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. Do niniejszego eksperymentu z lokalnej elektronicznej bazy rekrutacyjnej wybrano 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. W niniejszym badaniu zastosuj następujące kryteria włączenia: kobiety i mężczyźni w wieku 18–85 lat, co najmniej 6 miesięcy po udarze, niedowład kończyn dolnych oraz zdolność do stania przez 10 min bez pomocy urządzeń wspomagających.
    2. Wyklucz uczestników, którzy w wywiadzie mieli drgawki, przyjmowali leki na receptę obniżające próg drgawkowy, mieli w wywiadzie 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 inne schorzenia ortopedyczne ograniczające bierny zakres ruchomości stawów.
      ​UWAGA: Dane demograficzne uczestników znajdują się w Tabeli 1.
ID badanegoWiekMiesiące
po udarze		PłećRasaTyp udaruPółkula
udaru		Wzrost
(cm)		Waga
(kg)		Samodzielnie dobrana prędkość chodu (m/s)Pomoc
do chodzenia
16728,7MCKrwotok wewnątrzczaszkowyPrawa18074,80,61Brak
2845,8FCIschemicznyPrawa16568,00,94Brak
356262,7FCKrwotok podpajęczynówkowyLewa15259,01,29Brak
467141,8MCKrwotok wewnątrzczaszkowyPrawa18072,60,27Laska / AFO
64821,6MCKrwotok wewnątrzczaszkowyPrawa17061,20,83Brak
75893,9MCOstry niedokrwiennyLewa16812,50,7Laska czteropunktowa / AFO
8715,3FAAOstry niedokrwiennyLewa17068,01,05Brak
9*6523,7MCOstry niedokrwiennyPrawa17884,8-Stabilizator kolana
107026,6MCOstry niedokrwiennyLewa17378,90,81Brak
127010,0MCOstry niedokrwiennyLewa17086,21,1Brak
136580,6MCOstry niedokrwiennyPrawa185139,70,93Laska / Kul
147983,0MCOstry niedokrwiennyPrawa1758,50,48Laska
155154,4MAAOstry niedokrwiennyLewa17890,71,35Brak
176518,5MCOstry niedokrwiennyPrawa17074,80,28Laska
186348,8FAAOstry niedokrwiennyPrawa17083,91,12Brak
195825,9MCOstry niedokrwiennyObie1838,51,10Brak
* Uczestnik usunięty z analizy danych ze względu na niemożność przeprowadzenia wymaganych ocen
AFO = ortoza stawu skokowego i stopy

Tabela 1: Demografia uczestników.

  1. Nawiąż pierwszy kontakt z uczestnikami telefonicznie i krótko wyjaśnij procedury testowe. Zaproś zainteresowane osoby do laboratorium.
    1. Po przybyciu do placówki badawczej członek zespołu badawczego powinien szczegółowo wyjaśnić protokół eksperymentalny potencjalnym uczestnikom.
    2. Gdy potencjalny uczestnik potwierdzi chęć udziału w badaniu, uzyskaj pisemną świadomą zgodę zatwierdzoną przez lokalną komisję bioetyczną.

