Name: 単独操作のための従来型および閾値追跡経頭蓋磁気刺激試験 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-08-16T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: 学ぶ単独操作可能な自動化経頭蓋磁気刺激プロトコル。閾値追跡法と従来の振幅測定を比較し、安静時運動閾値やペアードパルス効果を正確に評価。臨床現場での高品質な記録と解析を実現する神経生理学的評価手法です。

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この研究は、主にルンドベック財団(グラント番号R290-2018-751)とデンマーク独立研究基金(グラント番号:9039-00272B)からの2つの助成金によって財政的に支援されました。

注:すべての被験者は、審査の前に書面による同意を与え、プロトコルは適切な地域の倫理審査委員会によって承認されなければなりません。ここに記載されているすべての方法は、地域科学倫理委員会とデンマークデータ保護機関によって承認されました。
TMS法には、被験者の1)調製、2)TMSの記録、および3)結果の分析の3つの段階が含まれる。
1. 被験者の準備
<ol><li>被験者の病歴を評価し、てんかん、ペースメーカー、または体内の任意の種類の金属デバイス/インプラントを持っているかどうか、および女性の被験者が妊娠しているかどうかを尋ねる。</li>
	<li>検査について詳細に教え,書面による同意を与えるように勧めます。<ol>
<li>頭皮への磁気刺激の適用について被験者に知らせ、各検査は約10分かかることを伝えます。</li>
		<li>刺激はクリック音として聞こえ、筋肉のけいれんを誘発することを意味し、いくつかの刺激は少し不快に感じることがあることを説明する。</li>
		<li>被験者が知らせれば、刺激はいつでもオフにできることを説明する。</li>
	</ol>
</li>
	<li>被験者に水泳帽をかぶるように頼む。</li>
	<li>研究された半球に対して被験者の手を反側にきれいにする。</li>
	<li>第1背部間骨(FDI)筋の上にアクティブな記録電極を置き、参照電極を第 2のメタカルポファルジアル関節に置きます。</li>
	<li>手のドーサムに接地電極を置きます。</li>
	<li>記録と接地の電極をアンプに接続します。</li>
	<li>被験者に対しては、警戒を続けるが、試験中はリラックスするように指示する。</li>
</ol>2. TMS 記録
注: 以下の説明は、使用する特定のソフトウェアおよび機器に適用されます( 資料表を参照)。これらは他のハードウェアに適合する必要があります。
<ol><li>TMS デバイスの電源を入れます。</li>
	<li>TMS 記録用プロトコルを使用して、半自動記録ソフトウェアを起動します。</li>
	<li>メニューからゲインとギャッティングのオプションを選択します(表1)。 [OK] を クリックして続行します。</li>
	<li>メイン オプションからプロトコル CSP を選択します。</li>
	<li>コイルを頂点から双竜線に残した約 4 cm に置き、ハンドルは後前電流誘導のためにパラサジタル平面を 45° を指します。</li>
	<li>MEP が得られるまで Insert キーをクリックして、手動で刺激強度を高くします。</li>
	<li>MEP を監視しながら、コイルの位置をわずかに移動して、ホットスポットを見つけます。</li>
	<li>ホットスポットが配置されたら、一定のコイル位置決めを可能にするために、スイミングキャップ上のコイルの輪郭を描画します。</li>
	<li>[OK] をクリックして、自動刺激プロトコルを開始します。 メモ:200 μVでRMTを測定して、録音は自動的に継続します。</li>
