Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Utilizing Transcranial magnetisk stimulation til at studere menneskelige neuromuskulære system

Published: January 20, 2012 doi: 10.3791/3387
Automatic Translation
1, 1, 1
1Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute (OMNI) and the Department of Biomedical Sciences, Ohio University

Summary

Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) er en non-invasiv redskab til at få indsigt i fysiologi og funktion af det menneskelige nervesystem. Her præsenterer vi vores TMS teknikker til at studere kortikale ophidselse af overekstremiteterne og lumbal muskulatur.

Abstract

Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) har været i brug i mere end 20 år 1, og er vokset eksponentielt i popularitet i løbet af det seneste årti. Mens brugen af ​​TMS har udvidet til studiet af mange systemer og processer i denne periode, den oprindelige ansøgning og måske en af ​​de mest almindelige anvendelser af TMS indebærer at studere fysiologi, plasticitet og funktion af menneskets neuromuskulære system. Enkelt puls TMS anvendes på den motoriske hjernebark ophidser pyramideneuroner neuroner transsynaptically 2 (figur 1) og resulterer i en målbar elektromyografisk respons, der kan bruges til at studere og evaluere integritet og ophidselse af de corticospinal tarmkanalen hos mennesker 3. Derudover seneste fremskridt inden for magnetisk stimulation giver nu mulighed for opdeling af cortex versus spinal excitabilitet 4,5. For eksempel kan parret-puls TMS anvendes til at vurdere intracortical facilitatory og hæmmende egenskaber ved at kombinere en betingelseING stimulus og en test stimulus på forskellige interstimulus intervaller 3,4,6-8. I denne video artikel vil vi demonstrere metodiske og tekniske aspekter af disse teknikker. Konkret vil vi demonstrere single-puls og parret-puls TMS teknikker, som anvendes på flexor carpi radialis (FCR) muskler samt erector spinae (ES) muskulatur. Vores laboratorieundersøgelser af FCR musklen, da det er af interesse for vores forskning om virkningerne af håndleds-hånd støbt immobilisering på nedsat muskel præstationer 6,9, og vi studerer ES muskler på grund af disse muskler klinisk relevans, da den vedrører lændesmerter 8. Med dette sagt, må vi konstatere, at TMS er blevet brugt til at studere mange muskler i hånd, arm og ben, og skal gentage, at vores demonstrationer i FCR og ES muskelgrupper kun er udvalgte eksempler på TMS bliver brugt til at studere menneskets neuromuskulære system.

Protocol

1. Enkelt og Forbundne-Pulse TMS af FCR og ES Muskler

  1. Grundlæggende Sikkerhedsforanstaltninger: Før udførelse af TMS på et menneske emne er det nødvendigt at første skærm dem for grundlæggende sikkerhedsforanstaltninger som den vedrører at være udsat for et magnetfelt. I vores laboratorium følger vi screeningen retningslinjerne, som beskrevet af Institut for Magnetic Resonance sikkerhed, uddannelse og forskning 10. I vores laboratorium har vi også rutinemæssigt udelukke personer med en familie historie med epilepsi anfald. Vi kræver også emner, der gennemgår TMS af ES muskler til at bære ørepropper og en mund vagt på grund af den mindre fokale og stærkere stimulation intensiteter.
  2. Elektrisk Indspilninger: At undersøge TMS reaktioner i det motoriske system er det nødvendigt at registrere elektromyografi (EMG) signaler fra skeletmuskulatur. For FCR muskel vi stiller overflade elektroder på underarmen ved hjælp af en bipolær elektrode arrangement placeret på langs over than muskel på barberet og skadet hud, som vi tidligere har beskrevet 7,11. For opstilleren spinae musklerne vi bruger en lignende elektrode arrangement placeret på langs over musklerne i L3-L5 vertebrale niveau på barberet og skadet hud 8.
  3. TMS Coil Orientering: Hvis du vil overvejende aktivere corticospinal neuroner transsynaptically er det nødvendigt at placere TMS spolen korrekt 12. For FCR muskler vi placere en 70-mm figur-of-otte TMS spole tangerer hovedbunden og 45-grader til midterlinjen, så den inducerede strøm i en lateral-posterior til mediale-anterior retning. For ES muskler vi bruger en dobbelt-kegle spole, som har større indtrængningsdybde og er nødvendig på grund af den repræsentation af disse muskler blive dybere i homunculus. Her er spolen placeret således, at strømmen flyder i en anterior til posterior retning. Vi har specialfremstillede ændret vores spole med en laser vedhæftet fil system til at hjælpe os med at subsequent re-positionering af dobbelt kegle spolen.
  4. Identifikation 'Hotspot': Det er nødvendigt at bestemme stimulation placering, der udløser den største motor evoked potentiale. For FCR muskel vi gør dette ved subtilt at flytte TMS coil rundt i meget små intervaller og bestemme, hvor vi observerer den største motor evoked potentiale amplitude. Når ligger vi bemærker dette område med uudsletteligt blæk på enten hovedbunden eller en lycra hætte. TMS af ES musklerne er betydeligt mere ubehageligt at menneskelige forsøgspersoner end TMS i overekstremiteterne muskler. Derfor har vi strømlinet vores TMS protokol for ES muskler til at øge det tolerabilitet og gennemførlighed. Her, i stedet for at placere "hotspot" vi bruger antropometriske målinger til at identificere vertex af kraniet. Konkret identificerer vi de vertex som skæringspunktet af kraniet i sagittal (mellem nasinon og Inion) og koronal (mellem tragus) fly.
  5. Biomekaniske Positionering:
  6. Kvantificering Motor Threshold: For FCR, bestemmer vi motoriske tærskel (MT) ved at levere en enkelt impulser ved gradvist at øge stimulation intensiteter, indtil motoren evoked potentials har peak-to-peak amplituder større end 50 microvolts i mere end 50% af forsøg (Figur 4) . At strømline TMS-protokollen og øge tolerabiliteten og feasibility vi ikke afgøre, motoriske tærskel i ES muskler med samme præcision, som når vi tester overekstremiteterne muskulatur. I stedet begynder vi at TMS-protokollen ved at levere en indledende enkelt puls på 50% af den maksimale stimulatoren output til afgøre, om dette stimulus intensitet er over eller under motor tærskel. Hvis et medlem er observeret ved denne stimulus intensitet-defineret som mærkbare MEP i forhold til niveauet i baggrunden EMG-intensiteten er reduceret til 40% af stimulatoren output til afgøre, om dette stimulus intensitet er sub-eller supra-tærskel 8.
  7. Kvantificering MEP Amplitude ved hjælp af Single-Pulse TMS: At undersøge motoren vakte potentiale amplituden af FCR vi leverer en enkelt TMS puls til "hotspot" med en intensitet svarende til 130% af motorens tærskel, og beregn peak-to-peak amplitude . Generelt, vi normalisere dette udfald til den maksimale sammensatte muskelfiberen aktionspotentialets observeret efter supramaximal elektrisk stimulation af nervus medianus. Vi bør bemærke, at MEP størrelse er verY afhængig af graden af ​​kortikale ophidselse. Derfor, når TMS pulsen er leveret i løbet af en baggrund sammentrækning, når kortikal ophidselse øges, vil MEP størrelse dramatisk stigning. For ES muskler, leverer vi en enkelt TMS puls til Isse med en intensitet, 40 eller 50% over den sub-motor tærsklen intensitet 8. Desværre, fordi perifere nerver innerverer den ES musklerne ikke er tilgængelige for elektrisk stimulation vi er ikke i stand til at normalisere disse motor evoked potentials til stoffet muskelfiber handling potentiale.
  8. Kvantificering Silent Periode Varighed med Single-Pulse TMS: Når en TMS puls til cortex er leveret i løbet af en muskelkontraktion, vil producere en motor fremkaldt potentiale efterfulgt af elektriske quiescence før aktivitet genoptages, der er betegnende for corticospinal hæmning og almindeligvis omtales som den tavse periode 13 (Figur 5). For at kvantificere den tavse periode har vi levere en enkeltTMS puls til "hotspot" med en intensitet svarende til 130% af motoriske tærskel, mens undersøgelsen deltageren udfører et håndled fleksion muskelkontraktion ved 15% af maksimal styrke. Vi har ikke tidligere sat tal på tavse periode varigheden af ​​ES muskler, men skal vi bemærke, at vi anekdotisk har observeret dens eksistens i denne muskel gruppe, når TMS pulsen id leveret i løbet af en baggrund sammentrækning.
  9. Kvantificering Intracortical Facilitering ved hjælp af Forbundne-Pulse TMS: Vi bruger parret-puls TMS at kvantificere intracortical lettelse 6,7 (Figur 6 og 7 repræsenterer denne måling for FCR og ES muskler, henholdsvis). For FCR muskel vi først afgøre, hvor stimulus intensitet er nødvendig for at fremkalde en motor evoked potentiale, der ligger mellem 0,5-1,0 mV. Næste, vi leverer en subthreshold condition puls-som i vores laboratorium er almindeligt sat lig med 70% af motorens tærskel-15-msek før suprathreshold Testimpuls. Denne konditioneringpuls leveret i denne periode forud for testen puls vil stige, eller lette, amplitude af motoriske evoked potentiale mere end en enkelt ubetinget puls af samme intensitet. For ES muskel gruppe konditioneringen puls intensitet er sat til den observerede sub-motor tærskel intensitet (enten 40% eller 50% af stimulator output) og testen puls intensitet er sat til 40% over den sub-motor tærskelværdi (80% eller 90% af stimulatoren output) 8. Vi bør bemærke, at intensiteten af ​​den konditionerende impulser kan varieres afhængigt af formålet med undersøgelsen. Ligeledes kan pulsen intervaller varierer afhængigt af muskel og dens placering i forhold til cortex.
  10. Kvantificering Short-Interval Intracortical Hæmning hjælp Forbundne-Pulse TMS: Vi bruger også parret-puls TMS til at kvantificere korte interval intracortical hæmning 6,7 (Figur 6 og 7 repræsenterer denne måling for FCR og ES muskler, henholdsvis). Her for bådeFCR og ES muskler, procedurerne er de samme som beskrevet for måling intracortical lettelse med den undtagelse, at interstimulus intervallet mellem de to pulser er reduceret til 3 msek. Denne konditionering puls leveret i denne periode forud for testen puls vil falde, eller hæmme, at amplituden af ​​motoren evoked potentiale mere end en enkelt ubetinget puls af samme intensitet.
  11. Kvantificering Long-Interval Intracortical Hæmning hjælp Forbundne-Pulse TMS: Delivering to identiske suprathreshold Testimpulser, der er adskilt af 100 millisekunder kan også bruges til at vurdere lang interval intracortical hæmning 6,7. I dette tilfælde, for FCR muskel-motor evoked potentiale i forbindelse med den anden puls vil blive mindre, eller hæmmet mere, end den, der er forbundet med den første (Figur 8). Vi har ikke tidligere kvantificeret lang interval intracortical hæmning i ES musklerne på grund af bekymring over emne tolerabilitet.

