Valutazione dell'eccitabilità e della modulazione dell'eccitabilità della corteccia motoria primaria abbinando la stimolazione magnetica transcranica all'elettromiografia

La nostra ricerca indaga i protocolli standardizzati TMS-EMG che possono fornire marcatori stabili e clinicamente significativi di neuroplasticità, supportandone infine il potenziale utilizzo come biomarcatori affidabili nella ricerca neuropsichiatrica e nella pratica clinica. Le principali sfide sono le incongruenze metodologiche nella letteratura, tra cui parametri di stimolazione eterogenei, standardizzazione limitata dei protocolli EMG e dimensioni ridotte dei campioni, riducendo affidabilità e riproducibilità degli esperimenti risultati. Abbiamo dimostrato che un protocollo strutturato e completo offre un quadro replicabile per indagare fenomeni simili alla neuroplasticità nel cervello umano, fornendo solide basi per la ricerca traslazionale e potenziali applicazioni cliniche future. Il nostro protocollo è stato costruito combinando la neuronavigazione, procedure EMG validate e parametri di simulazione ottimizzati, garantendo una posizione precisa del codice, registrazioni stabili e risultati affidabili tra partecipanti e sessioni.

Ricerche future dovrebbero verificare se la modulazione dell'eccitabilità distingua in modo affidabile gli individui in salute da quelli con condizioni neuropsichiatriche, come il disturbo depressivo maggiore, esplorando le differenze di neuroplasticità specifiche per gruppo, la sensibilità diagnostica e il valore prognostico. Per cominciare, inserire gli elettrodi di argento o cloruro d'argento di grado medico ai contatti corrispondenti per preparare tre elettrodi. Collega i cavi con gli elettrodi alla scheda EMG.

Collega un cavo dalla macchina TMS alla scheda EMG per inviare il segnale di trigger per ogni impulso TMS. Su uno dei monitor del computer, apri il software Bonsai e carica lo script di acquisizione dati EMG. Clicca sul pulsante Start per iniziare l'acquisizione dati solo quando sei pronto.

Attacca strisce di carta su tutte le aree dello schermo della macchina TMS dove è visualizzata la percentuale massima di stimolazione in uscita, per accecare il tecnico durante la soglia motore a riposo e la valutazione attiva della soglia motoria. Posizionare una telecamera montata su treppiede per mantenere una visuale chiara di tutti i componenti della neuronavigazione durante tutta la sessione. Poi, posiziona il tracciatore di calibrazione della bobina e la scheda di calibrazione sopra la bobina TMS.

Ora, avvia il software del sistema di neuronavigazione, inserisci il numero di identificazione del partecipante e procedi a calibrare tutti i componenti della neuronavigazione. Dopo aver posizionato il partecipante, usa carta vetrata ad acqua per strofinare delicatamente la pelle sopra il primo interosso dorsale. Per migliorare l'interfaccia tra la pelle e l'elettrodo.

Risciacqua l'area con garze incorporate nell'alcol e ripeti la stessa procedura sul gomito controlaterale. Una volta che la pelle è secca, si posiziona l'elettrodo di registrazione sulla mano allineando il centro di circa 2,5 centimetri lungo la direzione del tendine muscolare sopra il primo interosso dorsale. Poi posiziona l'elettrodo di massa sopra il gomito controlaterale per fungere da punto di riferimento a tensione zero.

Posizionare un berretto da nuoto sulla testa del partecipante in orientamento anteriore posteriore. Allinea il cappuccio con la linea delle sopracciglia davanti e con la radice dell'elica di ciascun orecchio lasciando le orecchie esposte. Offri al partecipante dei tappi per le orecchie e spiega come usarli.

Disegna la linea sagittale mediale e la retta intertragus sul cappuccio per identificare il loro punto di intersezione al vertice. Dal punto di vertice, misurare cinque centimetri in avanti lungo la linea sagittale e cinque centimetri a sinistra lungo la retta intertragica per definire due nuovi punti. Successivamente, disegna una linea diagonale che collega il punto laterale al punto anteriore mediale.

Dal punto laterale, misurare 2,5 centimetri nella direzione antero mediale lungo la linea diagonale per segnare il punto motorio iniziale stimato. Attorno alla stima iniziale del punto caldo motore, segnare quattro punti aggiuntivi distanziati entro un raggio di 0,5 centimetri per servire come siti di test alternativi. Successivamente, posiziona la fascia elastica sulla testa del partecipante, assicurandoti che la striscia di pennarello sia rivolta verso la telecamera e che la fascia si adatti comodamente.

Utilizzando lo strumento puntatore, definisci i punti di riferimento anatomici chiave sulla testa del partecipante, inclusi il nasion, il trago sinistro e destro e i punti della forma della testa. Questo permette al sistema di allinearsi e tracciare i bersagli di stimolazione in base all'anatomia della testa e del cervello. Posizionare la spirale TMS tangenzialmente sul cuoio capelluto del partecipante, con il manico inclinato posteriormente a 45 gradi rispetto alla linea media-sagittale.

