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Neuroscience

Stimulation combinée des nerfs périphériques et paramètre d’impulsion contrôlable Stimulation magnétique transcrânienne pour sonder le contrôle sensorimoteur et l’apprentissage

Published: April 21, 2023 doi: 10.3791/65212
Automatic Translation
*1, *1, 1
1Department of Kinesiology and Health Sciences, University of Waterloo
* These authors contributed equally

Summary

L’inhibition afférente à courte latence (ISC) est un protocole de stimulation magnétique transcrânienne permettant de sonder l’intégration sensorimotrice. Cet article décrit comment SAI peut être utilisé pour étudier les boucles sensorimotrices convergentes dans le cortex moteur pendant le comportement sensorimoteur.

Abstract

La capacité motrice qualifiée dépend de l’intégration efficace de l’afférence sensorielle dans les commandes motrices appropriées. L’inhibition afférente fournit un outil précieux pour sonder l’influence procédurale et déclarative sur l’intégration sensorimotrice pendant les actions motrices qualifiées. Ce manuscrit décrit la méthodologie et les contributions de l’inhibition afférente à courte latence (ISC) pour comprendre l’intégration sensorimotrice. SAI quantifie l’effet d’une volée afférente convergente sur le débit moteur corticospinal évoqué par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS). La volée afférente est déclenchée par la stimulation électrique d’un nerf périphérique. Le stimulus TMS est délivré à un endroit sur le cortex moteur primaire qui provoque une réponse motrice fiable dans un muscle desservi par ce nerf afférent. L’étendue de l’inhibition de la réponse motrice reflète l’ampleur de la volée afférente convergeant vers le cortex moteur et implique des contributions GABAergiques et cholinergiques centrales. L’implication cholinergique dans les ISC fait de l’ISC un marqueur possible des interactions déclaratives-procédurales dans la performance sensorimotrice et l’apprentissage. Plus récemment, des études ont commencé à manipuler la direction du courant TMS dans les ISC pour démêler la signification fonctionnelle de circuits sensorimoteurs distincts dans le cortex moteur primaire pour les actions motrices qualifiées. La possibilité de contrôler des paramètres d’impulsion supplémentaires (par exemple, la largeur d’impulsion) avec le paramètre d’impulsion contrôlable TMS (cTMS) à la fine pointe de la technologie a amélioré la sélectivité des circuits sensorimoteurs sondés par le stimulus TMS et a permis de créer des modèles plus raffinés de contrôle et d’apprentissage sensorimoteurs. Par conséquent, le présent manuscrit se concentre sur l’évaluation des ISC à l’aide de la SMTc. Cependant, les principes décrits ici s’appliquent également aux IAC évaluées à l’aide de stimulateurs TMS conventionnels à largeur d’impulsion fixe et d’autres formes d’inhibition afférente, telles que l’inhibition afférente à longue latence (LAI).

Introduction

De multiples boucles sensorimotrices convergent dans le cortex moteur pour façonner les projections du tractus pyramidal vers les motoneurones spinaux et les interneurones1. Cependant, la façon dont ces boucles sensorimotrices interagissent pour façonner les projections corticospinales et le comportement moteur reste une question ouverte. L’inhibition afférente à courte latence (SAI) fournit un outil pour sonder les propriétés fonctionnelles des boucles sensorimotrices convergentes dans la sortie du cortex moteur. SAI combine la stimulation magnétique transcrânienne corticale motrice (TMS) avec la stimulation électrique du nerf afférent périphérique correspondant.

La SMT est une méthode non invasive pour stimuler en toute sécurité les motoneurones pyramidaux de manière transsynaptique dans le cerveau humain 2,3. La SMT consiste à faire passer un grand courant électrique transitoire à travers un fil enroulé placé sur le cuir chevelu. La nature transitoire du courant électrique crée un champ magnétique changeant rapidement qui induit un courant électrique dans le cerveau4. Dans le cas d’un seul stimulus TMS, le courant induit active une série d’entrées excitatrices vers les motoneurones pyramidaux 5-7. Si la force des entrées excitatrices générées est suffisante, l’activité descendante provoque une réponse musculaire controlatérale connue sous le nom de potentiel évoqué moteur (MEP). La latence du MEP reflète le temps de conduction corticomotrice8. L’amplitude de la MEP indexe l’excitabilité des neurones corticospinaux9. Le stimulus TMS unique qui suscite le MEP peut également être précédé d’un stimulus de conditionnement10,11,12. Ces paradigmes d’impulsions appariées peuvent être utilisés pour indexer les effets de divers pools d’interneurones sur le débit corticospinal. Dans le cas de SAI, le stimulus de conditionnement électrique périphérique est utilisé pour sonder l’impact de la volée afférente sur l’excitabilité corticale motrice11,13,14,15. Le moment relatif du stimulus TMS et de la stimulation électrique périphérique aligne l’action du stimulus TMS sur le cortex moteur avec l’arrivée des projections afférentes au cortex moteur. Pour les ISC dans les muscles distaux des membres supérieurs, le stimulus nerveux médian précède généralement le stimulus TMS de 18-24 ms11,13,15,16. Dans le même temps, l’ISC augmente à mesure que la force de la volée afférente induite par le stimulus périphérique augmente13,17,18.

Malgré sa forte association avec les propriétés extrinsèques de la projection afférente au cortex moteur, SAI est un phénomène malléable impliqué dans de nombreux processus de contrôle moteur. Par exemple, l’ISC est réduite dans les muscles pertinents à la tâche avant un mouvement imminent 19,20,21 mais est maintenue dans les représentations motrices adjacentes non pertinentes à la tâche19,20,22. On suppose que la sensibilité à la pertinence de la tâche reflète un mécanisme d’inhibition de l’entourage23 qui vise à réduire le recrutement d’effecteurs indésirables. Plus récemment, il a été proposé que la réduction de l’ISC de l’effecteur pertinent pour la tâche puisse refléter un phénomène de déclenchement lié au mouvement conçu pour supprimer l’afférence sensorielle attendue21 et faciliter les corrections lors de la planification et de l’exécution sensorimotrices24. Quel que soit le rôle fonctionnel spécifique, l’ISC est corrélée à une réduction de la dextérité manuelle et de l’efficacité du traitement25. L’altération des ISC est également associée à un risque accru de chute chez les personnes âgées de 26 ans et de compromettre la fonction sensorimotrice dans la maladie de Parkinson 26,27,28 et chez les personnes atteintes de dystonie focale de la main 29.

