Summary
Este protocolo describe el proceso para realizar una evaluación neurofisiológica de los músculos de las extremidades inferiores, tibial anterior y sóleo, en posición de pie utilizando TMS en personas después del accidente cerebrovascular. Esta posición proporciona una mayor probabilidad de provocar una respuesta TMS posterior al accidente cerebrovascular y permite el uso de un poder estimulador reducido durante las evaluaciones neurofisiológicas.
Abstract
La estimulación magnética transcraneal (EMT) es una herramienta común utilizada para medir el comportamiento de los circuitos motores en poblaciones sanas y neurológicamente deterioradas. TMS se utiliza ampliamente para estudiar el control motor y la respuesta a la neurorrehabilitación de las extremidades superiores. Sin embargo, la EMT ha sido menos utilizada en el estudio del control motor postural y específico de la marcha de las extremidades inferiores. El uso limitado y los desafíos metodológicos adicionales de las evaluaciones de EMT de extremidades inferiores han contribuido a la falta de consistencia en los procedimientos de EMT de extremidades inferiores dentro de la literatura. Inspirado por la disminución de la capacidad para registrar los potenciales evocados motores de TMS (MEP) de las extremidades inferiores, este informe metodológico detalla los pasos para permitir las evaluaciones de TMS posteriores al accidente cerebrovascular en una postura de pie. La postura de pie permite la activación del sistema neuromuscular, reflejando un estado más parecido al estado del sistema durante las tareas posturales y de caminar. Usando placas de fuerza de doble parte superior, instruimos a los participantes a distribuir equitativamente su peso entre sus piernas paréticas y no paréticas. Se proporcionó retroalimentación visual de la distribución del peso de los participantes. Utilizando un software de guía de imágenes, entregamos pulsos TMS individuales a través de una bobina de doble cono a los hemisferios lesionados y no lesionados de los participantes y medimos la respuesta corticomotora de los músculos tibial anterior y sóleo paréticos y no paréticos. La realización de evaluaciones en la posición de pie aumentó la tasa de respuesta de TMS y permitió el uso de las intensidades de estimulación más bajas en comparación con la posición estándar de sentado / descanso. La utilización de este protocolo TMS puede proporcionar un enfoque común para evaluar la respuesta corticomotora de las extremidades inferiores después del accidente cerebrovascular cuando la neurorrehabilitación de las deficiencias posturales y de la marcha son de interés.
Introduction
La estimulación magnética transcraneal (EMT) es un instrumento utilizado para medir el comportamiento de los circuitos neuronales. La mayoría de las investigaciones de TMS centradas en el estudio del control / rendimiento motor se han realizado en las extremidades superiores. El desequilibrio entre los estudios de extremidades superiores e inferiores se debe en parte a los desafíos adicionales en la medición de la respuesta corticomotora (CMR) de las extremidades inferiores. Algunos de estos obstáculos metodológicos incluyen las representaciones corticales más pequeñas de los músculos de las extremidades inferiores dentro de la corteza motora y la ubicación más profunda de las representaciones en relación con el cuero cabelludo1. En las poblaciones con lesiones neurológicas, también hay obstáculos adicionales. Por ejemplo, aproximadamente la mitad de los individuos después del accidente cerebrovascular no muestran respuesta a la EMT en reposo en los músculos de las extremidades inferiores2,3. La falta de respuesta posterior al accidente cerebrovascular a la EMT se observa incluso cuando los pacientes mantienen cierto control volitivo de los músculos, lo que indica al menos un tracto corticoespinal parcialmente intacto.
La falta de respuestas medibles de EMT con función motora mantenida contribuye a nuestra menor comprensión del control motor postural y específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y los efectos neurofisiológicos de la neurorrehabilitación. Sin embargo, se han superado algunos de los desafíos de las evaluaciones neurofisiológicas posteriores al accidente cerebrovascular de las extremidades inferiores. Por ejemplo, se puede utilizar una bobina de doble cono para activar de forma fiable las motoneuronas de las extremidades inferiores situadas en lo profundo de la fisura interhemisférica1. La bobina de doble cono produce un campo magnético más grande y más fuerte que penetra más profundamente en el cerebro que la bobina de figura de ocho más comúnmente utilizada4. Otro cambio metodológico que se puede implementar para aumentar la capacidad de respuesta a TMS es medir la CMR durante una ligera contracción voluntaria5. En general, esta contracción se realiza a un nivel predeterminado de par articular voluntario máximo o actividad muscular electromiográfica máxima (EMG). La estimulación nerviosa periférica también se puede utilizar para provocar una respuesta muscular máxima y la EMG registrada de esta respuesta se puede utilizar para establecer la activación voluntaria dirigida del músculo.
Realizar una evaluación de TMS después del accidente cerebrovascular durante la contracción muscular activa es bastante común en las extremidades superiores, donde las tareas isométricas pueden imitar actividades funcionales, por ejemplo, agarrar / sostener objetos. Por el contrario, caminar se logra a través de la activación bilateral de múltiples grupos musculares a través de estructuras corticales, subcorticales y de la médula espinal y requiere activación muscular postural para resistir los efectos de la gravedad. Es probable que este estado de activación no se refleje cuando se miden músculos aislados que producen una contracción isométrica. Varios estudios previos dirigidos a comprender el control motor postural y específico de la caminata han entregado pulsos de EMT mientras los participantes caminaban6,7,8 y estaban de pie9,10,11, 12,13,14,15 . La medición de la CMR en posición vertical permite la activación de los músculos posturales y los componentes subcorticales de las redes de control motor postural y de la marcha. Hasta la fecha, no ha habido ningún informe de realizar evaluaciones de TMS de pie en individuos después de un accidente cerebrovascular.