2. System naprowadzania obrazowego i przygotowanie uczestnika

  1. Użyj oprogramowania do nawigacji obrazowej, aby zapewnić spójne dostarczanie impulsów TMS podczas oceny.
    1. Rozpocznij nowy projekt, korzystając z modelu głowy MNI natywnego dla systemu nawigacji obrazowej. 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 wizualnym zidentyfikowaniu lokalizacji dodaj nową siatkę prostokątną, klikając New, a następnie Rectangular Grid. Siatka powinna pojawić się na ekranie, a środkowy rząd 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 przesuń kursor na obraz skóry głowy.
    5. Naciśnij i przytrzymaj przycisk myszy, aby obrócić obraz skóry głowy i 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 nad przeciwną półkulą.
      UWAGA: Można to wykonać przed zakwalifikowaniem uczestnika do badania i jego przybyciem do laboratorium. Dodatkowo, jeśli jest dostępny, można użyć anatomicznego obrazu T1-zależnego uczestnika. Szczegółowe informacje na temat wykorzystania anatomicznych obrazów MRI do nawigacji znajdują się w wcześniej opublikowanym artykule16.
  2. Rozpocznij nową sesję w oprogramowaniu do nawigacji obrazowej, wybierając kartę Sessions po otwarciu programu.
    1. Kliknij New, a następnie Online Session. W następnym oknie zaznacz 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 wprowadź 0 ms w polu Dead Time. Kliknij przycisk Next u góry. Upewnij się wizualnie, że kamera systemu nawigacji obrazowej jest aktywna.
  3. Rozpocznij rejestrację uczestnika, umieszczając tracker podmiotu, dostarczony z systemem nawigacji obrazowej, wokół czoła uczestnika.
    1. Ręcznie ustaw kamerę, aby upewnić się, że tracker uczestnika znajduje się na środku pola widzenia kamery. Następnie kliknij kartę Registration u góry oprogramowania.
    2. Umieść wskaźnik/marker systemu nawigacji obrazowej na punktach orientacyjnych rejestracji: nasion oraz prawym i lewym punkcie przyusznych. Gdy wskaźnik zostanie umieszczony na skórze, kliknij przycisk Next, aby zarejestrować lokalizacje skóry uczestnika w oprogramowaniu do nawigacji obrazowej.
    3. Po zarejestrowaniu punktów orientacyjnych kliknij kartę Scaling u góry okna oprogramowania. Umieść wskaźnik w najbardziej prawnej, lewej, górnej, przedniej i tylnej lokalizacji na skórze głowy uczestnika.
    4. Kliknij przycisk Next w każdej lokalizacji, aby przeskalować system nawigacji obrazowej do głowy uczestnika. Po zakończeniu skalowania kliknij kartę Perform u góry oprogramowania. System nawigacji obrazowej jest teraz gotowy.

3. Przygotowanie i konfiguracja powierzchniowej elektromiografii

  1. Przygotować mięsień piszczelowy przedni (TA) oraz mięsień płatwiasty (SOL) uczestników do badania powierzchniowej elektromiografii (sEMG). W celu przygotowania skóry do sEMG, oczyścić obszar za pomocą gazików nasączonych alkoholem i, w razie potrzeby, usunąć owłosienie za pomocą jednorazowej maszynki do golenia. Umieścić jednorazowe elektrody żelowe sEMG zgodnie z wytycznymi SENIAM17.
    UWAGA: Sensor dla mięśnia TA należy umieścić w 1/3 odległości na linii łączącej wierzchołek głowy strzałki z wierzchołkiem kostki przyśrodkowej. W przypadku mięśnia SOL sensor należy umieścić w 2/3 linii prowadzącej od kłykcia przyśrodkowego kości udowej do kostki przyśrodkowej.
  2. Po przymocowaniu elektrod, wizualnie ocenić jakość sygnału. Następnie owinąć podudzia bandażem elastycznym, aby zminimalizować przemieszczanie się elektrod i wynikające z tego artefakty podczas badania.
    ​UWAGA: Rejestrować sygnały sEMG z częstotliwością 50 Hz w oknie 0,5 s, zaczynając 0,1 s przed podaniem impulsów TMS. Dokładna częstotliwość próbkowania i ilość zebranych danych będą zależeć od sprzętu i oprogramowania użytego do rejestracji odpowiedzi sEMG na TMS. Szczegółowe informacje na temat ustanawiania zapisów i analiz EMG znajdują się w pracy Tankisi et al.18.

