Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Stojąca ocena neurofizjologiczna mięśni kończyn dolnych po udarze mózgu

2.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/62601

⸱

26 lipca 2021

 ,  ,  , 
1Department of Research and Development, Ralph H. Johnson Veterans Administration Medical Center, 2College of Health Professions, Department of Rehabilitation Sciences, Division of Physical Therapy, Medical University of South Carolina, 3College of Health Professions, Department of Health Sciences and Research, Medical University of South Carolina

W tym artykule

Podsumowanie

Ten protokół opisuje proces przeprowadzania neurofizjologicznej oceny mięśni kończyn dolnych, piszczelowej przedniej i płaszczkowatej, w pozycji stojącej za pomocą TMS u osób po udarze. Taka pozycja zapewnia większe prawdopodobieństwo wywołania odpowiedzi TMS po udarze i pozwala na wykorzystanie zmniejszonej mocy stymulatora podczas ocen neurofizjologicznych.

Streszczenie

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest powszechnym narzędziem używanym do pomiaru zachowania obwodów motorycznych w populacjach zdrowych i neurologicznie upośledzonych. TMS jest szeroko stosowany do badania kontroli motorycznej i odpowiedzi na neurorehabilitację kończyn górnych. Jednak TMS jest rzadziej wykorzystywany w badaniach nad postawą kończyn dolnych i kontrolą motoryczną specyficzną dla chodzenia. Ograniczone zastosowanie i dodatkowe wyzwania metodologiczne związane z oceną TMS kończyn dolnych przyczyniły się do braku spójności w procedurach TMS kończyn dolnych w literaturze. Zainspirowany zmniejszoną zdolnością do rejestrowania potencjałów wywołanych motorycznych TMS kończyn dolnych (MEP), niniejszy raport metodologiczny szczegółowo opisuje kroki, które umożliwią ocenę TMS po udarze w pozycji stojącej. Postawa stojąca pozwala na aktywację układu nerwowo-mięśniowego, odzwierciedlając stan bardziej zbliżony do stanu systemu podczas zadań posturalnych i chodzenia. Używając dwugórnych płytek siłowych, poinstruowaliśmy uczestników, aby równomiernie rozkładali ciężar ciała między nogi z niedowładem i bez niedowładu. Zapewniono wizualną informację zwrotną na temat rozkładu masy ciała uczestników. Korzystając z oprogramowania do naprowadzania obrazu, dostarczyliśmy pojedyncze impulsy TMS za pośrednictwem cewki z podwójnym stożkiem do półkul uczestników z uszkodzeniami i bez zmian chorobowych i zmierzyliśmy odpowiedź kortykomotoryczną mięśni piszczelowych przednich i płaszczkowatych niedowładnych i nieparetycznych mięśni piszczelowych przednich i płaszczkowatych. Wykonywanie ocen w pozycji stojącej zwiększyło wskaźnik odpowiedzi TMS i pozwoliło na zastosowanie niższych intensywności stymulacji w porównaniu ze standardową pozycją siedzącą/spoczynkową. Wykorzystanie tego protokołu TMS może zapewnić powszechne podejście do oceny reakcji kortykomotorycznej kończyn dolnych po udarze, gdy interesuje nas neurorehabilitacja zaburzeń postawy i chodu.

Wprowadzenie

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) to instrument służący do pomiaru zachowania obwodów neuronowych. Większość badań TMS koncentrujących się na badaniu kontroli/wydajności motorycznej przeprowadzono w kończynach górnych. Brak równowagi między badaniami kończyn górnych i dolnych jest częściowo spowodowany dodatkowymi wyzwaniami w pomiarze odpowiedzi kortykomotorycznej kończyny dolnej (CMR). Niektóre z tych przeszkód metodologicznych obejmują mniejsze reprezentacje korowe mięśni kończyn dolnych w korze ruchowej oraz głębsze umiejscowienie reprezentacji względem skóry głowy1. W populacjach z uszkodzeniem neurologicznym występują również dodatkowe przeszkody. Na przykład około połowa osób po udarze nie wykazuje żadnej reakcji na TMS w spoczynku w mięśniach kończyn dolnych2,3. Brak odpowiedzi po udarze na TMS obserwuje się nawet wtedy, gdy pacjenci utrzymują pewną wolicjonalną kontrolę nad mięśniami, co wskazuje na przynajmniej częściowo nienaruszony przewód korowo-rdzeniowy.

