Beurteilung der Erregbarkeit und Erregbarkeitsmodulation des primären motorischen Kortex durch Kombination von transkranieller Magnetstimulation und Elektromyographie

Unsere Forschung untersucht, dass unsere standardisierten TMS-EMG-Protokolle stabile und klinisch sinnvolle Marker der Neuroplastizität liefern können, was letztlich deren potenziellen Einsatz als zuverlässige Biomarker in der neuropsychiatrischen Forschung und klinischen Praxis unterstützt. Die Hauptherausforderungen sind methodologische Inkonsistenzen in der Literatur, darunter heterogene Stimulationsparameter, begrenzte Standardisierung von EMG-Protokollen und kleine Stichprobengrößen, was die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit experimenteller Prozesse verringert Befund. Wir zeigten, dass strukturierte und umfassende Protokolle einen replizierbaren Rahmen zur Untersuchung neuroplastizitätsähnlicher Phänomene im menschlichen Gehirn bieten und so starke Grundlagen für translationale Forschung und potenzielle zukünftige klinische Anwendungen schaffen. Unser Protokoll wurde durch die Kombination von Neuronavigation, validierten EMG-Verfahren und optimierten Simulationsparametern aufgebaut, um eine präzise Codeplatzierung, stabile Aufzeichnungen und zuverlässige Ergebnisse über Teilnehmer und Sitzungen hinweg sicherzustellen.

Zukünftige Forschungen sollten prüfen, ob die Erregbarkeitsmodulation Gesundheitspersonen zuverlässig von Menschen mit neuropsychiatrischen Erkrankungen wie einer Major Depression unterscheidet, wobei gruppenspezifische Unterschiede in Neuroplastizität, diagnostische Sensitivität und prognostischer Wert untersucht werden. Zu Beginn stecken Sie die medizinischen Silber- oder Silberchlorid-Elektroden in die entsprechenden Kontakte, um drei Elektroden herzustellen. Verbinde die Kabel mit den Elektroden mit der EMG-Platine.

Verbinden Sie ein Kabel vom TMS-Gerät mit der EMG-Platine, um das Triggersignal für jeden TMS-Impuls auszugeben. Auf einem der Computermonitore öffnen Sie die Bonsai-Software und laden Sie das EMG-Datenerfassungsskript. Klicke auf die Start-Taste, um die Datenerfassung zu starten, nur wenn du bereit bist.

Befestigen Sie Papierstreifen über alle Bereiche des TMS-Bildschirms, an denen der maximale Stimulationsausgang-Prozentsatz angezeigt wird, um den Techniker während der Ruhemotor-Schwelle und der Bewertung des aktiven motorischen Schwellenwerts zu blenden. Positioniere eine auf dem Stativ montierte Kamera, um während der gesamten Sitzung einen klaren Blick auf alle Neuro-Navigationskomponenten zu erhalten. Dann platziere ich den Coil-Kalibrierungstracker und die Kalibrierungsplatine auf die TMS-Spule.

Starten Sie nun die Neuronavigationssystem-Software, geben Sie die Teilnehmeridentifikationsnummer ein und kalibrieren Sie alle Neuronavigationskomponenten. Nach der Positionierung des Teilnehmers wird mit Wasserschleifpapier die Haut vorsichtig über dem ersten dorsalen interossösen Gewebe geschrubbt. Um die Schnittstelle der Elektrodenhaut zu verbessern.

Spülen Sie die Stelle mit in Alkohol eingebettetem Gaze ab und wiederholen Sie das gleiche Verfahren über den gegenseitlichen Ellbogen. Sobald die Haut trocken ist, setzen Sie die Messelektrode auf die Hand, die das Zentrum etwa 2,5 Zentimeter entlang der Richtung der Muskelsehne über der ersten dorsalen Interosseus ausrichtet. Dann wird die Masseelektrode über den kontralateralen Ellbogen gelegt, um als Nullspannungsreferenzpunkt zu dienen.

Setzen Sie dem Teilnehmer eine Badekappe in einer vorderen hinteren Ausrichtung auf den Kopf. Richte die Kappe vorne mit der Augenbrauenlinie aus, wobei die Wurzel der Helix jedes Ohrs die Ohren freilässt. Bieten Sie dem Teilnehmer Ohrstöpsel an und erklären Sie, wie man sie benutzt.

