Method Article

Оценка возбудимости первичной моторной коры и модуляции возбудимости путем сочетания транскраниальной магнитной стимуляции с электромиографией

DOI:

10.3791/68897

⸱

October 7th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Champalimaud Research and Clinical Centre, Champalimaud Foundation, 2Department of Psychiatry and Mental Health, ULS Loures-Odivelas, Hospital Beatriz Ângelo, 3Lisbon School of Medicine, University of Lisbon, FMUL, 4Institute for Systems and Robotics-Lisbon (LARSyS), Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 5Portuguese Red Cross Health School, 6Faculty of Medicine, University of Porto, FMUP, 7Department of Psychiatry and Mental Health, Centro Hospitalar Universitário de São João, CHUSJ, 8NOVA Medical School, Faculdade de Ciências Médicas, NMS, FCM, Universidade NOVA de Lisboa

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В данной работе мы представляем протокол, в котором изложена методология оценки возбудимости и модуляции возбудимости первичной моторной коры головного мозга с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) в сочетании с электромиографией (ЭМГ).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы описываем протокол оценки возбудимости моторной коры головного мозга и ее модуляции с помощью парного использования электромиографии (ЭМГ) и повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) первичной моторной коры (М1). Для записи ЭМГ используется специально разработанная система, а поверхностные электроды размещаются над правой первой дорсальной межкостной мышцей (FDI), а заземляющий электрод — на левом локте. ТМС проводится с помощью магнитного стимулятора с катушкой в виде восьмерки, управляемого нейронавигационной системой. Горячая точка двигателя для FDI определяется путем систематического применения одиночных импульсов ТМС при корректировке размещения катушки и используется в качестве мишени для всех процедур ТМС. Моторный порог покоя (rMT) определяется как минимальная интенсивность, необходимая для вызова моторных вызванных потенциалов (MEP) ≥ 50 мкВ при записи ЭМГ, по крайней мере, в 5 из 10 испытаний, в то время как активный моторный порог (aMT) — это минимальная интенсивность, необходимая для вызова MEP ≥ 200 мкВ по крайней мере в 5 из 10 импульсов, в то время как участник сохраняет 10-20% от своей максимальной произвольной мышечной активации. Исходная возбудимость коры определяется как средняя амплитуда MEP, полученная из 40 одиночных импульсов ТМС, подаваемых при 120% rMT, с импульсами, подаваемыми через случайные интервалы (6-10 с). Модуляция возбудимости моторной коры достигается с помощью протокола прерывистой тета-взрывной стимуляции (iTBS) (триплеты импульсов 50 Гц, 80% aMT, 5 Гц в течение 2 с включения/8 с выключения, повторяются 20 раз; всего 600 импульсов). Модуляция возбудимости оценивается путем повторения измерений амплитуды MEP в четырех временных точках после стимуляции: немедленной (T0), 10 мин (T10), 20 мин (T20) и 30 мин (T30). Этот протокол обеспечивает точную и воспроизводимую оценку возбудимости моторной коры головного мозга и фиксирует пик модулирующих эффектов, возникающих в результате iTBS.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — это неинвазивный метод нейростимуляции, который индуцирует магнитное поле, способное проникать в кожу головы и череп, вызывая активность нейронов при достижении корковой ткани1. ТМС позволяет in vivo оценить нейрофизиологию центральной нервной системы (ЦНС) у человека 2,3,4. При доставке повторяющимися сериями (повторяющаяся ТМС, или рТМС) в определенные области коры головного мозга, ТМС может вызывать изменения возбудимости корковой мишени, выходящие за рамки продолжительности стимуляции, в зависимости отпараметров применяемого протокола. Одноимпульсная ТМС обычно используется для измерения возбудимости коры головного мозга и, при ее применении до и после рТМС, позволяет количественно оценить модуляцию возбудимости коры головного мозга, индуцированную ТМС 2,3,4. Первичная моторная кора головного мозга (М1) является одной из основных мишеней для таких протоколов, поскольку ее функциональный выход может быть легко количественно определен с помощью электромиографических (ЭМГ) записей 6,7. По сравнению с другими нейрофизиологическими методами и методами нейровизуализации, такими как электроэнцефалография (ЭЭГ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), ТМС-ЭМГ предлагает больше преимуществ для клинического внедрения. ЭЭГ требует обширной настройки электродов, тщательного управления артефактами и сложной обработки сигнала8, в то время как фМРТ требует более высоких затрат, ограниченной доступности и обеспечивает меньшее временное разрешение9. TMS-EMG опирается на относительно простые поверхностные записи ЭМГ, при этом анализ сосредоточен на простых и объективных показателях, таких как амплитуда моторного вызванного потенциала (MEP) и задержка. Эта простота в сборе и обработке в сочетании с более коротким временем настройки и меньшими требованиями к инфраструктуре делает TMS-EMG особенно подходящей для внедрения в клиническую практику,где требуются быстрые, надежные и воспроизводимые биомаркеры.

Измерения модуляции возбудимости коры головного мозга рассматриваются как косвенные показатели нейропластичности, определяемой как способность мозга претерпевать функциональные и структурные изменения в ответ на внутренние или внешние стимулы11,12. Изменения нейропластичности связаны с различными психоневрологией, такими как большое депрессивное расстройство (БДР)13,14,15,16. Учитывая возможность исследования нейропластических механизмов in vivo и практическую применимость в клинических контекстах, оценка модуляции возбудимости коры головного мозга, полученная с помощью ТМС-ЭМГ, была изучена в качестве потенциального биомаркера нейропсихиатрических расстройств 17,18,19. Эти меры могут быть перспективными как в качестве диагностического биомаркера18, так и в качестве предиктора результатов лечения14,15. Одиночная или парная импульсная ТМС обычно проводится с интенсивностью, выраженной в процентах от порога моторного состояния покоя (rMT), т.е. минимальной интенсивности, необходимой для генерации моторного ответа (rMT; обычно 110-130% rMT), при этом протоколы часто используют 20-40 импульсов для надежной оценки кортикоспинальной возбудимости и несколько сотен импульсов для оценки модуляции до и после вмешательства, в разные моменты времени20. Межимпульсные интервалы (IPI), как правило, должны составлять >4 с, чтобы свести к минимуму эффекты переноса и обеспечить независимость последующих MEP21. При использовании для модуляции корковой возбудимости протоколы чаще всего полагаются на низкочастотную рТМС (рТМС; ≈ 1 Гц, 600-1800 импульсов) или непрерывную тета-взрывную стимуляцию (cTBS; 3 импульса по 50 Гц, повторяющиеся каждые 200 мс, непрерывно в течение 40 с) для индуцирования тормозящих последствий. Для облегчения возбудимости коры головного мозга протоколы чаще всего полагаются на высокочастотную рТМС (рТМС; ≥ 5 Гц, обычно 5-20 Гц, 600-2000 импульсов) или прерывистую тета-взрывную стимуляцию (iTBS)22. iTBS обычно состоит из 600 импульсов, подаваемых в виде пакетов по 3 стимула с частотой 50 Гц, повторяющихся с частотой 5 Гц в течение 2 с, с прерывистым применением каждые 10 с интенсивностью около 80% от порога активного мотора (aMT). Эта модель стала наиболее широко используемой как для экспериментальных, так и для клинических целей благодаря своей эффективности, более короткой продолжительности и надежному облегчению пластичности корыголовного мозга.

Тем не менее, клиническая полезность остается ограниченной нерешенными методологическими проблемами. Усилия по решению этих проблем, в первую очередь путем изучения и повышения надежности измерений, привели к противоречивым результатам 25,26,27,28,29. Эти несоответствия можно объяснить, по крайней мере частично, существенными методологическими ловушками и неоднородностью в исследованиях, включая вариабельность параметров рТМС, где, например, количество импульсов колеблется от 20 до 1800 импульсов в низкочастотных парадигмах22 и от последовательностей iTBS из 600 импульсов до модифицированных версий 1200 импульсов30. Кроме того, исследования без нейронавигации показали вариабельность амплитуды MEP и более низкие модулирующие эффекты протокола rTMS по сравнению с протоколами с нейронавигацией31. Размеры выборки в опубликованных исследованиях также были относительно скромными, часто от 10 до 25 участников, что ограничивало статистическуюмощность. Кроме того, были применены ограниченные статистические подходы к оценке надежности, при этом некоторые исследования опирались на показатели, отличные от внутриклассового коэффициента корреляции (ICC)24,33, который обычно рассматривается как наиболее подходящий показатель надежности тест-ретест26.

Протоколы регистрации и анализа возбудимости коры головного мозга с использованием парадигм ТМС-ЭМГ также могут способствовать дополнительной вариабельности. Специфические методологические факторы, такие как количество введенных импульсов ТМС, могут привести к низкой надежности, при этом оценки основаны на менее чем 20 MEP, в то время как усреднение ≥30 MEP обеспечивает стабильную меру кортикоспинальной возбудимости. Аналогичным образом, было показано, что IPI влияет на возбудимость с интервалом 2 с или менее, вызывая изменения возбудимости коры головного мозга из-за кумулятивных эффектов стимуляции, в то время как более консервативные интервалы более 4 с уменьшаютэти искажения. Методы регистрации ЭМГ34,35 также могут влиять на надежность измерений, например, при этом биполярная конфигурация обеспечивает улучшенную пространственную селективность и снижение загрязнения от активности близлежащих мышц по сравнению с монополярной конфигурацией34,35. Таким образом, стандартизация протоколов сбора и обработки данных имеет важное значение для улучшения оценки модуляции возбудимости коры головного мозга и определения ее стабильности, что является критическим атрибутом любого надежногобиомаркера.

Таким образом, для дальнейшего использования мер модуляции возбудимости коры головного мозга в качестве потенциальных маркеров для нейробиологической оценки и установления их надежности для клинического применения, мы представляем протокол, являющийся результатом систематического подхода, основанного на наилучших доступных доказательствах в этой области, чтобы свести к минимуму потенциальное влияние методологической гетерогенности и обеспечить точное и воспроизводимое измерение возбудимости моторной коры головного мозга и ее модуляции. 38. Это включало в себя внедрение соответствующих протоколов регистрации ЭМГ34, использование нейронавигационных систем39, сбор достаточного количества MEP20, использование подходящих IPI21 и всестороннюю отчетность о процедурах регистрации и методах обработки сигналов34. Наши результаты продемонстрировали улучшенную стабильность сигнала по сравнению с существующими передовыми практиками в литературе, тем самым способствуя методологической строгости, необходимой для разработки надежного нейрофизиологического биомаркера.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Описанные здесь процедуры были разработаны для сбора данных, предоставленных Seybert et al.37 и Faro Viana et al.38 Все участники предоставили письменное информированное согласие до участия, объяснив цель исследования, процедуры, риски и свое право отказаться от исследования в любое время. Протокол был одобрен Этическими комитетами Центра неизвестных в Шампалимо и проведен в соответствии с Хельсинкской декларацией. Использование настоящего протокола в других исследованиях или местах должно осуществляться только после получения разрешения от соответствующих местных комитетов по этике и/или других компетентных органов. Для минимизации риска нежелательных побочных эффектов перед ТМС следует применять стандартизированный контрольный список безопасности, используя международные рекомендации40,41 в качестве справочной основы, которая может быть адаптирована к конкретным условиям исследования. Протокол рассчитан на продолжительность ~1 ч 15 мин (рис. 1).

1. Требования к настройке и подготовка

  1. Убедитесь, что два технических специалиста доступны для оптимального проведения сеанса, где один будет применять процедуры TMS, а другой будет оказывать поддержку на дополнительных этапах.
  2. Убедитесь в наличии следующее оборудование: система нейронавигации; удобное кресло; ЭМГ-аппарат с соответствующими контактами и электродами; стимулятор ТМС с 8-образной катушкой, который позволяет вводить iTBS, одноимпульсные протоколы, а также подключаться к нейронавигации и системе ЭМГ. Убедитесь, что один или два компьютера доступны, чтобы обеспечить одновременное наблюдение за программным обеспечением ЭМГ и программным обеспечением для нейронавигации. Убедитесь, что компьютер оснащен приемником сигнала Bluetooth для приема сигнала ЭМГ.
  3. Убедитесь в наличии следующие расходные материалы: спиртовые и марлевые компрессы; водная наждачная бумага для очистки кожи, где будут размещены гелевые электроды; шапочка для плавания для участника; и беруши как для участника, так и для техников.
  4. Начните подготовку к настройке примерно за 30 минут до прибытия участника, чтобы правильно настроить нейронавигационную систему, плату ЭМГ и аппарат ТМС, а также программное обеспечение, необходимое для сбора физиологических данных.
  5. Подготовьте систему ЭМГ.
    1. Убедитесь, что плата ЭМГ полностью заряжена - если применимо - и подготовьте соответствующие контакты - один в качестве опорного (униполярный - должен быть размещен на левом локте), а другой - на целевой мышце для регистрации (биполярный - должен быть размещен на правой первой дорсальной межкостной мышце). Дополнительный кабель необходим для синхронизации импульсного выхода TMS с сигналом ЭМГ, подключения устройства TMS к плате ЭМГ.
    2. Подключите к контактам электроды медицинского назначения из хлорида серебра/серебра (Ag/AgCl) (потребуется 3 электрода). Кроме того, подключите кабель от машины TMS к плате EMG для вывода сигнала запуска каждого импульса TMS.
    3. Для использования собственного устройства ЭМГ застегните Velcro на устойчивую поверхность. Подключите контакты к устройству ЭМГ в соответствующих точках входа.
    4. На одном из мониторов/компьютеров откройте программное обеспечение BONSAI42 и соответствующий сценарий сбора данных ЭМГ. Нажимайте кнопку «Пуск » только после того, как будете готовы к сбору данных (подробнее см. Дополнительный файл 1, шаг 1).
  6. Подготовьте устройство TMS.
    1. Определите протокол оценки возбудимости в устройстве TMS. Он состоит из 40 одиночных импульсов при 120% rMT со случайным IPI не менее 6 с, чтобы избежать эффектов переноса от предыдущего стимула.
    2. Вставьте в устройство протокол iTBS, следующий заданным параметрам стимуляции априори: триплеты импульсов 50 Гц, 80% aMT, 5 Гц на 2 с включения/8 с выключения, повтор 20 раз, всего 600 импульсов.
    3. Прикрепите бумажные полоски во всех частях экрана машины TMS, где виден максимальный выход стимуляции (MSO - %), чтобы технический специалист не ослеп во время оценки rMT и aMT (подробнее см. Дополнительный файл 1, шаг 2).
  7. Подготовьте нейронавигационную систему ANT Neuro для ТМС.
    1. Соберите необходимые аппаратные компоненты. К ним относятся инфракрасная камера слежения, оголовье участника с отражающими маркерами, указатель, калибровочная доска (для катушки TMS) и трекер катушки (круглое устройство, которое крепится к катушке для отслеживания положения в режиме реального времени).
    2. Установите камеру на штатив и расположите ее таким образом, чтобы она была в прямой видимости по отношению ко всем остальным компонентам нейронавигации на протяжении всего сеанса.
    3. Поместите трекер калибровки катушки и плату на катушку TMS.
    4. Откройте программное обеспечение нейронавигационной системы, введите идентификатор участника и откалибруйте компоненты нейронавигации (подробнее см. Дополнительный файл 1, шаг 3).

2. Подготовка участника

  1. По прибытии участника оценить безопасность применения ТМС с помощью анкеты и/или структурированного интервью на основе опубликованных рекомендаций40,41. Включите в себя информацию о психических и неврологических расстройствах в анамнезе, потере сознания, нарушении слуха, а также о наличии металлических или магнитных имплантатов, продолжающемся приеме лекарств и сроке беременности. Продолжайте следовать протоколу только в том случае, если у вас нет проблем с безопасностью.
  2. Усадите участника в удобное кресло, где оба предплечья могут быть расположены в положении покоя. Убедитесь, что участник находится под соответствующим углом, чтобы катушка была удобно расположена на его голове.
  3. Попросите пациента снять очки, заколки или заколки для волос, а также серьги или другие металлические и/или электронные устройства. Предоставьте беруши и убедитесь, что они расположены правильно и устойчиво. Проинструктируйте участника оставаться бодрствующим, молчаливым и расслабленным. Убедитесь, что участник постоянно бодрствует, чтобы максимально уменьшить колебания физиологического сигнала.
  4. Чтобы улучшить качество интерфейса электрод-кожа и улучшить проводимость электрического сигнала, очистите кожу над FDI, аккуратно протерев эту область наждачной бумагой для воды с последующим быстрым промыванием марлей, встроенной в спирт35. Повторите эту процедуру над контралатеральным локтем. Как только кожа высохнет, поместите заземляющий электрод на локоть, чтобы обеспечить точку отсчета нулевого напряжения, и записывающий электрод на контралатеральной руке над FDI, с центром примерно в 2,5 см в направлении мышечного сухожилия (см. рисунок 2).
  5. Наденьте на голову участников шапочку для плавания, чтобы нарисовать ориентиры для расположения места стимуляции ТМС:
    1. Наденьте на голову участника шапочку для плавания с передне-задней ориентацией. Убедитесь, что колпачок выровнен с линией бровей участника спереди и с корнем спирали ушей с каждой стороны. Нанесите его на кожу головы, оставив уши свободными и непокрытыми.
    2. Проведите медиальную сагиттальную линию, а также линию междутрубья на вершине, чтобы получить точку перехвата на вершине (рис. 3A, B).
    3. От точки перехвата отмерьте 5 см влево по линии межготрубья и спереди по сагиттальной линии, чтобы определить 2 дополнительные точки (рис. 3C, D).
    4. Проведите диагональную линию, чтобы соединить латеральную точку с медиальной передней точкой (рисунок 3E).
    5. Начиная с боковой точки, измерьте расстояние 2,5 см в передне-медиальном направлении по диагональной линии, чтобы отметить первоначальную оценку моторной горячей точки (рис. 3F).
    6. Отметьте 4 точки в радиусе 0,5 см вокруг этой первоначальной оценки, чтобы обеспечить дополнительные точки проверки точки для точки доступа двигателя. Отметьте область, рассматриваемую для точки доступа двигателя (красная линия) (рис. 3E, F).
  6. Настройте нейронавигационную систему для участника.
    1. Наденьте эластичную повязку на голову участника, следя за тем, чтобы маркерная полоса была обращена к камере и была удобной, так как она должна оставаться на месте на протяжении всего сеанса.
    2. Используйте указатель для определения ключевых анатомических ориентиров на голове участника (назион, левый и правый козелок, а также точки формы головы), что позволит системе выравнивать и отслеживать цели стимуляции в отношении анатомии головы участника (назион, козелок, ориентиры скальпа и форма головы), если используется стандартное пространство MNI и другие аспекты анатомии. включая анатомию мозга, если использовать индивидуализированное МРТ. Это обеспечивает точное позиционирование катушки с учетом индивидуальной анатомии во время процедуры ТМС (более подробную информацию см. в Дополнительном файле 1, шаг 3).

3. Оценка физиологии ТМС-ЭМГ

  1. Запустите скрипт BONSAI42 для сбора данных ЭМГ. Во время записи следите за участником на предмет признаков сокращения лица, движения конечностей, непреднамеренного изменения положения шапочки или других форм поведения, которые могут повлиять на физиологию участника и получение физиологических данных.
  2. Измерьте точку перегрева двигателя.
    1. Поместите катушку ТМС по касательной к коже головы участника так, чтобы рукоятка была направлена назад под углом 45° относительно средней сагиттальной линии и ее центром над отмеченным местом в шаге 2.5 - это положение будет использоваться для всех процедур ТМС.
    2. Подайте импульсы с частотой 30% от MSO над первоначальной оценкой горячей точки двигателя.
    3. Увеличивайте интенсивность стимуляции с шагом 5-10% от MSO до тех пор, пока не будет наблюдаться устойчивая двигательная реакция.
    4. Примените одиночные импульсы на исходной оценке и в нескольких местах вокруг нее, чтобы определить место, которое наиболее последовательно приводит к более высокоамплитудным MEP и, когда это возможно, где видимое сокращение было ограничено FDI - это горячая точка двигателя для FDI (MH).
    5. В программном обеспечении нейронавигационной системы выберите импульс, который определил MH для дальнейшей стимуляции.
  3. Установите rMT.
    1. Используйте нейронавигационную систему для направления катушки к MH, найденному на шаге 3.2 - rMT - это минимальный % MSO, необходимый для вызова MEP с напряжением не менее 50 μВ в контралатеральной FDI по крайней мере в 5 из 10 подаваемых сюда одиночных импульсов TMS, разделенных примерно 5-секундным межстимульным интервалом.
    2. Начиная с % MSO, используемого для определения MH, снижайте интенсивность с шагом 2% до тех пор, пока менее 5 из 10 одноимпульсных импульсов TMS не вызовут отклик не менее 50 мкВ в контралатеральной FDI.
    3. Увеличивайте MSO с шагом 1% до тех пор, пока по крайней мере 5 из 10 одноимпульсных импульсов TMS не вызовут отклик не менее 50 мкВ в контралатеральных FDI.
    4. Зарегистрируйте % MSO для rMT.
  4. Определите максимальную произвольную активацию мышц.
    1. Проинструктируйте пациента произвести максимальную произвольную мышечную активацию первой дорсальной межкостной мышцы (FDI) путем создания формы круга, прижимая ноготь указательного пальца к животу большого пальца с максимальной силой.
    2. Примерно через 2 с после того, как участник инициирует сокращение мышц, запишите соответствующий момент времени, нажав пробел на компьютере, на котором запущен сценарий BONSAI, пропустив начальное наращивание активности и скачки, возникающие в результате движения электродов.
    3. Повторите процесс три раза, при этом каждое сокращение разделяется 1-минутным периодом отдыха, чтобы предотвратить усталость и обеспечить восстановление.
  5. Установите aMT.
    1. Используйте нейронавигационную систему для направления катушки к MH, обнаруженному на шаге 3.2 - aMT - это минимальный % MSO, который производит MEP с амплитудой не менее 200 μВ от пика до пика по крайней мере в 5 из 10 одиночных импульсов TMS, доставленных сюда, во время небольшого произвольного сжатия.
    2. Попросите участника поддерживать субмаксимальное сокращение, от 10% до 20% от MViC, используя ЭМГ для мониторинга текущего сокращения и обеспечения обратной связи в режиме реального времени (для получения дополнительной информации см. Дополнительный файл 1, шаг 1).
    3. Начиная с % MSO для rMT, уменьшайте интенсивность с шагом 2% до тех пор, пока MEP не менее 200 мкВ не будут получены менее чем в 5 из 10 одноимпульсных импульсов TMS.
    4. Увеличивайте MSO с шагом 1% до тех пор, пока не будут созданы MEP с напряжением не менее 200 μВ по крайней мере в 5 из 10 одноимпульсных импульсов TMS.
    5. Зарегистрируйте % MSO для aMT.
  6. Определите исходную корковую возбудимость.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот этап направлен на установление базовой амплитуды MEP участника, которая служит ориентиром для последующих сравнений.
    1. Используйте нейронавигационную систему для точного позиционирования катушки над горячей точкой двигателя, как определено в шаге 3.2.
    2. Убедитесь, что поверхностные электроды ЭМГ правильно размещены над целевой мышцей (например, первой дорсальной межкостной мышцей), и проверьте качество сигнала (минимальный шум и четкие MEP)
    3. Загрузите протокол одиночной импульсной стимуляции на устройство TMS.
    4. Вставьте ранее определенный rMT и запустите протокол (параметры стимуляции описаны в шаге 1.6.1).
    5. Оцените исходную возбудимость коры головного мозга путем усреднения амплитуд от пика до пика 40 MEP.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Амплитуда размаха определяется как разница в напряжении между минимальной и максимальной точками каждого отдельного сигнала MEP. Для дальнейшего анализа амплитуды MEP могут быть нормализованы до исходных значений для контроля межиндивидуальной вариабельности в соответствии с процедурами, описанными в предыдущей литературе32.
  7. Примените протокол модуляции возбудимости коры головного мозга.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг включает в себя поставку протокола iTBS для модуляции возбудимости коры головного мозга.
    1. Загрузите протокол iTBS на устройство TMS.
    2. Вставьте ранее определенный aMT и запустите протокол (параметры стимуляции описаны в шаге 1.6.2).
    3. Сразу после окончания протокола iTBS запустите секундомер для контроля интервалов после стимуляции.
  8. Оцените модуляцию возбудимости коры головного мозга.
    1. T0, т.е. сразу после окончания протокола модуляции возбудимости коры головного мозга повторно применять протокол одноимпульсной стимуляции с использованием 120% rMT, как описано в шаге 3.6.
    2. Проверьте точность нейронавигации, поместив указатель на назион и проверив выравнивание в программном обеспечении нейронавигационной системы. Убедитесь, что пространственное отклонение составляет < 5 мм. Запишите значение.
    3. Т10, Т20 и Т30, т.е. через 10, 20 и 30 мин после протокола модуляции возбудимости коры головного мозга - повторить протокол одноимпульсной стимуляции, как показано на шаге 3.8.1. Повторите проверку точности нейронавигации, как описано в шаге 3.8.2.
    4. По завершении финального блока стимуляции остановите скрипт BONSAI. Завершите сеанс нейронавигации в программном обеспечении. Файл "bin." создается на основе сбора данных бонсай.
    5. Оцените возбудимость коры головного мозга в моментах постмодуляции (T0, T10, T20 и T30) с использованием той же процедуры, что и исходно, т.е. путем усреднения амплитуд от пика до пика 40 MEP, зарегистрированных в каждой временной точке. Это позволяет сравнивать изменения возбудимости относительно исходного уровня в соответствии с протоколом модуляции.
    6. Расчет модуляции возбудимости коры головного мозга: Количественно оцените модуляцию возбудимости коры головного мозга, вызванную протоколом стимуляции, путем вычисления дельта MEP (ΔMEP), определяемой как разница между средней амплитудой MEP, зарегистрированных в каждой временной точке после вмешательства (T0, T10, T20, T30), и средней амплитудой MEP, зарегистрированной на исходном уровне, нормированной на среднюю амплитуду MEP, зарегистрированных на исходном уровне. Этот показатель позволяет оценить величину и продолжительность изменений возбудимости коры головного мозга, вызванных протоколом iTBS.
       figure-protocol-1
  9. Расспросите участника о любом дискомфорте и предоставьте средства для связи, если после сеанса могут возникнуть какие-либо потребности или вопросы.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот протокол был разработан для обеспечения надежной и воспроизводимой оценки кортикоспинальной возбудимости, оставаясь при этом обобщенным для различных систем ЭМГ и установок ТМС. Мы выбрали традиционную процедуру поиска порогов, поскольку она широко валидирована, воспроизводима и сопоставима в разных исследованиях, признавая при этом, что альтернативные методы также хорошо зарекомендовали себя (например, методы поиска порогов, основанные на оценке параметров с помощью последовательного тестирования)43,44. Сбор в общей сложности 40 одноимпульсных стимулов ТМС гарантирует, что будет зарегистрировано достаточное количество MEP для надежной оценки амплитуды MEP, даже если некоторые импульсы не вызывают ответа20. Интервалы между импульсами рандомизируются с минимальным интервалом в 6 с, чтобы предотвратить эффект переноса от предыдущих стимулов21 и сделать последовательность импульсов непредсказуемой, снижая предварительную активацию опережающих мышц. Использование одноимпульсной ТМС интенсивностью 120% rMT является хорошо зарекомендовавшим себя стандартом, который позволяет получать измеримые MEP, одновременно фиксируя изменения пластичности, вызванные iTBS, последовательно у всех участников. Обработка ЭМГ в автономном режиме, включая фильтрацию, удаление артефактов и мониторинг фоновой мышечной активности, гарантирует, что измеренные МЭП отражают истинную кортикоспинальную возбудимость, а не шум, и не подвержены влиянию мышечной предварительной активации (подробнее см. Дополнительный файл 1, шаг 4). Несмотря на то, что с помощью этого протокола можно получать данные Post-iTBS MEP в течение более чем 30 минут, мы решили завершить сбор данных на T30 после iTBS, что согласуется с доказательствами того, что LTP-подобная пластичность, возникающая в результате этого протокола, преимущественно происходит в течение этого окна32. В целом, протокол подчеркивает воспроизводимость, надежность и концептуальную обобщенность, независимо от конкретных устройств или программного обеспечения.

Весь персонал, участвующий в сеансах TMS, должен быть обучен протоколам безопасности учреждения для обеспечения благополучия участников. Если во время сеанса участник сообщает о легких симптомах, таких как головокружение, сеанс следует приостановить, дать ему воды и/или уложить с поднятыми ногами, если это необходимо. При необходимости следует связаться с медсестрой или врачом. Головные боли могут возникать во время сеанса или вскоре после него. Участники должны быть проинформированы о том, что это ожидаемо, и при необходимости могут принимать простые безрецептурные анальгетики. Если головные боли не проходят, следует связаться с исследовательской группой. В редких случаях припадка сеанс должен быть немедленно прекращен, а также должны быть инициированы неотложные процедуры в соответствии с протоколами учреждения.

Данные от 47 здоровых добровольцев были собраны с использованием структурированного и стандартизированного протокола, описанного здесь. Эта методология, разработанная для повышения надежности оценок возбудимости коры головного мозга, действительно дала стабильные результаты в двух оценках, проведенных с интервалом в 6 недель37. Значимая модуляция возбудимости левой моторной коры, оцениваемая по изменению амплитуды MEP (ΔMEP) после iTBS, наблюдалась при T0, T10 и T20 при первой оценке, тогда как при T30 эффект не достигал значимости (T0: W = 259, p < 0,01, r = 0,42; T10: W = 320, p < 0,01, r = 0,51; T20: W = 291, p < 0,01, r = 0,46; T30: W = 190, p = 0.06, r = 0.32), и во всех временных точках через 6 недель (T0: W = 293, p < 0.01, r = 0.48; T10: W = 278, p < 0,01, r = 0,46; T20: W = 315, p < 0,01, r = 0,52; T30: W = 275, p < 0,01, r = 0,45), что указывает на устойчивую модуляцию возбудимости во времени (рис. 4A). Стабильность модуляции возбудимости при T0 дополнительно поддерживалась ICC 0,67 (95% ДИ = 0,31-0,85; p < 0,01), демонстрируя умеренную или хорошую надежность тест-ретеста в более ранние моменты после iTBS (рис. 4B). Тем не менее, временная надежность возбудимости коры головного мозга в Т10, Т20 и Т30 не наблюдалась, что указывает на ограничения применения этого протокола для оценки феноменов пластичности в более поздние временные точки. Кроме того, ключевые нейрофизиологические параметры, включая aMT, rMT и исходную амплитуду MEP, оставались стабильными на протяжении всего периода исследования, что еще раз подчеркивает внутреннюю согласованность и процедурную надежность протокола. Наконец, было систематически оценено влияние потенциальных искажающих факторов, включая леворукость, тревожность состояния, ожидания в отношении эффектов ТМС, пол и возраст. Не было обнаружено существенных ассоциаций между этими переменными и модуляцией возбудимости коры, что подтверждает надежность наблюдаемых эффектов и протокола по индивидуальным характеристикам, как сообщается в Seybert et al.37.

figure-results-1
Рисунок 1: Левая возбудимость M1 и оценка ее модуляции - обзор экспериментального протокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-2
Рисунок 2: Расположение электродов для регистрации ЭМГ над первой дорсальной межкостной мышцей (FDI). (a) указательный палец; (б) сухожильная область; c) ПИИ мышечного живота; (d) большой палец. Активный электрод размещается на брюхе FDI, а второй электрод располагается примерно на 2,5 см дистальнее сухожилия. Электрод сравнения должен располагаться на противоположном локте. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-3
Рисунок 3: Процедура маркировки колпачков. (А,Б) Идентификация анатомических реперных линий: медиальной сагиттальной линии и междрагусной линии и определение вершины; (К,Г) От вершины отмечаются две опорные точки путем измерения см в поперечном направлении вдоль линии межготрубья (слева) и на расстоянии 5 см спереди по сагиттальной линии; (Д) Построение диагональной линии, соединяющей латеральную точку с передней точкой. По диагонали в 2,5 см в передне-медиальном направлении от латеральной точки отмечена точка, представляющая собой первоначальную оценку моторной горячей точки. Уточнение оценки горячих точек путем выделения четырех дополнительных точек в радиусе 0,5 см от исходной оценки, создание кластера участков стимуляции для определения моторного порога; (F) Определение точки доступа двигателя и соответствующая маркировка на крышке (красная линия). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-4
Рисунок 4: Репрезентативные результаты исследования. (A) Модуляция возбудимости левой моторной коры после iTBS, отражающаяся в изменениях амплитуды MEP (ΔMEP) в T0, T10 и T20 во время исходного и последующего сеанса; (B) Надежность тест-ретест на уровне T0 определяется внутриклассовым коэффициентом корреляции (ICC) 0,67 (95% ДИ: 0,31-0,85; p < 0,01), поддерживая умеренную или хорошую согласованность модуляции возбудимости. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Дополнительный файл 1: Дополнительные детали протокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы представляем всеобъемлющий и строго структурированный протокол, описывающий методологию оценки возбудимости коры головного мозга и модуляции возбудимости M1 с использованием ТМС в сочетании с ЭМГ. В ней подробно описаны все необходимые шаги для оптимального проведения экспериментального сеанса, включая подготовку экспериментальной установки и калибровку нейронавигационной системы, настройку оборудования TMS и EMG, а также стандартизированные процедуры идентификации MH, rMT и aMT. Эти подготовительные этапы протокола необходимы для окончательной последовательности шагов, включая исходную оценку возбудимости коры головного мозга, нейромодуляцию с помощью iTBS и повторную оценку возбудимости коры головного мозга для количественной оценки результирующей модуляции.

Ключевым преимуществом этой методологии является ее высокая степень стандартизации и строгости, что устраняет многие ограничения, обнаруженные в прошлых исследованиях. Прошлые работы в этой области часто страдали методологической непоследовательностью, ограниченным описанием методов и высокой внутри- и межпредметной вариативностью35. Методологическая вариабельность включает в себя количество собранных методов фильтрации MEP20, IPI21 и методов фильтрации ЭМГ, которые могли поставить под угрозу воспроизводимость результатов34. Описанный здесь протокол позволяет избежать методологических ошибок за счет включения нейронавигации для обеспечения точного размещения катушки39, использования валидированных процедур ЭМГ34 и внедрения установленных передовых методов стимуляции и сбора сигналов45. Несмотря на то, что конкретный вклад каждой из этих процедур не был количественно определен, коллективное применение этих элементов привело к повышению стабильности и надежности наблюдаемых эффектов по сравнению с предыдущими исследованиями 25,26,27,28,29,30.

В то время как методологическая строгость и стандартизация являются основой для надежных измерений, практические аспекты подготовки участников и управления сессиями являются одними из наиболее важных этапов протокола, влияющих на качество получаемых данных. Надлежащая очистка кожи при размещении электродов, обеспечение близкого и надежного размещения электродов, а также подтверждение удобного, но прочного прилегания нейронавигационного оголовья имеют решающее значение для минимизации вариабельности от сеанса к сеансу. На протяжении всего сеанса непрерывный мониторинг состояния участников, включая бдительность, движение рук и стабильность электродов, необходим для предотвращения артефактов и поддержания высокого качества записей. При возникновении проблем с получением данных TMS-EMG важно своевременно вносить коррективы в позиционирование катушки или параметры стимуляции. Регулярная проверка качества сигнала ЭМГ необходима для решения распространенных технических проблем, таких как выпадение сигнала, отслоение электродов или незначительный навигационный дрейф. Незначительное изменение положения катушки, обеспечение стабильного контакта электродов или повторная калибровка нейронавигационной системы часто могут восстановить качество сигнала и сохранить его стабильность. Также важно признать, что некоторые колебания сигнала или изменчивость, связанная с участниками, могут быть неизбежны, несмотря на все усилия. В таких случаях, вместо того чтобы ставить под угрозу целостность данных, может быть предпочтительнее приостановить сеанс, повторить критически важные измерения или даже перенести время, чтобы обеспечить получение надежных и интерпретируемых результатов.

Результаты, полученные с использованием этого протокола, показали, что возбудимость коры головного мозга в левом М1 была значительно модулирована после применения iTBS. Эта модуляция была также очевидна через 6 недель, при этом мера модуляции возбудимости показала внутрииндивидуальную стабильность только тогда, когда она была оценена сразу после iTBS, что предполагает специфичное во времени окно стабильности. Примечательно, что эффекты возбудимости не были последовательно сохранены в более поздних временных точках, ограничение, возможно, вызванное увеличением изменчивости с течением времени. Это наблюдение подтверждает идею о том, что время измерения возбудимости коры головного мозга имеет решающее значение, особенно если учесть ее потенциальную роль в качестве биомаркера для диагностических или прогностических целей. Действительно, несмотря на давний интерес к использованию возбудимости моторной коры и модуляции возбудимости коры (ΔMEP) в качестве клинического маркера, его применение ограничено низкой надежностью и высокой вариабельностью. В то время как в некоторых исследованиях сообщалось об умеренной воспроизводимости, многие другие обнаружили, что ΔMEP не обладает стабильностью, необходимой для клинического использования18,19. Текущий протокол напрямую противостоит этой проблеме, предоставляя воспроизводимую структуру для измерения возбудимости с согласованностью. Надежная методология ТМС-ЭМГ также дает ценную информацию о нейробиологических механизмах, лежащих в основе как здоровья, так и болезни, способствуя надежной оценке нейропластичных явлений в моторной коре головного мозга человека. В частности, считается, что iTBS задействует процессы, подобные долгосрочному потенцированию, индуцируя NMDA-рецептор-зависимое увеличение синаптической эффективности, модулируя ингибирующие интернейроны и способствуя растормаживанию коры головного мозга, что в совокупности усиливает амплитуды MEP после стимуляции24. Эта интерпретация согласуется с данными, полученными на животных моделях. Было показано, что у грызунов и приматов TBS индуцирует длительное потенцирование кортикоспинальной возбудимости и синаптической силы, демонстрируя гомологичные механизмы пластичности у всех видов12. Таким образом, изменения, наблюдаемые у MEP после iTBS у людей, вероятно, отражают нейронные процессы, связанные с пластичностью, с сильным трансляционным обоснованием.

Помимо оценки нейромодулирующих протоколов, таких как iTBS, стандартизированная методология ТМС-ЭМГ, описанная здесь, является перспективной для различных применений. В парадигмах моторного обучения изменения кортикоспинальной возбудимости могут служить биомаркерами для приобретения навыков и нейропластичности. Например, исследования показали, что зрительно-моторное обучение повышает кортикоспинальную возбудимость, отражая лежащие в основе нейронные адаптации. При реабилитации после инсульта оценка кортикоспинальной возбудимости может служить основой для терапевтических стратегий, при этом нейробиоуправление ТМС используется для повышения возбудимости в пораженной моторной коре, что потенциальноспособствует выздоровлению. Фармакологически оценка ТМС-ЭМГ может выявить индуцированные веществами изменения возбудимости коры головного мозга, что дает представление обих влиянии на ЦНС. Кроме того, были задокументированы возрастные различия в кортикоспинальной возбудимости, при этом пожилые люди часто демонстрируют сниженную возбудимость, что может влиять на двигательную активностьи обучение. Распространив применение этого стандартизированного протокола на эти области, исследователи могут получить более полное понимание динамики кортикоспинального ритма в различных контекстах и популяциях.

Таким образом, мы предполагаем, что этот протокол предлагает ценную основу для будущих исследований, направленных на установление надежных биомаркеров пластичности коры головного мозга. В частности, исследования должны быть направлены на воспроизведение этих эффектов в более крупных и разнообразных популяциях, включая клинические группы. Будущие исследования должны оценить, может ли корковая возбудимость, измеренная сразу после iTBS, последовательно различать здоровый и клинический профили, чтобы понять диагностическую чувствительность, а также прогностические свойства, например, в прогнозировании ответа на лечение. В заключение следует отметить, что описанная здесь методология представляет собой значительный шаг вперед в стандартизации оценки возбудимости коры головного мозга. Смягчая распространенные источники вариабельности и подчеркивая точность в планировании эксперимента, этот протокол обеспечивает надежный и воспроизводимый подход к изучению явлений пластичности коры головного мозга и ее потенциального клинического применения.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

AJO-M является получателем гранта от Schuhfried GmBH на нормирование и валидацию когнитивных тестов, а также был национальным координатором в Португалии испытаний псилоцибиновой терапии резистентной к лечению депрессии, спонсируемой Compass Pathways, Ltd (номер EudraCT 2017-003288-36 и 2020-001348-25), и эскетамина для лечения резистентной депрессии, спонсируемой Janssen-Cilag, Ltd (номер EudraCT: 2019-002992-33); получал оплату, гонорары или поддержку за посещение встреч и участие в консультативных советах от MSD, Neurolite AG, Janssen Pharmaceuticals, Angelini Pharma и Европейского центра мониторинга наркотиков и наркомании; получил гонорары за консультационные услуги от Bioprojet Pharma и NaturalX Health Ventures (все не связанные с представленной работой); является вице-президентом Португальского общества психиатрии и психического здоровья; является руководителем рабочей группы по психиатрии Национального совета по медицинскому обследованию при Португальской медицинской ассоциации и Министерстве здравоохранения Португалии; является президентом Комитета по этике Государственного института аддиктивного поведения и зависимости; и является президентом Научного совета Португальского фонда обсессивно-компульсивного расстройства. Остальные авторы заявляют, что у них нет потенциальных конфликтов интересов, связанных с этой работой, включая соответствующую финансовую деятельность за пределами представленной работы и любые другие отношения или действия, которые читатели могли бы воспринять как повлиявшие или которые создают видимость потенциального влияния на то, что написано. Ни одно из этих агентств не играло роли в планировании и проведении исследования, в сборе, управлении, анализе и интерпретации данных, в подготовке, рассмотрении или утверждении рукописи, а также в принятии решения о подаче рукописи.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы выражают благодарность Платформе разработки научного оборудования и программного обеспечения в Фонде Шампалимо за предоставление ресурсов и технической поддержки, необходимых для этой работы. DRS (2023.05754.BD) и FFV (2024.00723.BD) финансируются за счет докторских стипендий от Fundação para a Ciência e Tecnologia. GC поддерживается грантом NARSAD для молодых исследователей 2023 года от Фонда исследований мозга и поведения. AJO-M поддерживается стартовым грантом Европейского исследовательского совета (грантовое соглашение No 950357) и проектом PsyPal (грантовое соглашение No 875358), которые финансируются в рамках программы исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020. GC и AJO-M поддерживаются грантом Proof-of-Concept от Европейского исследовательского совета (соглашение о гранте No 101158262). Содержание данного исследования является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения какого-либо из финансирующих агентств.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Программное обеспечение BONSAI для сбора физиологических данных ("MT_ACQ.bonsai" scipt)Бонсайhttps://bonsai-rx.org/
Электромиография (ЭМГ), разработанная Научно-исследовательской платформой разработки аппаратного обеспечения при Фонде Шампалимо Champalimaud Researchhttps://www.cf-hw.org/homeВеб-сайт платформы разработки научного аппаратного и программного обеспечения: https://www.cf-hw.org/home
Стимулятор MagPro X100 с катушкой в форме восьмёрки Cool-B65MagventureСтимулятор: 9016E0731;   катушка: 9016E0491
Система нейронавигации Visor2ANT NeuroПрограммное и аппаратное обеспечение от одной компании

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  2. Badawy, R. A. B., Loetscher, T., Macdonell, R. A. L., Brodtmann, A. Cortical excitability and neurology: insights into the pathophysiology. Funct Neurol. 27 (3), 131-145 (2012).
  3. Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability. Exp Brain Res. 133 (4), 425-430 (2000).
  4. Polanía, R., Nitsche, M. A., Ruff, C. C. Studying and modifying brain function with non-invasive brain stimulation. Nat Neurosci. 21 (2), 174-187 (2018).
  5. Peinemann, A., et al. Long-lasting increase in corticospinal excitability after 1800 pulses of subthreshold 5 Hz repetitive TMS to the primary motor cortex. Clin Neurophysiol. 115 (7), 1519-1526 (2004).
  6. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 123 (5), 858-882 (2012).
  7. Pascual-Leone, A., Tarazona, F., Keenan, J., Tormos, J. M., Hamilton, R., Catala, M. D. Transcranial magnetic stimulation and neuroplasticity. Neuropsychologia. 37 (2), 207-217 (1998).
  8. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge. (2014).
  9. Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature. 453 (7197), 869-878 (2008).
  10. Farina, D., Merletti, R. Surface Electromyography: Physiology, Engineering and Applications. , IEEE Press, Wiley. Hoboken. (2016).
  11. Feldman, D. E. Synaptic mechanisms for plasticity in neocortex. Annu Rev Neurosci. 32 (1), 33-55 (2009).
  12. Cirillo, G., et al. Neurobiological after-effects of non-invasive brain stimulation. Brain Stimul. 10 (1), 1-18 (2017).
  13. Castricum, J., Birkenhager, T. K., Kushner, S. A., Elgersma, Y., Tulen, J. H. M. Cortical inhibition and plasticity in major depressive disorder. Front Psychiatry. 13, 777422(2022).
  14. Hinchman, C. A., et al. Corticomotor plasticity as a predictor of response to high frequency transcranial magnetic stimulation treatment for major depressive disorder. J Affect Disord. 303, 114-122 (2022).
  15. Oliveira-Maia, A. J., et al. Modulation of motor cortex excitability predicts antidepressant response to prefrontal cortex repetitive transcranial magnetic stimulation. Brain Stimul. 10 (4), 787-794 (2017).
  16. Pittenger, C., Duman, R. S. Stress, depression, and neuroplasticity: a convergence of mechanisms. Neuropsychopharmacology. 33 (1), 88-109 (2008).
  17. Player, M. J., et al. Neuroplasticity in depressed individuals compared with healthy controls. Neuropsychopharmacology. 38 (11), 2101-2108 (2013).
  18. Vignaud, P., Damasceno, C., Poulet, E., Brunelin, J. Impaired modulation of corticospinal excitability in drug-free patients with major depressive disorder: a theta-burst stimulation study. Front Hum Neurosci. 13, 72(2019).
  19. Bajwa, S., et al. Impaired interhemispheric interactions in patients with major depression. J Nerv Ment Dis. 196 (9), 671-677 (2008).
  20. Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 320, 205-209 (2016).
  21. Pellicciari, M. C., Miniussi, C., Ferrari, C., Koch, G., Bortoletto, M. Ongoing cumulative effects of single TMS pulses on corticospinal excitability: an intra- and inter-block investigation. Clin Neurophysiol. 127 (1), 621-628 (2016).
  22. Fitzgerald, P. B., Fountain, S., Daskalakis, Z. J. A comprehensive review of the effects of rTMS on motor cortical excitability and inhibition. Clin Neurophysiol. 117 (12), 2584-2596 (2006).
  23. Blumberger, D. M., et al. Effectiveness of theta burst versus high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with depression (THREE-D): a randomised non-inferiority trial. Lancet. 391 (10131), 1683-1692 (2018).
  24. Huang, Y. Z., et al. Effect of physiological activity on an NMDA-dependent form of cortical plasticity in human. Cereb Cortex. 18 (3), 563-570 (2008).
  25. Hinder, M. R., et al. Inter- and intraindividual variability following intermittent theta burst stimulation: implications for rehabilitation and recovery. Brain Stimul. 7 (3), 365-371 (2014).
  26. Corp, D. T., et al. Large-scale analysis of interindividual variability in theta-burst stimulation data: results from the 'Big TMS Data Collaboration. Brain Stimul. 13 (6), 1476-1488 (2020).
  27. Jannati, A., et al. Test-retest reliability of the effects of continuous theta-burst stimulation. Front Neurosci. 13, 447(2019).
  28. Schilberg, L., Schuhmann, T., Sack, A. T. Interindividual variability and intraindividual reliability of intermittent theta burst stimulation-induced neuroplasticity mechanisms in the healthy brain. J Cogn Neurosci. 29 (6), 1022-1032 (2017).
  29. Vallence, A. M., et al. Inter- and intra-subject variability of motor cortex plasticity following continuous theta-burst stimulation. Neuroscience. 304, 266-278 (2015).
  30. Vernet, M., et al. Reproducibility of the effects of theta burst stimulation on motor cortical plasticity in healthy participants. Clin Neurophysiol. 125 (2), 320-326 (2014).
  31. Chung, S. W., Hill, A. T., Rogasch, N. C., Hoy, K. E., Fitzgerald, P. B. Use of theta-burst stimulation in changing excitability of motor cortex: a systematic review and meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 63, 43-64 (2016).
  32. Chang, W. H., et al. Optimal number of pulses as outcome measures of neuronavigated transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 127 (8), 2892-2897 (2016).
  33. Fried, P. J., et al. Reproducibility of single-pulse, paired-pulse, and intermittent theta-burst TMS measures in healthy aging, type-2 diabetes, and Alzheimer's disease. Front Aging Neurosci. 9, 263(2017).
  34. De Luca, C. Electromyography. Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2006).
  35. Mohr, M., et al. Intermuscular coherence between surface EMG signals is higher for monopolar compared to bipolar electrode configurations. Front Physiol. 9, 566(2018).
  36. Parmigiani, S., et al. Reliability and validity of transcranial magnetic stimulation-electroencephalography biomarkers. Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 8 (8), 805-814 (2023).
  37. Seybert, C., et al. Replicability of motor cortex-excitability modulation by intermittent theta burst stimulation. Clin Neurophysiol. 152, 22-33 (2023).
  38. Faro Viana, F., et al. Reducing motor evoked potential amplitude variability through normalization. Front Psychiatry. 15, 1279072(2024).
  39. Herwig, U., et al. Transcranial magnetic stimulation in therapy studies: examination of the reliability of "standard" coil positioning by neuronavigation. Biol Psychiatry. 50 (1), 58-65 (2001).
  40. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  41. 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. Clin Neurophysiol. 132 (1), 269-306 (2021).
  42. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Front Neuroinform. 9, 7(2015).
  43. Dissanayaka, T., Zoghi, M., Farrell, M., Egan, G., Jaberzadeh, S. Comparison of Rossini-Rothwell and adaptive threshold-hunting methods on the stability of TMS induced motor evoked potentials amplitudes. J Neurosci Res. 96 (11), 1758-1765 (2018).
  44. Silbert, B. I., Patterson, H. I., Pevcic, D. D., Windnagel, K. A., Thickbroom, G. W. A comparison of relative-frequency and threshold-hunting methods to determine stimulus intensity in transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 124 (4), 708-712 (2013).
  45. 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 IFCN committee. Clin Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  46. Bagce, H. F., Saleh, S., Adamovich, S. V., Krakauer, J. W., Tunik, E. Corticospinal excitability is enhanced after visuomotor adaptation and depends on learning rather than performance or error. J Neurophysiol. 109 (4), 1097-1106 (2013).
  47. Liang, W. D., et al. Upregulating excitability of corticospinal pathways in stroke patients using TMS neurofeedback: a pilot study. Neuroimage Clin. 28, 102465(2020).
  48. Ziemann, U. Pharmaco-transcranial magnetic stimulation studies of motor excitability. Handb Clin Neurol. 116, 387-397 (2013).
  49. Cuypers, K., et al. Age-related differences in corticospinal excitability during a choice reaction time task. Age (Dordr). 35 (5), 1705-1719 (2013).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Motor Cortex ExcitabilityTranscranial Magnetic StimulationElectromyography RecordingMotor Evoked PotentialsResting Motor ThresholdActive Motor ThresholdTheta Burst StimulationNeuronavigation SystemFirst Dorsal InterosseousCortical Excitability Modulation

Related Articles