Article de méthode

Évaluation de l’excitabilité du cortex moteur primaire et de la modulation de l’excitabilité en appariant la stimulation magnétique transcrânienne à l’électromyographie

DOI :

10.3791/68897

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7 octobre 2025

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1Champalimaud Research and Clinical Centre, Champalimaud Foundation, 2Department of Psychiatry and Mental Health, ULS Loures-Odivelas, Hospital Beatriz Ângelo, 3Lisbon School of Medicine, University of Lisbon, FMUL, 4Institute for Systems and Robotics-Lisbon (LARSyS), Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 5Portuguese Red Cross Health School, 6Faculty of Medicine, University of Porto, FMUP, 7Department of Psychiatry and Mental Health, Centro Hospitalar Universitário de São João, CHUSJ, 8NOVA Medical School, Faculdade de Ciências Médicas, NMS, FCM, Universidade NOVA de Lisboa

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

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Ici, nous présentons un protocole décrivant la méthodologie pour évaluer l’excitabilité du cortex moteur primaire et la modulation de l’excitabilité à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) associée à l’électromyographie (EMG).

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nous décrivons un protocole pour évaluer l’excitabilité du cortex moteur et sa modulation, par l’utilisation appariée de l’électromyographie (EMG) et de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (TMS) du cortex moteur primaire (M1). Les enregistrements EMG utilisent un système sur mesure, et des électrodes de surface sont placées sur le premier muscle interosseux dorsal droit (FDI), avec une électrode de masse sur le coude gauche. La TMS est réalisée à l’aide d’un stimulateur magnétique avec une bobine en huit, guidé par un système de neuronavigation. Le point chaud du moteur pour le FDI est identifié en appliquant systématiquement des impulsions TMS uniques lors de l’ajustement du placement de la bobine, et est utilisé comme cible pour toutes les procédures TMS. Le seuil moteur au repos (rMT) est défini comme l’intensité minimale requise pour susciter des potentiels évoqués moteurs (MEP) ≥ 50 μV dans l’enregistrement EMG, dans au moins 5 essais sur 10, tandis que le seuil moteur actif (aMT) est l’intensité minimale nécessaire pour évoquer des MEP ≥ 200 μV dans au moins 5 impulsions sur 10 tandis que le participant maintient 10 à 20 % de son activation musculaire volontaire maximale. L’excitabilité corticale de base est définie comme l’amplitude moyenne MEP obtenue à partir de 40 impulsions TMS uniques appliquées à 120 % rMT, avec des impulsions délivrées à des intervalles aléatoires (6-10 s). La modulation de l’excitabilité du cortex moteur est réalisée à l’aide d’un protocole de stimulation intermittente par éclatement thêta (iTBS (triplets d’impulsions de 50 Hz, 80 % d’aMT, 5 Hz pendant 2 s de marche/8 s de désactivation, répété 20 fois ; 600 impulsions au total). La modulation de l’excitabilité est évaluée par la répétition des mesures d’amplitude MEP à quatre points temporels post-stimulation : immédiat (T0), 10 min (T10), 20 min (T20) et 30 min (T30). Ce protocole assure une évaluation précise et reproductible de l’excitabilité du cortex moteur et capture le pic des effets modulateurs résultant de l’iTBS.

Introduction

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La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une technique de neurostimulation non invasive qui induit un champ magnétique capable de pénétrer le cuir chevelu et le crâne, provoquant une activité neuronale lorsqu’il atteint le tissu cortical1. La TMS permet d’évaluer in vivo la neurophysiologie du système nerveux central (SNC) chez l’homme 2,3,4. Lorsqu’elle est délivrée en trains répétés (TMS répétitive, ou rTMS) à des régions corticales spécifiques, la TMS peut induire des changements dans l’excitabilité de la cible corticale qui s’étendent au-delà de la durée de la stimulation, en fonction des paramètres du protocole qui a été appliqué5. La SMT à impulsion unique est couramment utilisée pour mesurer l’excitabilité corticale et, lorsqu’elle est appliquée avant et après la SMTr, permet de quantifier la modulation de l’excitabilité corticale induite par la SMT 2,3,4. Le cortex moteur primaire (M1) a été l’une des principales cibles de ces protocoles, car sa sortie fonctionnelle peut être facilement quantifiée par des enregistrements électromyographiques (EMG) 6,7. Par rapport à d’autres techniques neurophysiologiques et de neuroimagerie, telles que l’électroencéphalographie (EEG) et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), la TMS-EMG offre plus d’avantages pour la mise en œuvre clinique. L’EEG nécessite une configuration d’électrode étendue, une gestion minutieuse des artefacts et un traitement sophistiqué du signal8, tandis que l’IRMf implique des coûts plus élevés, une accessibilité limitée et une résolution temporelle inférieure9. TMS-EMG s’appuie sur des enregistrements EMG de surface relativement simples, avec une analyse centrée sur des mesures simples et objectives telles que l’amplitude du potentiel évoqué du moteur (MEP) et la latence. Cette simplicité d’acquisition et de traitement, associée à des temps de configuration plus courts et à des exigences d’infrastructure réduites, rend le TMS-EMG particulièrement adapté à la traduction dans la pratique clinique, où des biomarqueurs rapides, fiables et reproductibles sont nécessaires10.

