Извлечение компонентов из EPP Поверхностная ЭМГ
16 декабря 2009 г.
Концевой пластинки потенциал (EPP) компонент может быть извлечена из поверхностных ЭМГ с помощью цифрового фильтра. Извлеченный EPP показывает колебания с частотой около 30 Гц.
В механизме ионного синапса постсинаптическая мембрана служит стоком для тока деполяризующего потенциала. Во внешней среде вокруг концевой пластинки должно создаваться поле с отрицательным потенциалом относительно удаленной точки, которое может быть зафиксировано с помощью однополярной поверхностной ЭМГ. Если потенциал, соответствующий потенциалу концевой пластинки или ПКП, может быть обнаружен на поверхности кожи, это предоставит полезную информацию для различных областей медицины.
Здравствуйте, я Кума из челюстно-лицевой лаборатории кафедры стоматологии Университета Масс. Сегодня я продемонстрирую вам процедуру извлечения компонента EPP из поверхностной ЭМГ. Мы используем эту процедуру в нашей лаборатории для изучения характеристик EPP.
Итак, приступим. Начните с подготовки девяти электродов. Подключите их к усилителю в соответствующих позициях.
Восемь из них используются для регистрации сигналов из точек над мышцей, а один служит референтным электродом. После подключения регистрирующих и референтного электродов к усилителю заполните диски электропроводящей пастой; подойдет паста любого типа, однако предпочтительнее использовать менее текучую форму.
Перед креплением электродов к коже попросите испытуемого крепко сжать челюсти и определите приблизичное расположение жевательной мышцы на лице. Верхнее сухожилие жевательной мышцы прикрепляется к скуловой дуге, а нижнее — к углу нижней челюсти; зафиксируйте их с помощью длинного отрезка клейкой ленты. Отметьте восемь точек регистрации для скуловой дуги и угла нижней челюсти.
Теперь разместите восемь регистрирующих электродов на ленте с равным расстоянием между ними и прикрепите массив к поверхности кожи. Первый регистрирующий электрод помещается на скуловую дугу, а последний — на угол нижней челюсти. В завершение прикрепите референтный электрод к кончику носа.
После установки электродов можно приступать к регистрации электромиограммы (ЭМГ). Сначала установите параметры многоканального аналогового усилителя. Установите коэффициент усиления на X 500, фильтр нижних частот на 0.5 hertz, а фильтр верхних частот на 10 kilohertz.
Подключите выходы «a» аналогового усилителя к аналого-цифровому преобразователю. После подключения всех компонентов цифровой сигнал обрабатывается с помощью программного обеспечения LabVIEW с частотой дискретизации 20 kHz. Запишите ЭМГ во время быстрого сжимания жвачки на ипсилатеральной стороне.
Кривые с восьми каналов отображаются на экране LabVIEW сразу после завершения процесса записи. Теперь рассмотрим, как выделить компонент потенциала концевой пластинки из сигнала для анализа EPP. Сначала необходимо удалить компонент потенциала действия из исходных ЭМГ.
Используя цифровой фильтр высоких частот, начните применять фильтрацию с частотой среза 10 hertz. Должна появиться медленная волна, отклоняющаяся в положительном или отрицательном направлении. Эта волна соответствует EPP, а различие в полярности отражает связь источника синхронизации с током концевой пластинки.
При регистрации активности жевательной мышцы наиболее выраженное отрицательное отклонение волны ожидается на записи с самого нижнего участка регистрации; при этом смещение полярности должно произойти примерно через три участка от этой точки. Амплитуду компонента ЭПП можно измерить как по пиковому значению отклонения, так и по площади под кривой отклонения. Построив график волны ЭПП каждого канала относительно контрольного канала с наиболее выраженным отрицательным отклонением, можно определить изменение полярности компонента ЭПП.