Brak mierzalnych odpowiedzi TMS przy utrzymaniu funkcji motorycznych przyczynia się do naszego spadku zrozumienia postawy po udarze mózgu i kontroli motorycznej specyficznej dla chodzenia oraz neurofizjologicznych skutków neurorehabilitacji. Jednak niektóre z wyzwań związanych z oceną neurofizjologiczną kończyn dolnych po udarze zostały przezwyciężone. Na przykład, cewka z podwójnym stożkiem może być użyta do niezawodnej aktywacji motoneuronów kończyn dolnych znajdujących się głęboko w szczelinie międzypółkulowej1. Cewka z podwójnym stożkiem wytwarza większe i silniejsze pole magnetyczne, które wnika głębiej w mózg niż częściej używana cewka ósemkowa4. Kolejną zmianą metodologiczną, którą można wdrożyć, aby zwiększyć responsywność na TMS, jest pomiar CMR podczas lekkiego dobrowolnego skurczu5. Ogólnie rzecz biorąc, skurcz ten jest wykonywany na z góry określonym poziomie maksymalnego dobrowolnego momentu obrotowego stawu lub maksymalnej elektromiograficznej (EMG) aktywności mięśni. Stymulacja nerwów obwodowych może być również wykorzystana do wywołania maksymalnej odpowiedzi mięśni, a zarejestrowane EMG tej odpowiedzi można wykorzystać do ustawienia docelowej dobrowolnej aktywacji mięśnia.

Wykonywanie oceny TMS po udarze podczas aktywnego skurczu mięśni jest dość powszechne w kończynach górnych, gdzie zadania izometryczne mogą naśladować czynności funkcjonalne, na przykład chwytanie/trzymanie przedmiotów. W przeciwieństwie do tego, chodzenie odbywa się poprzez obustronną aktywację wielu grup mięśni za pośrednictwem struktur korowych, podkorowych i rdzenia kręgowego i wymaga aktywacji mięśni posturalnych, aby oprzeć się skutkom grawitacji. Ten stan aktywacji prawdopodobnie nie jest odzwierciedlony podczas pomiaru izolowanych mięśni wytwarzających skurcz izometryczny. Kilka wcześniejszych badań mających na celu zrozumienie kontroli motorycznej specyficznej dla postawy i chodzenia dostarczyło impulsów TMS podczas chodzenia uczestników6,7,8 i stojące9,10,11,12,13,14,15. Pomiar CMR w pozycji pionowej pozwala na aktywację mięśni posturalnych i podkorowych elementów sieci kontroli motorycznej postawy i chodu. Do tej pory nie było żadnych doniesień o przeprowadzaniu oceny TMS w pozycji stojącej u osób po udarze.

To badanie proponuje ustandaryzowaną metodologię, opartą na istniejącej literaturze dotyczącej istniejących metod TMS6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, do oceny CMR po udarze mózgu za pomocą TMS. Metodologia ta może być wykorzystana przez grupy badawcze badające między innymi deficyty postawy i kontrolę motoryczną specyficzną dla chodzenia po udarze mózgu i ustalić większą spójność procedur TMS. Celem tego badania metodologicznego było ustalenie, czy ocena TMS w pozycji stojącej jest możliwa u osób po udarze mózgu z umiarkowanymi zaburzeniami chodu. Postawiliśmy hipotezę, że przeprowadzanie ocen w pozycji stojącej 1) zwiększy prawdopodobieństwo wywołania mierzalnej reakcji (potencjał wywołany motoryczny, MEP) oraz 2) że moc/intensywność stymulatora użyta do przeprowadzenia oceny TMS w pozycji stojącej będzie niższa niż w przypadku zwykle wykonywanych ocen siedzenia/spoczynku. Wierzymy, że pomyślne zakończenie i powszechne stosowanie tego protokołu może prowadzić do lepszego zrozumienia neurofizjologicznych aspektów posturalnej i specyficznej dla chodzenia kontroli motorycznej po udarze mózgu oraz efektów neurorehabilitacji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Przeglądową (Institutional Review Board) na Uniwersytecie Medycznym w Karolinie Południowej i były zgodne z Deklaracją Helsińską.