4. Konfiguracja platformy dynamometrycznej i zabezpieczenia uczestnika

  1. Otwórz oprogramowanie do zbierania danych i rozpocznij nową próbę, aby skalibrować platformę dynamometryczną z podwójnym czujnikiem siły na górnej powierzchni.
    1. Kliknij Start i rozpocznij próbę FP Zero. Zbierz dane z okresu 3–5 s bez obciążenia platformy dynamometrycznej, a następnie kliknij Zatrzymaj.
    2. Po skalibrowaniu platformy dynamometrycznej, zarejestrowaniu uczestnika w systemie naprowadzania obrazowego (sekcja 2.2) oraz umieszczeniu elektrod sEMG i sprawdzeniu jakości sygnału (sekcja 3), należy poprosić uczestnika o powstanie i założyć mu pas bezpieczeństwa.
    3. Poproś uczestnika o wejście na platformę dynamometryczną i ustandaryzuj ułożenie stóp, korzystając z wcześniej naklejonej na platformę taśmy maskującej, która wyznacza przednią krawędź stopy oraz zapewnia jednakową odległość przyśrodkowych krawędzi stóp od linii środkowej.
    4. Przymocuj szelki bezpieczeństwa uczestnika do podpory sufitowej. Wokół platformy dynamometrycznej umieść rollator lub podobne urządzenie, aby uczestnicy mogli się go oprzeć w razie potrzeby podczas przeprowadzania testów.
      UWAGA: Należy upewnić się, że podczas wszystkich procedur TMS wykonywanych w pozycji stojącej uczestnicy są zabezpieczeni szelekami bezpieczeństwa przymocowanymi do sufitu, aby zapobiec upadkowi.
  2. Zmierz i zarejestruj masę ciała uczestnika stojącego na platformie dynamometrycznej, klikając Start oraz wybór odpowiedniego Statyczna fluorescencyjna polaryzacja (FP Static) próba. Nagraj dane z okresu od 2 do 5 s, a następnie kliknij Stop w celu zakończenia badania.
    1. Podczas stania na platformach dynamometrycznych należy upewnić się, że oprogramowanie do zbierania danych wyświetla dwa wykresy słupkowe reprezentujące ciężar/siłę pod każdą ze stóp uczestnika (Rycina 1A). Gdy uczestnik przeniesie ciężar ciała na jedną stronę, wysokość wykresów słupkowych ulegnie zmianie (Rycina 1B).
    2. Jeśli uczestnik przeniesie ciężar z nóg na ramiona, należy upewnić się, że wyświetlacz wykresu słupkowego zmienia kolor (Rysunek 1C). Po tym, jak uczestnik poczuje się swobodnie, stojąc z równomiernym rozłożeniem ciężaru ciała na obie nogi, można przystąpić do pomiaru CMR.

figure-protocol-1
Rysunek 1: Reprezentacyjny obraz informacji zwrotnej wizualnej dostarczanej uczestnikom podczas oceny TMS w pozycji stojącej. (A) przedstawia informację zwrotną wizualną wyświetlaną uczestnikom podczas stania z ciężarem ciała rozłożonym równomiernie między nogą porażoną a nieporażoną. Paski pionowe reprezentują wartość siły mierzoną przez poszczególne obszary platformy dynamometrycznej. Ciągłe linie poziome reprezentują zakres mierzonej siły pionowej, aby zapewnić obciążenie kończyn dolnych ciężarem ciała, a nie ramion, w przypadku gdyby uczestnicy musieli ustabilizować się za pomocą dostarczonego wsparcia dla dłoni. Jeśli ciężar ciała uczestnika przesunął się na jedną stronę o więcej niż 5%, paski pionowe zmieniały kolory, aby poinformować uczestnika o konieczności pochylenia się w stronę odciążoną, jak pokazano na (B). Jeśli uczestnik obciążył/odciążył nogi o więcej niż +/- 5% masy ciała, kolor tła ekranu ulegał zmianie, jak pokazano na (C). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