Les mesures de la modulation de l’excitabilité corticale sont considérées comme des indicateurs indirects de la neuroplasticité, définie comme la capacité du cerveau à subir des changements fonctionnels et structurels en réponse à des stimuli intrinsèques ou extrinsèques11,12. Des altérations de la neuroplasticité ont été impliquées dans diverses affections neuropsychiatriques, telles que le trouble dépressif majeur (TDM)13,14,15,16. Compte tenu de la capacité de sonder les mécanismes neuroplastiques, in vivo, et de l’applicabilité pratique dans des contextes cliniques, l’évaluation de la modulation de l’excitabilité corticale dérivée de la TMS-EMG a été étudiée en tant que biomarqueur potentiel des troubles neuropsychiatriques 17,18,19. Ces mesures peuvent être prometteuses à la fois en tant que biomarqueur diagnostique18 et en tant que prédicteur des résultats du traitement14,15. La SMT à impulsions uniques ou appariées est normalement délivrée à des intensités exprimées en pourcentage du seuil moteur au repos (rMT), c’est-à-dire l’intensité minimale nécessaire pour générer une réponse motrice (rMT ; généralement 110-130 % rMT), les protocoles employant souvent 20 à 40 impulsions pour estimer de manière fiable l’excitabilité corticospinale et plusieurs centaines d’impulsions pour évaluer la modulation avant et après l’intervention, à différents pointstemporels 20. Les intervalles entre les impulsions (IPI) devraient généralement être de >4 s afin de minimiser les effets de transfert et d’assurer l’indépendance des députés européens successifs21. Lorsqu’ils sont utilisés pour moduler l’excitabilité corticale, les protocoles reposent le plus souvent sur la SMTr à basse fréquence (SMTr ; ≈ 1 Hz, 600-1800 impulsions) ou la stimulation continue par éclatement thêta (SCTc ; 3 impulsions à 50 Hz, répétées toutes les 200 ms, en continu pendant 40 s) pour induire des séquelles inhibitrices. Pour faciliter l’excitabilité corticale, les protocoles reposent le plus souvent sur la SMTr à haute fréquence (SMTr ; ≥ 5 Hz, généralement 5-20 Hz, 600-2000 impulsions) ou la stimulation thêta-burst intermittente (iTBS)22. L’iTBS se compose généralement de 600 impulsions délivrées sous forme de rafales de 3 stimuli à 50 Hz, répétées à 5 Hz pendant 2 s, avec des trains appliqués par intermittence toutes les 10 s, à des intensités d’environ 80 % du seuil du moteur actif (aMT). Ce modèle est devenu le plus largement adopté à des fins expérimentales et cliniques, en raison de son efficacité, de sa durée plus courte et de sa facilitation robuste de la plasticité corticale23,24.

Cependant, l’utilité clinique reste limitée par des défis méthodologiques non résolus. Les efforts déployés pour relever ces défis, principalement en examinant et en améliorant la fiabilité des mesures, ont abouti à des résultats incohérents 25,26,27,28,29. Ces incohérences peuvent être attribuées, du moins en partie, à des pièges méthodologiques importants et à l’hétérogénéité d’une étude à l’autre, y compris la variabilité des paramètres de la SMTr, où, par exemple, le nombre d’impulsions varie de 20 à 1800 impulsions dans les paradigmes basse fréquence22 et des trains iTBS de 600 impulsions aux versions modifiées de 1200 impulsions30. De plus, des études sans neuronavigation ont montré une variabilité de l’amplitude de la MEP et des effets modulateurs plus faibles d’un protocole de SMTr par rapport aux protocoles avec neuronavigation31. La taille des échantillons dans les études publiées a également été relativement modeste, souvent entre 10 et 25 participants, limitant la puissance statistiqueà 32. De plus, des approches statistiques limitées pour évaluer la fiabilité ont été mises en œuvre, certaines études s’appuyant sur des mesures autres que le coefficient de corrélation intraclasse (CCI)24,33, qui est généralement considéré comme l’indice le plus approprié pour la fiabilité test-retest26.

Les protocoles d’acquisition et d’analyse de l’excitabilité corticale avec les paradigmes TMS-EMG peuvent également contribuer à une variabilité supplémentaire. Des facteurs méthodologiques spécifiques, tels que le nombre d’impulsions de TMS administrées, peuvent donner une faible fiabilité, les estimations étant basées sur moins de 20 MEP, alors qu’une moyenne de ≥30 MEP fournit une mesure stable de l’excitabilité corticospinale. De même, il a été démontré que l’IPI influence l’excitabilité avec des intervalles de 2 s ou moins, induisant des changements dans l’excitabilité corticale en raison des effets cumulatifs de la stimulation, tandis que des intervalles plus conservateurs de plus de 4 s réduisent ces facteurs de confusion21. Les techniques d’acquisition EMG34,35 peuvent également influencer la fiabilité des mesures, par exemple, la configuration bipolaire offrant une meilleure sélectivité spatiale et une contamination réduite par l’activité des muscles voisins par rapport à une configuration monopolaire34,35. La normalisation des protocoles d’acquisition et de traitement des données est donc essentielle pour améliorer l’évaluation de la modulation de l’excitabilité corticale et pour déterminer sa stabilité - un attribut essentiel de tout biomarqueur fiable36.

Par conséquent, afin de poursuivre l’utilisation des mesures de modulation de l’excitabilité corticale en tant que marqueurs candidats pour l’évaluation neurobiologique et d’établir leur fiabilité pour l’application clinique, nous présentons un protocole résultant d’une approche systématique fondée sur les meilleures preuves disponibles dans le domaine afin de minimiser l’impact potentiel de l’hétérogénéité méthodologique et d’assurer une mesure précise et reproductible de l’excitabilité du cortex moteur et de sa modulation37, 38. Planche 38. Il s’agissait notamment de la mise en œuvre de protocoles d’acquisition EMG appropriés34, de l’utilisation de systèmes de neuronavigation39, de la collecte d’un nombre suffisant de députéseuropéens 20, de l’utilisation d’IPI21 appropriés et d’un rapport complet sur les procédures d’acquisition et les méthodes de traitement du signal34. Nos résultats ont démontré une meilleure stabilité du signal par rapport aux meilleures pratiques existantes dans la littérature, contribuant ainsi à la rigueur méthodologique nécessaire au développement d’un biomarqueur neurophysiologique robuste.

Protocole

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Les procédures décrites dans le présent document ont été élaborées pour recueillir les données rapportées par Seybert et al.37 et Faro Viana et al.38 Tous les participants ont fourni un consentement éclairé écrit avant de participer, expliquant l’objectif de l’étude, les procédures, les risques et leur droit de se retirer à tout moment. Le protocole a été approuvé par les comités d’éthique du Centre Champalimaud pour l’inconnu et mené conformément à la Déclaration d’Helsinki. L’utilisation de ce protocole dans d’autres études ou lieux ne devrait avoir lieu qu’après avoir obtenu l’approbation des comités d’éthique locaux concernés et/ou d’autres autorités compétentes. Une liste de contrôle de sécurité normalisée doit être appliquée avant la SMT afin de minimiser le risque d’effets secondaires indésirables, en utilisant les lignes directrices internationales40,41 comme cadre de référence qui peut être adapté à des contextes d’étude spécifiques. Le protocole est conçu pour une durée de ~1 h 15 min (Figure 1).

