La combinación de sistemas de adquisición de datos múltiples para el Estudio de salida corticoespinal y multi-segmento de Biomecánica

El objetivo general de esta metodología es crear un enfoque rentable de integración de estudios sobre la estimulación cerebral y el movimiento humano. Este método puede responder a preguntas clave en el campo del control neuromotor, como por ejemplo cómo se puede modular la salida neurológica de la corteza motora durante el movimiento continuo. La principal ventaja de esta técnica es que la administración de la estimulación cerebral está automatizada por ordenador y está determinada por el parámetro específico de interés para el investigador, como el ángulo articular o la magnitud de la actividad muscular.

Para demostrar este procedimiento estará Aaron Bailey, un estudiante graduado de mi laboratorio. Consulte el manuscrito que acompaña a este video para obtener instrucciones de configuración de hardware y software para este protocolo experimental. El diagrama que se ve aquí ofrece una descripción general de la configuración de hardware.

Comience por evaluar al participante para determinar la seguridad de la TMS y obtener el consentimiento escrito e informado para el experimento. A continuación, registre la masa corporal total del participante utilizando una báscula. También use cinta métrica para determinar la longitud de la mano, el antebrazo y la parte superior del brazo del participante, ya que estos segmentos se pueden usar posteriormente para el análisis cinemático y cinético.

A continuación, prepare la piel sobre los músculos de interés con un gel abrasivo ligero. A continuación, limpie la zona con alcohol. Utilice un medidor de impedancia para asegurarse de que la impedancia del electrodo cutáneo esté por debajo de 10 kiloohmios para mejorar la adquisición de la señal EMG.

Ahora coloque dos electrodos sobre el vientre de los músculos en un montaje bipolar. Para este experimento, coloque electrodos sobre el bíceps braquial, el tríceps braquial, el pectoral mayor, el deltoides posterior y el braquiorradial. Por último, utilizando los cables NC, conecte las salidas del amplificador EMG a los canales analógicos cero, uno, tres, cuatro y cinco de la caja AD.

Localice el vértice utilizando el Sistema Internacional de Colocación de Electrodos de Electroencefalografía 10-20. Calibrar la bobina TMS para el participante utilizando el software de neuronavegación. Localizar el punto caliente del motor para cada músculo de interés es la parte más crítica del experimento.

La ubicación incorrecta del punto caliente del motor o la orientación incorrecta de la bobina pueden tener efectos en los datos que se adquieren. A continuación, para localizar el punto caliente del motor, comience colocando la bobina en el hemisferio contralateral del brazo o mano que se está estudiando y cinco centímetros lateral al vértice. La bobina debe estar plana sobre la cabeza del participante y orientada de tal manera que esté a 45 grados en relación con el plano sagital.

A continuación, comience con aproximadamente el 30% de la salida máxima del estimulador y entregue pulsos TMS con un intervalo entre estímulos de seis segundos o más, como se describe en el software de adquisición de datos basado en la suite. Mueva la bobina TMS a lugares ligeramente diferentes en el cuero cabelludo mientras también cambia ligeramente la orientación hasta que se observe un potencial evocado motor en el músculo de interés. Ahora determine el umbral del motor en reposo comenzando a la intensidad que produce la respuesta más confiable a aproximadamente un milivoltio.

Entregue pulsos individuales y registre en línea la amplitud de vista a vista potencial evocada por el motor. Comience el experimento ejecutando primero el programa de software de entrega de estímulos visuales. A continuación, ejecute el archivo de script para los ensayos experimentales dentro del software de adquisición de datos basado en suites, como se describe en el manuscrito que acompaña a este protocolo.

Introduzca la información deseada en el cuadro de diálogo de configuración como se ve en la pantalla aquí. Estos valores configurarán el tiempo y otros ajustes para los ensayos experimentales. Por ejemplo, los conjuntos de estímulo y el valor de aleatorización controlan el número de veces que se realiza el tipo de prueba en un bloque.

Los sensores de captura de movimiento se adhieren al paciente. Después de este paso, el software se ejecutará por sí solo con una intervención mínima del usuario. Asegúrese de que el participante comprenda todas las instrucciones de la tarea y, a continuación, comience el experimento.

Una prueba comienza cuando el participante coloca el cursor en el objetivo de la posición inicial. A continuación, aparecerá una nueva posición de objetivo visual. A continuación, se emite un recorrido auditivo a través de una salida de digital a analógico en la caja de adquisición de datos y el participante debe mover el cursor al nuevo objetivo.

Deben mantener el cursor en esta posición objetivo durante un segundo y luego devolverlo a la posición inicial para esperar la siguiente prueba. La señal analógica del EMG activará el pulso TMS, que debe configurarse para que ocurra 100 milisegundos después de la ejecución auditiva. Observe al participante y asegúrese de que el cursor esté colocado en la posición inicial y en los objetivos durante las pruebas.

El experimento, como se ve aquí, tiene 21 condiciones que consisten en siete condiciones objetivo con tres puntos de tiempo diferentes en los que se activa un pulso TMS. La duración total aproximada del experimento es de tres a cuatro horas. En una sola prueba, el esquema de la izquierda muestra la posición inicial al principio de la prueba, mientras que el esquema de la derecha muestra la posición final durante la prueba.

Aquí vemos la amplitud de la MEP obtenida de cada músculo a partir de un solo pulso de TMS durante el inicio de la EMG de este ensayo. Los gráficos que se ven aquí muestran el desplazamiento angular de la articulación del hombro y el codo, mientras que estos gráficos muestran la velocidad angular en las mismas articulaciones. Aquí vemos la cinética en las articulaciones del hombro y el codo, con las líneas azul, verde y roja, cada una representando el músculo neto y el momento de contacto hueso con hueso, respectivamente.

Esta figura muestra ejemplos de potenciales evocados motores registrados desde el bíceps braquial y el pectoral mayor, mientras se alcanza un objetivo que requiere que ambos músculos estén activos. También se muestran los potenciales evocados motores registrados desde el tríceps braquial y el deltoides posterior, mientras se alcanza un objetivo que requiere que estos músculos estén activos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en dos o tres horas si se hace correctamente.

Al intentar este procedimiento, es importante determinar qué señal analógica, como la actividad EMG o el ángulo de la articulación, se utilizará para activar el pulso TMS. Esta información estará determinada por el contexto del experimento. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como el EEG para responder preguntas adicionales, como si los cambios en las oscilaciones cerebrales se modulan en paralelo con los cambios en la producción corticoespinal.