Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica per studiare il sistema neuromuscolare umano

L'obiettivo generale di questa procedura è eseguire la stimolazione magnetica transcranica per suscitare potenziali evocati motori. Prima nel muscolo flessore radiale del carpo, e poi nella colonna vertebrale erettore, un muscolo. Ciò si ottiene preparando prima la pelle sovrastante i rispettivi muscoli per le registrazioni elettromiografiche e posizionando biomeccanicamente il soggetto per la stimolazione magnetica transcranica.

L'hotspot è identificato come la porzione della posizione di stimolazione sopra la corteccia motoria che suscita i maggiori potenziali motori revocati. Il passo successivo consiste nel determinare la soglia del motore. A questo punto, viene eseguita la stimolazione magnetica transcranica a impulso singolo per quantificare l'ampiezza del potenziale evocato motorio e la durata del periodo di silenzio.

Viene eseguita anche la stimolazione magnetica transcranica a impulsi accoppiati per quantificare la facilitazione intracorticale e l'inibizione intracorticale a breve e lungo intervallo. In definitiva, gli indici in vivo dell'eccitabilità corticospinale e corticocorticale nell'uomo possono essere valutati attraverso l'uso combinato della stimolazione magnetica transcranica e dell'elettromiografia. In generale, le persone che non conoscono questo metodo possono avere difficoltà perché può essere difficile derivare e comprendere i sottili aspetti tecnici della TMS solo da una descrizione scritta e il semplice tentativo di apprendere attraverso un approccio per tentativi ed errori quando si sperimentano e si testano soggetti umani pone molte difficoltà e sfide nel dimostrare le procedure.

Oltre a me ci sarà David Gus Jr., un ricercatore che lavora all'interno dell'Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute. Prima di iniziare l'esperimento TMS, esaminare il soggetto seguendo le linee guida di screening stabilite dall'Institute for Magnetic Resonance Safety Education e la ricerca esclude gli individui con una storia familiare di epilessia o convulsioni. Successivamente, posizionare gli elettrodi di superficie sui muscoli FCR del soggetto sull'avambraccio utilizzando una disposizione di elettrodi bipolari.

Gli elettrodi devono essere posizionati longitudinalmente sopra il muscolo non rasato e con la pelle intrecciata. Posiziona anche un cappuccio roc per contrassegnare i punti di stimolazione sulla testa. Ora fai sedere il soggetto con il braccio sinistro appoggiato in una posizione estesa in un misuratore a quattro dinamo del sistema Biodex.

In questo protocollo, stimoleremo il lato destro del cervello, che controlla il braccio sinistro per stimolare i muscoli FCR, posizioneremo una bobina TMS a forma di otto da 70 millimetri, tangenziale al cuoio capelluto e 45 gradi alla linea mediana in modo che la corrente indotta fluisca in una direzione laterale posteriore a quella anteriore mediale. Successivamente, muovi sottilmente la bobina TMS con incrementi molto piccoli per determinare la posizione di stimolazione che suscita il più grande potenziale evocato motorio per il muscolo FCR. Una volta individuata, segna quest'area con inchiostro indelebile sul cuoio capelluto o su un cappuccio simile.

Ora quantifica la soglia motoria per l'FCR erogando singoli impulsi a intensità di stimolazione gradualmente crescenti fino a quando i potenziali di evocazione motoria hanno raggiunto picchi di ampiezze di picco superiori a 50 microvolt in oltre il 50% delle prove. Per esaminare l'ampiezza del potenziale evocato dal motore, l'FCR eroga un singolo impulso TMS all'hotspot precedentemente determinato con un'intensità pari al 130% della soglia del motore e calcola l'ampiezza da picco a picco. Questo risultato può essere normalizzato al potenziale d'azione massimo composto delle fibre muscolari osservato dopo la stimolazione elettrica sovramassimale del nervo mediano.

Quando un impulso CMS della corteccia viene erogato durante la contrazione muscolare, produrrà un potenziale motorio revocato seguito da quiescenza elettrica prima che l'attività riprenda. Questo è indicativo dell'inibizione corticospinale corticospinale. Questo è comunemente indicato come periodo di silenzio.

Per quantificare il periodo di silenzio corticospinale FCR, erogare un singolo impulso TMS all'hotspot a un'intensità pari al 130% della soglia motoria mentre il partecipante allo studio sta eseguendo una contrazione muscolare in flessione del polso al 15% della forza massima. Per determinare la facilitazione intracorticale utilizzando la TMS a impulsi accoppiati per il muscolo FCR, determinare innanzitutto l'intensità dello stimolo necessaria per suscitare un potenziale di evocazione motoria compreso tra 0,5 e un millivolt. Successivamente, erogare un impulso di condizionamento sottosoglia, il 70% della soglia del motore 15 millisecondi prima di un impulso di prova sopra soglia a un impulso di condizionamento erogato in questo periodo di tempo prima dell'impulso di prova aumenterà o faciliterà l'ampiezza del potenziale evocato del motore più di un singolo impulso incondizionato della stessa intensità.

Successivamente, utilizzare la TMS a impulsi accoppiati per quantificare l'inibizione intracorticale a breve intervallo utilizzando la stessa procedura descritta per misurare la facilitazione intracorticale, con l'eccezione che l'intervallo interstimolo tra i due impulsi deve essere ridotto a tre millisecondi. L'impulso di condizionamento erogato in questo periodo di tempo prima dell'impulso di prova diminuirà o inibirà l'ampiezza del potenziale revocato del motore più di un singolo impulso incondizionato della stessa intensità. Per quantificare l'inibizione intracorticale a lungo intervallo utilizzando l'impulso accoppiato, la TMS fornisce due impulsi di test sopra soglia identici separati da 100 millisecondi.

