Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

Elana  R. Goldenkoff; Amir Mashni; Katherine  J. Michon; Hannah Lavis; Michael Vesia

doi:10.3791/60706

Artigo de método

Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

DOI:

10.3791/60706

⸱

23 de fevereiro de 2020

Elana R. Goldenkoff¹ , Amir Mashni¹ , Katherine J. Michon¹ , Hannah Lavis¹ , Michael Vesia¹

¹School of Kinesiology, Brain Behavior Laboratory, University of Michigan

Neste artigo

Resumo

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Este artigo descreve novas abordagens para medir e fortalecer vias neurais funcionalmente específicas com estimulação magnética transcraniana. Essas metodologias avançadas de estimulação cerebral não invasiva podem fornecer novas oportunidades para a compreensão das relações de comportamento cerebral e desenvolvimento de novas terapias para tratar distúrbios cerebrais.

Resumo

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Entender as interações entre áreas cerebrais é importante para o estudo do comportamento direcionado ao objetivo. A neuroimagem funcional da conectividade cerebral forneceu insights importantes sobre processos fundamentais do cérebro, como cognição, aprendizado e controle motor. No entanto, essa abordagem não pode fornecer evidências causais para o envolvimento de áreas cerebrais de interesse. A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta poderosa e não invasiva para estudar o cérebro humano que pode superar essa limitação modificando transitivamente a atividade cerebral. Aqui, destacamos os recentes avanços usando um método TMS de pulso emparelhado e dual-site com duas bobinas que sondam interações cortico-cortical no sistema motor humano durante diferentes contextos de tarefas. Além disso, descrevemos um protocolo TMS de dois locais baseado em estimulação associativa emparelhada cortical (cPAS) que melhora transitivamente a eficiência sináptica em duas áreas cerebrais interconectadas, aplicando pares repetidos de estímulos corticos com duas bobinas. Esses métodos podem fornecer uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes à função cognitivo-motor, bem como uma nova perspectiva sobre a manipulação de vias neurais específicas de forma direcionada para modular circuitos cerebrais e melhorar o comportamento. Essa abordagem pode ser uma ferramenta eficaz para desenvolver modelos mais sofisticados de relações de comportamento cerebral e melhorar o diagnóstico e tratamento de muitos transtornos neurológicos e psiquiátricos.

Introdução

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A estimulação cerebral não invasiva é uma ferramenta de avaliação promissora e tratamento para muitos distúrbios neurológicos, como doença de Parkinson, doença de Alzheimer e derrame^1,^2,³^,⁴. Há evidências acumuladas estabelecendo a relação entre as manifestações comportamentais de doenças neurológicas e anormalidades da excitabilidade cortical, neuroplasticidade, conectividade cortico-cortical e cortico-subcortical⁵^,⁶. Portanto, o conhecimento básico sobre dinâmica da rede cerebral e plasticidade em condições neurológicas pode fornecer uma visão inestimável sobre o diagnóstico, a progressão e a resposta à terapia. A ressonância magnética funcional(fRessonância Magnética) é uma ferramenta útil para entender as complexas relações entre cérebro e comportamento em redes cerebrais saudáveis e doentes e tem o potencial de melhorar o tratamento com base em uma perspectiva de rede^7,⁸^,⁹. No entanto, a ressonância magnética fé correlação na natureza e não pode fornecer uma ligação causal entre a função e o comportamento do cérebro, nem manipular a conectividade funcional para restaurar circuitos neurais anormais associados a deficiências comportamentais em pacientes^10,^11,¹². A estimulação magnética transcraniana (TMS) pode medir e modular a função e o comportamento cerebral humano na saúde e doença³^,^13,^14,¹⁵.

