tr><tr><td>Verstärker</td><td>Motion Lab Systeme; Baton Rouge, LN, USA</td><td>MA-300</td><td>Wird zur Verstärkung von EMG-Daten verwendet.</td></tr><tr><td>Data Aqcuisition Unit</td><td>Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA</td><td>Micro 1401</td><td>Wird zum Analysieren von EMG-Daten verwendet.</td></tr><tr><td>Doppelkegelspule</td><td>The Magstim Company Limited; Whitland, UK</td><td>PN: 9902AP</td><td>Wird verwendet, um bilaterale motorisch evozierte Potentiale im Musculus tibialis anterior und soleus hervorzurufen.</td></tr><tr><td>Polaris</td><td>Northen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, Kanada</td><td></td><td>Wird verwendet, um die reflektierenden Marker zu verfolgen, die sich auf dem Motiv-Tracker und dem Spulen-Tracker befinden.</td></tr><tr><td>Signal</td><td>Cambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UK</td><td>Version 6</td><td>Wird verwendet, um motorisch evozierte Potentiale während Ruhe und TVA zu sammeln.</td></tr><tr><td>EMG-Elektroden mit einfacher doppelter Differentialoberfläche</td><td>, Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA</td><td>MA-411</td><td>Wird zum Aufzeichnen von EMG-Signalen verwendet.</td></tr><tr><td>TMS Rahmenloses Stereotaxie-Neuronavigationssystem</td><td>Brainsight 3, Rouge Research, Montreal, Kanada</td><td></td><td>Wird verwendet, um die Spulenposition während der TMS-Bewertung zu navigieren.</td></tr><tr><td>Wanderschuh</td><td>Mountainside Medical Equipment, Marcy, NY</td><td></td><td>Wird zur Stabilisierung des Sprunggelenks verwendet.</td></tr></tbody></table>

bilateralen bewertung der kortikospinalen bahnen der knöchel muskeln mit navigierte transkranielle magnetstimulation

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

Distal Beinmuskeln erhalten neuronalen Input von motorischen kortikale Areale über des kortikospinalen Trakts, die motorischen absteigenden Hauptweg beim Menschen zählt und mit Hilfe der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) beurteilt werden können. Angesichts der Rolle der distalen Beinmuskulatur in aufrechten Haltungs- und dynamische Aufgaben, wie walking, ist ein wachsendes Forschungsinteresse bei der Beurteilung und Modulation der kortikospinalen Traktate bezogen auf die Funktion dieser Muskeln in den letzten zehn Jahren entstanden. Allerdings haben methodische Parameter in früheren Arbeiten über Studien, so dass die Interpretation der Ergebnisse von Querschnitts- und longitudinale Studien weniger robust variiert. Daher ermöglicht die Verwendung eines standardisierten TMS-Protokolls, die spezifisch für die Beurteilung der Beinmuskulatur Corticomotor Reaktion (CMR) zum direkten Vergleich der Ergebnisse über Studien und Kohorten. Das Ziel dieses Papiers ist ein Protokoll zu präsentieren, das bietet die Flexibilität, um gleichzeitig die bilateralen CMR der zwei wichtigsten Knöchel antagonistischen Muskeln, die Tibialis anterior und Soleus, mit einzelnen Impuls TMS mit einem Neuronavigation System bewerten. Dieses Protokoll gilt, während die untersuchte Muskel ist entweder vollständig entspannt oder isometrisch an einen bestimmten Prozentsatz der maximalen isometrischen freiwillige Kontraktion vertraglich. Mit jedem Fach strukturellen MRT mit der Neuronavigation-System sorgt für genaue und präzise Positionierung der Spule über das Bein kortikale Repräsentationen während der Bewertung. Die Inkonsistenz im CMR abgeleiteten Maßnahmen gegeben, beschreibt dieses Protokoll auch eine standardisierte Berechnung dieser Maßnahmen mit automatisierten Algorithmen. Obwohl dieses Protokoll nicht während aufrechter Körperhaltung oder dynamische Aufgaben durchgeführt wird, es lässt sich bilateral jedes Paar der Beinmuskulatur, antagonistischen oder synergistische bei neurologisch intakten und beeinträchtigte Personen zu beurteilen.

Abbildungen 2-4 präsentieren Daten von einem repräsentativen neurologisch intakten 31 Jahre alten Mann mit Größe und Gewicht von 178 cm und 83 kg, jeweils.
Abbildung 2 zeigt die bilateralen Hot Spots und RMT jeden Muskel Knöchel. Vor Ort befinden sich auf der Mitte des Bereichs Bein in jeder Hemisphäre (siehe Kästchen in Abb. 1 b), die Intensität von 45 % MSO bilateral für die Jagd auf Hot-Spot verwendet wurde. Der Hotspot-Standort für jeden M...

