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 Institutional Review Board na Uniwersytecie Medycznym Południowej Karoliny i były zgodne z Deklaracją Helsińską.

1. Rekrutacja uczestników

  1. Rekrutuj osoby po udarze mózgu z lokalnej bazy danych. Do tego eksperymentu 16 osób zostało zrekrutowanych z lokalnej elektronicznej bazy danych rekrutacji. W niektórych przypadkach uczestnicy zostali zrekrutowani specjalnie, ponieważ nie zareagowali na TMS w spoczynku w poprzednich badaniach przeprowadzonych przez naszą grupę badawczą.
    1. W tym badaniu należy zastosować następujące kryteria włączenia: mężczyźni i kobiety w wieku od 18 do 85 lat, co najmniej 6 miesięcy po udarze, resztkowy niedowład kończyn dolnych i zdolny do stania przez 10 minut bez urządzenia wspomagającego.
    2. Wyklucz uczestników, jeśli w przeszłości występowały napady padaczkowe, przyjmowali leki na receptę, które obniżały progi drgawkowe, mieli historię urazu mózgu i/lub innych chorób ośrodkowego układu nerwowego, mieli wszczepione urządzenia lub metalowe przedmioty w głowie lub mieli ciężkie zapalenie stawów lub schorzenia ortopedyczne ograniczające ich bierny zakres ruchu.
      UWAGA: Dane demograficzne uczestników znajdują się w Tabeli 1.
Rozdział szt. pkt. pkt. pkt. Rozdział pkt. pkt. pkt. pkt. Rozdział pkt. szt. pkt. pkt. pkt. szt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. szt. pkt. Rozdział pkt. Rozdział pkt. pkt. Rozdział szt. pkt. Rozdział pkt. pkt. pkt. Rozdział pkt. Rozdział pkt. pkt. pkt. pkt. Rozdział pkt. szt. pkt. pkt. pkt. szt. pkt. pkt. pkt.
Identyfikator badaniawiekMiesiące
po udarze mózgu		płećwyścigRodzaj skokuUdar
Półkula		Wysokość
(cm)		Waga
(kg)		Samodzielnie wybrana prędkość chodu (m/s)Spacer
Pomagać
167Klasa 28,7MZKrwotok śródmózgowyPrawy18074,80,61żaden
cyfra arabskaRozdział 8455,8ZZNiedokrwiennyPrawy16568,00,94żaden
356 Rozdział 56262,7ZZKrwotok podpajęczynówkowyW lewo152 Rozdział 15259,0Pytanie 1,29żaden
467141,8MZKrwotok śródmózgowyPrawy18072,60,27Trzcina / AFO
6Rozdział 4821,6MZKrwotok śródmózgowyPrawy17061,20,83żaden
7Rozdział 5893,9MZOstry niedokrwienieW lewoRozdział 168112,5 pkt.0,77Poczwórna laska / AFO
871 Rozdział 7155,3ZAaOstry niedokrwienieW lewo17068,0Godzina 1,05żaden
9*65Dnia 23,7MZOstry niedokrwieniePrawyRozdział 17884,8-Orteza stawu kolanowego
1070Pytanie 26,6MZOstry niedokrwienieW lewoRozdział 17378,90,81żaden
1270Wersja 10.0MZOstry niedokrwienieW lewo17086,2Pytanie 1.11żaden
136580,6MZOstry niedokrwieniePrawy185 Rozdział 185139,70,93Laska / Kula
147983,0MZOstry niedokrwieniePrawy17588,50,48laska
1551 Rozdział 5154,4MAaOstry niedokrwienieW lewoRozdział 17890,7Godzina 1,35żaden
176518,5MZOstry niedokrwieniePrawy17074,80,28laska
Rozdział 18Rozdział 6348,8ZAaOstry niedokrwieniePrawy17083,9Pytanie 1,12żaden
Rozdział 19Rozdział 5825,9MZOstry niedokrwienieOba183 Rozdział 18388,5Pytanie 1,10żaden
* Uczestnik usunięty z analizy danych z powodu niemożności ukończenia wymaganych ocen
AFO = ortortetyczny staw skokowy

Tabela 1: Dane demograficzne uczestników.