TMS é um método seguro e não invasivo para estimular o cérebro humano¹⁶^,¹⁷e pode ser usado para induzir e medir plasticidade¹⁸. Este método pode avançar nossa compreensão das relações causais entre áreas cerebrais individuais e comportamento¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹⁹e suas interações funcionais específicas com outros nódulos de uma rede cerebral²⁰^,²¹^,²²^,²³. Até o momento, a maioria dos estudos se concentrou no sistema motor humano, dado que o TMS na área manual do córtex motor (M1) pode produzir potenciais espumários (MEPs) como leituras fisiológicas para mudanças associadas ao comportamento motor²⁴, permitindo o exame de diferentes circuitos inibidores e excitatórios no nível do sistema no cérebro humano²⁵. Avanços recentes usando uma abordagem tms de teste de condicionamento com duas bobinas mostram que é possível medir interações funcionais entre diferentes áreas corticais. No sistema motor, experimentos de TMS de dois locais mostram que insumos de áreas corticais interligadas com M1 podem mudar com demandas de tarefas, idade ou doença¹⁴^,²⁶. O trabalho seminal de Ferbert e colegas descobriu que aplicar um estímulo de condicionamento ao M1 antes de um estímulo de teste do outro M1 pode resultar em inibição da amplitude do EUROP, fenômeno conhecido como inibição intermemisférica de intervalo curto (SIHI)²⁸. Vários estudos de TMS usando essa abordagem também mostraram que o M1 está fortemente interligado com o M1 contralateral, córtex pré-motor ventral (PMv), córtex pré-motor dorsal (PMd), área motora suplementar (SMA), pré-SMA, córtex sensorial primário (S1), córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) e córtex parietal posterior (PPC) em repouso²⁷^,²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³²^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^,³⁸^,³⁹^,⁴⁰^,⁴¹^,⁴². Curiosamente, o efeito da estimulação dessas áreas corticais na excitabilidade cortical motora é anatomicamente, temporalmente e funcionalmente específico para a atividade cerebral em curso durante a preparação de um movimento (estado e dependente do contexto⁴³^,⁴⁴^,⁴⁵^,⁴⁶^,⁴⁷^,⁴⁸^,⁴⁹^,⁵⁰^,⁵¹^,⁵²^,⁵³^,⁵⁴^,⁵⁵^,⁵⁶^,⁵⁷^,⁵⁸^,⁵⁹^,⁶⁰^,⁶¹^,⁶²^,⁶³^,⁶⁴^,⁶⁵^,⁶⁶^,⁶⁷^,⁶⁹). No entanto, pouquíssimos estudos usando TMS de dois sites caracterizaram padrões de conectividade cortico-cortical funcional com prejuízos motores e cognitivos em pacientes com distúrbios cerebrais⁷⁰^,⁷¹^,⁷². Isso oferece oportunidades para desenvolver novos métodos para avaliar e tratar distúrbios motores e cognitivos.

Utilizando essa técnica, verificou-se também que pares repetidos de TMS cortical aplicados a áreas corticais interligadas com M1 como o contralateral M1⁶⁸^,⁶⁹^,⁷⁰, PMv⁷⁶^,77^,⁷⁸, SMA⁷¹, e PPC⁸⁰^,⁸¹^,⁸² podem induzir mudanças na eficiência sináptica em vias neurais específicas baseadas no princípio hebésio de plástico associativo⁸³ ^,⁸⁴^,^85,⁸⁶ e melhorar o desempenho comportamental⁷²^,⁷³^,⁷⁴. Ainda assim, poucos estudos têm utilizado essa abordagem para estudar circuito e disfunção de plasticidade em distúrbios neurológicos²^,^75,⁷⁶^,⁷⁷^,^78,^79,^80,⁸¹^,⁸²^,⁸³^,⁸⁴^,⁹⁰^,⁹¹^,⁹²^, ⁹³^,⁹⁴^,⁹⁵^,⁹⁶. Resta mostrar se o fortalecimento de vias neurais funcionalmente específicas com TMS pode restaurar a atividade em circuitos disfuncionais, ou se o potencial fortalecimento de circuitos intactos pode aumentar a resiliência⁹⁷ em redes cerebrais que suportam a função motora e cognitiva ao longo da vida útil e na doença. A falta de compreensão fundamental dos mecanismos neurais subjacentes a distúrbios neurológicos e efeitos da estimulação em redes cerebrais disfuncionais interconectadas limita o tratamento atual.