Dieses Protokoll beschreibt die gleichzeitige, bilateralen Bewertung der Corticomotor Reaktion des m. Tibialis anterior und Soleus während der Rest und Tonic freiwillige Aktivierung mit einem Einzelimpuls Transcranial magnetische Anregung und neuronavigation System.

Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Dieses Protokoll ist von entscheidender Bedeutung, da es einen Ansatz mit einer sehr schwierigen Aufgabe standardisiert, motorisch evozierte Potenziale in den distalen Muskeln der unteren Extremität zu erkennen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie die Literatur konsolidiert, die mit der Stimulation der unteren Extremität verbunden ist, die sich oft nur auf das tibialis anterior konzentriert und eine Vielzahl von Techniken verwendet. Wir haben diese Technik bei neurologischen gesunden Personen sowie bei Personen mit Schlaganfall untersucht.Die Bedeutung der Technik liegt jedoch in der Standardisierung von Bewertungen niedrigerer Extremitäten. Die Technik ermöglicht die Möglichkeit, die Lücken in unserem Verständnis der Motorsteuerung während des Ganges zu identifizieren und besucht die Forschung, die die Kontrolle von Störfaktoren nicht erlaubte. Demonstriert wird das Verfahren von John Kindred, PhD, einem Postdoktoranden, und Brian Cence, einem Forschungskoordinator, beide aus unserem Forschungslabor.Beginnen Sie mit dem Hochladen der MRT-Dateien des Motivs in ein Neuronavigationssystem. Dann registrieren Sie das MRT manuell in vordere und hintere Kommunikation, so dass der Montreal Neurological Institute Atlas verwendet werden kann. Als nächstes rekonstruieren Sie die Haut und das vollständige kurvige Gehirnmodell, indem Sie den Begrenzungsrahmen um den Schädel und das Hirngewebe anpassen.Identifizieren Sie vier anatomische Landmarken mit dem Hautmodell, einschließlich der Nasenspitze, der Nasion und der supratragischen Kerbe des rechten und linken Ohrs. Platzieren Sie nun ein rechteckiges Gitter über dem Beinmotorbereich in jeder Hemisphäre. Positionieren Sie die zentrierte Reihe des Gitters in der Mitte und über dem Gyrus des Beinmotorkortikbereichs.Positionieren Sie dann die mediale Spalte des Rasters parallel und angrenzend an die mediale Wand der ipsilateralen Hemisphäre. Dieses Raster wird verwendet, um den Hotspot zu finden. Verwenden Sie für die Motorzuordnung größere Raster, indem Sie entweder mehr Spots hinzufügen oder den Abstand zwischen den Spots nach Bedarf vergrößern.Führen Sie Platzierungen von Elektroden durch, während sich das Motiv in einer stehenden Position befindet. Bereiten Sie zunächst die Bereiche vor, in denen jede Elektrode durch erste Rasur und dann leicht esbende Hautzellen und Öle mit Alkoholtupfern platziert wird. Als nächstes bitten Sie das Subjekt, ihre Zehen nach oben zu heben und dann die Elektrode im oberen Drittel der Linie zwischen dem Kopf der Fibel und medialem Malleolus zu platzieren.Tun Sie dies bilateral für die Platzierung auf dem tibialis anterior. Befestigen Sie nun Elektroden bilateral am seitlichen Sohle. Bitten Sie das Subjekt, die Ferse zu heben und dann die Elektrode im unteren Drittel der Linie zwischen dem seitlichen Femoral-Kondyle und dem seitlichen Malleolus unterhalb des Magen-Darm-Muskelbauchs zu platzieren.Befestigen Sie die Bodenreferenz-Passivelektrode entweder an der Patella oder seitlichem Malleolus bilateral oder einseitig, je nach verwendeter EMG-Erfassungseinheit. Testen Sie die Elektrodenplatzierung, indem Sie das Subjekt bitten, den Knöchel entweder zu dorsiflex oder plantarflex in einer aufrechten Haltung zu machen, während das rohe EMG-Signal aller auf einem Computerbildschirm getesteten Muskeln angezeigt wird. Wenn eine Elektrode verlegt ist, entfernen und ersetzen Sie sie, bis klar erkennbare EMG-Bursts mit minimalem Hintergrundrauschen zu sehen sind.Dann, mit dem Subjekt sitzen mit ihren Muskeln in Ruhe, testen Sie die Signalqualität durch Dasauflösen ein paar TMS Impulse, während die Spule vom Motiv ferngehalten wird. Der wichtigste Schritt in dieser Technik ist die Überprüfung, ob das EMG-Signal so frei von Rauschen wie möglich ist. Wenn dies nicht angemessen geschieht, ist die Datenanalyse unglaublich schwierig.