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

Dit protocol is van cruciaal belang omdat het een aanpak standaardiseert met een zeer moeilijke taak om motorische potentiëlen in de distale onderste ledematen spieren te detecteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het consolideert de literatuur in verband met de onderste extremiteit stimulatie, die vaak alleen richt op de tibialis voorste en maakt gebruik van een verscheidenheid aan technieken. We hebben deze techniek bestudeerd bij neurologisch gezonde individuen en mensen met een beroerte.

Het belang van de techniek is echter het standaardiseren van beoordelingen van de onderste ledematen. De techniek maakt het mogelijk om de hiaten in ons begrip van de motorische controle tijdens de gang te identificeren en herziet onderzoek dat niet mogelijk voor de controle van storende factoren. Het aantonen van de procedure zal John Kindred, PhD, een postdoctoraal geleerde, en Brian Cence, een onderzoek coördinator, zowel van ons onderzoekslaboratorium.

Begin met het uploaden van de MRI-bestanden van het onderwerp in een neuronavigatiesysteem. Vervolgens handmatig co-registreren van de MRI voorste en achterste commissures, zodat de Montreal Neurologische Instituut Atlas kan worden gebruikt. Vervolgens reconstrueren de huid en volledige kromlijnige hersenen model door het aanpassen van de omsluitende doos rond de schedel en hersenweefsels.

Identificeer vier anatomische oriëntatiepunten met behulp van het huidmodel, waaronder het puntje van de neus, nasion en supratragische inkeping van het rechter- en linkeroor. Plaats nu een rechthoekig raster over het been motor gebied in elk halfrond. Plaats de gecentreerde rij van het rooster in het midden en over de gyrus van het gebied van de beenmotor.

Plaats vervolgens de mediale kolom van het raster parallel en grenzend aan de mediale wand van de ipsilaterale hemisfeer. Dit raster zal worden gebruikt om de hotspot te vinden. Voor motormapping gebruikt u grotere roosters, door meer spots toe te voegen of de afstand tussen de plekken te vergroten als dat nodig is.

Voer plaatsingen van elektroden uit terwijl het onderwerp zich in een staande positie bevindt. Bereid eerst de gebieden voor waar elke elektrode zal worden geplaatst door eerst te scheren en vervolgens licht exfoliëren dode huidcellen en oliën met behulp van alcohol swabs. Vraag vervolgens het onderwerp om zijn tenen omhoog te tillen en plaats vervolgens de elektrode op het bovenste derde deel van de lijn tussen het hoofd van het kuitbeen en mediale malleolus.

Doe dit bilateraal voor plaatsing op de tibialis voorste. Bevestig nu bilateraal elektroden op de laterale soleus. Vraag het onderwerp om hun hiel te verhogen en plaats de elektrode op het onderste derde derde van de lijn tussen de laterale femorale kegel en laterale malleolus onder de gastrocnemius spierbuik.

Bevestig ook de passieve elektrode van de grondreferentie op de patella of laterale malleolus bilateraal of eenzijdig, afhankelijk van de in gebruik zijnde EMG-acquisitie-eenheid. Test de plaatsing van de elektrode door het onderwerp te vragen aan dorsiflex of plantarflex de enkel in een rechte houding, terwijl het tonen van de ruwe EMG signaal van alle spieren getest op een computerscherm. Als een elektrode misplaatst is, verwijder en vervang deze totdat duidelijk detecteerbare EMG barst met minimale achtergrondgeluiden worden gezien.

Test vervolgens, met het onderwerp dat met zijn spieren in rust zit, de signaalkwaliteit door een paar TMS-pulsen te ontladen terwijl de spoel uit de buurt van het onderwerp wordt gehouden. De meest cruciale stap in deze techniek is het controleren of het EMG-signaal zo helder mogelijk is. Als u dit niet adequaat doet, wordt data-analyse ongelooflijk moeilijk.

Controleer vervolgens of het basislijnsignaal voor elk EMG-kanaal dicht bij nul is. Als er ruis in een kanaal aanwezig is, verwijder dan de bijbehorende elektrode en herhaal de huidvoorbereidingsprocedures. Als het geluid nog aanwezig is, past u de positie van de referentieelektrode aan en vervangt u de elektrolytgel.

Zodra een goed signaal is geverifieerd, wikkel alle elektroden met behulp van licht schuim pre-wrap tape om ze op zijn plaats te houden en om beweging artefact van de EMG te verminderen. Nu, plaats het onderwerp in een stoel en, om consistente voeten plaatsing tussen onderwerpen te garanderen, veilig beide voeten in wandelschoenen die het mogelijk maken de enkel bereik van de beweging worden aangepast aan een specifieke positie en bieden weerstand tijdens tonic vrijwillige actie. Ook, pas zowel heup-en kniehoeken aan om ongemak onder het onderwerp te voorkomen en instrueren het onderwerp om stil te blijven tijdens het experiment.

Begin tonic vrijwillige activering testen door eerst het bepalen van de maximale vrijwillige isometrische contractie van elke spier bilateraal. Voor elke beweging, instrueren het onderwerp om maximaal contract de contralaterale onderzochte spier vier keer. Controleer vervolgens de positie van de motion capture-camera door de onderwerptracker, aanwijzer en de spoeltracker in de opnamevolumeruimte te plaatsen.

Voer vervolgens de registratie van de onderwerpafbeelding uit door de punt van de aanwijzer op de vier anatomische oriëntatiepunten te plaatsen. Nu, bepaal de hot spot van beide spieren bilateraal. Ten eerste, vind de suprathreshold intensiteit door het toepassen van een enkele stimulus over de gecentreerde plek naast de interhemisferische spleet.

Begin vervolgens bij lage intensiteit en verhoog geleidelijk de TMS-intensiteit met vijf procent stappen tot het bereiken van een intensiteit die een op motorisch opgeroepen potentieel oplokt met een piek tot piekamplitude groter dan 50 microvolt in alle contralaterale onderzochte spieren of drie opeenvolgende stimuli en herhaal voor elke spier. Breng één TMS-puls aan op elke plek van het raster. Breng vervolgens de amplitudewaarden van elke plek voor alle contralaterale spieren in een spreadsheet over en sorteer amplitude van hoog naar laag.

Identificeer de hot spot van de contralaterale tibialis voorste en soleusspieren als een locatie in het raster met de grootste amplitude en de kortste latentie. Selecteer de rasterplek in het neuronavigatiesysteem dat overeenkomt met een van de hotspots van de spier. Stel vervolgens de initiële intensiteit en stapgrootte in op 45 en zes procent maximale stimulatoroutput.

Gebruik vervolgens een adaptieve drempeljachtmethode voor het bepalen van de rustdrempel. Doe dit twee keer voor elke spier en gebruik het gemiddelde voor de sunsequent corticomotorische respons beoordeling. Nu, om bilaterale corticomotorische respons tijdens rust te beoordelen, selecteert u de rasterplek in het neuronavigatiesysteem dat overeenkomt met de hotspot van de onderzochte spier.

Voorafgaand aan elke stimulus, instrueren het onderwerp om stil te blijven en ontspannen de onderzochte spieren bilateraal en de activiteit van alle spieren met behulp van een real-time visuele feedback te controleren. Breng tien enkele TMS pulsen aan bij 120% van de rustmotordrempel van de onderzochte spier. Als er een spier actief is voor of na TMS, gooi die proef weg en breng een extra enkele puls aan.

Herhaal dit tot 10 golfvormen voor elke contralaterale onderzochte spier in rust zijn verzameld. Beoordeel vervolgens de corticomotorische respons tijdens tonic vrijwillige activering bilateraal. Selecteer dezelfde rasterplekken in het neuronavigatiesysteem die tijdens rustomstandigheden zijn gebruikt.

Vraag proefpersonen om de onderzochte spier contract op ongeveer 15% maximale spieractiviteit waarde en toe te passen 10 enkele TMS pulsen op 120% van de rustmotor drempel. Vraag ze om de weergegeven gladde bewegende lijn van de onderzochte spier binnen de twee horizontale cursors te houden en om die samentrekking op dat niveau gedurende een paar seconden te ondersteunen. Wanneer tibialis voorste is de onderzochte spier, vraag onderwerpen om iets omhoog te trekken tegen de laars riemen voor het been contralaterale naar gestimuleerd halfrond.

Wanneer soleus is de onderzochte spier, vraag onderwerpen om iets naar beneden te duwen tegen de laars op het contralaterale been. Monitor de spieractiviteit van de actieve en rustende spieren met behulp van real-time visuele feedback. Als de activiteit van de onderzochte spier lager of boven het vooraf bepaalde bereik ligt, of als een andere spier wordt geactiveerd, gooi de stimulus weg en breng een extra enkele puls aan.

Verzamel 10 proeven terwijl de onderzochte spier wordt geactiveerd op het vooraf bepaalde bereik. Deze figuur toont bilaterale tibialis voorste en soleus hot spots. Hier vertegenwoordigen barplots de gemiddelde rustmotordrempel van twee beoordelingen voor elke spier, terwijl de onderstaande waarden het aantal toegepaste stimuli aangeven.

De stippellijn geeft de intensiteit aan die wordt gebruikt voor de hot spot-jacht. Dit cijfer toont de bilaterale reacties van tibialis anterior en soleus wanneer hun hot spot werd gestimuleerd tijdens de rust. De bilaterale EMG gemiddelde golfvorm van elke spier wordt getoond.

Als er een potentieel met motorisch opgeroepen was, worden de waarden van de piek tot piek tot piek en latentie gepresenteerd. Hier zien we bilaterale reacties wanneer de hotspots werden gestimuleerd tijdens tonic vrijwillige actie. De EMG van de bilaterale spieren werden verzameld terwijl de onderzochte contralaterale spier werd geactiveerd bij ongeveer 15% maximale vrijwillige isometrische samentrekking.

Aanvullende analyse kan worden uitgevoerd om te helpen vragen over het corticale ruggenmerg na de beroerte te beantwoorden, omdat de gegevens in het protocol worden verzameld in agonistische en antagonistische spiergroepen bilateraal. Onderzoek blijft met behulp van deze techniek om de individuele bijdragen van meerdere factoren aan corticomotorische reacties te bepalen om ons algehele begrip van de motorische controle van het lopen te verhogen. Opgemerkt moet worden dat er risicofactoren zijn als gevolg van het hoge magnetisch veld die moeten worden verantwoord door het screenen van proefpersonen voorafgaand aan deze procedure.