1. Rekrutacja uczestników

  1. Zrekrutuj osoby po udarze z lokalnej bazy danych. W tym eksperymencie z lokalnej elektronicznej bazy rekrutacyjnej wyłoniono 16 osób. W niektórych przypadkach uczestnicy zostali zrekrutowani specjalnie dlatego, że w poprzednich badaniach przeprowadzonych przez naszą grupę badawczą nie wykazali reakcji na TMS w stanie spoczynku.
    1. Zastosuj następujące kryteria włączenia do badania: mężczyźni i kobiety w wieku od 18 do 85 lat, co najmniej 6 miesięcy po udarze, z niedowładem kończyn dolnych, zdolne do stania przez 10 min bez pomocy urządzeń wspomagających.
    2. Wyklucz uczestników, którzy w wywiadzie mieli drgawki, przyjmowali leki przepisane obniżające próg drgawek, przebrzyli urazy mózgu i/lub inne choroby ośrodkowego układu nerwowego, posiadali wszczepione urządzenia lub metalowe przedmioty w obrębie głowy lub cierpieli na ciężkie zapalenie stawów bądź schorzenia ortopedyczne ograniczające bierny zakres ruchu.
      UWAGA: Dane demograficzne uczestników znajdują się w Tabeli 1.
Identyfikator badaniaWiekMiesiące
po udarze mózgu		PłećRasaRodzaj udaruUdar mózgu
Półkula		Wzrost
(cm)		Waga
(kg)		Samoczynnie dobrana prędkość chodu (m/s)Chodzenie
Pomoc
16728.7MCKrwawienie wewnątrzmózgowePrawda18074.80.61Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia.
28455.8FCNiedokrwiennyPrawidłowy16568.00.94Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
356262.7FCKrwotok podpajęczynówkowyLewy15259.01.29Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
467141.8MCKrwotok wewnątrzczaszkowyPrawidłowo18072.60.27Laska / AFO (ortoza stawu skokowego i stopy)
64821.6MCKrwotok wewnątrzczaszkowyPrawda17061.20.83Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
75893.9MCOstre niedokrwienieLewy168112.50.77Laska czteropunktowa / AFO (ortopeda stabilizująca staw skokowy)
87155.3FAAOstre niedokrwienieLewo17068.01.05Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
9*6523.7MCOstre niedokrwieniePrawda17884.8-Stabilizator kolanowy
107026.6MCOstre niedokrwienieLewy17378.90.81Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
127010.0MCOstre niedokrwienneLewy17086.21.11Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
136580.6MCOstre niedokrwiennePrawidłowo185139.70.93Laska / Kula
147983.0MCOstre niedokrwiennePrawda17588.50.48Laska
155154.4MAAOstre niedokrwienneLewy17890.71.35Ponieważ nie dostarczono tekstu źródłowego do tłumaczenia, proszę o przesłanie treści, którą należy przetłumaczyć na język polski zgodnie z wytycznymi.
176518.5MCOstre niedokrwieniePrawda17074.80.28Laska
186348.8FAAOstre niedokrwieniePrawda17083.91.12Ponieważ nie dostarczono tekstu źródłowego do tłumaczenia, proszę o wprowadzenie treści, którą należy przełożyć na język polski zgodnie z wytycznymi.
195825.9MCOstre niedokrwienieOba18388.51.10Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.
* Uczestnik usunięty z analizy danych ze względu na niemożność przeprowadzenia wymaganych ocen
AFO = ortoza stopy i stawu skokowego

Tabela 1: Dane demograficzne uczestników.

  1. Nawiązać pierwszy kontakt z uczestnikami telefonicznie i krótko wyjaśnić procedury testowe. Zaprosić zainteresowane osoby do laboratorium.
    1. Po przybyciu do placówki badawczej, członek zespołu badawczego powinien w pełni wyjaśnić potencjalnym uczestnikom protokół eksperymentalny.
    2. Gdy potencjalny uczestnik potwierdzi chęć udziału w badaniu, należy uzyskać pisemną świadomą zgodę zatwierdzoną przez lokalną komisję bioetyczną (IRB).

2. System naprowadzania obrazowego i przygotowanie uczestnika

  1. Wykorzystaj oprogramowanie do naprowadzania obrazowego, aby zapewnić spójne dostarczanie impulsów TMS podczas oceny.
    1. Rozpocznij nowy projekt, używając modelu głowy MNI natywnego dla systemu naprowadzania obrazowego. Otwórz oprogramowanie i wybierz New MNI Head Project.
    2. W wyskakującym oknie kliknij kartę Targets, a następnie kliknij Configure Targets. Wyznacz miejsce na skórze głowy bezpośrednio nad zakrętem przedśrodkowym i 0,5 cm bocznie od linii pośrodkowej.
    3. Po wizualnej identyfikacji lokalizacji dodaj nową siatkę prostokątną, klikając New, a następnie Rectangular Grid. Siatka powinna pojawić się na ekranie, a rząd przyśrodkowy powinien znajdować się 0,5 cm bocznie od linii pośrodkowej.
    4. Zmień rozmiar siatki, wpisując 3 i 5 w polach rozmiaru siatki. Ustaw odstępy w siatce na 10 x 10 mm, wpisując te wartości w polach odstępów siatki. Wybierz Cursor Tool, a następnie przenieś kursor na obraz skóry głowy.
    5. Naciśnij i przytrzymaj przycisk myszy, aby obrócić obraz skóry głowy, upewniając się, że wszystkie punkty siatki dotykają skóry. Jeśli punkty siatki nie znajdują się na skórze głowy, dostosuj krzywiznę siatki za pomocą suwaka krzywizny.
    6. Powtórz te procedury, aby umieścić kolejną siatkę 3 x 5 nad przeciwległą półkulą.
      UWAGA: Można to wykonać przed włączeniem uczestnika do badania i jego przybyciem do laboratorium. Dodatkowo można wykorzystać anatomiczny obraz T1-zależny uczestnika, jeśli jest dostępny. Szczegółowe informacje na temat wykorzystania anatomicznych obrazów MRI do nawigacji znajdują się w wcześniej opublikowanym artykule16.
  2. Rozpocznij nową sesję w oprogramowaniu do naprowadzania obrazowego, wybierając kartę Sessions po otwarciu programu.
    1. Kliknij New, a następnie Online Session. W następnym oknie wybierz dwie siatki utworzone w poprzedniej sekcji (sekcja 2.1), klikając na nie, a następnie kliknij Add.
    2. W karcie IOBox, w sekcji TTL Trigger Options zaznacz pole Use Switch (Switch In) i wpisz 0 ms w pole Dead Time. Kliknij przycisk Next u góry. Upewnij się wizualnie, że kamera systemu naprowadzania obrazowego jest aktywna.
  3. Rozpocznij rejestrację uczestnika, umieszczając tracker obiektu, dostarczony z systemem naprowadzania obrazowego, wokół czoła uczestnika.
    1. Ręcznie dostosuj kamerę, aby upewnić się, że tracker uczestnika znajduje się w środku pola widzenia kamery. Następnie kliknij kartę Registration u góry oprogramowania.
    2. Umieść wskaźnik/marker systemu naprowadzania obrazowego na punktach orientacyjnych rejestracji: nasion oraz prawym i lewym punkcie oko-usznych. Gdy wskaźnik zostanie umieszczony na skórze, kliknij przycisk Next, aby zarejestrować lokalizacje na skórze uczestnika w oprogramowaniu do naprowadzania obrazowego.
    3. Po przechwyceniu punktów orientacyjnych rejestracji kliknij kartę Scaling u góry okna oprogramowania. Umieść wskaźnik w najbardziej prawym, lewym, górnym, przednim i tylnym punkcie skóry głowy uczestnika.
    4. Kliknij przycisk Next w każdej lokalizacji, aby przeskalować system naprowadzania obrazowego do głowy uczestnika. Po zakończeniu skalowania kliknij kartę Perform u góry oprogramowania. System naprowadzania obrazowego jest teraz gotowy.