1. Configuration requise et préparation

  1. Assurez-vous que deux techniciens sont disponibles pour mener à bien la session, où l’un appliquera les procédures TMS et l’autre fournira un soutien dans les étapes supplémentaires.
  2. S’assurer que l’équipement suivant est disponible : un système de neuronavigation ; une chaise confortable ; un appareil EMG avec les contacts et les électrodes correspondants ; un stimulateur TMS avec une bobine en forme de 8, qui permet la saisie d’iTBS, de protocoles à impulsion unique et une connexion avec la neuronavigation et le système EMG. Assurez-vous qu’un ou deux ordinateurs sont disponibles pour permettre l’observation simultanée du logiciel EMG et du logiciel de neuronavigation. Assurez-vous que l’ordinateur dispose d’un récepteur de signal Bluetooth pour recevoir le signal EMG.
  3. Assurez-vous que les consommables suivants sont disponibles : compresses d’alcool et de gaze ; papier de verre à l’eau pour nettoyer la peau où seront placées les électrodes de gel ; un bonnet de bain pour le participant ; et des bouchons d’oreille pour le participant et les techniciens.
  4. Commencez la préparation de la configuration environ 30 minutes avant l’arrivée du participant, afin de configurer correctement le système de neuronavigation, la carte EMG et la machine TMS, ainsi que le logiciel nécessaire à l’acquisition des données physiologiques.
  5. Préparez le système EMG.
    1. Assurez-vous que la planche EMG est complètement chargée - le cas échéant - et préparez les contacts respectifs - l’un comme référence (unipolaire - à placer sur le coude gauche), et l’autre sur le muscle cible pour l’enregistrement (bipolaire - à placer sur le premier interosseux dorsal droit). Un câble supplémentaire est nécessaire pour synchroniser la sortie d’impulsion TMS avec le signal EMG, en connectant l’appareil TMS à la carte EMG.
    2. Branchez les électrodes d’argent/chlorure d’argent de qualité médicale (Ag/AgCl) dans les contacts (3 électrodes seront nécessaires). Connectez également un câble de la machine TMS à la carte EMG pour émettre le signal de déclenchement de chaque impulsion TMS.
    3. Pour l’appareil EMG interne, dénudez le velcro sur une surface stable. Branchez les contacts dans l’appareil EMG aux points d’entrée respectifs.
    4. Sur l’un des moniteurs/ordinateurs, ouvrez le logiciel BONSAI42 et le script d’acquisition de données EMG correspondant. Appuyez sur le bouton de démarrage , uniquement lorsque vous êtes prêt pour l’acquisition de données (pour plus de détails, voir Fichier supplémentaire 1, étape 1).
  6. Préparez le dispositif TMS.
    1. Définir le protocole d’évaluation de l’excitabilité dans l’appareil TMS. Celui-ci est composé de 40 impulsions simples, à 120 % rMT, avec un IPI aléatoire d’au moins 6 s pour éviter les effets de transfert du stimulus précédent.
    2. Insérer un protocole iTBS suivant a priori les paramètres de stimulation donnés dans l’appareil : triplets d’impulsions 50 Hz, 80 % aMT, 5 Hz pendant 2 s allumées / 8 s éteintes, répétées 20 fois, 600 impulsions au total.
    3. Fixez des bandes de papier dans toutes les parties de l’écran de l’appareil TMS où le rendement de stimulation maximal (MSO - %) est visible afin que le technicien soit aveugle pendant l’évaluation rMT et aMT (pour plus de détails, voir le fichier supplémentaire 1, étape 2).
  7. Préparez le système de neuronavigation ANT Neuro pour la TMS.
    1. Assemblez les composants matériels requis. Il s’agit notamment de la caméra de suivi infrarouge, du bandeau du participant avec des marqueurs réfléchissants, d’un outil de pointage, d’un tableau d’étalonnage (pour la bobine TMS) et d’un tracker de bobine (un dispositif circulaire qui se fixe à la bobine pour le suivi de position en temps réel).
    2. Placez l’appareil photo sur le trépied et placez-le dans une position telle qu’il ait une ligne de vue dégagée pour tous les autres composants de neuronavigation tout au long de la séance.
    3. Placez le suivi et la carte d’étalonnage de la bobine sur la bobine TMS.
    4. Ouvrez le logiciel du système de neuronavigation, insérez l’ID du participant et calibrez les composants de neuronavigation (pour plus de détails, voir le fichier supplémentaire 1, étape 3).