  1. Nawiąż wstępny kontakt telefoniczny z uczestnikami i krótko wyjaśnij procedury testowe. Zaproś zainteresowane osoby do laboratorium.
    1. Po przybyciu do ośrodka badawczego poproś członka personelu badawczego, aby w pełni wyjaśnił potencjalnym uczestnikom protokół eksperymentalny.
    2. Gdy potencjalny uczestnik potwierdzi chęć udziału w badaniu, powinien uzyskać pisemną świadomą zgodę zatwierdzoną przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

2. System naprowadzania obrazem i konfiguracja uczestnika

  1. Wykorzystaj oprogramowanie do naprowadzania obrazu, aby zapewnić spójne dostarczanie impulsów TMS podczas oceny.
    1. Rozpocznij nowy projekt, korzystając z modelu głowicy MNI natywnego dla systemu naprowadzania obrazu. Otwórz oprogramowanie i wybierz Nowy projekt głowicy MNI.
    2. W wyskakującym okienku kliknij kartę Cele, a następnie kliknij Konfiguruj cele. Określ położenie skóry głowy bezpośrednio nad zakrętem przedśrodkowym i 0,5 cm bocznie do linii środkowej
      3. .
    3. Po wizualnym zidentyfikowaniu lokalizacji dodaj nową prostokątną siatkę, klikając Nowy, a następnie Prostokątna siatka. Siatka powinna pojawić się na ekranie, a rząd przyśrodkowy powinien znajdować się 0,5 cm w bok od linii środkowej
      4. .
    4. Zmień rozmiar siatki, wpisując 3 i 5 w polach rozmiaru siatki. Ustaw odstępy siatki na 10 na 10 mm, wpisując pola odstępów siatki. Wybierz narzędzie Kursor, a następnie przesuń kursor na obraz skóry głowy.
    5. Naciśnij i przytrzymaj przycisk myszy, aby obrócić obraz skóry głowy, aby upewnić się, że wszystkie punkty siatki dotykają skóry. Jeśli punkty siatki nie znajdują się na skórze głowy, dostosuj krzywiznę siatki, przesuwając suwak krzywizny.
    6. Powtórz te procedury, aby umieścić kolejną siatkę 3 x 5 na przeciwległej półkuli.
      UWAGA: Można to zrobić przed włączeniem uczestnika do badania i przybyciem do laboratorium. Dodatkowo można wykorzystać anatomiczny obraz T1 uczestnika, jeśli jest dostępny. Szczegółowe informacje na temat wykorzystania anatomicznych rezonansów magnetycznych do nawigacji można znaleźć w wcześniej opublikowanym artykule16.
  2. Rozpocznij nową sesję w oprogramowaniu do prowadzenia obrazu, wybierając kartę Sesje po otwarciu oprogramowania.
    1. Kliknij Nowa, a następnie Sesja online. W następnym oknie wybierz dwie siatki utworzone w poprzedniej sekcji (sekcja 2.1) klikając na nie, a następnie kliknij Dodaj.
    2. Na karcie IOBox, w obszarze Opcje wyzwalania TTL zaznacz pole obok opcji Użyj przełącznika (przełącz) i wprowadź 0 ms w polu Martwy czas. Kliknij przycisk Dalej u góry. Upewnij się wzrokowo, że kamera systemu naprowadzania obrazem jest aktywna.
  3. Rozpocznij rejestrację uczestnika od umieszczenia na czole uczestnika urządzenia do śledzenia tematu, dostarczonego z systemem naprowadzania obrazu.
    1. Ręcznie wyreguluj kamerę, aby upewnić się, że urządzenie śledzące uczestnika znajduje się w środku pola widzenia kamery. Następnie kliknij zakładkę Rejestracja u góry oprogramowania.
    2. Umieść wskazówkę/znacznik systemu naprowadzania obrazowego na punktach orientacyjnych rejestracji: nasionach oraz prawym i lewym punkcie okołousznym. Po umieszczeniu wskaźnika na skórze kliknij przycisk Dalej, aby zarejestrować lokalizacje skóry uczestnika w oprogramowaniu do prowadzenia obrazu.
    3. Po przechwyceniu punktów orientacyjnych rejestracji kliknij kartę Skalowanie w górnej części okna oprogramowania. Umieść wskaźnik w skrajnym po prawym, po lewym, najwyższym, najbardziej wysuniętym z przodu i najbardziej na tylnym miejscu skóry głowy uczestnika.
    4. Kliknij przycisk Dalej w każdym miejscu, aby przeskalować system naprowadzania obrazu na głowę uczestnika. Po zakończeniu skalowania kliknij kartę Wykonaj u góry oprogramowania. System naprowadzania obrazowego jest już gotowy.