2. Repræsentative resultater:

Efter levering af et suprathreshold TMS puls, skal musklerne blive stimuleret demonstrere en let observerbare EMG-respons (MEP) (illustreret i figur 4-8). Den latency mellem stimulus debut og MEP vil variere mellem de muskelgrupper, der undersøges, men for FCR det er generelt 16-19 msek (Figur 6) og for ES er det 17-22 msek (figur 7, selv om det skulle bemærkes, at i nogle fag endelig MEP debut i ES musklerne er vanskeligere at visuelt identificere). Det skal bemærkes, at når du tester ES muskel gruppe flere andre muskelgrupper er også synligt og dramatisk stimuleres samtidig (herunder musklerne i den nederste ende, der er repræsenteret inden for samme generelle region i homunculus). Under målingen af ​​intracortical lettelse for MEP amplituden er generelt større end observeret med en enkelt ubetinget puls (FIGUR 6 og 7). Men det er vores erfaring, at graden af ​​lettelse varierer mellem muskler grupper med nogle muskelgrupper, som FCR-viser kun beskedne lettelse i mange fag. Til måling af korte intervaller og lange intervaller intracortical hæmning et fald i MEP amplituden er generelt observeret i forhold til en enkelt ubetinget puls af samme intensitet (figur 6-8).

Figur 1
Figur 1. De grundlæggende mekanismer i TMS. TMS spole inducerer et magnetisk felt, som trænger ind i hovedbunden og inducerer en Hvirvelstrøm i den motoriske hjernebark. Dette hvirvelstrømsbremser er derefter i stand til at stimulere neuronerne i hjernen. Figur genoptrykt fra McGinley og Clark, i pressen 14.

Figur 2
Figur 2. Setup til udførelse af T MS på FCR muskel. Bemærk optagelse af electromyogram (EMG) signaler fra underarmen, og TMS padle over den motoriske hjernebark. Vi plejer også optage muskel kræfter, og brug elektrisk perifer nerve stimulation for at opnå den maksimale sammensatte muskelfiber handling potentiale, da det er nyttigt at fortolke amplitude værdier (fx kan man udtrykke og MEP i forhold til den maksimale muskel respons i modsætning til en absolut mV værdi, som kan være stærkt påvirket af ikke-fysiologiske faktorer såsom subkutane fedtvæv). Figur genoptrykt fra følgende: Clark et al. 2008 9, Clark et al., 2010 6, og McGinley et al. 2010 7.

Figur 3
Figur 3. Setup for at udføre TMS på opstilleren Spinale musklerne. Figur genoptrykt fra Goss et al. 2011 8.

