Beoordeling van de prikkelbaarheid van de primaire motorische cortex en modulatie van de prikkelbaarheid door transcraniële magnetische stimulatie te koppelen aan elektromyografie

Ons onderzoek onderzoekt dat onze gestandaardiseerde TMS-EMG-protocollen stabiele en klinisch betekenisvolle markers van neuroplasticiteit kunnen bieden, wat uiteindelijk hun potentiële gebruik als betrouwbare biomarkers in neuropsychiatrisch onderzoek en klinische praktijk ondersteunt. De belangrijkste uitdagingen zijn methodologische inconsistenties in de literatuur, waaronder heterogene stimulatieparameters, beperkte standaardisatie van EMG-protocollen en kleine steekproefgroottes, wat de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van experimentele tests vermindert Resultaten. We toonden aan dat gestructureerd en uitgebreid protocol een reproduceerbaar kader biedt voor het onderzoeken van neuroplasticiteitsachtige fenomenen in het menselijk brein, wat sterke fundamenten biedt voor translationeel onderzoek en potentiële toekomstige klinische toepassingen. Ons protocol is opgebouwd door neuronavigatie, gevalideerde EMG-procedures en geoptimaliseerde simulatieparameters te combineren, zodat er nauwkeurige codeplaatsing, stabiele opnames en betrouwbare resultaten tussen deelnemers en sessies worden gegarandeerd.

Toekomstig onderzoek zou moeten testen of excitabiliteitsmodulatie betrouwbaar gezond individu onderscheidt van mensen met neuropsychiatrische aandoeningen, zoals een ernstige depressieve stoornis, waarbij groepsspecifieke neuroplasticiteitsverschillen, diagnostische gevoeligheid en prognostische waarde worden onderzocht. Om te beginnen steek je de medische zilver- of zilverchloride-elektroden in de bijbehorende contacten om drie elektroden te bereiden. Verbind de kabels met de elektroden op de EMG-printplaat.

Verbind een kabel van de TMS-machine met de EMG-kaart om het triggersignaal voor elke TMS-puls uit te voeren. Open op een van de computermonitoren de Bonsai-software en laad het EMG-gegevensverzamelingsscript. Klik op de Start-knop om alleen met gegevensverzameling te beginnen wanneer je klaar bent.

Bevestig papieren stroken over alle delen van het TMS-machinescherm waar het maximale stimulatie-outputpercentage wordt weergegeven, om de technicus te verblinden tijdens de rustmotorische drempel en de beoordeling van de actieve motordrempel. Plaats een camera op een statief om gedurende de hele sessie een helder zicht te houden op alle neuro-navigatiecomponenten. Plaats vervolgens de kalibratietracker van de spoel en het kalibratiebord bovenop de TMS-spoel.

Start nu de neuronavigatiesysteemsoftware, voer het deelnemersidentificatienummer in en kalibre alle neuronavigatiecomponenten. Na het positioneren van de deelnemer gebruik je waterschuurpapier om de huid voorzichtig over de eerste dorsale interosseus te schrobben. Om de elektrodehuidinterface te verbeteren.

Spoel het gebied af met gaas dat in alcohol is ingesloten en herhaal dezelfde procedure over de contralaterale elleboog. Zodra de huid droog is, plaats je de opname-elektrode op de hand en lijn je het midden ongeveer 2,5 centimeter uit langs de richting van de spierpees over de eerste dorsale interosseus. Plaats vervolgens de aardelektrode over de tegenoverliggende elleboog om als nulspanningsreferentiepunt te dienen.

Plaats een zwemmuts op het hoofd van de deelnemer in een voorste posterieure oriëntatie. Lijn de kap uit met de wenkbrauwlijn aan de voorkant, en de wortel van de helix van elk oor, zodat de oren bloot blijven. Bied de deelnemer oordoppen aan en leg uit hoe je ze gebruikt.

Teken de mediale sagittale lijn en de intertraguslijn op de kap om hun snijpunt bij het toppunt te identificeren. Vanaf het hoekpunt meet je vijf centimeter vooruit langs de sagittale lijn, en vijf centimeter links langs de inter-traguslijn om twee nieuwe punten te definiëren. Vervolgens teken je een diagonale lijn die het laterale punt verbindt met het mediale voorste punt.

Vanaf het laterale punt meet je 2,5 centimeter in de anteromediale richting langs de diagonale lijn om de initiële geschatte motorische hotspot aan te geven. Rond de initiële schatting van de motorhotspot markeert u vier extra punten binnen een straal van 0,5 centimeter om als alternatieve testlocaties te dienen. Plaats vervolgens de elastische hoofdband op het hoofd van de deelnemer, waarbij je ervoor zorgt dat de markerstrook naar de camera wijst en dat de band comfortabel past.

Met behulp van de pointer tool definieer je belangrijke anatomische herkenningspunten op het hoofd van de deelnemer, waaronder de nasion, linker en rechter tragus en hoofdvormpunten. Dit stelt het systeem in staat om zich uit te lijnen en stimulatiedoelen te volgen op basis van hoofd- en hersenanatomie. Plaats de TMS-spiraal tangentieel op de hoofdhuid van de deelnemer, met het handvat achteruit 45 graden ten opzichte van de middensagittale lijn.

