Artykuł metodologiczny

Konwencjonalne i progowe testy przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do obsługi jedną ręką

6.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/62787

⸱

16 sierpnia 2021

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Clinical Neurophysiology, Aarhus University Hospital, 2Central Clinical School, Faculty of Medicine and Health, University of Sydney, 3Department of Neurology, Gazi University Faculty of Medicine, 4Department of Neurology, Medical Academy, Lithuanian University of Health Sciences, 5Department of Clinical Neurophysiology, National Hospital for Neurology and Neurosurgery; Department of Clinical and Movement Neurosciences, UCL Queen Square Institute of Neurology, 6Department of Neuromuscular Diseases, UCL Queen Square Institute of Neurology

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy zestaw standardowych protokołów rejestracji przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) z pojedynczym i parowanym impulsem, z opcjami konwencjonalnych pomiarów amplitudy i śledzenia progów. Program ten może sterować trzema różnymi typami stymulatorów magnetycznych i został zaprojektowany tak, aby umożliwić wygodne wykonywanie wszystkich testów przez jednego operatora.

Streszczenie

Większość parametrów jednopulsowej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) (np. próg motoryczny, funkcja bodziec-reakcja, korowy okres ciszy) jest używana do badania pobudliwości korowo-rdzeniowej. Paradygmaty TMS z parami impulsów (np. krótko- i długo- interwałowe hamowanie dokorowe (SICI/LICI), krótko- i długookresowe hamowanie dokorowe (SICF) oraz krótko- i długolatywne hamowanie aferentne (SAI/LAI)) dostarczają informacji o wewnątrzkorowych sieciach hamujących i ułatwiających. Od dawna odbywa się to za pomocą konwencjonalnej metody TMS pomiaru zmian wielkości potencjałów wywołanych silnikiem (MEP) w odpowiedzi na bodźce o stałym natężeniu. Niedawno wprowadzono alternatywne podejście do śledzenia progów, w którym śledzona jest intensywność bodźca dla docelowej amplitudy. Przydatność diagnostyczna SICI śledzącego próg w stwardnieniu zanikowym bocznym (ALS) została wykazana we wcześniejszych badaniach. Jednak TMS ze śledzeniem progów był używany tylko w kilku ośrodkach, częściowo z powodu braku łatwo dostępnego oprogramowania, ale być może także z powodu niepewności co do jego związku z konwencjonalnymi pomiarami TMS z pojedynczym i sparowanym impulsem.

Zestaw półautomatycznych programów sterowanych przez menu został opracowany w celu ułatwienia szerszego zastosowania technik TMS śledzenia progów i umożliwienia bezpośrednich porównań z konwencjonalnymi pomiarami amplitudy. Zostały one zaprojektowane do sterowania trzema typami stymulatorów magnetycznych i umożliwiają rejestrowanie przez jednego operatora popularnych protokołów TMS z pojedynczym i sparowanym impulsem.

Ten artykuł pokazuje, jak rejestrować wiele protokołów TMS z pojedynczym i sparowanym impulsem na zdrowych osobach i analizować te zapisy. Te protokoły TMS są szybkie i łatwe do wykonania i mogą dostarczyć użytecznych biomarkerów w różnych zaburzeniach neurologicznych, szczególnie w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak ALS.

Wprowadzenie

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) kory ruchowej to nieinwazyjna metoda badania fizjologii kory mózgowej i patofizjologii wielu schorzeń neurologicznych, w tym chorób neurodegeneracyjnych1. Pierwotna kora ruchowa jest stymulowana za pomocą ponadprogowych impulsów TMS w celu wytworzenia odpowiedzi motorycznej w mięśniu docelowym. Odpowiedź ta nazywana jest potencjałem wywołanym silnikiem (MEP). TMS służy jako użyteczne narzędzie, które przesłuchuje korowe i potencjalnie podkorowe sieci motoryczne2. Jednoimpulsowy TMS może oceniać reaktywność korową, spoczynkowy próg motoryczny (RMT), amplitudę MEP i korowy okres ciszy (CSP)2. Hamowanie kory mózgowej można badać za pomocą TMS z parowanym impulsem w odstępach międzybodźcowych (ISI) 2-3 ms (SICI) lub ~100 ms (LICI)3,4,5.

SICI jest mediowany przez kwas gamma-aminomasłowy (GABA)A, a LICI przez receptory GABAB, jak wskazuje ich farmakologia4,5. Obwody leżące u podstaw SICF są częściowo mediowane przez receptory kwasu glutaminergicznego N-metylo-D-asparaginowego (NMDA)6,7. Amplituda MEP jest zmniejszona, jeśli TMS jest poprzedzony elektryczną stymulacją obwodowego nerwu czuciowego. Efekt ten nazywa się hamowaniem aferentnym i jest znany jako SAI, gdy ISI wynosi ~20-25 ms i LAI przy dłuższych ISI 200-1000 ms między elektryczną stymulacją nerwu obwodowego a pojedynczym impulsem TMS8,9,10. SAI jest modulowany przez aktywność cholinergiczną11; jednak LAI jest znacznie słabo zbadany, a obwody neuronalne leżące u podstaw tego zjawiska są niejasne 10.