Überprüfen Sie als Nächstes, ob das Basissignal für jeden EMG-Kanal nahe Null liegt. Wenn In einem Kanal Geräusche vorhanden sind, entfernen Sie die entsprechende Elektrode und wiederholen Sie die Hautvorbereitungsverfahren. Wenn das Geräusch noch vorhanden ist, stellen Sie die Position der Referenzelektrode ein und ersetzen Sie das Elektrolytgel.Sobald ein gutes Signal überprüft ist, wickeln Sie alle Elektroden mit leichtem Schaumstoff-Vorwickelband, um sie an Ort und Stelle zu halten und Bewegungsartefakt aus dem EMG zu reduzieren. Setzen Sie das Motiv nun in einen Stuhl und sichern Sie, um eine gleichmäßige Fußplatzierung über die Probanden hinweg zu gewährleisten, beide Füße in Wanderstiefeln, die es ermöglichen, den Bewegungsbereich des Knöchels an eine bestimmte Position anzupassen und widerstanden während der freiwilligen Arbeit zu gewährleisten. Passen Sie außerdem sowohl Hüft- als auch Kniewinkel an, um Beschwerden zu vermeiden, und weisen Sie das Motiv an, während des gesamten Experiments still zu bleiben.Beginnen Sie mit den freiwilligen Aktivierungstests, indem Sie zunächst die maximale freiwillige isometrische Kontraktion jedes Muskels bilateral bestimmen. Für jede Bewegung, instrukieren Sie das Subjekt maximal kontralateral untersucht Muskel viermal. Überprüfen Sie als Nächstes die Position der Motion Capture-Kamera, indem Sie den Motiv-Tracker, den Zeiger und den Coil-Tracker in seinem Erfassungsvolumenbereich platzieren.Führen Sie dann die Betreffbildregistrierung durch, indem Sie die Spitze des Zeigers auf die vier anatomischen Landmarken platzieren. Bestimmen Sie nun den Hot Spot beider Muskeln bilateral. Zuerst finden Sie die suprathreshold Intensität, indem Sie einen einzigen Stimulus über den zentrierten Punkt neben der interhemisphärischen Spalte anwenden.Als nächstes beginnen Sie mit niedriger Intensität und erhöhen Sie allmählich die TMS-Intensität um fünf Prozent-Schritte, bis sie eine Intensität erreicht, die ein motorisch evoziertes Potential mit einer Spitzenamplitude von mehr als 50 Mikrovolt in allen kontralateral untersuchten Muskeln oder drei aufeinander folgenden Reizen und Wiederholung für jeden Muskel auslöst. Wenden Sie einen TMS-Impuls an jedem Punkt des Rasters an. Übertragen Sie dann die Amplitudenwerte jedes Spots für alle kontralateralen Muskeln in einer Kalkulationstabelle und sortieren Amplitude von hoch nach niedrig.Identifizieren Sie den Hotspot der kontralateralen Tibialis-Anterior- und Soleusmuskulatur als Einen Standort im Raster mit der größten Amplitude und der kürzesten Latenz. Wählen Sie den Rasterfleck im Neuronavigationssystem aus, der einem der Hotspots des Muskels entspricht. Legen Sie als Nächstes die anfängliche Intensität und Schrittgröße auf 45 und sechs Prozent maximale Stimulatorleistung fest.Verwenden Sie dann eine adaptive Schwellenwertjagdmethode für die Bestimmung der Ruhemotorschwelle. Tun Sie dies zweimal für jeden Muskel und verwenden Sie den Durchschnitt für die Solangequent corticomotor Response Bewertung. Um nun die bilaterale kortikomotorische Reaktion während der Ruhezeit zu bewerten, wählen Sie den Rasterfleck im Neuronavigationssystem aus, der dem Hot Spot des untersuchten Muskels entspricht.Vor jedem Stimulus, weisen Sie das Subjekt still zu bleiben und entspannen Sie die untersuchten Muskeln bilateral und überwachen Sie die Aktivität aller Muskeln mit einem Echtzeit visuellen Feedback. Tragen Sie zehn einzelne TMS-Impulse bei 120% der Ruhemotorschwelle des untersuchten Muskels auf. Wenn ein Muskel vor oder nach dem TMS aktiv ist, verwerfen Sie diese Studie und wenden Sie einen