_upload/3387/3387fig4.jpg "/>
Figur 4. Eksempel på motoren tærsklen beslutsomhed. EMG spor repræsenterer motor evoked potentiale (MEP) reaktion på gradvist stigende stimulus intensiteter (repræsenteret som en procentdel af stimulator output (SO)). Bemærk, at der på de lavere intensitet (28-30% af SO) meget små parlamentsmedlemmer blev fremkaldt (sub-tærskel), men at 32% Så et parlamentsmedlem blev fremkaldt, der nåede motoriske tærskel (typisk defineret som en MEP med et pp amplitude> 50 V).

Figur genoptrykt fra McGinley og Clark, i pressen 14.

Figur 5
. Figur 5 TMS i løbet af en sammentrækning: motor evoked potentielle & tavse periode. Den stille periode er observeret, når et emne udfører en lille sammentrækning og en enkelt stimulus er anvendt på den motoriske hjernebark. Den første del af den tavse periode erpå grund af rygmarven hæmning og den sidste del tilskrives kortikale hæmning, specielt GABA B-receptorer. Der er ingen konsensus måde at kvantificere varigheden af den tavse periode, men vores resultater viser, at enten definere det fra stimulus debut eller MEP udbrud til returnering af frivillige interferens electromyogram signal er den mest pålidelige 15.
Figur genoptrykt fra Clark og Quick, 2011 16, og McGinley og Clark, i pressen 14.

Figur 6
Figur 6. Ændring i motorisk evoked potentielle mellemstore ed parret puls TMS af FCR musklen. Måling af korte interval intracortical hæmning (SICI) og intracortical lettelse (ICF). For at kvantificere SICI og ICF konditioneringen puls (CP) er sat under motor tærskel, og testen puls (TP) er indstillet til at fremmane MEP er mellem 0,5-1 mV. På korte interstimulus mellemrum(Fx 3-msek) CP-hæmmer MEP i forhold til TP kun (SICI), mens det på længere interstimulus intervaller (fx 15-ms) den letter MEP (ICF).

CP: condition puls, TP: Testimpuls Figur genoptrykt fra Clark et al, 2010 6, McGinley et al.. 2010 14, Clark og Quick, 2011 16, og McGinley og Clark, i pressen 14.

Figur 7
Figur 7. Ændring i motorisk evoked potentielle størrelse med parrede puls TMS af ES musklen. Eksempel på EMG spor fra erector spinae musklerne og måling af korte interval intracortical hæmning (SICI) og intracortical lettelse (ICF).
Figur genoptrykt fra Goss et al. 2011 8.

Figur 8
Figur 8. Ændring i motor evoKED potentielle størrelse med parrede puls TMS. Måling af lange interval intracortical hæmning (LICI). For at kvantificere LICI to test impulser er leveret på et interstimulus interval på 100-msek. Dette resulterer i den anden MEP bliver hæmmet i forhold til den første MEP.
Figur genoptrykt fra Clark et al., 2010 6, McGinley et al. 2010 7 og McGinley og Clark, i pressen 14.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det overordnede mål med denne artikel er at give forskere og klinikere en visuel højde for vores laboratorier brug af transkraniel magnetisk stimulation. Men ud over at give en visualisering af disse eksperimenter, herunder vi diskutere grundlæggende spørgsmål at overveje, når du udfører TMS på denne måde, giver en kort oversigt over fysiologi TMS svar, og også diskutere vores brug af TMS med hensyn til brugen af andre.

Generelle spørgsmål at være opmærksom på, når Udfører TMS Som beskrevet i artiklen

Der er flere problemer at være opmærksom på ved udførelse af parret-puls TMS. For eksempel, den Magstim BiStim 2-systemet-sandsynligvis det mest populære TMS udstyr line-give mulighed for at kombinere to Magstim 200 2 enheder og tillader parret-puls stimulation via en enkelt stimulerende spole. Dog skal det bemærkes, at når man er fremmane MEP'er med ubetingede pulser det bedst at indstille en af ​​de MagStim enheder til "0%" og stadig indikere en interpulse interval (f.eks, 100 ms) i modsætning til at dreje apparatet. Årsagen er, at BiStim 2-systemet, når en af enhederne ikke er på summates de to enkelt pulser, som Magstim stimulatorer til at producere en enkelt høj effekt puls svarende til 113% af en enkelt Magstim 200 2. Således, når man bruger det ubetingede puls for normalisering for at potentialer fremkaldt med parret-puls TMS er det afgørende, at testen pulsen intensiteter holdes konstant i denne henseende.

Spørgsmål at være opmærksom på, når Udfører TMS On The erector Spinae Muskler

Med hensyn til TMS procedurerne for ES muskel gruppe er der flere specifikke problemer og begrænsninger at nævne. For eksempel er pulsen intensiteter, der anvendes i vores protokol ikke udtrykkes i forhold til motoriske tærskel. I enkelt-og parret-puls TMS studier i appendicular MUscles det er fælles for motoren tærskler skal defineres inden for et relativt lille område (fx 1-3% af stimulator output), og konditionering og test pulser bliver udtrykt i forhold til tærskelværdier (f.eks, konditionering pulser svarende til 70% af motorens tærskel ) 17. Vi generelt vælger ikke at udføre en protokol af denne art på grund af yderligere antal pulser, der ville være nødvendig for præcist at afgøre, motoriske tærskel. TMS af øvre ende muskler er generelt meget tålelige, og isolerer de twitch respons på den målrettede lemmer segment. Omvendt TMS af lænde paraspinal musklerne er betydeligt mindre acceptable. Vi har tidligere rapporteret, at vores strømlinede protokollen er tåleligt for de fleste forsøgspersoner (~ 5 på en skala fra 0-10 med 10 er utåleligt). På samme måde, vi generelt vælger at yderligere at begrænse det samlede antal TMS pulser for ES muskel gruppe ved at stimulere direkte over vertex til at tillade optagelse af bilaterale svar. Denne stimulation websted har været anvendt i tidligere TMS undersøgelser af lænde paraspinal musklerne 18-22. Men vi bør bemærke, at vertex stimulation kan ikke være det optimale sted for at fremkalde lumbale MEP'er som de seneste fund tyder på, at det optimale sted for at fremkalde reaktioner i den kontralaterale lumbal paraspinal muskler er beliggende 1-cm anterior og 4-cm lateralt for vertex 23 . Endelig skal vi bemærke, at det er vores erfaring, at tæt kontrol for biomekaniske / postural positionering af Lændehvirvelsøjlen kritisk på at frembringe pålidelige TMS data fra ES muskel gruppe. I vores pilotarbejde vi undersøgt reaktioner i mange forskellige postural positioner, men fandt, at vores bedste respons blev opnået med emnet siddende som vist i videoen artiklen.

