Name: Wykorzystanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-01-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 19 s
Description: Poznaj przezczaszkową stymulację magnetyczną do badania pobudliwości kory mózgowej w mięśniach kończyn górnych i odcinka lędźwiowego. Ta metoda pozwala ocenić dynamikę wewnątrzkorową u ludzi.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Praca ta została częściowo sfinansowana z grantu przyznanego BC Clark przez Osteopathic Heritage Foundations. Chcielibyśmy złożyć szczególne podziękowania Marissie McGinley za pomoc w przygotowaniu wielu grafik do rycin.

1. Pojedyncza i podwójna stymulacja TMS mięśni FCR i ES
<ol>
	<li>Podstawowe środki ostrożności: Przed przeprowadzeniem TMS u człowieka konieczne jest uprzednie przeprowadzenie przesiewowej oceny bezpieczeństwa pod kątem narażenia na pole magnetyczne. W naszym laboratorium stosujemy wytyczne przesiewowe opracowane przez Institute for Magnetic Resonance Safety, Education and Research. 10W naszym laboratorium rutynowo wykluczamy również osoby z rodzinną historią napadów padaczkowych. Wymagamy także, aby osoby poddawane TMS mięśni ES nosiły zatyczki do uszu oraz ochraniacz na zęby ze względu na mniej ogniskowy charakter i większe natężenie stymulacji.</li>
	<li>Rejestracje elektryczne: Aby zbadać odpowiedzi na TMS w układzie ruchowym, konieczne jest rejestrowanie sygnałów elektromiograficznych (EMG) z mięśni szkieletowych. W przypadku mięśnia FCR umieszczamy elektrody powierzchniowe na przedramieniu, stosując bipolarny układ elektrod rozmieszczonych podłużnie nad mięśniem na ogolonej i zeskórnowanej skórze, zgodnie z naszym wcześniejszym opisem. 7,11W przypadku mięśni prostowników grzbietu stosujemy podobny układ elektrod, rozmieszczony podłużnie nad mięśniami na poziomie kręgów L3-L5 na ogolonej i zeskrobanej skórze. 8.</li>
	<li>Orientacja cewki TMS: Aby w sposób przeważający aktywować neurony korowo-rdzeniowe transsynaptycznie, konieczne jest odpowiednie ustawienie cewki TMS. 12W przypadku mięśni FCR cewkę TMS w kształcie ósemki o rozmiarze 70 mm umieszczamy stycznie do skóry głowy, pod kątem 45 stopni względem linii środkowej, tak aby indukowany prąd płynął w kierunku boczno-tylnym do przyśrodkowo-przedniego. W przypadku mięśni ES stosujemy cewkę dwustożkową, która charakteryzuje się większą głębokością penetracji, co jest konieczne ze względu na głębsze położenie reprezentacji tych mięśni w homunkulusie. W tym przypadku cewka jest ustawiona tak, aby prąd płynął w kierunku przednio-tylnym. Nasza cewka została zmodyfikowana poprzez dodanie autorskiego systemu mocowania laserowego, który ułatwia późniejsze ponowne pozycjonowanie cewki dwustożkowej.</li>
	<li>Identyfikacja „hotspotu”Konieczne jest określenie miejsca stymulacji, które wywołuje największy potencjał wywołany ruchowo. W przypadku mięśnia zginacza promieniowego nadgarstka (FCR) wykonujemy to poprzez delikatne przesuwanie cewki TMS w bardzo małych odstępach i ustalenie miejsca, w którym obserwujemy największą amplitudę potencjału wywołanego ruchowo. Po zlokalizowaniu tego miejsca zaznaczamy je niezmywalnym tuszem na skórze głowy lub czepku z lycry. TMS mięśni prostowników grzbietu (ES) jest dla badanych znacznie bardziej niekomfortowy niż TMS mięśni kończyn górnych. W związku z tym usprawniliśmy protokół TMS dla mięśni ES, aby zwiększyć jego tolerancję i wykonalność. W tym przypadku, zamiast lokalizować tzw. „hotspot”, wykorzystujemy pomiary antropometryczne do zidentyfikowania wierzchołka czaszki. Konkretnie, za wierzchołek uznajemy punkt przecięcia płaszczyzny strzałkowej (między nasionem a inionem) i czołowej (pomiędzy tragusami) czaszki.</li>
	<li>Pozycjonowanie biomechaniczne: W naszym laboratorium podczas przeprowadzania TMS mięśni FCR badani siedzą z ramieniem spoczywającym w pozycji wyprostowanej w dynamometrze BioDex System 4 (Rysunek 2). Należy jednak zauważyć, że jest to jedynie przykład jednej z możliwych konfiguracji do pomiaru wywieranych sił. W przypadku mięśni ES badani są proszeni o przyjęcie wyprostowanej pozycji siedzącej z dłońmi spoczywającymi na kolanach (Rysunek 3). Siedzą oni na krześle obrotowym z udem w pozycji 90° w stosunku do tułowia, podudzie w ~45° w stosunku do uda, a kręgosłup lędźwiowy w pozycji neutralnej8.</li>
	<li>Kwantyfikacja progu motorycznegoW przypadku mięśnia zginacza promieniowego nadgarstka (FCR) próg motoryczny (MT) wyznaczamy poprzez podawanie pojedynczych impulsów przy stopniowo zwiększanej intensywności stymulacji, aż do momentu, gdy potencjały wywołane ruchowo osiągną amplitudę od szczytu do szczytu większą niż 50 mikrowoltów w ponad 50% prób (Rycina 4). Aby usprawnić protokół TMS oraz zwiększyć tolerancję i wykonalność badania, nie wyznaczamy progu motorycznego w mięśniach ES z taką samą precyzją, jak w przypadku mięśni kończyny górnej. Zamiast tego rozpoczynamy protokół TMS od podania początkowego pojedynczego impulsu o natężeniu 50% maksymalnej mocy stymulatora, aby ustalić, czy intensywność ta znajduje się powyżej czy poniżej progu motorycznego. Jeśli przy tej intensywności stymulacji zaobserwowany zostanie MEP — zdefiniowany jako możliwy do rozróżnienia MEP w stosunku do poziomu tła EMG — intensywność zostaje zmniejszona do 40% mocy stymulatora, aby określić, czy ta intensywność stymulacji jest pod- czy nadprogowa. 8.</li>