Les preuves cliniques et pharmacologiques indiquent que les voies inhibitrices médiant les ISC sont sensibles à la modulation cholinergique centrale30. Par exemple, l’administration de scopolamine, antagoniste des récepteurs muscariniques de l’acétylcholine, réduit SAI31. En revanche, l’augmentation de la demi-vie de l’acétylcholine via des inhibiteurs de l’acétylcholinestérase améliore SAI32,33. Conformément aux preuves pharmacologiques, l’ISC est sensible à plusieurs processus cognitifs avec une implication cholinergique centrale, y compris l’excitation34, la récompense 35, l’attribution de l’attention 21,36,37 et la mémoire38,39,40. L’ISC est également altérée dans les populations cliniques présentant des déficits cognitifs associés à la perte de neurones cholinergiques, tels que la maladie d’Alzheimer 41,42,43,44,45,46,47, la maladie de Parkinson (avec déficience cognitive légère)48,49,50 et les troubles cognitifs légers 47,51,52. La modulation différentielle de l’ISC par diverses benzodiazépines ayant des affinités différentielles pour divers types de sous-unités du récepteur de l’acide γ-aminobutyrique de type A (GABAA) suggère que les voies inhibitrices de l’ISC sont distinctes des voies médiatrices d’autres formes d’inhibition par impulsions appariées30. Par exemple, le lorazépam diminue les IAC mais améliore l’inhibition corticale à court intervalle (SICI)53. Zolpidem réduit l’ISC mais a peu d’effet sur SICI53. Le diazépam augmente l’ISC mais a peu d’impact sur l’ISC53. La réduction de l’ISC par ces modulateurs allostériques positifs de la fonction du récepteur GABAA, couplée à l’observation que le GABA contrôle la libération d’acétylcholine dans le tronc cérébral et le cortex54, a conduit à l’hypothèse que le GABA module la voie cholinergique qui projette vers le cortex sensorimoteur pour influencer SAI55.

Récemment, SAI a été utilisé pour étudier les interactions entre les boucles sensorimotrices qui définissent les processus de contrôle moteur procédural et celles qui alignent les processus procéduraux sur des objectifs descendants explicites et des processus de contrôle cognitif 21,36,37,38. L’implication cholinergique centrale dans SAI31 suggère que SAI peut indexer une influence exécutive sur le contrôle sensorimoteur procédural et l’apprentissage. Il est important de noter que ces études ont commencé à identifier les effets uniques de la cognition sur des circuits sensorimoteurs spécifiques en évaluant les ISC en utilisant différentes directions de courant TMS. Les études ISC utilisent généralement le courant induit postérieur-antérieur (PA), tandis que seule une poignée d’études ISC ont utilisé le courant induit antérieur-postérieur (AP)55. Cependant, l’utilisation de la SMT pour induire l’AP par rapport au courant PA lors de l’évaluation de l’ISC recrute des circuits sensorimoteurs distincts16,56. Par exemple, les circuits sensorimoteurs sensibles à l’AP, mais pas aux PA, sont modifiés par la modulation cérébelleuse37,56. De plus, les circuits sensorimoteurs sensibles aux AP, mais pas aux PA, sont modulés par la charge d’attention36. Enfin, l’attention et les influences cérébelleuses peuvent converger sur les mêmes circuits sensorimoteurs sensibles à l’AP, entraînant des altérations inadaptées de ces circuits37.

Les progrès de la technologie TMS offrent une flexibilité supplémentaire pour manipuler la configuration du stimulus TMS utilisé lors d’applications à impulsion unique, à impulsion appariée et répétitives57,58. Les stimulateurs TMS (cTMS) à paramètre d’impulsion contrôlable sont maintenant disponibles dans le commerce pour la recherche dans le monde entier, et ils offrent un contrôle flexible de la largeur et de la forme des impulsions57. La flexibilité accrue provient du contrôle de la durée de décharge de deux condensateurs indépendants, chacun responsable d’une phase distincte du stimulus TMS. La nature biphasique ou monophasique du stimulus est régie par l’amplitude de décharge relative de chaque condensateur, un paramètre appelé rapport M. Les études cTMS ont combiné la manipulation de la largeur d’impulsion avec différentes directions de courant pour démontrer que les largeurs d’impulsion fixes utilisées par les stimulateurs TMS conventionnels (70-82 μs)59,60 recrutent probablement un mélange de circuits sensorimoteurs fonctionnellement distincts au cours de l’ISC 56. Par conséquent, la SMTc est un outil passionnant pour démêler davantage la signification fonctionnelle de diverses boucles sensorimotrices convergentes dans la performance sensorimotrice et l’apprentissage.

Ce manuscrit détaille une approche SAI unique pour étudier l’intégration sensorimotrice qui intègre la stimulation électrique périphérique à la SMTc pendant les comportements sensorimoteurs. Cette approche améliore l’approche typique des ISC en évaluant l’effet des projections afférentes sur certaines populations interneuronales dans le cortex moteur qui régissent la production corticospinale pendant le comportement sensorimoteur en cours. Bien que relativement nouvelle, la SMTc offre un avantage distinct dans l’étude de l’intégration sensorimotrice dans les populations typiques et cliniques. De plus, l’approche actuelle peut être facilement adaptée pour être utilisée avec les stimulateurs conventionnels de la SMT et pour quantifier d’autres formes d’inhibition et de facilitation afférentes, telles que l’inhibition afférente à longue latence (LAI)13 ou la facilitation afférente à courte latence (SAF)15.

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Protocol

Le protocole suivant peut être appliqué à diverses expériences. Les informations fournies détaillent une expérience dans laquelle SAI est utilisé pour quantifier l’intégration sensorimotrice lors d’une réponse du doigt à une sonde correctement ou non. Dans ce protocole, SAI est évalué sans tâche, puis simultanément pendant la tâche sensorimotrice cued, puis à nouveau sans tâche. Le stimulateur cTMS peut être remplacé par n’importe quel stimulateur TMS conventionnel disponible dans le commerce. Cependant, la largeur d’impulsion du stimulateur TMS conventionnel serait fixée entre 70 et 82 μs en fonction du matériel spécifique59,60. Cette étude a été approuvée par le Bureau de l’éthique de la recherche de l’Université de Waterloo. Tous les participants ont fourni un consentement éclairé écrit.

1. Configuration matérielle/logicielle requise

REMARQUE : La figure 1 affiche un schéma de la configuration matérielle requise pour intégrer les stimulateurs électriques périphériques et TMS à une tâche sensorimotrice commandée par ordinateur. La figure 2A illustre la configuration du SAI pour le courant induit par l’AP et le courant induit par le PA. La figure 2B illustre la séquence des événements pour la tâche sensorimotrice repérée et le moment relatif de l’évaluation ISC. Un système de guidage stéréotaxique permettant de suivre l’orientation de la bobine TMS par rapport au participant est fortement recommandé afin de réduire la variabilité essai par essai de la réponse physiologique associée à la variation de la position et de la trajectoire de la bobine61.