	<li>FDI筋肉の活性化を快適に保ち、200μV応答に対してアクティブモーター閾値(AMT)を測定するように被験者に指示します。</li>
	<li>[OK]をクリックすると、刺激の10のアップとダウンサイクルの3つのグループ間の休止の有無にかかわらず、サイレント期間を測定します。 注:10の各グループについて、刺激は0.2の間隔でRMT200×0.8から1.6に増加し、その後、逆の順序で繰り返されます。</li>
	<li>最後の刺激の後にリラックスするように被験者に伝え、メインメニューに戻るにはOKをクリックしてください。</li>
	<li>メインオプションからプロトコル SICI を選択します。</li>
	<li>メニュー SICI ISI オプション から研究する予定の ISI を選択し、各 ISI の刺激の数をメニューから選択 ISI ごとの刺激回数 デフォルトが使用されていない場合は、</li>
	<li>メニューから ASICI を選択します。 注:録音は、200 μVでRMTの決定から始まり、1000 μVで自動的に開始され、SICI記録はRMTの決定後に自動的に開始され、約10分間継続します。テスト刺激はRMT1000で固定され、調整刺激はRMT200の70%に固定される。次の ISI は、疑似ランダムな順序で選択されます: 1、1.5、2.5、3、3.5、4、5、および 7 ミリ秒。テスト単独刺激は、各3つのペア刺激の後に与えられる。したがって、各ペア刺激は10回送達され、合計120回の刺激を行う。</li>
	<li>スイミングキャップの輪郭、画面上のMEP、および記録中の筋肉の収縮を観察することにより、コイル位置が安定していることを確認します。</li>
	<li>プロトコルが完了すると、画面が自動的にメインメニューオプションに戻ったら、メニューからTSICIpを選択します。 注:200 μVでのRMTの決定から始まり、約10分間のSICI記録から、応答が250μV未満の場合、応答が1%以上であれば、RMT200は刺激を1%最大刺激出力(MSO)減少させ、1%増加させることで、記録は自動的に継続します。テスト単独刺激は対にされた刺激と交互に、ペアになった刺激は擬似ランダム化されたISIと共に送達される:1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、および7 ms。これにより、合計120回の刺激が送達され、3組の刺激の後の9対刺激とテスト単独刺激のそれぞれについて10回送達される。</li>
	<li>プロトコルが完了すると、画面が自動的にメインメニューオプションに戻った後、別のプロトコルが実行されない限り [完了]を クリックします。</li>
	<li>[ ファイルを閉じてデータを保存 ] ボタンをクリックして、記録を完了します。</li>
</ol>3. TMS分析
<ol><li>分析をオフラインで実行するには、解析ソフトウェア プログラムを起動します。</li>
	<li>分析する記録を選択し、[ OK ]ボタンをクリックします。</li>
	<li>分析の TMS メニューから [TMS MEM ファイルの作成] オプションを選択します。 </li>
	<li>[OK] をクリックして MEM ファイルを保存します。</li>
	<li>TMS メニューからプロット TMS MEM/MEF オプションをクリックして、個々の被験者の記録と健全なコントロールのグループを比較します。</li>
	<li>MEF ファイル名メニューの 1 番目のオプションをクリックします。次に、MEF ファイルの一覧から比較を行う MEF ファイルをクリックします。</li>
	<li>MEM ファイル名メニューの 1 番目のオプションをクリックします。次に、MEMファイルのリストから比較が行われるMEMファイルをクリックします。</li>
	<li>95% 信頼区間、標準偏差、または標準誤差の異なるオプションを使用して MEM ファイルと MEF ファイルを重ね合わせる。</li>
</ol>