	<li>Ilościowe oznaczanie amplitudy MEP przy użyciu jednopulsowej TMSAby zbadać amplitudę potencjału wywołanego ruchowo (MEP) mięśnia FCR, podajemy pojedynczy impuls TMS w obrębie „hotspotu” z natężeniem równym 130% progu ruchowego, a następnie obliczamy amplitudę od szczytu do szczytu. Zazwyczaj normalizujemy ten wynik do maksymalnego złożonego potencjału czynnościowego włókien mięśniowych, zaobserwowanego po supramaksymalnej stymulacji elektrycznej nerwu pośrodkowego. Należy zauważyć, że wielkość MEP jest silnie zależna od stopnia pobudliwości kory. W związku z tym, gdy impuls TMS jest podawany podczas skurczu tła, kiedy pobudliwość kory jest zwiększona, wielkość MEP gwałtownie wzrasta. W przypadku mięśni ES podajemy pojedynczy impuls TMS w obrębie wierzchołka z natężeniem o 40 lub 50% wyższym od natężenia podprogowego. 8Niestety, ze względu na brak możliwości zastosowania stymulacji elektrycznej nerwów obwodowych unerwiających mięśnie ES, nie jesteśmy w stanie znormalizować tych potencjałów wywołanych ruchowo do złożonego potencjału czynnościowego włókien mięśniowych.</li>
	<li>Kwantyfikacja czasu trwania okresu ciszy z wykorzystaniem jednopulsowej TMSPodanie impulsu TMS do kory podczas skurczu mięśnia wywołuje potencjał wywołany ruchowy, po którym następuje wyciszenie elektryczne przed wznowieniem aktywności; zjawisko to świadczy o hamowaniu korowo-rdzeniowym i jest powszechnie określane jako okres ciszy. 13 (Rysunek 5). Aby określić czas trwania okresu ciszy, podajemy pojedynczy impuls TMS w tzw. „hotspot” z intensywnością równą 130% progu motorycznego, podczas gdy uczestnik badania wykonuje skurcz mięśnia zginacza nadgarstka z siłą wynoszącą 15% jego maksymalnej możliwości. Wcześniej nie określaliśmy ilościowo czasu trwania okresu ciszy w mięśniach ES; należy jednak zauważyć, że anegdotycznie obserwowaliśmy jego występowanie w tej grupie mięśniowej, gdy impuls TMS był podawany podczas skurczu tła.</li>
	<li>Kwantyfikacja ułatwienia wewnątrzkorowego z wykorzystaniem TMS z podwójnym impulsem: Stosujemy TMS z podwójnym impulsem w celu ilościowego określenia ułatwienia wewnątrzkorowego 6,7 (Rycina 6 i 7 przedstawiają ten pomiar odpowiednio dla mięśnia FCR i ES). W przypadku mięśnia FCR najpierw określamy natężenie bodźca niezbędne do wywołania potencjału wywołanego ruchowo o amplitudzie od 0,5 do 1,0 mV. Następnie, 15 ms przed nadprogowym impulsem testowym, podajemy podprogowy impuls warunkujący, który w naszym laboratorium jest zazwyczaj ustawiany na poziomie 70% progu ruchowego. Impuls warunkujący podany w tym odstępie czasu przed impulsem testowym zwiększy, czyli ułatwi, amplitudę potencjału wywołanego ruchowo w stopniu większym niż pojedynczy impuls nieuwarunkowany o tym samym natężeniu. Dla grupy mięśni ES natężenie impulsu warunkującego ustawia się na zaobserwowane natężenie podprogowe (40% lub 50% wyjścia stymulatora), a natężenie impulsu testowego ustawia się na wartość o 40% wyższą od poziomu podprogowego (80% lub 90% wyjścia stymulatora).8Należy zauważyć, że intensywność impulsów warunkujących może być zmieniana w zależności od celu badania. Podobnie odstępy między impulsami mogą się różnić w zależności od mięśnia i jego położenia względem kory.</li>
	<li>Ilościowe określanie krótkiego odstępu wewnątrzkorowej inhibicji z wykorzystaniem TMS z podwójnym impulsem: Stosujemy również TMS z podwójnym impulsem w celu ilościowego określenia krótkookresowej inhibicji wewnątrzkorowej 6,7 (Rysunki 6 i 7 przedstawiają ten pomiar odpowiednio dla mięśni FCR i ES). W tym przypadku dla obu mięśni, FCR i ES, procedury są takie same, jak opisano przy pomiarze ułatwienia wewnątrzkorowego, z wyjątkiem tego, że odstęp międzybodźcowy między dwoma impulsami zostaje skrócony do 3 ms. Ten impuls warunkujący, podany w tym przedziale czasowym przed impulsem testowym, zmniejszy lub zahamuje amplitudę potencjału wywołanego ruchowo w większym stopniu niż pojedynczy impuls niewarunkujący o tej samej intensywności.</li>
	<li>Kwantyfikacja długointerwałowego hamowania wewnątrzkorowego z wykorzystaniem TMS z podwójnym impulsem: Podanie dwóch identycznych nadprogowych impulsów testowych w odstępie 100 milisekund może być również wykorzystane do oceny długointerwałowego hamowania wewnątrzkorowego 6,7W tym przypadku – w odniesieniu do mięśnia FCR – potencjał wywołany motorycznie związany z drugim impulsem będzie mniejszy lub silniej zahamowany niż potencjał związany z pierwszym impulsem (rycina 8). Wcześniej nie ilościowo określaliśmy hamowania wewnątrzkorowego w długich odstępach czasu w mięśniach ES ze względu na obawy dotyczące tolerancji u badanych.</li>
</ol>
2. Reprezentatywne wyniki:
Po podaniu nadprogowego impulsu TMS, stymulowane mięśnie powinny wykazać łatwo obserwowalną odpowiedź EMG (MEP) (przedstawioną na rysunkach 4-8). Latencja między początkiem bodźca a MEP będzie różnić się w zależności od badanych grup mięśniowych, ale dla FCR wynosi ona zazwyczaj 16-19 msec (rysunek 6), a dla ES 17-22 msec (rysunek 7; należy jednak zauważyć, że u niektórych osób początek MEP w mięśniach ES jest trudniejszy do zidentyfikowania wizualnie). Należy odnotować, że podczas badania grupy mięśni ES kilka innych grup mięśniowych jest również widocznie i gwałtownie stymulowanych jednocześnie (w tym mięśnie kończyny dolnej, które są reprezentowane w tym samym ogólnym obszarze homunkulusa). Podczas pomiaru facylitacji wewnątrzkorowej amplituda MEP jest zazwyczaj większa niż ta zaobserwowana przy pojedynczym impulsie nieuwarunkowanym (rysunek 6 i 7). Jednak w naszym doświadczeniu stopień facylitacji różni się między grupami mięśni, a niektóre z nich – takie jak FCR – wykazują u wielu osób jedynie niewielką facylitację. W przypadku pomiaru krótkookresowej i długookresowej inhibicji wewnątrzkorowej zazwyczaj obserwuje się spadek amplitudy MEP w porównaniu z pojedynczym impulsem nieuwarunkowanym o tej samej intensywności (rysunki 6-8).
