Standardisierte Induktion und Beurteilung der Langzeitpotenzierungs-ähnlichen kortikalen Plastizität mittels transkranieller Magnetstimulation

Wir untersuchen Kortikoplastizität, um synaptische Veränderungen bei Gesundheits- und neurologischen Störungen zu verstehen und zu messen. Variabilität in der Stimulation, der Positionierung der Spule und dem Messzeitpunkt macht reproduzierbare iTBS-Plastizitätsstudien schwierig. Zunächst sollten Sie das Ziel der Bewertung, die wichtigsten experimentellen Verfahren und alle potenziellen Risikofaktoren der Studie erklären.

Fordern Sie eine Bestätigung des Einwilligungsprozesses an und erhalten Sie eine Unterschrift auf dem Formular der informierten Einwilligung. Verwenden Sie das Neuronavigationssystem, um den funktionellen motorischen Hotspot im primären motorischen Kortex zu identifizieren, der dem kontralateralen Zielmuskel entspricht. Erzeugen Sie nun ein dreidimensionales Kopfmodell.

Mit den einzelnen MRT-Scans werden anatomische Landmarken entlang der axialen, sagittalen und koronalen Ebenen ausgewählt und registriert. Führen Sie die Segmentierung der Kopfhaut durch, um die Erstellung des dreidimensionalen Kopfmodells abzuschließen. Nach Abschluss der Kopfmodellregistrierung führen Sie die Spulenkalibrierung durch, um eine präzise Echtzeitverfolgung im Neuronavigationssystem sicherzustellen.

In der Software navigiere zu Einstellungen, klicke auf TMS Coil und wähle Werkzeugflächen kalibrieren. Kalibrieren Sie Fiduzialpunkte auf der Spulenfläche sowie den Steuerpunktmarker der Spule. Platzieren Sie die TMS-Spule mit reflektierenden Markern auf den vorgesehenen Kalibrierungsblock.

Nach der Erstkalibrierung folgen Sie der Systemanweisung, um die Spule über den Kalibrierungsblock zu legen und ihre Position zur Genauigkeit zu bestätigen. Klicken Sie dann auf Neuronavigation, um Single Coil zu validieren. Akzeptieren Sie nur solche Kalibrierungen mit einem räumlichen Fehler von weniger als drei Millimetern.

Ansonsten wiederhole den Kalibrierungsprozess. Bitten Sie den Teilnehmer, sich auf einen bequemen Stuhl mit Rücken- und Armstütze zu setzen, um Kopf- und Körperbewegungen zu minimieren. Weisen Sie den Teilnehmer an, beide Hände während des gesamten Eingriffs vollständig entspannt und ruhig zu halten.

Befestigen Sie Infrarot-reflektierende Marker an der Stirn des Teilnehmers, um während der Sitzung eine Echtzeit-Kopfverfolgung zu ermöglichen, und sichern Sie die Marker mit Klebepatchen. Mit einem Traktzeiger markieren Sie drei anatomische Orientierungspunkte auf der Kopfhaut des Teilnehmers: die Nasion, die linke supratragische Kerbe und die rechte supratragische Kerbe. Bestätigen Sie, dass die Marker vom Neuronavigationssystem erkannt werden, was durch ihr grünes Erscheinen auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Mit demselben Zeiger sammeln Sie etwa 200 bis 300 zusätzliche Punkte auf der Kopfhaut, um die Registrierungsgenauigkeit zu verbessern. Ermöglichen Sie der Neuronavigationssoftware, automatisch ein individuelles Kopfformmodell aus diesen Punkten zu generieren, um die Ausrichtung zwischen den MRT-Scans und dem tatsächlichen Koordinatensystem zu optimieren. Anschließend werden Oberflächenelektroden zwei Zentimeter auseinander auf dem Musculus abductor pollicis brevis in einer Bauchsehnenmontage platziert.

Positionieren Sie die Referenzelektrode distal, nahe dem Interphalangealgelenk des Daumens. Anschließend verabreichen Sie eine Einzelpuls-TMS etwa fünf Zentimeter seitlich und null bis einen Zentimeter vor dem Scheitelpunkt, also kontralateral zum Zielmuskel. Verwenden Sie dies, um die primären motorischen Kortex-Koordinaten zu bestimmen, die die maximal motorisch erzeugte Potentialamplitude für die Lokalisierung des Motor-Hotspots erzeugen.