<ol><li>Rawji, V., Latorre, A., Sharma, N., Rothwell, J. C., Rocch, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+TMS+to+investigate+the+pathophysiology+of+neurodegenerative+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">On the use of TMS to investigate the pathophysiology of neurodegenerative diseases.</a> Frontiers in Neurology. 11, 584664(2020).</li>
<li>Rossini, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain%2C+spinal+cord%2C+roots+and+peripheral+nerves%3A+Basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+and+research+application.+An+updated+report+from+an+I.F.C.N+Committee%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N Committee.</a> Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).</li>
<li>Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+between+intracortical+inhibition+and+facilitation+in+human+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex.</a> Journal of Physiology. 496, Pt 3 873-881 (1996).</li>
<li>Ziemann, U., Tergau, F., Wischer, S., Hildebrandt, J., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+control+of+facilitatory+I-wave+interaction+in+the+human+motor+cortex.+A+paired+transcranial+magnetic+stimulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalography+and+Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Pharmacological control of facilitatory I-wave interaction in the human motor cortex. A paired transcranial magnetic stimulation study.</a> Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 109 (4), 321-330 (1998).</li>
<li>Premoli, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+and+long-interval+intracortical+inhibition+of+TMS-evoked+EEG+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">Short-interval and long-interval intracortical inhibition of TMS-evoked EEG potentials.</a> Brain Stimulation. 11 (4), 818-827 (2018).</li>
<li>Ilic, T. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+paired-pulse+inhibition+and+facilitation+of+human+motor+cortex%3A+the+dimension+of+stimulus+intensity%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity.</a> Journal of Physiology. 545 (1), 153-167 (2002).</li>
<li>Peurala, S. H., Muller-Dahlhaus, J. F., Arai, N., Ziemann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+of+short-interval+intracortical+inhibition+%28SICI%29+and+short-interval+intracortical+facilitation+%28SICF%29%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF).</a> Clinical Neurophysiolology. 119 (10), 2291-2297 (2008).</li>
<li>Tokimura, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short+latency+inhibition+of+human+hand+motor+cortex+by+somatosensory+input+from+the+hand%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand.</a> Journal of Physiology. 523, Pt 2 503-513 (2000).</li>
<li>Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+motor+cortex+excitability+by+median+nerve+and+digit+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation.</a> Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).</li>
<li>Turco, C. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((long-latency+afferent+inhibition%3B+uses%2C+mechanisms+and+influencing+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">long-latency afferent inhibition; uses, mechanisms and influencing factors.</a> Brain Stimululation. 11 (1), 59-74 (2018).</li>
<li>Di Lazzaro, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+lorazepam+on+short+latency+afferent+inhibition+and+short+latency+intracortical+inhibition+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiolology%22%5BJournal%5D)">Effects of lorazepam on short latency afferent inhibition and short latency intracortical inhibition in humans.</a> Journal of Physiolology. 564, Pt 2 661-668 (2005).</li>
<li>Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two+phases+of+intracortical+inhibition+revealed+by+transcranial+magnetic+threshold+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking.</a> Experimental Brain Research. 143 (2), 240-248 (2002).</li>
<li>Awiszus, F., Feistner, H., Urbach, D., Bostock, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+paired-pulse+transcranial+magnetic+stimulation+conditions+yielding+intracortical+inhibition+or+I-wave+facilitation+using+a+threshold-hunting+paradigm%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Characterisation of paired-pulse transcranial magnetic stimulation conditions yielding intracortical inhibition or I-wave facilitation using a threshold-hunting paradigm.</a> Experimental Brain Research. 129 (2), 317-324 (1999).</li>
<li>Vucic, S., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+threshold+tracking+techniques+suggest+that+cortical+hyperexcitability+is+an+early+feature+of+motor+neuron+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Novel threshold tracking techniques suggest that cortical hyperexcitability is an early feature of motor neuron disease.</a> Brain. 129, Pt 9 2436-2446 (2006).</li>
<li>Vucic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utility+of+threshold+tracking+transcranial+magnetic+stimulation+in+ALS%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology+Practice%22%5BJournal%5D)">Utility of threshold tracking transcranial magnetic stimulation in ALS.</a> Clinical Neurophysiolology Practice. 3, 164-172 (2018).</li>
<li>Vucic, S., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Axonal+excitability+properties+in+amyotrophic+lateral+sclerosis%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Axonal excitability properties in amyotrophic lateral sclerosis.</a> Clinical Neurophysiolology. 117 (7), 1458-1466 (2006).</li>
<li>Vucic, S., Howells, J., Trevillion, L., Kiernan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+cortical+excitability+using+threshold+tracking+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Assessment of cortical excitability using threshold tracking techniques.</a> Muscle Nerve. 33 (4), 477-486 (2006).</li>
<li>Tankisi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+intracortical+inhibition+as+a+function+of+inter-stimulus+interval%3A+Three+methods+compared%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">Short-interval intracortical inhibition as a function of inter-stimulus interval: Three methods compared.</a> Brain Stimululation. 14 (1), 22-32 (2021).</li>
<li>Samusyte, G., Bostock, H., Rothwell, J., Koltzenburg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-interval+intracortical+inhibition%3A+Comparison+between+conventional+and+threshold-tracking+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimululation%22%5BJournal%5D)">Short-interval intracortical inhibition: Comparison between conventional and threshold-tracking techniques.</a> Brain Stimululation. 11 (4), 806-817 (2018).</li>
<li>Noreika, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alertness+fluctuations+when+performing+a+task+modulate+cortical+evoked+responses+to+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Alertness fluctuations when performing a task modulate cortical evoked responses to transcranial magnetic stimulation.</a> Neuroimage. 223, 117305(2020).</li>
<li>Boroojerdi, B., Kopylev, L., Battaglia, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+intracortical+inhibition+and+facilitation+using+the+paired-pulse+paradigm%5BTitle%5D)+AND+%22Nerve%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of intracortical inhibition and facilitation using the paired-pulse paradigm.</a> Nerve. 23 (10), 1594-1597 (2000).</li>
<li>Rossi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+and+recommendations+for+TMS+use+in+healthy+subjects+and+patient+populations%2C+with+updates+on+training%2C+ethical+and+regulatory+issues%3A+Expert+Guidelines%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiolology%22%5BJournal%5D)">Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines.</a> Clinical Neurophysiolology. 132 (1), 269-306 (2021).</li>
<li>Ørskov, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+figure-of-8+and+circular+coils+for+threshold+tracking+transcranial+magnetic+stimulation+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophysiologie+Clinique%22%5BJournal%5D)">Comparison of figure-of-8 and circular coils for threshold tracking transcranial magnetic stimulation measurements.</a> Neurophysiologie Clinique. 51 (2), 153-160 (2021).</li>
</ol>

