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Neuroscience

Evaluación no invasiva de los cambios en la transmisión corticomotoneuronal en seres humanos

Published: May 24, 2017 doi: 10.3791/52663
Automatic Translation
1, 1,2, 3,4, 3,4
1Department of Medicine, Movement and Sport Science, University of Fribourg (Switzerland), 2Department of Sport Science, University of Freiburg (Germany), 3Department of Neuroscience and Pharmacology, University of Copenhagen, 4Department of Nutrition, Exercise and Sports, University of Copenhagen

Summary

El objetivo del presente estudio fue evaluar los cambios en la transmisión de las sinapsis corticomotoneuronales en los seres humanos tras la estimulación magnética transcraneal repetitiva. Para ello se introduce un método electrofisiológico que permite evaluar la transmisión corticoespinal específica de la vía, es decir , la diferenciación de las vías rápidas y directas de las conexiones polisinápticas.

Abstract

La vía corticospinal es la vía principal que conecta el cerebro con los músculos y por lo tanto es altamente relevante para el control del movimiento y el aprendizaje motor. Existe una serie de métodos electrofisiológicos no invasivos que investigan la excitabilidad y plasticidad de esta vía. Sin embargo, la mayoría de los métodos se basan en la cuantificación de los potenciales compuestos y el descuido de que la vía corticospinal consta de muchas conexiones diferentes que son más o menos directas. Aquí, se presenta un método que permite probar la excitabilidad de diferentes fracciones de la transmisión corticoespinal. Esta técnica de acondicionamiento del H-reflejo permite evaluar la excitabilidad de las vías corticospinales más rápidas (monosinápticas) y también polisinápticas. Además, al utilizar dos sitios de estimulación diferentes, la corteza motora y la unión cervicomedular, permite no sólo diferenciar entre los efectos corticales y espinales sino también la evaluación de la transmisión en el corticomaSinapsis otoneural. En este manuscrito, describimos cómo este método se puede utilizar para evaluar la transmisión corticomotoneural después de la estimulación magnética transcraniana repetitiva de baja frecuencia, un método que se demostró anteriormente para reducir la excitabilidad de las células corticales. Aquí se demuestra que no sólo las células corticales se ven afectadas por esta estimulación repetitiva, sino también la transmisión en la sinapsis corticomotoneuronal en el nivel espinal. Este hallazgo es importante para la comprensión de los mecanismos básicos y los sitios de neuroplasticidad. Además de la investigación de los mecanismos básicos, la técnica de acondicionamiento del reflejo H puede ser aplicada para probar los cambios en la transmisión corticoespinal tras intervenciones de comportamiento ( por ejemplo , entrenamiento) o terapéuticas, patología o envejecimiento y por lo tanto permite una mejor comprensión de los procesos neurales subyacentes al control de movimiento y motor aprendizaje.

Introduction

En los primates, el tracto corticoespinal constituye la principal vía descendente que controla las acciones voluntarias 1 . La vía corticospinal conecta las áreas corticales motoras con las α-motoneuronas espinales mediante conexiones corticomotoneuronales directas monosinápticas y mediante conexiones oligo- y polisinápticas indirectas 2 , 3 . Aunque la corteza motora puede ser fácilmente excitada de manera no invasiva por la estimulación magnética transcraniana (TMS), la respuesta electromiográfica evocada a esta estimulación es a menudo difícil de interpretar. La razón de esto es que el Potencial Evocado Motor (MEP) compuesto puede estar influenciado por los cambios en la excitabilidad de las neuronas intracorticales y corticoespinales, de las interneuronas espinales y de las α-motoneuronas espinales 4 , 5 , 6 , 7 . Varios electrofisiológicos no invasivosLas técnicas cal y los protocolos de estimulación tienen como objetivo determinar si los cambios en la excitabilidad corticoespinal y la transmisión son causados ​​por cambios en el nivel cortical o espinal. Comúnmente, los cambios en la amplitud del reflejo H evocado eléctricamente se usan como "indicativos" de las alteraciones de la excitabilidad en el grupo motoneurónico. Sin embargo, se demostró previamente que el reflejo H depende no sólo de la excitabilidad de la piscina motoneurónica, sino que también está modulado por otros factores como la inhibición presináptica 8,9 o la depresión post-activación homosináptica 5,10. Otra limitación al comparar los MEP y los reflejos H es la discapacidad para detectar cambios de excitabilidad a nivel interneuronal 11 , 12 . Además de estos inconvenientes, las motoneuronas podrían ser activadas de manera diferente por la estimulación nerviosa periférica que wiTh TMS de modo que los cambios en la excitabilidad motoneuronal afectaría a estas respuestas de un tipo diferente de manera en comparación con las respuestas mediadas a través de la vía corticospinal [ 13 , 14 , 15] .

Otro método utilizado para separar la columna vertebral de los efectos cortical representa la estimulación eléctrica transcraniana (TES) de la corteza motora [ 16] . Aplicado a bajas intensidades de estimulación, se argumentó que TES no era afectado por cambios en la excitabilidad cortical. Dado que tanto TES como TMS activan las α-motoneuronas a través de la vía corticospinal, la comparación de MEPs electromagnéticos y eléctricamente evocados proporciona un método más atractivo para sacar conclusiones sobre la naturaleza cortical de los cambios en el tamaño de los MEPs que la comparación entre los reflejos H Y los eurodiputados. Sin embargo, cuando la intensidad de la estimulación se incrementa, los MPE evocados por TES también están influenciados por los cambios en la excitabilidad cortical <Sup class = "xref"> 17 , 18 . Este problema puede ser eludido cuando la estimulación eléctrica no se aplica a la corteza motora sino en la unión cervicomedular. Sin embargo, aunque la estimulación eléctrica puede evocar los potenciales evocados motores cervicomedulares (cMEPs) en los miembros superiores y los músculos de las extremidades inferiores, la mayoría de los sujetos perciben la estimulación eléctrica en el tronco cerebral como extremadamente desagradable y dolorosa. Una alternativa menos dolorosa es activar la vía corticospinal en la unión cervicomedular mediante el uso de estimulación magnética en la inión 19 . Se acepta generalmente que la estimulación magnética cervicomedular (CMS) activa muchas de las mismas fibras descendentes que el TMS cortical del motor y que los cambios en la excitabilidad cortical se pueden detectar comparando los MPE con los cMEPs 19 . Se cree que los aumentos en la excitabilidad de las células intracorticales y de las células corticomotoneuronales facilitan el crecimiento corticalEvocado MEP sin un cambio simultáneo en el MEP cervicomedular evocado.

Sin embargo, en la mayoría de los sujetos es imposible obtener cMEPs evocados magnéticamente en la extremidad inferior en reposo 20 , 21 . Un enfoque para superar este problema es elevar la excitabilidad de las motoneuronas espinales mediante precontracción voluntaria del músculo diana. Sin embargo, es bien sabido que los ligeros cambios en la fuerza de contracción influyen en el tamaño del cMEP. Por lo tanto, es difícil comparar diferentes tareas. Además, los cambios en la excitabilidad motoneuronal debidos a la pre-contracción influirán en los MEP y en los cMEP pero no necesariamente en la misma medida. Por último, al comparar los MEP compuestos con los cMEPs compuestos se pierde cierta información contenida en las voleas descendentes. Esto ha sido revelado por los estudios que implican el acondicionamiento del reflejo H de los músculos sóleo, tibial anterior y radial del carpo mediante estimulación cortical motora magnéticaLos días 12 , 22 . Mediante la combinación de estimulación nerviosa periférica y TMS sobre la corteza motora con intervalos interstimulados específicos (ISI), es posible estudiar los efectos facilitadores e inhibitorios de las diferentes voleas descendentes sobre el H-reflejo. Esta técnica está muy inspirada en la técnica de facilitación espacial utilizada para determinar la transmisión en vías neuronales en experimentos con animales y puede ser vista como una versión indirecta no invasiva de esa técnica 23 . Si bien el reflejo H no sólo es importante para diferenciar entre diferentes fracciones de la vía corticospinal (proyecciones rápidas versus proyecciones corticoespinal más lentas), también es esencial elevar la excitabilidad espinal de manera controlada y comparable. Así, en reposo y durante la actividad, esta combinación de técnicas de estimulación permite evaluar los cambios en diferentes fracciones de la vía corticospinal con una alta resolución temporal, es decir en tEl más rápido, presumiblemente monosynaptic corticomotoneuronal conexiones y en más lento oligo y polysynaptic vías [ 12 , 22 , 24 , 25] . Recientemente, esta técnica se amplió no sólo acondicionando el reflejo H con TMS sobre la corteza motora (condicionamiento M1), sino también mediante estimulación condicionante adicional en la unión cervicomedular (condicionamiento CMS) 26 . Al comparar los efectos entre el acondicionamiento M1 y CMS, esta técnica permite la diferenciación específica de la vía con una alta resolución temporal y permite realizar interpretaciones en los mecanismos cortical versus espinal. Además, y lo que es más importante con respecto al presente estudio, esta técnica permite evaluar la transmisión en la sinapsis corticomotoneural cuando se considera la facilitación temprana. La facilitación temprana del H-reflejo es con toda probabilidad causada por la activaciónDe directo, monosynaptic corticomotoneural proyecciones a la motoneuronas espinal 12 , 26 . Para probar las vías corticospinales más rápidas y, por lo tanto, la facilitación temprana, el reflejo H tiene que ser obtenido 2 a 4 ms antes del TMS. La razón de esto es la latencia ligeramente más corta de la MEP (alrededor de 32 ms, véase 27 ) en comparación con el reflejo H (alrededor de 34 ms, véase 25 ). La obtención del reflejo H poco antes de la aplicación de TMS conduce a la convergencia de las excitaciones ascendentes y descendentes más rápidas a nivel de las motoneuronas espinales. Cuando TMS se aplica sobre la unión cervicomedular, la volea descendente llegará alrededor de 3 a 4 ms más temprano en la piscina de la motoneurona espinal que después de la estimulación sobre M1. Para el acondicionamiento de CMS, la estimulación nerviosa periférica debe ser evocada 6 - 8 ms antes del pulso magnético. Un cambio de la facilitación temprana después del acondicionamiento de CMS indica trAnsmission en la sinapsis entre el tracto corticoespinal y el α-motoneuron [ 28] . En el presente estudio, esta técnica recientemente desarrollada se utilizó para diferenciar los efectos espinales de cortical después de la frecuencia baja TMS repetitivo (rTMS). Más específicamente, la hipótesis de que si la facilitación temprana con M1 acondicionado se reduce después de la intervención rTMS pero la facilitación temprana después de CMS-acondicionado no es, el efecto debe ser puramente de origen cortical. Por el contrario, si la facilitación temprana con CMS-condicionamiento también cambia, esta alteración debe estar relacionada con los mecanismos que tienen lugar a nivel de la columna vertebral. Más específicamente, como se cree que la facilitación temprana del reflejo H es causada por la activación de proyecciones directas, corticomotoneuronales a las motoneuronas espinales 12 , 29 , un cambio del reflejo H condicionado por CMS y M1 en el momento del La facilitación temprana deberíaE una alteración de la transmisión corticomotoneuronal, es decir, la eficacia sináptica 28 .

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Protocol

Este protocolo fue aprobado por el comité de ética local y los experimentos están de acuerdo con la Declaración de Helsinki (1964).

1. Preparación del tema

NOTA: Instrucciones para el sujeto - Antes de comenzar con el experimento, instruya a cada sujeto sobre el propósito del estudio y los posibles factores de riesgo. Para la estimulación magnética transcraneal (TMS), los riesgos médicos incluyen cualquier historia de convulsiones epilépticas, implantes mentales en ojos y / o cabeza, cualquier enfermedad del sistema cardiovascular y embarazo. Excluir todos los sujetos que afirmen a uno de estos factores de riesgo. Además, en el experimento que prueba individuos sanos, se excluyen todos los sujetos con enfermedad neurológica y / o ortopédica.

  1. Ubicación del tema
    1. Coloque el sujeto en una silla que soporte las piernas, el tronco y la cabeza en su lugar. Asegúrese de que las piernas están extendidas para que las rodillas estén extY el nervio periférico está más cerca de la piel haciendo que el nervio sea más fácil y más fiablemente excitable por estimulación eléctrica.
    2. Asegúrese de que la cabeza del sujeto está flexionada, descansando sobre una superficie de soporte estable como una mesa y asegurada con cojines. Asegurar que el cuello y el atlanto-occipital se flexionen para permitir la estimulación de la vía corticospinal.
    3. Coloque la bobina magnética de doble cono de modo que su porción central se coloque sobre o cerca de la inión y la primera derivada de la corriente inducida esté dirigida cranealmente 19 , 26 . Use correas elásticas en la cabeza y el tronco para asegurar que esta posición se mantenga durante todo el experimento.
  2. Mediante electrodos de superficie se miden las respuestas electrofisiológicas por estimulación nerviosa periférica (PNS) y TMS.
    1. Preparar la piel sobre el vientre muscular del sóleo mediante afeitado, desinfección con propanol y abrasión ligeranorte.
      1. Coloque electrodos EMG autoadhesivos sobre la piel sobre el vientre muscular de m. Soleus Coloque un electrodo de referencia sobre la piel sobre el hueso, por ejemplo, sobre la rótula o el maléolo medial.
      2. Conecte todos los electrodos a un amplificador EMG y finalmente un convertidor analógico-digital. Amplificar las señales EMG (× 1000), el filtro de paso de banda (10 - 1000 Hz) y la muestra a 4 kHz.
    2. PNS
      1. Para el acondicionamiento del reflejo H, registrar los reflejos H en el músculo sóleo mediante la estimulación del nervio tibial posterior en la fosa poplítea. Aplicar estimulación con pulsos de onda cuadrada de 1 ms. Para la estimulación, fijar un ánodo de 5 x 5 cm con cinta adhesiva en la cara anterior de la rodilla justo debajo de la rótula.
        NOTA: La amplitud estable del reflejo H es un requisito previo para el éxito del acondicionamiento del reflejo H y la menor variabilidad de todos los músculos se puede encontrar cuando se graba desde el músculo soleo.
      2. Mover el cátodo en la poplitaL fosa hasta encontrar la mejor posición para la estimulación.
        NOTA: La mejor posición se refiere al registro de reflejos H en el músculo soleo con una intensidad mínima de estimulación, sin una onda M visible en las grabaciones EMG a estas bajas intensidades de estimulación y sin recibir ninguna respuesta en el antagonista m. Tibialis
      3. Evite las respuestas en m. Músculo tibial como los que pueden afectar los resultados por la inhibición recíproca de Ia aferentes de n. Peroneus communis a motoneuronas espinales del músculo sóleo. Después de encontrar la ubicación óptima, coloque un electrodo autoadhesivo en la piel y fije el electrodo con cinta adhesiva para asegurar condiciones de estimulación consistentes.
    3. TMS
      1. Estimular el área cortical motora del hemisferio contralateral con TMS usando una bobina de la figura ocho para obtener los potenciales evocados motores (MEP) en las grabaciones electromiográficas del músculo soleo.
      2. Con el fin de encontrar el punto de estimulación óptima, plaCe la bobina primero sobre el vértice y 1 cm frontal. El mango de la bobina debe apuntar hacia atrás, evocando un flujo posterior a anterior de la corriente inducida en el centro de la bobina.
      3. Comience la estimulación con intensidades bajas de alrededor del 20-30% de la salida del estimulador máximo para que los sujetos se acostumbren al estímulo magnético. Elija la pausa entre estímulos sucesivos para ser 4 s.
      4. Después de unos cuantos ensayos, aumentar la intensidad de estimulación a alrededor del 40-60% de la salida del estimulador máximo y mover la bobina en la dirección frontal-rostral y medio-lateral para encontrar el hotspot de m. Soleus El hotspot se define como la posición donde los eurodiputados en el m. El sóleo puede ser evocado con una intensidad mínima de estimulación.
      5. Después de encontrar el hotspot del sóleo, determine el umbral del motor en reposo (1.0 MT) como la intensidad mínima requerida para evocar amplitudes pico-a-pico MEP en el EMG mayor de 50 μV en seis de cada diez ensayos consecutivos 30. En sujetos en los que el EMG de fondo ya está alrededor de 50 μV, utilice 100 μV como umbral.
    4. Fijación de la bobina
      1. Coloque la cabeza del sujeto sobre una mesa (vea "Colocación del sujeto") y use espuma rígida para evitar movimientos de la cabeza en todas las direcciones. Fije la bobina a un soporte y la cabeza del sujeto a la silla.
      2. Fije la bobina con tiras de velcro a la cabeza y utilice un sistema de navegación TMS guiado por imágenes para supervisar la posición de la bobina y la cabeza durante todo el experimento. Evite incluso pequeños movimientos de la bobina en relación con la cabeza del sujeto, ya que esto cambia el reclutamiento de neuronas por TMS.
    5. Estimulación magnética en la unión cervicomedular
      1. Utilice una bobina magnética de doble cono colocada en la unión cervicomedular para excitar los axones del tracto corticoespinal.
      2. Coloque la bobina de modo que la primera derivada de la corriente inducida iS dirigida cranealmente y que su parte central está sobre o cerca de la inión. Aplicar la estimulación con el máximo estimulador de salida (100%).
        NOTA: Incluso con esta alta intensidad de estimulación, el estímulo es demasiado débil para reclutar suficientemente motoneuronas espinales y activar los músculos de la pierna ( es decir , el sóleo y el tibial anterior) en la mayoría de los sujetos. Por lo tanto, con la estimulación cervicomedular, no hay potencial compuesto en la superficie EMG de los músculos de la pierna. Por lo tanto, combine la simulación cervicomedular con el reflejo H (ver "3.1) para aumentar la excitabilidad de las motoneuronas espinales.

2. Premedición

  1. Ajustar el tamaño del reflejo H (estimulación del nervio periférico)
    1. Para el acondicionamiento del reflejo H, ajuste el tamaño del reflejo H al 20% de la máxima onda M (Mmax) 31 cambiando la intensidad de estimulación del estimulador eléctrico. Para obtener Mmax, anote unH-reflejo de la curva de reclutamiento. Para ello, aplique estímulos con diferentes intensidades de estimulación. La pausa entre los ensayos sucesivos es de 4 s.
    2. Calcule los reflejos H y las ondas M como amplitudes de pico a pico en el EMG (en mV) en línea en el software de grabación. Tenga cuidado de que el tamaño del reflejo H de control permanezca constante al 20% de Mmax durante todo el experimento y compruebe su tamaño en cada ensayo. Cuando se detecta una desviación sistemática del tamaño del reflejo H (el reflejo-H de control es siempre más pequeño o más grande que el tamaño objetivo), ajuste la intensidad de estimulación inmediatamente antes del ensayo consecutivo.
  2. Ajustar la intensidad de estimulación de TMS antes del experimento.
    1. Para el acondicionamiento del reflejo H en reposo, establezca la intensidad de estimulación de TMS sobre la corteza motora a 90-100% de MT. Asegúrese de que no se observa MEP en los ensayos sin PNS.
      NOTA: La intensidad de simulación debe ser cercana al 100% de MT para asegurar efectos grandes en el reflejo H condicionado a rPara que la facilitación temprana pueda ser fácilmente detectada.
    2. Ajustar la intensidad de la estimulación cervicomedular antes del experimento. A diferencia de la estimulación cortical, ajustar siempre la intensidad de estimulación para la estimulación cervicomedular hasta el 100% de la salida máxima del estimulador.
  3. Condiciona el reflejo H con estimulación magnética sobre la corteza motora.
    1. Aplicar TMS y PNS variando el tiempo entre los dos estímulos (H-reflex acondicionado) para permitir la evaluación de los cambios en la transmisión corticomotoneuronal. Para detectar la facilitación temprana, iniciar el protocolo de acondicionamiento con un intervalo interstimulio (ISI) de -5 ms y alterar ISIs en pasos de milisegundos, de -5 - +1 ms ( Figura 1B ).
      NOTA: Los ISI negativos indican que el PNS se obtiene antes del TMS, los ISI positivos indican lo contrario.
    2. Varíe el ISI entre TMS y PNS aleatoriamente de un ensayo de estimulación a un ensayo de estimulación de modo que ningún sesgo debido a un cierto ordenDe estímulos.
      NOTA: La "facilitación temprana" debe ocurrir alrededor de ISIs -4 ms a -2 ms cuando se aplica TMS sobre la corteza motora. Esto significa que el más rápido (monosynaptic corticospinal vías) chocan con la volea aferente por PNS en la motoneuronas espinal en este momento (véase 5.2 para detectar la facilitación temprana).
    3. Establezca la pausa entre los ensayos de estimulación sucesivos a 4 segundos.
  4. Condicionar el H-reflejo con estimulación magnética sobre la unión cervicomedular.
    NOTA: El uso de la estimulación cervicomedular para el acondicionamiento, la excitación de las vías corticospinal está espacialmente más cerca de las motoneuronas espinales que con la estimulación de la corteza motora. Por lo tanto, el ISI correspondiente a la facilitación temprana se desplaza en aproximadamente 3 - 4 ms. Como ejemplo, la facilitación temprana con TMS sobre la corteza motora primaria a -4 ms correspondería a un ISI entre -7 - -8 ms con estimulación cervicomedular.
  5. Estimulación alterna sobre la corteza motora y la unión cervicomedular
    1. Aplicar el acondicionamiento del reflejo SOL H por estimulación magnética de la corteza motora (acondicionamiento M1, véase 2.1) y por estimulación cervicomedular magnética (acondicionamiento CMS, véase 2.2) en un orden aleatorio durante el mismo ensayo.
      NOTA: Se recomienda aplicar alternativamente el acondicionamiento M1 y CMS en un mismo ensayo con el fin de referir los reflejos H condicionados a la misma muestra de reflejos H de control (sEe Figura 1 ).

3. Intervención - TMS repetitivo lento

  1. Establecer la intensidad de estimulación a 1,2 MT, lo que induce una larga duración 32 , 33 supresión de la excitación corticospinal requerida como H-reflex acondicionado toma varios minutos para lograr. Durante la intervención de rTMS, aplicar TMS sobre la corteza motora primaria a 1 Hz durante 20 min.

4. Post-medición

  1. Directamente después de la intervención, aplique el acondicionamiento del reflejo H con los mismos ISI utilizados en la pre-medición.
  2. Utilice las mismas intensidades de estimulación para la estimulación magnética sobre M1 y la unión cervicomedular que en la pre-medición.
  3. Asegúrese de que el reflejo H de control tiene el mismo tamaño que en la pre-medición. Si se detecta una desviación sistemática, ajuste la intensidad de la estimulación.

5. DaTa procesamiento

  1. Calcular todas las respuestas fisiológicas como los reflejos H, los MPE y los reflejos H condicionados como amplitudes de pico a pico del EMG no rectificado.
    1. Para cada ISI, el promedio de diez H-reflejos condicionados para a) cortical y b) estimulación cervicomedular. Además, un promedio de diez reflejos H ( es decir , incondicionados) que sirven de referencia ( es decir, 100%) para los reflejos H condicionados.
    2. En consecuencia, expresar la amplitud media de los reflejos H acondicionados para cada ISI como porcentaje de la amplitud media del reflejo H de control tanto en la pre-medición como en la posterior. Tenga cuidado al determinar la facilitación temprana ya que esto es de importancia crítica:
      NOTA: Dado que hay variabilidad interindividual en la aparición del inicio de la facilitación temprana, determine la facilitación temprana en la premedición para cada tema por separado.
  2. Utilice pruebas no paramétricas de Wilcoxon paraE primer ascenso del reflejo H condicionado. Para el acondicionamiento CMS, inicie las pruebas a ISI -9 ms, para M1-conditioning search la facilitación temprana comenzando en ISI -5 ms. Comparar la amplitud de esta facilitación temprana obtenida en la pre-medición con la amplitud de la facilitación temprana obtenida en la post-medición utilizando el mismo ISI.
  3. Además, verifique la facilitación temprana mediante inspección visual.
    NOTA: Después del acondicionamiento M1, la facilitación temprana es más probable que ocurra alrededor de ISI -3 ms. Poco después del primer aumento en el reflejo H condicionado, es decir , 1 a 2 ms más tarde, hay una disminución en el reflejo H condicionado antes de que se eleve de nuevo. Después de acondicionamiento CMS, la facilitación temprana es probable que ocurra alrededor de ISI -7 ms, por lo tanto, alrededor de 4 ms antes que después de M1-acondicionado.

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Representative Results

Ocurrencia de la facilitación temprana después del acondicionamiento M1 y CMS

H-reflex acondicionado con TMS sobre M1 dio lugar a una facilitación temprana que se produjo alrededor de ISI -3 & -4 ms. La facilitación temprana después del acondicionamiento CMS ocurrió alrededor de 3 ms antes (ISI -6 y -7 ms, respectivamente). Ejemplos de curvas ISI de un sujeto se muestran en la Figura 1 . En el presente estudio, la facilitación temprana se evaluó en el primer ms de su ocurrencia con M1 y CMS-acondicionado (ver Figura 1C , D ). Por lo tanto, es razonable suponer que esta facilitación temprana refleja la actividad de las vías directas, monosinápticas corticospinal 12 , 22 , 24 , 29 ,Lass = "xref"> 34. Por lo tanto, los resultados subsiguientes se concentran en esta facilitación temprana para dar una indicación de cómo se altera el procesamiento en las vías corticospinal directas y monosinápticas después de la EMTr.

RTMS inducida por los cambios en la amplitud de la facilitación temprana

Después de 20 min de rTMS, hubo una disminución en ambos, la facilitación temprana con M1 acondicionado y la facilitación temprana con CMS-acondicionado. En contraste, el reflejo H de control permaneció a un nivel constante. En la Figura 2 A, B, C se muestra un ejemplo de un sujeto representativo. En la figura 2D, E, F se proporciona la media de dos sujetos. Se puede observar que aunque la reducción no es tan prominente después del acondicionamiento CMS que después del acondicionamiento M1, es sin embargo claramente visible. El dUn conjunto de la muestra entera se puede ver en 28 .

Figura 1
Figura 1 : Procedimiento de acondicionamiento M1 y CMS.
Esta figura modificada de una de nuestras publicaciones anteriores 28 muestra un dibujo esquemático del procedimiento de acondicionamiento M1 y CMS. (A) Se puede observar que una bobina se coloca sobre la corteza motora primaria (indicada como M1) y la otra sobre la unión cervicomedular (indicada como CMS). ( B) como las voleas descendentes después de la estimulación magnética de la corteza motora primaria (M1-cond) y la unión cervicomedular (CMS-cond) se dispersan durante algunos ms, pero la estimulación nerviosa periférica (H-reflejo) produce un efecto corto El reflejo H puede ser desplazado hacia delante en relación con el vuelo descendenteY de manera que choca con la fracción (es) rápida de la volea corticoespinal descendente (facilitación temprana) o se puede desplazar hacia atrás para que se puedan probar vías corticoespinal más lentas (facilitación tardía). En C , se muestra una curva de acondicionamiento del reflejo H después del acondicionamiento M1. En D , se ilustra la curva de acondicionamiento del reflejo H después del acondicionamiento CMS. (Figura modificada de 28 con permiso de la Oxford University Press). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2 : Efectos de rTMS de baja frecuencia en la facilitación temprana después del acondicionamiento M1 y CMS.
En A, B y C Se muestran datos de un sujeto representativo (promedios de 10 trazas) antes y después de la intervención de rTMS. Se puede observar que los reflejos H condicionados que representan las facilidades tempranas se reducen después de ambos, M1- (A) y acondicionamiento CMS (B) mientras que los reflejos H de control permanecen sin cambios (C). En D, E y F , la media de dos sujetos se muestra mostrando el mismo patrón: la reducción en M-1 y CMS-condicionado H-reflejos sin ningún cambio en el control H-reflex. La reducción después del acondicionamiento de CMS indica una transmisión alterada en las sinapsis corticomotoneuronales. Sin embargo, se puede ver que la supresión después de rTMS es mayor después del acondicionamiento M1. Por lo tanto, los cambios profundos en el nivel cortical del motor se pueden presumir, también. Los valores P en la primera fila se refieren a los datos del sujeto único. (Figura modificada de 28 con permiso de la Oxford University Press).Pload / 52663 / 52663fig2large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El procedimiento de acondicionamiento del reflejo H descrito aquí se ha dirigido específicamente a evaluar los cambios agudos en la transmisión a través de la sinapsis corticomotoneuronal después de la activación repetitiva de la vía corticospinal [ 28] . A este respecto, el acondicionamiento del reflejo H ha puesto de manifiesto que la EMTr no sólo afecta a la excitabilidad de las estructuras corticales, sino que también tiene un efecto sobre la transmisión corticomotoneural en la sinapsis corticomotoneural. Sin embargo, este método puede tener una aplicación más amplia, ya que los cambios en la transmisión corticoespinal se producen durante el desarrollo y envejecimiento motores, el aprendizaje motor, el ejercicio y la formación, la fatiga, la inactividad, la recuperación de lesiones, las intervenciones neurofisiológicas y terapéuticas, etc. Aplicada en sujetos sanos o en pacientes mientras se sigan las precauciones de seguridad TMS.

El método introducido puede aplicarse para estudiar en sesiónComo en el presente contexto o efectos longitudinales a lo largo de un período de tiempo más largo. La técnica de acondicionamiento M1 se ha demostrado anteriormente para permitir una evaluación fiable de los efectos siguientes, por ejemplo, 8 semanas de inmovilización 35 , 4 semanas de entrenamiento de equilibrio 36 , 37 y cuatro semanas de entrenamiento de fuerza balística [ 36] . En todos estos estudios, no se observaron cambios en los reflejos H condicionados en los grupos control, que no fueron sometidos a una intervención conductual. Teniendo en cuenta la técnica de acondicionamiento de CMS a nuestro conocimiento no se ha publicado hasta ahora ningún estudio sobre los efectos a largo plazo.

Un protocolo de acondicionamiento que incluye aproximadamente 12-14 ISIs dura aproximadamente 15 minutos. Esto significa que este protocolo de estimulación no es adecuado para evaluar la plasticidad neural de corta duración. Sin embargo, a menudo es posible restringir el procedimiento de pruebas post-intervenciónP. Ej., La facilitación temprana evaluada en la pre-medición y por lo tanto cortocircuitar la duración del procedimiento notablemente a unos pocos minutos. En este caso es importante determinar la facilitación temprana para cada sujeto individualmente. Esto se hizo en la medición de línea de base y más tarde en comparación con la facilitación temprana obtenida en la post-medición utilizando el mismo ISI (s).