Somministrare impulsi al 30% della massima stimolazione in uscita rispetto alla stima iniziale del motore caldo. Successivamente, aumentare l'intensità della stimolazione in incrementi del cinque-dieci percentuali della massima stimolazione emissoria fino a osservare una risposta motoria costante. Somministrare impulsi singoli nella stima iniziale e nelle località circostanti indicate per determinare quale sito produce più costantemente potenziali motori evocati ad alta ampiezza e contrazioni interosse dorsali isolate.

Evidenzia la regione complessiva considerata per il punto caldo del motore usando una linea rossa a marcatore. Nel software di neuronavigazione, seleziona l'impulso che ha prodotto la risposta più affidabile per definire il punto di interesse motore. Per stabilire la soglia motore a riposo, o RMT, si utilizza il sistema di navigazione neuro per guidare la bobina di ritorno al punto di interesse motore identificato.

Effettuare 10 stimolazioni a impulso singoli distanziate cinque secondi di distanza e identificare la percentuale minima di stimolazione massima che produce almeno cinque potenziali motorizzati evocati superiori a 50 microvolt nella prima interossea dorsale controlaterale. Partendo dall'intensità del motore caldo precedentemente definita, si riduce il livello di stimolazione in incrementi del 2% fino a quando meno di cinque impulsi su 10 non producono un potenziale evocato motorizzato di 50 microvolt o più nella prima interossea dorsale controlaterale. Successivamente, aumentare la massima stimolazione in incrementi dell'1% finché cinque o più impulsi su 10 generano una risposta di 50 microvolt o superiore nella prima interossa dorsale controlaterale.

Annota la percentuale di massima stimolazione che definisce la soglia motoria a riposo. Istruire il partecipante a generare la massima attivazione volontaria del primo muscolo dorsale interosso premendo con forza l'unghia indice contro la base del pollice, formando una forma circolare stretta. Circa due secondi dopo l'inizio della contrazione muscolare, premi la barra spaziatrice del computer che esegue il Bonsai Script per registrare il momento evitando l'artefatto iniziale del movimento.

Ora, chiedi al partecipante di mantenere una contrazione muscolare sub-massimale tra il 10 e il 20% della contrazione isometrica massima volontaria. Utilizza il feedback EMG per monitorare e guidare il partecipante a mantenere il corretto livello di contrazione. Per la soglia motoria attiva, usa il sistema di navigazione neuro per guidare la bobina verso il punto di interesse motore precedentemente identificato.

Determinare la soglia motore attiva come la percentuale minima della massima stimolazione che esegue potenziali evocati motorizzati di almeno 200 microvolt, in cinque impulsi su 10 durante una leggera contrazione volontaria. Dalla soglia di intensità motore a riposo, si riduce il livello di stimolazione del 2% di decrementi fino a quando meno di cinque impulsi su 10 producono una risposta di 200 microvolt. Poi aumenta l'intensità in passi dell'1% finché almeno cinque impulsi su 10 producono potenziali evocati motorizzati di 200 microvolt o più.

Annota la percentuale di stimolazione massima che definisce la soglia motore attiva. Posiziona accuratamente la bobina sopra il punto caldo motore definito usando il sistema di navigazione neuro. Controlla che gli elettrodi EMG di superficie siano posizionati correttamente sopra il primo interosso dorsale e verifica che la qualità del segnale mostri un rumore minimo.

Carica il protocollo di stimolazione a impulso singolo sul dispositivo TMS. E inserisci il valore della soglia del motore a riposo precedentemente registrato. Ora, inizia a eseguire il protocollo di stimolazione.

Poi carica il protocollo di stimolazione intermittente a raffica theta sul dispositivo TMS. Inserisci la soglia motoria attiva precedentemente registrata e avvia il protocollo di stimolazione intermittente a scoppi theta. Immediatamente dopo la fine del protocollo di stimolazione intermittente a scoppi theta, inizia un cronometro per monitorare gli intervalli post-stimolazione.

Al tempo 0 immediatamente dopo la fine del protocollo di modulazione di eccitabilità corticale, si riapplica il protocollo di stimolazione a impulso singolo usando il 120% della soglia motoria a riposo. Valida l'accuratezza della neuronavigazione posizionando il puntatore sulla navetta e controllando l'allineamento nel software del sistema di neuronavigazione. Assicurarsi che la deviazione spaziale sia inferiore a cinque millimetri e registrare il valore misurato.

Infine, dopo aver completato l'ultimo blocco di stimolazione, ferma il Bonsai Script e finalizza la sessione di neuronavigazione nel software. Conferma che un file dati binario sia stato generato dalla sessione di acquisizione Bonsai. Sono stati osservati aumenti significativi dell'ampiezza potenziale evocata motoria a T0, T10 e T20, a seguito di stimolazione intermittente a scoppi theta durante la sessione di base.

Ma non al T30. Al follow-up, sono stati nuovamente osservati aumenti significativi dell'ampiezza del potenziale evocato motore a T0, T10, T20 e T30. L'affidabilità del test di ritest delle variazioni potenziali motorie evocate a T0 ha mostrato una consistenza da moderata a buona, con un coefficiente di correlazione intra-classe di 0,67.