Amplitudy MEP są zmienne, a oszacowania punktów końcowych w konwencjonalnych metodach TMS (cTMS) zwykle używają średnich arytmetycznych od 10 do 20 odpowiedzi wywołanych ze stałą intensywnością bodźca. Alternatywnym podejściem jest TMS ze śledzeniem progów, po raz pierwszy opisany ponad 20 lat temu12,13. W tym przypadku intensywność kolejnych bodźców jest zmieniana w celu uzyskania ustalonej odpowiedzi o docelowej amplitudzie. Zarówno techniki konwencjonalne, jak i śledzenie progów mogą być stosowane w przypadku różnych ISI. W pierwszej wersji tego podejścia zastosowanej do SICI, a mianowicie w "seryjnym" śledzeniu progów (T-SICIs), zastosowano metodę śledzenia podobną do tej stosowanej w testach pobudliwości nerwowej: "próg" był najpierw szacowany na jednym interwale międzybodźcowym (ISI), a następnie śledzony szeregowo w kolejnych ISI. Metoda ta była szeroko stosowana przez jedną grupę i zalecana jako potencjalny biomarker ALS ze względu na jej wysoką użyteczność diagnostyczną14,15,16,17. Jednak ich odkrycia nie zostały jeszcze potwierdzone przez żadną inną grupę badawczą14,15,16,17.

Podejście szeregowe jest skuteczne, gdy progi referencyjne są stabilne, jak w nerwach obwodowych. Jednakże, gdy progi ulegają dużym wahaniom, jak ma to miejsce w przypadku pobudliwości korowo-rdzeniowej, stwierdzono, że śledzenie szeregowe ma tę wadę, że poważnie zniekształca zależność ISI SICI18. W związku z tym alternatywny "równoległy" paradygmat śledzenia progów może być bardziej odpowiedni dla SICI (T-SICIp)18,19 i innych sparowanych protokołów impulsowych, w których progi są szacowane niezależnie, równolegle, dla różnych ISI.

Pomimo swoich obietnic, istniejące metody TMS nie zostały jeszcze zaakceptowane w klinikach jako wiarygodne testy diagnostyczne lub biomarkery w badaniach klinicznych. Może to wynikać z kilku ograniczeń istniejących metod TMS, takich jak czasochłonność, zapotrzebowanie na obsługę ręczną i słaba odtwarzalność. Aby pomóc w przezwyciężeniu tych ograniczeń, w niniejszym artykule opisano zestaw niedawno opracowanych zautomatyzowanych, szybkich, jedno- i sparowanych protokołów TMS impulsowych, zaprojektowanych do obsługi jedną ręką i umożliwiających porównanie konwencjonalnych i szeregowych oraz równoległych podejść do śledzenia progów.

Sprzęt używany tutaj obejmuje maszynę TMS, izolowany liniowy bipolarny stymulator prądu stałego, eliminator szumów do usuwania zakłóceń elektrycznych 50-60 Hz, wzmacniacz elektromiograficzny i system akwizycji danych. Oprogramowanie jest na tyle wszechstronne, że może współpracować z innymi wzmacniaczami, stymulatorami i warunkami nagrywania.

Protokół

UWAGA: Wszyscy badani muszą wyrazić pisemną zgodę przed egzaminem, a protokół musi zostać zatwierdzony przez odpowiednią lokalną komisję etyczną (komisje) ds. etycznego przeglądu. Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Regionalny Komitet Etyki Naukowej i Duńską Agencję Ochrony Danych.

Metoda TMS składa się z trzech etapów: 1) przygotowania tematu, 2) nagrania TMS i 3) analizy wyników.