Weisen Sie den Teilnehmer an, die Hand vollständig entspannt zu halten, um willkürliche Muskelkontraktionen zu vermeiden, die die Messungen beeinträchtigen könnten. Richten Sie den Griff der Spule 45 Grad hinter der Mittellinie, um den elektromagnetischen Strom senkrecht zum zentralen Sulcus zu lenken. Bewegen Sie die Spirale systematisch in einem Zentimeter Schritt um die Motorkortexregion in allen Richtungen – vorder, hinter, medial und lateral – im Abstand von fünf Sekunden.

Identifizieren Sie den motorischen Hotspot als die Stelle, die die größte motorisch erzeugte Potentialamplitude und die kürzeste Latenz im entspannten Abductor pollicis brevis-Musculus erzeugt. Ermöglicht es dem System, wichtige räumliche Parameter automatisch aufzuzeichnen, darunter den Abstand zwischen der Spule und dem Zielpunkt, die Neigungsabweichung und die Rotationsabweichung. Verwenden Sie diese Werte, um eine genaue und reproduzierbare Spulenplatzierung während der Stimulation sicherzustellen.

Mit demselben Oberflächenelektromyographie-Aufbau und denselben Parametern wird die Peak-zu-Peak-Amplitude des motorisch erzeugten Potentials gemessen. Definieren Sie die Ruhemotor-Schwelle, oder RMT, als die minimale TMS-Stimulusintensität, die motorisch ausgelöste Potentiale über 50 Mikrovolt in mindestens 5 von 10 Einzelpulsstudien erzeugt. Zeichnen Sie 20 aufeinanderfolgende motorisch erzeugte Potentiale im fünfsekündigen Abstand vom Motor-Hotspot als Basismessung auf.

Stellen Sie die Stimulationsintensität auf 120 % der RMT ein, um etwa motorisch erzeugte Potentiale von etwa einem Millivolt zu erzeugen. Stimulation mit einem TMS-Gerät abgeben. Stellen Sie die Stimulationsintensität auf 80 % des RMT ein.

Führe Stöße von drei Pulsen bei 50 Hertz an, wiederholen Sie sich mit fünf Hertz. 5, 10, 15 und 30 Minuten nach dem iTBS werden 20 motorisch erzeugte Potentiale mit derselben Stimulationsintensität aufgenommen, um die Plastizität zu bewerten. Berechnen Sie die mittlere Peak-zu-Peak-Amplitude der 20 motorisch evokierten Potentiale, die zu Beginn und zu jedem Zeitpunkt nach der Stimulation aufgezeichnet wurden, um die kortikale Erregbarkeit zu quantifizieren.

Drücken Sie die Post-Stimulationsamplituden als normalisierte Verhältnisse relativ zum Ausgangswert zu standardisierten Messungen zwischen Sitzungen und Personen aus. Nach der iTBS-Stimulation wurden motorisch evokierte potenzielle Amplituden an mehreren Zeitpunkten erfasst, um die kortikale Erregbarkeit über die Zeit zu bewerten. Die mittlere rohmotorisch erzeugte Potentialamplitude nahm nach der Stimulation zu, erreichte einen Höhepunkt bei 15 Minuten und sank um 30 Minuten.

Die normalisierte, motorisch evokierte Potentialamplitude zeigte einen ähnlichen Trend, stieg über den Ausgangsstand an und nahm allmählich um 30 Minuten ab. Die mittlere normalisierte, motorisch evokierte Potentialamplitude über alle Post-Stimulationszeitpunkte überschritt 1,1, was den Teilnehmer als erleichtert klassifiziert. Wir bieten ein standardisiertes, neuronavigationsgesteuertes iTBS-Protokoll für eine zuverlässige und reproduzierbare Plastizitätsbewertung an.

Unser Protokoll nutzt Neuronavigation und gewährleistet eine präzise, zuverlässige iTBS-Abgabe sowie eine robuste, LTP-ähnliche Plastizität mit besserer Konsistenz. Sie ermöglichen reproduzierbare Studien der synaptischen Plastizität und unterstützen so die therapeutische Entwicklung und Neurorehabilitationsstrategien.