Qui per il muscolo FCR, il potenziale evocato motorio associato al secondo impulso sarà più piccolo o inibito più di quello associato al primo. Prossimo. Per la stimolazione muscolare rotante dell'erettore, i soggetti si siedono su una sedia girevole con la coscia a 90 gradi rispetto al tronco, la parte inferiore della gamba a circa 45 gradi rispetto alla coscia, la colonna lombare in una postura eretta neutra e la mano appoggiata in grembo per la colonna vertebrale erettore. I muscoli A utilizzano una disposizione di elettrodi situata longitudinalmente sopra i muscoli a livello vertebrale L tre L cinque sulla pelle rasata e intrecciata per localizzare comodamente la colonna vertebrale erettrice corticale, una posizione di stimolazione muscolare.

Qui usiamo le misure antropometriche per identificare il vertice del cranio, trovare l'intersezione del cranio nel piano sagittale tra il nasione e Ian e il piano coronale tra il trauss e contrassegnare questo come il vertice per stimolare la rotazione dell'erettore. Un muscolo utilizza una bobina a doppio cono, che ha una maggiore profondità di penetrazione, e quindi può raggiungere la rappresentazione di questi muscoli più in profondità nell'omuncolo. Qui, la bobina è posizionata in modo tale che la corrente scorra in direzione anteriore o posteriore.

La bobina qui è modificata su misura con un sistema di attacco laser per assisterci nel successivo riposizionamento della bobina a doppio cono per determinare la soglia del motore per i muscoli rotanti dell'erettore. Il metodo precedentemente dimostrato per l'arto superiore non deve essere utilizzato poiché la stimolazione dei muscoli della schiena non è ben tollerata. Invece, inizia il protocollo TMS erogando un singolo impulso iniziale al 50% della potenza massima dello stimolatore per determinare se l'intensità dello stimolo è superiore o inferiore alla soglia motoria.

Per esaminare l'ampiezza del potenziale evocato motorio, i muscoli rotanti dell'erettore erogano un singolo impulso TMS al vertice a un'intensità del 40 o 50% superiore all'intensità della soglia del sottomotore. Questi potenziali evocati motori non possono essere normalizzati perché i nervi periferici che innovano i muscoli ES non sono accessibili alla stimolazione elettrica. Va notato che quando si stimola il gruppo muscolare ES, anche diversi altri gruppi muscolari vengono stimolati visibilmente e drammaticamente in concomitanza, compresi i muscoli dell'arto inferiore, che sono rappresentati all'interno della stessa regione generale dell'omone.

Per utilizzare la TMS a impulsi accoppiati per determinare la facilitazione intracorticale per il gruppo muscolare rotante erettore, l'intensità dell'impulso di condizionamento deve essere impostata sulla soglia submotoria osservata. L'intensità è il 40% o il 50% dell'uscita dello stimolatore e l'intensità dell'impulso di prova deve essere impostata al 40% al di sopra del livello di soglia del motore secondario che è l'80% o il 90% dell'uscita dello stimolatore. Successivamente, per quantificare l'inibizione intracorticale a breve intervallo, utilizzare la stessa procedura descritta per misurare la facilitazione intracorticale, con l'eccezione che l'intervallo interstimolo tra i due impulsi deve essere ridotto a tre millisecondi al termine dell'esperimento, assistere con la rimozione degli elettrodi e del tappo e assicurarsi di ringraziare il soggetto per aver partecipato.

Le tracce EMG qui osservate rappresentano la risposta potenziale evocata dal motore all'aumento graduale dell'intensità dello stimolo, rappresentata come percentuale della potenza dello stimolatore o giù di lì. Si noti che alle intensità più basse, sono stati emessi MEP molto piccoli, ma che al 32% è stato quindi suscitato un MEP che ha raggiunto la soglia motoria. Il periodo di silenzio si osserva quando un soggetto esegue una leggera contrazione e un singolo stimolo viene applicato alla corteccia motoria.

La prima parte del periodo di silenzio è dovuta all'inibizione del midollo spinale e l'ultima parte è attribuita all'inibizione corticale, in particolare ai recettori GABA B. Qui vediamo il cambiamento nelle dimensioni del potenziale evocato motorio con la TMS a impulsi accoppiati del muscolo FCR, si può vedere la misurazione dell'inibizione intracorticale a breve intervallo o SICI e la facilitazione intracorticale o ICF. E qui vediamo un esempio di tracce EMG dai muscoli di rotazione erettori e la misurazione dell'inibizione intracorticale a breve intervallo e della facilitazione intracorticale.

Infine, qui vediamo un esempio di misurazione dell'inibizione intracorticale a lungo intervallo o LICI. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire la TMS a impulsi singoli e accoppiati applicata al muscolo Redis della carpa flessore, nonché alla muscolatura rotante dell'erettore. Da notare che queste dimostrazioni in questi gruppi muscolari sono solo esempi selezionati di TMS utilizzato per studiare il sistema neuromuscolare umano.

Non dimenticare che lavorare con soggetti umani può mettere a rischio la salute dell'individuo. È importante assicurarsi che sia sicuro per un individuo essere esposto a un forte campo magnetico e bisogna sempre prestare attenzione quando si esegue questa procedura.