<img alt="Schemat przezczaszkowej stymulacji magnetycznej: cewka TMS, pole magnetyczne, prąd wirowy dla aktywacji neuronalnej." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Podstawowe mechanizmy TMS. Cewka TMS indukuje pole magnetyczne, które przenika przez skórę głowy i indukuje prąd wirowy w korze ruchowej. Prąd wirowy ten jest następnie w stanie stymulować neurony w mózgu. Rycina przedrukowana z McGinley and Clark, In Press14.
<img alt="Układ do przezczaszkowej stymulacji magnetycznej; EMG i stymulacja elektryczna ramienia; odpowiedź silnika momentu obrotowego." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Układ do przeprowadzania TMS mięśnia FCR. Zauważ rejestrację sygnałów elektromiograficznych (EMG) z przedramienia oraz cewkę TMS umieszczoną nad korą ruchową. Zazwyczaj rejestrujemy również siły mięśniowe i stosujemy elektryczną stymulację nerwów obwodowych w celu uzyskania maksymalnego złożonego potencjału czynnościowego włókien mięśniowych, co jest przydatne w interpretacji wartości amplitudy (np. można wyrazić MEP w stosunku do maksymalnej odpowiedzi mięśniowej, zamiast podawać bezwzględną wartość w mV, która może być w dużym stopniu wpływana przez czynniki niefizjologiczne, takie jak tkanka tłuszczowa podskórna). Rycina przedrukowana z następujących publikacji: Clark et al. 20089, Clark et al., 20106 oraz McGinley et al. 20107.
<img alt="Schemat przezczaszkowej stymulacji magnetycznej; podwójna cewka stożkowa, zestaw z wskaźnikiem laserowym do badań mózgu." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3. Układ do przeprowadzania TMS mięśni prostowników grzbietu. Rycina przedrukowana z Goss et al. 20118.
<img alt="Wykres elektrofizjologiczny, wiele sygnałów MEP przy różnych poziomach stymulacji, porównanie progu spoczynkowego." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Przykład wyznaczania progu motorycznego. Zapisy EMG przedstawiają odpowiedź w postaci potencjału wywołanego motorycznie (MEP) na stopniowo zwiększane natężenia bodźca (wyrażone jako procent wyjściowej mocy stymulatora (SO)). Należy zauważyć, że przy niższych natężeniach (28-30% SO) wywołano bardzo małe MEP (podprogowe), natomiast przy 32% SO wywołano MEP, który osiągnął próg motoryczny (zazwyczaj definiowany jako MEP o amplitudzie p-p &gt; 50 μV).
Rycina powtórzona z opracowania McGinley and Clark, In Press14.
<img alt="Schemat równowagi statycznej; czas rozpoczęcia bodźca, MEP, powrót sygnału EMG; wynik elektrofizjologii." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5. TMS podczas skurczu: potencjał wywołany ruchowy i okres ciszy. Okres ciszy obserwuje się, gdy badany wykonuje lekki skurcz, a do kory ruchowej przyłożony zostaje pojedynczy bodziec. Pierwsza część okresu ciszy wynika z hamowania rdzeniowego, natomiast druga przypisana jest hamowaniu korowemu, a konkretnie receptorom GABAB. Nie istnieje jedna uzgodniona metoda kwantyfikacji czasu trwania okresu ciszy, jednak nasze wyniki wskazują, że najbardziej wiarygodne jest definiowanie go od momentu rozpoczęcia bodźca lub rozpoczęcia MEP do momentu powrotu sygnału elektromiograficznego interferencyjnego z aktywności dobrowolnej15. 
Rysunek przedrukowano z Clark and Quick, 201116 oraz McGinley and Clark, In Press14.
<img alt="Schemat przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, drogi mózgowe, SICI, wyniki impulsów ICF, odpowiedź neuronalna." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6. Zmiana amplitudy potencjału wywołanego ruchowo podczas TMS z podwójnym impulsem w mięśniu FCR. Pomiar krótkodystansowego wewnątrzkorowego hamowania (SICI) oraz wewnątrzkorowego ułatwienia (ICF). Aby ilościowo określić SICI i ICF, impuls warunkujący (CP) ustawia się poniżej progu ruchowego, a impuls testowy (TP) tak, aby wywołać MEP o amplitudzie od 0,5-1 mV. Przy krótkich odstępach międzyimpulsowych (np. 3 ms) CP hamuje MEP w porównaniu do samego TP (SICI), natomiast przy dłuższych odstępach międzyimpulsowych (np. 15 ms) ułatwia ono MEP (ICF).
CP: impuls warunkujący, TP: impuls testowy Rycina przedrukowana z Clark et al., 20106, McGinley et al. 201014, Clark and Quick, 201116 oraz McGinley and Clark, w druku14.
<img alt="Przedstawienie cyklu serca; fala EKG; wykres elektrofizjologiczny; analiza aktywności elektrycznej serca." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig7.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7. Zmiana wielkości potencjału wywołanego ruchowo podczas TMS z podwójnym impulsem w mięśniu ES. Przykład zapisów EMG z mięśni prostowników grzbietu oraz pomiar krótkookresowego hamowania wewnątrzkorowego (SICI) i ułatwienia wewnątrzkorowego (ICF). 
Rycina przedrukowana z Goss et al. 20118.
<img alt="Schemat z zakresu neuronauki; stymulacja mózgu, przebieg fali LICI; odstęp międzybodźcowy 100 ms; 0,25 mV." src="/files/ftp_upload/3387/3387fig8.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 8"> 
Rycina 8. Zmiana amplitudy potencjału wywołanego ruchowo podczas TMS z podwójnym impulsem. Pomiar długookresowego wewnątrzkorowego hamowania (LICI). Aby określić LICI, podaje się dwa impulsy testowe w odstępie międzybodźcowym 100 ms. Skutkuje to zahamowaniem drugiego MEP w porównaniu z pierwszym MEP. 
Rycina przedrukowana z Clark et al., 20106, McGinley et al. 20107 oraz McGinley i Clark, w prasie14.