3. Przygotowanie i konfiguracja powierzchniowej elektromiografii

  1. Przygotuj mięśnie piszczelowe przednie (TA) i płaszczkowate (SOL) uczestników do pomiaru powierzchniowej elektromiografii (sEMG). Aby przygotować skórę do sEMG, oczyść obszar za pomocą gazików nasączonych alkoholem i, jeśli to konieczne, usuń owłosienie za pomocą jednorazowej maszynki do golenia. Umieść jednorazowe żelowe elektrody sEMG zgodnie z wytycznymi SENIAM17.
    UWAGA: Czujnik dla mięśnia TA umieszcza się w 1/3 długości linii łączącej wierzchołek głowy kości strzałkowej z wierzchołkiem kostki przyśrodkowej. W przypadku mięśnia SOL czujnik należy umieścić w 2/3 linii łączącej kłykieć przyśrodkowy kości udowej z kostką przyśrodkową.
  2. Po przymocowaniu elektrod wizualnie sprawdź jakość sygnału. Następnie owiń podudzia bandażem elastycznym, aby zminimalizować ruch elektrod i wynikające z tego artefakty podczas testów.
    ​UWAGA: Rejestruj sygnały sEMG z częstotliwością 5000 Hz w oknie 0,5 s, rozpoczynając 0,1 s przed podaniem impulsów TMS. Dokładna częstotliwość próbkowania i ilość zebranych danych będą zależeć od sprzętu i oprogramowania używanego do zapisu odpowiedzi sEMG na TMS. Szczegółowe informacje na temat ustanawiania zapisów EMG i analiz znajdują się w pracy Tankisi et al.18.

4. Konfiguracja platformy dynamometrycznej i zabezpieczenie uczestnika

  1. Otwórz oprogramowanie do zbierania danych i rozpocznij nową próbę, aby skalibrować platformę dynamometryczną dual-top.
    1. Kliknij Start i rozpocznij próbę FP Zero. Zbierz dane z okresu 3-5 s bez obciążenia platformy, a następnie kliknij Stop.
    2. Po skalibrowaniu platformy dynamometrycznej, zarejestrowaniu uczestnika w systemie naprowadzania obrazowego (sekcja 2.2) oraz rozmieszczeniu i przetestowaniu jakości sygnału elektrod sEMG (sekcja 3), poproś uczestnika o wstanie i przymocuj mu pas bezpieczeństwa.
    3. Poproś uczestnika o wejście na platformę dynamometryczną i ustandaryzuj ułożenie stóp za pomocą wcześniej naklejonej na platformę taśmy maskującej, która wyznacza najdalej wysuniętą pozycję stopy oraz równe odległości krawędzi przyśrodkowych stóp od linii środkowej.
    4. Przymocuj pas bezpieczeństwa uczestnika do wspornika sufitowego. Postaw rollator lub podobne urządzenie wokół platformy dynamometrycznej, aby w razie potrzeby umożliwić uczestnikom stabilizację podczas testów.
      UWAGA: Upewnij się, że podczas wszystkich procedur TMS w pozycji stojącej uczestnicy są zabezpieczeni pasem do sufitu, aby zapobiec upadkowi.
  2. Zmierz i zarejestruj masę ciała uczestnika podczas stania na platformie dynamometrycznej, klikając Start i wybierając próbę FP Static . Nagraj dane z okresu 2-5 s i kliknij Stop , aby zakończyć próbę.
    1. Podczas stania na platformach dynamometrycznych upewnij się, że oprogramowanie do zbierania danych wyświetla dwa wykresy słupkowe reprezentujące ciężar/siłę pod każdą ze stóp uczestnika (Rysunek 1A). Gdy uczestnik przeniesie ciężar ciała na jedną stronę, wysokość słupków na wykresach ulegnie zmianie (Rysunek 1B).
    2. Jeśli uczestnik odciąży nogi, przenosząc ciężar na ramiona, upewnij się, że kolor wykresu słupkowego ulega zmianie (Rysunek 1C). Po tym, jak uczestnik poczuje się komfortowo, stojąc z równym rozkładem ciężaru ciała między nogami, można rozpocząć pomiar CMR.