2. Préparation du participant

  1. Une fois le participant arrivé, évaluez l’innocuité de l’application de la TMS à l’aide d’un questionnaire et/ou d’un entretien structuré basé sur les directives publiées40,41. Incluez des éléments concernant les antécédents de troubles psychiatriques et neurologiques, la perte de conscience, la déficience auditive, ainsi que la présence d’implants métalliques ou magnétiques, la médication en cours et l’état de grossesse. N’appliquez le protocole que si aucun problème de sécurité n’est soulevé.
  2. Asseyez le participant dans une chaise confortable où les deux avant-bras peuvent être positionnés en position de repos. Assurez-vous que le participant est à un angle approprié pour que la bobine soit positionnée confortablement sur sa tête.
  3. Demandez au patient d’enlever ses lunettes, ses pinces à cheveux ou ses épingles, ainsi que ses boucles d’oreilles ou tout autre appareil métallique et/ou électronique. Fournissez des bouchons d’oreille et assurez-vous qu’ils sont correctement positionnés et de manière stable. Demandez au participant de rester éveillé, silencieux et détendu. S’assurer que le participant est éveillé en tout temps afin de réduire, autant que possible, les fluctuations du signal physiologique.
  4. Pour améliorer la qualité de l’interface électrode-peau et améliorer la conductance du signal électrique, nettoyez la peau sur le FDI en frottant doucement la zone avec du papier de verre à l’eau suivi d’un rinçage rapide avec de la gaze imbibée d’alcool35. Répétez cette procédure sur le coude controlatéral. Une fois que la peau est sèche, placez l’électrode de terre sur le coude pour fournir un point de référence de tension zéro et l’électrode d’enregistrement sur la main controlatérale sur le FDI, avec son centre à environ 2,5 cm dans la direction du tendon musculaire (voir Figure 2).
  5. Placez un bonnet de bain sur la tête des participants pour dessiner des références pour l’emplacement du site de stimulation TMS :
    1. Placez un bonnet de bain sur la tête du participant avec une orientation antéro-postérieure. Assurez-vous que le capuchon est aligné avec la ligne des sourcils du participant à l’avant et à la racine de l’hélice des oreilles de chaque côté. Placez-le sur le cuir chevelu, en laissant les oreilles libres et découvertes.
    2. Tracez la ligne sagittale médiale ainsi que la ligne intertragus sur le chapeau pour obtenir le point d’interception sur le sommet (Figure 3A, B).
    3. À partir du point d’interception, mesurez 5 cm vers la gauche sur la ligne intertragus et antérieurement sur la ligne sagittale, pour définir 2 points supplémentaires (Figure 3C, D).
    4. Tracez une ligne diagonale pour relier le point latéral au point antérieur médial (Figure 3E).
    5. En commençant par le point latéral, mesurez 2,5 cm dans la direction antéro-médiale sur la ligne diagonale pour marquer l’estimation initiale du point chaud moteur (Figure 3F).
    6. Marquez 4 points dans un rayon de 0,5 cm autour de cette estimation initiale, afin de fournir des points de test supplémentaires pour le point chaud du moteur. Marquez la région prise en compte pour le point chaud moteur (ligne rouge) (Figure 3E, F).
  6. Mettre en place le système de neuronavigation pour le participant.
    1. Placez le bandeau élastique sur la tête du participant, en veillant à ce que la bande de marqueurs fasse face à la caméra et soit confortable, car elle doit rester en place tout au long de la session.
    2. Utilisez le pointeur pour définir les repères anatomiques clés sur la tête du participant (nasion, tragus gauche et droit et points de forme de la tête), ce qui permettra au système d’aligner et de suivre les cibles de stimulation par rapport à l’anatomie de la tête du participant (nasion, tragus, points de repère du cuir chevelu et forme de la tête), si vous utilisez un espace MNI standard et d’autres aspects de l’anatomie, y compris l’anatomie du cerveau, si vous utilisez des IRM individualisées. Cela permet de s’assurer que le positionnement de la bobine est précis par rapport à l’anatomie individuelle pendant la procédure TMS (pour plus de détails, voir le fichier supplémentaire 1, étape 3).

