Methodenartikel

Niet-invasieve beoordeling van veranderingen in de corticomotoneuronale transmissie bij mensen

DOI:

10.3791/52663

⸱

24 mei 2017

 ,  ,  , 
1Department of Medicine, Movement and Sport Science, University of Fribourg (Switzerland), 2Department of Sport Science, University of Freiburg (Germany), 3Department of Neuroscience and Pharmacology, University of Copenhagen, 4Department of Nutrition, Exercise and Sports, University of Copenhagen

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van de huidige studie was om veranderingen in transmissie bij de corticomotoneuronale synaptes in mensen na de herhalende transcraniale magnetische stimulatie te beoordelen. Hiervoor wordt een elektrofysiologische methode geïntroduceerd die het mogelijk maakt om de path-specifieke corticospinale transmissie te beoordelen, dwz de differentiatie van snelle, directe corticospinale pathes van polysynaptische verbindingen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De corticospinale weg is de belangrijkste weg die de hersenen verbindt met de spieren en is daarom zeer relevant voor bewegingscontrole en motorisch leren. Er bestaan ​​een aantal niet-invasieve elektrofysiologische methoden die de excitabiliteit en plasticiteit van deze weg onderzoeken. De meeste methoden zijn echter gebaseerd op kwantificering van samengestelde potenties en verwaarlozen dat de corticospinale weg bestaat uit veel verschillende verbindingen die min of meer direct zijn. Hier presenteren wij een methode die het mogelijk maakt om excitabiliteit van verschillende fracties van de corticospinale transmissie te testen. Deze zogenaamde H-reflex conditioning techniek maakt het mogelijk om de excitabiliteit van de snelste (monosynaptische) en ook polysynaptische corticospinale pathways te beoordelen. Bovendien maakt het gebruik van twee verschillende stimuleringsplaatsen, de motorcortex en de cervicomedullaire kruising niet alleen een onderscheid tussen corticale en spinale effecten, maar ook de beoordeling van de transmissie bij de corticomOtoneurale synaps. In dit manuscript beschrijven we hoe deze methode kan worden gebruikt om corticomotoneurale transmissie te beoordelen na een lage frequentie repetitieve transcraniale magnetische stimulatie, een methode die eerder werd getoond om de excitabiliteit van corticale cellen te verminderen. Hier laten wij zien dat niet alleen corticale cellen door deze herhalende stimulatie worden beïnvloed, maar ook overdracht bij de corticomotoneuronale synaps op het ruggengraatniveau. Deze bevinding is belangrijk voor het begrijpen van basismechanismen en plaatsen van neuroplasticiteit. Naast het onderzoek naar basismechanismen kan de H-reflex conditioneringstechniek worden toegepast om de veranderingen in de corticospinale transmissie na het gedrag (bijvoorbeeld training) of therapeutische interventies, pathologie of veroudering te toetsen, waardoor een beter inzicht kan worden in neurale processen die onder invloed zijn van bewegingscontrole en motor aan het leren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bij primaten vormt het corticospinale kanaal de belangrijkste aflopende weg die de vrijwillige acties 1 regelt. De corticospinale route verbindt motorcorticale gebieden met spinale α-motoneuronen via directe monosynaptische corticomotoneuronale verbindingen en via indirecte oligo- en polysynaptische verbindingen 2 , 3 . Hoewel de motorcortex gemakkelijk kan worden opgewonden door transcraniale magnetische stimulatie (TMS), is de opgewekte elektromyografische reactie op deze stimulatie vaak moeilijk te interpreteren. De reden hiervoor is dat de samengestelde Motor Evoked Potential (MEP) beïnvloed kan worden door veranderingen in de excitabiliteit van intracortische en corticospinale neuronen, spinale interneuronen en spinale α-motoneuronen 4 , 5 , 6 , 7 . Verschillende niet-invasieve elektrofysiologieCal-technieken en stimulatieprotocollen zijn erop gericht om te bepalen of veranderingen in corticospinale excitabiliteit en transmissie veroorzaakt worden door veranderingen op het corticale of ruggengraatniveau. Gewoonlijk worden veranderingen in de amplitude van het elektrisch opgewekte H-reflex gebruikt als 'indicatief' van veranderingen van excitabiliteit bij het motoneuronpool. Echter werd eerder aangetoond dat het H-reflex niet alleen afhangt van de excitabiliteit van het motoneuron-pool, maar wordt ook gemoduleerd door andere factoren, zoals presynaptische remming 8 , 9 of homosynaptische post-activatie depressie 5 , 10 . Een andere beperking bij het vergelijken van EP-leden en H-reflexen is de handicap om excitabiliteitsveranderingen op het interneuronale niveau 11 , 12 te detecteren. Naast deze nadelen kunnen de motoneuronen anders geactiveerd worden door perifere zenuwstimulatie dan wiTh TMS, zodat veranderingen in de motoneuronale excitabiliteit deze responsen op een andere manier kunnen beïnvloeden in vergelijking met reacties gemedieerd via de corticospinale route 13 , 14 , 15 .

