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

Nasze badania pokazują, że nasze ustandaryzowane protokoły TMS-EMG mogą dostarczać stabilnych i klinicznie istotnych markerów neuroplastyczności, co ostatecznie wspiera ich potencjalne wykorzystanie jako wiarygodnych biomarkerów w badaniach neuropsychiatrycznych i praktyce klinicznej. Główne wyzwania to niespójności metodologiczne w literaturze, w tym heterogeniczne parametry stymulacji, ograniczona standaryzacja protokołów EMG oraz małe rozmiary próbek, co obniża wiarygodność i powtarzalność eksperymentalnych Wyniki. Wykazaliśmy, że uporządkowany i kompleksowy protokół oferuje replikowalne ramy do badania zjawisk neuroplastycznych w ludzkim mózgu, zapewniając solidne podstawy dla badań translacyjnych i potencjalnych przyszłych zastosowań klinicznych. Nasz protokół został zbudowany poprzez połączenie nawigacji neurologicznej, zweryfikowanych procedur EMG oraz zoptymalizowanych parametrów symulacji, zapewniając precyzyjne rozmieszczenie kodu, stabilne nagrania oraz wiarygodne wyniki między uczestnikami i sesjami.

Przyszłe badania powinny sprawdzić, czy modulacja pobudliwości niezawodnie odróżnia osoby zdrowotne od tych z zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, takimi jak wielka depresja, badając specyficzne dla grup różnice w neuroplastyczności, wrażliwości diagnostycznej oraz wartości prognostycznej. Na początek podłącz elektrody medycznego srebra lub chlorku srebra do odpowiednich styków, aby przygotować trzy elektrody. Podłącz kable z elektrodami do płyty EMG.

Podłącz kabel z maszyny TMS do płyty EMG, aby wydać sygnał wyzwalający dla każdego impulsu TMS. Na jednym z monitorów komputerowych otwórz oprogramowanie Bonsai i załaduj skrypt do akwizycji danych EMG. Kliknij przycisk Start, aby rozpocząć akwizycję danych tylko wtedy, gdy będziesz gotowy.

Przyklej paski papierowe na wszystkie obszary ekranu maszyny TMS, gdzie wyświetlany jest maksymalny procent wyjściowej stymulacji, aby oślepić technika podczas spoczynkowego progu motorycznego oraz oceny aktywnego progu ruchowego. Umieść kamerę zamontowaną na statywie, aby mieć wyraźny widok na wszystkie elementy neuro-nawigacji przez całą sesję. Następnie umieść tracker kalibracji cewki i płytkę kalibracyjną na cewce TMS.

Teraz uruchom oprogramowanie systemu nawigacji neuronawigacyjnej, wpisz numer identyfikacyjny uczestnika i przystąpi do kalibracji wszystkich komponentów neuronawigacji. Po ustawieniu uczestnika delikatnie przetrzeć skórę na pierwszym grzbietowym śródkostu, za pomocą papieru ściernego wodą. Aby poprawić interfejs elektrody ze skórą.

Płucz to miejsce gazą wtopioną w alkohol i powtarzaj ten sam zabieg nad przeciwległym łokciem. Gdy skóra jest sucha, umieść elektrodę rejestrującą na dłoni, ustawiając środek około 2,5 centymetra wzdłuż kierunku ścięgna mięśniowego nad pierwszym grzbietowym mięśniem śródkostnym. Następnie umieszczam elektrodę uziemiającą nad przeciwległym kolanem, aby służyła jako punkt odniesienia zerowego napięcia.

Załóż czapkę pływacką na głowę uczestnika w orientacji przedniej tylnej. Ustaw czapkę z linią brwi z przodu i nasadą helisy każdego ucha, zostawiając uszy odsłonięte. Podaruj uczestnikowi zatyczki do uszu i wyjaśnij, jak ich używać.

Narysuj linię strzałkową przyśrodkową i linię między tragami na czapce, aby zidentyfikować punkt przecięcia w wierzchołku. Od punktu wierzchołka zmierz pięć centymetrów do przodu wzdłuż linii strzałkowej i pięć centymetrów w lewo wzdłuż linii między tragusami, aby zdefiniować dwa nowe punkty. Następnie narysuj linię ukośną łączącą punkt boczny z punktem przyśrodkowym przednim.

Od punktu bocznego zmierz 2,5 centymetra w kierunku przedprzyśrodkowym wzdłuż linii diagonalnej, aby zaznaczyć początkowy szacowany hotspot motoryczny. Wokół początkowego szacunku hotspotu motorycznego zaznacz cztery dodatkowe punkty rozmieszczone w promieniu 0,5 centymetra, które służą jako alternatywne miejsca testowe. Następnie załóż gumkę na głowę uczestnika, upewniając się, że pasek markera jest skierowany w stronę kamery i że pasek wygodnie leży.

Za pomocą narzędzia wskaźnik zdefiniuj kluczowe anatomiczne punkty orientacyjne na głowie uczestnika, w tym nasion, lewy i prawy tragus oraz punkty kształtu głowy. Pozwala to systemowi się wyrównać i śledzić cele stymulacji na podstawie anatomii głowy i mózgu. Umieść zwój TMS styczny na skórze głowy uczestnika, z uchwytem ustawionym do tyłu pod kątem 45 stopni względem linii środkowej sagitli.

Dostarczaj impulsy z częstotliwością 30% maksymalnej mocy stymulacji powyżej początkowego szacowanego hotspotu motoru. Następnie zwiększ intensywność stymulacji o pięć do 10% maksymalnej mocy stymulacji, aż zaobserwuje się spójną odpowiedź motoryczną. Dostarcz pojedyncze impulsy w początkowym oszacowaniu i w otoczeniu, oznaczonych miejscach, aby określić, które miejsce najbardziej konsekwentnie generuje wysokoamplitudowe potencjały motoryczne i izolowane pierwsze grzbietowe skurcze międzykostne.

