Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna do modulowania odpowiedzi mięśni u ludzi

Streszczenie

Źródło: Kuhn, Y. i wsp. Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi. J. Vis. Exp. (2017)

Ten film pokazuje zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) do modulowania aktywności neuronów ruchowych i pomiaru reakcji mięśni za pomocą elektromiografii (EMG). Przedstawiono w nim kroki lokalizowania hotspotu motorycznego, określania progów stymulacji i oceny wpływu podprogowego TMS (subTMS) na hamowanie kory mózgowej.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi i zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

1. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS)
   1. Przymocuj odblaskowe znaczniki na czole uczestnika za pomocą dwustronnej taśmy klejącej.
      UWAGA: Znaczniki odblaskowe pozwalają na ciągłe dostarczanie TMS do obszaru docelowego powyżej M1 za pomocą systemu neuronawigacji (patrz Rysunek 1). Zaletą systemu neuronawigacji jest to, że pozycja cewki może być rejestrowana względem pozycji czaszki w przestrzeni i może być sprawdzana w dowolnym momencie przez cały czas trwania eksperymentu.
   2. Użyj 95-milimetrowej cewki w kształcie ósemki przymocowanej do stymulatora TMS, aby dostarczyć bodźce do przeciwległego obszaru kory ruchowej ręki.
      UWAGA: Indukowany prąd musi być skierowany z tyłu do przodu i musi być dostarczany w trybie odwrotnym. Przebieg powinien być jednofazowy.
   3. Znajdź optymalną pozycję (gorący punkt) cewki względem czaszki w celu wywołania motorycznych potencjałów wywołanych (MEP) w pierwszym grzbietowym mięśniu międzykostnym (FDI), wykonując klasyczną procedurę mapowania.
      1. Zacznij od umieszczenia cewki około 0,5 cm przed wierzchołkiem i nad linią środkową, z uchwytem cewki skierowanym pod kątem 45° w kierunku przeciwległego czoła.
         UWAGA: Zapewni to, że indukowany przepływ prądu będzie w przybliżeniu prostopadły do środkowej bruzdy.
      2. Aby przyzwyczaić uczestników do bodźców TMS, zacznij od intensywności poniżej 25% maksymalnej mocy stymulatora (MSO). Następnie zacznij zwiększać intensywność stymulacji i przesuwaj cewkę w kierunku środkowo-bocznym i rostro-czołowym, aby odkryć gorący punkt.
   4. Po znalezieniu gorącego punktu zapisz optymalną pozycję za pomocą systemu neuronawigacji. Określ próg aktywnej motoryki (aMT), dostosowując intensywność wyjścia stymulatora. Zdefiniuj aMT jako minimalne natężenie wymagane do wywołania amplitudy międzyszczytowej MEP w elektromiografii (EMG) FDI większych niż 0,1 mV w trzech z pięciu kolejnych prób.
2. Supresja EMG indukowana przez SubTMS (patrz ryc. 2B).
   1. Przygotuj wagę reprezentującą 10% maksymalnej siły (Fmax), napełniając butelkę wodą.
      UWAGA: 10% Fmax jest wybierane na podstawie Fmax (najlepsza z 3 prób) wykonanych. W podprogowym protokole TMS należy wybrać tylko 10% Fmax, ponieważ wcześniej wykazano, że zmęczenie ma wpływ na supresję EMG indukowaną przez subTMS. Z tego samego powodu sesja subTMS musi być przeprowadzona w osobnej sesji. Objętość zużywanej wody wynosi tutaj od 0,3 l (najmniejsze 30% Fmax) do 1,2 l (największe 30% Fmax).
   2. Poinstruuj uczestników o zadaniu; zadanie motoryczne polega na utrzymaniu palca wskazującego w pozycji docelowej poprzez przeciwdziałanie lekkiemu ciężarowi 10%.
   3. Gdy uczestnicy pozostają zrelaksowani w wygodnej pozycji, znajdują optymalną intensywność do wywołania tłumienia subTMS-EMG, bez udzielania żadnych instrukcji dotyczących skupienia uwagi. W tym celu należy sukcesywnie zmniejszać w krokach co 2% MSO od wcześniej wyznaczonej wartości aMT.
   4. Podczas gdy nadal siedzą w zrelaksowanej i wygodnej pozycji, poproś uczestników, aby wykonali dwa oddzielne izometryczne odwodzenie palca wskazującego przy 10% Fmax i zarejestrowali sygnał EMG FDI. Podczas tego izometrycznego odwodzenia palca wskazującego nagraj (naciskając przycisk "nagrywaj" w oprogramowaniu do nagrywania) 20 prób z TMS i 20 prób bez TMS, z randomizowanym interwałem międzybodźcowym (ISI) w zakresie od 0,8 do 1,1 s w oknie czasowym 100 ms.
      UWAGA: Ten interwał zapewnia, że uczestnicy nie muszą wykonywać zadania motorycznego zbyt długo, a tym samym minimalizuje efekty zmęczenia. Po każdej serii sprawdź supresję EMG wywołaną przez subTMS.
      1. Zastosuj rektyfikację pełnookresową, przekształcając wszystkie ujemne amplitudy na dodatnie amplitudy w sygnałach EMG. Uśrednij sygnały EMG za pomocą uśredniania znormalizowanego w czasie.
         UWAGA: Początek tłumienia subTMS-EMG definiuje się jako moment, w którym różnica między próbami z TMS i bez TMS jest ujemna przez co najmniej 4 ms w oknie czasowym od 20 do 50 ms po TMS:_{EMG Diff} = EMG_Bez- EMG_Z.
   5. Powtarzaj krok 2.3, aż zostanie znaleziona optymalna intensywność stymulacji, na którą wskazuje największe tłumienie EMG.
      UWAGA: Optymalna intensywność występuje przy około 80% aMT.
   6. Podczas gdy pozostają w zrelaksowanej i wygodnej pozycji, poproś uczestników, aby wykonali dwa oddzielne izometryczne odwodzenie palca wskazującego.
      1. Podczas tego izometrycznego odwodzenia palca wskazującego należy zarejestrować (poprzez naciśnięcie przycisku "nagrywaj" w oprogramowaniu nagrywającym) 40 prób z TMS i 40 prób bez TMS, z randomizowanymi ISI.
   7. Pomiędzy każdą serią należy pozostawić przerwę trwającą co najmniej 5 minut, aby zminimalizować wszelkie odchylenia, które mogą być wywołane zmęczeniem.

Wyniki

Rysunek 1. Konfiguracja eksperymentalna. ZA. 1. Cewka TMS jest umieszczona nad przeciwległym M1 nad reprezentacją dłoni. 2. Czoło uczestnika i cewka TMS są zamontowane za pomocą znaczników odbijających, aby kontrolować położenie cewki TMS wzgl...

Materiały