HBおよびJHは、本研究で使用されるQtracソフトウェアの販売に対してUCLからロイヤリティを受け取ります。他の著者は潜在的な利益相反を持っていません。

TMS測定は、記録ソフトウェアでプログラムされたように、高度に自動化された手順である。しかし、信頼性の高い結果を得るには特に注意が必要です。記録段階では、ホットスポット上で一貫したMEP応答を確保し、その後、全体の記録全体を通して被写体の頭蓋骨に対して同じ位置にコイルを維持することが重要です。警戒は皮質興奮性20に顕著な影響を及ぼすので、被験者をリラックスさせながら警戒するために特別な注意が必要である。
件名を警告するには、短い質問を定期的に提起する必要があります。さらに、検査者は、ターゲットの筋肉が刺激されているかどうかを確認するために筋肉の収縮に目を光らせる必要があります。さらに、審査官は、MEP振幅または閾値の変化が、水泳キャップの輪郭をチェックすることに加えて、コイル変位を示しているかどうかを観察するために画面を監視する必要があります。コイルが変位している場合、ユーザは図面を使用して位置に置き換える必要があります。これが失敗した場合は、録音を再開する必要があります。これらのプロトコルでは、コイル変位の影響は、ISIsの擬似ランダムな順序によって、また3つのペアの刺激の各セットの後にテスト単独の刺激を与えることによって最小限に抑えられます。リアルタイムでトラッキングされるTMSコイルの位置を可能にするもう一つの方法は、ニューロナビゲーションシステムです。このようなシステムは、市販され、有効です。ただし、高コストではその使用が制限されます。ALSまたは他の神経変性疾患の患者に関するデータは提供されていません。末梢運動ニューロンの喪失、自発的な活動、および非興奮性による低振幅など、これらの患者にさらなる課題が生じる可能性があります。
この研究のすべてのプロトコル(シングルパルスとペアパルス)は、Bistim2モジュールに接続された8個のコイル(Magstim、D70リモートコイル)で行われました。これは、Bistimモジュールを通過する際に刺激が減衰するため、プロトコル間の磁場の同等の強度を維持するために行われました。システムは、2つのMagstim 2002ユニットの個々の外部トリガを可能にする独立ビスティムトリガモードに設定されました。シングルパルスプロトコルの場合、ユニットの1つの強度は0%MSOに設定されました。録音は、ソフトウェアプログラムの一部である記録プロトコルを使用して行われます。他のタイプの磁気刺激装置では、1単位のみが必要です。
TMS法の制限は変動性です。これまでの研究では、同じ被験者に対する1日または日間変動よりも個人間変動が高いことが示された19,21。方法の標準化に注意を払い、信頼性に影響を与える可能性のある技術的なミスを排除する必要があります。TMSは、ペースメーカーやてんかん患者などの特定の条件では使用できません。安全に関する国際的な規則に従うべきである22。また、特に円形のコイル23が使用される場合には、若干の不快感が予想される。しかし、不快感は、多くの場合、最小限であり、試験の中止を引き起こす必要はありません。
この原稿に記載されている方法は、既存の方法と比較して、記録と分析の両方のために自動化されています。これにより、単一のオペレータが録音を実行することができ、オペレータはコイルを同じ場所に保つ以外の何かに干渉する必要はありません。各プロトコルは、10分ほどかかるため、1時間で複数のプロトコルを実行することが可能になり、既存の手動方式で1つのプロトコルにかかる時間が考えられます。磁気刺激は、この研究では4 sごとに提供されます。しかし、他の磁気デバイスは、より速い刺激を可能にし、各プロトコルの記録時間を5分未満に短縮することができます。ここで説明するソフトウェアは、異なるISI、各ISIの刺激の数、および調整刺激レベルの選択も可能にする。ここで説明する方法の大きな進歩は、被験者が緩和されていないときに自動的にトレースを削除する測定機能です。
結論として、ここで説明する方法は、いくつかの脳障害、特にALSなどの神経変性疾患の基礎的なメカニズムを理解するための貴重な情報を提供することができ、診断値を有し得る。従来のTMS対策と閾値追跡TMS対策の診断値を決定するためには、さまざまな患者集団とより大きなグループに対してさらなる研究が必要であり、これらの措置が神経変性疾患のバイオマーカーとして実際に使用される可能性があるかどうか。異なる筋肉と上下の両方の四肢でTMSを記録する研究も保証されています。