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Ogólnym celem niniejszego artykułu jest przedstawienie naukowcom i klinicystom wizualnego opisu wykorzystania przez nasze laboratoria przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Jednakże, poza wizualizacją tych eksperymentów, poniżej omawiamy podstawowe kwestie, które należy wziąć pod uwagę podczas przeprowadzania TMS w ten sposób, przedstawiamy krótki przegląd fizjologii odpowiedzi na TMS, a także dyskutujemy o naszym zastosowaniu TMS w odniesieniu do praktyk stosowanych przez innych.
Ogólne kwesti...

<table><tbody><tr><td>Stymulator magnetyczny przezczaszkowy 2002, stymulator magnetyczny przezczaszkowy Bi-Stim2, cewka w kształcie ósemki 70 mm, cewka podwójna stożkowa</td><td>Magstim</td><td>NA</td><td>Wyposażenie do TMS (w tym cewki)</td></tr><tr><td>System Biodex 4</td><td>Biodex</td><td>NA</td><td>Dynamometr</td></tr><tr><td>System do rejestracji danych Biopac MP150</td><td>Biopac Systems, Inc.</td><td>MP150WSW</td><td>Konwerter A/D do EMG i pomiaru siły</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do akwizycji danych AcqKnowledge 4.0</td><td>Biopac Systems, Inc.</td><td>ACK100W</td><td></td></tr><tr><td>Elektrody EKG Nikomed Trace 1</td><td>Nikomed</td><td>2015</td><td>Elektrody do EMG</td></tr><tr><td>&lt;a href="http://digitimer.com/products/clinical-neurophysiology/ds7aah-psarp-peripheral-stimulators/ds7a-ds7ah-hv-constant-current-stimulator-clinical-product/" target="_blank"&gt;Stymulator prądu stałego&lt;/a&gt;</td><td><a href="http://www.digitimer.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Digitimer Ltd.</a></td><td>&lt;a href="http://digitimer.com/products/clinical-neurophysiology/ds7aah-psarp-peripheral-stimulators/ds7a-ds7ah-hv-constant-current-stimulator-clinical-product/" target="_blank"&gt;DS7A&lt;/a&gt;</td><td>&lt;a href="http://digitimer.com/products/clinical-neurophysiology/ds7aah-psarp-peripheral-stimulators/" target="_blank"&gt;Stymulator nerwów obwodowych&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

wykorzystanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego

Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

Przezstymulacyjna stymulacja magnetyczna (TMS) jest stosowana od ponad 20 lat 1, a jej popularność w ostatniej dekadzie wzrosła wykładniczo. Choć w tym czasie zakres zastosowań TMS rozszerzył się na badanie wielu układów i procesów, pierwotne zastosowanie i być może jedno z najczęstszych użyć TMS obejmuje badanie fizjologii, plastyczności i funkcji ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego. Jednopulsowa TMS zastosowana do kory ruchowej pobudza neurony piramidalne transsynaptycznie 2 (Rysunek 1), co skutkuje mierzalną odpowiedzią elektromiograficzną, która może być wykorzystana do badania i oceny integralności oraz pobudliwości drogi korowo-rdzeniowej u ludzi 3. Ponadto ostatnie postępy w stymulacji magnetycznej pozwalają obecnie na rozdzielenie pobudliwości korowej od rdzeniowej 4,5. Na przykład dwupulsowa TMS może być wykorzystana do oceny wewnątrzkorowych właściwości pobudzających i hamujących poprzez połączenie bodźca warunkującego i bodźca testowego w różnych odstępach międzybodźczych 3,4,6-8. W niniejszym artykule wideo zaprezentujemy metodologiczne i techniczne aspekty tych technik. W szczególności zademonstrujemy techniki jednopulsowej i dwupulsowej TMS zastosowane do mięśnia zginacza promieniowego nadgarstka (FCR), a także do mięśni prostowników grzbietu (ES). Nasze laboratorium bada mięsień FCR, ponieważ jest on istotny dla naszych badań nad wpływem unieruchomienia nadgarstka i dłoni w gipsie na obniżenie wydajności mięśni6,9, natomiast badamy mięśnie ES ze względu na ich znaczenie kliniczne w kontekście bólu w odcinku lędźwiowym kręgosłupa8. W związku z powyższym należy zaznaczyć, że TMS jest wykorzystywana do badania wielu mięśni dłoni, rąk i nóg, a nasze demonstracje na grupach mięśni FCR i ES są jedynie wybranymi przykładami zastosowania TMS do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest nieinwazyjnym narzędziem służącym do badania fizjologii i funkcji ludzkiego układu nerwowego. W niniejszym materiale przedstawiamy nasze techniki TMS wykorzystywane do badania pobudliwości korowej mięśni kończyny górnej oraz mięśni lędźwiowych.

Wykorzystanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego

Przezstymulacyjna stymulacja magnetyczna (TMS) jest stosowana od ponad 20 lat 1, a jej popularność w ostatniej dekadzie wzrosła wykładniczo. Podczas gdy...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przeprowadzenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w celu wywołania potencjałów wywołanych ruchowo. Najpierw w mięśniu zginaczu promieniowym nadgarstka, a następnie w mięśniach prostownikach grzbietu. Osiąga się to poprzez przygotowanie skóry nad odpowiednimi mięśniami do zapisów elektromiograficznych oraz biomechaniczne ustawienie badanego do przezczaszkowej stymulacji magnetycznej.Punkt zapalny (hotspot) jest identyfikowany jako obszar miejsca stymulacji nad korą ruchową, który wywołuje największe potencjały wywołane ruchowo. Kolejnym krokiem jest wyznaczenie progu motorycznego. Na tym etapie przeprowadza się przezczaszkową stymulację magnetyczną pojedynczym impulsem w celu określenia amplitudy potencjału wywołanego ruchowo oraz czasu trwania okresu ciszy.Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna z podwójnym impulsem jest również wykonywana w celu ilościowego określenia ułatwienia wewnątrzkorowego oraz krótkookresowej i długookresowej inhibicji wewnątrzkorowej. Ostatecznie wskaźniki pobudliwości korowo-rdzeniowej i korowo-korowej in vivo u ludzi mogą być oceniane poprzez łączone zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektromiografii. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotykać trudności, ponieważ wyprowadzenie i zrozumienie subtelnych aspektów technicznych TMS może być utrudnione wyłącznie na podstawie opisu pisemnego, a próby nauki metodą prób i błędów podczas eksperymentów i testów z udziałem ludzi wiążą się z wieloma trudnościami i wyzwaniami w demonstrowaniu procedur.Oprócz mnie obecny będzie David Gus Jr., badacz pracujący w Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute. Przed rozpoczęciem eksperymentu TMS należy najpierw przeprowadzić przesiew badanego zgodnie z wytycznymi screeningowymi określonymi przez Institute for Magnetic Resonance Safety Education and research, wykluczając osoby z rodzinną historią epilepsji lub napadów drgawkowych. Następnie należy umieścić elektrody powierzchniowe nad mięśniami FCR badanego na przedramieniu, stosując dwubiegunowy układ elektrod.Elektrody należy umieścić wzdłużnie nad nieogolonym mięśniem i splotem skórnym. Należy również założyć czepek EEG, aby zaznaczyć miejsca stymulacji na głowie. Następnie należy poprosić badanego o zajęcie pozycji siedzącej z lewym ramieniem opartym w pozycji wyprostowanej w dynamometrze Biodex system four.W niniejszym protokole będziemy stymulować prawą półkulę mózgu, która kontroluje lewe ramię, aby pobudzić mięśnie FCR. Umieść cewkę TMS w kształcie ósemki o średnicy 70 mm stycznie do skóry głowy, pod kątem 45 stopni względem linii środkowej, tak aby indukowany prąd płynął w kierunku od boczno-tylnego do przyśrodkowo-przedniego. Następnie subtelnie przesuwaj cewkę TMS w bardzo małych odstępach, aby wyznaczyć miejsce stymulacji wywołujące największy potencjał wywołany ruchowy dla mięśnia FCR. Po zlokalizowaniu tego miejsca zaznacz ten obszar niezmywalnym tuszem na skórze głowy lub na czapce.Następnie należy określić próg motoryczny dla mięśnia FCR, podając pojedyncze impulsy przy stopniowo zwiększanej intensywności stymulacji, aż do momentu, gdy amplitudy szczyt-szczyt potencjałów wywołanych ruchowo przekroczą 50 µV w więcej niż 50% prób. Aby zbadać amplitudę potencjału wywołanego ruchowo mięśnia FCR, należy podać pojedynczy impuls TMS w wcześniej wyznaczonym punkcie zapalnym (hotspot) z intensywnością równą 130% progu motorycznego i obliczyć amplitudę szczyt-szczyt. Wynik ten można znormalizować do maksymalnego złożonego potencjału czynnościowego włókien mięśniowych zaobserwowanego po supramaksymalnej stymulacji elektrycznej nerwu pośrodkowego.Podanie impulsu CMS do kory mózgowej podczas skurczu mięśnia wywołuje potencjał wywołany ruchowy, po którym następuje wyciszenie elektryczne przed wznowieniem aktywności. Świadczy to o hamowaniu korowo-korzeniowym. Zjawisko to jest powszechnie określane jako okres ciszy.Aby określić okres ciszy korowo-rdzeniowej mięśnia FCR, należy podać pojedynczy impuls TMS w obszarze hotspotu z intensywnością równą 130% progu motorycznego, podczas gdy uczestnik badania wykonuje skurcz zginający nadgarstka z siłą 15% maksymalnej mocy. Aby określić ułatwienie wewnątrzkorowe przy użyciu TMS z podwójnym impulsem dla mięśnia FCR, należy najpierw ustalić intensywność bodźca niezbędną do wywołania potencjału wywołanego motorycznego o wartości od 0,5 do 1 mV. Następnie należy podać podprogowy impuls warunkujący (70% progu motorycznego) na 15 milisekund przed nadprogowym impulsem testowym; impuls warunkujący podany w tym odstępie czasu przed impulsem testowym zwiększy lub ułatwi amplitudę potencjału wywołanego motorycznego w stopniu większym niż pojedynczy impuls bez warunkowania o tej samej intensywności.Następnie należy zastosować TMS z podwójnym impulsem w celu ilościowego określenia krótkookresowego hamowania wewnątrzkorowego, stosując tę samą procedurę, która została opisana dla pomiaru ułatwienia wewnątrzkorowego, z wyjątkiem tego, że odstęp między impulsami (inter-stimulus interval) powinien zostać zmniejszony do 3 ms. Impuls warunkujący dostarczony w tym czasie przed impulsem testowym spowoduje zmniejszenie