Este estudio propone una metodología estandarizada, construida sobre el cuerpo existente de literatura de los métodos de EMT de pie6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,para la evaluación de TMS de pie de la CMR después del accidente cerebrovascular. Esta metodología puede ser utilizada por grupos de investigación que estudian, pero no se limitan a, los déficits posturales y el control motor específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y establecer una mayor consistencia de los procedimientos de EMT. El propósito de esta investigación metodológica fue determinar si las evaluaciones de EMT de pie son factibles en individuos después del accidente cerebrovascular con alteraciones moderadas de la marcha. Planteamos la hipótesis de que la realización de evaluaciones en la posición de pie 1) aumentaría la probabilidad de obtener una respuesta medible (potencial evocado motor, MEP) y 2) que el poder / intensidad del estimulador utilizado para realizar evaluaciones de TMS de pie sería menor que el de las evaluaciones sentadas / en reposo que se realizan normalmente. Creemos que la finalización exitosa y el uso generalizado de este protocolo pueden conducir a una mayor comprensión de los aspectos neurofisiológicos del control motor postural y específico de la marcha después del accidente cerebrovascular y los efectos de la neurorrehabilitación.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Todos los procedimientos fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Médica de Carolina del Sur y se ajustaron a la Declaración de Helsinki.
1. Reclutamiento de participantes
- Reclutar individuos después del accidente cerebrovascular de la base de datos local. Para este experimento, se reclutaron 16 personas de una base de datos de reclutamiento electrónica local. En algunos casos, los participantes fueron reclutados específicamente porque no habían respondido a tmS en reposo en estudios previos realizados por nuestro grupo de investigación.
- Utilice los siguientes criterios de inclusión para esta investigación: hombres y mujeres entre las edades de 18-85 años, al menos 6 meses después del accidente cerebrovascular, paresia residual de las extremidades inferiores y capaces de permanecer de pie 10 minutos sin un dispositivo de asistencia.
- Excluir a los participantes si tenían antecedentes de convulsiones, tomaron medicamentos recetados que redujeron los umbrales de convulsiones, tenían antecedentes de lesiones cerebrales y / u otras enfermedades del sistema nervioso central, tenían dispositivos implantados u objetos metálicos en la cabeza, o tenían artritis grave o afecciones ortopédicas que limitaban su rango de movimiento pasivo.
NOTA: La demografía de los participantes se encuentra en la Tabla 1.
| Identificación del estudio | Edad | Meses post Trazo |
Sexo | Raza | Tipo de accidente cerebrovascular | Golpe Hemisferio |
Altura (cm) |
Peso (kg) |
Velocidad de marcha autoseleccionada (m/s) | Andante Ayuda |
||
| 1 | 67 | 28.7 | M | C | Hemorragia intracerebral | Derecha | 180 | 74.8 | 0.61 | Ninguno | ||
| 2 | 84 | 55.8 | F | C | Isquémico | Derecha | 165 | 68.0 | 0.94 | Ninguno | ||
| 3 | 56 | 262.7 | F | C | Hemorragia subaracnoidea | Izquierda | 152 | 59.0 | 1.29 | Ninguno | ||
| 4 | 67 | 141.8 | M | C | Hemorragia intracerebral | Derecha | 180 | 72.6 | 0.27 | Caña / AFO | ||
| 6 | 48 | 21.6 | M | C | Hemorragia intracerebral | Derecha | 170 | 61.2 | 0.83 | Ninguno | ||
| 7 | 58 | 93.9 | M | C | Isquémica aguda | Izquierda | 168 | 112.5 | 0.77 | Quad Cane / AFO | ||
| 8 | 71 | 55.3 | F | AA | Isquémica aguda | Izquierda | 170 | 68.0 | 1.05 | Ninguno | ||
| 9* | 65 | 23.7 | M | C | Isquémica aguda | Derecha | 178 | 84.8 | - | Rodillera | ||
| 10 | 70 | 26.6 | M | C | Isquémica aguda | Izquierda | 173 | 78.9 | 0.81 | Ninguno | ||
| 12 | 70 | 10.0 | M | C | Isquémica aguda | Izquierda | 170 | 86.2 | 1.11 | Ninguno | ||
| 13 | 65 | 80.6 | M | C | Isquémica aguda | Derecha | 185 | 139.7 | 0.93 | Bastón / Muleta | ||
| 14 | 79 | 83.0 | M | C | Isquémica aguda | Derecha | 175 | 88.5 | 0.48 | Caña | ||
| 15 | 51 | 54.4 | M | AA | Isquémica aguda | Izquierda | 178 | 90.7 | 1.35 | Ninguno | ||
| 17 | 65 | 18.5 | M | C | Isquémica aguda | Derecha | 170 | 74.8 | 0.28 | Caña | ||
| 18 | 63 | 48.8 | F | AA | Isquémica aguda | Derecha | 170 | 83.9 | 1.12 | Ninguno | ||
| 19 | 58 | 25.9 | M | C | Isquémica aguda | Ambos | 183 | 88.5 | 1.10 | Ninguno | ||
| * Participante eliminado del análisis de datos debido a la incapacidad de completar las evaluaciones requeridas | ||||||||||||
| AFO = ortortesis tobillo-pie | ||||||||||||
Tabla 1: Demografía de los participantes.