運動皮質の経頭蓋磁気刺激(TMS)は、神経変性疾患を含む多くの神経学的状態の皮質生理学および病態生理を調べるための非侵襲的な方法である1。一次運動皮質は、上閾値TMSパルスを使用して刺激され、標的筋に運動応答を生じる。この応答は、モータ呼び起こす電位(MEP)と呼ばれます。TMSは皮質および潜在的に皮質下運動網2を尋問する有用な用具として役立つ。単パルスTMSは、皮質反応性、休止運動閾値(RMT)、MEP振幅、皮質サイレント期間(CSP)2を評価することができます。皮質阻害は、2-3 ms(SICI)または〜100 ms(LICI)3,4,5の間刺激間隔(ISI)でペアパルスTMSを使用してプローブすることができる。
SICIは、その薬理学によって示されるようにGABAB受容体によってガンマ-アミノ酪酸(GABA)AおよびLICIによって媒介される4,5.SICFの基礎となる回路は、グルタミン酸基底薬性N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体6,7によって部分的に媒介される。MeP振幅は、TMSが末梢感覚神経の電気刺激によって先行する場合に減少する。この効果は、アフェレント阻害と呼ばれ、末梢神経の電気刺激とTMS8,9,10の単一パルスとの間の200〜1000msのISIが〜20〜25msおよびLAIである場合、SAIと呼ばれる。SAIはコリン作動性活動によって変調される11;しかし、LAIは著しく研究されており、この現象の根底にある神経回路は10の原因とは不明である。
MEP振幅は可変であり、従来のTMS(cTMS)法では、通常、固定刺激強度で呼び起こされる10〜20応答の算術平均を使用します。別のアプローチは、20年以上前に最初に記述されたしきい値追跡TMSです12,13。この場合、連続した刺激の強度は、固定目標振幅応答を達成するために変化する。従来の手法としきい値追跡の両方の手法を、異なる ISI で使用できます。SICIに適用されたこのアプローチの最初のバージョン、すなわち「シリアル」閾値追跡(T-SICIs)では、神経興奮性検査で使用されたものと同様の追跡方法が使用されました:「しきい値」は最初に1つの刺激間隔(ISI)で推定され、次に連続したISIで連続的に追跡されました。この方法は、1つのグループによって広く使用されており、高い診断ユーティリティ14,15,16,17のためにALSの潜在的なバイオマーカーとして提唱されています。しかし、彼らの発見はまだ他の研究グループによって確認されていません14,15,16,17。
シリアルアプローチは、末梢神経のように基準閾値が安定している場合に効率的です。しかし、閾値が広く変動すると、コルチコ脊髄興奮性の場合と同様に、シリアルトラッキングはSICI18のISI依存性を深刻に歪めるという欠点を有することが判明した。したがって、SICI(T-SICIp)18,19および他のペアドパルスプロトコルでは、別の「並列」しきい値追跡パラダイムがより適切であり、異なるISIに対してしきい値が独立して並行して推定される場合があります。
その約束にもかかわらず、既存のTMS方法は、臨床試験における信頼性の高い診断検査またはバイオマーカーとして診療所でまだ受け入れられていない。これは、時間の消費、手動操作の需要、再現性の悪さなど、既存のTMS方法のいくつかの制限が原因である可能性があります。これらの制限を克服するために、この論文では、単独操作用に設計された、最近開発された自動、高速、単一および対パルスのTMSプロトコルのスイートについて説明し、従来のしきい値と並列のしきい値追跡アプローチを比較できるようにします。
ここで使用される装置はTMS機械、絶縁された線形双極定電流刺激装置、50-60 Hzの電気的干渉を除去する雑音エリミネーター、電気的な増幅器、およびデータ取得システムを含んでいる。ソフトウェアは、他のアンプ、刺激装置、および記録条件で動作するのに十分な汎用性があります。

<table><tbody><tr><td>50 Hz ノイズ除去装置</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>Humbug</td></tr><tr><td>A/D コンバータ</td><td>National Instruments</td><td></td><td>NI-6221</td></tr><tr><td>録音プログラム</td><td>Digitimer Ltd (copyright University College London)</td><td></td><td>QtracS.EXE</td></tr><tr><td>TMS recording</td><td>protocol Digitimer Ltd (copyright QTMS Science)</td><td></td><td>QTMSG-12 録音プロトコル</td></tr><tr><td>使い捨て表面記録電極</td><td>AMBU</td><td></td><td>Ambu&reg;BlueSensor NF</td></tr><tr><td>Figure-of-8 coil</td><td>Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK</td><td></td><td>マグスティム&reg;D70 リモートコイル</td></tr><tr><td>絶縁EMG増幅器</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>D440</td></tr><tr><td>絶縁型リニアバイポーラ定電流刺激装置</td><td>Digitimer Ltd</td><td></td><td>DS5</td></tr><tr><td>TMS device</td><td>Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK</td><td></td><td>Magstim&reg; 2002 刺激装置 (2 MagStimユニットが必要)</td></tr> <tr><td>分析およびプロットプログラム</td><td>Digitimer Ltd (copyright University College London)</td><td></td><td>QtracP.EXE</td></tr></tbody></table>

単独操作のための従来型および閾値追跡経頭蓋磁気刺激試験

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

ほとんどの単パルス経頭蓋磁気刺激(TMS)パラメータ(例えば、運動閾値、刺激応答機能、皮質サイレント期間)は、コルチコ脊髄興奮性を調べるために使用される。ペアドパルスTMSパラダイム(短いおよび長時間の皮質内阻害(SICI/LICI)、短間隔皮質内ファシリテーション(SICF)、短遅延および長遅延の異性阻害(SAI/LAI))は、皮質内阻害および進行性ネットワークに関する情報を提供します。これは、一定の強度の刺激に応答してモータ呼び起電位(MEP)の大きさの変化を測定する従来のTMS法によって長い間行われてきました。最近、ターゲット振幅の刺激強度を追跡する代替の閾値追跡アプローチが導入されました。筋萎縮性側索硬化症(ALS)における閾値追跡SICIの診断有用性は、以前の研究で示されている。しかし、しきい値追跡TMSは、容易に入手可能なソフトウェアの欠如だけでなく、従来のシングルパルスおよびペアパルスTMS測定との関係に関する不確実性のために、いくつかのセンターでのみ使用されています。
閾値追跡TMS技術の幅広い使用を促進し、従来の振幅測定との直接比較を可能にするために、半自動プログラムのメニュー駆動式スイートが開発されました。これらは、3種類の磁気刺激装置を制御し、一般的なシングルパルスおよびペアパルスTMSプロトコルの単一のオペレータによる記録を可能にするように設計されています。
本稿では、健康な被験者に関する単一パルスおよびペアドパルスTMSプロトコルの数を記録し、記録を分析する方法を示す。これらのTMSプロトコルは、高速かつ実行が容易であり、異なる神経疾患、特にALSなどの神経変性疾患において有用なバイオマーカーを提供することができる。