Fysiologi Single Pulse TMS Outcome

Enkelt puls TMS, som navnet antyder, indebærer levering af en magnetisk impuls til hjernen og registrering og undersøgelse af resultant EMG-respons. Metoden har vist sig utrolig nyttig til at teste integriteten af ​​hele neuromuskulære tarmkanalen. Generelt er denne metode bruges til at udlede variabler som motor tærskel, motor evoked potentiale amplitude, og stille periode, varighed, som alle giver indblik i ophidselse af den neuromuskulære system. Selvom denne teknik har gjort det muligt forsker til at forstå en hel del om den neuromuskulære system, det har nogle ulemper, som vil blive adresser i hele dette afsnit.

Motor tærskelværdi defineres som den laveste intensitet er nødvendig for at fremkalde en MEP i den kontralaterale muskel gruppe af interesse, når en enkelt impuls er anvendt på den motoriske hjernebark 3. Efter "hotspot" (det sted, hvor den største MEP er observeret) er blevet fundet, er MT bestemmes ved langsomt at øge intensiteten af ​​pulsen anvendt på den motoriske hjernebark, indtil et parlamentsmedlem er sikkert udløst. Generelt definerer de fleste efterforskeretærsklen til hvile muskler som stimulus intensitet er nødvendig for at vække MEP er med en peak-to-peak amplitude, der er større end 50 μV i 50% af forsøgene (fx i 5 ud af 10 forsøg) 3. Denne værdi kan også defineres under kontraktion ("aktiv MT '), hvis state-afhængige foranstaltninger er af interesse. Her er MT generelt defineret som en given andel af baggrunden EMG-aktivitet (fx 2x ovennævnte baggrund), eller en absolut amplitude (f.eks, 300 V). Resting MT er påvirket af den orientering, tæthed, og elektriske modtagelighed af kortikale neuroner. Som sådan, kan ændringer i hvilende MT afspejle ændringer på en række forskellige niveauer [dvs, de neurale membran, aksonal elektroniske egenskaber, struktur og antallet af excitatoriske projektioner på den primære motoriske hjernebark, eller opregulering af receptorer i denne region 24 og dermed repræsenterer en samlet vurdering af membranen ophidselse af pyramideformede neuroner 24,25. Med venlig hilsentil aktiv MT, sammenlignet frivillige sammentrækning medfører en reduktion i motor tærsklen med hvile betingelser, som menes at være tegn på størrelsen af frivillige motordrev til corticomuscular vej 26.

MEP amplitude er et andet udfald måle tegn på ophidselse. Når TMS anvendes på den motoriske hjernebark med en intensitet over MT, er højfrekvente indirekte bølger (I bølger) fremkaldte i corticospinal tarmkanalen 27, som er modificeres af mange mekanismer, herunder neurotransmittere (dvs. glutatmate, GABA), modulatorer af neurotransmission (dvs., acetylcholin, noradrenalin og dopamin) 25, og interneurones kontaktet af corticospinal tarmkanalen celler 28 med den faktiske effekt af corticomotoneuronal synapse selv at demonstrere nogle aktiviteter er afhængige af ændringer 29 alle fungerer til at påvirke amplituden af MEP. Som sådan kan amplituden af ​​det signal moduleres på both det kortikale og spinal niveauer det er svært at frasortere specifikt hvor, rumligt i nervesystemet, har en ændring fandt sted, eller en forskel eksisterer. Nedsat eller øget MEP amplituder kan være tegn på ændringer i det neuromuskulære system og kan være forbundet med specifikke sygdomme processer 3. En anden måde at vurdere corticospinal ophidselse via enkelt impuls TMS er gennem udvikling af en rekruttering kurve (eller en input-output-kurve). Her er stimulus intensiteten gradvist øget, og den deraf følgende ændring i MEP amplitude er plottet. Denne kurve viser, at der er en kernegruppe af neuroner, der er nødvendige for motoriske tærskel, men der er yderligere neuroner, der kan rekrutteres til at øge respons i musklen 30.

En anden forholdsvis fælles resultat stammer fra en enkelt puls TMS er corticospinal tavs periode. Levering af en magnetisk puls til cortex under en muskelsammentrækning vurdererden stille periode. Denne puls producerer de karakteristiske MEP som tidligere nævnt efterfulgt af elektriske quiescence før aktivitet genoptages, der er betegnende for corticospinal hæmning og almindeligvis benævnt corticospinal tavse periode. Mens der er en vis uenighed om den bedste metode til at kvantificere de tavse periode 31, har det vist sig at være et nyttigt videnskabeligt værktøj til forståelse af fysiologiske mekanismer, der sammen med kliniske diagnostiske potentiale 32-34. Den fysiologiske mekanismer bag den stille periode er ikke fuldt forstået, men omfatter hæmning i både den motoriske hjernebark og rygmarven. Den første del af den tavse periode (50-60 ms) er henføres til mekanismer i rygmarven, såsom aktivering af Renshaw celler 3,35, mens den anden del er blevet tilskrevet kortikale mekanismer, specielt γ-aminosmørsyre (GABA) type B-receptor medieret hæmning. Data for disse fysiologiske understøttes er baseret på undersøgelsesresultater, at administrationen af tiagabin, en hæmmer af GABA optagelsen fra den synaptiske kløft ind i neuronerne, resulterer i en afkortning af den stille periode 35. Derfor disse resultater tyder på, at blokering af GABA i den motoriske hjernebark fører til nedsat hæmning. Selv om den tavse periode er en nyttig måling af hæmning det har nogle faldgruber. Den største undergang måle tavse periode, er, at hvis ændringerne er opdaget deres rumlige lokalisering er vanskeligt at fastslå, da det indeholder både kortikal og spinal komponenter. På trods af den manglende evne til at bruge denne værdi til at lokalisere plastik tilpasninger eller læsioner, er det stadig en god afspejling af hæmning inden for neuromuskulære tarmkanalen.

Fysiologi Forbundne Pulse TMS Outcomes

Svarende til en enkelt puls TMS, kan parret-puls TMS bruges til at fastslå excitatoriske og hæmmende egenskaber neuromuskulære system. Den væsentligste forskelmellem parret og enkelt impuls teknikker er, at parret-puls eksperimenter generelt er tænkt til mere præcist at måle intracortical egenskaber. De primære værdier, der evalueres er kort intracortical hæmning (SICI), lang intracortical hæmning (LICI), og intracortical facilitering (ICF). I parret puls TMS to stimuli anvendes på den motoriske hjernebark og afhængig af interstimulus intervallet og stimulus intensitet forskellige excitatoriske og inhibitoriske svar vil blive overholdt. Desuden kan parret-puls TMS bruges til at undersøge interhemispheric hæmning og facilitering ved hjælp af et lignende paradigme.