Een andere methode die gebruikt wordt om ruggengraat te scheiden van corticale effecten vertegenwoordigt transcraniale elektrische stimulatie (TES) van de motorcortex 16 . Toepassing bij lage stimulatie intensiteiten, werd aangevoerd dat TES niet beïnvloed zou worden door veranderingen in corticale excitabiliteit. Aangezien zowel TES als TMS de a-motoneuronen via de corticospinale weg activeren, biedt de vergelijking van magnetisch en elektrisch geëxploiteerde EP-leden een aantrekkelijkere methode om conclusies te trekken over de corticale aard van veranderingen in de grootte van de EP-leden dan de vergelijking tussen H-reflexen En EP-leden. Wanneer de stimulatieintensiteit echter toeneemt, worden TES-geroepen EP-leden ook beïnvloed door veranderingen in corticale excitabiliteit 17 , 18 . Dit probleem kan worden omzeild wanneer elektrische stimulatie niet op de motorcortex wordt toegepast, maar bij de cervicomedullaire kruising. Echter, hoewel elektrische stimulatie kan leiden tot cervicomedullaire motorontwikkelde potentia (cMEPs) in de bovenste ledematen en de onderste ledematen, zien de meeste onderwerpen de elektrische stimulatie bij de hersenstam (en cortex) als zeer onaangenaam en pijnlijk. Een minder pijnlijk alternatief is het activeren van de corticospinale weg bij de cervicomedullaire kruising door middel van magnetische stimulatie bij de inie 19 . Het is algemeen aanvaard dat Cervicomedullary Magnetic Stimulation (CMS) veel van dezelfde daling vezels activeert als motorcorticale TMS en dat veranderingen in corticale excitabiliteit kunnen worden gedetecteerd door het vergelijken van EP-leden met cMEPs 19 . Verhogingen in de excitabiliteit van intracortische cellen en corticomotoneuronale cellen zijn aannemelijk om de corticaal te vergemakkelijkenOpgeroepen EP-lid zonder een gelijktijdige verandering in het cervicomedullary-geroepen EP-lid.