1つの健康な被験者で以下の結果が得られた。200 μV (RMT200) または 1000 μV (RMT1000) ピーク対ピーク応答の RMT は、前述のとおり'4→2→1' 追跡規則と対数回帰によって検出されました。RMT200は52.1%MSO、RMT1000は59.8%MSOでした。
すべてのペアパルスTMSオプションは、振幅、並列しきい値トラッキング、およびシリアルしきい値トラッキングモードで決定できます。ここでは、振幅と並列しきい値トラッキングモードのみが要約されます。したがって、ISI、各ISIにおける刺激の数、及び調整刺激に対する刺激強度のレベルは、メニューから選択することができる。ここでは、これらのデフォルトのオプションのみを説明します。
図1は、8個のコイルによる刺激、表面電極による記録、インストールされたソフトウェアを搭載したコンピュータ、TMSマシン、50〜60Hzの電気干渉を除去するノイズエリミネーター、絶縁された線形双極定電流刺激装置、筋電図増幅器、データ取得システムを含むセットアップを示しています。
図 2 は、プロトコル・セクションで説明したように、SICI を A-SICI (図 2A) および T-SICI 並列 (図 2B) として示しています。 図 3 は、LICI を A-LICI (図 3A) および T-LICI 並列 (図 3B) として示しています。A-LICIの場合、ホットスポットを見つけた後、プログラムはRMT1000を決定し、この振幅にテストとコンディショニングの両方の刺激を設定します。試験単独刺激は4回目 の刺激毎に送達され、50、100、150、200、250、300ミリ秒の間隔でコンディショニング+テスト刺激は擬ランダムに送達される。各ISIで10の刺激が提供されます。同様に、T-LICIの場合、50~300 msのA-LICIと同じ6 ISIで10個のペアパルスが配信され、RMT200のしきい値が追跡され、コンディショニング刺激は追跡されたRMT200の120%に設定されます。
図 4 は、SICF を A-SICF (図 4A) および T-SICF 並列 (図 4B) として示しています。A-SICF の場合、ホットスポットを検出した後、プログラムは RMT50 と RMT1000 を判別します。テスト刺激はRMT1000に設定され、調整刺激はRMT50の90%に設定されます。ISI の範囲は 1 ~ 4.9 ~ 0.3 ミリ秒です。テスト単独刺激は4回目 または5回目 の刺激ごとに提供され、14のコンディショニング+テスト刺激は疑似ランダムな順序で送達されます。A-SICF に関しては、T-SICF は 1 ~ 4.9 ミリ秒の 14 ISI で測定され、しきい値は各 ISI で 10 個のペアのパルスで追跡されます。
図 5 は、A-SAI (図 5A) および T-SAI 並列 (図 5B) としての SAI を示しています。SAIプロトコルは、神経中の体性感覚性の刺激を刺激し、後で〜20ミリ秒後に励起されたMEPへの影響を記録することを含む。このMEP遅延('N20')は、刺激のタイミングにとって重要です。プログラムは、範囲 (16 ~ 23 ミリ秒) から待機時間を選択するか、この範囲を超える場合は指定するようにユーザーに求めます。N20遅延を決定するために、従来の体性感覚誘発電位を行うか、または年齢および高さ補正された実験室制御を使用してもよい。
A-SAIに関しては、1-mV化合物の筋肉作用電位に対する電気刺激強度が最初に決定される(EMT1000)。次に、磁気刺激のためにホットスポットが見つかり、RMT1000が決定される。このプログラムは、磁気および電気刺激をN20-2からN20+12 msまでのISIと組み合わせます。テスト単独刺激は4回目 の刺激ごとに与えられ、コンディショニング+テスト刺激は擬似ランダムな順序で与えられる。A-SAIに類似したT-SAIの場合、EMT1000が最初に決定されます。そして、刺激は磁気刺激に切り替え、ホットスポットは通常の方法で決定される。その後、プログラムは、他のトラッキング・プロトコルと同様の方法でRMT200を決定します。さらに、プログラムはSAIの追跡にまっすぐに実行され、電気刺激と磁気試験刺激の間のISIはN20-2からN20+12 msに1msステップで増加しました。