Zeichnen Sie die mediale sagittale Linie und die Intertragus-Linie auf der Kappe, um ihren Schnittpunkt am Scheitelpunkt zu identifizieren. Vom Scheitelpunkt aus missen wir fünf Zentimeter vorwärts entlang der sagittalen Linie und fünf Zentimeter links entlang der Intertragus-Linie, um zwei neue Punkte zu definieren. Als Nächstes zeichnen Sie eine diagonale Linie, die den seitlichen Punkt mit dem medialen vorderen Punkt verbindet.

Vom Seitenpunkt aus messen Sie 2,5 Zentimeter in anteromedialer Richtung entlang der Diagonallinie, um den zunächst geschätzten motorischen Hotspot zu markieren. Rund um die anfängliche Motor-Hotspot-Schätzung markieren Sie vier zusätzliche Punkte, die innerhalb eines Radius von 0,5 Zentimeter als alternative Teststandorte dienen. Als Nächstes setzen Sie das elastische Stirnband auf den Kopf des Teilnehmers und achten Sie darauf, dass der Markerstreifen zur Kamera zeigt und das Band bequem sitzt.

Mit dem Zeigerwerkzeug definieren Sie wichtige anatomische Orientierungspunkte am Kopf des Teilnehmers, einschließlich Nase, linker und rechter Tragus sowie Kopfformpunkte. Dies ermöglicht es dem System, sich auszurichten und Stimulationsziele basierend auf Kopf- und Gehirnanatomie zu verfolgen. Positioniere die TMS-Spirale tangential auf der Kopfhaut des Teilnehmers, wobei der Griff nach hinten um 45 Grad zur mittleren Linie geneigt ist.

Sende Impulse mit 30 % der maximalen Stimulationsleistung über der ursprünglichen Motor-Hotspot-Schätzung. Dann wird die Stimulationsintensität in fünf bis zehn % der maximalen Stimulationsausgabe erhöht, bis eine konstante motorische Reaktion beobachtet wird. Geben Sie einzelne Impulse an der ersten Schätzung und an den markierten Stellen ab, um zu bestimmen, welche Stelle am zuverlässigsten hochamplitude motorisch erzeugte Potentiale und isolierte erste dorsale interosseöse Kontraktionen erzeugt.

Markieren Sie die gesamte Region, die für den Motor-Hotspot in Betracht gezogen wird, mit einer roten Markierungslinie. In der Neuronavigationssoftware wählen Sie den Impuls aus, der die zuverlässigste Reaktion erzeugt hat, um den motorischen Hotspot zu definieren. Um die Ruhemotor-Schwelle (RMT) festzulegen, verwenden Sie das Neuronavigationssystem, um die Spule zurück zum identifizierten motorischen Hotspot zu führen.

Liefern Sie 10 Einzelimpuls-Stimulationen im Abstand von fünf Sekunden ab und identifizieren Sie den minimalen Prozentsatz der maximalen Stimulationsleistung, der mindestens fünf motorisch ausgelöste Potentiale von über 50 Mikrovolt im kontralateralen ersten dorsalen Interosseus erzeugt. Ausgehend von der zuvor definierten motorischen Hotspot-Intensität wird das Stimulationsniveau in 2%-Schritten reduziert, bis weniger als fünf von zehn Impulsen zu einem motorisch ausgelösten Potential von 50 Mikrovolt oder mehr im kontralateralen ersten dorsalen interosseus führen. Anschließend wird die maximale Stimulationsleistung in 1%-Schritten erhöht, bis fünf oder mehr von zehn Impulsen eine Antwort von 50 Mikrovolt oder höher im kontralateralen ersten dorsalen interosseus erzeugen.

Notieren Sie den Prozentsatz der maximalen Stimulationsleistung, der die Ruhemotor-Schwelle definiert. Weisen Sie den Teilnehmer an, durch das kräftige Drücken des Zeigefingernagels gegen die Daumenbasis eine maximale willkürliche Aktivierung des ersten dorsalen interossösen Muskels zu erzeugen. Etwa zwei Sekunden nach Beginn der Muskelkontraktion drücken Sie die Leertaste am Computer, der das Bonsai-Skript ausführt, um den Zeitpunkt aufzuzeichnen und dabei das anfängliche Bewegungsartefakt zu vermeiden.