3. Évaluation de la physiologie TMS-EMG

  1. Lancez l’exécution du script BONSAI42 pour l’acquisition de données EMG. Pendant l’enregistrement, surveillez le participant pour détecter des signes de contraction faciale, de mouvement des membres, de repositionnement par inadvertance du capuchon ou d’autres comportements qui pourraient avoir un impact sur la physiologie du participant et l’acquisition de données physiologiques.
  2. Mesurez le point chaud du moteur.
    1. Placez la bobine TMS tangentiellement au cuir chevelu du participant, la poignée pointant vers l’arrière à un angle de 45° par rapport à la ligne médio-sagittale et son centre sur l’emplacement marqué à l’étape 2.5 - cette position sera utilisée pour toutes les procédures TMS.
    2. Appliquer des impulsions à 30 % de l’OSM au-dessus de l’estimation initiale du point chaud moteur.
    3. Augmentez l’intensité de la stimulation par paliers de 5 à 10 % de MSO jusqu’à ce qu’une réponse motrice constante soit observée.
    4. Appliquer des impulsions uniques à l’estimation initiale et à plusieurs endroits autour de celle-ci pour déterminer l’emplacement qui se traduit le plus systématiquement par des MEP d’amplitude plus élevée et, lorsque cela est possible, où la contraction visible était limitée à l’IDE - c’est le point chaud moteur pour l’IDE (MH).
    5. Dans le logiciel du système de neuronavigation, sélectionnez l’impulsion qui a déterminé la MH pour guider la stimulation ultérieure.
  3. Établissez le rMT.
    1. Utilisez le système de neuronavigation pour guider la bobine vers le MH trouvé à l’étape 3.2 - le rMT est le % MSO minimum nécessaire pour provoquer des MEP d’au moins 50 μV dans l’IDE controlatéral dans au moins 5 impulsions uniques TMS sur 10 délivrées ici, séparées approximativement par un intervalle interstimulus de 5 s.
    2. En commençant par le % MSO utilisé pour définir la MH, réduisez l’intensité par paliers de 2 % jusqu’à ce que moins de 5 impulsions uniques TMS sur 10 suscitent une réponse d’au moins 50 μV dans l’IDE controlatéral.
    3. Augmenter le MSO par pas de 1 % jusqu’à ce qu’au moins 5 impulsions uniques TMS sur 10 suscitent une réponse d’au moins 50 μV dans l’IDE controlatéral.
    4. Enregistrez le % MSO pour le rMT.
  4. Déterminez l’activation musculaire volontaire maximale.
    1. Demandez au patient de produire une activation musculaire volontaire maximale du premier muscle interosseux dorsal (FDI) par la production de la forme d’un cercle en poussant son ongle contre le ventre de son pouce avec une force maximale.
    2. Environ 2 s après que le participant a initié la contraction musculaire, enregistrez le point temporel correspondant en appuyant sur la barre d’espace de l’ordinateur exécutant le script BONSAI, en sautant la montée en puissance initiale de l’activité et les pics résultant du mouvement des électrodes.
    3. Répétez le processus trois fois, chaque contraction étant séparée d’une période de repos de 1 minute pour prévenir la fatigue et assurer la récupération.
  5. Établissez l’aMT.
    1. Utilisez le système de neuronavigation pour guider la bobine vers la MH trouvée à l’étape 3.2 - l’aMT est le % MSO minimum qui produit des MEP d’une amplitude crête à crête d’au moins 200 μV dans au moins 5 impulsions uniques TMS sur 10 délivrées ici, lors d’une légère contraction volontaire.
    2. Demandez au participant de maintenir une contraction sous-maximale, entre 10 % et 20 % de la MViC, en utilisant l’EMG pour surveiller la contraction en cours et fournir une rétroaction en temps réel (pour plus de détails, voir le fichier supplémentaire 1, étape 1).
    3. En commençant par le % de MSO pour la rMT, diminuer l’intensité par pas de 2 % jusqu’à ce que des MEP d’au moins 200 μV soient produites dans moins de 5 impulsions uniques TMS sur 10.
    4. Augmenter le MSO par pas de 1 % jusqu’à ce que des MEP d’au moins 200 μV soient produites dans au moins 5 impulsions uniques TMS sur 10.
    5. Enregistrez le % MSO pour l’aMT.
  6. Définir l’excitabilité corticale de base.
    REMARQUE : Cette phase vise à établir l’amplitude de référence du MEP du participant, servant de référence pour les comparaisons ultérieures.
    1. Utilisez le système de neuronavigation pour positionner avec précision la bobine sur le point chaud moteur, comme défini à l’étape 3.2.
    2. Confirmez que les électrodes EMG de surface sont correctement placées sur le muscle cible (par exemple, le premier interosseux dorsal) et vérifiez la qualité du signal (bruit minimal et MEP clairs)
    3. Chargez le protocole de stimulation à impulsion unique sur l’appareil TMS.
    4. Insérez la rMT précédemment définie et démarrez le protocole (paramètres de stimulation décrits à l’étape 1.6.1).
    5. Évaluez l’excitabilité corticale de base en faisant la moyenne des amplitudes de crête à crête de 40 MEP.
      REMARQUE : L’amplitude crête à crête est définie comme la différence de tension entre les points minimum et maximum de chaque forme d’onde MEP individuelle. Pour des analyses plus approfondies, les amplitudes MEP peuvent être normalisées par rapport aux valeurs de référence afin de contrôler la variabilité interindividuelle, conformément aux procédures décrites dans la littérature antérieure32.
  7. Appliquer le protocole de modulation de l’excitabilité corticale.
    REMARQUE : Cette étape implique la mise en place d’un protocole iTBS pour moduler l’excitabilité corticale.
    1. Chargez le protocole iTBS sur le périphérique TMS.
    2. Insérez l’aMT précédemment défini et démarrez le protocole (paramètres de stimulation décrits à l’étape 1.6.2).
    3. Immédiatement après la fin du protocole iTBS, démarrez un chronomètre pour surveiller les intervalles post-stimulation.
  8. Évaluer la modulation de l’excitabilité corticale.
    1. T0, c’est-à-dire qu’immédiatement après la fin du protocole de modulation de l’excitabilité corticale, réappliquez le protocole de stimulation à impulsion unique en utilisant 120 % rMT, comme décrit à l’étape 3.6.
    2. Validez la précision de la neuronavigation en plaçant le pointeur sur la nasion et en vérifiant l’alignement dans le logiciel du système de neuronavigation. Assurez-vous que la déviation spatiale est < 5 mm. Enregistrez la valeur.
    3. T10, T20 et T30, c’est-à-dire 10, 20 et 30 min après le protocole de modulation de l’excitabilité corticale - répéter le protocole de stimulation à impulsion unique comme à l’étape 3.8.1. Revalidez la précision de la neuronavigation comme à l’étape 3.8.2.
    4. Une fois le bloc de stimulation final terminé, arrêtez le script BONSAI. Finalisez la séance de neuronavigation dans le logiciel. Un fichier « bin. » est généré à partir de l’acquisition des données du bonsaï.
    5. Évaluer l’excitabilité corticale aux points temporels de post-modulation (T0, T10, T20 et T30) en utilisant la même procédure que la ligne de base, c’est-à-dire en faisant la moyenne des amplitudes crête à crête de 40 MEP enregistrées à chaque point temporel. Cela permet de comparer les changements d’excitabilité par rapport à la ligne de base en suivant le protocole de modulation.
    6. Calcul de la modulation de l’excitabilité corticale : Quantifier la modulation de l’excitabilité corticale induite par le protocole de stimulation en calculant le delta MEP (ΔMEP), défini comme la différence entre l’amplitude moyenne des MEP enregistrées à chaque point temporel post-intervention (T0, T10, T20, T30) et l’amplitude moyenne des MEP enregistrées au départ, normalisée par l’amplitude moyenne des MEP enregistrées au départ. Cette mesure permet d’évaluer l’ampleur et la durée des modifications de l’excitabilité corticale induites par le protocole iTBS.
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  9. Questionner le participant sur tout inconfort et lui fournir des moyens de contact si des besoins ou des questions peuvent survenir après la séance.

Résultats

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Ce protocole a été conçu pour fournir une évaluation fiable et reproductible de l’excitabilité corticospinale tout en restant généralisable à différents systèmes EMG et configurations TMS. Nous avons opté pour la procédure conventionnelle de chasse aux seuils, car elle est largement validée, reproductible et comparable d’une étude à l’autre, tout en reconnaissant que d’autres méthodes sont également bien établies (par exemple, des méthodes de chasse aux seuils basées sur l’estimation des paramètres par des tests séquentiels)43,44. La collecte d’un total de 40 stimuli TMS à impulsion unique garantit qu’un nombre suffisant de MEP est enregistré pour une estimation fiable de l’amplitude de la MEP, même lorsque certaines impulsions ne parviennent pas à susciter une réponse20. Les intervalles entre les impulsions sont randomisés avec un minimum de 6 s pour éviter les effets de report des stimuli précédents21 et pour rendre la séquence d’impulsions imprévisible, réduisant ainsi la pré-activation musculaire anticipée. L’utilisation d’une intensité TMS à impulsion unique de 120 % rMT est une norme bien établie qui suscite des MEP mesurables tout en capturant les changements de plasticité induits par l’iTBS de manière cohérente chez tous les participants. Le traitement EMG hors ligne, y compris le filtrage, la suppression des artefacts et la surveillance de l’activité musculaire de fond, garantit que les MEP mesurées reflètent la véritable excitabilité corticospinale plutôt que le bruit et ne sont pas influencées par la pré-activation musculaire (voir le fichier supplémentaire 1, étape 4 pour plus de détails). Bien qu’il soit possible d’acquérir des MEP post-iTBS pendant plus de 30 minutes en utilisant ce protocole, nous avons choisi de mettre fin à l’acquisition de données à T30 post-iTBS, ce qui est cohérent avec les preuves que la plasticité de type LTP résultant de ce protocole se produit principalement dans cette fenêtre32. Dans l’ensemble, le protocole met l’accent sur la reproductibilité, la fiabilité et la généralisabilité conceptuelle, indépendamment de dispositifs ou de logiciels spécifiques.