- Haga contacto inicial con los participantes por teléfono y explique brevemente los procedimientos de prueba. Invite a las personas interesadas al laboratorio.
- A su llegada a las instalaciones de investigación, haga que un miembro del personal de investigación explique completamente el protocolo experimental a los posibles participantes.
- Cuando un posible participante confirme su voluntad de participar en el estudio, obtenga el consentimiento informado por escrito aprobado por la junta de revisión institucional local.
2. Sistema de guía de imágenes y configuración del participante
- Utilice un software de guía de imágenes para garantizar la entrega consistente de los pulsos TMS durante la evaluación.
- Inicie un nuevo proyecto utilizando el modelo de cabeza MNI nativo del sistema de guía de imágenes. Abra el software y seleccione Nuevo proyecto principal de MNI.
- En la ventana emergente, haga clic en la pestaña Destinos y, a continuación, haga clic en Configurar destinos. Determine la ubicación del cuero cabelludo directamente superior al giro precentral y 0,5 cm lateral a la línea media sagital.
- Una vez que la ubicación esté identificada visualmente, agregue una nueva cuadrícula rectangular haciendo clic en Nuevoy luego en la Cuadrícula rectangular. La cuadrícula debe aparecer en la pantalla, y la fila medial debe ser 0,5 cm lateral a la línea media sagital.
- Cambie el tamaño de la cuadrícula escribiendo 3 y 5 en los cuadros de tamaño de cuadrícula. Establezca el espaciado de la cuadrícula en 10 por 10 mm escribiendo en los cuadros de espaciado de la cuadrícula. Seleccione la herramienta Cursory, a continuación, mueva el cursor a la imagen del cuero cabelludo.
- Mantenga presionado el botón del mouse para girar la imagen del cuero cabelludo y asegurarse de que todos los puntos de la cuadrícula estén tocando la piel. Si los puntos de la cuadrícula no están en el cuero cabelludo, ajuste la curvatura de la cuadrícula moviendo el control deslizante de curvatura.
- Repita estos procedimientos para colocar otra rejilla de 3 x 5 sobre el hemisferio opuesto.
NOTA: Esto se puede realizar antes de la inscripción de un participante en el estudio y su llegada al laboratorio. Además, se puede utilizar la imagen anatómica ponderada en T1 de un participante si está disponible. Los detalles específicos sobre el uso de resonancias magnéticas anatómicas para la navegación se pueden encontrar en el artículo16publicado anteriormente.
- Inicie una nueva sesión dentro del software de guía de imágenes seleccionando la pestaña Sesiones una vez que el software esté abierto.
- Haga clic en Nuevoy, a continuación, en Sesión en línea. En la siguiente ventana, seleccione las dos cuadrículas creadas en la sección anterior (sección 2.1) haciendo clic en ellas y, a continuación, haga clic en Agregar.
- En la pestaña IOBox, en Opciones de activación TTL, marque la casilla situada junto a Usar conmutador (Switch In) e introduzca 0 ms en el cuadro Tiempo muerto. Haga clic en el botón Siguiente en la parte superior. Asegúrese visualmente de que la cámara del sistema de guía de imágenes esté activa.
- Comience el registro de participantes colocando el rastreador de sujetos, suministrado con el sistema de guía de imágenes, alrededor de la frente del participante.
- Ajuste manualmente la cámara para asegurarse de que el rastreador participante esté en el centro del campo de visión de la cámara. A continuación, haga clic en la pestaña Registro en la parte superior del software.
- Coloque el puntero/marcador del sistema de guía de imágenes en los puntos de referencia de registro: nasion y los puntos periauriculares derecho e izquierdo. Cuando se coloque el puntero en la máscara, haga clic en el botón Siguiente para registrar las ubicaciones de la máscara del participante en el software de guía de imágenes.
- Una vez que se hayan capturado los puntos de referencia de registro, haga clic en la pestaña Escala en la parte superior de la ventana del software. Coloque el puntero en las ubicaciones más a la derecha, a la izquierda, a la parte superior, más frontal y más trasera del cuero cabelludo del participante.
- Haga clic en el botón Siguiente en cada ubicación para escalar el sistema de guía de imágenes a la cabeza del participante. Una vez completado el escalado, haga clic en la pestaña Realizar en la parte superior del software. El sistema de guía de imágenes ya está listo.
3. Preparación y configuración de la electromiografía de superficie
- Preparar los músculos tibial anterior (TA) y sóleo (SOL) de los participantes para electrodos de electromiografía de superficie (sEMG). Para preparar la piel para sEMG, limpie el área con almohadillas de alcohol y, si es necesario, elimine el vello con una maquinilla de afeitar de seguridad de un solo uso. Coloque los electrodos de gel desechables sEMG de acuerdo con las pautas del SENIAM17.
NOTA: La colocación del sensor para el TA es 1/3 del camino hacia abajo en la línea entre la punta del peroné y la punta del maléolo medial. Para el SOL, coloque el sensor 2/3 de la línea entre el cóndilo medial del fémur y el maléolo medial. - Una vez que los electrodos estén conectados, inspeccione visualmente la calidad de la señal. Luego, proceda a envolver los vástagos con un vendaje elástico para minimizar cualquier movimiento de los electrodos y el artefacto resultante durante la prueba.
NOTA: Registre señales sEMG a 5000 Hz en una ventana de 0.5 s a partir de 0.1 s antes de la entrega de los pulsos TMS. La frecuencia exacta de muestreo y la cantidad de datos recopilados dependerán del hardware y el software utilizados para registrar la respuesta de sEMG a TMS. Para más detalles sobre el establecimiento de registros y análisis de EMG, véase Tankisi et al.18.