Zaznacz cały obszar rozważany dla hotspotu silnika za pomocą czerwonej linii markera. W oprogramowaniu neuronawigacyjnym wybierz impuls, który wygenerował najbardziej wiarygodną odpowiedź, aby zdefiniować hotspot motoryczny. Aby ustalić próg ruchowy spoczynku, czyli RMT, użyj systemu nawigacji neurologicznej, aby poprowadzić cewkę z powrotem do zidentyfikowanego gorącego punktu motorycznego.

Wykonaj 10 pojedynczych impulsów w odstępach pięciu sekund i zidentyfikuj minimalny procent maksymalnej stymulacji, który generuje co najmniej pięć potencjałów pobudzonych silników przekraczających 50 mikrowoltów w przeciwległym pierwszym grzbietowym śródkostnym. Zaczynając od wcześniej zdefiniowanej intensywności hotspotu ruchowego, zmniejszaj poziom stymulacji o 2% kroków, aż mniej niż pięć na dziesięć impulsów da potencjał wywołany motorycznie o napięciu 50 mikrowoltów lub więcej w przeciwległym pierwszym grzbietowym śródkostnym. Następnie zwiększ maksymalną moc stymulacji o 1% kroków, aż pięć lub więcej z dziesięciu impulsów wygeneruje odpowiedź 50 mikrowoltów lub wyższą w przeciwległym pierwszym grzbietowym śródkostnym odcinku.

Zanotuj procent maksymalnej emisji stymulacji, który definiuje próg ruchowy spoczynku. Poinstruuj uczestnika, aby wywołał maksymalną dobrowolną aktywację pierwszego mięśnia grzbietowego śródkostnego, mocno dociskając paznokieć wskazujący do podstawy kciuka, aby utworzyć zwarte koło. Około dwie sekundy po rozpoczęciu skurczu mięśni naciśnij spację na komputerze uruchamiającym Bonsai Script, aby zarejestrować punkt czasu, unikając początkowego artefaktu ruchu.

Teraz poproś uczestnika o utrzymanie submaksymalnego skurczu mięśni między 10 a 20% maksymalnego dobrowolnego skurczu izometrycznego. Wykorzystaj sprzężenie zwrotne EMG do monitorowania i kieruj uczestnikiem utrzymanie właściwego poziomu skurczu. Dla aktywnego progu ruchowego użyj systemu nawigacji neuro do naprowadzania cewki do wcześniej zidentyfikowanego hotspotu motorycznego.

Określ próg aktywności motorycznej jako minimalny procent maksymalnej energii wyjściowej, która wywołuje potencjały motoryczne co najmniej 200 mikrowoltów, w pięciu na dziesięć impulsów podczas lekkiego dobrowolnego skurczu. Od progu intensywności ruchowej w spoczynku zmniejszamy poziom stymulacji o 2%, aż mniej niż pięć na dziesięć impulsów wywoła odpowiedź 200 mikrowoltów. Następnie zwiększać intensywność w krokach 1%, aż co najmniej pięć na dziesięć impulsów da potencjały wywołane przez silnik o napięciu 200 mikrowoltów lub więcej.

Zanotuj procent maksymalnej emisji stymulacji, który definiuje próg aktywnej ruchu. Precyzyjnie ustawij cewkę nad określonym hotspotem motorycznym, korzystając z systemu nawigacji neurologicznej. Sprawdź, czy elektrody EMG powierzchniowe są prawidłowo umieszczone nad pierwszym grzbietowym pomostem i czy jakość sygnału wykazuje minimalny szum.

Załaduj protokół stymulacji pojedynczego impulsu na urządzeniu TMS. I wpisz wartość progową ruchu spoczynkowego wcześniej zarejestrowaną. Teraz rozpocznij procedurę stymulacji.

Następnie załaduję na urządzenie TMS protokół przerywanej stymulacji theta. Wprowadź wcześniej zarejestrowany próg aktywnej ruchy i rozpocznij protokół przerywanej stymulacji theta. Bezpośrednio po zakończeniu protokołu przerywanej stymulacji theta zacznij używać stopera, aby monitorować odstępy po stymulacji.

W czasie 0, bezpośrednio po zakończeniu protokołu modulacji pobudliwości korowej, ponownie zastosuj protokół stymulacji pojedynczego impulsu, używając 120% progu spoczynkowego ruchu. Zweryfikować dokładność neuronawigacji, umieszczając wskaźnik na nasionie i sprawdzając wyrównanie w oprogramowaniu systemu nawigacji neurobiologicznej. Upewnij się, że odchylenie przestrzenne jest mniejsze niż pięć milimetrów i zapisz zmierzoną wartość.

Na koniec, po zakończeniu ostatniego bloku stymulacji, zatrzymaj Bonsai Script i zakończ sesję neuronawigacji w oprogramowaniu. Potwierdź, że plik danych binarnych został wygenerowany podczas sesji akwizycji Bonsai. Znaczące wzrosty amplitudy potencjalnej wywołanej ruchowo zaobserwowano w T0, T10 i T20, po przerywanej stymulacji theta burst podczas sesji wyjściowej.

Ale nie w T30. Podczas obserwacji ponownie zaobserwowano znaczące wzrosty amplitudy potencjalnej wywołanej ruchem w miejscach T0, T10, T20 i T30. Powtarzalność testów niezawodności zmian potencjału wywołanych przez ruch przy T0 wykazała umiarkowaną do dobrej spójności, z współczynnikiem korelacji wewnątrzklasowej 0,67.