Apesar de sua capacidade, a TMS ainda não se tornou uma parte padrão do armamento da neurociência e ferramentas clínicas para entender as relações de comportamento cerebral, fisiopatologia de distúrbios cerebrais e a eficácia do tratamento. Portanto, para realizar seu potencial e apoiar sua aplicação em larga escala, padronizar métodos TMS é importante porque é mais provável aumentar o rigor de futuros experimentos de TMS e reprodutibilidade em laboratórios independentes. Este artigo descreve como o TMS pode ser usado tanto para medir e manipular interações funcionais. Aqui, descrevemos essa técnica no sistema motor (por exemplo, a via parieto-motor⁴⁴) medindo medidas de saída baseadas em TMS (por exemplo, MEPs), onde o método é melhor compreendido. No entanto, é importante notar que este protocolo também pode ser adaptado para o acoplamento funcional alvo de outras áreas subcorticais⁸⁵, cerebellar⁸⁶^,⁸⁷, e cortical. ⁷³^,⁷⁴^,⁸⁸ Além disso, técnicas de neuroimagem como EEG⁸⁹^,^90,⁹¹ e fMRI⁹²^,⁹³ podem ser utilizadas para avaliar as alterações induzidas pelo TMS na atividade e conectividade²⁶^,⁹⁴. Concluímos propondo que o estudo do envolvimento funcional da conectividade cortical de nível de circuito com esses métodos tms tanto em saúde quanto em doenças possibilita desenvolver diagnósticos direcionados e terapias inovadoras baseadas em modelos de rede mais sofisticados de relações de comportamento cerebral.

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Protocolo

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Os três métodos TMS a seguir são descritos abaixo. Em primeiro lugar, dois métodos são descritos para medir a conectividade cortico-cortical usando estimulação magnética transcraniana de dois locais (dsTMS) enquanto os participantes estão 1) em repouso (estado de descanso) ou 2) realizando um movimento de alcance-a-compreensão dirigido por objetos ( dependente da tarefa). Em segundo lugar, um método de estimulação associativa emparelhada cortical (cPAS) é descrito para modular a interação entre duas áreas cerebrais de forma controlada, combinando estímulos corticais (por exemplo, parietal posterior e cortices motorprimários) para fortalecer o funcional vias neurais específicas com TMS e induz em mudanças na excitabilidade cortical. Um conjunto de dados representativo suscepta de cada método. Todos os métodos descritos neste protocolo foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Michigan de acordo com a Declaração de Helsinque.

1. Recrutamento de participantes

Selecione todos os participantes para quaisquer contraindicações para TMS⁹⁵^,⁹⁶^,⁹⁷^,⁹⁸^,^99,¹⁰⁰ e ressonância magnética (MrI) antes do recrutamento. Recrute participantes destros¹⁰¹ para experimentos que investigam conectividade funcional no sistema motor.
Informe cada participante sobre os objetivos, procedimentos e riscos do estudo aprovados pelo conselho de revisão institucional local. Obtenha consentimento por escrito antes de permitir que o indivíduo participe do estudo.

2. Colocação de eletrodo eletromiografia (EMG)

Instrua o participante a sentar-se confortavelmente na cadeira experimental com ambos os braços apoiados em uma posição descontraída. Forneça um descanso no queixo para os participantes durante o TMS manter o movimento da cabeça ao mínimo durante a estimulação.
Limpe a pele sobre o músculo de interesse com uma abrasiva leve. Usando um arranjo de eletrodo do tendão da barriga, coloque um eletrodo Ag-AgCl descartável no músculo da barriga e outro em um marco ósseo nas proximidades para um local de referência em ambas as mãos do participante. Repita este passo para cada músculo de interesse.
Conecte um eletrodo terrestre ao processo de estiloide ulnar. É importante inspecionar o nível de contato superficial dos eletrodos com a pele durante toda a duração do experimento, pois isso impede a qualidade de impeção do sinal EMG. Colocar fita sobre o eletrodo superficial pode melhorar o grau de contato com a superfície da pele.
NOTA: Para ações de alcance a compreensão os músculos comuns estudados são 1) os primeiros músculos interossenos dorsais (FDI), 2) abduzidores de polirevisão brevis (APB) e 3) músculos abduzidores de minimi minimi (ADM) da mão.
Conecte eletrodos de superfície com um amplificador EMG e um sistema de aquisição de dados. Registre e armazene os sinais EMG do amplificador ao computador de coleta de dados com software EMG para monitoramento on-line e análise offline do sinal EMG. Opcionalmente, amplificar o sinal EMG de 1.000x e usar um filtro de passe de banda entre 2 Hz e 2,5 kHz, digitalizado a 5 kHz por uma interface analógica-digital.