In de meeste vakken is het echter onmogelijk om magnetisch opgewekte cMEPs in de onderste ledematen in rust 20 , 21 te verkrijgen. Een aanpak om dit probleem te verhelpen is om de excitabiliteit van spinale motoneuronen te verhogen door vrijwillig de doelspier te pre-contracteren. Het is echter welbekend dat kleine veranderingen in samentrekkingssterkte de grootte van het cMEP beïnvloeden. Zo is het moeilijk om verschillende taken te vergelijken. Daarnaast zullen veranderingen in de motoneuronale excitabiliteit als gevolg van pre-contractie invloed hebben op EP-leden en cMEPs, maar niet noodzakelijkerwijs in dezelfde mate. Tenslotte, door samengestelde MEPs te vergelijken met samengestelde cMEPs, is er wat informatie in de aflopende volumes verloren. Dit is aangetoond door studies waarbij de H-reflex van soleus-, tibialis-anterior- en carpi radialis-spieren wordt geconditioneerd door middel van magnetische motor corticale stimulatieOm 12 , 22 . Door perifere zenuwstimulatie en TMS over de motorcortex te combineren met specifieke interstimulusintervallen (ISI), is het mogelijk om faciliterende en remmende effecten van de verschillende aflopende volleys op het H-reflex te bestuderen. Deze techniek wordt sterk geïnspireerd door de ruimtelijke vereenvoudigingstechniek die gebruikt wordt om transmissie in neurale pathways in dierproeven te bepalen en kan gezien worden als een niet-invasieve, indirecte versie van die techniek 23 . Hoewel het H-reflex niet alleen belangrijk is om te onderscheiden tussen verschillende fracties van de corticospinale weg (snel versus langzamer corticospinale projeksies), is het ook essentieel om de spinale excitabiliteit op een gecontroleerde en vergelijkbare manier te verhogen. Dus in rust en tijdens de activiteit maakt deze combinatie van stimulatietechnieken het mogelijk om veranderingen in verschillende fracties van de corticospinale weg met een hoge temporale resolutie te evalueren, dwz in tHij snelste, vermoedelijk monosynaptische corticomotoneuronale verbindingen en in langzamer oligo- en polysynaptische pathways 12 , 22 , 24 , 25 . Onlangs is deze techniek uitgebreid door niet alleen de H-reflex met TMS over de motorcortex (M1-conditionering) te conditioneren, maar ook door aanvullende conditioneringsstimulatie bij de cervicomedullary junction (CMS-conditioning) 26 . Door effecten tussen M1- en CMS-conditionering te vergelijken, maakt deze techniek pathspecifieke differentiatie mogelijk met een hoge temporale resolutie en kan interpretaties worden gemaakt op corticale versus spinale mechanismen. Verder en vooral met betrekking tot de huidige studie maakt deze techniek het mogelijk om de transmissie bij de corticomotonale synaps te beoordelen bij het overwegen van de vroege vereenvoudiging. De vroege vereenvoudiging van het H-reflex is waarschijnlijk veroorzaakt door activatieVan directe, monosynaptische corticomotoneurale projeksies op de spinale motoneuronen 12 , 26 . Om de snelste corticospinale pathes te testen en dus de vroege vereenvoudiging, moet de H-reflex 2 tot 4 ms worden opgewekt voor de TMS. De reden hiervoor is de iets kortere latentie van de MEP (ongeveer 32 ms, zie 27 ) in vergelijking met de H-reflex (ongeveer 34 ms, zie 25 ). Het korten van het H-reflex kort voor het aanbrengen van TMS leidt tot convergentie van de stijgende en snelste afnemende excitaties op het niveau van de spinale motoneuronen. Wanneer TMS over de cervicomedullaire kruising wordt aangebracht, komt de aflopende volley ongeveer 3 - 4 ms eerder bij het spinale motoneuron pool dan na stimulatie over M1. Voor CMS-conditionering moet daarom perifere zenuwstimulatie 6 tot 8 ms worden voorgesteld voor de magnetische puls. Een verandering van de vroege facilitatie na CMS-conditionering wijst op differentiaal trOntlading bij de synaps tussen het corticospinale kanaal en de a-motoneuron 28 . In de huidige studie werd deze recent ontwikkelde techniek gebruikt om ruggengraat te onderscheiden van corticale effecten als gevolg van een lage frequentie repetitieve TMS (rTMS). Meer specifiek hebben we verondersteld dat als de vroege vereenvoudiging met M1-conditionering wordt verminderd na de interventie van rTMS, maar de vroege vereenvoudiging na CMS-conditioning niet is, zou het effect zuiver corticale oorsprong moeten zijn. In tegenstelling hiermee, als de vroege vereenvoudiging met CMS-conditioning ook verandert, moet deze wijziging gerelateerd zijn aan mechanismen die op het ruggeniveau plaatsvinden. Meer specifiek, aangezien de vroege vereenvoudiging van het H-reflex vermoedelijk wordt veroorzaakt door de activering van directe, corticomotoneuronale projeksies op de spinale motoneuronen 12 , 29 , een verandering van het CMS- en M1-geconditioneerde H-reflex ten tijde van de Vroege facilitatie zou moeten aanduidenE een gewijzigde corticomotoneuronale overdracht, dwz synaptische werkzaamheid 28 .

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol is goedgekeurd door de lokale ethische commissie en de experimenten zijn in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki (1964).

1. Onderwerp Voorbereiding

OPMERKING: Vakinstructies - Voordat u begint met het experiment, instructeer elk onderwerp over het doel van de studie en mogelijke risicofactoren. Bij transcraniale magnetische stimulatie (TMS) omvatten medische risico's een geschiedenis van epileptische aanvallen, mentale implantaten in de ogen en / of hoofd, ziekten van het hart- en vaatstelsel en zwangerschap. Uitsluitend alle onderwerpen die aan één van deze risicofactoren bevestigen, uitsluiten. Bovendien, in het experiment dat gezonde personen testen, uitsluiten alle onderwerpen met neurologische en / of orthopedische ziekte.

