ניצול גירוי מגנטי Transcranial לחקר מערכת Neuromuscular האדם

המטרה הכללית של הליך זה היא לבצע גרייה מגנטית טרנס קרניאלית (transcranial magnetic stimulation) כדי לעורר פוטנציאלים מוטוריים evoked. ראשית בשריר ה-flexor carpi radialis, ולאחר מכן בשרירי ה-erector spine. דבר זה מושג על ידי הכנה ראשונית של העור מעל השרירים הרלוונטיים להקלטות אלקטרומיוגרפיות ומיקום ביו-מכני של הנבדק לצורך גרייה מגנטית טרנס קרניאלית.

ה-hotspot מזוהה כחלק ממיקום הגירוי מעל קליפת המוח המוטורית המעורר את הפוטנציאלים המוטורים המוזמנים הגדולים ביותר. השלב הבא הוא קביעת הסף המוטורי. בשלב זה, מבוצע גירוי מגנטי טרנסקרנילי בפולס בודד כדי לכמת את אמפליטודת הפוטנציאל המוטורי המוזמן ואת משך תקופת השתיקה.

גירוי מגנטי טרנסקרניאלי בפולסים זוגיים (Paired pulse transcranial magnetic stimulation) מבוצע גם כדי לכמת פסיליטציה תוך-קורטיקלית ועכבה תוך-קורטיקלית במרווחי זמן קצרים וארוכים. בסופו של דבר, ניתן להעריך מדדים של עירור קורטיקוספינלי וקורטיקו-קורטיקלי בבני אדם in vivo באמצעות שימוש משולב בגירוי מגנטי טרנסקרניאלי ואלקטרומיוגרפיה. באופן כללי, אנשים שאינם בקיאים בשיטה זו עלולים להתקשות, כיוון שקשה להסיק ולהבין את ההיבטים הטכניים העדינים של TMS מתיאור כתוב בלבד, וניסיונות למידה באמצעות גישת ניסוי וטעייה בעת התנסות ובדיקה של נבדקים אנושיים מציבים קשיים ואתגרים רבים בהדגמת הפרוצדורות.

בנוסף אליי, יצטרף דייויד גאס ג'וניור (David Gus Jr.), חוקר הפועל במסגרת המכון לשריר-שלד ומערכת העצבים של אוהיו (Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute). לפני תחילת ניסוי ה-TMS, בצעו תחילה סינון של הנבדק בהתאם להנחיות הסינון שנקבעו על ידי המכון לחינוך ומחקר בבטיחות תהודה מגנטית (Institute for Magnetic Resonance Safety Education and research), והסירו אנשים עם היסטוריה משפחתית של אפילפסיה או פרכוסים. לאחר מכן, מקמו אלקטרודות שטח מעל שרירי ה-FCR של הנבדק באמה, תוך שימוש בסידור אלקטרודות ביפולרי.

יש למקם את האלקטרודות באופן אורך מעל השריר, ללא גילוח העור ועל עור שזור. כמו כן, יש להניח כובע ROC כדי לסמן את נקודות הגירוי על הראש. כעת, יש להושיב את הנבדק כאשר הזרוע השמאלית נחה במצב פשוט בתוך דינמומטר של מערכת Biodex system four.

בפרוטוקול זה, נגרה את הצד הימני של המוח, השולט בזרוע שמאל, כדי לגרות את שרירי ה-FCR. נמקם סליל TMS בצורת שמונה בגודל 70 millimeter, באופן מ接י (tangential) לקרקפת ובזווית של 45 מעלות לקו האמצע, כך שהזרם המושרה יזרום בכיוון לטראלי-פוסטריורי למדיאלי-אנטריורי. לאחר מכן, נזיז בעדינות את סליל ה-TMS בצעדים קטנים מאוד כדי לקבוע את מיקום הגירוי המעורר את הפוטנציאל המוטורי העצבי (motor evoked potential) הגדול ביותר עבור שריר ה-FCR. לאחר איתור המיקום, נסמן אזור זה בדיו בלתי נמחה על הקרקפת או על כובע ייעודי.

כעת יש לכמת את סף העירור המוטורי עבור ה-FCR על ידי מתן פולסים בודדים בעוצמות גירוי העולות בהדרגה, עד שפוטנציאלים מוטורים מעוררים (MEPs) יגיעו לאמפליטודות שיא-לשיא הגדולות מ-50 microvolts ביותר מ-50% מהניסיונות. כדי לבחון את אמפליטודת הפוטנציאל המוטורי המעורר של ה-FCR, יש לתת פולס TMS בודד לנקודה החמה (hotspot) שנקבעה קודם לכן, בעוצמה השווה ל-130% מסף העירור המוטורי, ולחשב את אמפליטודת השיא-לשיא. תוצאה זו ניתנת לנרמול ביחס לפוטנציאל הפעולה המורכב המקסימלי של סיבי השריר שנצפה בעקבות גירוי חשמלי על-מקסימלי של העצב המדיאני (median nerve).

כאשר פולס CMS של קליפת המוח (cortex) ניתן במהלך כיווץ שריר, הוא יגרום לפוטנציאל מעורר מוטורי שאחריו תבוא שקט חשמלי לפני שהפעילות תחודש. דבר זה מעיד על עיכוב קורטיקו-קורטיקו-ספינלי. תופעה זו מכונה בדרך כלל התקופה השקטה (silent period).

כדי לכמת את תקופת השתיקה הקורטיקו-ספינלית של ה-FCR, יש להנחית פולס TMS בודד לנקודה החמה (hotspot) בעוצמה השווה ל-130% מסף התגובה המוטורי, בעוד המשתתף במחקר מבצע כיווץ שריר של כפיפת שורש כף היד ב-15% מהכוח המקסימלי. כדי לקבוע פסיליטציה אינטרה-קורטיקלית באמצעות TMS של פולסים זוגיים עבור שריר ה-FCR, קבע תחילה את עוצמת הגירוי הדרושה כדי לעורר פוטנציאל מוטורי מעורר (MEP) שנע בין 0.5 ל-1 מיליוולט. לאחר מכן, הנח פולס התניה תת-ספי (sub-threshold), בעוצמה של 70% מסף התגובה המוטורי, 15 מילישניות לפני פולס בדיקה על-ספי (supra-threshold); פולס התניה המונח בפרק זמן זה לפני פולס הבדיקה יגדיל או יגביר את אמפליטודת הפוטנציאל המוטורי המעורר יותר מאשר פולס בודד ללא התניה באותה עוצמה.

בשלב הבא, השתמשו ב-TMS של פולסים זוגיים כדי לכמת עיכוב תוך-קליפתי במרווח קצר (SICI) תוך שימוש באותו הליך שמתואר עבור מדידת העצמה תוך-קליפתית, למעט העובדה שהמרווח בין הגירויים (inter stimulus interval) בין שני הפולסים צריך להיות מוקטן לשלושה מילישניות. פולס ההכנה (conditioning pulse) שיינתן בפרק זמן זה לפני פולס הבדיקה יפחית או יעכב את אמפליטודת הפוטנציאל המוטורי העורר (MEP) יותר מאשר פולס בודד שאינו פולס הכנה באותה עוצמה. כדי לכמת עיכוב תוך-קליפתי במרווח ארוך (LICI) באמצעות TMS של פולסים זוגיים, הגישו שני פולסי בדיקה זהים מעל הסף המופרדים ב-100 מילישניות.

כאן, עבור שריר ה-FCR, הפוטנציאל המוטורי המעורר הקשור לפולס השני יהיה קטן יותר או מעוכב יותר מזה הקשור לפולס הראשון.בשלב הבא. עבור גירוי של שריר ה-erector spinae, הנחו מהנבדקים לשבת בכיסא עם בסיס מסתובב כאשר הירך בזווית של 90 מעלות ביחס לגו, השוק בזווית של כ-45 מעלות ביחס לירך, עמוד השדרה המותני בתנוחה זקופה ניטרלית והיד נחה על החסם עבור ה-erector spine. עבור שרירי A, השתמשו בסידור אלקטרודות הממוקם לאורכית מעל השרירים ברמה החולייית L3-L5 על עור מגולח ומטופל כדי לאתר בנוחות את מיקום גירוי השריר בקליפת המוח של ה-erector spine.

כאן אנו משתמשים במדידות אנתרופומטריות כדי לזהות את קודקוד הגולגולת (vertex), מוצאים את נקודת החיתוך של הגולגולת במישור הסגיטלי בין ה-nasion ל-inion ובמישור הקורונלי בין ה-trauss, ומסמנים זאת כקודקוד לצורך גירוי שרירי ה-erector spinae. אנו משתמשים בסליל כפול-קונוס, בעל עומק חדירה רב יותר, ולכן הוא יכול להגיע לייצוג של שרירים אלו העמוקים יותר בהומונקולוס. כאן, הסליל ממוקם כך שהזרם זורם בכיוון מקדמה לאחורה.

הסליל כאן עבר התאמה מותאמת אישית עם מערכת חיבור לייזר כדי לסייע לנו במיקום מחדש של סליל הכיפה הכפולה (double cone coil) לצורך קביעת הסף המוטורי עבור שרירי הזקוף של השדרה (erector spinae muscles). אין להשתמש בשיטה שהודגמה בעבר עבור הגפה העליונה, שכן גירוי של שרירי הגב אינו נסבל היטב. במקום זאת, יש להתחיל את פרוטוקול ה-TMS על ידי מתן פולס בודד ראשוני ב-50% מהפלט המקסימלי של המגרה כדי לקבוע אם עוצמת גירוי זו היא מעל או מתחת לסף המוטורי.

כדי לבחון את אמפליטודת הפוטנציאל המוטורי העירורי (MEP) של שרירי הזקיפי של השדרה (erector spinae), יש להנחית פולס TMS בודד לקודקוד (vertex) בעוצמה של 40% או 50% מעל עוצמת הסף התת-מוטורית. לא ניתן לנרמל פוטנציאלים מוטוריים עירוריים אלו כיוון שהעצבים ההיקפיים המעצבבים את שרירי ה-ES אינם נגישים לגירוי חשמלי. יש לציין כי בעת גירוי קבוצת שרירי ה-ES, קבוצות שרירים נוספות נגערות באופן נראה ודרמטי בו-זמנית, כולל שרירי הגפיים התחתונות, המיוצגים באותו אזור כללי של ההומונקולוס.

כדי להשתמש ב-TMS של פולסים זוגיים לקביעת הנחלה תוך-קליפתית (intracortical facilitation) עבור קבוצת שרירי הזקוף של השדרה (erector spinae), יש להגדיר את עוצמת פולס ההכנה (conditioning pulse) לסף תת-מוטורי נצפה. העוצמה תהיה 40% או 50% מפלט הגירוי, ואילו עוצמת פולס הבדיקה (test pulse) תוגדר ל-40% מעל רמת הסף התת-מוטורי, כלומר 80% או 90% מפלט הגירוי. לאחר מכן, כדי לכמת עיכוב תוך-קליפתי במרווח קצר (short interval intracortical inhibition), השתמש באותו הליך שתיארו למדידת הנחלה תוך-קליפתית, למעט העובדה שהמרווח בין הגירויים (inter stimulus interval) בין שני הפולסים צריך להיות מופחת לשלושה מילישניות. עם סיום הניסוי, סייע בהסרת האלקטרודות ומכסה הראש, והקדא להודות לנבדק על השתתפותו.

עקומות ה-EMG המוצגות כאן מייצגות את תגובת הפוטנציאל המוטורי העירט (motor evoked potential) לעוצמות גירוי העולות בהדרגה, המיוצגות כאחוז מפלט הגירוי המקסימלי (%so). שימו לב כי בעוצמות הנמוכות הו誘קו meps קטנים מאוד, אך ב-32%so הו誘ק MEP שהגיע לסף המוטורי. התקופה השקטה (silent period) נצפית כאשר הנבדק מבצע כיווץ קל וגירוי בודד מופעל על קליפת המוח המוטורית.

החלק הראשון של תקופת השתיקה נובע מעכבה של חוט השדרה, והחלק האחרון מיוחס לעכבה קורטיקלית, ובפרט לקולטני GABA B. כאן אנו רואים את השינוי בגדלי הפוטנציאלים המוטוריים העורריים (motor evoked potential) עם TMS של פולסים זוגיים במדידת שריר ה-FCR; ניתן לראות את המדידה של עיכוב תוך-קורטיקלי במרווח קצר (SICI) והגברה תוך-קורטיקלית (ICF). וכאן אנו רואים דוגמה לעקומות EMG משרירי ה-erector spinae ואת המדידה של עיכוב תוך-קורטיקלי במרווח קצר והגברה תוך-קורטיקלית.

לבסוף, אנו רואים כאן דוגמה למדידה של עיכוב תוך-קליפתי במרווח ארוך או LICI. לאחר צפייה בסרטון זה, אמורה להיות לכם הבנה טובה של אופן ביצוע TMS בפולס בודד ובפולסים זוגיים כפי שיושם על שריר ה-flexor carpi radialis, וכן על שרירי ה-erector spinae. יצוין כי הדגמות אלו בקבוצות שרירים אלו הן רק דוגמאות נבחרות לשימוש ב-TMS לצורך חקר המערכת הנוירו-מוסקולרית האנושית.

אל תשכחו שעבודה עם נבדקים אנושיים עלולה לסכן את בריאות הפרט. חשוב לוודא כי החשיפה של הנבדק לשדה מגנטי חזק היא בטוחה, ויש לנקוט במשנה זהירות בעת ביצוע הליך זה.