図 6 は、LAI を A-LAI (図 6A) および T-LAI 並列 (図 6B) として示しています。長い間隔のアッフェレント阻害を記録するためのLAIプロトコルは、間隔がはるかに長い(200〜1000 ms、100 msステップ)ため、N20間隔が無視され、入力する必要がないため、SAIと同じです。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig01.jpg"> 図1:セットアップ。 セットアップには、8個のコイルを備えた刺激、表面電極による記録、ソフトウェアを搭載したコンピュータ、TMSマシン、50~60Hzの電気干渉を除去するノイズエリミネーター、絶縁された線形双極定電流刺激装置、電気解析アンプ、データ取得システムが含まれます。略語: TMS = 経頭蓋磁気刺激 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig01large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig02.jpg"> 図2:A-SICI及びT-SICIは、1ms~7msの間の刺激間隔の関数としてプロット した(A)A-SICIは、制御の割合として、条件応答の振幅としてプロットした。(B)T-SICIは閾値変化(制御の割合としての阻害)としてプロットした。略語: A-SICI = 短い間隔の皮質内阻害の振幅;T-SICI = 短い間隔の皮質内阻害における閾値変化;MEP = モータ誘発電位;RMT = レストモーターしきい値。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig02large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig03.jpg"> 図3:A-LICI及びT-LICIは、1ms~300msの間の刺激間隔の関数としてプロットし、A-LICIを制御の割合として条件付き応答の振幅としてプロットした。(B) T-LICIは閾値変化(制御の割合としての阻害)としてプロットした。略語: A-SICI = 短い間隔の皮質内阻害の振幅;T-SICI = 短い間隔の皮質内阻害における閾値変化;MEP = モータ誘発電位;RMT = レストモーターしきい値。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig03large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig4v2.jpg"> 図4:A-SICFおよびT-SICFは、1ms~4.9msの間の刺激間隔の関数としてプロットし、A-SICFは、制御の割合として条件応答の振幅としてプロットした。(B) T-SICFは、閾値変化(制御の割合としての阻害)としてプロットした。略語: A-SICF = 短い間隔の皮質内円滑化の振幅;T-SICF = 短い間隔の皮質内円滑化における閾値変化。MEP = モータ誘発電位;RMT = レストモーターしきい値。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig4v2large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig05.jpg"> 図5:A-SAI及びT-SAIは、20ms~35msの間の刺激間隔の関数としてプロット した(A)A-SAIは、制御の割合として条件応答の振幅としてプロットした。(B)T-SAIは閾値変化(制御の割合としての阻害)としてプロットした。略語: A-SAI = 短遅延の減衰阻害の振幅;T-SAI = 短遅延の不発泡阻害におけるしきい値の変化。MEP = モータ誘発電位;RMT = レストモーターしきい値。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig05large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62787/62787fig06.jpg"> 図6:A-LAI及びT-LAIは、200ms~1000msの間の刺激間隔の関数としてプロットし、A-LAIを制御の割合として条件付き応答の振幅としてプロットした。(B)T-LAIは閾値変化(制御の割合としての阻害)としてプロットした。略語: A-LAI = 長遅延の発泡阻害の振幅;T-LAI = 長い遅延の不感な阻害のしきい値の変化;MEP = モータ誘発電位;RMT = レストモーターしきい値。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/62787fig06large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
表 1: ソフトウェアで使用可能な TMS プロトコル。略語: TMS = 経頭蓋磁気刺激;SICI = 短い間隔の皮質内阻害;SICF = 短い間隔の皮質内円滑化;LICI = 長い間隔の皮質内阻害;SAI = 短い待ち時間の不感な阻害;LAI = 長い遅延の不感な阻害;μV = マイクロボルト。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62787/Table%201%20(13).xlsx" target="_blank">このテーブルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