Tout le personnel participant aux séances de SMT doit être formé aux protocoles de sécurité de l’établissement afin d’assurer le bien-être des participants. Au cours de la session, si un participant signale des symptômes bénins tels que des étourdissements, la session doit être interrompue, le participant doit être arrosé et/ou allongé avec les jambes surélevées, si nécessaire. Il faut communiquer avec une infirmière ou un médecin, le cas échéant. Des maux de tête peuvent survenir pendant ou peu de temps après la séance. Les participants doivent être informés que cela est attendu et peuvent prendre de simples analgésiques en vente libre, si nécessaire. Si les maux de tête persistent, il faut communiquer avec l’équipe de recherche. Dans les rares cas de crise, la séance doit être immédiatement interrompue et des procédures d’urgence doivent être mises en place conformément aux protocoles de l’établissement.

Les données de 47 volontaires en bonne santé ont été recueillies à l’aide du protocole structuré et standardisé décrit ici. Cette méthodologie, conçue pour améliorer la fiabilité des évaluations de l’excitabilité corticale, a en effet donné des résultats cohérents sur deux évaluations menées à 6 semaines d’intervalle37. Une modulation significative de l’excitabilité du cortex moteur gauche, telle qu’évaluée par le changement post-iTBS de l’amplitude des MEPs (ΔMEP), a été observée à T0, T10 et T20 lors de la première évaluation, tandis que l’effet à T30 n’a pas atteint la signification (T0 : W = 259, p < 0,01, r = 0,42 ; T10 : W = 320, p < 0,01, r = 0,51 ; T20 : W = 291, p < 0,01, r = 0,46 ; T30 : W = 190, p = 0,06, r = 0,32), et à tous les points temporels 6 semaines plus tard (T0 : W = 293, p < 0,01, r = 0,48 ; T10 : W = 278, p < 0,01, r = 0,46 ; T20 : W = 315, p < 0,01, r = 0,52 ; T30 : W = 275, p < 0,01, r = 0,45), indiquant une modulation d’excitabilité robuste dans le temps (Figure 4A). La stabilité de la modulation de l’excitabilité à T0 a été renforcée par une CCI de 0,67 (IC à 95 % = 0,31-0,85 ; p < 0,01), démontrant une fiabilité test-retest modérée à bonne dans les premiers instants après l’iTBS (Figure 4B). Néanmoins, la fiabilité temporelle de l’excitabilité corticale à T10, T20 et T30 n’a pas été observée, ce qui suggère des limites de l’application de ce protocole pour évaluer les phénomènes de plasticité à des points temporels ultérieurs. De plus, les principaux paramètres neurophysiologiques, y compris l’aMT, la rMT et l’amplitude de base de la MEP, sont restés stables tout au long de la période d’étude, ce qui souligne encore la cohérence interne et la fiabilité procédurale du protocole. Enfin, l’influence des facteurs de confusion potentiels, notamment la gauche, l’anxiété de l’état, les attentes concernant les effets de la TMS, le sexe et l’âge, a été systématiquement évaluée. Aucune association significative n’a été observée entre ces variables et la modulation de l’excitabilité corticale, ce qui soutient la robustesse des effets observés et du protocole pour toutes les caractéristiques individuelles, comme indiqué dans Seybert et al.37.

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Figure 1 : Excitabilité M1 gauche et son évaluation de la modulation - aperçu du protocole expérimental. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 2 : Positionnement de l’électrode pour l’enregistrement EMG sur le premier muscle interosseux dorsal (FDI). a) index ; b) région tendineuse ; c) IED ventre musculaire ; (d) pouce. L’électrode active est placée sur le ventre du FDI, et la deuxième électrode est positionnée à environ 2,5 cm distalement vers le tendon. L’électrode de référence doit être située sur le coude opposé. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 3 : Procédure de marquage des bouchons. (A,B) Identification des lignes de référence anatomiques : la ligne sagittale médiale et la ligne intertragus et détermination du vertex ; (C, D) À partir du sommet, deux points de référence sont marqués en mesurant cm latéralement le long de la ligne intertragus (à gauche) et 5 cm en avant le long de la ligne sagittale ; (E) Construction d’une ligne diagonale reliant le point latéral au point antérieur. Le long de la diagonale, un point est marqué à 2,5 cm dans la direction antéro-médiale à partir du point latéral, représentant l’estimation initiale du point chaud moteur. Raffinement de l’estimation du point chaud en marquant quatre points supplémentaires dans un rayon de 0,5 cm de l’estimation initiale, créant ainsi un groupe de sites de stimulation pour la détermination du seuil moteur ; (F) Établissement du point d’accès du moteur et marquage correspondant sur le capuchon (ligne rouge). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Figure 4 : Résultats représentatifs de l’étude. (A) Modulation de l’excitabilité du cortex moteur gauche après iTBS, reflétée par des changements dans l’amplitude de la MEP (ΔMEP) à T0, T10 et T20 pendant la session de base et de suivi ; (B) Fiabilité test-retest à T0 indiquée par un coefficient de corrélation intraclasse (ICC) de 0,67 (IC à 95 % : 0,31-0,85 ; p < 0,01), soutenant une cohérence modérée à bonne dans la modulation de l’excitabilité. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Dossier supplémentaire 1 : Détails supplémentaires du protocole. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

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Ici, nous présentons un protocole complet et rigoureusement structuré décrivant une méthodologie pour évaluer l’excitabilité corticale et la modulation de l’excitabilité de la M1 à l’aide de la TMS combinée à l’EMG. Il décrit, en détail, toutes les étapes nécessaires au déroulement optimal de la session expérimentale, y compris la préparation du montage expérimental et l’étalonnage du système de neuronavigation, la configuration de l’équipement TMS et EMG, et les procédures standardisées pour identifier la MH, la rMT et l’aMT. Ces étapes préparatoires du protocole sont nécessaires pour la séquence finale des étapes, y compris l’évaluation de base de l’excitabilité corticale, la neuromodulation par l’application de l’iTBS et la réévaluation de l’excitabilité corticale pour quantifier la modulation résultante.

L’une des principales forces de cette méthodologie est son haut degré de standardisation et de rigueur, qui permet de remédier à bon nombre des limites rencontrées dans les études antérieures. Les travaux antérieurs dans le domaine ont souvent souffert d’incohérences méthodologiques, d’une description limitée des méthodes et d’une grande variabilité intra et inter-sujets35. La variabilité méthodologique comprend le nombre de MEPcollectés 20, l’IPI21 et les méthodes de filtrage EMG qui peuvent avoir compromis la reproductibilité des résultats34. Le protocole décrit ici évite les pièges méthodologiques en incorporant la neuronavigation pour assurer un placement précis des bobines39, en utilisant des procédures EMG validées34 et en adoptant les meilleures pratiques établies pour la stimulation et l’acquisition de signaux45. Bien que la contribution spécifique de chacune de ces procédures n’ait pas été quantifiée, l’application collective de ces éléments a permis d’améliorer la stabilité et la fiabilité des effets observés par rapport aux études antérieures 25,26,27,28,29,30.

Si la rigueur méthodologique et la standardisation sont à la base de mesures fiables, les aspects pratiques de la préparation des participants et de la gestion des sessions sont parmi les étapes les plus importantes du protocole qui influencent la qualité des données acquises. Il est essentiel de bien nettoyer la peau pour le placement des électrodes, de s’assurer que les électrodes sont placées à côté et en toute sécurité, et de confirmer que le bandeau de neuronavigation est bien ajusté mais fermement, afin de minimiser la variabilité d’une séance à l’autre. Tout au long de la session, une surveillance continue de l’état des participants, y compris la vigilance, le mouvement de la main et la stabilité des électrodes, est nécessaire pour éviter les artefacts et maintenir des enregistrements de haute qualité. En présence de problèmes lors de l’acquisition de données TMS-EMG, il est important de demander des ajustements aux paramètres de positionnement ou de stimulation de la bobine. Une vérification régulière de la qualité du signal EMG est essentielle pour résoudre les problèmes techniques courants, tels que la perte de signal, le détachement d’électrode ou une dérive mineure de navigation. Un repositionnement subtil de la bobine, la garantie d’un contact stable avec les électrodes ou le recalibrage du système de neuronavigation peuvent souvent restaurer la qualité du signal et maintenir la cohérence. Il est également important de reconnaître que certaines fluctuations de la variabilité du signal ou des participants peuvent être inévitables malgré tous les efforts déployés. Dans de tels cas, plutôt que de compromettre l’intégrité des données, il peut être préférable de mettre la session en pause, de répéter les mesures critiques ou même de reprogrammer pour s’assurer d’obtenir des résultats fiables et interprétables.

Les résultats obtenus à l’aide de ce protocole ont montré que l’excitabilité corticale dans la M1 gauche était significativement modulée après l’application de l’iTBS. Cette modulation était tout aussi évidente 6 semaines plus tard, la mesure de la modulation de l’excitabilité ne révélant la stabilité intra-individuelle que lorsqu’elle a été évaluée immédiatement après l’iTBS, suggérant une fenêtre de stabilité temporellement spécifique. Notamment, les effets d’excitabilité n’ont pas été maintenus de manière cohérente dans les points temporels ultérieurs, une limitation peut-être due à une variabilité accrue au fil du temps25,27. Cette observation renforce l’idée que le moment des mesures de l’excitabilité corticale est critique, en particulier si l’on considère son rôle potentiel en tant que biomarqueur à des fins diagnostiques ou prédictives. En effet, malgré l’intérêt de longue date pour l’utilisation de l’excitabilité du cortex moteur et de la modulation de l’excitabilité du cortex (ΔMEP) comme marqueur clinique, son application a été limitée par une faible fiabilité et une grande variabilité. Alors que certaines études ont rapporté une reproductibilité modérée, beaucoup d’autres ont trouvé que ΔMEP n’avait pas la stabilité nécessaire pour une utilisation clinique18,19. Le protocole actuel s’attaque directement à ce problème en fournissant un cadre reproductible pour mesurer l’excitabilité avec cohérence. Une méthodologie TMS-EMG robuste fournit également des informations précieuses sur les mécanismes neurobiologiques sous-jacents à la santé et à la maladie, facilitant ainsi une évaluation fiable des phénomènes de type neuroplasticité dans le cortex moteur humain. Plus précisément, on pense que l’iTBS engage des processus de potentialisation à long terme, induisant des augmentations de l’efficacité synaptique dépendantes des récepteurs NMDA, modulant les interneurones inhibiteurs et favorisant la désinhibition corticale, qui augmentent collectivement les amplitudes MEP après la stimulation24. Cette interprétation est cohérente avec les preuves provenant de modèles animaux. Chez les rongeurs et les primates non humains, il a été démontré que la TBS induit une potentialisation durable de l’excitabilité corticospinale et de la force synaptique, démontrant des mécanismes homologues de type plasticité chez les espèces12. Ainsi, les changements observés chez les MEP après l’iTBS chez l’homme reflètent probablement des processus neuronaux liés à la plasticité avec un fort ancrage translationnel.

Au-delà de l’évaluation de protocoles neuromodulateurs tels que l’iTBS, la méthodologie standardisée TMS-EMG détaillée ici est prometteuse pour diverses applications. Dans les paradigmes d’apprentissage moteur, les changements dans l’excitabilité corticospinale peuvent servir de biomarqueurs pour l’acquisition des compétences et la neuroplasticité. Par exemple, des études ont montré que l’apprentissage visuomoteur améliore l’excitabilité corticospinale, reflétant les adaptations neuronales sous-jacentes46. Dans la réadaptation post-AVC, l’évaluation de l’excitabilité corticospinale peut éclairer les stratégies thérapeutiques, le neurofeedback TMS étant utilisé pour réguler à la hausse l’excitabilité dans le cortex moteur affecté, ce qui pourrait aider à la récupération47. D’un point de vue pharmacologique, les évaluations TMS-EMG peuvent détecter les modifications de l’excitabilité corticale induites par une substance, ce qui donne un aperçu de leurs effets sur le SNC48. De plus, des différences liées à l’âge dans l’excitabilité corticospinale ont été documentées, les personnes âgées présentant souvent une excitabilité réduite, ce qui peut influencer les performances motrices et l’apprentissage49. En étendant l’application de ce protocole standardisé à ces domaines, les chercheurs peuvent acquérir une compréhension plus complète de la dynamique corticospinale dans différents contextes et populations.

Ainsi, nous proposons que ce protocole offre une base précieuse pour de futures recherches visant à établir des biomarqueurs fiables de la plasticité corticale. En particulier, les études devraient chercher à reproduire ces effets dans des populations plus larges et plus diversifiées, y compris des groupes cliniques. Les recherches futures devraient évaluer si l’excitabilité corticale mesurée immédiatement après l’iTBS peut faire la distinction entre les profils sains et cliniques, afin de comprendre la sensibilité diagnostique, ainsi que les propriétés pronostiques, par exemple, dans la prédiction de la réponse au traitement. En conclusion, la méthodologie décrite ici représente une avancée significative dans la standardisation de l’évaluation de l’excitabilité corticale. En atténuant les sources courantes de variabilité et en mettant l’accent sur la précision de la conception expérimentale, ce protocole fournit une approche robuste et reproductible pour étudier les phénomènes de plasticité corticale et ses applications cliniques potentielles.

Déclarations de divulgation

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AJO-M est récipiendaire d’une subvention de Schuhfried GmBH pour la normalisation et la validation des tests cognitifs, et a été coordinateur national pour le Portugal des essais de la thérapie à la psilocybine pour la dépression résistante au traitement, parrainée par Compass Pathways, Ltd (numéro EudraCT 2017-003288-36 et 2020-001348-25), et de l’esketamine pour la dépression résistante au traitement, parrainée par Janssen-Cilag, Ltd (NUMÉRO EudraCT : 2019-002992-33) ; a reçu un paiement, des honoraires ou un soutien pour assister à des réunions et participer à des conseils consultatifs de MSD, Neurolite AG, Janssen Pharmaceuticals, Angelini Pharma et l’Observatoire européen des drogues et des toxicomanies ; a reçu des honoraires de consultation de Bioprojet Pharma et de NaturalX Health Ventures (tous en dehors du travail soumis) ; vice-présidente de la Société portugaise de psychiatrie et de santé mentale ; est chef du groupe de travail sur la psychiatrie du Conseil national d’examen médical de l’Association médicale portugaise et du ministère portugais de la Santé ; est président du comité d’éthique de l’Institut public des comportements addictifs et des dépendances ; et est président du conseil scientifique de la Fondation portugaise pour les troubles obsessionnels compulsifs. Les autres auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts potentiel impliquant ce travail, y compris les activités financières pertinentes en dehors du travail soumis et toute autre relation ou activité que les lecteurs pourraient percevoir comme ayant influencé, ou qui donne l’apparence d’influencer potentiellement ce qui est écrit. Aucun de ces organismes n’a joué de rôle dans la conception et la conduite de l’étude, dans la collecte, la gestion, l’analyse et l’interprétation des données, dans la préparation, l’examen ou l’approbation du manuscrit, ni dans la décision de soumettre le manuscrit.

Remerciements

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Les auteurs remercient chaleureusement la Plateforme de développement scientifique de matériel et de logiciels de la Fondation Champalimaud pour son aide qui lui a fourni les ressources et le soutien technique nécessaires à ce travail. DRS (2023.05754.BD) et FFV (2024.00723.BD) sont financés par des bourses doctorales de la Fundação para a Ciência e Tecnologia. GC est soutenu par une bourse NARSAD Young Investigator 2023 de la Brain & Behavior Research Foundation. AJO-M est soutenu par une bourse de démarrage du Conseil européen de la recherche (convention de subvention n° 950357), et par le projet PsyPal (convention de subvention n° 875358), tous deux financés par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne. GC et AJO-M sont soutenus par une subvention Proof-of-Concept du Conseil européen de la recherche (convention de subvention n° 101158262). Le contenu de cette étude relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les points de vue officiels de l’un ou l’autre des organismes de financement.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Logiciel BONSAI pour l’acquisition de données physiologiques (scipt (« MT_ACQ.bonsai »)Bonsaïhttps://bonsai-rx.org/
L’électromyographie (EMG) développée par la Scientific Hardware Development Platform de la Champalimaud Foundation & nbsp ;Recherche sur Champalimaudhttps://www.cf-hw.org/homeSite web de la plateforme scientifique de développement matériel et logiciel : https://www.cf-hw.org/home
Stimulateur MagPro X100 avec une bobine Cool-B65 en forme de huitMagventureStimulateur : 9016E0731 ;   ; bobine : 9016E0491
Système de neuronavigation Visor2ANT NeuroLogiciels et matériel de la même entreprise

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Mots-clés

Motor Cortex ExcitabilityTranscranial Magnetic StimulationElectromyography RecordingMotor Evoked PotentialsResting Motor ThresholdActive Motor ThresholdTheta Burst StimulationNeuronavigation SystemFirst Dorsal InterosseousCortical Excitability Modulation

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