Wykres słupkowy równowagi statycznej porównujący siły lewą i prawą (N) w strefach zielonej, żółtej i czerwonej.
Rycina 1: Reprezentacyjny obraz sprzężenia zwrotnego przekazywanego uczestnikom podczas oceny TMS w pozycji stojącej. (A) przedstawia sprzężenie zwrotne wyświetlane uczestnikom, gdy stali z ciężarem ciała równomiernie rozłożonym między nogą niedowładną a nieniedowładną. Słupki pionowe reprezentują wartość siły mierzonej w każdym z obszarów platformy dynamometrycznej. Ciągłe linie poziome reprezentują zakres mierzonej siły pionowej, aby zapewnić obciążenie kończyn dolnych ciężarem ciała i wykluczyć odciążenie poprzez ramiona, gdyby uczestnicy musieli ustabilizować się za pomocą dostarczonego podparcia dla rąk. Jeśli ciężar ciała uczestnika przesunął się na jedną stronę o więcej niż 5%, słupki pionowe zmieniały kolory, aby poinformować uczestnika o konieczności pochylenia się w stronę odciążoną, jak pokazano w (B). Jeśli uczestnik obciążył lub odciążył swoje nogi o więcej niż +/- 5% ciężaru ciała, kolor tła ekranu ulegał zmianie, jak pokazano w (C). Aby wyświetlić większą wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