1. Przygotowanie tematu

  1. Oceń historię medyczną pacjentów i zapytaj, czy pacjent ma epilepsję, rozrusznik serca lub jakiekolwiek metalowe urządzenia/implanty w ciele, a w przypadku kobiet, czy jest w ciąży.
  2. Zapoznaj się ze szczegółowymi informacjami na temat egzaminów i poproś o wyrażenie pisemnej zgody.
    1. Poinformuj badanego o zastosowaniu stymulacji magnetycznej na skórę głowy oraz o tym, że każde badanie trwa około 10 minut.
    2. Wyjaśnij, że stymulacja będzie słyszana jako dźwięk kliknięcia i ma na celu wywołanie drgań mięśni oraz że niektóre bodźce mogą być nieco nieprzyjemne.
    3. Wyjaśnij, że stymulację można wyłączyć w dowolnym momencie, jeśli zostanie to zasygnalizowane przez badanego.
  3. Poproś osobę badaną, aby założyła czepek pływacki.
  4. Oczyść rękę badanego po przeciwnej stronie do badanej półkuli.
  5. Umieść aktywną elektrodę rejestrującą na pierwszym grzbiecie mięśnia międzykostnego (FDI), a elektrodę odniesienia na 2. stawie śródręczno-paliczkowym.
  6. Umieść elektrodę uziemiającą na grzbiecie dłoni.
  7. Podłącz elektrody nagrywające i uziemiające do amplifier.
  8. Poinstruuj pacjenta, aby pozostał czujny, ale zrelaksowany podczas badania.

2. Zapis TMS

UWAGA: Poniższy opis odnosi się do konkretnego używanego oprogramowania i narzędzi (patrz Tabela Materiałów); będą one musiały być dostosowane do innego sprzętu.

  1. Włącz urządzenie TMS.
  2. Uruchom półautomatyczne oprogramowanie do nagrywania przy użyciu protokołu dla nagrań TMS.
  3. Wybierz opcje wzmocnienia i bramkowania z menu (Tabela 1). Kliknij OK, aby kontynuować.
  4. Wybierz dostawcę CSP protokołu z głównych opcji.
  5. Umieść cewkę w odległości około 4 cm w lewo od linii binusznej od wierzchołka, z uchwytem skierowanym pod kątem 45° do płaszczyzny przystrzałkowej w celu indukcji prądu tylno-przedniego.
  6. Zwiększ intensywność bodźca ręcznie, klikając Wstaw, aż do uzyskania MEP.
  7. Przesuń nieznacznie położenie cewki, jednocześnie monitorując MEP, aby znaleźć punkt zapalny.
  8. Narysuj kontur cewki na czepku pływackim po zlokalizowaniu hotspotu, aby umożliwić stałe pozycjonowanie cewki.
  9. Kliknij OK, aby zainicjować protokół automatycznej stymulacji.
    UWAGA: Zapis jest kontynuowany automatycznie, począwszy od określenia RMT przy 200 μV.
  10. Poinstruuj pacjenta, aby utrzymywał wygodną aktywację mięśnia FDI, aby zmierzyć próg aktywnej motoryki (AMT) dla odpowiedzi 200 μV.
  11. Kliknij OK, aby zmierzyć okresy ciszy z przerwą lub bez przerwy między 3 grupami po 10 cykli bodźców w górę i w dół.
    UWAGA: Dla każdej grupy 10 bodźców zwiększa się od 0,8 do 1,6 × RMT200, w odstępach 0,2, a następnie powtarza się w odwrotnej kolejności.
  12. Powiedz obiektowi, aby zrelaksował się po ostatnim bodźcu i kliknij OK, aby powrócić do menu głównego.
  13. Wybierz protokół SICI z głównych opcji.
  14. Wybierz planowane ISI do zbadania z menu opcje SICI ISI oraz liczbę bodźców przy każdym ISI z menu Liczba bodźców na ISI, jeśli nie są używane wartości domyślne.
  15. Wybierz ASICI z menu.
    UWAGA: Zapis jest kontynuowany automatycznie, rozpoczynając się od wyznaczenia RMT przy 200 μV, a następnie przy 1000 μV. Zapis SICI rozpoczyna się automatycznie po wyznaczeniu RMT i trwa przez około 10 minut. Bodziec testowy jest ustalony na RMT1000, a bodźce kondycjonujące na 70% RMT200. Następujące ISI są wybierane w kolejności pseudolosowej: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 i 7 ms. Bodźce testowe są podawane po każdych trzech sparowanych bodźcach. W ten sposób każdy sparowany bodziec jest dostarczany 10 razy, co daje w sumie 120 bodźców.
  16. Upewnij się, że pozycja cewki jest stabilna, obserwując kontur na czepku pływackim, MEP na ekranie i skurcze mięśni podczas nagrywania.
  17. Gdy ekran automatycznie powróci do opcji menu głównego po zakończeniu protokołu, wybierz TSICIp z menu.
    UWAGA: Zapis jest kontynuowany automatycznie, rozpoczynając się od określenia RMT przy 200 μV, a następnie zapisu SICI przez około 10 minut. RMT200 jest śledzony w sposób ciągły poprzez zmniejszanie bodźca o 1% maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora (MSO), jeśli odpowiedź jest większa niż 250 μV i zwiększanie go o 1%, jeśli odpowiedź jest mniejsza niż 160 μV. Bodźce testowane przeplatają się z bodźcami sparowanymi, a sparowane bodźce są dostarczane za pomocą pseudorandomizowanych ISI: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 i 7 ms. W ten sposób dostarczanych jest łącznie 120 bodźców, 10 razy dla każdego z 9 sparowanych bodźców i bodźców testowych po każdych trzech sparowanych bodźcach.
  18. Po tym, jak ekran automatycznie powróci do opcji menu głównego po zakończeniu protokołu, kliknij Zakończ, chyba że zostanie uruchomiony inny protokół.
  19. Zakończ nagrywanie, klikając przycisk Zamknij plik i zapisz dane.