5. Ocena odpowiedzi korytomotorycznej w pozycji stojącej

  1. Rozpocznij oceny neurofizjologiczne od ustalenia natężenia stymulacji, które wywołuje powtarzalne potencjały wywołane ruchowo (MEP), tj. amplitudę sygnału EMG > 50 µV i/lub widoczny okres ciszy korowej w aktywnych mięśniach, w docelowym m. TA oraz m. SOL.
    UWAGA: Używaj cewki dwustopniowej (double-cone coil) do podawania wszystkich impulsów TMS w taki sposób, aby prąd przepływał przez cewkę w kierunku od przodu do tyłu. Podawaj impulsy TMS tylko wtedy, gdy uczestnik utrzymuje równomierny rozkład ciężaru ciała między nogą niedowładną a zdrową, co jest wskazywane przez wizualną informację zwrotną/wykresy słupkowe wspomniane w poprzedniej sekcji (sekcja 4.2).
    1. W pierwszej kolejności przetestuj kończynę niedowładną, podając impulsy TMS do uszkodzonej półkuli. Rozpocznij od ustawienia poziomu mocy stymulatora TMS na 50% maksymalnego wyjścia stymulatora (%MSO) za pomocą 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 międzybodźcowym wynoszącym 5-10 s.
      UWAGA: Jeśli u uczestnika pojawi się odpowiedź przy 50% MSO, przejdź do sekcji 5.2 i rozpocznij identyfikację punktu najsilniejszej odpowiedzi (hotspot).
    2. Jeśli w m. TA i m. SOL nie zaobserwowano odpowiedzi, zwiększ moc stymulatora o 10% MSO, obracając pokrętło 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 widać odpowiedzi, ponownie zwiększ moc o 10% MSO. Jeśli przy 70% MSO nie wywołano MEP, wybierz losowo kilka punktów siatki i podaj impulsy TMS, aby sprawdzić, czy przy obecnym ustawieniu mocy występuje odpowiedź.
    4. Jeśli w żadnym punkcie siatki przy obecnym ustawieniu 70% MSO nie zarejestrowano odpowiedzi, wróć do początkowego docelowego punktu siatki i kontynuuj zwiększanie mocy stymulatora w przyrostach 10% MSO, podając 2-3 stymulacje w opisany wcześniej sposób.
      UWAGA: Powtarzaj ten proces, aż zostaną zarejestrowane wiarygodne odpowiedzi z mięśni docelowych lub zostanie ustalone, że uczestnik nie wykazuje odpowiedzi na TMS. Nie wszyscy uczestnicy wykażą mierzalną odpowiedź na TMS.
  2. Po zidentyfikowaniu mocy stymulatora wywołującej powtarzalną odpowiedź, rozpocznij identyfikację punktu najsilniejszej odpowiedzi (hotspot), tj. miejsca na skalpie, które generuje największą odpowiedź na podane impulsy TMS.
    1. Rozpocznij nową próbę identyfikacji hotspotu, klikając Start i wybierając Hotspot. Podaj stymulację pojedynczym impulsem do każdego z 15 punktów siatki przy ponadprogowym poziomie mocy ustalonym w poprzednich krokach. Korzystając z systemu naprowadzania obrazowego, przesuń cewkę do pierwszego punktu siatki.
    2. Gdy cewka znajdzie się w odpowiedniej pozycji, podaj impuls TMS, naciskając przycisk wyzwalający w urządzeniu stymulacyjnym. Następnie przesuń cewkę do kolejnego punktu siatki 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 zarejestrowane w każdym punkcie siatki. Wzrokowo zidentyfikuj punkty siatki z największą amplitudą MEP zarejestrowaną w sygnałach sEMG dla każdego z docelowych mięśni. Położenia w siatce z największymi amplitudami MEP są punktami najsilniejszej odpowiedzi (hotspotami) i będą one wykorzystywane do pomiaru odpowiedzi kortykomotorycznej w następnych sekcjach.
      UWAGA: W niektórych przypadkach pojedyncze położenie w siatce może dawać największe amplitudy MEP dla m. TA i m. SOL jednocześnie. W takich sytuacjach określ progi ruchowe dla każdego mięśnia osobno.
  3. Następnie wyznacz próg ruchowy docelowego mięśnia, stosując prostą adaptacyjną metodę estymacji 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 odpowiednie pole.
    2. Rozpocznij nową próbę PEST, klikając zakładkę Start w oprogramowaniu do zbierania danych i wybierając PEST.
    3. Podaj pojedynczy impuls TMS w zidentyfikowanym hotspotcie docelowego mięśnia przy początkowym natężeniu %MSO wyświetlonym w programie PEST. Odznacz w programie PEST, czy w sygnale sEMG mięśnia zaobserwowano odpowiedź, wpisując y lub n. Program PEST automatycznie obliczy natężenie następnej stymulacji.
    4. Dostosuj poziom mocy stymulatora do wartości wskazanej przez program PEST i podaj kolejny pojedynczy impuls TMS. Kontynuuj ten proces, aż program PEST wyznaczy próg ruchowy, co zostanie zasygnalizowane zmianą koloru natężenia stymulacji, a następnie zakończ próbę zbierania danych, klikając zakładkę Stop.
      UWAGA: Procedura PEST wykorzystuje bezpłatnie dostępny program, który określa moc stymulatora dla kolejnych impulsów. Jeden z programów PEST można znaleźć pod adresem: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
  4. Po zidentyfikowaniu hotspotu i progu ruchowego mięśnia docelowego rozpocznij ocenę CMR. Ustaw natężenie stymulatora na 120% wyznaczonego progu ruchowego.
    1. Inicjuj nową próbę w oprogramowaniu do zbierania danych, klikając zakładkę Start i wybierając próbę MEP. Umieść cewkę na hoctspocie mięśnia i podaj 10-20 stymulacji pojedynczym impulsem.
    2. Zachowaj odstęp 5-10 s między każdą stymulacją. Zarejestruj wywołane odpowiedzi sEMG do późniejszej analizy offline. Pozwól uczestnikowi odpoczywać ad libitum i zapewnij wystarczający czas między procedurami testowymi, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia zmęczenia u uczestnika, co mogłoby wpłynąć na wyniki.
    3. Po zarejestrowaniu MEP kliknij zakładkę Stop, aby zakończyć próbę.
      ​UWAGA: Badacz obsługujący cewkę TMS powinien upewnić się, że uczestnicy mają równomierny rozkład ciężaru ciała na obu nogach bezpośrednio przed podaniem każdego impulsu TMS. Jeśli badacz uzna, że stymulacja została podana w momencie, gdy ciężar ciała uczestnika nie był równomiernie rozłożony, należy wykonać dodatkową stymulację i wykluczyć poprzednią próbę z dalszej analizy. Mięśnie zdrowe testuj bezpośrednio po mięśniach niedowładnych. Rysunek 2 przedstawia ustawienie eksperymentalne podczas oceny TMS w pozycji stojącej.