5. Ocena odpowiedzi korowe-motorycznej w pozycji stojącej

  1. Rozpocznij oceny neurofizjologiczne od zidentyfikowania natężenia stymulacji, które wywołuje stabilne potencjały wywołane ruchowo (MEP), tzn. amplitudę sygnału EMG > 50 µV, i/lub widoczny okres ciszy korowej w aktywnych mięśniach, w docelowym mięśniu TA oraz mięśniu SOL.
    UWAGA: Użyj cewki dwustożkowej do podawania wszystkich impulsów TMS w taki sposób, aby prąd przepływał przez cewkę w kierunku od przedniego do tylnego. Podawaj impulsy TMS tylko wtedy, gdy uczestnik utrzymuje równy rozkład ciężaru ciała między nogą niedowładną a zdrową, co jest wskazywane przez wizualne sprzężenie zwrotne/wykresy słupkowe wspomniane w poprzedniej sekcji (sekcja 4.2).
    1. Najpierw przetestuj kończynę z niedowładem, podając impulsy TMS do uszkodzonej półkuli. Rozpocznij od ustawienia mocy stymulatora TMS na 50% maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora (%MSO) poprzez obrót pokrętła sterowania wyjściem. Podaj pojedynczy impuls przy 50% MSO w środkowym punkcie siatki, znajdującym się tuż bocznie od szczeliny podłużnej, naciskając przycisk wyzwalający w stymulatorze. Podaj 2-3 impulsy z odstępem między stymulacjami wynoszącym 5-10 s.
      UWAGA: Jeśli uczestnik wykazuje odpowiedź przy 50% MSO, przejdź do sekcji 5.2 i rozpocznij identyfikację hotspotu.
    2. Jeśli nie zaobserwowano odpowiedzi w mięśniach TA i SOL, zwiększ moc stymulatora o 10% MSO poprzez obrót pokrętła sterowania wyjściem i podaj 2-3 impulsy TMS zgodnie z krokiem 5.1.1.
    3. Jeśli po zwiększeniu mocy stymulatora do 60% MSO nadal nie zaobserwowano odpowiedzi, ponownie zwiększ moc o 10% MSO. Jeśli przy 70% MSO nie wywołano potencjałów MEP, wybierz losowo kilka punktów siatki i podaj impulsy TMS, aby ustalić, czy przy obecnym ustawieniu mocy występuje odpowiedź.
    4. Jeśli w żadnym punkcie siatki przy obecnej mocy 70% MSO nie zarejestrowano odpowiedzi, powróć do początkowego docelowego punktu siatki, kontynuuj zwiększanie mocy stymulatora w przyrostach 10% MSO i podaj 2-3 stymulacje zgodnie z wcześniejszym opisem.
      UWAGA: Powtarzaj ten proces, aż do zarejestrowania wiarygodnych odpowiedzi z mięśni docelowych lub do momentu ustalenia, że uczestnik nie reaguje na TMS. Nie wszyscy uczestnicy wykażą mierzalną odpowiedź na TMS.
  2. Po zidentyfikowaniu mocy stymulatora, która wywołuje stabilną odpowiedź, rozpocznij identyfikację hotspotu, tzn. miejsca na skórze głowy, które wywołuje największą odpowiedź na podane impulsy TMS.
    1. Rozpocznij nową próbę identyfikacji hotspotu, klikając Start i wybierając Hotspot. Podaj stymulację pojedynczym impulsem w każdym z 15 punktów siatki przy ponadprogowym poziomie mocy zidentyfikowanym w poprzednich krokach. Używając systemu naprowadzania obrazowego, przesuń cewkę do pierwszego punktu siatki.
    2. Gdy cewka znajdzie się w odpowiedniej pozycji, podaj impuls TMS, naciskając przycisk wyzwalający w jednostce stymulatora. Następnie przesuń cewkę do kolejnej lokalizacji w siatce i podaj kolejny pojedynczy impuls TMS. Kontynuuj, aż do każdego punktu siatki zostanie podana pojedyncza stymulacja, a następnie kliknij Stop , aby zakończyć próbę.
    3. Przeanalizuj amplitudy sygnałów sEMG zarejestrowanych w każdym punkcie siatki. Wizualnie zidentyfikuj punkty siatki z największą amplitudą MEP zarejestrowaną w sygnałach sEMG dla każdego z docelowych mięśni. Lokalizacje w siatce z największymi amplitudami MEP są hotspotami i będą wykorzystywane do pomiaru odpowiedzi korymowy w następnych sekcjach.
      UWAGA: W niektórych przypadkach jedna lokalizacja w siatce może dawać największe amplitudy MEP dla obu mięśni, TA i SOL. W takich przypadkach wyznacz progi motoryczne dla każdego mięśnia oddzielnie.
  3. Następnie wyznacz próg motoryczny docelowego mięśnia, stosując prostą adaptacyjną estymację parametrów poprzez testowanie sekwencyjne (PEST) 19,20.
    1. Otwórz program PEST i ustaw początkowe natężenie stymulatora na wartość ponadprogowa użyta do identyfikacji hotspotu, wpisując tę wartość w polu.
    2. Rozpocznij nową próbę PEST, klikając kartę Start w oprogramowaniu do zbierania danych i wybierając PEST.
    3. Podaj pojedynczy impuls TMS w zidentyfikowanym hotspocie docelowego mięśnia przy początkowym natężeniu %MSO wyświetlanym w programie PEST. W programie PEST zaznacz, czy w sygnale sEMG mięśnia zaobserwowano odpowiedź, wpisując „y” (tak) lub „n” (nie). Program PEST automatycznie obliczy natężenie kolejnej stymulacji.
    4. Dostosuj poziom mocy stymulatora do wskazań programu PEST i podaj kolejny pojedynczy impuls TMS. Kontynuuj ten proces, aż program PEST wyznaczy próg motoryczny, co zostanie zasygnalizowane zmianą koloru natężenia stymulacji, a następnie zakończ próbę zbierania danych, klikając kartę Stop .
      UWAGA: Procedura PEST wykorzystuje ogólnodostępny program, który określa, jakiej mocy stymulatora użyć przy kolejnych impulsach. Jeden z programów PEST znajduje się pod adresem: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
  4. Po zidentyfikowaniu hotspotu i progu motorycznego docelowego mięśnia rozpocznij ocenę CMR. Ustaw natężenie stymulatora na 120% wyznaczonego progu motorycznego.
    1. Inicjuj nową próbę w oprogramowaniu do zbierania danych, klikając kartę Start i wybierając próbę MEP . Umieść cewkę na hotspocie mięśnia i podaj od 10 do 20 stymulacji pojedynczym impulsem.
    2. Zachowaj odstęp 5-10 s między każdą stymulacją. Zarejestruj wywołane odpowiedzi sEMG do analizy offline. Pozwól uczestnikowi odpoczywać ad libitum oraz zapewnij wystarczający czas między procedurami testowymi, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia zmęczenia uczestnika, co mogłoby wpłynąć na wyniki.
    3. Kliknij kartę Stop po zarejestrowaniu potencjałów MEP, aby zakończyć próbę.
      ​UWAGA: Osoba obsługująca cewkę TMS powinna upewnić się, że uczestnicy mają równy rozkład ciężaru ciała na każdej nodze bezpośrednio przed podaniem każdego impulsu TMS. Jeśli badacz uzna, że stymulacja została podana w momencie, gdy ciężar ciała uczestnika nie był rozłożony równomiernie, należy przeprowadzić dodatkową stymulację i wykluczyć poprzednią próbę z późniejszej analizy. Przetestuj mięśnie nieobjęte niedowładem bezpośrednio po mięśniach z niedowładem. Rysunek 2 przedstawia ustawienie eksperymentalne podczas oceny TMS w pozycji stojącej.

