Methodenartikel

Bilaterale beoordelingvan de Corticospinal trajecten van de spieren van de enkel met behulp van genavigeerd Transcraniële magnetische stimulatie

DOI:

10.3791/58944

⸱

19 februari 2019

 ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, New York University School of Medicine, 2Department of Health Sciences and Research, Medical University of South Carolina, 3Department of Physical Therapy, University of Nevada Las Vegas, 4Department of Health Professions, Medical University of South Carolina, 5Ralph H. Johnson VA Medical Center, 6Department of Psychiatry, Medical University of South Carolina, 7Division of Physical Therapy, Medical University of South Carolina

In dit artikel

Samenvatting

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

Dit protocol beschrijft de beoordeling van de gelijktijdige, bilaterale van de reactie van de corticomotor van de tibialis anterior en de soleus tijdens rust en tonic vrijwillige activeren met behulp van een enkele puls Transcraniële magnetische stimulatie en neuronavigation systeem.

Samenvatting

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

Distale beenspieren neurale input ontvangen motor corticale gebieden via het corticospinal-darmkanaal, die tot de belangrijkste motor aflopende traject bij de mens behoort en kunnen worden beoordeeld met behulp van Transcraniële magnetische stimulatie (TMS). Gezien de rol van de distale beenspieren in rechtop posturale en dynamische taken, zoals wandelen, is een groeiende belangstelling van het onderzoek in de evaluatie en de modulatie van de corticospinal traktaten ten opzichte van de functie van deze spieren in de afgelopen tien jaar ontstaan. Methodologische parameters gebruikt in vorige werk hebben echter gevarieerd over studies maken de interpretatie van resultaten uit transversale en longitudinale studies minder robuust. Daarom zal gebruik van een gestandaardiseerde TMS protocol die specifiek zijn voor de beoordeling van de beenspieren corticomotor reactie (CMR) zorgen voor directe vergelijking van de resultaten over studies en cohorten. Het doel van deze paper is te presenteren van een protocol dat de flexibiliteit om te beoordelen gelijktijdig de bilaterale CMR-stoffen van de twee belangrijkste enkel antagonistische spieren, de tibialis anterior en de soleus biedt, één puls TMS met een neuronavigation systeem. Dit protocol is van toepassing, terwijl de behandelde spier is of volledig ontspannen en isometrisch gecontracteerd op een bepaald percentage van de maximale isometrische vrijwillige contractie. Met behulp van elke certificaathouder structurele MRI met het neuronavigation-systeem zorgt voor nauwkeurige en precieze plaatsing van de spoel over de corticale representaties van been tijdens beoordeling. Gezien de inconsistentie in de CMR afgeleid maatregelen, beschrijft dit protocol ook een gestandaardiseerde berekening van deze maatregelen met behulp van automatische algoritmes. Hoewel dit protocol wordt niet uitgevoerd tijdens rechtop posturale of dynamische taken, kan het worden gebruikt ter beoordeling van bilateraal ieder paar van beenspieren, synergetische, in zowel neurologisch intact en gezichtsstoornissen onderwerpen of antagonistische.

Inleiding

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

Tibialis anterior (TA) en soleus (SOL) zijn enkel antagonistische spieren liggen in de voorste en achterste compartiment van het onderbeen, respectievelijk. Beide spieren zijn uniarticular, terwijl de belangrijkste functie van TA en SOL dorsiflex en plantarflex het talocrural gewricht, respectievelijk1 is. Bovendien is TA functioneler voor lange spier excursies en minder belangrijk voor de productie van kracht, terwijl de SOL is een antigravity spier die is ontworpen voor het genereren van hoge kracht met kleine excursie van de spier2. Beide spieren zijn vooral van belang tijdens rechtop posturale en dynamische taken (bijvoorbeeld lopen)3,4. Wat neuraal controle betreft ontvangen de zwembaden motorneuron van beide spieren neurale station de hersenen via de aflopende trajecten5,6, naast wisselend van sensorische drive motor.

De belangrijkste motor aflopende traject is het corticospinal-darmkanaal, die afkomstig is van de primaire, premotor en aanvullende motor gebieden en eindigt in de spinale motorneuron zwembaden7,8. Bij de mens, kan de functionele status van dit traktaat (corticomotor response - CMR) worden redelijkerwijs beoordeeld met behulp van Transcraniële magnetische stimulatie (TMS), een niet-invasieve hersenen stimulatie gereedschap9,10. Sinds de introductie van TMS en gezien hun functionele betekenis tijdens rechtop posturale taak en wandelen, zijn CMR van TA en SOL geëvalueerd in verschillende cohorten en taken11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

In tegenstelling tot de beoordeling van CMR-stoffen in spieren van de bovenste extremiteit33, is geen universele TMS-protocol vastgesteld voor de beoordeling van CMR-stoffen in spieren van de onderste extremiteit. Als gevolg van het ontbreken van een vooraf vastgesteld protocol en de grote methodologische variabiliteit in de eerdere studies (bijvoorbeeld soort spoel, gebruik van neuronavigation, tonic activering, testen kant en spier, gebruik en berekening van de CMR maatregelen, enz. ), de interpretatie van resultaten over studies en cohorten kunnen worden lastig, ingewikkeld en onnauwkeurig. Zoals de maatregelen functioneel relevante in verschillende motor taken zijn, zal een gangbaar TMS protocol die specifiek zijn voor de onderste extremiteit CMR beoordeling toestaan dat motor neurowetenschappers en revalidatie wetenschappers stelselmatig beoordelen de CMR in deze spieren over sessies en verschillende cohorten.