4. Configuración de seguridad de la placa de fuerza y del participante
- Abra el software de recopilación de datos y comience una nueva prueba para calibrar la placa de fuerza de doble tapa.
- Haga clic en Inicio y comience una prueba de FP Zero. Recopile de 3 a 5 s de datos sin carga en la placa de fuerza y, a continuación, haga clic en Detener.
- Una vez calibrada la placa de fuerza, el participante ha sido registrado en el sistema de guía de imagen (sección 2.2), y los electrodos sEMG han sido colocados y probados para la calidad de la señal (sección 3), instruye al participante para que se ponga de pie y le coloque un arnés de seguridad.
- Haga que el participante pise la placa de fuerza y estandarice la colocación de su pie con cinta adhesiva preaplicada a la placa de fuerza para indicar la posición más importante del pie y los bordes mediales de los pies a distancias iguales de la línea media.
- Coloque el arnés de seguridad del participante en el soporte del techo. Coloque un rodador, o un dispositivo similar, alrededor de la placa de fuerza para proporcionar a los participantes algo con lo que estabilizarse durante las pruebas si es necesario.
NOTA: Asegúrese de que durante todos los procedimientos de TMS de pie, los participantes estén sujetos al techo a través de un arnés de seguridad para evitar una caída.
- Mida y recoja el peso del participante mientras se encuentra en la placa de fuerza haciendo clic en Inicio y seleccionando una prueba estática de FP. Registre de 2 a 5 s de datos y haga clic en Detener para finalizar la prueba.
- Cuando esté de pie en las placas de fuerza, asegúrese de que el software de recopilación de datos muestre dos gráficos de barras que representen el peso / fuerza debajo de cada uno de los pies del participante (Figura 1A). Cuando el participante desplaza su peso a un lado, los gráficos de barras cambiarán de altura(Figura 1B).
- Si un participante descarga el peso de sus piernas a sus brazos, asegúrese de que la pantalla del gráfico de barras cambie de color(Figura 1C). Después de que un participante se sienta cómodo de pie con el mismo peso distribuido entre sus piernas, puede comenzar la medición del CMR.
Figura 1: Imagen representativa de la retroalimentación visual proporcionada a los participantes durante la evaluación de TMS de pie. (A) muestra la retroalimentación visual dada a los participantes mientras estaban de pie con su peso distribuido equitativamente entre las piernas paréticas y no paréticas. Las barras verticales representan la cantidad de fuerza medida por cada una de las áreas de la placa de fuerza. Las líneas horizontales sólidas representan el rango de fuerza vertical medida para garantizar la carga del peso corporal en las extremidades inferiores y no a través de los brazos si los participantes necesitaban estabilizarse con el soporte de mano proporcionado. Si el peso corporal del participante se desplazó a un lado más del 5%, las barras verticales cambiaron de color para informar al participante que se inclinara hacia el lado que se descargó, como se muestra en (B). Si el participante cargó/descargó más de +/- 5% de su peso corporal de sus piernas, el color de la pantalla de fondo cambiaría como se muestra en (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
5. Evaluación de la respuesta corticomotora de pie
- Comience las evaluaciones neurofisiológicas identificando una intensidad estimuladora que produzca potenciales evocados motores consistentes (MEP), es decir, amplitud de señal EMG > 50 μV y / o un período corticosilento visible en los músculos activos, en el músculo diana TA y sol.
NOTA: Utilice una bobina de doble cono para entregar todos los pulsos TMS con la corriente moviéndose a través de la bobina en una dirección anterior a posterior. Aplicar los pulsos TMS solo cuando el participante mantenga una distribución de peso equitativa entre sus piernas paréticas y no paréticas, como lo indican los gráficos de barras/retroalimentación visual mencionados en la sección anterior (sección 4.2).- Pruebe primero la extremidad parética aplicando pulsos TMS en el hemisferio lesionado. Comience por ajustar el nivel de potencia del estimulador TMS al 50% de salida máxima del estimulador (%MSO) girando la perilla de control de salida. Aplique un solo pulso al 50% MSO en el punto de la rejilla central ubicado justo al lado de la fisura longitudinal presionando el botón de disparo en el estimulador. Aplicar 2-3 pulsos con un intervalo interestímulo de 5-10 s.
NOTA: Si un participante muestra una respuesta al 50% de MSO, vaya a la sección 5.2 y comience la identificación del punto de acceso. - Si no se ven respuestas en el TA y el SOL, aumente la potencia del estimulador en un 10% MSO girando la perilla de control de salida y entregue 2-3 pulsos TMS como en el paso 5.1.1.
- Si no se observan respuestas después de aumentar el estimulador al 60% de MSO, aumente nuevamente la potencia en un 10% de MSO. Si no se obtienen eurodiputados al 70% de MSO, seleccione aleatoriamente varios puntos de la red y aplique pulsos TMS para determinar si hay una respuesta en la configuración de potencia actual.
- Si no se registran respuestas en ningún punto de la red en el MSO actual del 70%, regrese a la tierra del punto de la red objetivo inicial, continúe aumentando la potencia del estimulador en incrementos del 10% de MSO y aplique 2-3 estímulos como se describió anteriormente.
NOTA: Repita este proceso hasta que se registren respuestas confiables de los músculos objetivo o hasta que se determine que el participante no tiene respuesta a TMS. No todos los participantes producirán una respuesta medible a TMS.
