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
2021年8月16日
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。
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。
概要
この研究は、単一オペレーターによる使用を容易にするために設計された単一パルスおよびペアパルス経頭蓋磁気刺激（TMS）記録のための標準化されたプロトコルを提示します。これらのプロトコルは、3種類の磁気刺激装置の自動制御を可能にし、従来の振幅測定と閾値追跡技術の間の堅牢な比較を容易にします。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 電気生理学
- 臨床神経生理学
背景
- 経頭蓋磁気刺激（TMS）は脳機能を評価するために広く使用される技術です。
- 既存の方法は複雑で臨床使用にはアクセスが困難な場合があります。
- 記録プロセスの自動化は臨床評価の合理化に不可欠です。
研究の目的
- 使いやすさと標準化を改善するTMSの自動化プロトコルを発展させる。
- 異なる測定技術間の生理学的反応の比較を容易にします。
- 臨床環境での質の高い記録のためのツールを提供します。
使用された方法
- 研究では標準化されたTMSプロトコルが使用されました。
- プロトコルには、適切な電極配置を通じた筋反応の記録に焦点を当てています。
- データ記録と分析方法を管理するために自動化システムが実装されました。
- 手順には患者の病歴の評価と筋活動レベルの決定が含まれます。
- 様々なTMS刺激技術が使用され、効率的なデータ収集と分析を可能にしました。
主な結果
- この研究は、筋誘発電位反応の記録と分析における自動化されたTMSプロトコルの有効性を示しました。
- これらのプロトコルは、安静時の運動閾値の一貫した決定を可能にし、ペアパルスTMS効果の洗練された分析を促進しました。
- 結果は、効率的で信頼性の高い臨床評価の可能性を強調しました。
結論
- この研究は、臨床実践における使いやすさを向上させるTMS記録プロトコルの自動化のためのフレームワークを確立しました。
- 閾値追跡と従来の振幅測定を比較する能力は、神経生理学的評価ツールの進歩を示しています。
- その影響には、研究と臨床環境の両方でのTMSの理解と応用の改善が含まれます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Automated transcranial magnetic stimulation (TMS) protocols enable single-operator execution of standardized neurophysiological assessments, supporting biomarker discovery in neurodegenerative diseases. The integration of threshold-tracking and conventional amplitude measurements provides a comparative framework for de-risking target validation in CNS drug development. This approach enhances reproducibility and scalability for early discovery workflows focused on corticospinal excitability and intracortical network modulation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by quantifying corticospinal excitability and intracortical inhibitory/facilitatory networks via SICI, LICI, SICF, and SAI/LAI protocols.
- Operational Value: Enables direct comparison between threshold-tracking and conventional TMS measurements, reducing methodological variability in target engagement assays.
- Predictive Value: Supports biomarker identification for neurodegenerative diseases like ALS, aiding in patient stratification and mechanistic de-risking.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides quantitative, automated readouts of motor-evoked potential (MEP) amplitude and silent periods for consistent assay standardization.
- Operational Value: Facilitates high-throughput, single-operator recording across three stimulator types, improving assay reproducibility and reducing technical variability.
- Predictive Value: Enables reliable compound screening by stabilizing physiological readouts through automated gating and hotspot tracking.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery and preclinical validation by offering disease-relevant biomarkers (e.g., threshold-tracking SICI in ALS) for target confirmation.
- Operational Value: Supports longitudinal monitoring in preclinical models through automated, repeatable TMS protocols.
- Predictive Value: Enhances translational continuity by enabling cross-species comparison of corticospinal circuit function.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing standardized, automated assessment of corticospinal excitability and intracortical networks, supporting lead identification through mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of pathway modulation via quantitative TMS readouts (e.g., MEP size, silent periods) in target validation cascades.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible physiological outputs with automated stimulus intensity tracking and gating for motion artifact reduction.
- Analytics: Generates MEM and MEF files with 90% confidence interval comparisons, enabling statistical evaluation of physiological responses across conditions.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven advancement by providing threshold-tracking SICI data linked to neurodegenerative disease phenotypes.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, semi-automated platform for cross-project neurophysiological assessment, reducing dependency on specialized operators.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing biological noise through automated, standardized TMS recordings.
- Operational Value: Ensures reproducibility and scalability via single-operator control, automated analysis, and compatibility with multiple stimulator systems.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by delivering quantitative, threshold-tracking biomarkers that de-risk CNS target hypotheses early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on consistent neurophysiological profiling in healthy and disease models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in clinical neurophysiology and TMS safety screening (e.g., epilepsy, implants).
- Depends on magnetic stimulator control infrastructure and EMG amplification systems for FDI muscle recording.
- Necessitates cross-team standardization of coil positioning, hotspot tracking, and interstimulus interval selection.
- Involves adaptation considerations for different subject populations (e.g., neurodegenerative patients) and muscle targets.
- Limited by subject discomfort during prolonged stimulation and the need for consistent relaxation to enable gating function efficacy.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:57
Preparation of the Subject for the Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) Test
2:16
Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) Recording
5:56
Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) Analyses
6:49
Results: TMS Test Analysis of a Healthy Subject
7:30
Conclusion