Figure 1
Figure 1 : Schéma du matériel utilisé pour évaluer les ISC au repos et pendant le comportement sensorimoteur simultané. PC1, qui est utilisé pour contrôler la tâche sensorimotrice et le moment du stimulus cTMS/stimulation électrique périphérique, est connecté à un convertisseur numérique-analogique capable de générer un déclencheur de sortie TTL 5 V via un câble USB. Pour les essais non conditionnés, le déclencheur du canal d’entrée-sortie numérique 1 est envoyé au stimulateur cTMS via un câble BNC. Pour les essais conditionnés, le déclencheur du canal d’entrée-sortie numérique 1, qui est envoyé au stimulateur cTMS, est précédé d’un déclencheur du canal d’entrée-sortie numérique 2 au stimulateur électrique périphérique. Un câble BNC du canal de sortie de déclenchement sur l’unité cTMS est envoyé à la carte analogique-numérique du système EMG pour déclencher l’enregistrement de l’amplificateur EMG et l’affichage/sauvegarde des données par le logiciel d’acquisition EMG sur PC2. Un câble BNC optionnel de la sortie cTMS est également envoyé au système de guidage stéréotaxique pour enregistrer la position et la trajectoire de la bobine au moment du stimulus cTMS. Abréviations : PC = ordinateur personnel; USB = bus série universel; TTL = câble de déclenchement logique transistor-transistor; BNC = connecteur à baïonnette Neill-Concelman; cTMS = stimulateur magnétique transcrânien à paramètre d’impulsion contrôlable; TMS = stimulation magnétique transcrânienne; A/D = analogique-numérique; EMG = électromyographie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2: Configuration des ISC et tâche sensorimotrice. (A) Un schéma de la configuration pour l’évaluation des ISC dans le muscle FDI. Il est à noter que le courant induit dans le cerveau est opposé à la direction du courant dans la bobine TMS. (B) Une représentation d’un essai valide de signal d’index (en haut) et d’un indice d’index invalide (en bas). Le signal est toujours représenté comme le stimulus supérieur (mis en évidence par le cercle pointillé). La couleur du repère correspond à une réponse spécifique du doigt. Les participants ont été invités à répondre à la couleur de la sonde aussi rapidement et précisément que possible. Les repères et les sondes peuvent être de n’importe quelle couleur. La probabilité d’un signal valide était de 70%. Des indices non valides sont apparus dans 30 % des essais. Abréviations : ISC = inhibition afférente à latence courte; PA = postérieur-antérieur; AP = antéro-postérieur; IED = premier interosseux dorsal; EMG = électromyographie; MNS = stimulus du nerf médian. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

  1. Équipez un ordinateur personnel (PC1) d’un logiciel pour contrôler la tâche sensorimotrice via une carte numérique-analogique USB (ou port série) avec deux canaux de sortie numérique.
  2. Mettez en place une routine logicielle sans tâche pour contrôler l’ordre des stimuli cTMS non conditionnés et des stimuli cTMS qui seront conditionnés par une stimulation électrique périphérique avec un intervalle interstimulus (ISI) de 21 ms. Randomiser l’intervalle entre deux stimuli quelconques (p. ex., conditionné ou inconditionné) en utilisant une distribution rectangulaire d’une durée comprise entre 5 et 8 s.
    1. Assurez-vous que la routine envoie un déclencheur de sortie numérique au déclencheur dans le port de l’unité cTMS pour les stimuli non conditionnés. Assurez-vous que la routine envoie des sorties numériques séparées à l’unité cTMS et au stimulateur électrique périphérique pour les stimuli conditionnés.
    2. Assurez-vous que le déclencheur du stimulateur périphérique précède le déclencheur de la SMTc de 21 ms. Assurez-vous que le nombre de stimuli non conditionnés et conditionnés est compris entre 8 et 24. Idéalement, l’ordre des essais non conditionnés et conditionnés devrait être randomisé.
  3. Mettre en place une routine logicielle pour contrôler la tâche sensori-motrice. Assurez-vous que ce logiciel verrouille également les déclencheurs de sortie numérique envoyés au SMTc et aux stimulateurs électriques périphériques à un ou plusieurs points spécifiques pendant le comportement.
    REMARQUE : L’expérience décrite utilisait une tâche sensorimotrice cued (Figure 2B). Les déclencheurs du stimulateur périphérique et du stimulateur cTMS ont été programmés pour se produire 225-275 ms après le début du signal de réponse en utilisant une distribution rectangulaire. Le but de ce calendrier était d’évaluer les changements dans l’intégration sensorimotrice en fonction de la validité entre le signal de réponse et le signal de préparation antérieur, qui était valide dans 70% de tous les essais.
  4. Équiper un deuxième ordinateur personnel (PC2) d’un amplificateur d’électromyographie (EMG) à deux canaux connecté à un convertisseur analogique-numérique. Assurez-vous que le convertisseur numérique-analogique dispose d’un canal d’entrée numérique pour verrouiller l’EMG au stimulus TMS. Assurez-vous que PC2 est équipé d’un logiciel d’acquisition de données EMG pour enregistrer les réponses musculaires évoquées par TMS.
    REMARQUE: PC1 peut être utilisé pour contrôler la tâche sensorimotrice et enregistrer l’EMG. Cependant, les chercheurs devraient vérifier indépendamment le moment des déclencheurs du stimulateur TMS, du stimulateur périphérique et du système EMG. Plusieurs périphériques connectés à un seul PC augmentent le risque de conflits de processeur central, ce qui entraîne une instabilité dans le timing relatif des marqueurs d’événement.
  5. Configurez le logiciel d’acquisition de données EMG avec les paramètres suivants : trois canaux d’enregistrement, 2 EMG, un déclencheur d’entrée, des enregistrements déclenchés avec une époque de −0,3 s à 0,5 s autour du déclencheur TTL, un facteur d’amplification EMG de 1 000x, un taux d’échantillonnage de 4 000 Hz, un filtre passe-bande de 3 Hz à 1 kHz et un filtre secteur (en option).
    REMARQUE: Le protocole actuel utilise une méthode d’enregistrement epoched. Le logiciel d’acquisition EMG surveille en permanence le signal EMG. Cependant, seules les données bloquées dans le temps au stimulus TMS sont affichées et enregistrées.
  6. Connectez un canal de sortie numérique de PC1 à l’entrée de déclenchement du stimulateur cTMS. Connectez le deuxième canal de sortie numérique de PC1 à l’entrée de déclenchement du stimulateur électrique périphérique. Lorsque vous utilisez le système d’exploitation du PC, confirmez indépendamment la synchronisation relative des deux sorties numériques du PC1.
  7. Connectez la sortie de déclenchement à l’entrée numérique du système EMG. Si vous utilisez un système de guidage stéréotaxique, il peut être possible de diviser la sortie de déclenchement vers le système de guidage pour enregistrer l’essai par position d’essai de la bobine de SMTc au moment du stimulus de la SMTc.

2. Présélection des participants et consentement éclairé

  1. Dépister le participant pour les contre-indications à TMS 9,62,63,64,65.
  2. Informer le participant des objectifs et des procédures de l’étude. Examiner les risques décrits dans le document de consentement approuvé par le comité d’éthique de l’institution. Répondez à toutes les questions sur les risques potentiels. Obtenir un consentement éclairé écrit avant de commencer toute procédure d’étude.

3. Placement des électrodes d’électromyographie (EMG)

  1. Demandez au participant de s’asseoir dans la chaise expérimentale avec ses coudes reposant sur les bras de la chaise et pliés pour permettre au poignet / main de reposer confortablement sur l’espace de travail du bureau. Ajustez la hauteur de l’espace de travail de la chaise et du bureau au besoin.
  2. Nettoyez la peau sur le premier interosseux dorsal (FDI), l’abducteur pollicis brevis (APB) et le processus styloïde ulnaire à l’aide d’une crème légèrement abrasive placée sur un coton rond. Essuyez tout résidu à l’aide d’un tampon de préparation de l’alcool.
  3. Pour chaque muscle, placez une électrode adhésive Ag-AgCl jetable sur le ventre musculaire. Placez une deuxième électrode sur un point de repère osseux à proximité comme référence. Enfin, placez une électrode adhésive Ag-AgCl supplémentaire sur le procédé styloïde ulnaire pour servir de terre.
    NOTE: Un site de référence commun de l’IED est la proéminence osseuse à la base de la deuxième phalange proximale sur la face radiale de la main. Un site de référence APB commun est la proéminence osseuse de la phalange proximale sur le côté radial du pouce.
  4. Connectez chaque paire d’électrodes et la masse à l’amplificateur EMG et au système d’acquisition de données. Utilisez le canal 1 pour l’IED et le canal 2 pour l’APB.