3. Localização de áreas cerebrais para TMS direcionados

Método 1: Localização sem ressonância magnética
1. Utilizando o sistema 10-20 EEG marca C3, localizado aproximadamente sobre o córtex motor primário esquerdo (M1) e P3, localizado aproximadamente sobre uma parte do giro angular no córtex parietal posterior esquerdo (PPC), no couro cabeludo do participante. Consulte métodos descritos anteriormente¹⁰² para etapas específicas para localizar áreas cerebrais com o sistema 10-20 EEG (ver Figuras 3 e 4 de Villamar et al.¹⁰²).
2. Alternativamente, uma tampa de cabeça eletroencefalografia (EEG) pode ser usada para aproximar as áreas cerebrais no couro cabeludo. Coloque uma tampa EEG de tamanho apropriado na cabeça do participante e alinhe a posição cz na tampa com a posição cz marcada no couro cabeludo do participante. Mark C3 e P3 usando a tampa.
  NOTA: A localização sem a ressonância magnética de um indivíduo tem potencial para ser imprecisa¹⁰³. Portanto, a neuronavegação baseada em ressonância magnética é fortemente recomendada para aumentar a precisão e a confiabilidade de direcionar o TMS. Isso pode potencialmente levar a menos variabilidade nos efeitos posteriores induzidos pelo TMS.
Método 2: Usando uma ressonância magnética
1. Antes da sessão do TMS, obtenha a ressonância magnética estrutural do participante (T1). Carregue a varredura para um sistema de neuronavegação.
2. Crie uma reconstrução tridimensional do cérebro e sobreposição da pele usando o software de neuronavegação. Coloque marcadores nos marcos anatômicos na ponta do nariz, nasion, inion e os entalhes pré-auriculares de ambas as orelhas. Não use o trago, pois pode mudar quando os tampões de ouvido são inseridos.
3. Localize o botão de mão, o marco anatômico que corresponde à M1¹⁰⁴, no giro pré-central esquerdo. Coloque um marcador de trajetória neste momento com o sistema de neuronavegação. Este ponto deve ser alinhado 45° da linha midanittal e aproximadamente perpendicular ao sulco central. Registre e nomeie o marco anatômico com o sistema de neuronavegação (Figura 1).
4. Localize a área de interesse não motor (por exemplo, sobre a área anterior de sulco intraparietal no PPC). Coloque um segundo marcador de trajetória sobre este marco anatômico. Registre e nomeie a localização com o sistema de neuronavegação (Figura 1).
Realizar registro de bobina e cabeça com o sistema de rastreamento
1. Calibrar ambas as bobinas TMS com o bloco de calibração separadamente usando o sistema de neuronavegação.
2. Coloque o rastreador de cabeça com segurança na cabeça do participante para que o rastreador esteja em vista durante toda a duração do experimento.
3. Coregistre os marcos anatômicos na cabeça do participante para o sistema de neuronavegação. Se uma ressonância magnética não foi obtida do participante, use uma ressonância magnética modelo do Instituto Neurológico de Montreal.
  NOTA: É importante não aplicar muita força com o ponteiro na pele do participante para evitar desconforto súpresso e imprecisões ao realizar o registro. Pode ser valioso verificar regularmente ao longo do experimento que o rastreador de cabeça não mudou. Esses procedimentos garantem precisão ao aplicar a bobina TMS a uma área alvo para estimulação durante o experimento.