3. Analizy TMS

  1. Uruchom oprogramowanie do analizy, aby przeprowadzić analizy w trybie offline.
  2. Wybierz nagranie, które będzie analizowane i kliknij przycisk OK.
  3. Wybierz opcję Utwórz plik TMS MEM z menu TMS dla analizy.
  4. Kliknij OK, aby zapisać plik MEM.
  5. Kliknij opcję Plot TMS MEM/MEF w menu TMS, aby porównać zapis indywidualnego pacjenta z grupą zdrowych osób z grupy kontrolnych.
  6. Kliknij 1. opcję w menu nazwy pliku MEF. Następnie z listy plików MEF należy kliknąć na plik MEF, z którym zostanie dokonane porównanie.
  7. Kliknij 1st opcję w menu nazwy pliku MEM. Następnie kliknij plik MEM, z którym zostanie dokonane porównanie z listy plików MEM.
  8. Nakładaj na siebie pliki MEM i MEF, korzystając z różnych opcji 95% przedziałów ufności, odchyleń standardowych lub błędów standardowych.

Wyniki

Poniższe wyniki uzyskano u jednego zdrowego badanego. RMT dla odpowiedzi szczyt-szczyt o wartości 200 µV (RMT200) lub 1000 µV (RMT1000) wyznaczono zgodnie z zasadą śledzenia „4→2→1” oraz regresją logarytmiczną, jak opisano wcześniej18. Wartość RMT200 wyniosła 52,1% MSO, a RMT1000 wyniosła 59,8% MSO.

Wszystkie opcje TMS z podwójnym impulsem mogą być ustalane w trybach amplitudy, równoległego śledzenia progu oraz szeregowego śledzenia progu. W tym przypadku podsumowane zostaną jedynie tryby amplitudy i równoległego śledzenia progu. Odpowiednio, z Menu można wybrać odstępy międzybodźcowe (ISI), liczbę bodźców dla każdego ISI oraz poziom intensywności bodźców warunkujących. Poniżej opisano jedynie opcje domyślne dla tych parametrów.

Rycina 1 przedstawia układ doświadczalny, w tym stymulację za pomocą cewki w kształcie ósemki, rejestrację za pomocą elektrod powierzchniowych, komputer z zainstalowanym oprogramowaniem, urządzenie TMS, eliminator szumów do usuwania zakłóceń elektrycznych o częstotliwości 50-60 Hz, izolowany liniowy dwubiegunowy stymulator prądu stałego, wzmacniacz do elektromiografii oraz system akwizycji danych.

Rysunek 2 wykazuje SICI jako A-SICI (Rycina 2A) i równoległy T-SICI (Rysunek 2B) zgodnie z opisem w sekcji protokołu. Rysunek 3 wykazuje LICI jako A-LICI (Rysunek 3A) oraz równoległe T-LICI (Rycina 3B). W przypadku A-LICI, po zlokalizowaniu punktu zapalnego (hotspot), program wyznacza RMT1000 i ustawia zarówno bodźce testowe, jak i kondycjonujące na tę amplitudę. Bodźce testowe podawane pojedynczo są dostarczane co 4th bodziec, a bodźce warunkujące i testowe są podawane pseudolosowo w odstępach czasowych wynoszących odpowiednio 50, 100, 150, 200, 250 i 300 ms. Dla każdego ISI podawanych jest dziesięć bodźców. Podobnie w przypadku T-LICI podawanych jest 10 par impulsów w tych samych sześciu przedziałach ISI co dla A-LICI (od 50 do 300 ms), a progi RMT200 są monitorowane, podczas gdy bodziec warunkujący jest ustawiony na 120% monitorowanego RMT200.

Rysunek 4 wykazuje SICF jako A-SICF (Rycina 4A) oraz równoległego T-SICF (Rycina 4B). W przypadku A-SICF, po zlokalizowaniu punktu zapalnego (hotspot), program określa wartości RMT50 oraz RMT1000. Bodźce testowe ustawiane są na poziomie RMT1000, a bodźce warunkujące na 90% RMT50. Zakres interwałów międzybodźczych (ISI) wynosi od 1 do 4,9 ms z krokiem 0,3 ms. Bodźce testowe podawane samodzielnie są dostarczane co 4th lub 5th bodziec, a 14 bodźców warunkujących i testowych podawanych jest w kolejności pseudolosowej. Podobnie jak w przypadku A-SICF, T-SICF pomiarze się dla 14 wartości ISI od 1 do 4,9 ms, a próg monitoruje się przy użyciu 10 par impulsów dla każdego ISI.