4. Placement de l’électrode du stimulateur électrique périphérique

  1. Connectez le déclencheur de sortie numérique du stimulateur périphérique au canal d’entrée de déclenchement du système EMG pour déclencher l’enregistrement EMG lorsque le stimulus périphérique est délivré.
  2. Utilisez une crème légèrement abrasive pour nettoyer la peau à l’intérieur de l’avant-bras. Commencez par le pli de flexion du poignet et étendez-vous jusqu’à ~6 cm proximal. Étendez le nettoyage à la zone allant de la ligne médiane du poignet jusqu’au côté radial de l’avant-bras. Essuyez tout résidu à l’aide d’un tampon de préparation de l’alcool.
  3. Appliquer un gel conducteur sur une électrode de barre stimulante réutilisable. Utilisez juste assez de gel pour couvrir les disques métalliques des points de contact anodaux et cathodaux. Placez l’électrode stimulante sur la peau du côté palmaire du poignet avec la cathode proximale à l’anode. Placez la cathode légèrement médiale et proximale au processus styloïde radial.
    1. N’utilisez pas de gel excessif. Si le gel crée un pont entre les bornes de l’anode et de la cathode, nettoyez l’électrode pour retirer tout le gel et réappliquez-la. Un pont de gel entre l’anode et la cathode détournera des courants substantiels le long de la peau, ce qui rendra difficile la stimulation du nerf médian.
  4. Sur le stimulateur périphérique, réglez le sélecteur de type de stimulus sur monophasique, réglez la durée du stimulus sur 200 μs et sélectionnez une tension et un ampérage appropriés, en vérifiant les facteurs de multiplication. La tension (Vmax) a été réglée à 200 V pour le matériel utilisé ici, avec un ampérage initial de 0,05 x 10 mA.
  5. Tout en tenant l’électrode stimulante, délivrez un seul stimulus électrique en appuyant sur l’interrupteur de déclenchement du stimulateur à courant constant. Ensuite, inspectez visuellement le muscle APB et l’affichage EMG (canal 2) pour détecter toute preuve de contraction musculaire. La contraction musculaire, connue sous le nom d’onde M, est provoquée par l’activation directe de l’axone moteur par le stimulus électrique et devrait se produire entre 6 et 9 ms après l’artefact du stimulus électrique périphérique.
  6. S’il n’y a aucune preuve de contraction musculaire, demandez au participant s’il a ressenti une sensation de picotement irradiant vers les doigts ou immédiatement sous l’électrode. La position optimale sera la position de l’électrode qui provoque la contraction musculaire APB la plus significative à l’intensité du stimulus actuel.
    1. Si aucune sensation n’est signalée ou si la sensation est limitée à la peau immédiatement sous l’électrode, augmentez l’ampérage par incréments de 0,05 (multiplié par un facteur de 10) jusqu’à ce que le participant signale une sensation de picotement irradiant jusqu’aux doigts / pouce. Si une sensation de rayonnement est signalée dans un chiffre autre que le pouce, repositionnez l’électrode en déplaçant l’électrode radialement jusqu’à ce que la sensation irradie vers le pouce.
  7. Une fois que la position optimale de l’électrode stimulante a été déterminée, fixez l’électrode au poignet à l’aide de trois morceaux de ruban adhésif. Positionnez la première pièce au milieu de l’électrode, puis utilisez les deuxième et troisième pièces pour fixer le haut et le bas de l’électrode.
    REMARQUE: Sur la base de l’expérience, il est suggéré de fixer d’abord la bande de ruban à l’arrière de l’électrode, puis de faire passer la bande sur le côté de l’électrode jusqu’à la peau. Cette approche semble sécuriser l’électrode et minimise le potentiel de mouvement latéral pendant l’expérience.
  8. Après avoir fixé l’électrode, demandez au participant de supposer l’orientation souhaitée des membres à utiliser pendant la stimulation TMS. Vérifiez qu’une contraction du pouce est toujours déclenchée.

5. Détermination de l’intensité médiane du stimulus nerveux

  1. Déterminer le seuil de stimulus périphérique en ajustant l’ampérage de l’intensité du stimulus périphérique jusqu’à ce qu’une onde M de 0,2 mV soit déclenchée37,56. Si l’onde M dépasse l’amplitude cible souhaitée de 0,2 mV sur trois stimuli successifs, diminuez l’ampérage. Si l’onde M est inférieure à l’amplitude cible souhaitée de 0,2 mV sur trois stimuli suivants, augmentez l’ampérage. Le seuil est la première valeur d’ampérage lorsque l’onde M dépasse 0,2 mV.
    REMARQUE: Une alternative courante consiste à régler l’intensité à 3x le seuil sensoriel perceptuel ou à 1x le seuil moteur 11,16,17,66,67,68. Le seuil sensoriel est l’intensité du stimulus à laquelle les participants rapportent correctement une sensation sur 5 des 10 stimuli électriques. Le seuil moteur est l’intensité du stimulus auquel une contraction visible est provoquée sur 5 des 10 stimuli.