4. Localização posição de bobina TMS ideal e limiares de determinação

NOTA: Neste experimento, A Bobina_M1 refere-se à bobina usada para entregar estimulação ao M1, enquanto a Bobina_Dois refere-se à bobina usada para fornecer estimulação à outra área cortical de interesse (por exemplo, córtex parietal posterior). O limiar acima de M1 deve ser determinado para que a Bobina_Dois calcule a saída máxima de estimulador (MSO) utilizada em áreas não motoras. Os valores do limiar motor devem ser relatados para permitir comparações e reprodutibilidade entre experimentos.

Localização e limiar com bobina_dois
1. Posicione o centro de Bobina_Dois sobre o local m1 alvo identificado na seção anterior para induzir uma direção posterior-anterior no cérebro.
2. Para encontrar o local ideal para ativação do músculo alvo, entregue pulsos para M1 em 30% do MSO da máquina. Observe se a estimulação entregue produz uma contração muscular e determine a amplitude do potencial evocado do motor (MEP) registrado com os eletrodos EMG da atividade muscular exibidas pelo sistema de aquisição de dados.
3. Se um MEP ou uma contração muscular visível não for observado, continue aumentando a saída estimuladora em incrementos de 5%. A posição, rotação, tom e bocejo da bobina TMS podem precisar ser ajustadas para otimizar a amplitude do EUROP. Repita isso até que uma resposta seja observada.
4. Diminuir a intensidade de forma stepwise para a menor intensidade que produz pelo menos 5 de 10 respostas mefárias com uma amplitude de ≥50 μV enquanto o participante está em repouso⁹⁷^,⁹⁸^,¹⁰⁵. Isso é definido como o limiar do motor de repouso (RMT).
5. Certifique-se durante a sessão de limiares de que ambas as mãos estão em uma posição de descanso com os braços e mãos apoiadas com travesseiros.
6. Fornecer feedback visual ou auditivo em tempo real da atividade muscular da EMG (por exemplo, em um monitor ou alto-falante) durante toda a sessão, especialmente se houver atividade muscular excessiva (por exemplo, populações de idosos.
7. Pergunte continuamente ao participante sobre os níveis de conforto.
  NOTA: É importante que todos os procedimentos descritos acima sejam realizados separadamente e repetidos para cada bobina TMS determinar os parâmetros específicos utilizados no experimento para as bobinas de tamanho diferente (por exemplo, localizar a posição ideal da bobina TMS e determinar intensidades de estimulação para limiar motor). Também é importante que o intervalo entre os pulsos TMS seja >5 s para evitar induzir mudanças na excitabilidade cortical.
Localização e limiar com Bobina_M1
1. Repita as etapas descritas acima para encontrar o local ideal de estimulação com o Bobina_M1.
2. Determine a menor intensidade estimuladora necessária para gerar MEPs de ≥1 mV em 5 dos 10 ensaios no músculo da mão alvo quando o músculo estiver completamente relaxado. Marque e registre a posição de Coil_M1 usando o sistema de neuronavegação.

