Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica per studiare il sistema neuromuscolare umano

L'obiettivo generale di questa procedura è eseguire una stimolazione magnetica transcranica per ottenere potenziali motori evocati, dapprima nel muscolo flessore radiale del carpo e successivamente nei muscoli erettori del rachide. Questo risultato si ottiene preparando innanzitutto la cute sovrastante i rispettivi muscoli per la registrazione elettromiografica e posizionando biomeccanicamente il soggetto per la stimolazione magnetica transcranica.

Il punto focale è identificato come la porzione del sito di stimolazione sulla corteccia motoria che evoca i potenziali motori maggiori. Il passo successivo consiste nel determinare la soglia motoria. A questo punto, viene eseguita una stimolazione magnetica transcranica a impulso singolo per quantificare l'ampiezza del potenziale evocato motorio e la durata del periodo silente.

La stimolazione magnetica transcranica a impulsi accoppiati viene inoltre eseguita per quantificare la facilitazione intracorticale e l'inibizione intracorticale a breve e lungo intervallo. In definitiva, indici in vivo dell'eccitabilità corticospinale e cortico-corticale nell'uomo possono essere valutati mediante l'uso combinato della stimolazione magnetica transcranica ed elettromiografia. Generalmente, le persone nuove rispetto a questo metodo potrebbero incontrare difficoltà, poiché può essere arduo ricavare e comprendere gli aspetti tecnici più sfumati della TMS soltanto da una descrizione scritta, e il semplice tentativo di apprendere attraverso un approccio basato su tentativi ed errori durante la sperimentazione e la valutazione di soggetti umani presenta numerose difficoltà e ostacoli nella dimostrazione delle procedure.

Oltre a me, ci sarà David Gus Jr., un ricercatore che lavora presso l'Istituto Ormuscoloscheletrico e Neurologico dell'Ohio. Prima di iniziare l'esperimento con la stimolazione magnetica transcranica, sottoporre il soggetto a uno screening seguendo le linee guida definite dall'Istituto per la Sicurezza e la Ricerca in Risonanza Magnetica, escludendo individui con anamnesi familiare di epilessia o convulsioni. Successivamente, posizionare elettrodi di superficie sui muscoli FCR dell'avambraccio del soggetto utilizzando un'configurazione a elettrodi bipolari.

Gli elettrodi devono essere posizionati longitudinalmente sopra il muscolo non rasato e su una cute intrecciata. Posizionare anche un cappuccio roc per segnare i punti di stimolazione sulla testa. Ora far sedere il soggetto con il braccio sinistro a riposo in posizione estesa su un dinamometro Biodex System quattro.

In questo protocollo, stimoleremo il lato destro del cervello, che controlla il braccio sinistro per attivare i muscoli FCR, posizionando una bobina TMS a forma di otto da 70 millimetri, tangenziale al cuoio capelluto e a 45 gradi rispetto alla linea mediana, in modo che la corrente indotta fluisca da laterale posteriore a mediale anteriore. Successivamente, spostare leggermente la bobina TMS in incrementi molto piccoli per determinare la posizione di stimolazione che provoca il potenziale motorio evocato più ampio nel muscolo FCR. Una volta individuata, contrassegnare questa area con inchiostro indelebile sul cuoio capelluto o su un cappellino analogo.

Ora quantifichi la soglia motoria per il FCR somministrando impulsi singoli con intensità di stimolazione progressivamente crescenti fino a quando i potenziali motori evocati raggiungono ampiezze picco-picco superiori a 50 microvolt in più del 50% delle prove. Per esaminare l'ampiezza del potenziale motorio evocato del FCR, somministri un singolo impulso di stimolazione magnetica transcranica al punto focale precedentemente determinato con un'intensità pari al 130% della soglia motoria e calcoli l'ampiezza picco-picco. Questo risultato può essere normalizzato rispetto al potenziale d'azione muscolare composto massimale osservato dopo la stimolazione elettrica sovramassimale del nervo mediano.

Quando un impulso CMS della corteccia viene somministrato durante la contrazione muscolare, produrrà un potenziale motorio evocato seguito da quiescenza elettrica prima che l'attività riprenda. Ciò indica un'inibizione cortico-corticospinale. Questo fenomeno è comunemente noto come periodo silente.

Per quantificare il periodo silente corticospinale del muscolo FCR, applicare un singolo impulso di stimolazione magnetica transcranica al punto di massima risposta a un'intensità pari al 130% della soglia motoria mentre il partecipante allo studio esegue una contrazione muscolare di flessione del polso al 15% della forza massimale. Per determinare la facilitazione intracorticale mediante stimolazione magnetica transcranica a impulsi accoppiati per il muscolo FCR, determinare innanzitutto l'intensità dello stimolo necessaria per evocare un potenziale motorio compreso tra 0,5 e un millivolt. Successivamente, applicare un impulso condizionante subliminale, pari al 70% della soglia motoria, 15 millisecondi prima di un impulso di prova sopraliminale; un impulso condizionante somministrato in questo intervallo di tempo precedente all'impulso di prova aumenterà o faciliterà l'ampiezza del potenziale motorio evocato più di un singolo impulso non condizionato della stessa intensità.

Successivamente, utilizzare la TMS a impulsi accoppiati per quantificare l'inibizione intracorticale a breve intervallo, seguendo la stessa procedura descritta per la misurazione della facilitazione intracorticale, con l'eccezione che l'intervallo interstimolo tra i due impulsi deve essere ridotto a tre millisecondi. L'impulso condizionante somministrato in questo intervallo di tempo prima dell'impulso di prova ridurrà o inibirà l'ampiezza del potenziale motorio evocato più di un singolo impulso non condizionato della stessa intensità. Per quantificare l'inibizione intracorticale a lungo intervallo mediante TMS a impulsi accoppiati, somministrare due impulsi di prova identici, soprasoglia, separati da 100 millisecondi.