lub zahamowanie amplitudy potencjału wywołanego ruchowo w większym stopniu niż pojedynczy impuls niewarunkowany o tej samej intensywności. Aby ilościowo określić długookresowe hamowanie wewnątrzkorowe za pomocą TMS z podwójnym impulsem, należy dostarczyć dwa identyczne nadprogowe impulsy testowe oddzielone odstępem 100 ms.W przypadku mięśnia zginacza promieniowego nadgarstka (FCR), potencjał wywołany motorycznie związany z drugim impulsem będzie mniejszy lub silniej zahamowany niż ten związany z pierwszym. Dalej. W celu stymulacji mięśnia prostownika grzbietu należy poprosić badanych o zajęcie miejsca w krześle obrotowym, tak aby udo znajdowało się pod kątem 90 stopni względem tułowia, podudle pod kątem około 45 stopni względem uda, kręgosłup lędźwiowy w neutralnej, wyprostowanej pozycji, a dłoń spoczywała na kolanach. W celu stymulacji mięśni prostownika grzbietu należy zastosować układ elektrod rozmieszczonych wzdłużnie nad mięśniami na poziomie kręgów L3–L5, na ogolonej i oczyszczonej skórze, aby komfortowo zlokalizować miejsce stymulacji korowej mięśnia prostownika grzbietu.W niniejszej procedurze wykorzystujemy pomiary antropometryczne do zidentyfikowania wierzchołka czaszki, wyznaczając punkt przecięcia płaszczyzny strzałkowej między nasion a inion oraz płaszczyzny czołowej między torusami, który zostaje oznaczony jako wierzchołek w celu stymulacji mięśni prostowników grzbietu. Używamy cewki o podwójnym stożku, która charakteryzuje się większą głębokością penetracji, dzięki czemu może dotrzeć do reprezentacji tych mięśni położonych głębiej w homunkulusie. Cewka jest tutaj ustawiona w taki sposób, aby prąd płynął w kierunku od przodu do tyłu.Cewka została tutaj zmodyfikowana w sposób niestandardowy poprzez dodanie systemu mocowania lasera, co ułatwia nam późniejsze repozycjonowanie cewki podwójnego stożka w celu wyznaczenia progu motorycznego dla mięśni prostowników grzbietu. Wcześniej zaprezentowana metoda dla kończyny górnej nie powinna być stosowana, ponieważ stymulacja mięśni pleców nie jest dobrze tolerowana. Zamiast tego, należy rozpocząć protokół TMS od podania początkowego pojedynczego impulsu przy 50% maksymalnej mocy stymulatora, aby ustalić, czy natężenie tego bodźca znajduje się powyżej czy poniżej progu motorycznego.Aby zbadać amplitudę potencjału wywołanego ruchowo mięśni prostowników grzbietu, należy podać pojedynczy impuls TMS w obszarze vertex z intensywnością wyższą o 40 lub 50% od intensywności podprogowej. Potencjałów wywołanych ruchowo nie można znormalizować, ponieważ nerwy obwodowe unerwiające mięśnie ES nie są dostępne do stymulacji elektrycznej. Należy zauważyć, że podczas stymulacji grupy mięśni ES, kilka innych grup mięśniowych jest również stymulowanych jednocześnie w sposób widoczny i gwałtowny, w tym mięśnie kończyn dolnych, które są reprezentowane w tym samym ogólnym obszarze homunkulusa.Aby wykorzystać TMS z podwójnym impulsem do określenia ułatwienia wewnątrzkorowego dla grupy mięśni prostowników grzbietu, natężenie impulsu warunkującego należy ustawić na obserwowany próg podmotorowy. Natężenie to powinno wynosić 40% lub 50% wyjścia stymulatora, natomiast natężenie impulsu testowego należy ustawić na 40% powyżej poziomu progu podmotorowego, co odpowiada 80% lub 90% wyjścia stymulatora. Następnie, aby ilościowo określić krótkookresowe hamowanie wewnątrzkorowe, należy zastosować tę samą procedurę, która została opisana dla pomiaru ułatwienia wewnątrzkorowego, z wyjątkiem tego, że odstęp między bodźcami (ISI) między dwoma impulsami powinien zostać zredukowany do 3 ms. Po zakończeniu eksperymentu pomóż w zdjęciu elektrod oraz czepka i pamiętaj, aby podziękować badanemu za udział.Przedstawione tutaj zapisy EMG obrazują odpowiedź w postaci potencjałów wywołanych ruchowo (MEP) przy stopniowo zwiększanej intensywności bodźca, wyrażonej jako procent wyjściowej mocy stymulatora (%so). Należy zauważyć, że przy niskich intensywnościach wywołano bardzo małe MEP, natomiast przy 32%so uzyskano MEP, który osiągnął próg motoryczny. Okres ciszy obserwuje się, gdy badany wykonuje lekkie napięcie mięśniowe, a do kory ruchowej przyłożony zostaje pojedynczy bodziec.Pierwsza część okresu ciszy wynika z inhibicji rdzeniowej, natomiast późniejsza przypisywana jest inhibicji korowej, a konkretnie receptorom GABA B. Tutaj widzimy zmianę wielkości potencjałów wywołanych ruchowo podczas TMS z podwójnym impulsem w pomiarze mięśnia FCR; można zaobserwować pomiar krótkookresowej inhibicji wewnątrzkorowej (SICI) oraz ułatwienia wewnątrzkorowego (ICF). A tutaj widzimy przykład zapisów EMG z mięśni prostowników grzbietu oraz pomiar krótkookresowej inhibicji wewnątrzkorowej i ułatwienia wewnątrzkorowego.Na koniec widzimy przykład pomiaru długookresowego hamowania wewnątrzkorowego (LICI). Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat przeprowadzania TMS z pojedynczym i sparowanym impulsem w odniesieniu do mięśnia zginacza promieniowego nadgarstka, a także do mięśni prostowników grzbietu. Należy zauważyć, że prezentacje w tych grupach mięśniowych są jedynie wybranymi przykładami wykorzystania TMS do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego.Należy pamiętać, że praca z ludźmi może narażać zdrowie poszczególnych osób na ryzyko. Ważne jest upewnienie się, że wystawienie danej osoby na działanie silnego pola magnetycznego jest bezpieczne, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować należytą ostrożność.