Efter hotspot og motoriske tærskel, er blevet fastlagt, er SICI fremkaldt ved at anvende en subthreshold puls (fx 70-95% under tærsklen), og 2-4 ms senere at anvende en suprathreshold puls. Fordelen ved denne teknik er, at den første stimuli aktiverer intracortical neuroner, men aktiverer ikke lavere motoriske neuroner i rygmarvenledning. Den gennemsnitlige mængde af observerede hæmning er 20-40% af den ubetingede MEP 3. Baseret på en lang række farmakologiske undersøgelser foreslås det, at den underliggende mekanisme SICI er GABA A medieret hæmning. For eksempel en agonister (f.eks, lorazepam) øge SICI, og administration af GABA re-uptake hæmmere administration af GABA (f.eks tiagabin) Faldet SICI 25. SICI har en fordel i forhold til det indre puls måling af den stille periode, fordi graden af ​​hæmning kan være lokaliseret til den primære motoriske hjernebark.

Målingen af ​​ICF er næsten identisk med den, der anvendes i vurderingen SICI, bortset fra at interstimulus intervallet er længere (fx 10-25 msek). Ved blot at øge inerstimulus intervallet anden evoked MEP lettes 20-30% over en ubetinget suprathreshold stimulus MEP 3, selv om det er vores erfaring, at graden af lettelse varierer mellem respective muskelgrupper, der undersøges. ICF udgør en balance eller en kombination af øget facilitatory og faldt hæmmende egenskaber. Farmakologiske undersøgelser har observeret, at både N-methyl-D-aspartat (NMDA)-antagonister og GABA A-agonister faldt ICF 25. Disse resultater tyder på, at ICF er medieret af glutamat lettelse via NMDA-receptorer, men denne proces er hærdet gennem GABA A hæmning, tyder på, at SICI og ICF ikke udelukker hinanden.

LICI er en anden indikator for intracortical hæmning, men denne parret puls paradigme har to store forskelle i forhold til SICI og ICF. Ikke alene er interstimulus intervallet øges (f.eks 50-200 ms), men begge impulser suprathreshold. Svarende til SICI, er den fysiologiske mekanisme, medieret gennem GABA, men i LICI hæmning menes at opstå primært via GABA B-receptorer i modsætning til GABA A receptor hæmning, som ses iSICI. Farmakologiske undersøgelser administrere Baclofen, en GABA B-agonist, har observeret en stigning i LICI og et fald i SICI angiver, at de er medieret af forskellige receptorer, men er indbyrdes forbundne 36. Det er blevet foreslået, at LICI stiger fra aktivering af post-synaptiske GABA B-receptorer og SICI er faldet fra aktivering af præ-synpatic GABA B-receptorer, der mindsker frigivelsen af GABA 36. Derfor er disse resultater tyder det LICI og sidstnævnte del af den stille periode er medieret af lignende mekanismer, GABA B.

Sammenligning og kontrasterende Vores brug af TMS til andres

I denne artikel har vi demonstreret single og parret puls TMS anvendes til at studere musklerne i underarmen og columna lumbalis, men skal vi bemærke, at mange forskere og klinikere (herunder vores egen gruppe) har anvendt TMS til at studere andre muskler i hånden, overarm, ben, etc.Så er den visuelle præsentation heri blot ment som et eksempel på metodiske tilgange, der anvendes i TMS forskning, i modsætning til en omfattende oversigt over dens formål. Ligeledes kan TMS bruges til at vurdere andre parametre, som ikke præsenteres i denne artikel. Nogle af disse præsenteres og diskuteres nedenfor.

Interhemispheric Lempelserne og hæmning: En anden anvendelse af parret-puls TMS indebærer en subthreshold stimulus blive anvendt på den motoriske hjernebark og derefter en suprathreshold stimulus anvendes til det modsatte motoriske hjernebark, som giver mulighed for undersøgelse af interhemispheric interaktioner. Begge interhemispheric lettelse (IHF) og interhemispheric hæmning (IHI) kan observeres, men IHI er en stærkere indsats. IHF har ikke en veldefineret protokol eller mekanisme, men det har været observeret ved interstimulus intervaller på 4-8 ms 4. IHI kan være fremkaldt ved en bred vifte af interstimulus intervaller (6-50ms), og det er partially medieret af GABA B. Farmakologiske undersøgelser administrere Baclofen, en GABA B-agonist, der specifikt tyder på, at længere interval IHIs blev medieret af postsynaptiske GABA B-receptorer 4. Generelt kan den parrede pulsen teknikken bruges til at studere et stort udvalg af variabler, der giver indsigt i intracortical og interhemispheric egenskaber.

Gentagne TMS: Gentagne TMS (rTMS) kan også bruges til at studere menneskets neuromuskulære system. Dette bruger de samme grundlæggende eksperimentelle set-up som single puls TMS, men en række af stimuli til en fast intensitet anvendes på den motoriske hjernebark og virkningerne på variabler såsom MEP amplitude og tavs periode måles. Parametrene for rTMS kan manipuleres ved at ændre den intensitet, frekvens, antal og længden af ​​stimuli. Generelt er der to typer af frekvenser, høj (> 1Hz) eller lav (<1 Hz), som er forbundet med to typer of post-synaptiske, langsigtede plasticitet 37. Høj frekvens pulser er generelt gives periodisk over en periode (fx 100 tog ved 100 Hz hver 10 s ti forsøg), der henviser til lavfrekvente stimulation gives uopholdeligt i en periode tid (f.eks 1Hz i 20-30 minutter) 34 . Når stimuli anvendes gentagne gange til cortex det resulterer i en tidsmæssig summation der fører til en større ændring i det kortikale aktivitet end en enkelt puls 38. rTMS har et stort potentiale i kliniske situationer, som vil blive drøftet yderligere i den kliniske anvendelse sektion. De fysiologiske mekanismer bag høje og lave frekvenser TMS er dårligt defineret, men er generelt menes at afspejle langsigtede potentiale (LTP) og lang sigt depression (LTD) hhv. En undersøgelse af Chen og kolleger viste, at rTMS ved lave frekvenser (900 pulser på 1 Hz) i mennesker resulterede i ændringer i MEP amplitude, motoriske tærskel, og excitation spredt afspejler en afskression af kortikal ophidselse 39. En anden undersøgelse ved hjælp af hippocampus skiver fra observeret rotter, at høj-frekvens rTMS (10 tog af 20 impulser på 100 Hz med 1 s, 5 gentagelser med 10 s intervaller, eller 3 togene på 100 impulser på 100 Hz med 20 s intervaller) induceret LTP ændringer, var direkte korreleret med NMDA aktivitet 40. Generelt er det tænkt, at NMDA-receptor-aktivering, postsynaptiske depolarisering, øget intracellulær kalcium koncentration, og GABA mægle LTP og LTD 34,39,40, men mere forskning er nødvendig for fuldt ud at fastlægge ordningen for rTMS.

Cervicomedullary Evoked potentialer. Magnetisk stimulation anvendes over bagsiden af hovedet ved hjælp af en dobbelt-kegle magnetisk stimulator kan bruges til at aktivere spinal skrifter og fremkalde motoriske reaktioner. Motoren svar, almindeligvis omtalt som cervicomedullary evoked potentials (CMEPs), er af særlig interesse for forskere interesseret i Segmental opførsel af motoren sti, da de har en stor monosynaptic komponent, og som sådan kan bruges til at teste alpha-motorneuron excitabilitet 41.