Bitte den Teilnehmer nun, eine submaximale Muskelkontraktion zwischen 10 und 20 % seiner maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion aufrechtzuerhalten. Nutzen Sie EMG-Feedback, um zu überwachen und den Teilnehmer zu leiten, um das korrekte Kontraktionsniveau aufrechtzuerhalten. Für die aktive motorische Schwelle verwenden Sie das Neuronavigationssystem, um die Spule zum zuvor identifizierten motorischen Hotspot zu führen.

Bestimmung des aktiven motorischen Schwellenwerts als minimaler Prozentsatz der maximalen Stimulationsleistung, der motorisch ausgelöste Potentiale von mindestens 200 Mikrovolt in fünf von zehn Impulsen bei leichter willkürlicher Kontraktion hervorruft. Von der Schwellenwerte des Ruhemotors reduzieren Sie den Stimulationspegel um 2 %, bis weniger als fünf von zehn Impulsen eine Antwort von 200 Mikrovolt erzeugen. Dann wird die Intensität in 1%-Schritten erhöht, bis mindestens fünf von zehn Impulsen motorisch erzeugte Potentiale von 200 Mikrovolt oder mehr erreichen.

Erfassen Sie den Prozentsatz der maximalen Stimulationsausgabe, der die aktive motorische Schwelle definiert. Positionieren Sie die Spule genau über dem definierten motorischen Hotspot mit dem Neuro-Navigationssystem. Überprüfen Sie, ob die Oberflächen-EMG-Elektroden korrekt über dem ersten dorsalen Interosseus positioniert sind, und überprüfen Sie, dass die Signalqualität minimales Rauschen zeigt.

Laden Sie das Einzelimpuls-Stimulationsprotokoll auf das TMS-Gerät. Und der zuvor aufgezeichnete Ruhemotor-Schwellenwert wird eingespielt. Beginnen Sie jetzt mit dem Stimulationsprotokoll.

Dann laden Sie das intermittierende Theta-Burst-Stimulationsprotokoll auf das TMS-Gerät. Geben Sie die zuvor aufgezeichnete aktive motorische Schwelle ein und starten Sie das intermittierende Theta-Burst-Stimulationsprotokoll. Unmittelbar nach Ende des intermittierenden Theta-Burst-Stimulationsprotokolls sollten Sie eine Stoppuhr starten, um die Intervalle nach der Stimulation zu überwachen.

Zum Zeitpunkt 0 unmittelbar nach Ende des kortikalen Erregungsmodulationsprotokolls wird das Einzelpuls-Stimulationsprotokoll mit 120 % der Ruhemotor-Schwelle erneut angewendet. Überprüfen Sie die Genauigkeit der Neuronavigation, indem Sie den Zeiger auf die Nasion setzen und die Ausrichtung in der Software des Neuronavigationssystems überprüfen. Stellen Sie sicher, dass die räumliche Abweichung weniger als fünf Millimeter beträgt und notieren Sie den gemessenen Wert.

Abschließend, nach Abschluss des letzten Stimulationsblocks, stoppen Sie das Bonsai-Skript und beenden Sie die Neuro-Navigationssitzung in der Software. Bestätigen Sie, dass aus der Bonsai-Aufnahmesitzung eine binäre Datendatei generiert wurde. Signifikante Zunahmen der motorisch ausgelösten Potentialamplitude wurden bei T0, T10 und T20 beobachtet, nach intermittierender Theta-Burst-Stimulation während der Ausgangssitzung.

Aber nicht bei T30. Bei der Nachbeobachtung wurden erneut signifikante Zunahmen der motorisch erzeugten Potentialamplitude bei T0, T10, T20 und T30 beobachtet. Die Testwiederholungszuverlässigkeit der motorisch ausgelösten potenziellen Veränderungen bei T0 zeigte eine moderate bis gute Konsistenz mit einem intraklassigen Korrelationskoeffizienten von 0,67.