Geef pulsen af op 30% van de maximale stimulatie-output boven de initiële motorhotspot-schatting. Verhoog vervolgens de stimulatieintensiteit in vijf tot tien stappen van de maximale stimulatie-output totdat een consistente motorische respons wordt waargenomen. Geef enkele pulsen bij de initiële schatting en de omliggende gemarkeerde locaties om te bepalen welke locatie het meest consistent hoge amplitude motorisch opgewekte potentialen en geïsoleerde eerste dorsale interosseeuze contracties produceert.

Marker het algemene gebied dat wordt overwogen voor de motorhotspot met een rode markeringslijn. Selecteer in de neuronavigatiesoftware de puls die de meest betrouwbare respons produceerde om de motorische hotspot te definiëren. Om de rustmotorische drempel, of RMT, vast te stellen, gebruik je het neuronavigatiesysteem om de spoel terug te leiden naar het geïdentificeerde motorische hotspot.

Geef 10 enkele pulsstimulaties met vijf seconden tussenpoot, en identificeer het minimale percentage van maximale stimulatie-output dat minstens vijf motorisch opgewekte potentialen produceert van meer dan 50 microvolt in de contralaterale eerste dorsale interosseus. Beginnend bij de eerder gedefinieerde intensiteit van de motorische hotspot, verlaag het stimulatieniveau in stappen van 2% totdat minder dan vijf van de tien pulsen resulteren in een motorisch opgewekt potentiaal van 50 microvolt of meer in de contralaterale eerste dorsale interosseus. Vervolgens verhoog je de maximale stimulatie-output in stappen van 1% totdat vijf of meer van de tien pulsen een respons van 50 microvolt of hoger genereren in de contralaterale eerste dorsale interosseus.

Noteer het percentage van de maximale stimulatie-output dat de drempel voor rustmotor bepaalt. Geef de deelnemer de instructie om maximale vrijwillige activatie van de eerste dorsale interosseus spier te genereren door krachtig de wijsvinger tegen de basis van de duim te drukken, om een strakke cirkelvorm te vormen. Ongeveer twee seconden nadat de spiercontractie begint, druk je op de spatiebalk op de computer die het Bonsai-script draait om het tijdstip op te nemen en het initiële bewegingsartefact te vermijden.

Vraag nu de deelnemer om een submaximale spiercontractie te behouden tussen 10 en 20% van hun maximale vrijwillige isometrische contractie. Gebruik EMG-feedback om te monitoren en de deelnemer te begeleiden om het juiste contractieniveau te behouden. Voor actieve motorische drempel gebruik je het neuronavigatiesysteem om de spoel naar het eerder geïdentificeerde motorische hotspot te leiden.

Bepaal de actieve motordrempel als het minimale percentage van maximale stimulatie-output dat motorisch opgewekte potentialen van minstens 200 microvolt opwekt, in vijf van de tien pulsen tijdens lichte vrijwillige contractie. Vanaf de drempelintensiteit van de rustmotorische drempel, verlaag het stimulatieniveau met 2% tot minder dan vijf van de tien pulsen een respons van 200 microvolt produceren. Verhoog vervolgens de intensiteit in stappen van 1% totdat minstens vijf van de tien pulsen resulteren in motorisch opgewekte potentialen van 200 microvolt of meer.

Noteer het percentage van de maximale stimulatie-output dat de actieve motorische drempel definieert. Positioneer de spoel nauwkeurig boven het gedefinieerde motorische hotspot met behulp van het neuronavigatiesysteem. Controleer of de EMG-elektroden correct zijn geplaatst boven de eerste dorsale interosseus en controleer dat de signaalkwaliteit minimale ruis vertoont.

Laad het single pulse stimulatieprotocol op het TMS-apparaat. En voer de eerder geregistreerde waarde van rustmotorische drempel in. Begin nu met het stimuleren van het stimulatieprotocol.

Laad vervolgens het intermitterende theta burst stimulatieprotocol op het TMS-apparaat. Voer de eerder geregistreerde actieve motordrempel in en start het intermitterende theta burst stimulatieprotocol. Direct nadat het intermitterende theta-burst stimulatieprotocol is beëindigd, start je een stopwatch om de poststimulatieintervallen te monitoren.

Op tijdstip 0, direct na het einde van het corticale excitabiliteitsmodulatieprotocol, wordt het enkelpulsstimulatieprotocol opnieuw toegepast met 120% van de rustmotorische drempel. Valideer de nauwkeurigheid van de neuronavigatie door de pointer op de nasion te plaatsen en de uitlijning te controleren in de neuronavigatiesysteemsoftware. Zorg ervoor dat de ruimtelijke afwijking minder dan vijf millimeter is en registreer de gemeten waarde.

Tot slot, na het voltooien van het laatste stimulatieblok, stop je het Bonsai-script en rond je de neuronavigatiesessie af in de software. Bevestig dat er een binair databestand is gegenereerd uit de Bonsai-acquisitiesessie. Significante toename van motorisch opgeroepen potentiaalamplitude werd waargenomen bij T0, T10 en T20, na intermitterende theta-burststimulatie tijdens de basissessie.

Maar niet bij T30. Bij follow-up werden opnieuw significante verhogingen van motorisch geëvokeerde potentiaalamplitude waargenomen bij T0, T10, T20 en T30. De betrouwbaarheid van motorisch opgewekte potentieelveranderingen bij T0 bij de testtest liet matige tot goede consistentie zien, met een intra-klasse correlatiecoëfficiënt van 0,67.