  1. Onderwerp Plaatsing
    1. Plaats het onderwerp in een stoel die benen, romp en kop ondersteunt. Zorg ervoor dat de benen uitgestrekt zijn zodat de knieën uitstekenEindigde en de perifere zenuw dichter bij de huid komt waardoor de zenuw gemakkelijker en betrouwbaarder wordt door elektrische stimulatie.
    2. Zorg ervoor dat het hoofd van het onderwerp is gebogen, rustig op een stabiel ondersteuningsoppervlak zoals een tafel en is beveiligd met kussens. Zorg ervoor dat de nek en de atlanto-occipitale worden gebogen om stimulatie van de corticospinale weg mogelijk te maken.
    3. Plaats de dubbele kegel magnetische spoel zodanig dat het centrale gedeelte ervan op of nabij de inion staat en het eerste afgeleide van de geïnduceerde stroom kraniaal is gerangschikt 19 , 26 . Gebruik elastische riemen aan het hoofd en de romp om ervoor te zorgen dat deze positie door het experiment wordt gehandhaafd.
  2. Met behulp van oppervlaktelektroden meet de elektrofysiologische reacties door Perifere Zenuwstimulatie (PNS) en TMS.
    1. Bereid de huid over de spierbloem van soleus door scheren, desinfectie met propanol en lichte abrasion.
      1. Plaats zelfklevende EMG-elektroden op de huid over de spierbuik van m. soleus. Plaats een referentieelektrode op de huid over het bot, bijvoorbeeld op de patella of de mediale malleolus.
      2. Sluit alle elektroden aan op een EMG-versterker en uiteindelijk een analoge-digitale converter. Versterk EMG-signalen (× 1000), bandpasfilter (10-1000 Hz) en monster bij 4 kHz.
    2. PNS
      1. Voor H-reflex conditionering, record H-reflexen in de soleus-spier door de posterior tibiale zenuw in de popliteale fossa te stimuleren. De stimulatie met vierkante golfpulsen van 1 ms. Voor stimulatie, fixeer een anode van 5 x 5 cm met tape op het voorste gedeelte van de knie net onder de patella.
        OPMERKING: Stabiele H-reflex amplitude is een voorwaarde voor succesvolle H-reflex conditionering en de minste variabiliteit van alle spieren is te vinden bij opname van de soleus spier.
      2. Verplaats de kathode in de popliteaL fossa tot de beste positie voor stimulatie is gevonden.
        OPMERKING: De beste positie heeft betrekking op het opnemen van H-reflexen in de soleus-spier met minimale stimulatieintensiteit, zonder zichtbare M-golf in de EMG-opnamen bij deze lage stimulatieintensiteiten en zonder respons in de antagonist m te ontvangen. tibialis.
      3. Vermijd responsen in m. Tibialis-spieren, zoals die de resultaten kunnen beïnvloeden door wederkerige remming van Ia afferenten van n. Peroneus communis tot spinale motoneuronen van de soleus spier. Nadat u de optimale locatie hebt gevonden, plaatst u een zelfklevende elektrode op de huid en bevestigt u de elektrode met tape om de consistente stimulatieomstandigheden te waarborgen.
    3. TMS
      1. Stimuleer het motorische corticale gebied van het contralaterale halfrond met TMS met behulp van een cijfer acht spoel om de ontwaakte potentiële potentielen (MEP's) in de elektromyografische opnames van de soleusspier te ontwaken.
      2. Om de optimale stimulatievlek te vinden, plaStop de spoel eerst over de hoek en 1 cm voorkant. De handgreep van de spoel zou naar achteren moeten wijzen, waardoor een achterzijde van de voorwaartse stroom van de geïnduceerde stroom in het midden van de spoel wordt veroorzaakt.
      3. Start stimulatie met lage intensiteiten van ongeveer 20 - 30% van de maximale stimulatoruitgang, zodat de patiënten gewend zijn aan de magnetische stimulus. Kies de pauze tussen opeenvolgende stimuli om 4 s te zijn.
      4. Na een paar proeven, verhoog de stimulatie intensiteit tot ongeveer 40 - 60% van de maximale stimulatoruitgang en beweeg de spoel in de frontale-röntgen- en medio-laterale richting om de hotspot van m te vinden. soleus. De hotspot wordt gedefinieerd als de positie waar de leden van de EP in de m. Soleus kan worden opgewekt met een minimum stimulatie intensiteit.
      5. Nadat u de soleus hotspot hebt gevonden, bepaalt u de rustmotor drempel (1,0 MT) als de minimale intensiteit die nodig is om MEP piek-naar-piek amplitude in de EMG groter dan 50 μV in zes uit tien opeenvolgende proeven 30 op te roepen. Bij onderwerpen waarin de achtergrond EMG al ongeveer 50 μV bedraagt, gebruik 100 μV als drempelwaarde.
    4. Bevestiging van de Spoel
      1. Plaats het hoofd van het onderwerp op een tafel (zie "Vakplaatsing") en gebruik stevig schuim om de hoofdbewegingen in alle richtingen te voorkomen. Bevestig de spoel op een staander en het hoofd van het onderwerp naar de stoel.
      2. Bevestig de spoel met klittenbandjes aan het hoofd en gebruik een beeldgeleid TMS-navigatiesysteem voor het bewaken van de spoel- en hoofdpositie gedurende het experiment. Vermijd zelfs kleine bewegingen van de spoel ten opzichte van het onderwerp van het onderwerp, aangezien dit de werving van neuronen door TMS verandert.
    5. Magnetische Stimulatie bij de Cervicomedullary Junction
      1. Gebruik een dubbele kegel magnetische spoel die in de cervicomedullaire kruising wordt geplaatst om axonen van het corticospinale kanaal op te wekken.
      2. Plaats de spoel zodanig dat het eerste afgeleide van de geïnduceerde stroom iS cranially gerichte en dat zijn centrale gedeelte op of nabij de inion ligt. Pas stimulatie toe met maximale stimulatoruitgang (100%).
        OPMERKING: Zelfs bij deze hoge stimulatieintensiteit is de stimulus te zwak om wervelkolommotorenuronen voldoende te werven en de spieren van het onderbeen ( dwz m. Soleus en m. Tibialis anterior) in de meeste onderwerpen te activeren. Zo, met cervicomedullaire stimulatie, is er geen samengesteld potentieel in het oppervlak EMG van onderbeenspieren. Combineer daarom cervicomedullaire simulatie met het H-reflex (zie "3.1) om de excitabiliteit van de spinale motoneuronen te verhogen.

2. Premeasurement

  1. Pas de grootte van het H-reflex aan (perifere zenuwstimulatie)
    1. Voor H-reflex conditioning, pas de grootte van het H-reflex aan op 20% van de maximale M-golf (Mmax) 31 door de stimulatie-intensiteit van de elektrische stimulator te wijzigen. Om Mmax te verkrijgen, record eenH-reflex recruitment curve. Gebruik hiervoor stimuli met verschillende stimulatieintensiteiten. De pauze tussen opeenvolgende proeven is 4 s.
    2. Bereken H-reflexen en M-golven als piek-naar-piek amplitude in de EMG (in mV) online in de opnamesoftware. Zorg ervoor dat de grootte van de controle H-reflex constant blijft bij 20% Mmax gedurende het experiment en controleer de grootte ervan in elke proef. Bij het detecteren van een systematische afwijking van de H-reflexgrootte (controle H-reflex is altijd kleiner of groter dan de doelgrootte), pas de stimuleringsintensiteit net voor de opeenvolgende proef aan.
  2. Stel de stimuleringsintensiteit van TMS voor het experiment aan.
    1. Voor H-reflex conditioneren in rust, zet de stimulatie-intensiteit voor TMS over de motorcortex tot 90-100% van MT. Zorg ervoor dat geen EP-lid wordt gezien in proeven zonder PNS.
      OPMERKING: de simulatie intensiteit moet dicht bij 100% MT liggen om grote effecten op het geconditioneerde H-reflex te waarborgen bij rEst, zodat de vroege faciliteering gemakkelijk kan worden gedetecteerd.
    2. Verstel de cervicomedullaire stimulatie intensiteit voorafgaand aan het experiment. In tegenstelling tot corticale stimulatie, moet u de stimulatie intensiteit voor cervicomedullaire stimulatie altijd aanpassen tot 100% van de maximale stimulatoruitgang.
  3. Conditie de H-reflex met magnetische stimulatie over de motorcortex.
    1. Pas TMS en PNS toe door de timing tussen de twee stimuli (H-reflex conditioning) te wijzigen om de veranderingen in de corticomotoneuronale transmissie te kunnen beoordelen. Om de vroege vereenvoudiging te detecteren, start het conditioneringsprotocol met een interstimulusinterval (ISI) van -5 ms en verander de ISI's in stappen van milliseconden, van -5 - +1 ms ( Figuur 1B ).
      OPMERKING: Negatieve ISI's geven aan dat PNS wordt ontwikkeld voor TMS, positieve ISI's geven het tegenovergestelde aan.
    2. Wissel de ISI tussen TMS en PNS willekeurig van stimulatieproef tot stimulatieproef, zodat geen vooroordeel door een bepaalde volgordeVan stimuli kan zich voordoen.
      OPMERKING: De "vroege vereenvoudiging" dient rond de ISIs -4 ms tot -2 ms te gebeuren bij het aanbrengen van TMS over de motorcortex. Dit betekent dat de snelste (monosynaptische corticospinale pathways) op dit moment met de afferente volley door PNS botsen bij de spinale motoneuronen (zie 5.2 voor het detecteren van de vroege vereenvoudiging).
    3. Stel de pauze in tussen opeenvolgende stimulatieproeven tot 4 seconden.
  4. Voorwaarde het H-reflex met magnetische stimulatie over de cervicomedullaire kruising.
    OPMERKING: Met behulp van cervicomedullaire stimulatie voor conditionering is de excitatie van de corticospinale wegen ruimtelijk dichter bij de spinale motoneuronen dan bij stimulatie van de motorcortex. Daarom wordt de ISI, die overeenstemt met de vroege facilitatie, geschoven met ongeveer 3 - 4 ms. Als voorbeeld zou de vroege facilitatie met TMS over de primaire motorcortex bij -4 ms overeenkomen met een ISI tussen -7 - 8 ms met cervicomedullaire stimulatie.
    1. Gebruik ISI's tussen ISI -9 - -3 ms in stappen van 1 ms voor cervicomedullaire conditionering. Dien de ISI's voor TMS over de motorcortex en TMS over de cervicomedullaire kruising altijd samen in één proef en record ook een controle H-reflex en een controle MEP in dit proces. Gebruik de controle H-reflex als referentie voor de geconditioneerde H-reflexen en de controle MEP om vergelijkbare stimulatieomstandigheden te waarborgen. Opname (tenminste) tien proeven in de voor-meting.
  5. Alternerende Stimulatie over de Motor Cortex en Cervicomedullary Junction
    1. Pas de conditie van het SOL H-reflex toe door middel van magnetische stimulatie van de motorcortex (M1-conditionering, zie 2.1) en door magnetische cervicomedullaire stimulatie (CMS-conditionering, zie 2.2) in willekeurige volgorde tijdens hetzelfde onderzoek.
      OPMERKING: Het is aan te bevelen om M1- en CMS-conditioning afwisselend toe te passen in één en dezelfde proef om de geconditioneerde H-reflexen te verwijzen naar hetzelfde monster van controle H-reflexen (sEe Figuur 1 ).