Rycina 5 przedstawia SAI w formie A-SAI (Rycina 5A) oraz T-SAI równoległego (Rycina 5B). Protokoły SAI polegają na stymulacji aferentów somatosensorycznych w nerwie i rejestracji efektów wpływających na MEP wywołany około 20 ms później. Ta latencja MEP („N20”) jest istotna dla czasu podawania bodźców. Program prosi użytkownika o wybranie latencji z zakresu (16-23 ms) lub określenie jej, jeśli znajduje się ona poza tym zakresem. W celu wyznaczenia latencji N20 można przeprowadzić konwencjonalne badanie potencjałów wywołanych somatosensorycznych lub zastosować laboratoryjne wartości kontrolne skorygowane o wiek i wzrost.

W przypadku A-SAI w pierwszej kolejności wyznacza się natężenie impulsu elektrycznego dla złożonego potencjału czynnościowego mięśnia o wartości 1 mV (EMT1000). Następnie odnajduje się punkt zapalny (hotspot) dla stymulacji magnetycznej i wyznacza RMT1000. Program łączy następnie bodźce magnetyczne i elektryczne z interwałami międzybodźcowymi (ISI) od N20-2 do N20+12 ms. Bodźce testowe podawane są pojedynczo jako co 4ty bodziec, natomiast bodźce warunkujące wraz z testowymi są podawane w kolejności pseudolosowej. Dla T-SAI, podobnie jak w A-SAI, najpierw wyznacza się EMT1000. Następnie przełącza się na stymulację magnetyczną i w rutynowy sposób wyznacza hotspot. Program określa następnie RMT200 w sposób analogiczny do pozostałych protokołów śledzenia. Dalej program przechodzi bezpośrednio do śledzenia SAI, zwiększając ISI między bodźcem elektrycznym a magnetycznym bodźcem testowym w krokach co 1 ms, w zakresie od N20-2 do N20+12 ms.

Rysunek 6 przedstawia LAI jako A-LAI (Rysunek 6A) oraz T-LAI równoległe (Rysunek 6B). Protokoły LAI służące do rejestracji długookresowego hamowania aferentnego są takie same jak w przypadku SAI, z wyjątkiem tego, że ze względu na znacznie dłuższe odstępy (od 200 do 1000 ms, w krokach co 100 ms), pomija się interwał N20 i nie musi być on wprowadzany.

