Combinazione di più sistemi di acquisizione dati per studiare uscita corticospinale e Multi-segmento Biomeccanica

L'obiettivo generale di questa metodologia è quello di creare un approccio economico per integrare gli studi sulla stimolazione cerebrale e sul movimento umano. Questo metodo può rispondere a domande chiave nel campo del controllo neuromotorio, come ad esempio il modo in cui l'output neuronale dalla corteccia motoria può essere modulato durante il movimento in corso. Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'erogazione della stimolazione cerebrale è automatizzata dal computer ed è determinata dal parametro specifico di interesse per il ricercatore, come l'angolo articolare o l'entità dell'attività muscolare.

A dimostrare questa procedura sarà Aaron Bailey, uno studente laureato del mio laboratorio. Vedere il manoscritto che accompagna questo video per le istruzioni di configurazione hardware e software per questo protocollo sperimentale. Il diagramma che viene visualizzato di seguito fornisce una panoramica della configurazione hardware.

Inizia esaminando il partecipante per la sicurezza TMS e ottenendo il consenso scritto e informato per l'esperimento. Quindi registrare la massa corporea totale del partecipante utilizzando una bilancia. Utilizzare anche il metro a nastro per determinare la lunghezza della mano, dell'avambraccio e della parte superiore del braccio del partecipante, poiché questi segmenti possono essere successivamente utilizzati per l'analisi cinematica e cinetica.

Successivamente, preparare la pelle sopra i muscoli di interesse utilizzando un gel abrasivo leggero. Quindi pulire l'area con alcool. Utilizzare un impedenziometro per assicurarsi che l'impedenza dell'elettrodo cutaneo sia inferiore a 10 kiloohm per migliorare l'acquisizione del segnale EMG.

Ora posiziona due elettrodi sul ventre dei muscoli in un montaggio bipolare. Per questo esperimento, posizionare gli elettrodi sul bicipite brachiale, sul tricipite brachiale, sul grande pettorale, sul deltoide posteriore e sul brachioradiale. Infine, utilizzando i cavi NC, collegare le uscite dall'amplificatore EMG ai canali analogici zero, uno, tre, quattro e cinque sulla scatola AD.

Localizza il vertice utilizzando il sistema internazionale di posizionamento degli elettrodi per elettroencefalografia 10-20. Calibrare la bobina TMS per il partecipante utilizzando il software di neuronavigazione. Localizzare il punto caldo del motore per ogni muscolo di interesse è la parte più critica dell'esperimento.

Posizionare in modo errato il punto caldo del motore o orientare in modo errato la bobina può avere effetti sui dati acquisiti. Successivamente, per individuare il punto caldo del motore, inizia posizionando la bobina sull'emisfero controlaterale del braccio o della mano in studio e cinque centimetri lateralmente al vertice. La bobina deve essere piatta sulla testa del partecipante e orientata in modo tale da essere di 45 gradi rispetto al piano sagittale.

Quindi iniziare con circa il 30% della potenza massima dello stimolatore ed erogare impulsi TMS con un intervallo di interstimolo di sei secondi o superiore, come descritto nel software di acquisizione dati basato sulla suite. Spostare la bobina TMS in posizioni leggermente diverse sul cuoio capelluto e modificare leggermente l'orientamento fino a quando non si osserva un potenziale evocato motorio nel muscolo di interesse. Ora determina la soglia del motore a riposo iniziando all'intensità che produce la risposta più affidabile a circa un millivolt.

Eroga singoli impulsi e registra online l'ampiezza del potenziale peek-to-peek evocata dal motore. Inizia l'esperimento eseguendo prima il programma software di somministrazione dello stimolo visivo. Quindi eseguire il file di script per le prove sperimentali all'interno del software di acquisizione dati basato su suite, come descritto nel manoscritto che accompagna questo protocollo.

Immettere le informazioni desiderate nella finestra di dialogo di configurazione come mostrato sullo schermo qui. Questi valori configureranno i tempi e altre impostazioni per le prove sperimentali. Ad esempio, i set di stimoli e il valore di randomizzazione controllano il numero di volte in cui il tipo di prova viene eseguito in un blocco.

I sensori di rilevamento del movimento aderiscono al paziente. Dopo questo passaggio, il software verrà eseguito da solo con un input minimo da parte dell'utente. Assicurati che il partecipante comprenda tutte le istruzioni del compito e quindi inizia l'esperimento.

Una prova inizia quando il partecipante posiziona il cursore sul bersaglio della posizione iniziale. Quindi apparirà una nuova posizione di destinazione visiva. Successivamente, un go que uditivo viene erogato tramite un'uscita digitale-analogica sulla scatola di acquisizione dati e il partecipante deve spostare il cursore sul nuovo target.

Devono tenere il cursore su questa posizione target per un secondo e poi riportarlo alla posizione iniziale per attendere la prova successiva. Il segnale analogico dell'EMG attiverà l'impulso TMS, che dovrebbe essere configurato in modo che si verifichi 100 millisecondi dopo l'attivazione uditiva. Osservare il partecipante e assicurarsi che il cursore sia posizionato nella posizione iniziale e sui bersagli durante le prove.

L'esperimento, come si vede qui, ha 21 condizioni che consistono in sette condizioni target con tre diversi punti temporali in cui viene attivato un impulso TMS. La durata totale approssimativa dell'esperimento è di tre o quattro ore. In una singola prova, lo schema a sinistra mostra la posizione di partenza all'inizio della prova, mentre lo schema a destra mostra la posizione finale durante la prova.

Qui vediamo l'ampiezza peek-to-peek del MEP ottenuto da ciascun muscolo dal singolo impulso TMS durante l'inizio dell'EMG di questo studio. I grafici che si vedono qui mostrano lo spostamento angolare dell'articolazione della spalla e del gomito, mentre questi grafici mostrano la velocità angolare alle stesse articolazioni. Qui vediamo la cinetica alle articolazioni della spalla e del gomito, con le linee blu, verde e rossa che rappresentano rispettivamente il muscolo netto e il momento di contatto osso su osso.

Questa figura mostra esempi di potenziali evocati motori registrati dal bicipite brachiale e dal grande pettorale, mentre raggiungono un obiettivo che richiede che entrambi questi muscoli siano attivi. Sono stati mostrati anche i potenziali evocati motori registrati dal tricipite brachiale e dal deltoide posteriore, mentre raggiungono un obiettivo che richiede l'attività di questi muscoli. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in due o tre ore se eseguita correttamente.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante determinare quale segnale analogico, come l'attività EMG o l'angolo articolare, verrà utilizzato per attivare l'impulso TMS. Queste informazioni saranno determinate dal contesto dell'esperimento. Seguendo questa procedura, altri metodi come l'EEG possono essere eseguiti per rispondere a ulteriori domande, ad esempio se i cambiamenti nelle oscillazioni cerebrali sono modulati in parallelo con i cambiamenti nella produzione corticospinale.