zusätzlichen Einzelpuls an.Wiederholen Sie dies, bis 10 Wellenformen für jeden kontralateral untersuchten Muskel im Ruhezustand gesammelt wurden. Als nächstes bewerten Sie die kortizmotorische Reaktion während der freiwilligen Aktivierung bilateral. Wählen Sie die gleichen Rasterpunkte im Neuronavigationssystem aus, die während der Ruhebedingungen verwendet wurden.Bitten Sie die Probanden, den untersuchten Muskel bei ca. 15% maximalem Muskelaktivitätswert zu beauftragen und 10 einzelne TMS-Impulse bei 120% der Ruhemotorschwelle anzuwenden. Bitten Sie sie, die angezeigte glatte bewegliche Linie des untersuchten Muskels innerhalb der beiden horizontalen Cursor zu halten und diese Kontraktion auf diesem Niveau für ein paar Sekunden aufrechtzuerhalten. Wenn tibialis anterior der untersuchte Muskel ist, bitten Sie die Probanden, leicht gegen die Stiefelriemen für das Bein kontralateral zu stimulierte Hemisphäre zu ziehen.Wenn Soleus der untersuchte Muskel ist, bitten Sie die Probanden, leicht gegen den Stiefel am kontralateralen Bein zu drücken. Überwachen Sie die Muskelaktivität der aktiven und ruhenden Muskeln mit Echtzeit-visuellem Feedback. Wenn die Aktivität des untersuchten Muskels unter oder über dem vorgegebenen Bereich liegt oder wenn ein anderer Muskel aktiviert ist, verwerfen Sie den Reiz und wenden Sie einen zusätzlichen Einzelpuls an.Sammeln Sie 10 Versuche, während der untersuchte Muskel im vorgegebenen Bereich aktiviert wird. Diese Abbildung zeigt bilaterale tibialis anterior und soleus Hot Spots. Hier stellen Balkendiagramme die mittlere Ruhemotorschwelle von zwei Bewertungen für jeden Muskel dar, während die folgenden Werte die Anzahl der angewendeten Reize bezeichnen.Die gestrichelte Linie gibt die Intensität an, die für die Hot-Spot-Jagd verwendet wird. Diese Abbildung zeigt die bilateralen Reaktionen von tibialis anterior und soleus, wenn ihr Hot Spot während der Ruhezeit stimuliert wurde. Die bilaterale EMG-Durchschnittswellenform jedes Muskels wird angezeigt.Wenn ein motorisch evoziertes Potential vorhanden war, werden die Werte der Spitzen-Amplitude und Latenz dargestellt. Hier sehen wir bilaterale Reaktionen, als die Brennpunkte während des freiwilligen Tonseinsatzes stimuliert wurden. Das EMG der bilateralen Muskeln wurde gesammelt, während der untersuchte kontralaterale Muskel bei etwa 15% maximaler freiwilliger isometrischer Kontraktion aktiviert wurde.Zusätzliche Analysen können durchgeführt werden, um Fragen bezüglich des kortikalen Wirbelsäulentraktes nach dem Schlaganfall zu beantworten, da die Daten im Protokoll in agonistischen und antagonistischen Muskelgruppen bilateral gesammelt werden. Die Forschung setzt diese Technik fort, um die individuellen Beiträge mehrerer Faktoren zu kortikomotorischen Reaktionen zu bestimmen, um unser allgemeines Verständnis der motorischen Kontrolle des Gehens zu erhöhen. Es sei darauf hingewiesen, dass es Risikofaktoren aufgrund des hohen Magnetfeldes gibt, die durch Screening-Themen vor diesem Verfahren berücksichtigt werden sollten.

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Forschung

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Neurowissenschaften

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Repetitive transkranielle Magnetstimulation-induzierte Veränderungen in menschlichen kortikomotoneuronalen Synapsen

Quelle: Charalambos, C. C., et al. Bilaterale Beurteilung der kortikospinalen Bahnen der Sprunggelenksmuskulatur mittels navigierter transkranieller Magnetstimulation. J. Vis. Exp. (2019)Dieses Video zeigt die Methode zur Beurteilung der kortikospinalen Bahnen der Beinmuskulatur mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS). Ruhe- und aktive Muskelreaktionen werden von einer Gehirnhälfte aus aufgezeichnet, um die kontralaterale kortikomotorische Funktion der Beinmuskulatur zu bewerten.

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