Fremkalde CMEPs er teknisk udfordrende, som det fremkaldte reaktioner er relativt små i amplitude. Generelt er svarene bedst set med spolen placeret med sin centrale afsnit over eller tæt på Inion og med de nuværende rettet nedad 41. Der er dog hos nogle personer CMEP svarene ikke observeret mest sandsynligt på grund af anatomiske forskelle resulterer i grænsen for effektiv stimulering ikke realistisk, da det magnetiske puls intensitet henfalder med kvadratroden af ​​afstanden. Men med passende uddannelse og færdigheder, har laboratorier haft med at udføre cervicomedullary krydset stimulation rapporteret om højt indhold af dag-til-dag pålidelighed (r = 0,87) 42. Kobling to magnetiske stimulatorer i serie vil give mulighed for en stærkere overordnet puls, Hvilket kan være en fordel, når du forsøger at fremkalde CMEPs. Derudover kan ved hjælp af frivillige sammentrækning at øge ophidselse af alfa-motorneuron pool øge sandsynligheden for at få svar. Det skal bemærkes, at mens cervicomedullary magnetisk stimulation er betydeligt mindre smertefuldt end elektriske stimulation, betyder det aktiverer musklerne i hoved og hals, og nogle fag finde denne oplevelse at være ubehageligt.

Kortikal Mapping. Siden 1991 har TMS evoked motoriske reaktioner også blevet brugt til at kortlægge hjernens funktioner i en direkte stimulus / evoked response måde tidligere kun var muligt i løbet invasiv kirurgi, når overfladen af hjernen blev afsløret 43-45. I løbet af cortical kortlægning, er et gitter placeret på hovedbunden (f.eks, en svømmetur kasket med et gittermønster) og MEP amplituder fremkaldes på mange steder er bestemt og værdierne er plottet til at skabe en 3-dimensionel repræsentation mellem geografiske placering (x, ogy-aksen) og MEP amplitude (z-aksen) 46. Disse kortikale kort giver tre stykker af oplysninger: det samlede areal på hovedbunden, hvorfra parlamentsmedlems for målet muskel blev registreret, "hot spot" for en muskel, og amplituden vægtet tyngdepunkt (COG) 47. Den COG svarer til midten af TMS kortet eller hovedbunden sted / topografi, hvor de mest neuroner kan aktiveres for en muskel eller en bevægelse, som måske eller måske ikke svarer til den hot spot 46,48. Ændringer i placeringen af COG (medial lateral eller anterior posteriore retninger) er almindeligt foreslået at demonstrere kortikale reorganisering eller plasticitet som reaktion på skade, spontan helbredelse, eller på grund af rehabiliteringsindsats 48,49.

Disse kortikale kort, mens indsigtsfulde, skal fortolkes med forsigtighed. Selv om stimulering protokollen svarer til de principper, der anvendes af Penfield, jeg t er vigtigt at erkende, at de kort oprettet ved hjælp af denne teknik ikke sammenligne i præcision til kort oprettet med intracortical microstimulation 46,48. Dyreforsøg har vist, at enkelte corticospinal neuroner innerverer flere motoriske neuron puljer, og dermed forskellige muskler og corticospinal neuroner, der innerverer en bestemt muskel fordeles blandt andre corticospinal neuroner projicerer til forskellige muskler kombinationer 50,51. Denne mosaik somatotopy af cortex og den overlappende rygmarven fremskrivninger i kombination med den manglende stimulus præcision med TMS betyder, at flere muskler vil reagere på en enkelt TMS puls leveres i et punkt af hovedbunden matrix 46. Kortene nytteværdi kan blive yderligere forvirret af elektrodeplacering, der tillader cross-talk, eller signaler fremkaldt på samme tid fra andre muskler, at blande sig i specificitet og kvaliteten af det optagede MEP 47.

"> Overledningstid. Central Motor overledningstid defineres som latency forskellen mellem MEP'er fremkaldt ved stimulering af den motoriske hjernebark og dem, der fremkaldes af rygmarven (motor root) stimulation. Det er beregnet ved at fratrække den latenstid af de potentielle induceret af spinal stimulation sig fra kortikal stimulation 3. Når en TMS spolen er placeret over nakken eller lumbosacral rygsøjlen, vil den magnetiske pulsen stimulere spinale rødder, men ikke faldende spinal skrifter selv 3. Derfor Central Motor overledningstid sandsynligvis indeholder den sande tid til central motor ledningsforstyrrelser plus mindst en synaptisk forsinkelse på spinal niveau og tid fra den proksimale roden til intervertebrale foramen.

Forbundne Associativ Stimulation. Forbundne associativ stimulation (PAS) er en teknik, der involverer stimulation af en perifer nerve, og TMS stimulering af den motoriske hjernebark 30,52. Dento stimuli anvendes med regelmæssige mellemrum, så de resulterer i en synkron respons i den motoriske hjernebark. Afhængigt af længden af intervallet de stimuli vil enten fremme eller hæmme hinanden 30,52. For eksempel, de stimuli, når en stimulus anvendes på median nerve og derefter 25 ms senere på den motoriske hjernebark lette hinanden resulterer i et langsigtet potensering (LTP) som svar 30. Omvendt, hvis stimulus intervallet er kun 10 ms TMS stimulus hæmmer den perifere nerve stimulation resulterer i en langvarig depression (LTD) svar 30. På grund af disse reaktioner, er PAS ofte bruges til at hjælpe model hjernens plasticitet. Desuden undersøgelser med NMDA receptor antagonister viste, at LTP skrive svarene i PAS kan blokeres, hvilket yderligere understøtter dets anvendelse som en plasticitet model 52. PAS har også et par kliniske applikationer, såsom slagtilfælde rehabilitering, men som ikke bruges så bredt som rTMS 52

Kliniske anvendelser. TMS har også kliniske anvendelighed til diagnosticering og behandling af udvalgte neuromuskulære forhold. Teknikker som enlige og parret puls teknikker bliver brugt af forskere til yderligere at forstå patofysiologien af ​​en lang række sygdomme, og mange med håbet om at finde nye diagnostiske kriterier. Tilsvarende er TMS bliver brugt til at aide i den diagnostiske proces ved at hjælpe klinikere og forskere skelne mellem sygdomme med lignende præsentationer. Endelig er en stor del af forskningen fokuserer på at undersøge nytten af ​​rTMS som en terapeutisk strategi. I dette afsnit vil diskutere den kliniske anvendelser af TMS fokuserer på idiopatisk Parkinsons sygdom, slagtilfælde, primær dystoni, amytotrophic lateral sklerose (ALS), og multipel sklerose (MS).