figure-protocol-2
Rysunek 2: Zdjęcie wykonane podczas pomiaru odpowiedzi korowo-motorycznej (CMR) w pozycji stojącej. System naprowadzania obrazowego oraz zarejestrowana aktywność sEMG są wyświetlane personelowi badawczemu podczas zbierania danych na monitorach znajdujących się po lewej stronie zdjęcia. Informacja zwrotna w postaci obrazu rozkładu ciężaru ciała była dostępna przed uczestnikami i nieco po ich prawej stronie. Uczestnicy nosili szelki bezpieczeństwa przymocowane 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. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

6. Ocena odpowiedzi korowo-motorycznej w pozycji siedzącej

  1. Po zakończeniu oceny TMS w pozycji stojącej, ponownie zmierz progi motoryczne oraz CMR w pozycji spoczynkowej/siedzącej.
    1. Zastosuj te same 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 pobudzenia (hotspots) zidentyfikowane podczas oceny w pozycji stojącej (sekcja 5.2). Przeprowadź testy neurofizjologiczne w ten sam sposób, jak 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 przeprowadzane są porównania amplitudy MEP w różnych pozycjach posturalnych, może być konieczne zastosowanie podobnej bezwzględnej mocy stymulatora. Zależy to od konkretnego pytania badawczego i powinno zostać określone podczas projektowania badania.

7. Podejście statystyczne

  1. Aby sprawdzić hipotezę, że pozycja stojąca prowadzi do zwiększenia prawdopodobieństwa wywołania mierzalnych odpowiedzi, należy sporządzić tabelę 2x2 i przetestować proporcje za pomocą testu McNemara.21.
  2. Aby porównać poziomy mocy progów motorycznych, należy zastosować test sparowany t– test u uczestników, u których odnotowano mierzalne odpowiedzi w obu pozycjach. Istotność statystyczną określono dla poziomu alfa = 0,05.

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

Wyniki

Jednego uczestnika wykluczono z analizy ze względu na brak możliwości tolerowania procedury TMS w pozycji stojącej z powodu istniejącego wcześniej bólu kolana oraz rany cukrzycowej powstałej przed przybyciem do laboratorium badawczego, co pozostawiło końcową wielkość 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 ni...

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