- Pruebe primero la extremidad parética aplicando pulsos TMS en el hemisferio lesionado. Comience por ajustar el nivel de potencia del estimulador TMS al 50% de salida máxima del estimulador (%MSO) girando la perilla de control de salida. Aplique un solo pulso al 50% MSO en el punto de la rejilla central ubicado justo al lado de la fisura longitudinal presionando el botón de disparo en el estimulador. Aplicar 2-3 pulsos con un intervalo interestímulo de 5-10 s.
- Una vez que se ha identificado el poder estimulador que produce una respuesta consistente, comience a identificar el punto caliente, es decir, la ubicación del cuero cabelludo que produce la mayor respuesta a los pulsos TMS aplicados.
- Inicie una nueva prueba de hotspot haciendo clic en Inicio y seleccionando Hotspot. Aplique una estimulación de pulso único a cada uno de los 15 puntos de la rejilla en el nivel de potencia supratenso identificado en los pasos anteriores. Con el sistema de guía de imagen, mueva la bobina al primer punto de la cuadrícula.
- Una vez que la bobina esté en la posición correcta, aplique el pulso TMS presionando el botón de disparo en la unidad estimuladora. A continuación, mueva la bobina a la siguiente ubicación de la rejilla y aplique otro solo pulso TMS. Continúe hasta que se haya aplicado una sola estimulación a cada punto de la cuadrícula y haga clic en Detener para finalizar la prueba.
- Examine las amplitudes de las señales sEMG registradas en cada punto de la cuadrícula. Identifique visualmente los puntos de la cuadrícula con la mayor amplitud MEP, registrada en las señales sEMG, para cada uno de los músculos objetivo. Las ubicaciones de la cuadrícula con las mayores amplitudes de MEP son los puntos calientes y se utilizarán para medir la respuesta corticomotora en las siguientes secciones.
NOTA: En algunas ocasiones, una sola ubicación de cuadrícula puede proporcionar las mayores amplitudes de MEP tanto para el TA como para el SOL. En estos casos, determine los umbrales motores para cada músculo por separado.
- A continuación, determine el umbral motor del músculo objetivo utilizando la estimación adaptativa simple de parámetros mediante pruebas secuenciales (PEST)19,20.
- Abra el programa PEST y establezca la intensidad inicial del estimulador en el valor supratenso utilizado para identificar el punto de acceso escribiendo el valor en el cuadro.
- Comience una nueva prueba de PEST haciendo clic en la pestaña Inicio en el software de recopilación de datos y seleccione PEST.
- Aplique un solo pulso TMS al punto caliente del músculo objetivo identificado a la intensidad inicial %MSO mostrada en el programa PEST. Indique en el programa PEST que se observó una respuesta en la señal sEMG del músculo escribiendo y o n. El programa PEST calculará automáticamente la siguiente intensidad de estimulación.
- Ajuste el nivel de potencia del estimulador para que coincida con el programa PEST y aplique otro solo pulso TMS. Continúe este proceso hasta que el programa PEST determine el umbral motor, indicado por un cambio en el color de la intensidad de la estimulación, y finalice el ensayo de recopilación de datos haciendo clic en la pestaña Detener.
NOTA: El procedimiento PEST utiliza un programa de libre acceso que indica cuánta potencia estimuladora usar con pulsos sucesivos. Uno de los programas PEST se puede encontrar aquí: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
- Después de que se hayan identificado el punto caliente y el umbral motor del músculo objetivo, comience la evaluación de CMR. Ajuste la intensidad del estimulador al 120% del umbral motor determinado.
- Inicie una nueva prueba en el software de recopilación de datos haciendo clic en la pestaña Inicio y seleccione una prueba MEP. Coloque la bobina en el punto caliente del músculo y aplique 10-20 estimulaciones de pulso único.
- Permita 5-10 s entre cada estimulación. Registre las respuestas sEMG evocadas para el análisis fuera de línea. Permita que el participante descanse hasta el libitum y durante el tiempo suficiente entre los procedimientos de prueba para reducir la probabilidad de que el participante desarrolle fatiga, lo que podría afectar los resultados.
- Haga clic en la pestaña Detener después de grabar a los eurodiputados para finalizar la prueba.
NOTA: El investigador que maneja la bobina TMS debe asegurarse de que los participantes tengan una distribución de peso igual debajo de cada pierna inmediatamente antes de aplicar cualquier pulso TMS. Si el investigador cree que la estimulación se aplicó mientras el peso del participante no estaba distribuido equitativamente, realice una estimulación adicional y excluya el ensayo anterior de futuros análisis. Pruebe los músculos no paréticos inmediatamente después de los músculos paréticos. La Figura 2 muestra la configuración experimental durante la evaluación de TMS de pie.
Figura 2: Imagen tomada durante la medición de la respuesta corticomotora (CMR) en posición de pie. El sistema de guía de imágenes y la actividad sEMG recopilada se muestran al personal de investigación durante la recopilación de datos como se muestra en los monitores ubicados en el lado izquierdo de la imagen. La retroalimentación visual de la distribución del peso se proporcionó en frente y ligeramente a la derecha de los participantes. Los participantes llevaban un arnés de seguridad que estaba unido al techo para evitar caídas mientras estaban de pie sobre la placa de fuerza de doble tapa. Se proporcionó apoyo para los brazos de los participantes para ayudar a los participantes a estabilizarse después de aplicar pulsos de TMS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
6. Evaluación de la respuesta corticomotora sentada
- Después de completar la evaluación de TMS de pie, vuelva a medir los umbrales motores y el CMR en una posición de descanso / sentado.