3. Przygotowanie i konfiguracja elektromiografii powierzchniowej

  1. Przygotuj mięśnie piszczelowe przednie (TA) i płaszczkowate (SOL) uczestników do elektrod elektromiografii powierzchniowej (sEMG). Aby przygotować skórę do sEMG, oczyść obszar za pomocą wacików nasączonych alkoholem i, jeśli to konieczne, usuń włosy jednorazową maszynką do golenia. Umieść jednorazowe elektrody żelowe sEMG zgodnie z wytycznymi SENIAM17.
    UWAGA: Umieszczenie czujnika dla TA to 1/3 drogi w dół na linii między końcówką kości strzałkowej a końcówką kostki przyśrodkowej. W przypadku SOL umieść czujnik na 2/3 linii między kłykciem przyśrodkowym kości udowej a kostką przyśrodkową.
  2. Po zamocowaniu elektrod sprawdź wzrokowo sygnał pod kątem jakości. Następnie przystąp do owijania trzonków elastycznym bandażem, aby zminimalizować ruch elektrod i powstałego artefaktu podczas testowania.
    UWAGA: Nagrywaj sygnały sEMG przy 5000 Hz w oknie 0,5 s, zaczynając 0,1 s przed dostarczeniem impulsów TMS. Dokładna częstotliwość próbkowania i ilość zbieranych danych będą zależeć od sprzętu i oprogramowania używanego do rejestrowania odpowiedzi sEMG na TMS. Szczegółowe informacje na temat tworzenia zapisów i analiz EMG można znaleźć w Tankisi et al.18.

4. Ustawienie bezpieczeństwa płyty siłowej i uczestnika

  1. Otwórz oprogramowanie do zbierania danych i rozpocznij nową próbę, aby skalibrować podwójną płytkę siłową.
    1. Kliknij przycisk Start i rozpocznij okres próbny FP Zero. Zbierz 3-5 s danych bez obciążenia płyty siłowej, a następnie kliknij przycisk Zatrzymaj.
    2. Po skalibrowaniu płytki siłowej, uczestnik został zarejestrowany w systemie naprowadzania obrazu (punkt 2.2), a elektrody sEMG zostały umieszczone i przetestowane pod kątem jakości sygnału (sekcja 3), poinstruuj uczestnika, aby wstał i założył mu uprząż bezpieczeństwa.
    3. Poproś uczestnika, aby wszedł na płytkę siłową i ujednolicił ułożenie stopy za pomocą taśmy maskującej wstępnie nałożonej na płytkę siłową, aby oznaczyć najbardziej wysuniętą pozycję stopy i przyśrodkowe krawędzie stóp w równych odległościach od linii środkowej.
    4. Przymocuj szelki bezpieczeństwa uczestnika do wspornika sufitowego. Umieść rollator lub podobne urządzenie wokół płytki siłowej, aby w razie potrzeby zapewnić uczestnikom coś, na czym mogą się podeprzeć podczas testowania.
      UWAGA: Upewnij się, że podczas wszystkich procedur TMS na stojąco uczestnicy są przymocowani do sufitu za pomocą uprzęży bezpieczeństwa, aby zapobiec upadkowi.
  2. Zmierz i odbierz wagę uczestnika, gdy stoi na płycie siłowej, klikając Start i wybierając próbę statyczną FP. Nagraj dane z 2-5 s i kliknij przycisk Zatrzymaj, aby zakończyć okres próbny.
    1. Stojąc na płytach siłowych, upewnij się, że oprogramowanie do zbierania danych wyświetla dwa wykresy słupkowe przedstawiające wagę/siłę pod stopami każdego z uczestników (Rysunek 1A). Kiedy uczestnik przesunie swój ciężar ciała na bok, wykresy słupkowe zmienią swoją wysokość (Rysunek 1B).
    2. Jeśli uczestnik przeniesie ciężar na nogi na ramiona, upewnij się, że wykres słupkowy zmienia kolor (Rysunek 1C). Po tym, jak uczestnik poczuje się komfortowo stojąc z równym ciężarem rozłożonym między nogami, można rozpocząć pomiar CMR.

figure-protocol-1
Rysunek 1: Reprezentatywny obraz wizualnej informacji zwrotnej udzielonej uczestnikom podczas oceny TMS w pozycji stojącej. (A) wyświetla wizualną informację zwrotną udzieloną uczestnikom, gdy stali, z ciężarem równo rozłożonym między nogami z niedowładem i bez niedowładu. Pionowe słupki reprezentują wielkość siły mierzoną przez każdy z obszarów płyty siłowej. Ciągłe linie poziome reprezentują zakres siły pionowej mierzonej w celu zapewnienia obciążenia ciężarem ciała kończyn dolnych, a nie ramion, jeśli uczestnicy musieli ustabilizować się za pomocą zapewnionego podparcia dłoni. Jeśli ciężar ciała uczestnika został przesunięty na jedną stronę o więcej niż 5%, pionowe paski zmieniały kolory, informując uczestnika, aby pochylił się w kierunku strony, która była nieobciążona, jak pokazano w (B). Jeśli uczestnik załadował/rozładował więcej niż +/- 5% swojej masy ciała z nóg, kolor ekranu tła zmieni się, jak pokazano w (C). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

5. Ocena reakcji kortykomotorycznej na pozycji stojącej

  1. Rozpocznij ocenę neurofizjologiczną od zidentyfikowania intensywności stymulatora, która wytwarza stałe motoryczne potencjały wywołane (MEP), tj. amplitudę sygnału EMG > 50 μV i/lub widoczny okres milczenia korowego w aktywnych mięśniach, w docelowym TA i mięśniu SOL.
    UWAGA: Użyj cewki z podwójnym stożkiem, aby dostarczyć wszystkie impulsy TMS z prądem przepływającym przez cewkę w kierunku od przodu do tyłu. Impulsy TMS należy stosować tylko wtedy, gdy uczestnik utrzymuje równy rozkład ciężaru ciała między nogami z niedowładem i bez niedowładu, jak wskazano na wizualnych informacjach zwrotnych/wykresach słupkowych wymienionych w poprzedniej sekcji (sekcja 4.2). >
    1. Najpierw przetestuj kończynę z niedowładem, przykładając impulsy TMS do uszkodzonej półkuli. Zacznij od ustawienia poziomu mocy stymulatora TMS na 50% maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora (%MSO), obracając pokrętło sterowania wyjściem. Zastosuj pojedynczy impuls przy 50% MSO do środkowego punktu siatki znajdującego się tuż obok szczeliny podłużnej, naciskając przycisk spustowy na stymulatorze. Zastosuj 2-3 impulsy w odstępie międzybodźcowym 5-10 s.
      UWAGA: Jeśli uczestnik wykaże odpowiedź na poziomie 50% MSO, przejdź do sekcji 5.2 i rozpocznij identyfikację hotspotu.
    2. Jeśli odpowiedzi nie są widoczne w TA i SOL, zwiększ moc stymulatora o 10% MSO, obracając pokrętło sterowania wyjściem i dostarcz 2-3 impulsy TMS, jak w kroku 5.1.1.
    3. Jeśli po zwiększeniu stymulatora do 60% MSO nie widać żadnych odpowiedzi, ponownie zwiększ moc o 10% MSO. Jeśli przy 70% MSO nie zostaną wywołane żadne MEP, losowo wybierz kilka punktów siatki i zastosuj impulsy TMS, aby określić, czy istnieje odpowiedź przy bieżącym ustawieniu mocy.
    4. Jeśli w żadnym punkcie siatki przy obecnym 70% MSO nie zostaną zarejestrowane żadne odpowiedzi, wróć do początkowego docelowego punktu siatki, kontynuuj zwiększanie mocy stymulatora o 10% MSO i zastosuj 2-3 stymulacje, jak opisano wcześniej.
      UWAGA: Powtarzaj ten proces, dopóki nie zostaną zarejestrowane wiarygodne odpowiedzi z docelowych mięśni lub dopóki nie zostanie ustalone, że uczestnik nie ma odpowiedzi na TMS. Nie wszyscy uczestnicy wytworzą mierzalną odpowiedź na TMS.
  2. Po zidentyfikowaniu mocy stymulatora, która wywołuje spójną odpowiedź, zacznij identyfikować hotspot, tj. lokalizację skóry głowy, która wywołuje największą odpowiedź na zastosowane impulsy TMS.