Per il muscolo FCR, il potenziale evocato motorio associato al secondo impulso sarà minore o più inibito rispetto a quello associato al primo. Successivamente, per la stimolazione del muscolo erettore del rachide, far sedere i soggetti su una sedia girevole con la coscia a 90 gradi rispetto al tronco, la gamba inferiore a circa 45 gradi rispetto alla coscia, la colonna lombare in posizione neutra eretta e le mani appoggiate in grembo per l'erettore del rachide. Per i muscoli a, utilizzare un'associazione di elettrodi posizionata longitudinalmente sui muscoli al livello vertebrale L3-L5, su cute rasata e intrecciata, per localizzare in modo confortevole la zona di stimolazione corticale del muscolo erettore del rachide.

Qui utilizziamo misurazioni antropometriche per identificare il vertice del cranio, individuando l'intersezione del cranio nel piano sagittale tra il nasione e l'Ian e nel piano coronale tra il trauss, contrassegnando questo punto come vertice per stimolare i muscoli erettori della spina. Utilizziamo una bobina a doppio cono, che presenta una maggiore profondità di penetrazione e, pertanto, può raggiungere la rappresentazione di questi muscoli più in profondità nell'omuncolo. In questo caso, la bobina è posizionata in modo che la corrente scorra da anteriore a posteriore.

La bobina è stata personalizzata con un sistema di fissaggio laser per assistere nel successivo riposizionamento della bobina a doppio cono al fine di determinare la soglia motoria dei muscoli erettori del rachide. Il metodo precedentemente descritto per l’arto superiore non deve essere utilizzato poiché la stimolazione dei muscoli della schiena non è ben tollerata. Invece, iniziare il protocollo di stimolazione magnetica transcranica (TMS) somministrando un singolo impulso iniziale al 50% dell’uscita massima dello stimolatore per determinare se questa intensità di stimolo sia al di sopra o al di sotto della soglia motoria.

Per esaminare l'ampiezza del potenziale evocato motorio dei muscoli erettori della spina, applicare un singolo impulso di stimolazione magnetica transcranica al vertice con un'intensità del 40 o 50% superiore all'intensità soglia sub-motoria. Questi potenziali evocati motori non possono essere normalizzati poiché i nervi periferici che innervano i muscoli ES non sono accessibili alla stimolazione elettrica. Va osservato che, quando si stimola il gruppo muscolare ES, anche diversi altri gruppi muscolari vengono contemporaneamente stimolati in modo visibile e marcato, inclusi i muscoli dell'arto inferiore, che sono rappresentati nella stessa regione generale dell'omuncolo.

Per utilizzare la TMS a impulsi accoppiati per determinare la facilitazione intracorticale per il gruppo muscolare erettore della spina, l'intensità dell'impulso condizionante deve essere impostata al soglia sub-motoria osservata, pari al 40% o al 50% dell'output dello stimolatore, mentre l'intensità dell'impulso di test deve essere impostata al 40% al di sopra del livello di soglia sub-motoria, corrispondente all'80% o al 90% dell'output dello stimolatore. Per quantificare l'inibizione intracorticale a breve intervallo, utilizzare la stessa procedura descritta per la misurazione della facilitazione intracorticale, con l'eccezione che l'intervallo inter-stimolo tra i due impulsi deve essere ridotto a tre millisecondi. Al termine dell'esperimento, assistere nella rimozione degli elettrodi e del berretto e assicurarsi di ringraziare il soggetto per aver partecipato.

I tracciati EMG mostrati qui rappresentano la risposta del potenziale motorio evocato all'aumentare progressivo dell'intensità dello stimolo, espressa come percentuale dell'output dello stimolatore o SO. Si noti che a intensità più basse vengono eliciti MEP molto piccoli, ma al 32% SO viene elicito un MEP che raggiunge la soglia motoria. Il periodo silente viene osservato quando un soggetto esegue una leggera contrazione e viene applicato uno stimolo singolo alla corteccia motoria.

La prima parte del periodo silente è dovuta all'inibizione del midollo spinale, mentre la parte successiva è attribuita all'inibizione corticale, in particolare ai recettori GABA B. Qui osserviamo la variazione delle dimensioni del potenziale motorio evocato con la stimolazione magnetica transcranica a impulsi accoppiati del muscolo FCR, in cui si possono osservare la misurazione dell'inibizione intracorticale a breve intervallo (SICI) e della facilitazione intracorticale (ICF). E qui vediamo un esempio di tracce elettromiografiche provenienti dai muscoli erettori del tronco e la misurazione dell'inibizione intracorticale a breve intervallo e della facilitazione intracorticale.

Infine, qui osserviamo un esempio di misurazione dell'inibizione intracorticale a lungo intervallo, o LICI. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come eseguire la TMS a impulso singolo e a impulsi accoppiati applicata al muscolo flessore del radio e alla muscolatura erettore della spina. È importante notare che queste dimostrazioni in questi gruppi muscolari rappresentano soltanto esempi selezionati di utilizzo della TMS per lo studio del sistema neuromuscolare umano.

Non dimenticare che lavorare con soggetti umani può mettere a rischio la salute dell'individuo. È importante garantire che sia sicuro per un individuo essere esposto a un campo magnetico intenso, e si deve sempre prestare attenzione durante l'esecuzione di questa procedura.