Der er en række enkelt og parret puls TMS værdier, der har potentialet til at blive anvendt ved diagnosticering af en række neuromuscular lidelser. Hver neuromuskulær lidelse har et karakteristisk sæt af TMS fund, som kan være nyttige i den videre belyse patofysiologi, diagnostik og differentiere lidelser med lignende kliniske præsentationer. Selv om der har været nogen endelige konklusioner, der er potentiale for TMS til at skelne mellem Parkinson forhold (f.eks Parkinsons sygdom, corticobasal degeneration), og primære og sekundære dystoni 34. Tilsvarende TMS har potentiale til at hjælpe med at bestemme den prognostiske udfald for nogle neuromuskulære forhold. For eksempel er en god prognostisk faktor efter slagtilfælde tilstedeværelsen af medlemmer i paretic lemmer, når de ramte halvkugle er stimuleret 33,52. I almindelighed, stadig en stor del af forskningen skal gennemføres for at bestemme nytten af ​​TMS i den diagnostiske proces, men den nuværende fund tyder på det har potentiale.

I tillæg til diagnostiske muligheder, en stor opmærksomhedtion er givet til rTMS som en potentiel terapeutisk værktøj. En af de mest undersøgte sygdomme er Parkinsons sygdom. Et par studier observeret en forbedring i Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS) efter sub-tærsklen rTMS ved høje frekvens til den motoriske hjernebark 30,34. Disse resultater varierede fra 15% til 50% forbedring i afmålte resultat, der varede op til 1 måned 34. Desværre er den aktuelle forskning er fyldestgørende, fordi der er stor variation i protokoller, der gør det vanskeligt at belyse den sande værdi af rTMS som en terapeutisk metode 3,32,34. En håndfuld studier har undersøgt den effekt af rTMS om dystoni med lovende resultater. De fleste af disse undersøgelser brugte 1Hz rTMS anvendes til den primære motoriske hjernebark og observerede forbedring i symptomer, der varede et par timer til måneder efter en enkelt session 30,34,53. Selv om disse er lovende resultater, mere forskning skal conducted at bekræfte disse resultater og undersøge potentialet i multiple-session rTMS.

Der har været flere rTMS tilgange i slagtilfælde rehabilitering. Undersøgelser har stimuleret både den ramte og upåvirket halvkugler i håb om at lette inddrivelsen af ​​de berørte halvkugle. I de fleste af disse undersøgelser var der en betydelig forbedring i forhold til handicap scoringer og en samlet kortsigtet forbedring i motorisk funktion 3,30,52,54. Som med de fleste rTMS metoder, har brug for større skala, kontrolleret, og langsigtede undersøgelser, der skal udføres for at finjustere protokollen og fastslå den terapeutiske potentiale. Men det løfte demonstreret i denne korte gennemgang af rTMS som et terapeutisk redskab, warrants behovet for disse store undersøgelser for at vurdere dens effektivitet.

Konklusioner

Sammenfattende har vi i denne artikel har søgt først at give en visuel højde for de grundlæggende TMS procedurer i det mindste som ansat i vores laboratory. Derudover har vi søgt at belyse og diskutere andre videnskabelige og kliniske anvendelser af TMS på det drejer sig om det menneskelige neuromuskulære system. Som TMS vokser eksponentielt i popularitet, og forhåbentlig som forskning fortsætter-nye anvendelser og teknikker vil blive gennemført for at fremme vores forståelse af den neuromuskulære system.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklæret.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret delvist af en bevilling fra Osteopatisk Heritage Foundations til BC Clark. Vi vil gerne angive en særlig tak til Marissa McGinley for hendes hjælp med at skabe mange af figuren grafik.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Transcranial Magnetic Stimulator 2002 Transcranial Magnetic Stimulator Bi-Stim2 Figure-Eight 70-mm coil Double Cone Coil Magstim NA TMS equipment (including coils)
Biodex System 4 Biodex NA Dynamometer
Biopac MP150 Data Acquisition System Biopac Systems, Inc. MP150WSW A-D converter for EMG and force
AcqKnowledge 4.0 Data acquisition software Biopac Systems, Inc. ACK100W
Nikomed Trace 1 ECG electrodes Nikomed 2015 EMG electrodes
Constant Current Stimulator Digitimer Ltd. DS7A Peripheral nerve stimulator