- Utilice los mismos procedimientos descritos anteriormente (secciones 5.2-5.4). El único cambio es que el participante debe estar sentado en una silla con las piernas apoyadas y los músculos relajados.
- Utilice los mismos puntos críticos identificados durante la evaluación de pie (sección 5.2) en la posición sentada. Realice las pruebas neurofisiológicas de la misma manera que se usa en la posición de pie, excepto para usar una intensidad de estimulación del 120% del umbral motor de reposo / sentado.
NOTA: Puede ser necesario realizar pruebas adicionales utilizando un poder estimulador previamente determinado. Por ejemplo, si se realizan comparaciones entre la amplitud del eurodiputado en diferentes posiciones posturales, puede ser necesario utilizar un poder estimulador absoluto similar. Esto dependerá de la pregunta de investigación en cuestión y debe identificarse durante el diseño del estudio.
7. Enfoque estadístico
- Para probar la hipótesis de que estar de pie conduciría a una mayor probabilidad de evocar respuestas medibles, construya una tabla de 2 x 2 y pruebe las proporciones utilizando la Prueba21de McNemar.
- Para comparar los niveles de potencia de los umbrales motores, use una prueba tpareada en los participantes que tuvieron respuestas medibles en ambas posiciones. Determinar la significación con un alfa = 0,05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Un participante fue retirado del análisis debido a la incapacidad de tolerar el procedimiento de EMT de pie debido al dolor de rodilla preexistente y una herida diabética recibida antes de su llegada al laboratorio de investigación, dejando un tamaño de muestra final de 15. La herida diabética estaba directamente sobre la AT e impedía cualquier medida de sEMG de este músculo. No hubo eventos adversos importantes informados a los investigadores durante los procedimientos de EMT sentados o de pie. Se informaron varios eventos adversos menores, como dolor muscular del cuello y cefaleas leves. Sin embargo, estos eventos menores se informaron al final de la sesión de prueba, y no estaba claro si los procedimientos sentados o de pie eran más responsables de estos efectos secundarios. Estos eventos adversos menores se observan comúnmente después de las evaluaciones de EMT y dentro de la literatura deEMT 22.
La carga/descarga total del peso corporal durante la aplicación del pulso TMS fue de +0,4% (DE 1,8%) del peso corporal. Esto significa que los participantes no descargaron el peso corporal de sus piernas a sus brazos cuando usaron el rodador como un medio para apoyarse durante los procedimientos de TMS. La distribución media del peso de la pierna izquierda de los participantes fue del 50% (DE 6%). Intentamos medir los umbrales motores en cuatro músculos separados (parético y no parético, TA y SOL), lo que llevó a un total de 60 umbrales motores tanto en la posición de pie como en la de sentado. En la posición de pie, pudimos obtener y medir un umbral motor el 90,0% del tiempo en comparación con el 65,0% en la posición sentada. En una sola sesión, era más probable que la evaluación del umbral motor en la posición de pie diera como resultado una respuesta medible (McNemar Chi2, corrección de Yates, χ = 8,48, P = 0,004) (Tabla 2). Esto concuerda con nuestra primera hipótesis de que la posición de pie resultaría en una mayor probabilidad de evocar respuestas medibles. Nuestra segunda hipótesis era que estar de pie daría lugar a umbrales motores que requerían una menor potencia estimuladora. Nuestros resultados muestran que cuando los individuos presentaron umbrales motores medibles en las posiciones sentada y de pie, los umbrales medidos en la posición de pie fueron más bajos (N = 38, MT de pie 45% MSO SD 9, MT sentado 53% MSO SD 11, tpareado -estadístico 4.99, P < 0.001). La Figura 3 muestra los umbrales motores medidos para cada músculo y condición para todos los participantes.
| Sentada Respuesta |
Respuesta permanente | ||||
| Sí | No | Total | % | ||
| Sí | 38 | 1 | 39 | 65 | |
| No | 16 | 5 | 21 | 35 | |
| Total | 54 | 6 | 60 | ||
| % | 90 | 10 | 100 | ||
Tabla 2: La tabla construida de 2 x 2 muestra la capacidad reportada para producir con éxito una respuesta a TMS y la capacidad de medir un umbral motor en las condiciones de estar sentado y de pie. La prueba de McNemar se utilizó para comparar la probabilidad de obtener una respuesta medible y se encontró que las evaluaciones de pie eran significativamente más propensas a evocar una respuesta medible en comparación con la realización de evaluaciones en una posición sentada.