我々は、標準化された単一および対パルス経頭蓋磁気刺激(TMS)記録プロトコルのスイートを提示し、従来の振幅測定および閾値追跡のためのオプションを提供する。このプログラムは、磁気刺激装置の3つの異なるタイプを制御することができ、すべてのテストが単一のオペレータによって便利に実行されるように設計されています。

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used ...

当社のプロトコルは、TMS技術の閾値追跡の幅広い使用を容易にし、従来の振幅測定との直接比較を可能にします。これらのプロトコルは、3種類の磁気刺激装置を制御し、一般的なシングルパルスおよびペアドパルスTMSプロトコルの単一のオペレータによる記録を可能にするように設計されています。これらのシングルパルスとペアのTMSプロトコルは、高速で簡単に学習できます。それらは臨床設定の良質の記録そして分析を可能にする。ここで説明するプロトコルの利点は、既存の方法と比較して、記録と分析の両方で自動化されています。まず、被験者の病歴を評価し、被験者がてんかん、ペースメーカー、または体内に何らかの種類の金属インプラントを持っているかどうかを調べる。頭皮への磁気刺激の適用に関する詳細を被験者に説明し、同時筋肉筋のけいれんを伴うクリック音として刺激音が聞こえてくる。各試験は約10分かかります。刺激が少し不快に感じることもあるので、刺激をいつでもオフにするように合図できます。手順の詳細を説明した後、書面による同意を与えるために被験者を招待し、その後、被験者に水泳帽を着用するように依頼します。被験者が準備ができたら、研究する半球に対して被験者の手を洗浄し、その後、第1の後側内腔内、またはFDI、筋肉、および第2中手骨ファランゲア関節上にアクティブな記録電極を置く。手のドーサムに接地電極を置き、次に記録電極と接地電極をアンプに接続します。被験者にリラックスしてもらい、検査中は警戒を続けてもらいなさい。経頭蓋磁気刺激(TMS)デバイスをオンにし、プロトコルを使用してTMS記録用の半自動化ソフトウェアを開始します。メニューからゲインとギャッティングのオプションを選択し、[続行 O.K.to をクリックします。次に、メイン オプションからプロトコル CSP を選択します。後部/前電流誘導の場合は、被写体の頭部に8個のコイルを頂点からビナウルラインの左約4センチメートル、ハンドルがパラサジタル平面を45度指す位置に置きます。完了したら、モーター呼び起こす電位(MEP)が得られるまで、手動で刺激強度を高めるためにInsertキーをクリックします。次に、画面上のMEPを監視しながらコイルをわずかに動かし続け、FDIで筋肉がぴくぴくして磁気刺激のホットスポットを見つけます。ホットスポットが見つかったら、スイミングキャップのコイルの輪郭を描いて一定のコイル位置決めを可能にし、次に[O.K.]をクリックして、自動刺激プロトコルの録音を開始します。録音は、200マイクロボルトでの静止モーター閾値(RMT)の決定から始まり、自動的に継続します。一時停止の有無にかかわらず、サイレント期間を測定するかどうかを選択します。FDI のアクティブ化を快適に保つため、件名に指示 O.K.to クリックして、サイレント期間を測定します。刺激の10の上下周期の3つのグループは、静かな期間を測定するために自動的に与えられる。最後の刺激の後、被験者にリラックスするように伝え、メインメニューに戻 O.K.to をクリックします。メインオプションから、プロトコル SICI を選択し、タブ SICI ISI オプションを展開し、検討する予定の ISI を選択します。刺激のデフォルトの数が使用されていない場合は、ISIごとの刺激のタブNo.ofから目的の数を選択し、メニューからA-SICIを選択して録音を続けます。RMT 200およびRMT 1000の決定後、A-SICI記録は自動的に開始され、約10分間続きます。テスト刺激はRMT 1000で固定され、RMT 200の70%で調整刺激が固定される。テスト単独刺激は、各3対刺激の後に与えられる。各ペアの刺激は10回供給され、合計120回の刺激を行います。プロトコルが完成したら、T-SICIp を選択する前に、画面が自動的にメインメニューに戻るように見えます。記録は自動的に続き、RMTを200マイクロボルトで決定し、SICIは約10分間記録します。RMT 200は、応答が250マイクロボルトを超える場合、刺激刺激量を1%最大刺激器出力で減少させ、応答が160マイクロボルト未満であれば1%増加させることによって絶えず追跡されます。テスト単独刺激は対にされた刺激と交互に、対にされた刺激は、前に説明したように、疑似無作為化されたISIsで提供される。画面が自動的にメインメニューに戻った後、[完了]タブをクリックして録音を停止します。[ファイルを閉じてデータを保存] ボタンをクリックしてテストを完了します。TMS 分析をオフラインで実行するには、分析ソフトウェア プログラムを起動し、TMS メニューから [O.K.] をクリックして分析する記録を選択し、[TMS MEM ファイルを作成] オプションを選択し、[O.K.] をクリックしてポップアップ MEM ファイルを保存し、TMS メニューの Plot TMS MEM/MEF オプションをクリックして、個々の被写体の記録を健全なコントロールのグループと比較します。MEMファイル名メニューの最初のオプションをクリックし、MEMファイルのリストから比較が行われるMEMファイルをクリックします。90% 信頼区間、標準偏差、または標準誤差の異なるオプションを使用して MEM ファイルと MEF ファイルを重ね合わせる。A-LICIプロトコルでは、コンディショニングとテスト刺激を50ミリ秒間隔で配信し、対応するMEPを監視しました。T-LICI プロトコルでは、パルスは 50 ~ 300 ミリ秒で配信され、RMT 200 のしきい値が追跡されました。SICFプロトコルも同様に行われ、より短い刺激間隔であった。SAIプロトコルは、約20ミリ秒後に興奮したMEPに対する神経刺激の影響を記録する。MEP を引き出すために最適なホットスポットを見つけ、記録全体を通してコイルを同じ位置に維持することが重要です。ここで説明するプロトコルの自動化された性質により、1人のオペレータが録音を行うことができるため、オペレータはコイルを安定した位置に保つことに集中できます。このソフトウェアはまた、異なる間刺激間隔、各間隔のための刺激の異なる数、および条件付け刺激の異なるレベルの選択を可能にする。重要な新機能は、主題が緩和されていないときに自動的にトレースを削除するギャティング関数です。

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Research

JoVE Journal

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