    1. Rozpocznij nową wersję próbną hotspotu, klikając przycisk Start i wybierając opcję Hotspot. Zastosuj stymulację jednoimpulsową do każdego z 15 punktów siatki na ponadprogowym poziomie mocy określonym w poprzednich krokach. Korzystając z systemu naprowadzania obrazu, przesuń cewkę do pierwszego punktu siatki.
    2. Gdy cewka znajdzie się we właściwej pozycji, zastosuj impuls TMS, naciskając przycisk spustowy na stymulatorze. Następnie przenieś cewkę do następnego miejsca siatki i zastosuj kolejny pojedynczy impuls TMS. Kontynuuj, aż pojedyncza stymulacja zostanie zastosowana do każdego punktu siatki i kliknij Zatrzymaj, aby zakończyć próbę.
    3. Zbadaj amplitudy sygnałów sEMG zarejestrowanych w każdym punkcie siatki. Wizualnie zidentyfikuj punkty siatki o największej amplitudzie MEP, zarejestrowanej w sygnałach sEMG, dla każdego z docelowych mięśni. Lokalizacje siatki o największych amplitudach MEP są punktami zapalnymi i zostaną wykorzystane do pomiaru odpowiedzi kortykomotorycznej w poniższych sekcjach.
      UWAGA: W niektórych przypadkach pojedyncza lokalizacja sieci może zapewnić największe amplitudy MEP zarówno dla TA, jak i SOL. W takich przypadkach należy określić progi motoryczne dla każdego mięśnia z osobna.
  3. Następnie określ próg motoryczny docelowego mięśnia za pomocą prostego adaptacyjnego szacowania parametrów za pomocą testów sekwencyjnych (PEST)19,20.
    1. Otwórz program PEST i ustaw początkową intensywność stymulatora na wartość ponadprogową używaną do identyfikacji hotspotu, wpisując wartość w polu.
    2. Rozpocznij nową próbę PEST, klikając kartę Start w oprogramowaniu do zbierania danych i wybierając PEST.
    3. Zastosuj pojedynczy impuls TMS do zidentyfikowanego hotspotu mięśnia docelowego przy początkowej intensywności %MSO wyświetlanej w programie PEST. Wskaż w programie PEST, że zaobserwowano odpowiedź w sygnale sEMG mięśnia, wpisując y lub n. Program PEST automatycznie obliczy intensywność następnej stymulacji.
    4. Dostosuj poziom mocy stymulatora do programu PEST i zastosuj kolejny pojedynczy impuls TMS. Kontynuuj ten proces, aż program PEST określi próg motoryczny, wskazywany zmianą koloru intensywności stymulacji, i zakończ próbę zbierania danych, klikając na zakładkę Stop.
      UWAGA: Procedura PEST wykorzystuje ogólnodostępny program, który kieruje ilością mocy stymulatora do użycia przy kolejnych impulsach. Jeden z programów PEST można znaleźć tutaj: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
  4. Po zidentyfikowaniu punktu zapalnego mięśnia docelowego i progu motorycznego należy rozpocząć ocenę CMR. Ustaw intensywność stymulatora na 120% ustalonego progu motorycznego.
    1. Zainicjuj nową próbę w oprogramowaniu do zbierania danych, klikając zakładkę Start i wybierz próbę MEP. Umieść cewkę w gorącym punkcie mięśnia i zastosuj 10-20 stymulacji pojedynczym impulsem.
    2. Odczekaj 5-10 sekund między każdą stymulacją. Nagraj wywołane odpowiedzi sEMG do analizy off-line. Pozwól uczestnikowi odpocząć ad libitum i przez wystarczająco dużo czasu między procedurami testowymi, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia zmęczenia uczestnika, co może mieć wpływ na wyniki.
    3. Kliknij zakładkę Stop po nagraniu posłów do PE, aby zakończyć próbę.
      UWAGA: Badacz zajmujący się cewką TMS powinien upewnić się, że uczestnicy mają równy rozkład ciężaru pod każdą nogą bezpośrednio przed zastosowaniem jakiegokolwiek impulsu TMS. Jeśli badacz uważa, że stymulacja została zastosowana, gdy waga uczestnika nie była równomiernie rozłożona, wykonaj dodatkową stymulację i wyklucz poprzednie badanie z przyszłej analizy. Przetestuj mięśnie nieniedowładne bezpośrednio po mięśniach niedowładnych. Rysunek 2 wyświetla eksperymentalną konfigurację podczas oceny TMS.

figure-protocol-2
Rysunek 2: Zdjęcie wykonane podczas pomiaru reakcji korowo-ruchowej (CMR) w pozycji stojącej. System naprowadzania obrazu i zebrana aktywność sEMG są wyświetlane personelowi badawczemu podczas zbierania danych, jak pokazano na monitorach znajdujących się po lewej stronie obrazu. Wizualna informacja zwrotna o rozkładzie ciężaru ciała została zapewniona z przodu i nieco po prawej stronie uczestników. Uczestnicy nosili uprząż bezpieczeństwa, która była przymocowana do sufitu, aby zapobiec upadkom podczas stania na podwójnej płycie siłowej. Zapewniono wsparcie dla ramion uczestników, aby pomóc uczestnikom ustabilizować się po zastosowaniu impulsów TMS. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

6. Ocena reakcji kortykomotorycznej w pozycji siedzącej

  1. Po zakończeniu oceny TMS w pozycji stojącej należy ponownie zmierzyć progi motoryczne i CMR w pozycji spoczynkowej/siedzącej.
    1. Należy zastosować te same procedury, które opisano wcześniej (punkty 5.2-5.4). Jedyną zmianą jest to, że uczestnik powinien siedzieć na krześle z podpartymi nogami i rozluźnionymi mięśniami.
    2. Korzystać z tych samych punktów krytycznych, które zostały zidentyfikowane podczas oceny w pozycji stojącej (sekcja 5.2) w pozycji siedzącej. Badanie neurofizjologiczne należy wykonać w taki sam sposób, jak w pozycji stojącej, z wyjątkiem użycia intensywności stymulacji wynoszącej 120% progu motorycznego spoczynku/siedzenia.
      UWAGA: Może być konieczne wykonanie dodatkowych testów przy użyciu wcześniej określonej mocy stymulatora. Na przykład, jeśli przeprowadza się porównania amplitudy MEP w różnych pozycjach posturalnych, może być konieczne użycie podobnej bezwzględnej mocy stymulatora. Będzie to zależało od pytania badawczego i powinno zostać zidentyfikowane podczas projektowania badania.

7. Podejście statystyczne

  1. Aby przetestować hipotezę, że stanie prowadzi do zwiększonego prawdopodobieństwa wywołania mierzalnych odpowiedzi, skonstruuj tabelę 2 x 2 i przetestuj proporcje za pomocą McNemar's Test21.
  2. Aby porównać poziomy mocy progów motorycznych, użyj sparowanego testu t na uczestnikach, którzy mieli mierzalne odpowiedzi w obu pozycjach. Określ istotność za pomocą alfa = 0,05.

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

Wyniki

Jeden uczestnik został usunięty z analizy z powodu niemożności zniesienia procedury TMS z powodu istniejącego wcześniej bólu kolana i rany cukrzycowej otrzymanej przed przybyciem do laboratorium badawczego, pozostawiając ostateczną wielkość próby 15. Rana cukrzycowa znajdowała się bezpośrednio nad TA i uniemożliwiała jakiekolwiek pomiary sEMG tego mięśnia. Nie zgłoszono badaczom żadnych poważnych zdarzeń niepożądanych ani podczas procedury TMS w pozycji siedzącej, jak i stojącej. Zgłoszono kilka drobnych zdarzeń niepożąd...

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

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Przezczaszkowa stymulacja magnetycznaocena ko czyny dolnejpotencja y wywo ane ruchowoprotok TMS w pozycji stoj cejdroga korowo rdzeniowaneurofizjologia po udarzemi sie piszczelowy przednimi sie p aszczkowatyanaliza na platformie dynamometrycznejinhibicja wewn trzkorowa

Powiązane artykuły