Figura 3: Umbrales motores medidos en los músculos de interés. Las líneas que conectan los valores izquierdo y derecho indican que el individuo tenía umbrales motores medibles para ese músculo tanto en la posición sentada como de pie. Los umbrales motores se miden y se informan como un porcentaje de la producción máxima del estimulador (%MSO). (A,B) muestran umbrales motores medidos en los músculos tibiales anteriores paréticos y no paréticos, respectivamente. (C, D) muestran los umbrales motores de los músculos sóleos paréticos y no paréticos, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
El protocolo experimental fue bien tolerado por la mayoría de los participantes. Un individuo no pudo completar la evaluación de TMS de pie debido a úlceras de decúbito preexistentes secundarias a complicaciones diabéticas y problemas ortopédicos que involucran dolor de rodilla preexistente. La cantidad de carga/descarga del peso corporal de las piernas fue mínima. Sin embargo, hubo, en promedio, una fuerza descendente ligeramente mayor medida durante la aplicación de los pulsos TMS. Esto probablemente se deba al peso de la bobina y la presión hacia abajo aplicada por los investigadores para garantizar que hubiera suficiente contacto entre el cuero cabelludo / cabeza y la bobina TMS. Los cambios mínimos en el peso corporal capturados durante los procedimientos de EMT en comparación con los ensayos estáticos sugieren que ningún efecto significativo de la carga o descarga del peso corporal contribuyó a los resultados. También examinamos la distribución del peso entre las piernas y encontramos que era simétrica, con un promedio del 50% del peso de los participantes apoyado por sus piernas izquierdas. Se espera que las personas después del accidente cerebrovascular que pueden permanecer de pie durante 10 minutos con poco o ningún apoyo puedan completar las evaluaciones de TMS de pie descritas. La posición de pie permitió una mayor tasa de respuesta a TMS en comparación con la posición de reposo / sentado. El aumento en la capacidad de respuesta de TMS en la posición de pie puede permitir que las personas que fueron previamente descalificadas de los estudios neurofisiológicos debido a la falta de respuesta medible de TMS califiquen para futuros estudios que investiguen el control motor postural y específico de caminar después del accidente cerebrovascular. Aumentar el grupo de participantes elegibles puede conducir a una mayor generalización de los hallazgos de la investigación en toda la población posterior al accidente cerebrovascular.
Los umbrales motores evaluados en la posición de pie se midieron a un %MSO inferior. Los umbrales motores posteriores a la carrera a menudo se incrementan23 y requieren estimulación a un alto %MSO para medir la CMR. La aplicación de pulsos TMS de alta potencia con una bobina de doble cono puede conducir a un aumento de las contracciones musculares faciales y de las extremidades superiores que pueden ser incómodas para los participantes de la investigación. La realización de evaluaciones neurofisiológicas a menor intensidad puede aumentar la tolerabilidad de los procedimientos de EMT en algunos participantes posteriores al accidente cerebrovascular y aumentar la participación en este tipo de estudios.
Esta metodología describe el proceso para medir la respuesta corticomotora a la EMT de pulso único. Sin embargo, los paradigmas de pulso pareado también se pueden recopilar en la posición de pie. La inhibición intracortical de latencia corta (SICI) y la facilitación intracortical (ICF) utilizan dos pulsos TMS entregados por la misma bobina con intervalos interestímulos de 2 y 10 ms, respectivamente24. Estas medidas intracorticales pueden proporcionar detalles adicionales sobre el estado neurofisiológico / comportamiento del sistema nervioso durante la posición de pie en comparación con los umbrales motores solos.
Al igual que con todos los métodos científicos, existen limitaciones para el protocolo actual. Un elemento importante a considerar es que las personas con hemiparesia posterior al accidente cerebrovascular no realizan actividades de la misma manera que los grupos neurológicamente intactos. Las personas en la fase crónica posterior al accidente cerebrovascular generalmente han desarrollado estrategias compensatorias para realizar tareas físicas25,26, que se extienden hasta mantener una postura erguida. Incluso con un peso igual/simétrico entre las extremidades paréticas y no paréticas, los participantes posteriores al accidente cerebrovascular pueden no estar en una postura vertical simétrica. Estandarizar las posiciones de los pies en la placa de fuerza puede ayudar a frenar esta limitación. Otra limitación es que investigaciones recientes han sugerido registrar más de 10 potenciales evocados motormente27,debido a la variabilidad conocida en el CMR. En esta investigación, elegimos registrar solo 10 pulsos de prueba para reducir la carga de los participantes mientras estaban de pie. Como se mencionó anteriormente, este protocolo fue bien tolerado / realizado por personas que tienen la capacidad de pararse de forma independiente durante al menos 10 minutos. Este hecho puede limitar el uso de este protocolo en niveles de discapacidad alta/severa después del accidente cerebrovascular o en individuos con limitaciones ortopédicas.
Los métodos de evaluación neurofisiológica de las extremidades inferiores, y especialmente en poblaciones neurológicamente deterioradas, aún no han recibido mucha consistencia dentro de la literatura. Cuando las deficiencias específicas de la postura y la marcha y / o la rehabilitación de las extremidades inferiores son el enfoque principal, no hay consenso sobre el mejor método a utilizar. Por ejemplo, las comparaciones entre las medidas en reposo, activas y de pie y cómo estas medidas se relacionan con la discapacidad clínica no se han investigado completamente. La mayoría de los investigadores estarían de acuerdo en que la bobina de doble cono es el dispositivo más apropiado para estimular las representaciones corticales de las extremidades inferiores. Fuera de este parámetro, gran parte de los estudios de EMT de las extremidades inferiores se realizan según los estándares de los grupos de investigación individuales. La falta de consistencia entre los grupos de investigación aumenta la dificultad para realizar evaluaciones metaanalíticas más grandes necesarias para ampliar la generalización de los hallazgos de la investigación. En este protocolo, proporcionamos una base para los procedimientos de EMT de las extremidades inferiores que se pueden utilizar en estudios que investigan el control motor postural y específico de la caminata y la neurorrehabilitación después del accidente cerebrovascular.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Los autores declaran que no tienen conflictos de intereses reales o percibidos relacionados con el trabajo reportado.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer al Sr. Brian Cence y a la Sra. Alyssa Chestnut por sus contribuciones al reclutamiento de participantes y la recopilación de datos.
El financiamiento para este proyecto fue proporcionado en parte por un Premio de Desarrollo Técnico del Centro Nacional de Neuromodulación para rehabilitación (NM4R) de los NIH (HD086844) y por el Premio de Desarrollo profesional de investigación y desarrollo de rehabilitación de Asuntos de Veteranos 1 (RX003126) y el premio al Mérito (RX002665).
El contenido de este informe no representa las opiniones del Departamento de Asuntos de Veteranos de los Estados Unidos, los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos o el Gobierno de los Estados Unidos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Data Acquisition Software | MathWorks | MatLab | The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal) |
| Double-cone coil | Magstim | D110 | Double-cone coil for TMS pulse delivery |
| Dual force plate | Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) | Dual-top Accusway | Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently. |
| Dual-pulse TMS | Magstim | Bistim 200 | Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications |
| EMG pre-amplifiers | Motion Labs Inc | MA-422 | Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes |
| EMG system | Motion Labs Inc | MA400 | EMG system for data collection |
| Neuronavigation System | Rogue Research | Brainsight | Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software. |
| Recruitment Database | N/A | N/A | Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies. |
| TMS unit (x2) | Magstim | Magstim 200 | Delivers TMS pulses |
References
- Kesar, T. M., Stinear, J. W., Wolf, S. L. The use of transcranial magnetic stimulation to evaluate cortical excitability of lower limb musculature: Challenges and opportunities. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (3), 333-348 (2018).
- Sivaramakrishnan, A., Madhavan, S. Absence of a transcranial magnetic stimulation-induced lower limb corticomotor response does not affect walking speed in chronic stroke survivors. Stroke. 49 (8), 2004-2007 (2018).
- Kindred, J. H., et al. Individualized responses to ipsilesional high-frequency and contralesional low-frequency rTMS in chronic stroke: A pilot study to support the individualization of neuromodulation for rehabilitation. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 578127 (2020).
- Lu, M., Ueno, S. Comparison of the induced fields using different coil configurations during deep transcranial magnetic stimulation. PLoS One. 12 (6), 0178422 (2017).
- Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. The Journal of Physiology. 388, 397-419 (1987).
- Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. The Journal of Physiology. 513, Pt 2 599-610 (1998).
- Capaday, C., Lavoie, B. A., Barbeau, H., Schneider, C., Bonnard, M. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 81 (1), 129-139 (1999).
- Schubert, M., Curt, A., Colombo, G., Berger, W., Dietz, V. Voluntary control of human gait: conditioning of magnetically evoked motor responses in a precision stepping task. Experimental Brain Research. 126 (4), 583-588 (1999).
- Ackermann, H., Scholz, E., Koehler, W., Dichgans, J. Influence of posture and voluntary background contraction upon compound muscle action potentials from anterior tibial and soleus muscle following transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 81 (1), 71-80 (1991).
- Lavoie, B. A., Cody, F. W., Capaday, C. Cortical control of human soleus muscle during volitional and postural activities studied using focal magnetic stimulation. Experimental Brain Research. 103 (1), 97-107 (1995).
- Soto, O., Valls-Solé, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 1711-1717 (2006).
- Kesar, T. M., Eicholtz, S., Lin, B. J., Wolf, S. L., Borich, M. R. Effects of posture and coactivation on corticomotor excitability of ankle muscles. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (1), 131-146 (2018).
- Nandi, T., et al. In standing, corticospinal excitability is proportional to COP velocity whereas M1 excitability is participant-specific. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 303 (2018).
- Tokuno, C. D., Keller, M., Carpenter, M. G., Márquez, G., Taube, W. Alterations in the cortical control of standing posture during varying levels of postural threat and task difficulty. Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1010-1016 (2018).
- Mouthon, A., Taube, W. Intracortical inhibition increases during postural task execution in response to balance training. Neuroscience. 401, 35-42 (2019).
- Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (144), (2019).
- Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst-Klug, C., Rau, G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. Journal of Electromyography and Kinesiology. 10 (5), 361-374 (2000).
- Tankisi, H., et al.
- Mishory, A., et al. The maximum-likelihood strategy for determining transcranial magnetic stimulation motor threshold, using parameter estimation by sequential testing is faster than conventional methods with similar precision. The Journal of ECT. 20 (3), 160-165 (2004).
- Borckardt, J. J., Nahas, Z., Koola, J., George, M. S. Estimating resting motor thresholds in transcranial magnetic stimulation research and practice: a computer simulation evaluation of best methods. The Journal of ECT. 22 (3), 169-175 (2006).
- McNemar, Q. Note on the sampling error of the difference between correlated proportions or percentages. Psychometrika. 12 (2), 153-157 (1947).
- Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
- McDonnell, M. N., Stinear, C. M. TMS measures of motor cortex function after stroke: A meta-analysis. Brain Stimulation. 10 (4), 721-734 (2017).
- Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. The Journal of Physiology. 586 (2), 325-351 (2008).
- Chen, G., Patten, C., Kothari, D. H., Zajac, F. E. Gait differences between individuals with post-stroke hemiparesis and non-disabled controls at matched speeds. Gait & Posture. 22 (1), 51-56 (2005).
- Knarr, B. A., Reisman, D. S., Binder-Macleod, S. A., Higginson, J. S. Understanding compensatory strategies for muscle weakness during gait by simulating activation deficits seen post-stroke. Gait & Posture. 38 (2), 270-275 (2013).
- Ammann, C., et al. A framework to assess the impact of number of trials on the amplitude of motor evoked potentials. Scientific Reports. 10 (1), 21422 (2020).