Układ treningu równowagi z systemem VR i uprzężą do eksperymentu badawczego w neurorehabilitacji.
Rysunek 2: Zdjęcie wykonane podczas pomiaru odpowiedzi kora-motorycznej (CMR) w pozycji stojącej. System naprowadzania obrazowego oraz zarejestrowana aktywność sEMG są wyświetlane personelowi badawczemu podczas zbierania danych, co widać na monitorach znajdujących się po lewej stronie obrazu. Wizualna informacja zwrotna o rozkładzie masy ciała była dostarczana przed uczestnikami i nieco po ich prawej stronie. Uczestnicy nosili uprząż bezpieczeństwa przymocowaną do sufitu, aby zapobiec upadkom podczas stania na podwójnej platformie dynamometrycznej. Zapewniono wsparcie dla ramion uczestników, aby pomóc im zachować stabilność po zastosowaniu impulsów TMS. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

6. Ocena odpowiedzi korytomotorycznej w pozycji siedzącej

  1. Po zakończeniu oceny TMS w pozycji stojącej, ponownie zmierz progi motoryczne oraz CMR w pozycji spoczynkowej/siedzącej.
    1. Zastosuj procedury opisane wcześniej (sekcje 5.2-5.4). Jedyną zmianą jest to, że uczestnik powinien siedzieć na krześle z podpartymi nogami i rozluźnionymi mięśniami.
    2. W pozycji siedzącej wykorzystaj te same punkty maksymalnej odpowiedzi (hotspots), które zidentyfikowano podczas oceny w pozycji stojącej (sekcja 5.2). Przeprowadź testy neurofizjologiczne w ten sam sposób, co w pozycji stojącej, z wyjątkiem zastosowania intensywności stymulacji wynoszącej 120% progu motorycznego w pozycji spoczynkowej/siedzącej.
      UWAGA: Może być konieczne przeprowadzenie dodatkowych testów przy użyciu wcześniej określonej mocy stymulatora. Na przykład, jeśli wykonywane są porównania amplitudy MEP w różnych pozycjach ciała, konieczne może być zastosowanie podobnej bezwzględnej mocy stymulatora. Zależy to od postawionego pytania badawczego i powinno zostać określone na etapie projektowania badania.

7. Podejście statystyczne

  1. Aby przetestować hipotezę, że pozycja stojąca prowadzi do zwiększonego prawdopodobieństwa wywołania mierzalnych odpowiedzi, należy stworzyć tabelę 2 x 2 i sprawdzić proporcje za pomocą testu McNemara21.
  2. W celu porównania poziomów mocy progów motorycznych należy przeprowadzić sparowany test t u uczestników, u których uzyskano mierzalne odpowiedzi w obu pozycjach. Istotność statystyczną należy określić przy poziomie alfa = 0,05.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Jednego uczestnika wykluczono z analizy z powodu niezdolności do zniesienia procedury TMS w pozycji stojącej, wynikającej z istniejącego wcześniej bólu kolana oraz rany cukrzycowej powstałej przed przybyciem do laboratorium badawczego, co pozostawiło końcową liczebność próby wynoszącą 15 osób. Rana cukrzycowa znajdowała się bezpośrednio nad mięśniem TA, co uniemożliwiło wykonanie jakichkolwiek pomiarów sEMG tego mięśnia. Podczas procedur TMS w pozycji siedzącej i stojącej nie zgłoszono badaczom żadnych poważnych zdarzeń ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Protokół eksperymentalny był dobrze tolerowany przez większość uczestników. Jedna osoba nie była w stanie ukończyć oceny TMS w pozycji stojącej z powodu istniejących wcześniej odleżyn wtórnych do powikłań cukrzycowych i problemów ortopedycznych związanych z istniejącym wcześniej bólem kolana. Ilość załadunku/rozładunku ciężaru ciała z nóg była minimalna. Jednak podczas stosowania impulsów TMS mierzona była średnio nieco większa siła skierowana w dół. Jest to prawdopodobnie spowodowane ciężarem cewki i naciskiem skierowan...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają rzeczywistych ani domniemanych konfliktów interesów związanych ze zgłoszoną pracą.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Panu Brianowi Cence i Pani Alyssie Chestnut za ich wkład w rekrutację uczestników i zbieranie danych.

Finansowanie tego projektu zostało częściowo zapewnione przez Nagrodę Rozwoju Technicznego od NIH National Center for Neuromodulation for Rehabilitation (NM4R) (HD086844) oraz przez Veteran's Affairs Rehabilitation Research and Development Career Development Award 1 (RX003126) i nagrodę Merit (RX002665).

Zawartość tego raportu nie reprezentuje poglądów Departamentu ds. Weteranów Stanów Zjednoczonych, Narodowych Instytutów Zdrowia Stanów Zjednoczonych ani Rządu Stanów Zjednoczonych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Oprogramowanie do akwizycji danychMathWorksMatLabNiestandardowy program do zbierania danych został napisany w Matlabie. Można jednak skorzystać z innych dostawców oprogramowania/sprzętu (np. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 lub Signal)
Cewka dwustożkowaMagstimD110Cewka dwustożkowa do dostarczania impulsów TMS
Podwójna płyta siłowaAdvanced Mechanical Technology Inc (AMTI)Podwójnagórna płytka Accusway Force służąca do niezależnego pomiaru rozkładu siły/masy pod każdą nogą.
Dwuimpulsowy TMSMagstimBistim 200Łączy ze sobą dwie jednostki Magstim 200 w zastosowaniach dwuimpulsowych
Przedwzmacniacze EMGMotion Labs IncMA-422Przedwzmacniacze do jednorazowych powierzchniowych elektrod
EMG System EMGMotion Labs IncMA400System EMG do zbierania danych
System neuronawigacjiRogue ResearchBrainsightOprogramowanie i sprzęt używany do zapewnienia spójnego umieszczania/dostarczania stymulacji magnetycznych. Oznaczenie miejsca stymulacji na głowie uczestnika lub na miejscu czepka może być również stosowane w przypadku braku oprogramowania neuronawigacyjnego.
Baza danychrekrutacyjnych NieElektroniczna baza danych zawierająca imiona i nazwiska osób, które kwalifikują się na Twoje studia.
Jednostka TMS (x2)MagstimMagstim 200Dostarcza impulsy TMS
dotyczy

Bibliografia

  1. 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).
  2. Sivaramakrishnan, A., Madhavan, S. Absence of a transcranial magnetic stimulation-induced lower limb corticomotor response does not affect walking speed in chronic stroke survivors. Stroke. 49 (8), 2004-2007 (2018).
  3. Kindred, J. H., et al. Individualized responses to ipsilesional high-frequency and contralesional low-frequency rTMS in chronic stroke: A pilot study to support the individualization of neuromodulation for rehabilitation. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 578127(2020).
  4. Lu, M., Ueno, S. Comparison of the induced fields using different coil configurations during deep transcranial magnetic stimulation. PLoS One. 12 (6), 0178422(2017).
  5. Hess, C. W., Mills, K. R., Murray, N. M. Responses in small hand muscles from magnetic stimulation of the human brain. The Journal of Physiology. 388, 397-419 (1987).
  6. Petersen, N., Christensen, L. O., Nielsen, J. The effect of transcranial magnetic stimulation on the soleus H reflex during human walking. The Journal of Physiology. 513, Pt 2 599-610 (1998).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Lavoie, B. A., Cody, F. W., Capaday, C. Cortical control of human soleus muscle during volitional and postural activities studied using focal magnetic stimulation. Experimental Brain Research. 103 (1), 97-107 (1995).
  11. Soto, O., Valls-Solé, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 1711-1717 (2006).
  12. Kesar, T. M., Eicholtz, S., Lin, B. J., Wolf, S. L., Borich, M. R. Effects of posture and coactivation on corticomotor excitability of ankle muscles. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (1), 131-146 (2018).
  13. Nandi, T., et al. In standing, corticospinal excitability is proportional to COP velocity whereas M1 excitability is participant-specific. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 303(2018).
  14. Tokuno, C. D., Keller, M., Carpenter, M. G., Márquez, G., Taube, W. Alterations in the cortical control of standing posture during varying levels of postural threat and task difficulty. Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1010-1016 (2018).
  15. Mouthon, A., Taube, W. Intracortical inhibition increases during postural task execution in response to balance training. Neuroscience. 401, 35-42 (2019).
  16. Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (144), (2019).
  17. Hermens, H. J., Freriks, B., Disselhorst-Klug, C., Rau, G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. Journal of Electromyography and Kinesiology. 10 (5), 361-374 (2000).
  18. Tankisi, H., et al. Standards of instrumentation of EMG. Clinical Neurophysiology. 131 (1), 243-258 (2020).
  19. Mishory, A., et al. The maximum-likelihood strategy for determining transcranial magnetic stimulation motor threshold, using parameter estimation by sequential testing is faster than conventional methods with similar precision. The Journal of ECT. 20 (3), 160-165 (2004).
  20. 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. The Journal of ECT. 22 (3), 169-175 (2006).
  21. McNemar, Q. Note on the sampling error of the difference between correlated proportions or percentages. Psychometrika. 12 (2), 153-157 (1947).
  22. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  23. McDonnell, M. N., Stinear, C. M. TMS measures of motor cortex function after stroke: A meta-analysis. Brain Stimulation. 10 (4), 721-734 (2017).
  24. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. The Journal of Physiology. 586 (2), 325-351 (2008).
  25. Chen, G., Patten, C., Kothari, D. H., Zajac, F. E. Gait differences between individuals with post-stroke hemiparesis and non-disabled controls at matched speeds. Gait & Posture. 22 (1), 51-56 (2005).
  26. Knarr, B. A., Reisman, D. S., Binder-Macleod, S. A., Higginson, J. S. Understanding compensatory strategies for muscle weakness during gait by simulating activation deficits seen post-stroke. Gait & Posture. 38 (2), 270-275 (2013).
  27. Ammann, C., et al. A framework to assess the impact of number of trials on the amplitude of motor evoked potentials. Scientific Reports. 10 (1), 21422(2020).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Przezczaszkowa stymulacja magnetycznaocena kończyny dolnejpotencjały wywołane ruchowoprotokół TMS w pozycji stojącejdroga korowo-rdzeniowaneurofizjologia po udarzemięsień piszczelowy przednimięsień płaszczkowatyanaliza na platformie dynamometrycznejinhibicja wewnątrzkorowa
Stojąca ocena neurofizjologiczna mięśni kończyn dolnych po udarze mózgu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.