Теперь при увеличении частоты среза примененного фильтра медленная волна станет осциллирующей. Амплитуда осцилляции будет расти по мере увеличения частоты среза и, как правило, станет отчетливо заметной при частоте среза 30 hertz. Фаза волны изменится на противоположную на том же участке записи, где наблюдалось изменение полярности отфильтрованной волны EPP на частоте 10 hertz.
Фазовый сдвиг колебания можно проверить с помощью тех же графиков, которые применялись к отфильтрованной на 10 hertz волне EPP, используя интервал между соседними положительными и/или отрицательными пиками колебания. Мы можем получить приблизительное значение частоты колебания; здесь представлена схема восьми точек вдоль жевательной мышцы, в которых проводилась запись. Далее приведен образец монополярных ЭМГ, записанных одновременно в точках над жевательной мышцей.
В ответ на быстрое сжимание десны на ипсилатеральной стороне компонент ЭПП был выделен с помощью цифрового фильтра верхних частот с частотой среза 10 hertz, наложенного на каждую исходную ЭМГ. В данном опыте наиболее выраженное отклонение в отрицательную сторону наблюдалось на кривых минус пять и минус шесть, а при установке частоты среза цифрового фильтра верхних частот на 30 hertz полярность изменилась на кривой минус три. Медленная волна проявляла осцилляцию.
Ее фаза также сместилась на третьем следе, где изменилась полярность отфильтрованной волны EPP на частоте 10 hertz. У данного субъекта был измерен интервал между соседними положительными пиками осцилляции. Средний межпиковый интервал составил 31.7 milliseconds по результатам 16 записей.
Мы только что продемонстрировали вам, как выделить компонент EPP из записи поверхностной ЭМГ. При выполнении этой процедуры важно помнить о необходимости установить параметры записи, соответствующие сигналу EPP, и регистрировать ЭМГ монополярным способом. На этом всё.
Спасибо за просмотр и успехов в ваших экспериментах.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена процедура выделения компонента потенциала концевой пластинки (ПКП) из данных поверхностной электромиографии (ЭМГ). Выделенный ПКП демонстрирует осцилляции на частоте примерно 30 Hz, что может дать ценную информацию в различных областях медицины.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Электрофизиология
- Нейронаука
- Медицинское применение
Теоретические основы
- Постсинаптическая мембрана служит стоком для тока деполяризационного потенциала.
- Вокруг концевой пластинки создается поле отрицательного потенциала, которое можно зарегистрировать с помощью монополярной поверхностной ЭМГ.
- Регистрация ПСП с поверхности кожи может дать важную медицинскую информацию.
- Исследование проводится учеными из Max Maxillofacial Laboratory кафедры стоматологии Mass University.
Цель исследования
- Выделение компонента ЭПП из поверхностной ЭМГ.
- Изучение характеристик ЭПП.
- Исследование потенциальных возможностей применения детектирования ЭПП в медицине.
Используемые методы
- Методы цифровой фильтрации для выделения EPP из поверхностной ЭМГ.
- Монополярная запись поверхностной ЭМГ.
- Анализ частот осцилляций в извлеченном EPP.
- Лабораторные процедуры для изучения характеристик EPP.
Основные результаты
- Компонент EPP был успешно извлечен из данных поверхностной ЭМГ.
- Извлеченный EPP демонстрировал осцилляции на частоте около 30 Hz.
- Результаты указывают на потенциальные возможности применения в медицинской диагностике.
- Данная процедура расширяет понимание функций нервно-мышечного аппарата.
Выводы
- Извлечение EPP из поверхностной ЭМГ является возможным и информативным.
- Характеристики осцилляции EPP могут быть полезны в медицинских исследованиях.