Układ eksperymentu TMS; obejmuje stymulator magnetyczny przezczaszkowy, akwizycję danych i stymulację.
Rysunek 1: Układ doświadczalny. Układ obejmuje stymulację za pomocą cewki w kształcie ósemki, rejestrację za pomocą elektrod powierzchniowych, komputer z zainstalowanym oprogramowaniem, urządzenie do TMS, eliminator szumów w celu usunięcia zakłóceń elektrycznych o częstotliwości 50-60 Hz, izolowany liniowy bipolarny stymulator prądu stałego, wzmacniacz elektromiograficzny oraz system akwizycji danych. Skrót: TMS = przezczaszkowa stymulacja magnetyczna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wpływ odstępu międzybodźcowego na MEP i próg; wykresy liniowe przedstawiające wyniki neurofizjologiczne.
Rysunek 2: A-SICI i T-SICI przedstawione jako funkcja odstępów międzybodźcowych od 1 ms do 7 ms. (A) A-SICI przedstawione jako amplituda odpowiedzi warunkowanej jako procent wartości kontrolnej. (B) T-SICI przedstawione jako zmiany progu (hamowanie jako procent wartości kontrolnej). Skróty: A-SICI = amplituda krótkodystansowego wewnątrzkorowego hamowania; T-SICI = zmiany progu w krótkodystansowym wewnątrzkorowym hamowaniu; MEP = potencjał wywołany ruchowy; RMT = spoczynkowy próg motoryczny. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Wykresy zależności interwałów międzybodźcowych od MEP i progu w analizie odpowiedzi neuronalnej, wykresy liniowe.
Rysunek 3: A-LICI i T-LICI przedstawione jako funkcja interwałów międzybodźcowych od 1 ms do 300 ms. (A) A-LICI przedstawione jako amplituda odpowiedzi warunkowanej jako procent wartości kontrolnej. (B) T-LICI przedstawione jako zmiany progu (hamowanie jako procent wartości kontrolnej). Skróty: A-SICI = amplituda krótkookresowego wewnątrzkorowego hamowania; T-SICI = zmiany progu w krótkookresowym wewnątrzkorowym hamowaniu; MEP = potencjał wywołany ruchowy; RMT = spoczynkowy próg motoryczny. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Wyniki przezczaszkowej stymulacji magnetycznej; wykresy MEP i progu w funkcji odstępu międzybodźcowego.
Rycina 4: A-SICF i T-SICF przedstawione jako funkcja odstępów międzybodźcowych od 1 ms do 4,9 ms. (A) A-SICF przedstawione jako amplituda odpowiedzi warunkowanej wyrażona w procentach względem kontroli. (B) T-SICF przedstawione jako zmiany progu (hamowanie jako procent wartości kontrolnej). Skróty: A-SICF = amplituda krótkookresowego wewnątrzkorowego ułatwienia; T-SICF = zmiany progu w krótkookresowym wewnątrzkorowym ułatwieniu; MEP = potencjał wywołany ruchowy; RMT = spoczynkowy próg motoryczny. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wykres progu MEP; wpływ odstępu międzybodźcowego na kontrolę motoryczną, dwa porównawcze wykresy liniowe.
Rycina 5: A-SAI oraz T-SAI przedstawione jako funkcja odstępów międzybodźcowych od 20 ms do 35 ms. (A) A-SAI przedstawione jako amplituda odpowiedzi warunkowanej jako procent wartości kontrolnej. (B) T-SAI przedstawione jako zmiany progu (hamowanie jako procent wartości kontrolnej). Skróty: A-SAI = amplituda krótkolatencyjnego hamowania aferentnego; T-SAI = zmiany progu w krótkolatencyjnym hamowaniu aferentnym; MEP = potencjał wywołany ruchowy; RMT = spoczynkowy próg motoryczny. Aby wyświetlić większą wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Wykres MEP i progu w funkcji odstępu międzybodźcowego; analiza danych dotyczących efektów neuromodulacji.
Rysunek 6: A-LAI i T-LAI przedstawione w funkcji odstępów międzybodźcowych od 200 ms do 1000 ms. (A) A-LAI przedstawione jako amplituda odpowiedzi warunkowanej jako procent wartości kontrolnej. (B) T-LAI przedstawione jako zmiany progu (hamowanie jako procent wartości kontrolnej). Skróty: A-LAI = amplituda długotrwałego hamowania aferentnego; T-LAI = zmiany progu w długotrwałym hamowaniu aferentnym; MEP = potencjał wywołany ruchowo; RMT = spoczynkowy próg motoryczny. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Tabela 1: Dostępne protokoły TMS w oprogramowaniu. Skróty: TMS = przezczaszkowa stymulacja magnetyczna; SICI = krótkookresowe wewnątrzkorowe hamowanie; SICF = krótkookresowe wewnątrzkorowe ułatwianie; LICI = długookresowe wewnątrzkorowe hamowanie; SAI = hamowanie aferentne o krótkim opóźnieniu; LAI = hamowanie aferentne o długim opóźnieniu; µV = mikrowolt. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Dyskusja

Pomiar TMS, jak zaprogramowano w oprogramowaniu rejestrującym, jest procedurą wysoce zautomatyzowaną. Wymagana jest jednak szczególna uwaga, aby uzyskać wiarygodne wyniki. Na etapie nagrywania ważne jest, aby zapewnić spójną odpowiedź MEP w punkcie gorącym, a następnie utrzymać cewkę w tej samej pozycji względem czaszki osoby badanej przez cały czas trwania nagrania. Ponieważ czujność ma znaczący wpływ na pobudliwość kory mózgowej20, należy zachować szczególną ostrożność, aby pacjent był zrelaksowany, ale czujny.

Aby utrzymać czujność tematu, należy regularnie zadawać krótkie pytania. Dodatkowo egzaminator powinien mieć oko na skurcze mięśni, aby upewnić się, czy docelowy mięsień jest stymulowany. Ponadto egzaminator powinien monitorować ekran, aby obserwować, czy amplituda MEP lub zmiany progu wskazują na jakiekolwiek przemieszczenie cewki, a także sprawdzić kontur czepka. Jeśli cewka została przemieszczona, użytkownik powinien spróbować wymienić ją na miejsce, korzystając z rysunku. Jeśli to się nie powiedzie, nagrywanie powinno zostać wznowione. Wpływ przemieszczenia cewki jest zminimalizowany w tych protokołach przez pseudolosową kolejność ISI i poprzez podanie bodźca testowego po każdym zestawie trzech sparowanych bodźców. Innym sposobem na śledzenie pozycji cewki TMS w czasie rzeczywistym jest system neuronawigacji. Takie systemy są dostępne na rynku i skuteczne; Jednak wysoki koszt ogranicza ich zastosowanie. Należy pamiętać, że nie ma tutaj żadnych danych dotyczących pacjentów z ALS lub innymi zaburzeniami neurodegeneracyjnymi. U tych pacjentów mogą pojawić się dodatkowe wyzwania, takie jak niskie amplitudy spowodowane utratą obwodowych neuronów ruchowych, spontaniczna aktywność i niepobudliwość.