5. TMS de dois locais (Estado de Descanso)

Use duas bobinas em forma de figura 8 (por exemplo, Bobina_M1 e Bobina_Dois) conectadas a dois estimuladores TMS individuais (por exemplo, duas unidades Magstim 200^2). Entregue os estímulos de teste (TS) sobre M1 com Bobina_M1 (por exemplo, bobina em forma de Figura D70²-8, diâmetro externo do loop é de 7 cm) e os estímulos de condicionamento (CS) para a outra área de interesse com Bobina_Dois. (por exemplo, D50 Alpha B.I., diâmetro externo de cada loop é de 5 cm).
Determine a porcentagem da intensidade do MSO para o estímulo de condicionamento (CS) para bobina_dois.
NOTA: A porcentagem da intensidade do MSO é muitas vezes entre 70-140 da RMT e dependerá dos parâmetros e objetivos específicos do experimento (ver Tabela 3 de Lafleur et al.¹⁴). Para este experimento, o CS foi fixado em 90% da RMT, semelhante aos parâmetros utilizados em outros lugares^35,^44,⁶⁰.
Para o teste de estímulo (TS), use a intensidade previamente determinada que provoca amplitudes mep de ~1 mV no músculo da mão quiescente alvo.
Defina o intervalo preciso de interestímulos (ISI) entre o CS e o TS.
Use o software de controle fornecido ou o controle externo através de pulsos TTL para controlar o ISI para os dois pulsos. O ISI muitas vezes varia de 4 a 20 ms (ver Tabela 1 de Lafleur et al.¹⁴). Para este experimento, o CS para PPC precedeu o TS a M1 por um ISI de 5 ms.
Usando um script de codificação feito medida, gere em ordem aleatória os ensaios TMS de pulso único (somente TS) e testes TMS de pulso emparelhado (CS-TS) no ISI especificado.
Posição Coil_M1 sobre a esquerda M1 e posicione Bobina_Dois sobre a outra área de interesse.
Entregue os testes somente ts com Bobina_M1. Para os ensaios de pulso emparelhado (CS-TS), entregue o CS com Bobina_Dois seguido pelo TS para Coil_M1 nas ISIs pré-determinadas. Isso é ilustrado na Figura 2. Repita um mínimo de 12 ensaios para cada condição. Entregue o TS pelo menos 1 s após o início do julgamento para coletar atividade s emg pré-estímulo. Use uma varredura de aquisição de dados de 4 s para cada teste seguido de um intervalo intertrial de 1 s.
Se necessário, ajuste ligeiramente as posições da bobina TMS para acomodar a colocação de ambas as bobinas sobre os locais direcionados selecionados na cabeça do participante. Ajuste e registre a nova localização de Coil_M1 e Bobina₂ usando o sistema de neuronavegação de acordo.
Use o botão de gatilho na máquina TMS para o software de controle fornecido ou o script de codificação personalizado do controlador externo para fornecer os pulsos TMS programados.
NOTA: Para este experimento, foram utilizados um sistema de aquisição de dados (por exemplo, CED Micro 1401) e pacote de software (por exemplo, Signal versão 7) para gerar estímulos, capturar dados, controlar o equipamento externo e executar a análise. Os scripts de codificação feitos medida usados para executar e analisar dados dos experimentos estão disponíveis no autor correspondente.

6. TMS de dois sites (Contexto de Tarefa)

NOTA: O TMS de dois sites também pode ser usado para testar se a conectividade funcional em repouso pode ser modulada por diferentes contextos de tarefas.

Siga o mesmo método descrito na seção acima para examinar as interações funcionais entre diferentes áreas corticais interligadas ao M1, mas durante a fase preparatória de uma tarefa que engaja a rede (por exemplo, durante o plano de ação para uma compreensão).
Determine o curso de tempo e uma área de interesse cortical (por exemplo, PPC) para estudar interações funcionais com M1 durante a elaboração de um plano de movimento complexo (por exemplo, aperto de precisão acionado por objetos ou apreensão integral⁴³^,⁴⁴^,^45,⁴⁶^,⁴⁷^,⁴⁸^,⁴⁹^,¹⁰⁶) para músculos manuais seletivos.
Usando um script de codificação feito medida, gerar em ordem aleatória o tempo de testes somente TS e ensaios de pulso emparelhado (CS-TS) em um determinado ISI após a sugestão 'GO' durante o período de tempo de reação (fase do plano) de tal forma que as gravações do EUROP sejam coletadas antes do movimento iniciação (período de pré-movimento) para a tarefa.
Fornecer sondas TMS de pulso único (Somente TS) ou TMS de pulso emparelhado (CS-TS) entre 50 e 800 ms após a deixa 'GO'⁴⁷^,⁴⁹ durante o plano de ação de movimentos complexos das mãos. Veja a Figura 3 para o momento de um teste relacionado ao evento para este experimento. Os scripts de codificação feitos medida usados para executar o tempo de ensaios relacionados a eventos estão disponíveis no autor correspondente.
1. Antes da sessão de testes com TMS, o participante realiza a tarefa para um mínimo de 50 ensaios práticos para estabelecer um tempo de reação consistente. Incentive o participante a fazer perguntas sobre a tarefa para garantir um desempenho confiável durante a sessão de testes com o TMS.
2. Use o script de codificação personalizado para entregar todas as combinações de TMS de pulso único (somente TS) ou TMS de pulso emparelhado (CS-TS) e tarefa (por exemplo, segure uma parte superior menor ou segure um objeto inferior maior) durante o período de tempo de reação (fase do plano) de modo que as gravações do MEP são coletado antes da iniciação real do movimento.

7. Estimulação Associativa Emparelhada Cortical (cPAS)

NOTA: Este protocolo envolve fornecer pares de pulsos monofásicos para duas áreas corticais diferentes em curtos períodos para induzir mudanças específicas da via na força sináptica entre conexões dentro do cérebro humano. Essa abordagem baseia-se nos princípios hebbianos de plasticidade dependente do pico¹⁰⁷^,^108,^109,¹¹⁰. Semelhante aos métodos TMS de dois locais, o CPAS é entregue com duas máquinas TMS conectadas a duas bobinas TMS individuais sobre duas áreas corticais diferentes (por exemplo, PPC e M1).

Usando um script de codificação personalizado, gere 100 pares de estímulos a 0,2 Hz (8,3 min de duração cada). Para a condição experimental cPAS_Two→M1, entregue os primeiros estímulos sobre a área não motora (por exemplo, PPC) com Bobina_Dois com uma intensidade de pulso especificada (por exemplo, 90% RMT) para 5 ms antes do segundo estímulo sobre M1 com Bobina_M1 com uma intensidade de pulso que provoca uma amplitude mep de ~1 mV no músculo de mão-alvo.
É importante controlar: 1) direcionamento da conectividade (CTRL_M1→Two); 2) tempo (CTRL_ISI=500ms); e 3) site de estimulação _{(ctrl control site→M1}) em sessões separadas. Veja, por exemplo,⁷²^,^74,^111,¹¹². Os scripts de codificação feitos medida para cada condição de cPAS estão disponíveis no autor correspondente. Os parâmetros de estimulação (por exemplo, intensidades e ISI) podem ser ajustados para diferentes áreas corticais. Consulte a Tabela 2 de Lafleur et al.¹⁴ para um resumo dos protocolos de plasticidade.
Use os procedimentos descritos em seções anteriores para orientar a localização precisa das bobinas TMS.
Obtenha medições corticordiais de linha de base com Bobina_M1 (por exemplo, ~24 MEPs).
Randomize os participantes para um dos quatro grupos de intervenção: 1) cPAS _Two→M1; 2) CTRL_M1→Dois; 3) CTRL_ISI=500ms; 4) Site de _{controle CTRL→M1}.
Para este experimento apenas a condição experimental cPAS _Two→M1 foi testada e o PPC foi usado como área de interesse. Ao realizar várias sessões no mesmo participante, é importante que cada sessão experimental seja separada por pelo menos 48 h em uma ordem aleatória para evitar efeitos de crossover. Também é importante repetir sessões dentro de cada participante na mesma hora do dia para controlar o alerta.
Use o script de codificação personalizado para fornecer a condição especificada do cPAS.
Monitore a atividade muscular da outra mão (esquerda) durante o experimento com a EMG para garantir que a mão esteja totalmente relaxada durante o protocolo.
Obtenha medições corticordiais com Bobina_M1 (por exemplo, cerca de 24 MEPs) em diferentes momentos após o CPAS (por exemplo, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 min) para examinar o curso de tempo do efeito induzido pelo TMS na excitabilidade cerebral.
NOTA: O protocolo experimental aqui utilizado é mostrado na Figura 4. A maioria dos estudos até agora se concentrou no sistema motor porque o MPE é uma medida de resultado confiável. No entanto, também podem ser investigadas as medidas comportamentais⁷²^,⁷³^,⁷⁴ e a força de conectividade funcional com fMRI⁹²^,⁹³ e EEG⁸⁹^,⁹⁰ após manipulação tms de plasticidade associativa também pode ser investigada. Esses métodos também podem ser adotados para diferentes áreas corticais que não incluem o M1 como alvo cortical.