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 1, 1106-1107 (1985).
  2. Werhahn, K. J., et al. The effect of magnetic coil orientation on the latency of surface EMG and single motor unit responses in the first dorsal interosseous muscle. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 93, 138-146 (1994).
  3. Kobayashi, M., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation in neurology. Lancet. Neurol. 2, 145-156 (2003).
  4. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. J. Physiol. 586, 325-351 (2008).
  5. Taylor, J. L. Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects. Journal of Electromyography and Kinesiology: Official Journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology. 16, 215-223 (2006).
  6. Clark, B. C., Taylor, J. L., Hoffman, R. L., Dearth, D. J., Thomas, J. S. Cast immobilization increases long-interval intracortical inhibition. Muscle & Nerve. 42, 363-372 (2010).
  7. McGinley, M., Hoffman, R. L., Russ, D. W., Thomas, J. S., Clark, B. C. Older adults exhibit more intracortical inhibition and less intracortical facilitation than young adults. Exp. Gerontol. 45, 671-678 (2010).
  8. Goss, D. A., Thomas, J. S., Clark, B. C. Novel methods for quantifying neurophysiologic properties of the human lumbar paraspinal muscles. Journal of Neuroscience Methods. 194, 329-335 (2011).
  9. Clark, B., Issac, L. C., Lane, J. L., Damron, L. A., Hoffman, R. L. Neuromuscular plasticity during and following 3-weeks of human forearm cast immobilization. J. Appl. Physiol. 105, 868-878 (2008).
  10. MRIsafety.com. MRI safety, bioeffects and patient management. , Shellock R&D Services Inc and Frank G. Shellock. Los Angeles, CA. Available from: http://www.mrisafety.com (2010).
  11. Clark, B. C., Issac, L. C., Lane, J. L., Damron, L. A., Hoffman, R. L. Neuromuscular plasticity during and following 3 wk of human forearm cast immobilization. J. Appl. Physiol. 105, 868-878 (2008).
  12. Brasil-Neto, J. P., et al. Optimal focal transcranial magnetic activation of the human motor cortex: effects of coil orientation, shape of the induced current pulse, and stimulus intensity. J. Clin. Neurophysiol. 9, 132-136 (1992).
  13. Damron, L. A., Dearth, D. J., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 173, 121-128 (2008).
  14. McGinley, M. P., Clark, B. C. Transcranial magnetic stimulation and the human neuromuscular system. Horizons in Neuroscience Research. , Nova Science Publishers. (2012).
  15. Damron, L. A., Hoffman, R. L., Dearth, D. J., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic brain stimulation. J. Neurosci. Methods. 173, 121-128 (2008).
  16. Clark, B. C., Quick, A. Exploring the pathophysiology of Mal de Debarquement. J. Neurol. 258, 1166-1168 (2011).
  17. Ortu, E., Deriu, F., Suppa, A., Tolu, E., Rothwell, J. C. Effects of volitional contraction on intracortical inhibition and facilitation in the human motor cortex. J. Physiol. 586, 5147-5159 (2008).
  18. Dishman, J. D., Greco, D. S., Burke, J. R. Motor-evoked potentials recorded from lumbar erector spinae muscles: a study of corticospinal excitability changes associated with spinal manipulation. J. Manipulative. Physiol. Ther. 31, 258-270 (2008).
  19. Kuppuswamy, A. Cortical control of erector spinae muscles during arm abduction in humans. Gait. Posture. 27, 478-484 (2008).
  20. Strutton, P. H., Theodorou, S., Catley, M., McGregor, A. H., Davey, N. J. Corticospinal excitability in patients with chronic low back pain. J. Spinal. Disord. Tech. 18, 420-424 (2005).
  21. Taniguchi, S., Tani, T. Motor-evoked potentials elicited from human erector spinae muscles by transcranial magnetic stimulation. Spine (Philadelphia. 24, 154-157 (1999).
  22. Taniguchi, S., Tani, T., Ushida, T., Yamamoto, H. Motor evoked potentials elicited from erector spinae muscles in patients with thoracic myelopathy. Spinal. Cord. 40, 567-573 (2002).
  23. O'Connell, N. E., Maskill, D. W., Cossar, J., Nowicky, A. V. Mapping the cortical representation of the lumbar paravertebral muscles. Clin. Neurophysiol. 118, 2451-2455 (2007).
  24. Maeda, F., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation: studying motor neurophysiology of psychiatric disorders. Psychopharmacology (Berl). 168, 359-376 (2003).
  25. Ziemann, U. TMS and drugs. Clin. Neurophysiol. 115, 1717-1729 (2004).
  26. Tergau, F., et al. Complete suppression of voluntary motor drive during the silent period after transcranial magnetic stimulation. Exp. Brain. Res. 124, 447-454 (1999).
  27. Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Clin. Neurophysiol. 115, 255-266 (2004).
  28. Iles, J. F., Pisini, J. V. Cortical modulation of transmission in spinal reflex pathways of man. J. Physiol. 455, 425-446 (1992).
  29. Gandevia, S. C., Petersen, N., Butler, J. E., Taylor, J. L. Impaired response of human motoneurones to corticospinal stimulation after voluntary exercise. J. Physiol. 521 (Pt. 3), 749-759 (1999).
  30. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55, 187-199 (2007).
  31. Damron, L. A., Dearth, D. J., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic stimulation. J. Neurosci. Methods. 173, 121-128 (2008).
  32. Cantello, R. Applications of transcranial magnetic stimulation in movement disorders. J. Clin. Neurophysiol. 19, 272-293 (2002).
  33. Chen, R. The clinical diagnostic utility of transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin. Neurophysiol. 119, 504-532 (2008).
  34. Edwards, M. J., Talelli, P., Rothwell, J. C. Clinical applications of transcranial magnetic stimulation in patients with movement disorders. Lancet. Neurol. 7, 827-840 (2008).
  35. Terao, Y., Ugawa, Y. Basic mechanisms of TMS. J. Clin. Neurophysiol. 19, 322-343 (2002).
  36. McDonnell, M. N., Orekhov, Y., Ziemann, U. The role of GABA(B) receptors in intracortical inhibition in the human motor cortex. Exp. Brain. Res. 173, 86-93 (2006).
  37. Perez-de-Sa, V., et al. High brain tissue oxygen tension during ventilation with 100% oxygen after fetal asphyxia in newborn sheep. Pediatr. Res. 65, 57-61 (2009).
  38. Anand, S., Hotson, J. Transcranial magnetic stimulation: neurophysiological applications and safety. Brain. Cogn. 50, 366-386 (2002).
  39. Chen, R. Depression of motor cortex excitability by low-frequency transcranial magnetic stimulation. Neurology. 48, 1398-1403 (1997).
  40. Tokay, T., Holl, N., Kirschstein, T., Zschorlich, V., Kohling, R. High-frequency magnetic stimulation induces long-term potentiation in rat hippocampal slices. Neurosci. Lett. 461, 150-154 (2009).
  41. Taylor, J. L., Gandevia, S. C. Noninvasive stimulation of the human corticospinal tract. J. Appl. Physiol. 96, 1496-1503 (2004).
  42. Martin, P. G., Hudson, A. L., Gandevia, S. C., Taylor, J. L. Reproducible measurement of human motoneuron excitability with magnetic stimulation of the corticospinal tract. J. Neurophysiol. 102, 606-613 (2009).
  43. Cohen, L. G., Bandinelli, S., Findley, T. W., Hallett, M. Motor reorganization after upper limb amputation in man. A study with focal magnetic stimulation. Brain. 114 (Pt. 114 1B), 615-627 (1991).
  44. Penfield, W., Boldrey, E. Somatic motor and sensory representation in cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain. 60, 389-443 (1937).
  45. Sohn, Y. H., Hallett, M. Motor evoked potentials. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 15, 117-131 (2004).
  46. Thickbroom, G. W., Mastagliam, F. L. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A. , Arnold Publishers. (2002).
  47. Wolf, S. L., Butler, A. J., Alberts, J. L., Kim, M. W. Contemporary linkages between EMG, kinetics and stroke rehabilitation. J. Electromyogr. Kinesiol. 15, 229-239 (2005).
  48. Butler, A. J., Wolf, S. L. Putting the brain on the map: use of transcranial magnetic stimulation to assess and induce cortical plasticity of upper-extremity movement. Phys. Ther. 87, 719-736 (2007).
  49. Curra, A. Transcranial magnetic stimulation techniques in clinical investigation. Neurology. 59, 1851-1859 (2002).
  50. Nudo, R. J. Plasticity. NeuroRx. 3, 420-427 (2006).
  51. Rossini, P. M., Dal Forno, G. Integrated technology for evaluation of brain function and neural plasticity. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 15, 263-306 (2004).
  52. Lefaucheur, J. P. Methods of therapeutic cortical stimulation. Neurophysiol. Clin. 39, 1-14 (2009).
  53. Tyvaert, L., et al. The effect of repetitive transcranial magnetic stimulation on dystonia: a clinical and pathophysiological approach. Neurophysiol. Clin. 36, 135-143 (2006).
  54. Webster, B. R., Celnik, P. A., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation in stroke rehabilitation. NeuroRx. 3, 474-481 (2006).

Tags

Medicin neurovidenskab muskler elektromyografi fysiologi TMS styrke motorisk kontrol. sarcopenia dynapenia lænde
Utilizing Transcranial magnetisk stimulation til at studere menneskelige neuromuskulære system
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goss, D. A., Hoffman, R. L., Clark,… More

Goss, D. A., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System. J. Vis. Exp. (59), e3387, doi:10.3791/3387 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter