Valutazione delle vie corticospinali mediante stimolazione magnetica transcranica

Abstract

Fonte: Charalambos, C. C., et al. Valutazione bilaterale delle vie corticospinali dei muscoli della caviglia mediante stimolazione magnetica transcranica navigata. J. Vis. Exp. (2019)

Questo video mostra il metodo per valutare le vie corticospinali dei muscoli delle gambe utilizzando la stimolazione magnetica transcranica (TMS). Le risposte muscolari attive e a riposo vengono registrate da un emisfero cerebrale per valutare la funzione corticomotoria controlaterale dei muscoli delle gambe.

Protocol

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Test di attivazione volontaria tonica (TVA)

1. Determinare bilateralmente la massima contrazione isometrica volontaria (MVIC) di ciascun muscolo. Per ogni movimento (ad esempio, dorsiflessione e flessione plantare), istruire i soggetti a contrarre al massimo il muscolo controlaterale esaminato (ad esempio, tibiale anteriore destro, TA) 4 volte (~5 contrazioni separate da 60 secondi di riposo) mentre il soggetto è seduto nella postura sopra descritta.
2. Calcolare il valore massimo di attività muscolare durante ogni MVIC (cioè la media entro una finestra di 100 ms centrata sull'elettromiografia massima rettificata e levigata, EMG) delle ultime tre prove, la media dei tre valori e il 15 ± 5% dell'MVIC.
   ATTENZIONE: È possibile utilizzare una % MVIC maggiore, Ma potrebbe non essere fattibile nelle coorti cliniche (ad esempio, le persone dopo l'ictus).

2. Registrazione nel sistema di neuronavigazione

1. Posizionare il tracker del soggetto, una fascia per la testa o degli occhiali, con marcatori riflettenti sulla testa del soggetto sul lato opposto rispetto all'emisfero stimolato, in modo che il tracker non ostruisca il posizionamento della bobina durante la stimolazione di ciascun punto della griglia.
   ATTENZIONE: Nel caso in cui si utilizzi una fascia, assicurarsi che sia aderente alla testa del soggetto, ma non eccessivamente stretta, perché potrebbe causare mal di testa dopo un lungo periodo di tempo.
2. Verificare la posizione corretta della telecamera di motion capture posizionando il subject tracker, il puntatore e il coil tracker nel volume di acquisizione. Eseguire la registrazione soggetto-immagine posizionando la punta del puntatore sui 4 punti di riferimento anatomici (vedi Figura 1A).
3. Una volta che tutti i punti di riferimento anatomici sono stati campionati, verificare se la registrazione è avvenuta in modo accurato posizionando la punta del puntatore su diversi punti sopra il cranio del soggetto (ad esempio, fase di convalida). Se la distanza dalla punta del puntatore alla pelle ricostruita è inferiore a 3 mm, procedere all'esperimento di stimolazione magnetica transcranica (TMS); In caso contrario, ripetere la registrazione soggetto-immagine fino a ottenere i valori di errore desiderati. Durante l'esperimento, ripetere la registrazione se il subject tracker viene spostato accidentalmente.

3. Stimolazione magnetica transcranica

1. Utilizzare gli stessi parametri metodologici durante il riposo e l'attivazione volontaria tonica (TVA).
   1. Applicare gli stimoli a impulsi singoli sul sito ottimale (ad es. punto caldo; vedere il paragrafo seguente per ulteriori dettagli) del muscolo esaminato. Applicare ogni stimolo in modo casuale ogni 5-10 s per evitare l'anticipazione dello stimolo e ridurre al minimo gli effetti di trascinamento dell'impulso precedente a quello successivo.
   2. Se le due unità TMS vengono utilizzate contemporaneamente, impostarle in modalità standard o simultanea. La modalità standard applica un impulso più debole rispetto a una singola unità, mentre la modalità simultanea applica un impulso più forte rispetto a una singola unità. L'uso di uno dei due potrebbe essere basato sulle esigenze del protocollo e sul numero totale di stimoli.
   3. Utilizzare una bobina a doppio cono per indurre una corrente intracranica posteroanteriore. Se necessario, utilizzare il sistema di neuronavigazione per controllare manualmente la bobina e correggerne la posizione in relazione al punto stimolato desiderato prima di ogni stimolo.
   4. Tra le sessioni e i soggetti, randomizza l'ordine del muscolo e dell'emisfero esaminati. Somministrare sempre la condizione TVA dopo la condizione di riposo per evitare qualsiasi interferenza con il test a riposo (ad esempio, affaticamento delle vie discendenti dovuto al test TVA).
2. Determinare bilateralmente il punto caldo di entrambi i muscoli.
   Trova
   1. l'intensità soprasoglia, che verrà utilizzata durante la caccia al punto caldo, applicando un singolo stimolo sul punto centrato vicino alla fessura interemisferica (vedi quadrati blu e rossi nella Figura 1B). Usa questo punto perché si trova nel luogo dell'area del motore della gamba.
   2. Iniziare a bassa intensità (ad esempio, 30% della potenza massima dello stimolatore; MSO) e aumentare gradualmente l'intensità della TMS con incrementi del 5%, fino a raggiungere l'intensità che suscita un potenziale evocato motorio (MEP) con un'ampiezza picco-picco maggiore di 50 μV in tutti i muscoli controlaterali esaminati per 3 stimoli consecutivi.
   3. Determinare immediatamente dopo ogni stimolo se è stata suscitata una MEP in base alle forme d'onda grezze e alle ampiezze picco-picco (finestra di ricerca: 20-60 ms dopo l'insorgenza della TMS) di tutti i muscoli esaminati.
   4. Applicare un impulso TMS su ogni punto della griglia (totale 36 stimoli). Dopo aver completato il protocollo hot spot, trasferire i valori di ampiezza e latenza di ciascun punto per tutti i muscoli controlaterali in un foglio di calcolo e ordinare l'ampiezza da alta a bassa e la latenza da bassa ad alta. Identificare l'hot spot di TA e soleo controlaterale (SOL) come la posizione nella griglia con l'ampiezza maggiore e la latenza più breve.
      ATTENZIONE: Se l'ampiezza maggiore e la latenza più breve non si trovano nello stesso punto, definire l'hot spot utilizzando l'ampiezza maggiore.
3. Determinare bilateralmente la soglia motoria a riposo (RMT) di ciascun muscolo.
   1. Seleziona il punto della griglia nel sistema di neuronavigazione che corrisponde al punto caldo del muscolo esaminato.
   2. Utilizzare un metodo adattivo di ricerca della soglia per la determinazione RMT dei muscoli esaminati. Impostare l'intensità iniziale e la dimensione del passo rispettivamente al 45 e al 6% di MSO. Esegui la ricerca RMT due volte per ogni muscolo e utilizza la media per la successiva valutazione della risposta corticomotoria (CMR).
4. Valuta bilateralmente TA e SOL CMR durante il riposo.
   1. Seleziona il punto della griglia nel sistema di neuronavigazione che corrisponde al punto caldo del muscolo esaminato. Applicare 10 singoli impulsi TMS a 1,2 RMT del muscolo esaminato.
   2. Prima di ogni stimolo, istruire il soggetto a rimanere fermo e rilassare i muscoli esaminati bilateralmente e monitorare l'attività di tutti i muscoli utilizzando un feedback visivo in tempo reale visualizzato sullo schermo di un computer. Nel caso in cui un muscolo sia attivo prima o dopo la TMS, scartare la prova e applicare un singolo impulso aggiuntivo. Ripetere fino a quando non sono state raccolte 10 forme d'onda per ogni muscolo controlaterale esaminato a riposo.
5. Valutare bilateralmente la TA e la SOL CMR durante la TVA.
   1. Seleziona il punto della griglia nel sistema di neuronavigazione che corrisponde al punto caldo del muscolo esaminato.
   2. Chiedi ai soggetti di contrarre il muscolo esaminato a 15 ± 5% MVIC e applicare 10 singoli impulsi TMS a 1,2 RMT. Istruire i soggetti a mantenere la linea mobile levigata (ampiezza quadratica media di 0,165 s) del muscolo esaminato, TA o SOL, all'interno dei due cursori orizzontali (intervallo MVIC: 15 ± 5%) e sostenere tale contrazione a quel livello per alcuni secondi.
   3. Quando TA è il muscolo esaminato, chiedere ai soggetti di tirare leggermente verso l'alto contro le cinghie degli stivali sulla gamba controlaterale (cioè la gamba con il muscolo esaminato controlaterale all'emisfero stimolato). Quando SOL è il muscolo esaminato, chiedi ai soggetti di spingere leggermente verso il basso contro lo stivale sulla gamba controlaterale.
   4. Monitora l'attività muscolare del muscolo attivo esaminato e dei restanti muscoli a riposo utilizzando un display di feedback visivo in tempo reale sullo schermo di un computer. Scartare lo stimolo e applicare nuovamente un singolo impulso aggiuntivo se l'attività del muscolo esaminato è inferiore o superiore all'intervallo predeterminato o se è attivato qualsiasi altro muscolo. Raccogli 10 prove mentre il muscolo esaminato viene attivato all'intervallo predeterminato.

Results

Figura 1: Modelli di pelle ricostruita e cervello curvilineo. (A) Un modello di pelle con quattro punti di riferimento anatomici (punta del naso, nasione e incisura sopratragica dell'orecchio destro e sinistro) viene utilizzato per calcolare ...

Materials