Wszystkie protokoły w tym badaniu (pojedynczy i sparowany impuls) zostały przeprowadzone z cewką w kształcie ósemki (Magstim, cewka zdalna D70) podłączoną do modułu Bistim2 . Zrobiono to, aby utrzymać porównywalne natężenie pola magnetycznego między protokołami, ponieważ bodziec jest tłumiony podczas przechodzenia przez moduł Bistim. System został ustawiony na tryb niezależnego wyzwalania Bistim, co pozwala na indywidualne zewnętrzne wyzwalanie dwóch jednostek Magstim 2002 . W przypadku protokołów jednoimpulsowych intensywność jednej z jednostek została ustawiona na 0% MSO. Nagrania dokonywane są za pomocą protokołu nagrywania, który jest częścią oprogramowania. W przypadku innych typów stymulatorów magnetycznych wymagana jest tylko jedna jednostka.

Ograniczeniem metody TMS jest zmienność. Wcześniejsze badania wykazały, że zmienność międzyosobnicza jest wyższa niż zmienność śróddzienna lub międzydzienna u tego samego osobnika19,21. Należy zwrócić uwagę na standaryzację metody i wyeliminowanie ewentualnych błędów technicznych, które mogą mieć wpływ na niezawodność. TMS nie może być stosowany w niektórych stanach, takich jak pacjenci z rozrusznikiem serca lub padaczką. Należy przestrzegać międzynarodowych zasad bezpieczeństwa22. Dodatkowo można spodziewać się lekkiego dyskomfortu, szczególnie jeśli używana jest cewkaokrągła 23. Jednak dyskomfort jest często minimalny i nie musi powodować przerwania badania.

Metody opisane w tym manuskrypcie są zautomatyzowane zarówno w odniesieniu do nagrań, jak i analiz w porównaniu z istniejącymi metodami. Dzięki temu nagrania mogą być wykonywane przez jednego operatora, a operator nie musi ingerować w nic poza utrzymywaniem cewki w tym samym miejscu. Każdy protokół został zaprojektowany tak, aby zajmował ~10 minut, co umożliwia uruchomienie kilku protokołów w ciągu godziny, czyli czasu, który prawdopodobnie zajmie jednemu protokołowi przy istniejących metodach ręcznych. W tym badaniu bodźce magnetyczne są dostarczane co 4 s; Jednak inne urządzenia magnetyczne umożliwiają szybszą stymulację, co pozwala na skrócenie czasu nagrywania dla każdego protokołu do mniej niż 5 minut. Opisane tutaj oprogramowanie pozwala również na wybór różnych ISI, liczby bodźców dla każdego ISI oraz poziomu bodźca warunkowającego. Dużym postępem w opisanej tutaj metodzie jest funkcja bramkowania, która automatycznie usuwa ślady, gdy obiekt nie jest zrelaksowany.

Podsumowując, opisane tutaj metody mogą dostarczyć bezcennych informacji do zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw kilku zaburzeń mózgu, w szczególności zaburzeń neurodegeneracyjnych, takich jak ALS, i mogą mieć wartość diagnostyczną. Konieczne są dalsze badania dla różnych populacji pacjentów i większych grup, aby określić wartość diagnostyczną konwencjonalnych i śledzących progi pomiarów TMS oraz czy miary te mogą być rzeczywiście stosowane jako biomarkery zaburzeń neurodegeneracyjnych. Uzasadnione są również badania rejestrujące TMS w różnych mięśniach oraz zarówno kończynach górnych, jak i dolnych.

Oświadczenia

HB i JH otrzymują tantiemy od UCL za sprzedaż oprogramowania Qtrac użytego w tym badaniu. Pozostali autorzy nie mają potencjalnych konfliktów interesów.