- Данный метод может способствовать прогрессу в изучении нервно-мышечной системы.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Извлечение компонента потенциала концевой пластинки (ПКП) из данных поверхностной электромиографии (ЭМГ) позволяет проводить прямую неинвазивную оценку активности нервно-мышечных соединений, что способствует валидации мишеней при поиске новых нейромышечных лекарственных препаратов. Данный метод обеспечивает количественные осцилляторные показатели, отражающие динамику синаптической передачи, что позволяет снизить механистические риски для соединений, влияющих на нейромышечную функцию. Этот подход связывает электрофизиологический поиск с разработкой трансляционных биомаркеров для заболеваний, сопровождающихся аномальной активацией мышц или тремором.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет оценивать целостность нервно-мышечного синапса и поток синаптического тока в качестве биомаркера связывания с мишенью.
- Практическая ценность: обеспечивает считывание данных на основе монополярной поверхностной ЭМГ, что позволяет избежать использования инвазивных игольчатых электродов и упрощает проведение повторных измерений в доклинических моделях.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет регистрировать количественные формы волн ЭПП и частоты осцилляций (например, ~30 Hz) в качестве функциональных конечных точек для скрининга соединений.
- Практическая ценность: использование стандартных поверхностных электродов и цифровой фильтрации с высоким верхним пределом обеспечивает стандартизацию анализа между лабораториями и масштабируемость сбора данных.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Связывает характеристики осцилляции EPP с перемежающимся моторным контролем, предлагая механистическую основу для оценки фенотипов, связанных с тремором, в моделях заболеваний.
- Практическая ценность: Обеспечивает непрерывность процесса от валидации мишени до фенотипического скрининга, предоставляя стабильный и воспроизводимый нейрофизиологический сигнал.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Метод экстракции EPP вписывается в непрерывный процесс разработки лекарственных средств — от валидации мишени и идентификации ведущих соединений до доклинической фенотипической оценки, особенно применительно к нейромышечным заболеваниям и расстройствам двигательных функций.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез о синаптической функции и нервно-мышечной передаче путем выделения компонента ЭПП из необработанных сигналов ЭМГ.
- Скрининг: обеспечивает готовность анализа за счет воспроизводимого извлечения формы волны ЭПП и анализа осцилляций с использованием определенных частотных срезов (10–35 Hz).
- Аналитика: предоставляет количественные зависимые переменные, включая амплитуду отклонения ЭПП, сдвиги полярности и интервалы осцилляций между пиками (например, 31.7 ms) для сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: связывает замедление осцилляций ЭПП с механизмами патологического тремора, что способствует согласованию биомаркеров в доклинических моделях заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: создает многоразовую электрофизиологическую платформу для оценки модуляции нервно-мышечных мишеней в рамках нескольких терапевтических программ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность за счет получения прямых измеримых коррелятов соотношений стока-источника тока концевой пластинки и синаптической эффективности.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизацию за счет использования монополярной регистрации, фиксированного расстояния между электродами и валидированных параметров цифровой фильтрации.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), снижая биологическую неопределенность при валидации нейромышечных мишеней с помощью объективных количественных нейрофизиологических данных.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию соединений с учетом рисков на основе частоты и амплитуды осцилляций EPP как показателей нейромышечной стабильности.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области электрофизиологии, обработки сигналов и нейромышечной анатомии для правильного размещения электродов и настройки фильтров.
- Зависимость от систем аналого-цифрового преобразования, программного обеспечения LabVIEW или аналогичного ПО, а также стабильных усилителей с определенным коэффициентом усиления и настройками фильтрации (например, ФВЧ 0.5 Hz, ФНЧ 10 kHz).
- Необходима межкомандная стандартизация монтажа электродов (например, линейная матрица из восьми точек от скуловой дуги до угла нижней челюсти) и размещения референтного электрода (например, на кончике носа).
- При переносе протокола на другие группы мышц или виды животных требуются адаптационные корректировки, особенно в отношении расстояния между электродами и оптимизации частот среза фильтров.
- Существуют практические ограничения, такие как подверженность двигательным артефактам при жевании или движении челюсти, что требует выполнения контролируемых моторных задач, например, быстрого сжимания челюстей.