Daarom is de doelstelling van dit protocol voor het beschrijven van de bilaterale beoordeling van TA en SOL CMR met behulp van één puls TMS en neuronavigation systeem. In tegenstelling tot eerdere werk, dit protocol heeft tot doel te maximaliseren van de strengheid van de experimentele procedures, data-acquisitie en data-analyse door methodologische factoren die de geldigheid en de duur van het experiment te optimaliseren en standaardiseren van de CMR beoordeling van deze twee onderste extremiteit spieren. Gezien het feit dat de CMR van een spier hangt af van de spier wordt volledig ontspannen of gedeeltelijk is geactiveerd, wordt dit protocol beschreven hoe de TA en SOL CMR kan worden beoordeeld tijdens de rust en tonic vrijwillige activering (TVA). In de volgende paragrafen zal grondig het huidige protocol. Ten slotte, representatieve gegevens zal worden gepresenteerd en besproken. Het protocol hier beschreven is afgeleid van die in Charalambous et al. 201832.

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

Protocol

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

Alle experimentele procedures gepresenteerd in dit protocol door de lokale institutionele Review Board zijn goedgekeurd en zijn in overeenstemming met de verklaring van Helsinki.

1. toestemming proces en veiligheid vragenlijsten

  1. Vóór elke proef, uitleggen aan elk onderwerp de aim(s) van de studie, de belangrijkste experimentele procedures en eventuele potentiële risicofactoren verbonden aan deelname aan het onderzoek. Na het beantwoorden van vragen of bezwaren die onderwerpen kunnen hebben, vragen onderwerpen om te erkennen het toestemming-proces en de geïnformeerde toestemmingsformulier ondertekenen.
  2. MRI34 en TMS35 veiligheid-screening vragenlijsten om de veiligheid en de kwalificatie voor zowel de MRI als de TMS testen onderwerpen beheren. Alle onderwerpen die niet voldoen aan alle veiligheidscriteria van zowel de MRI als de TMS evaluaties uit te sluiten.

2. de MRI en de voorbereiding van het Neuronavigation-systeem

  1. De beoordeling van de MRI vóór TMS beoordeling32beheren. Onderwerpen liggen in een liggende positie met een kussen onder de knieën om een comfortabele houding geplaatst heb. Instrueren onderwerpen nog steeds in de scanner te houden.
    1. Oorbescherming geven de onderwerpen om te verzachten van het lawaai van de scanner. Bij voorkeur gebruik oordopjes over oorwarmers ten gevolge van het gebruik van bilaterale supratragic uitsparing voor onderwerp-beeldregistratie in het neuronavigation-systeem (zie 5.2).
    2. T-1 gewogen anatomische hersenen resolutieafbeeldingen verkrijgen (minimumeisen: 1 mmdikte segment en volledige hersenen en cerebellaire dekking), hetzij als NFTI of DICOM-bestanden. Zorgen dat neus is volledig opgenomen in de beelden als gevolg van het gebruik van de certificaathouder puntje van de neus voor onderwerp-beeldregistratie in het neuronavigation-systeem (zie 5.2).
  2. MRI bestanden uploaden in een neuronavigation systeem. Handmatig registreren mede van elke certificaathouder MRI aan de voorste en achterste commissures, zodat de certificaathouder MRI kan worden toegewezen met behulp van de atlas Montreal Neurological Institute.
    1. Het reconstrueren van de huid en het volledige kromlijnige hersenen model door de begrenzende vierkant rond de schedel en hersenen weefsel, respectievelijk aan te passen. Identificeren van vier anatomische bezienswaardigheden (puntje van de neus, nasion - brug van de neus, en supratragic inkeping van de rechter en linker oor) met behulp van de huid model (Zie figuur 1A).
    2. Plaatst u een rechthoekig raster boven been motor corticale gebied op elk halfrond met behulp van de gereconstrueerde kromlijnige hersenen (Zie figuur 1B). Plaats de gecentreerde rij van het raster in het midden en over de gyrus van het been motor corticale gebied waar de corticospinal traktaten die been motor zwembaden innervate zijn afkomstig van36. Plaats de mediale kolom van het raster parallelle en grenzend aan de mediale muur van de ipsilaterale halfrond.
    3. Gebruik een cortex-gebaseerde benadering in welke fout in richting heeft een te verwaarlozen effect op de stimulatie site37 in plaats van met behulp van een target hoofdhuid gebaseerde aanpak waarin elke fout in richting de stimulatie-site kunt wijzigen. Gebruik dit raster om het vinden van de hot spot. Gebruiken voor het omzetten van de motor, grotere rasters hetzij door toe te voegen meer vlekken en/of het vergroten van de afstand tussen plekken (bijvoorbeeld 10 mm).