Podziękowania

To badanie było wspierane finansowo głównie przez dwa granty z Fundacji Lundbeck (numer grantu R290-2018-751) i Niezależnego Funduszu Badawczego Danii (numer grantu: 9039-00272B).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Eliminator szumów 50 HzDigitimer LtdHumbug
Przetwornik analogowo-cyfrowyNational InstrumentsNI-6221
Program nagrywającyDigitimer Ltd (prawa autorskie University College London)QtracS.EXE
Protokół nagrywania TMSDigitimer Ltd (copyright QTMS Science)Protokół
nagrywania QTMSG-12Jednorazowe elektrody powierzchnioweAMBUAmbu® Cewka BlueSensor NF
Figure-of-8Magstim Co. Ltd, Whiteland, Walia, Wielka BrytaniaMagstim® D70 Remote Coil
Izolowany wzmacniacz EMGDigitimer LtdD440
Izolowany liniowy bipolarny stymulator prądu stałegoDigitimer LtdDS5
Urządzenie TMSMagstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, Wielka BrytaniaStymulatory Magstim® 2002 (wymagane są 2 jednostki MagStim )
Program do analizy i kreśleniaDigitimer Ltd (copyright University College London)QtracP.EXE

Bibliografia

  1. Rawji, V., Latorre, A., Sharma, N., Rothwell, J. C., Rocch, L. On the use of TMS to investigate the pathophysiology of neurodegenerative diseases. Frontiers in Neurology. 11, 584664(2020).
  2. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  3. Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. Journal of Physiology. 496, Pt 3 873-881 (1996).
  4. Ziemann, U., Tergau, F., Wischer, S., Hildebrandt, J., Paulus, W. Pharmacological control of facilitatory I-wave interaction in the human motor cortex. A paired transcranial magnetic stimulation study. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 109 (4), 321-330 (1998).
  5. Premoli, I., et al. Short-interval and long-interval intracortical inhibition of TMS-evoked EEG potentials. Brain Stimulation. 11 (4), 818-827 (2018).
  6. Ilic, T. V., et al. Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity. Journal of Physiology. 545 (1), 153-167 (2002).
  7. Peurala, S. H., Muller-Dahlhaus, J. F., Arai, N., Ziemann, U. Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF). Clinical Neurophysiolology. 119 (10), 2291-2297 (2008).
  8. Tokimura, H., et al. Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand. Journal of Physiology. 523, Pt 2 503-513 (2000).
  9. Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation. Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).
  10. Turco, C. V., et al. long-latency afferent inhibition; uses, mechanisms and influencing factors. Brain Stimululation. 11 (1), 59-74 (2018).
  11. Di Lazzaro, V., et al. Effects of lorazepam on short latency afferent inhibition and short latency intracortical inhibition in humans. Journal of Physiolology. 564, Pt 2 661-668 (2005).
  12. Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., Bostock, H. Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking. Experimental Brain Research. 143 (2), 240-248 (2002).
  13. Awiszus, F., Feistner, H., Urbach, D., Bostock, H. Characterisation of paired-pulse transcranial magnetic stimulation conditions yielding intracortical inhibition or I-wave facilitation using a threshold-hunting paradigm. Experimental Brain Research. 129 (2), 317-324 (1999).
  14. Vucic, S., Kiernan, M. C. Novel threshold tracking techniques suggest that cortical hyperexcitability is an early feature of motor neuron disease. Brain. 129, Pt 9 2436-2446 (2006).
  15. Vucic, S., et al. Utility of threshold tracking transcranial magnetic stimulation in ALS. Clinical Neurophysiolology Practice. 3, 164-172 (2018).
  16. Vucic, S., Kiernan, M. C. Axonal excitability properties in amyotrophic lateral sclerosis. Clinical Neurophysiolology. 117 (7), 1458-1466 (2006).
  17. Vucic, S., Howells, J., Trevillion, L., Kiernan, M. C. Assessment of cortical excitability using threshold tracking techniques. Muscle Nerve. 33 (4), 477-486 (2006).
  18. Tankisi, H., et al. Short-interval intracortical inhibition as a function of inter-stimulus interval: Three methods compared. Brain Stimululation. 14 (1), 22-32 (2021).
  19. Samusyte, G., Bostock, H., Rothwell, J., Koltzenburg, M. Short-interval intracortical inhibition: Comparison between conventional and threshold-tracking techniques. Brain Stimululation. 11 (4), 806-817 (2018).
  20. Noreika, V., et al. Alertness fluctuations when performing a task modulate cortical evoked responses to transcranial magnetic stimulation. Neuroimage. 223, 117305(2020).
  21. Boroojerdi, B., Kopylev, L., Battaglia, F., et al. Reproducibility of intracortical inhibition and facilitation using the paired-pulse paradigm. Nerve. 23 (10), 1594-1597 (2000).
  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 Neurophysiolology. 132 (1), 269-306 (2021).
  23. Ørskov, S., et al. Comparison of figure-of-8 and circular coils for threshold tracking transcranial magnetic stimulation measurements. Neurophysiologie Clinique. 51 (2), 153-160 (2021).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

TMS z śledzeniem progupotencjały wywołane ruchowopobudliwość korowo-rdzeniowaTMS z podwójnym impulsemTMS z pojedynczym impulsemkorowy okres ciszyhamowanie wewnątrzkorowestwardnienie zanikowe bocznestymulator magnetyczny
Konwencjonalne i progowe testy przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do obsługi jedną ręką
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.