6. Détermination de la trajectoire optimale de la bobine pour la stimulation magnétique transcrânienne

  1. Utilisez un modèle de fichier d’image par résonance magnétique (IRM) pour créer un nouveau fichier de projet de système de guidage stéréotaxique afin de surveiller la position et l’orientation de la bobine du participant. Ensuite, connectez le déclencheur de sortie numérique du stimulateur TMS au canal d’entrée de déclenchement sur le système EMG pour déclencher l’enregistrement EMG lorsque le stimulus TMS est délivré.
    REMARQUE : Lorsqu’elle est disponible, une IRM spécifique au sujet peut être utilisée. Cependant, la MEP est suffisante pour déterminer la position optimale de la bobine pour les études de stimulation du cortex moteur.
  2. Fixez l’outil de suivi de la bobine du système de guidage à la bobine PA TMS. Utilisez l’outil d’étalonnage de bobine pour calibrer l’orientation de l’outil de suivi de bobine jusqu’au point médian de la bobine TMS. Répétez cette étape à l’aide d’un deuxième outil de suivi de bobine pour une bobine AP avec une géométrie identique à la bobine PA.
  3. Fixez l’outil de suivi des sujets du système de guidage sur le front du participant à l’aide de deux électrodes EMG. Utilisez un marqueur effaçable à sec à pointe fine ou un applicateur eye-liner pour placer des marques au milieu de l’extrémité du nez, de la nasion et des fosses préauriculaires gauche et droite. Utilisez l’outil d’étalonnage du sujet du système de guidage pour toucher et enregistrer la position de chaque marqueur.
  4. Définissez une position initiale de bobine en plaçant la bobine sur la tête du participant et en enregistrant la trajectoire de la bobine. Assurez-vous que la surface centrale de la bobine est tangentielle au cuir chevelu. Aligner la ligne médiane de la bobine à 45° sur le plan médian sagittal de la tête du participant.
    1. Pour obtenir une approximation de départ du point chaud du cortex moteur, imaginez une ligne tangentielle reliant un point de 5 cm antérieur au sommet et de 5 cm latéral au sommet, et placez une bobine de 70 mm à environ 2 cm du point antérieur le long de la ligne tangentielle.
      REMARQUE: Une autre approche pour approximer le point chaud moteur cortical pour les muscles distaux de la main controlatérale consiste pour l’expérimentateur à placer son index gauche (s’il stimule sur le cortex moteur gauche du participant) sur le sommet de la tête et le pouce de la main gauche sur le point préauriculaire de l’oreille gauche. La position de l’articulation métacarpophalangienne de l’index peut être utilisée pour visualiser une position approximative à laquelle placer le centre de la bobine.
  5. Sur le stimulateur cTMS, réglez le sélecteur de type d’impulsion sur Monophasique-Positif pour induire un courant de PA dans le tissu neural sous-jacent. Ensuite, réglez le rapport M sur 0,2 et l’intensité du stimulus (également appelée puissance) sur 30% de la sortie maximale du stimulateur. Enfin, réglez la largeur d’impulsion (également appelée durée de phase positive) à 120 μs (la plus longue largeur d’impulsion utilisée dans l’étude).
    REMARQUE: La position et la trajectoire de la bobine déterminées à l’aide du courant induit par PA seront utilisées pour le courant induit par AP 16,36,37,38,56,69.
  6. Délivrez trois à cinq stimuli TMS pendant que le participant maintient une légère contraction du muscle FDI (~5%-10% de la contraction volontaire maximale). Si aucun potentiel évoqué moteur (MEP) n’est obtenu, augmenter l’intensité du stimulateur de 10% et délivrer trois à cinq stimuli TMS supplémentaires.
  7. Répétez l’étape précédente jusqu’à ce qu’une MEP d’au moins 0,2 mV soit systématiquement déclenchée à chaque stimulus, ou jusqu’à ce que l’intensité du stimulateur atteigne 60% à 70% de la sortie maximale du stimulateur. Si aucun MEP fiable n’est obtenu, gardez les paramètres de stimulation constants et déplacez le stimulateur TMS en cercle de ~2 cm de diamètre autour du site de stimulation d’origine. Augmentez le diamètre du cercle de 1 cm si un MEP fiable n’est toujours pas obtenu en aucun point du cercle d’origine.
  8. Une fois qu’un MEP fiable est obtenu, confirmez le point chaud du moteur FDI en maintenant les paramètres de stimulation constants et en déplaçant le stimulateur TMS de 2 cm au nord, à l’est, au sud et à l’ouest de l’emplacement actuel de la bobine. Délivrez trois à cinq stimuli TMS à chaque emplacement70. Enregistrez la nouvelle position et la nouvelle trajectoire de la bobine si un MEP constamment plus grand est obtenu à l’un des quatre quadrants. Utilisez la nouvelle position et la nouvelle trajectoire de la bobine comme point chaud du moteur cortical.

7. Détermination de l’intensité du stimulus pour la stimulation magnétique transcrânienne

  1. Lancer l’outil gratuit d’évaluation du seuil moteur TMS (MTAT 2.1)71,72,73 pour déterminer l’intensité de stimulus requise pour obtenir un MEP de 1 mV (seuil de 1 mV)16,67,74. Définissez la méthode d’estimation sur Sans informations a priori, puis cliquez sur Démarrer.
    REMARQUE: Le protocole actuel utilise une intensité TMS de 1 mV16. Cependant, certaines études préfèrent fixer l’intensité à 120% du seuil moteur au repos de l’individu. Pour le courant AP, un MEP de 1 mV peut ne pas être disponible. Dans de tels cas, déterminer la sortie du stimulateur qui obtient la MEP maximale obtenue par la configuration de stimulus AP, à condition que la MEP maximale soit d’au moins 0,5 mV.
  2. Déterminer la puissance maximale du stimulateur disponible pour une largeur d’impulsion de 120 μs. Ensuite, utilisez un tableau de conversion pour redimensionner la plage de sortie du stimulateur de 0 à 100 afin que la sortie du stimulateur corresponde à l’échelle du logiciel MTAT 2.1.
    NOTE: Pour le modèle utilisé dans la présente étude, la sortie maximale du stimulateur pour une largeur d’impulsion de 120 μs est de 50%. Par conséquent, les valeurs fournies par le logiciel MTAT 2.1 sont divisées par 2 pour déterminer la valeur définie sur le stimulateur. Pour une largeur d’impulsion de 70 μs, la puissance maximale du stimulateur est de 66 %, de sorte que toutes les valeurs fournies par le logiciel MTAT 2.1 sont multipliées par 0,66 (et arrondies au 0,5 % le plus proche). Pour une largeur d’impulsion de 30 μs, la puissance maximale du stimulateur est de 100%. Par conséquent, aucun ajustement de mise à l’échelle n’est nécessaire.
  3. Réglez l’intensité du stimulateur TMS sur le pourcentage initial de la sortie maximale du stimulateur indiqué par le logiciel MTAT 2.1 et délivrez un seul stimulus TMS. Si la MEP enregistrée dans la plage de temps de 20 à 50 ms après le stimulus TMS dépasse 1 mV, indiquez « oui » en appuyant sur la touche Y . Si la MEP enregistrée est inférieure à 1 mV, indiquez « non » en appuyant sur la touche N . Répétez cette étape jusqu’à ce que l’intensité de stimulus affichée par le logiciel MTAT passe du noir au vert.
    REMARQUE: La valeur initiale indiquée par le logiciel MTAT 2.1 est toujours de 37%. Pour une largeur d’impulsion de 120 μs, la valeur réelle du stimulateur est de 18,5%. Pour une largeur d’impulsion de 70 μs, la valeur réelle du stimulateur est de 24%. Pour une largeur d’impulsion de 30 μs, la valeur du stimulateur est de 37%.
  4. Répétez l’opération pour chaque combinaison de direction actuelle et de durée du stimulus. Pour le courant AP, faites pivoter la direction du courant à 180° en tournant physiquement la bobine pour induire le courant PA de 180°, ou utilisez une bobine personnalisée fabriquée pour induire le courant AP.
    REMARQUE: Lorsque vous utilisez plusieurs directions de courant TMS et largeurs d’impulsion, tous les seuils peuvent être déterminés avant la collecte de données ou juste avant d’utiliser cette combinaison spécifique de direction actuelle et de largeur d’impulsion dans le protocole.