3. Interventie - Slow Repetitive TMS

  1. Stel de stimulatie-intensiteit in op 1,2 MT, die een langdurige 32 , 33 onderdrukking van corticospinale excitabiliteit veroorzaakt die nodig is als H-reflex conditionering duurt enkele minuten om te bereiken. Tijdens de rTMS-interventie, pas TMS over de primaire motorcortex bij 1 Hz gedurende 20 minuten aan.

4. Postmeting

  1. Direct na de interventie, gebruik H-reflex conditioning met dezelfde ISI's zoals gebruikt in de voormaat.
  2. Gebruik dezelfde stimulatie intensiteiten voor magnetische stimulatie boven M1 en de cervicomedullaire kruising dan in de voor-meting.
  3. Zorg ervoor dat de H-reflex van de controle dezelfde grootte heeft als in de voor-meting. Als er een systematische afwijking wordt gedetecteerd, moet u de stimuleringsintensiteit aanpassen.

5. DaTa verwerking

  1. Bereken alle fysiologische reacties, zoals H-reflexen, EP-leden en geconditioneerde H-reflexen als piek-tot-piek ampllituden van het niet gerectificeerde EMG.
    1. Voor elke ISI, gemiddelde tien geconditioneerde H-reflexen voor a) corticale en b) cervicomedullaire stimulatie. Bovendien, gemiddelde tien controle ( dwz onvoorwaardelijke) H-reflexen die dienen als referentie ( dwz 100%) voor de geconditioneerde H-reflexen.
    2. Geef daarom de gemiddelde amplitude van de geconditioneerde H-reflexen voor elke ISI uit als een percentage van de gemiddelde amplitude van de controle H-reflex in zowel de voor- als de na-meting. Wees voorzichtig bij het bepalen van de vroege vereenvoudiging, aangezien dit van kritieke betekenis is:
      OPMERKING: Omdat er sprake is van inter-individuele variabiliteit bij het ontstaan ​​van de vroege vereenvoudiging, bepaalt u de vroege vereenvoudiging in de voormaat voor elk vak afzonderlijk.
  2. Gebruik nonparametrische Wilcoxon tests om th te bepalenE eerste opkomst van het geconditioneerde H-reflex. Voor CMS-conditionering start u de tests bij ISI -9 ms, voor M1-conditionering, zoek de vroege vereenvoudiging die begint bij ISI -5 ms. Vergelijk de amplitude van deze vroege vereenvoudiging die is verkregen in de pre-meting met de amplitude van de vroege vereenvoudiging die in de postmeting is verkregen met dezelfde ISI.
  3. Controleer bovendien de vroege vereenvoudiging door middel van visuele inspectie.
    OPMERKING: na de M1-conditionering is het waarschijnlijk dat de vroege faciliteering rond ISI -3 ms voorkomt. Kort na de eerste stijging van de geconditioneerde H-reflex, dwz 1 tot 2 ms later, is er een afname in het geconditioneerde H-reflex voordat het weer opkomt. Na CMS-conditionering komt waarschijnlijk de vroege vereenvoudiging rond ISI -7 ms, dus ongeveer 4 ms eerder dan na M1-conditionering.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Voorkomen van de vroege facilitatie na M1- en CMS-conditionering

H-reflex conditionering met TMS over M1 resulteerde in een vroege vereenvoudiging die zich voordoet rond ISI -3 en -4 ms. De vroege facilitatie na CMS-conditionering vond plaats rond 3 ms eerder (ISI -6 en -7 ms, respectievelijk). Voorbeelden van ISI-curven van een onderwerp worden weergegeven in Figuur 1 . In de huidi...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De hier beschreven H-reflexconditioneringsprocedure is specifiek gericht om acute veranderingen in transmissie te beoordelen over de corticomotoneuronale synaps na herhaalde activering van de corticospinale weg 28 . In dit opzicht heeft H-reflex conditioning gemerkt dat rTMS niet alleen de excitabiliteit van corticale structuren beïnvloedt, maar ook een effect heeft op de corticomotoneurale transmissie bij de corticomotonale synaps. Deze methode kan echter wel bredere toepassing hebben, aangezien...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd ondersteund door een subsidie ​​van de Zwitserse National Science Foundation (316030_128826).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Zelfklevende EMG-elektrodenBlue sensor N, Ambu, Ballerup, DenemarkenGebruikt om EMG-signalen op te nemen
Elektrische stimulatorDigitimer DS7A, Hertfordshire, VKGebruikt om de soleus H-reflex uit te lokken
StimuleringselektrodeBlue sensor N, Ambu, Ballerup, DenemarkenGebruikt om de soleus H-reflex uit te lokken
Magnetische stimulator #1Magstim Rapid2 TMS-stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, VKGebruikt om contralaterale motorische geëvokte potentialen in de soleusspier uit te lokken
Spoel #1: 90 mm figuur-van-acht spoel Magstim Company Ltd., Whitland, VKGebruikt om contralaterale motorische geëvokte potentialen in de soleusspier uit te lokken
         Stimulator #1 en spoel #1 werden gebruikt in de originele publicatie (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)
Magnetische stimulator #2MagPro X100 met MagOption, MagVenture A/S, Farum, DenemarkenGebruikt om contralaterale motorische geëvokte potentialen in de soleusspier uit te lokken
Spoel #2: 95 mm focale “vlindervormige” spoel (D-B80) MagVenture A/S, Farum, Denemarken
Stimulator nr. 2 en spoel nr. 2 werden gebruikt in de videosessie
Magnetische stimulator #3Magstim Company Ltd., Whitland, VKGebruikt om te stimuleren bij de cervicomedullaire overgang
Spoel #3: dubbel-kegelvormige magnetische spoelMagstim Company Ltd., Whitland, VKGebruikt om te stimuleren bij de cervicomedullaire overgang
Beeldgestuurd TMS-navigatiesysteem #1Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, CanadaGebruikt in de originele publicatie (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) om de spoelpositie gedurende het experiment te monitoren
Beeldgestuurd TMS-navigatiesysteem #2TMS Navigator SW-versie 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, DuitslandGebruikt voor de video sessie
Literatuur: 
Taube et al. 2014Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. & Lundbye-Jensen, J. Repetitieve activering van de corticospinale baan door middel van rTMS kan de efficiëntie van corticomotone synapsen verminderen. Cerebral cortex, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lemon, R. N., Kirkwood, P. A., Maier, M. A., Nakajima, K., Nathan, P. Direct and indirect pathways for corticospinal control of upper limb motoneurons in the primate. Prog.Brain Res. , 263-279 (2004).
  2. Jankowska, E., Padel, Y., Tanaka, R. Projections of pyramidal tract cells to alpha-motoneurones innervating hind-limb muscles in the monkey. J. Physiol. 249, 637-667 (1975).
  3. Maertens de Noordhout, A., et al. Corticomotoneuronal synaptic connections in normal man: an electrophysiological study. Brain. 122, 1327-1340 (1999).
  4. Noordhout, M. D., Pepin, J. L., Gerard, P., Delwaide, P. J. Facilitation of responses to motor cortex stimulation: effects of isometric voluntary contraction. Ann.Neurol. 32, 365-370 (1992).
  5. Nielsen, J., Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O. On the comparability of H-reflexes and MEPs. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 93-101 (1999).
  6. Morita, H., et al. Differential changes in corticospinal and Ia input to tibialis anterior and soleus motor neurones during voluntary contraction in man. Acta Physiologica Scandinavica. 170, 65-76 (2000).
  7. Ugawa, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Sakai, K., Kanazawa, I. Facilitatory effect of tonic voluntary contraction on responses to motor cortex stimulation. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol. 97, 451-454 (1995).
  8. Rudomin, P. Selectivity of the central control of sensory information in the mammalian spinal cord. Adv.Exp.Med.Biol. 508, 157-170 (2002).
  9. Eccles, J. C. Presynaptic inhibition in the spinal cord. Prog.Brain Res. 12, 65-91 (1964).
  10. Hultborn, H., et al. On the mechanism of the post-activation depression of the H-reflex in human subjects. Exp.Brain Res. 108, 450-462 (1996).
  11. Burke, D., Gandevia, S. C., McKeon, B. Monosynaptic and oligosynaptic contributions to human ankle jerk and H-reflex. J Neurophysiol. 52, 435-448 (1984).
  12. Nielsen, J., Petersen, N., Deuschl, G., Ballegaard, M. Task-related changes in the effect of magnetic brain stimulation on spinal neurones in man. J. Physiol. 471, 223-243 (1993).
  13. Morita, H., Baumgarten, J., Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. Recruitment of extensor-carpi-radialis motor units by transcranial magnetic stimulation and radial-nerve stimulation in human subjects. Exp Brain Res. 128, 557-562 (1999).
  14. Hultborn, H., Nielsen, J. B. H-reflexes and F-responses are not equally sensitive to changes in motoneuronal excitability. Muscle Nerve. 18, 1471-1474 (1995).
  15. Awiszus, F., Feistner, H. Recruitment order of single motor units of the anterior tibial muscle in man. Electroencephalogr.Clin.Neurophysiol.Suppl. 51, 102-112 (1999).
  16. Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. J Physiol. 388, 397-419 (1987).
  17. Day, B. L., Thompson, P. D., Dick, J. P., Nakashima, K., Marsden, C. D. Different sites of action of electrical and magnetic stimulation of the human brain. Neurosci.Lett. 75, 101-106 (1987).
  18. Lemon, R. N., et al. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., et al. , Arnold. 61-77 (2002).
  19. Taylor, J. L. Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects. J. Electromyogr. Kinesiol. 16, 215-223 (2006).
  20. Oya, T., Hoffman, B. W., Cresswell, A. G. Corticospinal-evoked responses in lower limb muscles during voluntary contractions at varying strengths. J. Appl. Physiol. 105, 1527-1532 (2008).
  21. Ugawa, Y., Uesaka, Y., Terao, Y., Hanajima, R., Kanazawa, I. Magnetic stimulation of corticospinal pathways at the foramen magnum level in humans. Ann.Neurol. 36, 618-624 (1994).
  22. Nielsen, J., Petersen, N. Changes in the effect of magnetic brain stimulation accompanying voluntary dynamic contraction in man. J. Physiol. 484, 777-789 (1995).
  23. Baldissera, F. H. H., Illert , A. I. Handbook of Physiology. Section 1: The nervous system, vol II. Motor control. Brooks, V. B. , American Physiological Society. 509-595 (1981).
  24. Petersen, N., Christensen, L. O. D., Nielsen, J. B. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. J Physiol. 513, 599-610 (1998).
  25. Taube, W., et al. Direct corticospinal pathways contribute to neuromuscular control of perturbed stance. J Appl Physiol. 101, 420-429 (2006).
  26. Taube, W., Lundbye-Jensen, J., Schubert, M., Gollhofer, A., Leukel, C. Evidence that the cortical motor command for the initiation of dynamic plantarflexion consists of excitation followed by inhibition. PLoS.One. 6, e25657(2011).
  27. Petersen, N., Christensen, L. O., Morita, H., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Evidence that a transcortical pathway contributes to stretch reflexes in the tibialis anterior muscle in man. J. Physiol. 512, 267-276 (1998).
  28. Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B., Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex. , (2014).
  29. Nielsen, J., Petersen, N. Evidence favouring different descending pathways to soleus motoneurones activated by magnetic brain stimulation in man. J Physiol. 486, 779-788 (1995).
  30. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
  31. Crone, C., et al. Sensitivity of monosynaptic test reflexes to facilitation and inhibition as a function of the test reflex size: a study in man and the cat. Exp.Brain Res. 81, 35-45 (1990).
  32. Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability. Exp.Brain Res. 133, 425-430 (2000).
  33. Fitzgerald, P. B., Brown, T. L., Daskalakis, Z. J., Chen, R., Kulkarni, J. Intensity-dependent effects of 1 Hz rTMS on human corticospinal excitability. Clin.Neurophysiol. 113, 1136-1141 (2002).
  34. Nielsen, J., Petersen, N., Ballegaard, M. Latency of effects evoked by electrical and magnetic brain stimulation in lower limb motoneurones in man. J. Physiol. 484, 791-802 (1995).
  35. Leukel, C., et al. Changes in corticospinal transmission following 8weeks of ankle joint immobilization. Clin neurophysiol. , (2014).
  36. Schubert, M., et al. Balance training and ballistic strength training are associated with task-specific corticospinal adaptations. Eur J Neurosci. 27, 2007-2018 (2008).
  37. Taube, W., et al. Cortical and spinal adaptations induced by balance training: correlation between stance stability and corticospinal activation. Acta Physiol (Oxf). 189, 347-358 (2007).
  38. Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial stimulation in conscious humans. J. Physiol. 508, 625-633 (1998).
  39. Edgley, S. A., Eyre, J. A., Lemon, R. N., Miller, S. Comparison of activation of corticospinal neurons and spinal motor neurons by magnetic and electrical transcranial stimulation in the lumbosacral cord of the anaesthetized monkey. Brain. 120 (Pt 5), 839-853 (1997).
  40. Di Lazzaro, V., et al. Effects of voluntary contraction on descending volleys evoked by transcranial electrical stimulation over the motor cortex hand area in conscious humans. Exp.Brain Res. 124, 525-528 (1999).
  41. Taube, W., et al. Brain activity during observation and motor imagery of different balance tasks: An fMRI study. Cortex. 64, 102-114 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

H reflexconditioneringtranscrani le magnetische stimulatiestimulatie van de motorische cortexcervicomedullaire overgangelektrofysiologische registratieoppervlakte elektromyografiebeoordeling van neuroplasticiteitmeting van synaptische inputcorticospinale baan

Gerelateerde artikelen