3. het onderwerp van voorbereiding en plaatsing

  1. Meet het elektrofysiologische reacties door één puls TMS met een totaal van 4 oppervlakte EMG elektroden. Gebruiken voor de voorbereiding en de plaatsing van de elektroden, gepubliceerde richtsnoeren38,39 en volledige plaatsing terwijl het onderwerp in een staande positie.
    1. Het gebied waarover elke elektrode geplaatst zou worden door scheren en licht exfoliërende alle dode huidcellen en oliën met behulp van alcohol swabs voor te bereiden.
      Let op: Voor onderwerpen op bloed verdunners (bijvoorbeeld mensen na beroerte), wees voorzichtig tijdens de voorbereiding van de huid als gevolg van het potentiële risico van bloeden.
    2. Hechten elektroden bilateraal op TA. Terwijl in de staande positie, vragen onderwerpen om te heffen hun tenen omhoog en plaats dan de elektrode op het bovenste derde van de lijn tussen het hoofd van het kuitbeen en mediale malleolus; (dat wil zeggen, spier buik onmiddellijk laterale aan de tibiale crest).
    3. Hechten elektroden bilateraal op SOL. Terwijl in de staande positie, vragen het onderwerp uit te voeren van de hiel verhogen en plaats dan de elektrode op het onderste derde van de lijn tussen de laterale femur condyle en laterale malleolus;.
    4. Bevestig de grond passieve elektrode op de knieschijf of laterale malleolus;. Afhankelijk van de EMG acquisitie-eenheid, plaats de elektroden van de grond, hetzij bilateraal of eenzijdig.
  2. Test de plaatsing en de kwaliteit van het signaal de elektroden.
    1. Test de elektroden plaatsing (bijvoorbeeld voor visueel duidelijk aantoonbaar EMG barst) door te vragen het onderwerp op dorsiflex of plantarflex de enkel in een rechtop houding tijdens het weergeven van de ruwe EMG-signaal van alle spieren getest op een computerscherm. In het geval van een misplaatste elektrode, verwijder en vervang het totdat er duidelijk visueel aantoonbaar EMG barst met minimale achtergrondgeluiden. Een voldoende signaal / ruisverhouding is van cruciaal belang voor het opsporen van een motorische reactie (> 50 µV).
    2. Test de kwaliteit van het signaal (bijvoorbeeld voor basislijn lawaai) door het ontladen van de TMS-eenheden voor een paar keer, terwijl de TMS spoel wordt gehouden van het zittende onderwerp en met de spieren in rust. Controleer of het signaal van de basislijn voor elk kanaal EMG dicht bij nul is (dat wil zeggen, de piek-tot-piek amplitude moet minder dan 50 µV en er is geen basislijn lawaai, zoals 50 of 60 Hz power line hum). Als basislijn ruis aanwezig in een kanaal is, verwijdert u de bijbehorende elektrode en herhaal de huid voorbereiding procedures. Als het geluid is nog steeds aanwezig (dat wil zeggen, piek-tot-piek amplitude > 50 µV), de referentie-elektrode positie aanpassen en vervangt u de gel-elektrolyt.
  3. Beveilig alle elektroden met behulp van licht schuim pre wrap tape. Gedurende het gehele experiment, controleert om ervoor te zorgen dat de elektroden stevig zijn aangesloten en dat het signaal goede kwaliteit moet.
  4. Plaats het onderwerp in een stoel. Om ervoor te zorgen consequent voeten plaatsing over onderwerpen, veilige beide voeten in wandelschoenen (dat wil zeggen, enkel voet orthese) waarmee de enkel ROM te worden aangepast aan een specifieke positie en bieden weerstand tijdens het TVA testen. Aanpassen van zowel de heup en de knie hoeken om te voorkomen dat onderwerp ongemak. Instrueer het onderwerp te houden nog gedurende het gehele experiment. Gebruik een voorhoofd rust gekoppeld aan de stoel te houden onderwerpen nog tijdens de TMS toepassing, indien beschikbaar.

4. TVA testen

  1. Bepalen bilateraal de maximale vrijwillige isometrische contractie (MVIC) van elke spier. Voor elke beweging (dat wil zeggen, Dorsaalflexie en plantarflexion), instrueren onderwerpen aan de contralaterale onderzocht spier (bijvoorbeeld de juiste TA) maximaal 4 keer het contract (~ 5 s contracties gescheiden door 60 s van rest) zittend onderwerp is in de houding hierboven beschreven.
  2. Berekenen van de maximale spier activiteit waarde tijdens elke MVIC (dat wil zeggen, het gemiddelde binnen een venster van de 100 ms gecentreerd rond het maximale gerectificeerde en afgevlakte EMG) van de laatste drie proeven, het gemiddelde van de drie waarden, en de 15 ± 5% van elke spier is gemiddelde MVIC.
    Let op: Een grotere % MVIC kan worden gebruikt, maar het kan niet haalbaar zijn in klinische cohorten (bijvoorbeeld mensen na beroerte).

5. registratie in Neuronavigation systeem

  1. Plaats het onderwerp tracker, een hoofdband of glazen, met reflecterende markeringen op het hoofd van het onderwerp aan de overkant van het gestimuleerd halfrond zodat de tracker niet verhindert plaatsing van de spoel tijdens de stimulatie van elk raster spot.
    Let op: In het geval dat een hoofdband wordt gebruikt, zorgen ervoor dat het gezellig op de certificaathouder hoofd, nog niet al te strak omdat het een hoofdpijn na een langere periode van tijd veroorzaken kan.
  2. Controleer of u de juiste positie van de motion capture camera door het plaatsen van de tracker onderwerp, de aanwijzer en de spoel tracker in de volumeruimte vastleggen. De onderwerp-beeldregistratie uitvoeren door de tip van de aanwijzer op de 4 anatomische landmaks (Zie figuur 1A) te plaatsen.
  3. Zodra alle anatomische bezienswaardigheden worden bemonsterd, verifiëren of registratie nauwkeurig plaatsgevonden door het puntje van de aanwijzer plaatst op verschillende plekken op de certificaathouder schedel (dat wil zeggen, validatie fase). Als de afstand van het puntje van de aanwijzer tot de gereconstrueerde huid minder dan 3 mm is, gaat u verder met TMS experiment; anders, herhaal de onderwerp-beeldregistratie totdat de gewenste foutwaarden worden verkregen. Tijdens het experiment verplaatst herhalen registratie als de onderwerp-tracker per ongeluk is.

6. TMS

  1. Gebruik dezelfde methodologische parameters tijdens rust en TVA.
    1. Breng één puls prikkels op de optimale site (dat wil zeggen, hotspot; Zie de volgende paragraaf voor meer details) van de onderzochte spier. Toepassing elke stimulans willekeurig elke 5-10 s te vermijden stimulus anticiperen en te minimaliseren van de gevolgen van de overdracht van de vorige puls naar de daaropvolgende één40.
    2. In geval dat twee eenheden van TMS worden gelijktijdig gebruikt, ingesteld de eenheden op de modus standaard of gelijktijdige41. De standaardmodus geldt een zwakkere puls dan een eenheid, dat de gelijktijdige modus een sterkere impuls dan één eenheid geldt. Het gebruik van één van beide één kan worden gebaseerd op de behoeften van het protocol en het totale aantal prikkels.
    3. Gebruik een dubbele conus spoel voor het opwekken van een intracraniële stroom van posteroanterior. Indien nodig, het neuronavigation-systeem gebruiken om te controleren de spoel handmatig en juiste haar positie ten opzichte van de gewenste gestimuleerd ter plaatse voorafgaand aan elke stimulans.
    4. Randomize over sessies en onderwerpen, de volgorde van de behandelde spier en halfrond. Altijd beheren de TVA voorwaarde na de rest voorwaarde om eventuele storing met testen in rust (bijvoorbeeld vermoeidheid van de dalende trajecten als gevolg van TVA testen) te voorkomen.
  2. Bepalen bilateraal de hotspot van beide spieren.
    1. Vinden van de intensiteit van de suprathreshold, die zal worden gebruikt tijdens de jacht hotspot, door een enkele prikkel toe te passen over de gecentreerde plek naast het interhemispheric horizontalis (zie blauwe en rode vierkanten in de figuur 1B). Gebruik deze plek omdat het is gelegen op de locus van het been motor gebied36,42.
    2. Beginnen met lage intensiteit (bijvoorbeeld 30% maximale stimulator output; MBO) en geleidelijk verhogen de TMS intensiteit door de stappen van 5%, tot het bereiken van de intensiteit die een motor evoked potentieel (MEP lokt) met een piek-tot-piek amplitude groter is dan 50 µV in alle contralaterale onderzocht spieren voor 3 opeenvolgende prikkels.
    3. Bepalen onmiddellijk na elke stimulans of een afgevaardigde heeft zijn ontlokte gebaseerd op zowel de ruwe golfvormen en de piek-tot-piek amplitudes (zoekvenster: 20-60 ms post-TMS begin) onderzocht van alle spieren.
    4. Breng één TMS puls op elke plek van het raster (totaal 36 prikkels). Na de voltooiing van het hotspot-protocol, overbrengen de amplitude en latentie waarden van elke plek voor alle contralaterale spieren in de amplitude van een werkblad en sorteren van hoog naar laag en de latentie van laag naar hoog. De hot spot van contralaterale TA en SOL identificeren als de locatie in het raster met de grootste amplitude en de kortste latency43.
      Let op: Als de grootste amplitude en de kortste wachttijden niet op dezelfde plek, definiëren de hot spot met behulp van de grootste amplitude.
  3. Bepalen bilateraal dat elke spier is rust motor drempel (RMT).
    1. Selecteer de grid plek in het neuronavigation-systeem dat correspondeert met de behandelde spier hotspot.
    2. Gebruik een adaptieve methode van de drempel-jacht voor RMT bepaling van de behandelde spieren44. Stelt u de begingrootte intensiteit en stap op 45 en 6% MSO, respectievelijk32. Voer de RMT jacht tweemaal voor elke spier en gebruik van het gemiddelde voor de latere evaluatie van de CMR.
  4. Beoordeling van bilateraal TA en SOL CMR tijdens rust.
    1. Selecteer de grid plek in het neuronavigation-systeem dat correspondeert met de behandelde spier hotspot. 10 interne TMS pulsen op 1.2 RMT van de onderzochte spier van toepassing.
    2. Voorafgaand aan elke prikkel, instrueren het onderwerp te blijven nog steeds en bilateraal de behandelde spieren ontspannen en de activiteiten van alle spieren met behulp van een real-time visuele feedback weergeven op een computerscherm worden gecontroleerd. In het geval dat een spier is actief voor of na TMS, negeren van dat proces en een extra één puls van toepassing. Herhaal totdat 10 golfvormen voor elke contralaterale onderzocht spier in rust zijn verzameld.
  5. Beoordeling van bilateraal de TA en SOL CMR tijdens TVA.
    1. Selecteer de grid plek in het neuronavigation-systeem dat correspondeert met de behandelde spier hotspot.
    2. Vragen onderwerpen naar de behandelde spier bij 15 ± 5% contract MVIC en toepassing van de 10 één TMS pulsen op 1.2 RMT. Instrueren onderwerpen om te houden van de vloeiende bewegende lijn (kwadratische gemiddelde amplitude van 0.165 s) van de onderzochte spier, TA of SOL, binnen de twee horizontale cursors (MVIC-bereik: 15 ± 5%) en ondersteunen dat samentrekking op dat niveau voor enkele seconden.
    3. Wanneer TA de onderzochte spier is, vragen onderwerpen te trekken iets tegen de laarzen op hun contralaterale been (dat wil zeggen, het been met de behandelde spier contralaterale gestimuleerd halfrond). Wanneer SOL is de onderzochte spier, vragen van dringende duw lichtjes tegen de boot op de contralaterale been.
    4. Controleren van de spieractiviteit van de actieve onderzocht spier en de resterende rust spieren met behulp van een visuele feedback in real time weergegeven op een computerscherm. Negeren dat de stimulans en een extra één puls opnieuw toepassen in geval van de onderzochte spieractiviteit is onder of boven het vooraf bepaalde bereik of elke andere spier wordt geactiveerd. Verzamelen 10 proeven terwijl de behandelde spier is geactiveerd op het vooraf bepaalde bereik.

7. de gegevensanalyse

  1. Voor alle maatregelen van de CMR behalve RMT, de waarde van elke maatregel van elke MEP sweep (de totale duur moet ten minste 500 ms met een duur van minimum 100 ms pre stimulus) te berekenen voor alle spieren en dan deze 10 gemiddelden om een enkele waarde (d.w.z. betekent)32. Amplitude en corticale stille periode (CSP) zijn proxy prikkelbaarheid maatregelen van CMR, terwijl latency een zekere mate van proxy, connectiviteit van CMR-stoffen is. Voor zowel rust en TVA, Normaliseren latentie ten opzichte van de hoogte van elk onderwerp, zoals latency wordt beïnvloed door de afstand tot de behandelde spier45.
  2. Bereken MEP amplitude en latentie tijdens rust.
    1. Bereken amplitude (µV) uit het ruwe EMG als het grootste verschil tussen positieve en negatieve toppen (dat wil zeggen, piek-tot-piek) van de MEP. Deze twee bijzondere spieren, zoekt piek-tot-piek binnen een venster van de tijd van 20-60 ms na TMS begin.
      Let op: Hoewel het zoekvenster van de MEP van 20-60 ms kan werken voor neurologisch intact onderwerpen en mensen na beroerte, bredere MEP Zoek windows (bijvoorbeeld 20-75 ms) kunnen worden vereist voor andere neurologische populaties (bijv . multiple sclerose).
    2. Latency (ms) van de gerectificeerde EMG berekenen als de tijd tussen TMS begin en aanvang van MEP (dat wil zeggen, de tijd wanneer een gerectificeerde EMG traceren eerst een vooraf bepaalde drempel kruisen - gemiddelde plus drie standaarddeviaties liggen voor de 100 ms pre stimulans EMG)32 , 46.
  3. Bereken MEP amplitude, latency en CSP tijdens TVA.
    1. Bereken amplitude (µV) uit het ruwe EMG als het grootste verschil tussen positieve en negatieve toppen (dat wil zeggen, piek-tot-piek) van de MEP. Deze twee bijzondere spieren, zoekt piek-tot-piek binnen een venster van de tijd van 20-60 ms na TMS begin.
    2. Bereken latency (ms) van de gerectificeerde EMG als de tijd tussen het begin van TMS en MEP begin.
      1. Berekenen van de aanvang van MEP anders in TVA dan in rust. MEP begin en offset berekenen door het vinden van de twee keer dat de gerectificeerde EMG trace de vooraf bepaalde drempel ingesteld op het niveau van 100 ms pre stimulus kruist punten betekenen EMG. Vervolgens vinden de pieken die in ieder geval groter dan het gemiddelde van de voorafgaande prikkel EMG plus drie standaarddeviaties zijn en tussen die twee keer punten. Vervolgens zoeken vanaf de eerste piek aan 50 gegevenspunten (sampling rate van 5000 Hz) voordat die piek gedurende de tijd dat de gerectificeerde EMG trace eerst de drempel van de gemiddelde pre stimulans EMG kruist. Definiëren die tijd als de MEP begin32.
    3. CSP (ms) van de gerectificeerde EMG berekenen als de tijd tussen de MEP offset en EMG hervatting (dat wil zeggen, absolute CSP: uitsluiting van MEP duur)47. Zoeken vanaf de laatste piek aan 200 gegevenspunten (sampling rate van 5000 Hz) na die piek gedurende de tijd dat de gerectificeerde EMG trace laatst de drempel van de gemiddelde pre stimulans EMG gekruist; definiëren die tijd als de verschuiving van de MEP. Vervolgens berekenen de hervatting van de basislijn EMG, dat is de tijd dat de gerectificeerde EMG trace laatste 25% van de gemiddelde pre stimulans EMG32kruist.

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

Resultaten

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

Figuren 2-4 presenteren gegevens uit een representatieve neurologisch intact 31-jarige man met lengte en gewicht van 178 cm en 83 kg, respectievelijk.

Figuur 2 presenteert de bilaterale hotspots en RMT van elke enkel spier. Met behulp van de plek gelegen in het midden van het been gebied in elk halfrond (Zie pleinen in figuur 1B), de intensiteit van 45% MSO bilateraal werd gebruikt voor de jacht op hotspot. De locatie van de hotspot voor elke ...

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

Discussie

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

Gezien de opkomende belangstelling voor hoe de motorschors draagt bij aan de motorische controle van beenspieren tijdens dynamische taken in verschillende cohorten, een gestandaardiseerde TMS-protocol die de grondige evaluatie van deze spieren beschrijft nodig. Daarom, voor de eerste keer, dit protocol biedt gestandaardiseerde methodologische procedures op bilaterale beoordeling van twee enkel antagonistische spieren, SOL en TA, tijdens de twee toestanden van de spier (rest en TVA) met behulp van een enkele puls TMS met ...

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

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

Dr. Jesse C. Dean bedanken de auteurs voor het helpen met methodologische ontwikkeling en verstrekken van feedback over een ontwerp van het manuscript. Dit werk werd gesteund door een VA carrière ontwikkeling Award-2 RR & D N0787-W (MGB), een institutionele Development Award van het National Institute of General Medical Sciences van de NIH grant onder nummer P20-GM109040 (SAK) en P2CHD086844 (SAK). De inhoud vertegenwoordigt niet de opvattingen van het Department of Veterans Affairs of de regering van de Verenigde Staten.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
2 Magstim stimulators (Bistim module)The Magstim Company Limited; Whitland, UKGebruikt om bilaterale motorische geëvokte potentialen in tibialis anterior en soleus spieren te verkrijgen.
Adaptive parameter estimation by sequential testing (PEST) for TMShttp://www.clinicalresearcher.org/software.htmGebruikt om motorische drempels te bepalen.
AmplifierMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMA-300Gebruikt om EMG-gegevens te versterken.
Data Aqcuisition UnitMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMicro 1401Gebruikt om EMG-gegevens te verzamelen.
Double cone coilThe Magstim Company Limited; Whitland, UKPN: 9902APGebruikt om bilaterale motorische geëvokte potentialen in tibialis anterior en soleus spieren te verkrijgen.
PolarisNorthen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, CanadaGebruikt om de reflectieve markers op de subjecttracker en de spoeltracker te volgen.
SignalCambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UKversion 6Gebruikt om motorische geëvokte potentialen tijdens rust en TVA te verzamelen.
Single double differential surface EMG electrodesMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMA-411Gebruikt om EMG-signalen op te nemen.
TMS Frameless Stereotaxy Neuronavigation SytemBrainsight 3, Rouge Research,
Montreal, Canada		Gebruikt om de spoelpositie tijdens TMS-beoordeling te navigeren.
Walker bootMountainside Medical Equipment, Marcy, NYGebruikt om het enkelgewricht te stabiliseren.

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schünke, M., Schulte, E., Ross, L. M., Schumacher, U., Lamperti, E. D. Thieme Atlas of Anatomy: General Anatomy and Musculoskeletal System. , Thieme. (2006).
  2. Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23 (11), 1647-1666 (2000).
  3. Winter, D. A. The biomechanics and motor control of human gait: Normal, Elderly and Pathological. , 2nd edn, University of Waterloo Press. (1991).
  4. Winter, D. A. A.B.C. (anatomy, Biomechanics and Control) of Balance During Standing and Walking. , Waterloo Biomechanics. (1995).
  5. Nielsen, J. B. Motoneuronal drive during human walking. Brain Research Reviews. 40 (1-3), 192-201 (2002).
  6. Nielsen, J. B. How we walk: central control of muscle activity during human walking. Neuroscientist. 9 (3), 195-204 (2003).
  7. Davidoff, R. A. The pyramidal tract. Neurology. 40 (2), 332-339 (1990).
  8. Nathan, P. W., Smith, M. C., Deacon, P. The corticospinal tracts in man. Course and location of fibres at different segmental levels. Brain. 113 (Pt 2), 303-324 (1990).
  9. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).
  10. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  11. Brouwer, B., Ashby, P., Midroni, G. Excitability of corticospinal neurons during tonic muscle contractions in man. Experimental Brain Research. 74 (3), 649-652 (1989).
  12. Advani, A., Ashby, P. Corticospinal control of soleus motoneurons in man. Canadian Journal Physiology and Pharmacology. 68 (9), 1231-1235 (1990).
  13. Holmgren, H., Larsson, L. E., Pedersen, S. Late muscular responses to transcranial cortical stimulation in man. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 75 (3), 161-172 (1990).
  14. Ackermann, H., Scholz, E., Koehler, W., Dichgans, J. Influence of posture and voluntary background contraction upon compound muscle action potentials from anterior tibial and soleus muscle following transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 81 (1), 71-80 (1991).
  15. Brouwer, B., Ashby, P. Corticospinal projections to lower limb motoneurons in man. Experimental Brain Research. 89 (3), 649-654 (1992).
  16. Priori, A., et al. Transcranial electric and magnetic stimulation of the leg area of the human motor cortex: single motor unit and surface EMG responses in the tibialis anterior muscle. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Evoked Potentials Section. 89 (2), 131-137 (1993).
  17. Valls-Sole, J., Alvarez, R., Tolosa, E. S. Responses of the soleus muscle to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 93 (6), 421-427 (1994).
  18. Brouwer, B., Qiao, J. Characteristics and variability of lower limb motoneuron responses to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 97 (1), 49-54 (1995).
  19. Devanne, H., Lavoie, B. A., Capaday, C. Input-output properties and gain changes in the human corticospinal pathway. Experimental Brain Research. 114 (2), 329-338 (1997).
  20. Capaday, C., Lavoie, B. A., Barbeau, H., Schneider, C., Bonnard, M. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 81 (1), 129-139 (1999).
  21. Terao, Y., et al. Predominant activation of I1-waves from the leg motor area by transcranial magnetic stimulation. Brain Research. 859 (1), 137-146 (2000).
  22. Christensen, L. O., Andersen, J. B., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Transcranial magnetic stimulation and stretch reflexes in the tibialis anterior muscle during human walking. Journal of Physiology. 531 (Pt 2), 545-557 (2001).
  23. Bawa, P., Chalmers, G. R., Stewart, H., Eisen, A. A. Responses of ankle extensor and flexor motoneurons to transcranial magnetic stimulation). Journal of Neurophysiology. 88 (1), 124-132 (2002).
  24. Soto, O., Valls-Sole, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 1711-1717 (2006).
  25. Barthelemy, D., et al. Impaired transmission in the corticospinal tract and gait disability in spinal cord injured persons. Journal of Neurophysiology. 104 (2), 1167-1176 (2010).
  26. Barthelemy, D., et al. Functional implications of corticospinal tract impairment on gait after spinal cord injury. Spinal Cord. 51 (11), 852-856 (2013).
  27. Beaulieu, L. D., Masse-Alarie, H., Brouwer, B., Schneider, C. Brain control of volitional ankle tasks in people with chronic stroke and in healthy individuals. Journal of Neurological Science. 338 (1-2), 148-155 (2014).
  28. Palmer, J. A., Hsiao, H., Awad, L. N., Binder-Macleod, S. A. Symmetry of corticomotor input to plantarflexors influences the propulsive strategy used to increase walking speed post-stroke. Clinical Neurophysiology. 127 (3), 1837-1844 (2016).
  29. Palmer, J. A., Needle, A. R., Pohlig, R. T., Binder-Macleod, S. A. Atypical cortical drive during activation of the paretic and nonparetic tibialis anterior is related to gait deficits in chronic stroke. Clinical Neurophysiology. 127 (1), 716-723 (2016).
  30. Palmer, J. A., Hsiao, H., Wright, T., Binder-Macleod, S. A. Single Session of Functional Electrical Stimulation-Assisted Walking Produces Corticomotor Symmetry Changes Related to Changes in Poststroke Walking Mechanics. Physical Therapy. , (2017).
  31. Palmer, J. A., Zarzycki, R., Morton, S. M., Kesar, T. M., Binder-Macleod, S. A. Characterizing differential poststroke corticomotor drive to the dorsi- and plantarflexor muscles during resting and volitional muscle activation. Journal of Neurophysiology. 117 (4), 1615-1624 (2017).
  32. Charalambous, C. C., Dean, J. C., Adkins, D. L., Hanlon, C. A., Bowden, M. G. Characterizing the corticomotor connectivity of the bilateral ankle muscles during rest and isometric contraction in healthy adults. Journal of Electromyography and Kinesiology. 41, 9-18 (2018).
  33. Kleim, J. A., Kleim, E. D., Cramer, S. C. Systematic assessment of training-induced changes in corticospinal output to hand using frameless stereotaxic transcranial magnetic stimulation. Nature Protocols. 2 (7), 1675-1684 (2007).
  34. Shellock, F. G., Spinazzi, A. MRI safety update 2008: part 2, screening patients for MRI. American Journal of Roentgenology. 191 (4), 1140-1149 (2008).
  35. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686(2011).
  36. Conti, A., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation for "somatotopic" tractography of the corticospinal tract. Neurosurgery. 10, Suppl 4. 542-554 (2014).
  37. Comeau, R. Transcranial Magnetic Stimulation. , Springer. 31-56 (2014).
  38. Cram, J. R., Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyography. , Jones & Bartlett Learning. (2011).
  39. Hermens, H. J., Freriks, B., Merletti, R., Stegeman, D., Blok, J., Rau, G., Disselhorst-Klug, C., Hagg, G. European Recommendations for Surface ElectroMyoGraphy: Results of the Seniam Project (SENIAM). , 2nd edn, Roessingh Research and Development. citeulike-article-id:5280603 (1999).
  40. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  41. Sinclair, C., Faulkner, D., Hammond, G. Flexible real-time control of MagStim 200(2) units for use in transcranial magnetic stimulation studies. Journal of Neuroscience Methods. 158 (2), 133-136 (2006).
  42. Alkadhi, H., et al. Reproducibility of primary motor cortex somatotopy under controlled conditions. American Journal of Neuroradiology. 23 (9), 1524-1532 (2002).
  43. Rossini, P. M., et al. Applications of magnetic cortical stimulation. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 171-185 (1999).
  44. Borckardt, J. J., Nahas, Z., Koola, J., George, M. S. Estimating resting motor thresholds in transcranial magnetic stimulation research and practice: a computer simulation evaluation of best methods. Journak for ECT. 22 (3), 169-175 (2006).
  45. Livingston, S. C., Friedlander, D. L., Gibson, B. C., Melvin, J. R. Motor evoked potential response latencies demonstrate moderate correlations with height and limb length in healthy young adults. The Neurodiagnostic Journal. 53 (1), 63-78 (2013).