8. Inhibition afférente à courte latence (pas de base de tâche)

  1. Fixez la bobine qui induira le courant de sonorisation dans le cerveau au stimulateur cTMS. Réglez le type d’impulsion sur Monophasique-positif et le rapport M sur 0,2. Réglez la largeur d’impulsion sur 120 μs. Enfin, réglez l’intensité du stimulus sur le seuil de 1 mV déterminé à l’étape 7.
    REMARQUE : Si vous utilisez à la fois les directives actuelles de l’AP et de l’AP, l’ordre dans lequel l’étape 8 est effectuée doit être randomisé entre les participants. Si vous utilisez plusieurs largeurs d’impulsion, l’ordre dans lequel l’étape 8 est effectuée doit être contrebalancé entre les participants. PA120 et AP30 étaient les seules configurations actuelles utilisées dans l’expérience décrite.
  2. Réglez l’intensité du stimulus électrique périphérique sur l’intensité déterminée à l’étape 5. Ensuite, lancez la routine logicielle sans tâche sur PC1. Ensuite, réglez l’intervalle interstimulus entre les stimuli électriques périphériques et TMS à 21 ms.
  3. Placez la bobine TMS sur le point chaud du moteur FDI déterminé à l’étape 6. Demandez au participant de maintenir une légère contraction du muscle FDI (~5%-10% de la contraction volontaire maximale). Ensuite, exécutez le logiciel sans tâche sur PC1 pour déclencher à la fois les stimulateurs périphériques et cTMS.
  4. Répétez les étapes pour la configuration du courant AP30 en utilisant la bobine qui induit le courant AP dans le cerveau.
    REMARQUE : Il est recommandé de répéter la ligne de base sans tâche à la fin de l’expérience, si le temps le permet. Les évaluations des ISC avant et après l’absence de tâche sont fortement conseillées afin de fournir une base de référence des ISC et d’établir toute différence préexistante entre les groupes (le cas échéant).

9. Inhibition afférente à courte latence (tâche sensorimotrice)

  1. Fixez la bobine de sonorisation au stimulateur cTMS. Réglez le type d’impulsion sur Monophasique-positif et le rapport M sur 0,2. Réglez la largeur d’impulsion sur 120 μs. Enfin, réglez l’intensité du stimulus sur le seuil de 1 mV déterminé à l’étape 7.
    REMARQUE: Lorsque vous utilisez plusieurs configurations de courant TMS (par exemple, PA120, AP30), la configuration actuelle utilisée pendant la tâche sensorimotrice doit être contrebalancée entre les participants. Il est recommandé d’utiliser le même contrepoids que celui utilisé pour déterminer l’ordre de l’évaluation de base sans tâche.
  2. Réglez l’intensité du stimulus électrique périphérique sur l’intensité déterminée à l’étape 5. Ensuite, lancez la routine du logiciel de tâche sensorimotrice sur PC1. Réglez l’intervalle interstimulus entre les stimuli électriques périphériques et TMS à 21 ms.
  3. Placez la bobine TMS sur le point chaud du moteur FDI déterminé à l’étape 6. Demandez au participant de maintenir une légère contraction du muscle FDI (~5%-10% de la contraction volontaire maximale).
  4. Exécutez la routine du logiciel de tâche sensorimotrice pour contrôler la tâche sensorimotrice et envoyer les déclencheurs numériques à comportement verrouillé aux stimulateurs périphériques et cTMS. Gardez le nombre souhaité d’essais non conditionnés et conditionnés entre 8 et 24 stimuli par condition.
  5. Répétez les étapes pour la configuration du courant AP30 en utilisant la bobine pour induire le courant AP dans le cerveau.

10. Traitement et analyse des données

  1. Inspectez visuellement les données EMG hors ligne et écartez toute trace dans laquelle le carré moyen racine de l’EMG préstimulus (-50 au début du stimulus) dépasse une amplitude de critère. Calculez l’erreur quadratique moyenne pour chaque essai comme suit :
    Equation 1
    où N est le nombre de points de données entre −50 et le début du stimulus, et l’EMG est la tension au point n. Pour les ISC réalisées avec le muscle au repos, utiliser un critère d’amplitude de 10-15 μV. Pour les ISC évaluées avec une légère contraction tonique, utiliser un critère d’amplitude qui est le RMSE moyen dans tous les essais plus deux écarts-types, en supposant que les niveaux de contraction ont été surveillés pendant l’étude.
  2. Pour chaque essai, calculer l’amplitude MEP crête à crête pour l’IED comme la différence entre les valeurs minimales et maximales dans la fenêtre temporelle entre 20 ms et 50 ms après l’artefact de stimulus TMS dans le canal 170.
  3. Pour les essais conditionnés, calculer l’amplitude de crête à crête de l’onde M pour l’APB comme l’amplitude crête à crête de 5 ms à 15 ms après l’artefact de stimulus périphérique dans le canal 2.
    REMARQUE: Le calcul de l’amplitude de crête à crête de l’onde M est une méthode permettant de confirmer que l’intensité du stimulus n’a pas varié d’une condition à l’autre tout au long de l’expérience.
  4. Calculez l’amplitude MEP moyenne pour les essais non conditionnés et conditionnés et l’onde M moyenne pour les essais conditionnés pour chaque combinaison de direction actuelle TMS, de largeur d’impulsion et de condition comportementale.
  5. Exprimez l’amplitude MEP conditionnée comme un rapport de l’amplitude MEP non conditionnée pour chaque participant en utilisant l’équation ci-dessous11:
    Equation 2
    REMARQUE: Des ratios plus faibles reflètent une inhibition plus puissante. Il est courant de multiplier le rapport par 100% pour exprimer l’amplitude MEP conditionnée en pourcentage de l’amplitude MEP non conditionnée.
  6. Calculez la moyenne de tous les participants pour chaque combinaison de direction actuelle, de largeur d’impulsion et de condition comportementale TMS. Indiquez ces valeurs. Bien que les valeurs moyennes soient généralement rapportées, démontrez les données individuelles en chiffres dans la mesure du possible.

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Representative Results

La figure 3 illustre des exemples de MEP non conditionnés et conditionnés d’un seul participant provoqués dans le muscle FDI au cours de la tâche sensorimotrice en utilisant le courant induit PA120- et AP30- (indice indique la largeur de l’impulsion). Les diagrammes à barres dans la colonne du milieu illustrent les amplitudes MEP moyennes brutes de crête à crête pour les essais non conditionnés et conditionnés. Les graphiques à barres à droite montrent les latences d’apparition SAI et MEP pour le courant induit par PA120 et AP30 pour le même participant.

L’effet moyen du stimulus de conditionnement électrique périphérique est de supprimer le débit corticospinal provoqué par le stimulus TMS, comme le montrent les amplitudes MEP moyennes brutes plus faibles pour les MEP conditionnés par rapport aux MEP non conditionnés et les rapports SAI inférieurs à 1. La latence d’apparition MEP plus longue pour l’ISC AP30 reflète la latence plus longue de l’entrée dans le neurone corticospinal.

