Avaliação Não-invasiva de Alterações na Transmissão Corticomotoneuronal em Humanos

Summary

O objetivo do presente estudo foi avaliar as alterações na transmissão nas sinapses corticomotoneurônicas em humanos após estimulação magnética transcraniana repetitiva. Para isso, é introduzido um método eletrofisiológico que permite a avaliação da transmissão corticoespinal específica da via, ou seja , a diferenciação de vias rápidas e diretas do corticospinal de conexões polisinápticas.

Abstract

A via corticospinal é a principal via de ligação do cérebro com os músculos e, portanto, é altamente relevante para o controle de movimento e aprendizagem motor. Existe um número de métodos electrofisiológicos não invasivos que investigam a excitabilidade e plasticidade desta via. No entanto, a maioria dos métodos baseia-se na quantificação dos potenciais compostos e negligência de que a via corticospinal consiste em muitas conexões diferentes que são mais ou menos diretas. Aqui, apresentamos um método que permite testar a excitabilidade de diferentes frações da transmissão corticospinal. Essa técnica de condicionamento do H-reflex permite avaliar a excitabilidade das vias corticospinal mais rápidas (monossinápticas) e também polissoninápticas. Além disso, ao utilizar dois diferentes locais de estimulação, o córtex motor ea junção cervicomedular, permite não só a diferenciação entre os efeitos corticais e espinhais, mas também a avaliação da transmissão no corticomaSinapse otoneural. Neste artigo, descrevemos como este método pode ser usado para avaliar a transmissão corticomotoneural após a estimulação magnética transcraniana repetitiva de baixa freqüência, um método que foi mostrado anteriormente para reduzir a excitabilidade das células corticais. Aqui demonstramos que não só as células corticais são afetadas por esta estimulação repetitiva, mas também a transmissão na sinapse corticomotoneuronal no nível da coluna vertebral. Este achado é importante para a compreensão de mecanismos básicos e locais de neuroplasticidade. Além da investigação de mecanismos básicos, a técnica de condicionamento do reflexo H pode ser aplicada para testar alterações na transmissão corticospinal após intervenções comportamentais ( por exemplo , treinamento) ou terapêuticas, patologia ou envelhecimento e, portanto, permite uma melhor compreensão dos processos neurais subjacentes ao controle do movimento e motor Aprendendo.

Introduction

Nos primatas, o trato corticospinal constitui a principal via descendente que controla as ações voluntárias ¹ . A via corticospinal conecta as áreas corticais motoras aos α-motoneurônios espinhais através de conexões corticomotoneurônicas monossinápticas diretas e através de conexões oligo- e polisinápticas indiretas ^{2 , 3} . Embora o córtex motor possa ser facilmente excitado não invasivamente pela Estimulação Magnética Transcraniana (TMS), a resposta eletromiográfica evocada a esta estimulação é muitas vezes difícil de interpretar. A razão para isso é que o Potencial Evocado Motor (MEP) composto pode ser influenciado por mudanças na excitabilidade dos neurônios intracortical e corticospinal, dos interneurônios espinhais e dos α-motoneurônios espinhais ^{4 , 5 , 6 , 7} . Vários electrofisiologistas não invasivosAs técnicas cal e os protocolos de estimulação visam determinar se as alterações na excitabilidade e transmissão do corticospinal são causadas por alterações no nível cortical ou espinhal. Comumente, as mudanças na amplitude do reflexo H elétrico evocado são usadas como "indicativas" de alterações de excitabilidade no pool de motoneurônios. No entanto, foi previamente demonstrado que o reflexo H depende não apenas da excitabilidade do pool de motoneurônios, mas também é modulado por outros fatores, como inibição pré-sináptica 8,9 ou depressão pós-ativação homossináptica 5,10. Outra limitação na comparação entre os MEPs e os H-reflexos é a incapacidade de detectar mudanças de excitabilidade no nível interneuronal 11,12. Para além destas desvantagens, os motoneurões podem ser activados de forma diferente pela estimulação do nervo periférico do que wiTMS de modo que as mudanças na excitabilidade motoneuronal afetariam essas respostas de um modo diferente em comparação com as respostas mediadas pela via corticospinal ^{13 , 14 , 15} .

Outro método utilizado para separar espinal de cortical efeitos representa Transcranial Elétrica Estimulação (TES) do córtex motor ¹⁶ . Aplicada em baixas intensidades de estimulação, argumentou-se que TES não era afetado por alterações na excitabilidade cortical. Como a TES e a TMS ativam os α-motoneurônios através da via corticospinal, a comparação de MEPs magneticamente e eletricamente evocados fornece um método mais atraente para tirar conclusões sobre a natureza cortical das mudanças no tamanho dos MPEs do que a comparação entre os reflexos H E deputados. No entanto, quando a intensidade de estimulação é aumentada, os deputados europeus evocados com TES são também influenciados por alterações na excitabilidade cortical <Sup class = "xref"> 17 ^{, 18} . Este problema pode ser contornado quando a estimulação elétrica não é aplicada ao córtex motor, mas na junção cervicomedular. No entanto, embora a estimulação elétrica possa evocar potenciais evocados motores cervicomedulares (cMEPs) nos membros superiores e nos músculos dos membros inferiores, a maioria dos sujeitos percebe a estimulação elétrica no tronco encefálico como extremamente desagradável e dolorosa. Uma alternativa menos dolorosa é ativar a via corticospinal na junção cervicomedular por meio de estimulação magnética na inião ¹⁹ . É geralmente aceite que a Estimulação Magnética Cervicomedular (CMS) activa muitas das mesmas fibras descendentes que o TMS motor cortical e que as alterações na excitabilidade cortical podem ser detectadas através da comparação de MEPs com cMEPs ¹⁹ . Os aumentos na excitabilidade das células intracorticais e das células corticomotoneuronais são pensados ​​para facilitar aEvocado MEP sem uma mudança simultânea no MEP cervicomedular evocado.

Contudo, na maioria dos indivíduos é impossível obter cMEPs magneticamente evocados na extremidade inferior em repouso ^{20 , 21} . Uma abordagem para superar este problema é elevar a excitabilidade dos motoneurónios espinhais por pré-contracção voluntária do músculo alvo. No entanto, é bem conhecido que pequenas alterações na força de contracção influenciam o tamanho do cMEP. Assim, é difícil comparar diferentes tarefas. Além disso, as alterações na excitabilidade motoneuronal devido à pré-contracção irão influenciar os MEPs e cMEPs mas não necessariamente na mesma extensão. Finalmente, comparando os MEPs compostos com os cMEPs compostos, alguma informação contida nas voltas descendentes é perdida. Isto tem sido revelado por estudos envolvendo condicionamento do reflexo H dos músculos sóleo, tibial anterior e carpo radial por estimulação cortical motora magnéticaEm ^{12 , 22} . Ao combinar estimulação nervosa periférica e TMS sobre o córtex motor com intervalos interstimulados específicos (ISI), é possível estudar os efeitos facilitadores e inibitórios das diferentes voleis descendentes no H-reflexo. Esta técnica é grandemente inspirada pela técnica de facilitação espacial usada para determinar a transmissão em caminhos neurais em experimentos com animais e pode ser vista como uma versão indireta não-invasiva dessa técnica ²³ . Embora o H-reflex não seja apenas importante para diferenciar diferentes frações da via corticospinal (projeções rápidas versus projeções corticospinal mais lentas), também é essencial para elevar a excitabilidade espinhal de forma controlada e comparável. Assim, em repouso e durante a atividade, esta combinação de técnicas de estimulação permite a avaliação de alterações em diferentes frações da via corticospinal com alta resolução temporal, ou seja , em tAs conexões corticomotoneurônicas mais rápidas, presumivelmente monossinápticas e em vias oligo- e polisinápticas mais lentas ^{12 , 22 , 24 , 25} . Recentemente, esta técnica foi estendida não apenas pelo condicionamento do reflexo H com TMS sobre o córtex motor (condicionamento M1), mas também pela estimulação condicionadora adicional na junção cervicomedular (condicionamento CMS) ²⁶ . Comparando-se os efeitos entre o condicionamento M1 e CMS, esta técnica permite a diferenciação da via específica com alta resolução temporal e permite a interpretação dos mecanismos cortical versus espinal. Além disso, e principalmente no que se refere ao presente estudo, esta técnica permite avaliar a transmissão na sinapse corticomotoneural quando se considera a facilitação precoce. A facilitação precoce do reflexo-H é provavelmente causada pela ativaçãoDe projeções corticomotoneurais diretas e monossinápticas para os motoneurônios espinais ^{12 , 26} . Para testar as vias corticospinal mais rápidas e, assim, a facilitação precoce, o H-reflex deve ser provocado 2 a 4 ms antes do TMS. A razão para isto é a latência ligeiramente mais curta do MEP (cerca de 32 ms, ver ²⁷ ) em comparação com o reflexo H (cerca de 34 ms, ver ²⁵ ). Eliciando o H-reflex pouco antes de aplicar TMS, leva à convergência das excitações ascendentes e descendentes mais rápidas ao nível dos motoneurônios espinhais. Quando TMS é aplicado sobre a junção cervicomedular, a voleibol descendente chegará cerca de 3 - 4 ms mais cedo no pool motoneuron espinhal do que após a estimulação sobre M1. Para o condicionamento CMS, a estimulação nervosa periférica deve ser evocada 6 - 8 ms antes do pulso magnético. Uma alteração da facilitação precoce após o condicionamento de CMSNa sinapse entre o trato corticospinal eo α-motoneuron ²⁸ . No presente estudo, esta técnica recentemente desenvolvida foi utilizada para diferenciar os efeitos espinhal dos corticais após TMS repetitivo de baixa frequência (rTMS). Mais especificamente, a hipótese é que se a facilitação precoce com o condicionamento M1 é reduzida após a intervenção rTMS, mas a facilitação precoce após o condicionamento CMS não é, o efeito deve ser de origem puramente cortical. Em contraste, se a facilitação precoce com CMS-condicionamento também muda, esta alteração deve estar relacionada aos mecanismos que ocorrem no nível espinhal. Mais especificamente, como pensa-se que a facilitação precoce do reflexo H é causada pela ativação de projeções diretas corticomotoneurônicas para as motoneuronas espinhais 12,29, uma alteração do reflexo H condicionado por CMS e M1 no momento do Facilitação precoce deveE alteração da transmissão corticomotoneuronal, ou seja, eficácia sináptica ²⁸ .

Protocol

Este protocolo foi aprovado pelo comitê de ética local e os experimentos estão de acordo com a Declaração de Helsinki (1964).

1. Preparação do assunto

NOTA: Instruções para o sujeito - Antes de começar com a experiência, instruir cada sujeito sobre a finalidade do estudo e potenciais fatores de risco. Para a estimulação magnética transcraniana (TMS), os riscos médicos incluem qualquer história de convulsões epilépticas, implantes mentais nos olhos e / ou na cabeça, quaisquer doenças do sistema cardiovascular e gravidez. Excluir todos os sujeitos afirmando a um desses fatores de risco. Além disso, no experimento testando indivíduos saudáveis, excluem-se todos os indivíduos com doença neurológica e / ou ortopédica.

1. Localização do assunto
   1. Coloque o objeto em uma cadeira que suporta pernas, tronco e cabeça no lugar. Certifique-se de que as pernas estão estendidas para que os joelhos estejamTerminou e o nervo periférico está mais perto da pele tornando o nervo mais fácil e mais confiável excitável por estimulação elétrica.
   2. Certifique-se de que a cabeça do indivíduo é flexionada, repousando sobre uma superfície de suporte estável, como uma mesa, e é segura com almofadas. Assegurar que o pescoço eo atlanto-occipital são flexionados para permitir a estimulação da via corticospinal.
   3. Posicione a bobina magnética de cone duplo de modo que sua porção central seja colocada sobre ou perto da inião e a primeira derivada da corrente induzida seja dirigida cranialmente ^{19 , 26} . Use tiras elásticas na cabeça e no tronco para garantir que esta posição é mantida durante todo o experimento.
2. O uso de eletrodos de superfície mede as respostas eletrofisiológicas por estimulação nervosa periférica (PNS) e TMS.
   1. Prepare a pele sobre o ventre muscular do sóleo por barbear, desinfecção com propanol, e abrasão leveN.
      1. Coloque os eletrodos EMG auto-adesivos na pele sobre o ventre muscular de m. Sóleo. Colocar um eletrodo de referência na pele sobre o osso, por exemplo, na patela ou no maléolo mediano.
      2. Conecte todos os eletrodos a um amplificador EMG e, finalmente, um conversor analógico-digital. Amplificar sinais EMG (× 1000), filtro passa-banda (10 - 1000 Hz) e amostra a 4 kHz.
   2. PNS
      1. Para o condicionamento do reflexo-H, registar os reflexos-H no músculo sóleo, estimulando o nervo tibial posterior na fossa poplítea. Estimulação com impulsos de onda quadrada com duração de 1 ms. Para estimulação, fixar um ânodo de 5 x 5 cm com fita adesiva na face anterior do joelho logo abaixo da patela.
         NOTA: A amplitude de H-reflex estável é um pré-requisito para o condicionamento bem sucedido do reflexo H e a menor variabilidade de todos os músculos pode ser encontrada ao gravar a partir do músculo sóleo.
      2. Mover o cátodo na popliteaL fossa até encontrar a melhor posição para estimulação.
         NOTA: A melhor posição refere-se ao registo de reflexos H no músculo sóleo com intensidade mínima de estimulação, sem uma onda M visível nas gravações EMG nestas baixas intensidades de estimulação e sem receber qualquer resposta no antagonista m. Tibialis.
      3. Evite respostas em m. Músculo tibial como aqueles que podem afetar resultados por inibição recíproca de Ia aferentes de n. Peroneus communis aos motoneurônios espinhais do músculo sóleo. Depois de encontrar a localização ideal, coloque um eletrodo auto-adesivo na pele e fixar o eletrodo com fita para garantir condições de estimulação consistente.
   3. TMS
      1. Estimular a área cortical do motor do hemisfério contralateral com TMS usando uma bobina de oito para induzir potenciais evocados motores (MEPs) nos registros eletromiográficos do músculo sóleo.
      2. Para encontrar o ponto ideal de estimulação,Ce a bobina primeiro sobre o vértice e 1 cm frontal. O cabo da bobina deve apontar para trás, evocando um fluxo posterior da corrente induzida no centro da bobina.
      3. Inicie a estimulação com baixas intensidades de cerca de 20-30% da saída do estimulador máximo para que os sujeitos se acostumem ao estímulo magnético. Escolha a pausa entre estímulos sucessivos para ser 4 s.
      4. Após alguns ensaios, aumente a intensidade de estimulação para cerca de 40-60% da saída do estimulador máximo e mova a bobina na direção frontal-rostral e médio-lateral para encontrar o hotspot de m. Sóleo. O hotspot é definido como a posição onde os eurodeputados no m. Sóleo pode ser evocado com intensidade mínima de estimulação.
      5. Depois de encontrar o hotspot do sóleo, determine o limiar do motor de repouso (1,0 MT) como a intensidade mínima necessária para evocar amplitudes pico-a-pico MEP no EMG maior que 50 μV em seis em dez ensaios consecutivos ³⁰. Em indivíduos em que o EMG de fundo já está em torno de 50 μV, use 100 μV como limiar.
   4. Fixação da bobina
      1. Coloque a cabeça do sujeito sobre uma mesa (consulte "Colocação do sujeito") e use espuma rígida para evitar movimentos da cabeça em todas as direções. Fixar a bobina para um suporte ea cabeça do assunto para a cadeira.
      2. Fixar a bobina com tiras de Velcro para a cabeça e usar um sistema de navegação TMS guiada por imagem para monitorar a posição da bobina e da cabeça durante toda a experiência. Evitar até mesmo pequenos movimentos da bobina em relação à cabeça do sujeito como isso muda o recrutamento de neurônios por TMS.
   5. Estimulação magnética na junção cervicomedular
      1. Use uma bobina magnética de duplo cone colocada na junção cervicomedular para excitar axônios do trato corticospinal.
      2. Posicione a bobina de modo que a primeira derivada da corrente induzida iS dirigida cranialmente e que a sua porção central está sobre ou perto da inião. Aplique a estimulação com a saída máxima do estimulador (100%).
         NOTA: Mesmo com esta intensidade de estimulação elevada, o estímulo é demasiado fraco para recrutar suficientemente motoneurónios espinhais e activar os músculos da perna ( isto é, o sóleo e o tibial anterior) na maioria dos indivíduos. Assim, com a estimulação cervicomedular, não há potencial composto na EMG superficial dos músculos da perna. Portanto, combine a simulação cervicomedular com o H-reflex (ver "3.1) para aumentar a excitabilidade dos motoneurônios espinhais.

2. Pré-medição

1. Ajustar o tamanho do H-reflex (estimulação do nervo periférico)
   1. Para o condicionamento do reflexo H, ajuste o tamanho do reflexo H para 20% da máxima onda M (Mmax) ³¹ alterando a intensidade de estimulação do estimulador elétrico. Para obter Mmax,H-reflexo recrutamento curva. Para isso, aplique estímulos com diferentes intensidades de estimulação. A pausa entre os ensaios sucessivos é de 4 s.
   2. Calcule reflexos-H e ondas M como amplitudes de pico a pico no EMG (em mV) on-line no software de gravação. Tome cuidado para que o tamanho do controlo H-reflex permaneça constante a 20% de Mmax ao longo da experiência e verifique o seu tamanho em cada ensaio. Quando se detecta um desvio sistemático do tamanho do reflexo H (o reflexo-H de controlo é sempre menor ou maior do que o tamanho do alvo), ajuste a intensidade de estimulação imediatamente antes do ensaio consecutivo.
2. Ajustar a intensidade de estimulação de TMS antes da experiência.
   1. Para o condicionamento do reflexo H em repouso, defina a intensidade de estimulação para TMS sobre o córtex motor para 90-100% de MT. Verifique se não há MEP em estudos sem PNS.
      NOTA: A intensidade da simulação deve ser próxima de 100% da MT, a fim de assegurar efeitos importantes no reflexo H condicionado a rDe modo que a facilitação precoce possa ser facilmente detectada.
   2. Ajustar a intensidade de estimulação cervicomedular antes da experiência. Ao contrário da estimulação cortical, sempre ajustar a intensidade de estimulação para estimulação cervicomedular para 100% da saída máxima do estimulador.
3. Condição do H-reflex com estimulação magnética sobre o córtex motor.
   1. Aplicar TMS e PNS, variando o tempo entre os dois estímulos (H-reflex condicionado) para permitir a avaliação das alterações na transmissão corticomotoneuronal. Para detectar a facilitação precoce, iniciar o protocolo de condicionamento com um intervalo interstimulus (ISI) de -5 ms e alterar ISIs em passos de milissegundos, de -5 - +1 ms ( Figura 1B ).
      NOTA: Os ISIs negativos indicam que o PNS é provocado antes do TMS, os ISI positivos indicam o contrário.
   2. Variar o ISI entre TMS e PNS aleatoriamente de julgamento de estimulação para julgamento de estimulação de modo que nenhum viés devido a uma determinada ordemDe estímulos podem surgir.
      NOTA: A "facilitação precoce" deve ocorrer em torno de ISIs -4 ms a -2 ms quando se aplica TMS sobre o córtex motor. Isto significa que os mais rápidos (caminhos corticospinal monossinápticos) colidem com a volei aferente por PNS nos motoneurônios espinhais neste momento (ver 5.2 para detectar a facilitação precoce).
   3. Defina a pausa entre sucessivas tentativas de estimulação para 4 segundos.
4. Condicionar o H-reflex com estimulação magnética sobre a junção cervicomedular.
   NOTA: Usando estimulação cervicomedular para condicionamento, a excitação das vias corticospinal está espacialmente mais próxima dos motoneurônios espinhais do que com a estimulação do córtex motor. Portanto, o ISI correspondente à facilitação precoce é deslocado em aproximadamente 3 - 4 ms. Como exemplo, a facilitação precoce com TMS sobre o córtex motor primário a -4 ms corresponderia a um ISI entre -7 - -8 ms com estimulação cervicomedular.
5. Estimulação alternada sobre o córtex motor e junção cervicomedular
   1. Aplicar condicionamento do reflexo SOL H por estimulação magnética do córtex motor (condicionamento M1, ver 2.1) e por estimulação cervicomedular magnética (condicionamento CMS, ver 2.2) em uma ordem aleatória durante o mesmo ensaio.
      NOTA: Recomenda-se aplicar alternativamente o condicionamento M1 e CMS num único ensaio, a fim de referir os reflexos H condicionados à mesma amostra de reflexos H de controlo (sEe Figura 1 ).

3. Intervenção - TMS repetitivo lento

1. Definir a intensidade de estimulação para 1,2 MT, que induz uma longa duração ^{32 , 33} supressão da excitabilidade corticospinal necessária como H reflexo condicionado leva vários minutos para realizar. Durante a intervenção de rTMS, aplicar TMS sobre o córtex motor primário a 1 Hz durante 20 min.

4. Pós-medição

1. Diretamente após a intervenção, aplicar H-reflex condicionamento com o mesmo ISIs utilizados na pré-medição.
2. Use as mesmas intensidades de estimulação para estimulação magnética sobre M1 e junção cervicomedular do que na pré-medição.
3. Certifique-se de que o controle H-reflex tem o mesmo tamanho que na pré-medição. Se for detectado um desvio sistemático, ajustar a intensidade de estimulação.

5. DaProcessamento

1. Calcule todas as respostas fisiológicas, como reflexos H, MEPs e reflexos H condicionados como amplitudes pico a pico do EMG não rectificado.
   1. Para cada ISI, a média de dez H-reflexos condicionados para a) cortical e b) estimulação cervicomedular. Adicionalmente, medem dez reflexos H ( isto é, incondicionados) que servem de referência ( isto é, 100%) para os reflexos H condicionados.
   2. Consequentemente, expressar a amplitude média dos reflexos H condicionados para cada ISI como uma percentagem da amplitude média do reflexo H de controlo tanto na pré como na pós-medição. Tome cuidado ao determinar a facilitação precoce, pois isso é de importância crítica:
      NOTA: Como há variabilidade interindividual na ocorrência do início da facilitação precoce, determine a facilitação precoce na pré-medição para cada assunto separadamente.
2. Use testes não paramétricos de Wilcoxon paraE primeira elevação do reflexo-H condicionado. Para CMS-condicionamento, iniciar os testes em ISI -9 ms, para M1-condicionado busca a facilitação precoce a partir de ISI -5 ms. Comparar a amplitude desta facilitação precoce obtida na pré-medição com a amplitude da facilitação precoce obtida na pós-medição utilizando o mesmo ISI.
3. Além disso, verifique a facilitação precoce por meio de inspeção visual.
   NOTA: Após o condicionamento M1, a facilitação precoce é mais provável de ocorrer em torno de ISI -3 ms. Pouco depois da primeira elevação no reflexo H condicionado, ou seja , 1 a 2 ms mais tarde, há um declínio no reflexo H condicionado antes que ele sobe novamente. Após o condicionamento CMS, a facilitação precoce é provável que ocorra em torno de ISI -7 ms, portanto, cerca de 4 ms mais cedo do que após o condicionamento M1.

Representative Results

Ocorrência da facilitação precoce após condicionamento M1 e CMS

H-reflex condicionado com TMS sobre M1 resultou em uma facilitação precoce que ocorreu em torno de ISI -3 & -4 ms. A facilitação precoce após o condicionamento CMS ocorreu cerca de 3 ms mais cedo (ISI -6 & -7 ms, respectivamente). Exemplos de curvas ISI de um sujeito são mostrados na Figura 1 . No presente estudo, a facilitação precoce foi avaliada no primeiro ms de sua ocorrência com condicionamento M1 e CMS (ver Figura 1C , D ). Assim, é razoável supor que esta facilitação precoce reflete a atividade de caminhos corticospinal diretos, monossinápticos ^{12 , 22 , 24 , 29 ,}Lass = "xref"> 34. Os resultados subseqüentes, portanto, concentrar-se nesta facilitação precoce, a fim de dar uma indicação de como o processamento é alterado em direto, monosynaptic corticospinal vias após rTMS.

RTMS induzida alterações na amplitude da facilitação precoce

Após 20 min de rTMS, verificou-se uma diminuição tanto na facilitação precoce com condicionamento M1 como na facilitação precoce com condicionamento CMS. Em contraste, o reflexo H de controlo permaneceu a um nível constante. Na Figura 2 A, B, C é apresentado um exemplo de um sujeito representativo. Na Figura 2D, E, F é proporcionada a média de dois sujeitos. Pode ser observado que embora a redução não seja tão proeminente após o condicionamento CMS do que após o condicionamento M1 é, no entanto, claramente visível. O dUm conjunto de toda a amostra pode ser visto em ²⁸ .

Figura 1 : Procedimento de condicionamento M1 e CMS.
Esta figura modificada de uma das nossas publicações anteriores ²⁸ apresenta um desenho esquemático do procedimento de condicionamento M1 e CMS. (A) Pode-se observar que uma bobina é colocada sobre o córtex motor primário (indicado como M1) e a outra sobre a junção cervicomedular (indicada como CMS). ( B) como as voleis descendentes após a estimulação magnética do córtex motor primário (M1-cond) ea junção cervicomedular (CMS-cond) são dispersas por alguns ms, mas a estimulação nervosa periférica (H-reflex) produz apenas um efeito curto O reflexo-H pode ser deslocado para a frente em relação ao volete descendenteY de modo que colide com a (s) fração (s) rápida (s) da voleira corticospinal descendente (facilitação precoce) ou pode ser deslocada para trás, para que possam ser testadas vias corticospinal mais lentas (facilitação tardia). Em C , uma curva de condicionamento do reflexo H após o condicionamento M1 é exibida. Em D , a curva de condicionamento H-reflex após o condicionamento CMS é ilustrada. (Figura modificada de ²⁸ com permissão de Oxford University Press). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2 : Efeitos de rTMS de baixa frequência na Facilitação precoce após condicionamento M1 e CMS.
Em A, B e C Ong> (média de 10 traços) de um sujeito representativo antes e depois da intervenção rTMS são exibidos. Pode-se observar que os reflexos H condicionados que representam as facilidades iniciais são reduzidos após o condicionamento M1- (A) e CMS (B) enquanto que os reflexos-H de controlo permanecem inalterados (C). Em D, E e F , a média de dois sujeitos é exibida mostrando o mesmo padrão: redução nos reflexos H condicionados por M1 e CMS sem qualquer alteração no reflexo H de controle. A redução após condicionamento de CMS indica alteração na transmissão nas sinapses corticomotoneuronais. Contudo, pode ser observado que a supressão após a rTMS é maior após o condicionamento M1. Assim, mudanças profundas no nível cortical do motor podem ser presumidas, também. Os valores de P na primeira linha referem-se aos dados do único sujeito. (Figura modificada de ²⁸ com permissão de Oxford University Press).Pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Discussion

O procedimento de condicionamento de H-reflex descrito aqui foi especificamente dirigido a avaliar as mudanças agudas na transmissão sobre a sinapse corticomotoneuronal após a ativação repetitiva da via corticospinal ²⁸ . A este respeito, o condicionamento do reflexo H realçou que o rTMS não afecta apenas a excitabilidade das estruturas corticais, mas também tem um efeito sobre a transmissão corticomotoneural na sinapse corticomotoneural. No entanto, este método pode de fato ter aplicação mais ampla, uma vez que as alterações na transmissão corticoespinal ocorrem durante o desenvolvimento motor e envelhecimento, aprendizagem motora, exercício e treinamento, fadiga, inatividade, recuperação de lesões, intervenções neurofisiológicas e terapêuticas, patologia etc. Aplicada em indivíduos sãos ou em pacientes, desde que as precauções de segurança TMS sejam seguidas.

O método introduzido pode ser aplicado para estudo dentro de sessão efComo no presente contexto ou efeitos longitudinais ao longo de um período de tempo mais longo. A técnica de condicionamento de M1 foi previamente demonstrada para permitir uma avaliação fiável dos efeitos após, por exemplo, 8 semanas de imobilização ³⁵ , 4 semanas de treino de equilíbrio ^{36 , 37} e quatro semanas de treino de força balística ³⁶ . Em todos estes estudos, não foram observadas alterações nos reflexos H condicionados nos grupos de controlo, que não foram submetidos a uma intervenção comportamental. Considerando a técnica de CMS-condicionamento ao nosso conhecimento, até agora nenhum estudo foi publicado sobre efeitos a longo prazo.

Um protocolo de condicionamento incluindo aproximadamente 12-14 ISIs dura aproximadamente 15 minutos. Isto significa que este protocolo de estimulação não é adequado para avaliar a plasticidade neural de curta duração. Contudo, é frequentemente possível restringir os procedimentos dePor exemplo, a facilitação precoce avaliada na pré-medição e, assim, encurtar a duração do procedimento marcadamente para alguns minutos. Neste caso, é importante determinar a facilitação precoce para cada indivíduo individualmente. Isto foi feito na medida da linha de base e mais tarde em comparação com a facilitação precoce obtida na pós-medição utilizando o (s) mesmo (s) ISI (s).

A vantagem de condicionar o H-reflex por TMS aplicado sobre M1 ou a junção cervicomedular em vez de monitorar os potenciais compostos é dupla. Em primeiro lugar, é possível medir seletivamente a transmissão de diferentes projeções corticospinal, por exemplo, para avaliar as mudanças na atividade facilitadora precoce refletindo de projeções corticomotoneurônicas rápidas e diretas. Esta é uma grande vantagem em comparação com a análise das amplitudes do potencial composto, uma vez que estas últimas respostas são influenciadas por uma multiplicidade de efeitos directos e indirectosS. Em segundo lugar, muitas vezes não é possível induzir potenciais compostos (CMEPs) por estimulação magnética cervicomedular isoladamente, particularmente para os músculos das extremidades inferiores e durante as medições em repouso (Ugawa et al., 1994, Oya et al., 2008). Usando o condicionamento H-reflexo, o H-reflex aumenta a susceptibilidade dos neurônios motores espinhais à transmissão corticoespinal. No entanto, é importante manter o tamanho da constante de reflexo H do SOL durante todo o experimento em torno de 20 a 25% de Mmax, como se demonstrou anteriormente que a sensibilidade do reflexo H aos insumos facilitadores ou inibitórios depende crucialmente de Seu tamanho ³¹ .

A fim de avaliar se as alterações na excitabilidade corticospinal ou transmissão é causada por alterações no nível cortical ou espinhal um número de estudos têm comparado respostas suscitadas por TMS sobre M1 com respostas após TES de M1 ¹⁶ . TMS e TES diferem em relação aoE maneira como eles desencadeiam voleios corticospinal descendente. Com TMS, uma grande proporção da resposta composta é provocada pela excitação trans-sináptica de células corticospinal ^{38 , 39} . Em contraste, o TES despolariza uma maior proporção de neurônios corticospinal de uma maneira direta, provavelmente em um local axonal distante do morro axônico, resultando em uma chamada onda "direta", ou D- ^{38 , 39 , 40} . As alterações na excitabilidade do córtex motor influenciam mais fortemente as respostas após TMS do que aquelas após TES - pelo menos em baixas intensidades de estimulação 17,18. No presente contexto, o TES não foi aplicado porque a) este tipo de estimulação está associado a dor considerável eb) queremos assegurar a exclusão de influências corticais. Portanto, comparamos respostas eliciCom TMS sobre M1 com respostas induzidas por TMS na junção cervicomedular. Para permitir a estimulação da via corticospinal ao nível cervicomedular é necessário colocar o indivíduo numa posição em que o pescoço e a articulação atlanto-occipital são flexionados de modo a permitir o posicionamento da bobina de modo que a sua porção central seja colocada sobre Ou perto da inação resultando em uma corrente dirigida cranialmente ^{19 , 26} . Alterações nas respostas deste procedimento de condicionamento CMS podem, portanto, claramente atribuídas a alterações no nível da coluna vertebral. Além disso, uma vez que a facilitação precoce do reflexo-H condicionado é causada pela ativação de projeções diretas corticomotoneurônicas para as motoneuronas espinhais 12,29, uma alteração do H-reflexo condicionado pelo CMS no momento da facilitação precoce indica Uma alteração da transmissão corticomotoneuronal 28 .

Embora seja de facto uma perspectiva relevante que os métodos descritos possam também ser aplicados para obter medições para as extremidades superiores através da estimulação de nervos periféricos no braço e gravações de músculos de braço ou mão, esta técnica é limitada aos músculos nos quais é Possível obter um H-reflex estável. Além disso, devido ao caráter desagradável do condicionamento de CMS, os sujeitos podem tensa em antecipação do estímulo. Assim, é importante randomizar o condicionamento M1 e CMS para evitar um viés sistemático. Pela mesma razão, certas experiências envolvendo tarefas de simulação mental ou de tempo de reação podem até não ser possíveis. Por exemplo, pedimos aos sujeitos que imaginassem certas tarefas posturais (ver ⁴¹ ), mas os sujeitos não poderiam se concentrar na simulação mental ao anteciparem o condicionamento do CMS. Outra limitação é a utilização deste método duranteDinâmicas, pois é a) muito difícil fixar a bobina sobre a junção cervicomedular eb) manter a cabeça em uma posição flexionada. Finalmente, o método é muito moroso, limitando ainda mais a sua aplicação num sentido amplo.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Self-adhesive EMG electrodes	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to record EMG signals
Electrical stimulator	Digitimer DS7A, Hertfordshire, UK		Used to elicit the soleus H-reflex
Stimulating electrode	Blue sensor N, Ambu, Ballerup, Denmark		Used to elicit the soleus H-reflex
Magnetic stimulator #1	Magstim Rapid2 TMS stimulator, Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Coil #1: 90 mm figure-of-eight coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
			Stimulator #1 and coil #1 were used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex)
Magnetic stimulator #2	MagPro X100 with MagOption, MagVenture A/S, Farum, Denmark		Used to elicit contralateral motor evoked potentials in the soleus muscle
Co#2: 95 mm focal “butterfly-shaped” coil (D-B80)	MagVenture A/S, Farum, Denmark
Stimulator no2 and coil no2 were used in the video session
Magnetic stimulator #3	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Coil #3: double-cone magnetic coil	Magstim Company Ltd., Whitland, UK		Used to stimulate at the cervicomedullary junction
Image-guided TMS navigational system #1	Brainsight 2, Rouge Research, Montreal, Canada		Used in the original publication (Taube et al. 2014; Cerebral Cortex) to monitor coil position throughout the experiment
Image-guided TMS navigational system #2	TMS Navigator SW-Version 2.0, LOCALITE GmbH, Sankt Augustin, Germany	Used for the video session
Literature:
Taube et al. 2014	Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B. & Lundbye-Jensen, J. Repetitive Activation of the Corticospinal Pathway by Means of rTMS may Reduce the Efficiency of Corticomotoneuronal Synapses. Cerebral cortex, doi:10.1093/cercor/bht359 (2014).