  46. Cacchio, A., et al. Reliability of TMS-related measures of tibialis anterior muscle in patients with chronic stroke and healthy subjects. Journal of Neurological Science. 303 (1-2), 90-94 (2011).
  47. Saisanen, L., et al. Factors influencing cortical silent period: optimized stimulus location, intensity and muscle contraction. Journal of Neuroscience Methods. 169 (1), 231-238 (2008).
  48. Ertekin, C., et al. A stable late soleus EMG response elicited by cortical stimulation during voluntary ankle dorsiflexion. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Electromyography and Motor Control. 97 (5), 275-283 (1995).
  49. Tarkka, I. M., McKay, W. B., Sherwood, A. M., Dimitrijevic, M. R. Early and late motor evoked potentials reflect preset agonist-antagonist organization in lower limb muscles. Muscle Nerve. 18 (3), 276-282 (1995).
  50. Ziemann, U., et al. Dissociation of the pathways mediating ipsilateral and contralateral motor-evoked potentials in human hand and arm muscles. Journal of Physiology. 518 (Pt 3), 895-906 (1999).
  51. McCambridge, A. B., Stinear, J. W., Byblow, W. D. Are ipsilateral motor evoked potentials subject to intracortical inhibition? Journal of Neurophysiology. 115 (3), 1735-1739 (2016).
  52. Tazoe, T., Perez, M. A. Selective activation of ipsilateral motor pathways in intact humans. Journal of Neuroscience. 34 (42), 13924-13934 (2014).
  53. Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 89 (3), 1256-1264 (2003).
  54. Wassermann, E. M., Pascual-Leone, A., Hallett, M. Cortical motor representation of the ipsilateral hand and arm. Experimental Brain Research. 100 (1), 121-132 (1994).
  55. Kesar, T. M., Stinear, J. W., Wolf, S. L. The use of transcranial magnetic stimulation to evaluate cortical excitability of lower limb musculature: Challenges and opportunities. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (3), 333-348 (2018).
  56. Lefaucheur, J. P. Why image-guided navigation becomes essential in the practice of transcranial magnetic stimulation. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 40 (1), 1-5 (2010).
  57. Sparing, R., Hesse, M. D., Fink, G. R. Neuronavigation for transcranial magnetic stimulation (TMS): where we are and where we are going. Cortex. 46 (1), 118-120 (2010).
  58. Sparing, R., Buelte, D., Meister, I. G., Pauš, T., Fink, G. R. Transcranial magnetic stimulation and the challenge of coil placement: a comparison of conventional and stereotaxic neuronavigational strategies. Human Brain Mapping. 29 (1), 82-96 (2008).
  59. Gugino, L. D., et al. Transcranial magnetic stimulation coregistered with MRI: a comparison of a guided versus blind stimulation technique and its effect on evoked compound muscle action potentials. Clinical Neurophysiology. 112 (10), 1781-1792 (2001).
  60. Jung, N. H., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation does not decrease the variability of motor-evoked potentials. Brain Stimulation. 3 (2), 87-94 (2010).
  61. Terao, Y., Ugawa, Y. Basic mechanisms of TMS. J Clin Neurophysiol. 19 (4), 322-343 (2002).
  62. Madhavan, S., Rogers, L. M., Stinear, J. W. A paradox: after stroke, the non-lesioned lower limb motor cortex may be maladaptive. European Journal of Neuroscience. 32 (6), 1032-1039 (2010).
  63. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. Journal of Physiology. 471, 501-519 (1993).
  64. Ziemann, U. Intracortical inhibition and facilitation in the conventional paired TMS paradigm. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 51, 127-136 (1999).
  65. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. The number of stimuli required to reliably assess corticomotor excitability and primary motor cortical representations using transcranial magnetic stimulation (TMS): a systematic review and meta-analysis. Systematic Reviews. 6 (1), 48(2017).
  66. Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 320, 205-209 (2016).
  67. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. Determining the Optimal Number of Stimuli per Cranial Site during Transcranial Magnetic Stimulation Mapping. Neuroscience Journal. 2017, 6328569(2017).
  68. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123 (5), 858-882 (2012).
  69. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 91 (2), 79-92 (1994).
  70. Rothwell, J. C., et al. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 97-103 (1999).
  71. Silbert, B. I., Patterson, H. I., Pevcic, D. D., Windnagel, K. A., Thickbroom, G. W. A comparison of relative-frequency and threshold-hunting methods to determine stimulus intensity in transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 124 (4), 708-712 (2013).
  72. Obata, H., Sekiguchi, H., Nakazawa, K., Ohtsuki, T. Enhanced excitability of the corticospinal pathway of the ankle extensor and flexor muscles during standing in humans. Experimental Brain Research. 197 (3), 207-213 (2009).
  73. Tokuno, C. D., Taube, W., Cresswell, A. G. An enhanced level of motor cortical excitability during the control of human standing. Acta Physiological (Oxf). 195 (3), 385-395 (2009).
  74. Obata, H., Sekiguchi, H., Ohtsuki, T., Nakazawa, K. Posture-related modulation of cortical excitability in the tibialis anterior muscle in humans. Brain Research. 1577, 29-35 (2014).
  75. Remaud, A., Bilodeau, M., Tremblay, F. Age and Muscle-Dependent Variations in Corticospinal Excitability during Standing Tasks. PLoS ONE. 9 (10), e110004(2014).
  76. Baudry, S., Collignon, S., Duchateau, J. Influence of age and posture on spinal and corticospinal excitability. Experimental Gerontology. 69, 62-69 (2015).
  77. Petersen, N. T., et al. Suppression of EMG activity by transcranial magnetic stimulation in human subjects during walking. Journal of Physiology. 537 (Pt 2), 651-656 (2001).
  78. Schubert, M., Curt, A., Jensen, L., Dietz, V. Corticospinal input in human gait: modulation of magnetically evoked motor responses. Experimental Brain Research. 115 (2), 234-246 (1997).
  79. Schubert, M., Curt, A., Colombo, G., Berger, W., Dietz, V. Voluntary control of human gait: conditioning of magnetically evoked motor responses in a precision stepping task. Experimental Brain Research. 126 (4), 583-588 (1999).
  80. Ngomo, S., Leonard, G., Moffet, H., Mercier, C. Comparison of transcranial magnetic stimulation measures obtained at rest and under active conditions and their reliability. Journal of Neuroscience Methods. 205 (1), 65-71 (2012).
  81. Niskanen, E., et al. Group-level variations in motor representation areas of thenar and anterior tibial muscles: Navigated Transcranial Magnetic Stimulation Study. Human Brain Mapping. 31 (8), 1272-1280 (2010).
  82. Thordstein, M., Saar, K., Pegenius, G., Elam, M. Individual effects of varying stimulation intensity and response criteria on area of activation for different muscles in humans. A study using navigated transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 6 (1), 49-53 (2013).
  83. Vaalto, S., et al. Long-term plasticity may be manifested as reduction or expansion of cortical representations of actively used muscles in motor skill specialists. Neuroreport. 24 (11), 596-600 (2013).
  84. Forster, M. T., Limbart, M., Seifert, V., Senft, C. Test-retest reliability of navigated transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Neurosurgery. 10, 55-56 (2014).
  85. Saisanen, L., et al. Non-invasive preoperative localization of primary motor cortex in epilepsy surgery by navigated transcranial magnetic stimulation. Epilepsy Research. 92 (2-3), 134-144 (2010).

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

Gemotoriseerde evoked potentialenmusculus tibialis anteriorsoleusspierneuronavigatiesysteemcorticomotorische responselektromyografisch signaal

Gerelateerde artikelen