Figure 3
Figure 3 : Exemples de traces MEP et amplitudes crête à crête pour les stimuli induits non conditionnés (trace solide) et conditionnés (trace pointillée) utilisant le courant induit PA 120- (en haut) et AP 30- (en bas). (A) Exemples de formes d’ondes MEP brutes provoquées par le courant induit par PA120 et AP30 lors d’un essai d’index valablement cuit. (B) L’amplitude crête moyenne crête à crête des MEP non conditionnés et conditionnés pour le courant induit par PA120 et AP30 au cours d’un essai d’index valablement cuit. Les barres d’erreur représentent l’erreur type. (C) En haut : Rapport d’amplitude MEP conditionné à non conditionné (p. ex., SAI) pour le courant induit par PA120 et AP30 au cours d’un essai d’index valablement cuit. En bas : Les latences d’apparition des MEP non conditionnés provoquées par le courant induit par PA120 et AP30 lors d’un essai d’index valablement cuit. La latence d’apparition du MEP n’est pas affectée par la validité du repère. Abréviations : TMS = stimulation magnétique transcrânienne; MNS = stimulus du nerf médian; MEP = potentiel évoqué par moteur; ISC = inhibition afférente à latence courte; PA = postérieur-antérieur; AP = antéro-postérieur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

La figure 4 montre les effets différentiels d’un stimulus de conditionnement pour les stimuli TMS PA120 et AP30 en fonction de la validité du signal informationnel pour un seul participant. Les panneaux en haut à gauche et en haut à droite représentent le PA120 SAI et l’AP30 SAI lors d’une réponse d’index validement repérée et d’une réponse d’index non valide dans laquelle les participants ont dû remapper leur réponse à un index autre que l’index. Les panneaux inférieur gauche et inférieur représentent le PA120 SAI et l’AP30 SAI lors d’une réponse sans index et d’une réponse sans index non identifiée dans laquelle les participants ont dû remapper leur réponse à l’index.

Chez ce participant, le SAI PA120 a été amélioré de la même manière pour une réponse de l’index, que le participant ait été dirigé vers l’index (panneau supérieur gauche) ou qu’il ait dû remapper sa réponse à l’index à la suite d’un signal non valide à un index autre que l’index (panneau inférieur gauche). En revanche, l’AP30 SAI semble être modulé différemment selon que le repère invalide nécessitait un remappage (panneau supérieur droit) ou vers l’index (panneau inférieur droit).

Figure 4
Figure 4 : SAI pour les types de repères valides et non valides en fonction du doigt repéré (index vs non-index) séparé par le courant induit par PA120 et AP30. En haut à gauche : PA120 SAI pour une réponse d’index correctement identifiée et une réponse incorrectement indiquée qui a nécessité un nouveau mappage pour répondre à l’aide d’un index autre que l’index. En haut à droite : AP30 SAI pour une réponse d’index correctement identifiée et une réponse incorrectement indiquée qui a nécessité un nouveau mappage pour répondre à l’aide d’un index autre que l’index. En bas à gauche : PA120 SAI pour une réponse sans index correctement indiquée et une réponse mal indiquée qui a nécessité un nouveau mappage pour répondre avec l’index. En bas à droite : AP30 SAI pour une réponse sans index correctement indiquée et une réponse incorrectement indiquée qui a nécessité un remappage pour répondre avec l’index. Abréviations : ISC = inhibition afférente à latence courte; PA = postérieur-antérieur; AP = antéro-postérieur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Discussion

La méthode SAI décrite ici sonde un sous-ensemble de voies neuronales qui jouent un rôle dans la performance sensorimotrice et l’apprentissage. L’évaluation des ISC pendant que les participants effectuent des tâches sensorimotrices contrôlées est essentielle pour démêler les contributions complexes des nombreuses boucles sensorimotrices qui convergent vers les neurones corticospinaux moteurs pour façonner le rendement moteur dans les populations saines et cliniques. Par exemple, une méthodologie similaire a été utilisée pour identifier l’influence cérébelleuse sur les processus de contrôle moteur procédural 37,56 et les cibles spécifiques par lesquelles le système de mémoire déclarative peut influencer le contrôle moteur procédural et l’apprentissage chez les populations en bonne santé 21,36,37,38 et précédemment commotionnées 75.

L’évaluation de l’intégration sensorimotrice présente plusieurs avantages décrits ici. Tout d’abord, le protocole va au-delà de l’évaluation standard de l’ISC en utilisant le courant induit par l’AP. Les études ISC ont presque exclusivement utilisé le courant induit par l’AP lors de l’évaluation de l’ISC55,76. Cependant, le courant induit par l’AP ne recrute probablement qu’un sous-ensemble de circuits sensorimoteurs dans le cortex moteur 36,37,56,77, donnant ainsi une image incomplète des processus sensorimoteurs en cours et des associations cerveau-comportement 55. Deuxièmement, le protocole utilise des largeurs d’impulsion variables pour améliorer la spécificité de la population interneuronale recrutée par le stimulus TMS77. Les largeurs d’impulsion fixes des stimulateurs TMS monophasiques conventionnels, typiquement comprises entre 70-82 μs 59,60, peuvent recruter un mélange de circuits sensorimoteurs dans une direction de courant particulière56,77,78. L’utilisation de la SMTc pour manipuler la largeur d’impulsion pendant les évaluations des ISC peut améliorer la compréhension de la signification fonctionnelle des différentes boucles sensorimotrices qui régissent la production corticospinale dans les populations cliniques et 56,78,79et saines 75. Enfin, dans ce travail, les évaluations des ISC ont été menées au repos et ont été verrouillées dans le temps à un processus spécifique lors d’un comportement simultané. Une telle approche est relativement rare dans la littérature SAI sur le contrôle sensorimoteur et l’apprentissage 14,19,20,21,36,37,80. Il est plus courant d’évaluer séparément les performances / apprentissages sensorimoteurset les ISC et sensorimoteurs 34,81,82,83,84,85,86. Cependant, les évaluations au repos des ISC reposent sur la corrélation du comportement et des mesures physiologiques mesurées à différents moments dans le temps. De plus, l’évaluation des influences sur la production vertébrale corticale au repos ne rend probablement pas compte de leur signification liée à la tâche. L’évaluation des ISC au repos n’a de sens que pour quantifier les différences de base entre les groupes ou évaluer les effets d’un changement fondamental dans la structure / fonction cérébrale dans une population clinique, comme chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson 26,27,28, de la maladie d’Alzheimer87,88 et de la dystonie focale de la main 29.