utilizing-transcranial-magnetic-stimulation-to-study-human

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Zastosowanie stymulacji magnetycznej przezczaszkowej w badaniach ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego

Źródło: Kuhn, Y. i wsp. Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi. J. Vis. Exp. (2017)Ten film pokazuje zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) do modulowania aktywności neuronów ruchowych i pomiaru reakcji mięśni za pomocą elektromiografii (EMG). Przedstawiono w nim kroki lokalizowania hotspotu motorycznego, określania progów stymulacji i oceny wpływu podprogowego TMS (subTMS) na hamowanie kory mózgowej.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna do modulowania odpowiedzi mięśni u ludzi

Źródło: Taube, W., et.al., Nieinwazyjna ocena zmian w transmisji kortykomotoneuronalnej u ludzi. J. Vis. Exp. (2017)Ten film przedstawia nieinwazyjną metodę oceny zmian w przekaźnictwie korowo-motorycznym u ludzi po powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (rTMS). W badaniu przedstawiono technikę elektrofizjologiczną, która odróżnia szybkie, bezpośrednie szlaki korowo-rdzeniowe od połączeń polisynaptycznych.

Powtarzające się przezczaszkowe zmiany wywołane stymulacją magnetyczną w ludzkich synapsach kortykomotoneuronalnych

Źródło: Stefanou, M., et.al. Stymulacja mózgu zależna od stanu mózgu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną wyzwalaną elektroencefalografią w czasie rzeczywistym. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film pokazuje proces przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) wyzwalanej przez EEG w czasie rzeczywistym w celu zbadania pobudliwości kory mózgowej. Procedura polega na umieszczeniu cewki TMS nad korą ruchową, synchronizacji stymulacji z określonymi fazami sygnału EEG i rejestrowaniu potencjałów...

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna wyzwalana elektroencefalografią w czasie rzeczywistym w celu pobudzenia kory mózgowej

Źródło: Curado, M. et al., Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka. J. Vis. Exp. (2016)Ten film pokazuje konfigurację i mechanizm przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) do modulacji funkcji motorycznych człowieka. Umieszczając anodę nad pierwszorzędową korą ruchową, a katodę nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym, ukierunkowana stymulacja elektryczna zwiększa pobudliwość kory mózgowej, zwiększając aktywność neuronów ruchowych i...

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu w celu modulowania aktywności ludzkich neuronów ruchowych

Źródło: Charalambos, C. C., et al. Obustronna ocena ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni stawu skokowego za pomocą nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film przedstawia metodę oceny ścieżek korowo-rdzeniowych mięśni nóg za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS). Spoczynkowe i aktywne reakcje mięśni są rejestrowane z jednej półkuli mózgu w celu oceny przeciwległej funkcji kortykomotorycznej mięśni nóg.

Ocena ścieżek korowo-rdzeniowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Źródło: Shafi, M. M., et al. Multimodalna metoda obrazowania i stymulacji oceny pobudliwości mózgu związanej z łącznością u pacjentów z padaczką. J. Vis. Exp. (2016)Film przedstawia procedurę stosowania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) i elektroencefalografii (EEG) do oceny pobudliwości neuronalnej u pacjentów z padaczką. Szczegółowo opisuje kroki ustawiania głowy pacjenta za pomocą wcześniej nagranego skanu mózgu, umieszczania cewki TMS nad funkcjonalnie połączonym celem korowym i...

Ocena nadpobudliwości mózgu za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii

Ten artykuł ma na celu opisanie podstawowego protokołu łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z pomiarami spektroskopii magnetycznego rezonansu protonowego (1H-MRS) w celu zbadania wpływu obustronnej stymulacji na metabolizm pierwotnej kory ruchowej.

Zastosowanie spektroskopii rezonansu magnetycznego jako narzędzia do pomiaru wpływu przezczaszkowej stymulacji elektrycznej na pierwotny metabolizm kory ruchowej

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, elektromiografia i przechwytywanie ruchu 3D są powszechnie stosowanymi nieinwazyjnymi technikami badania funkcji nerwowo-mięśniowych u ludzi. W tym artykule opisujemy protokół, który synchronicznie próbkuje dane generowane przez wszystkie trzy z tych narzędzi wraz z unikalnym dodatkiem prezentacji bodźców rzeczywistości wirtualnej i informacji zwrotnych.

Wielofunkcyjny zestaw do badania kontroli motorycznej człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, elektromiografii, przechwytywania ruchu i rzeczywistości wirtualnej

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Przedstawiamy tutaj protokół opisujący metodologię oceny pobudliwości i modulacji pobudliwości pierwotnej kory ruchowej za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) w połączeniu z elektromiografią (EMG).

Ocena pobudliwości pierwotnej kory ruchowej oraz modulacji pobudliwości poprzez połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej z elektromiografią

Niniejszy artykuł opisuje standaryzowaną indukcję długoterminowej plastyczności kory podobnej do potencjacji z wykorzystaniem protokołów stymulacji powtarzalnej, po której następuje zastosowanie pojedynczej impulsowej stymulacji magnetycznej przeczaszkowej prowadzonej przez system neuronawigacyjny w celu oceny plastyczności synaptycznej.

Standaryzowana indukcja i ocena długoterminowej plastyczności kory podobnej do potencjacji z wykorzystaniem przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Poznaj przezczaszkową stymulację magnetyczną do badania pobudliwości kory mózgowej w mięśniach kończyn górnych i odcinka lędźwiowego. Ta metoda pozwala ocenić dynamikę wewnątrzkorową u ludzi.

Wykorzystanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego

Przeglądaj więcej filmów