8. Processamento e Análise de Dados

Inspecione visualmente os dados do EMG offline e descarte quaisquer traços que mostrem atividade muscular em que a atividade média de EMG média raiz nos músculos excedeu um nível de fundo de 10 μV durante os 100 ms imediatamente antes do pulso TMS para garantir que os músculos estivessem em repouso⁵⁹^,¹¹³.
Da mesma forma, descarte quaisquer ensaios com atividade emg que coincidem com o pulso TMS durante o período de preparação do movimento (por exemplo, 800 ms janela⁴⁷^,⁴⁹) em ensaios de contexto de tarefa sem sentido de dois sites para excluir respostas antecipatórios.
Para cada estudo do EUROP, meça a amplitude de pico a pico entre os valores mínimos e máximos em mV na janela de tempo entre 50 ms antes e 100 ms após o TS¹⁰⁵.
Calcule a média das amplitudes do MEP em milivolts apenas dos ensaios ts e os ensaios de pulso emparelhado (CS-TS) para cada participante. Calcule a média entre todos os participantes. Denuncie esses valores.
Em seguida, normalize a amplitude mep média dos ensaios de estimulação de pulso emparelhado (CS-TS) dos ensaios de pulso único (TS) incondicionados para cada participante e condição. Expresse as amplitudes do EUROP como uma razão para a condição de TS de linha de base.

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Calcule a média entre todos os participantes. Denuncie esses valores.

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Resultados

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A Figura 5 mostra o tamanho de uma resposta MEP exemplar provocada no músculo FDI por TMS para um teste de estímulos não condicionados (TS sozinho para M1, traço azul) ou estímulos condicionados do PPC (CS-TS, traço vermelho) enquanto o participante estava em repouso (painel superior) ou planejando uma ação de agarramento direcionada ao objetivo a um objeto (painel inferior). Em repouso, o PPC exerce uma influência inibidora no Ipsilateral M1, como mostrado pela diminuição das amplitudes mep...

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Discussão

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O método TMS de dois locais descrito aqui pode ser usado para investigar interações funcionais entre diferentes áreas corticais interconectadas com o córtex motor primário enquanto um participante está em repouso ou planejando uma ação direcionada ao objetivo. Embora a imagem cerebral seja correlativa, o conhecimento básico dos métodos TMS de dois sites pode revelar relações causais de comportamento cerebral associadas a alterações nos circuitos cortico-cortical. Além disso, a estimulação associativa emparelhada cortical...

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Divulgações

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Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi apoiado pela Universidade de Michigan: MCubed Scholars Program e School of Kinesiology.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Bobina Alpha B.I. D50 (revestida)	Bobina Magstim		de 50 mm
Software BrainSight 2.0	Rogue Research		Software de neuronavegação
BrainSight sem moldura Sistema estereotáxico	Rogue Research		Equipamento de neuronavegação
D70² Bobina	Magstim		70mm
Discovery MR750	Geral	para máquina de ressonância magnética
	3M		Tampões de ouvido de espuma
para ECG Eletrodos de 30 mm x 24 mm	Coviden-Kendall	H124SG	Eletrodos descartáveis
Amplificador isolado de quatro canais	Intronix Technologies Corporation	2024F	Amplificador EMG
gGAMMAcap	g.tec Engenharia		EEG head cap
Micro1401-3	Cambridge Electronic Design		Gravador de dados científicos e máquina de processamento
Nuprep Skin Prep Gel	Weaver and Company		Gel abrasivo de preparação de pele
Signal v.7	Cambridge Electronic Design		Software de aquisição e análise de dados
The Magstim BiStim²	Magstim		Estimulador magnético transcraniano (duas unidades de 200²)

Tampões de ouvido descartáveis elétrica Médica

Referências

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Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

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