Les utilisateurs doivent également examiner attentivement plusieurs éléments critiques du protocole SAI décrit. Tout d’abord, l’intensité de stimulus requise pour obtenir un MEP de 1mV utilisant un courant AP avec une largeur d’impulsion donnée est constamment supérieure au courant PA équivalent 16,36,37,38,56. Des seuils plus élevés augmentent la probabilité que l’intensité de stimulus requise pour atteindre un MEP de 1 mV dépasse la capacité du stimulateur pour un sous-ensemble d’individus, en particulier lors de l’utilisation d’un courant AP avec de courtes largeurs d’impulsion59. Dans de tels cas, le chercheur doit décider d’exclure le participant ou de déterminer un autre seuil stable. Pour un stimulateur conventionnel avec une largeur d’impulsion fixe de ~80 μs, l’amplitude de l’AP SAI n’est pas influencée par les amplitudes MEP du stimulus d’essai allant de 0,5 mV à 2 mV16. Deuxièmement, le protocole décrit ci-dessus exige que les participants maintiennent une contraction minimale (5 % à 10 % de la contraction volontaire maximale) de l’IED. La légère contraction améliore la sélectivité de la population interneuronale recrutée par diverses largeurs d’impulsion AP en réduisant l’intensité de stimulus requise56,78. Cependant, on peut se demander si une légère contraction doit être utilisée pour les courants induits par l’AP. Une légère contraction n’améliore pas la sélectivité des courants induits par l’AP de largeurs d’impulsionvariables 78, et le contrôle sensoriel lié à la contraction89 pourrait masquer d’autres contributions fonctionnelles des circuits sensibles au PA pendant certains états de tâche. À l’avenir, il peut être judicieux d’évaluer l’ISC de l’AP au repos, mais l’ISC de l’AP, en particulier à des largeurs d’impulsion courtes, avec une légère contraction. Enfin, la validité externe de l’approche réductionniste du protocole ISC décrite ici est discutable. Le protocole décrit cible un muscle pertinent pour la tâche dans une tâche contrôlée impliquant des réponses sélectives des doigts. L’approche réductionniste décrite ici peut fournir un aperçu substantiel des mécanismes spécifiques à un point donné d’un comportement sensorimoteur. Cependant, l’association entre SAI dans une représentation motrice spécifique et le comportement sensorimoteur peut varier selon les différents éléments d’une tâche complexe (par exemple, la planification par rapport à l’exécution motrice). En outre, l’association entre l’ISC et le comportement peut être moins apparente à mesure que la complexité du comportement sensorimoteur augmente. L’évaluation des ISC sur de nombreux muscles dans une approche multivariée peut être nécessaire pour tenir compte des interactions entre les représentations motrices agonistes, synergistes et antagonistes adjacentes à mesure que la complexité de la tâche augmente.

Les évaluations conventionnelles de la SMT ont établi un lien entre les ISC et plusieurs troubles du mouvement et psychiatriques. La sélectivité accrue de la SMTc-ISC pourrait faciliter l’identification de biomarqueurs de plus en plus fiables des troubles sensorimoteurs et psychiatriques. Un rapport préliminaire a mis en évidence le potentiel de la SMTc, suggérant que l’IAS AP30 pourrait être un marqueur d’anomalies cognitivo-motrices latentes persistantes chez les jeunes adultes ayant des antécédents de commotion cérébrale75. Cependant, l’utilité diagnostique de la SMTC-IAC dans les troubles du mouvement et psychiatriques tels que les commotions cérébrales chroniques, la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, les troubles cognitifs légers, la dystonie et les accidents vasculaires cérébraux n’a pas encore été explorée. Une limite importante à l’application clinique de la SMTc-ISC dans le domaine des troubles du mouvement est la nécessité d’études à plus grande échelle pour établir la fiabilité et les plages normatives, comme cela a été fait pour les ISC évaluées avec une impulsion PA à largeur fixe90,91,92,93. De plus, les applications cliniques bénéficieraient d’une meilleure compréhension de la façon dont les différentes boucles sensorimotrices sondées par la SMTc-SAI interagissent avec d’autres voies facilitatrices et inhibitrices convergeant vers les neurones pyramidaux corticaux moteurs. Par exemple, les études conventionnelles de la SMT sur les ISC suggèrent que les boucles sensorimotrices sondées peuvent compléter la fonction des voies inhibitrices de facilitation corticale à intervalles courts (SICF)74, SICI 66,94 et inhibition corticale à long intervalle (LICI)67. Cependant, la signification fonctionnelle de ces interactions n’est pas claire.

Une perspective passionnante est la combinaison de la SMTC-SAI avec l’électroencéphalographie (EEG). L’EEG peut être utilisé pour quantifier l’effet des projections afférentes sur la sortie pyramidale évoquée par TMS sur le moteur77,95 et les zones non motrices95, connues sous le nom de potentiels évoqués TMS (TEP). L’évaluation des ISC dans le cortex frontal, plutôt que dans le cortex moteur, offre une occasion unique d’évaluer directement l’intégrité de la fonction cholinergique dans les substrats neuronaux qui interviennent dans la fonction cognitive. Par exemple, les réductions de l’inhibition afférente du TEP N100 provoquées par la SMT conventionnelle sur le cortex préfrontal sont en corrélation avec une fonction exécutive réduite chez les personnes âgées96 et les patients schizophrènes97. L’utilisation de la SMTC-ISC avec EEG pourrait aider à déterminer si le profil cholinergique du déclin de la fonction exécutive dans le vieillissement en bonne santé et les troubles neuropsychiatriques implique les mêmes circuits préfrontaux.

La SMTc est encore une technologie relativement naissante. Comme toute nouvelle technique, il y a des limites et des inconnues. Cependant, les premières preuves issues d’études cTMS-SAI qui font varier la direction du courant induit et la largeur d’impulsion démontrent des possibilités intéressantes pour mieux comprendre la signification fonctionnelle de divers circuits sensorimoteurs convergents dans les comportements en cours chez les populations saines et cliniques.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs reconnaissent le financement accordé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG), la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) et le Fonds pour la recherche en Ontario (FLR) à S.K.M.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acquisition software (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA PL3504/P LabChart Pro version 8
Alcohol prep pads Medline Canada Corporation, Mississauga, ON, Canada 211-MM-05507 Alliance Sterile Medium, Antiseptic Isopropyl Alcohol Pad (200 per box)
Amplifier (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA FE234 Quad Bio Amp
Cotton round Cliganic, San Francisco, CA, USA ‎CL-BE-019-6PK Premium Cotton Rounds (6-pack, 90 per package)
cTMS coils Rogue Research, Montréal, QC, Canada COIL70F80301 70 mm Medium Inductance Figure-8 coil
cTMS coils Rogue Research, Montréal, QC, Canada COIL70F80301-IC 70 mm Medium Inductance Figure-8 coil (Inverted Current)
cTMS stimulator Rogue Research, Montréal, QC, Canada CTMSMU0101 Elevate cTMS stimulator
Data acquisition board (for EMG) AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA PL3504 PowerLab 4/35
Digital to analog board National Instruments, Austin, TX, USA 782251-01 NI USB-6341, X Series DAQ Device with BNC Termination
Dispoable adhesive electrodes (for EMG) Covidien, Dublin, Ireland 31112496 Kendal 130 Foam Electrodes
Electrogel Electrodestore.com E9 Electro-Gel for Electro-Cap (16 oz jar)
Nuprep Weaver and Company, Aurora, CO, USA 10-30 Nuprep skin prep gel (3-pack of 4 oz tubes) 
Peripheral electrical stimulator Digitimer, Hertfordshire, UK DS7R  DS7R High Voltage Constant Current Stimulator
Reusable bar electrode Electrodestore.com DDA-30 Black Bar Electrode, Flat, Cathode Distal
Software (for behaviour and stimulator triggering) National Instruments, Austin, TX, USA 784503-35 Labview 2020
TMS stereotactic coil guidance system Rogue Research, Montréal, QC, Canada KITBSF0404 BrainSight Neuronavigation System
Transpore tape 3M, Saint Paul, MN, USA 50707387794571 Transpore Medical Tape (1 in x 10 yds)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Neurosciences numéro 194
Stimulation combinée des nerfs périphériques et paramètre d’impulsion contrôlable Stimulation magnétique transcrânienne pour sonder le contrôle sensorimoteur et l’apprentissage
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Graham, K. R., Hayes, K. D., Meehan, S. K. Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Sensorimotor Control and Learning. J. Vis. Exp. (194), e65212, doi:10.3791/65212 (2023).

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