La ventaja de acondicionar el reflejo H por TMS aplicado sobre M1 o la unión cervicomedular en lugar de controlar los potenciales compuestos es doble. En primer lugar, es posible medir selectivamente la transmisión de diferentes proyecciones corticoespinal, por ejemplo, para evaluar los cambios en la facilitación temprana reflejando la actividad de rápido y directo corticomotoneuronal proyecciones. Esta es una ventaja importante en comparación con el análisis de amplitudes de potencial compuesto, ya que estas últimas respuestas están influenciadas por una multitud de efectos directos e indirectosS En segundo lugar, a menudo no es posible obtener los potenciales compuestos (CMEP) mediante estimulación magnética cervicomedular sola, particularmente para los músculos de las extremidades inferiores y durante las mediciones en reposo (Ugawa et al., 1994, Oya et al., 2008). Utilizando el acondicionamiento del reflejo H, el reflejo H aumenta la susceptibilidad de las neuronas motoras espinales a la transmisión corticoespinal. Sin embargo, es importante mantener el tamaño del reflejo H de control de SOL durante todo el experimento en torno al 20-25% de Mmax como se demostró anteriormente que la sensibilidad del reflejo H a los insumos facilitadores o inhibidores depende fundamentalmente de Su tamaño 31 .

Con el fin de evaluar si los cambios en la excitabilidad corticoespinales o la transmisión es causada por cambios a nivel cortical o espinal un número de estudios han comparado las respuestas suscitadas por TMS sobre M1 con respuestas después de TES de M1 [ 16] . TMS y TES difieren con respecto alE manera cómo provocan voleas corticospinales descendentes. Con TMS, una gran proporción de la respuesta del compuesto se produce por la excitación trans-sináptica de las células corticospinal 38 , 39 . En contraste, TES despolariza una mayor proporción de neuronas corticospinal de una manera directa, probablemente en un sitio axonal distante a la colina del axón, dando por resultado una onda "directa", o D- 38 , 39 , 40 . Por lo tanto, los cambios en la excitabilidad de la corteza motora influyen más fuertemente en las respuestas después de TMS que en las TES, al menos en intensidades de estimulación bajas 17 , 18 . En el presente contexto no se aplicó TES porque a) este tipo de estimulación se asocia con un dolor considerable yb) queríamos asegurar la exclusión de las influencias corticales. Por lo tanto, comparamos las respuestas eliciCon TMS sobre M1 con respuestas obtenidas por TMS en la unión cervicomedular. Con el fin de permitir la estimulación de la vía corticospinal a nivel cervicomedular es necesario colocar el sujeto en una posición en la que el cuello y la articulación atlanto-occipital se flexionan para permitir el posicionamiento de la bobina de modo que su parte central se coloque sobre O cerca de la inión resultando en una corriente dirigida cranealmente 19 , 26 . Los cambios en las respuestas de este procedimiento de acondicionamiento de CMS pueden atribuirse claramente a cambios en el nivel espinal. Además, como se cree que la facilitación temprana del reflejo H condicionado es causada por la activación de proyecciones directas, corticomotoneuronales a las motoneuronas espinales 12 , 29 , un cambio del reflejo H condicionado por el CMS en el momento de la facilitación temprana indica Una alteración de la transmisión corticomotoneuronal 28 .

Aunque es de hecho una perspectiva relevante que los métodos descritos también pueden aplicarse para obtener mediciones para las extremidades superiores mediante la estimulación de los nervios periféricos en el brazo y las grabaciones de los músculos del brazo o mano, esta técnica se limita a los músculos en los que está Posible obtener un H-reflejo estable. Además, debido al carácter desagradable del acondicionamiento CMS, los sujetos pueden tensarse en anticipación al estímulo. Por lo tanto, es importante aleatorizar el acondicionamiento M1 y CMS para evitar un sesgo sistemático. Por la misma razón, algunos experimentos que involucran tareas de simulación mental o de tiempo de reacción pueden incluso no ser posibles. Por ejemplo, pedimos a los sujetos que imaginaran ciertas tareas posturales (véase 41 ), pero los sujetos no podían concentrarse en la simulación mental al anticiparse al acondicionamiento CMS. Otra limitación es el uso de este método durante másDinámicas ya que es a) muy difícil fijar la bobina sobre la unión cervicomedular yb) mantener la cabeza en una posición flexionada. Finalmente, el método consume mucho tiempo, limitando además su aplicación en un sentido amplio.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este estudio fue apoyado por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencia Suiza (316030_128826).

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).

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Neurociencias Número 123 Neurofisiología Tracto corticospinal Plasticidad sináptica Córtex motor Unión cervicomedular Condición de reflejos H Estimulación magnética transcraneal Estimulación nerviosa periférica
Evaluación no invasiva de los cambios en la transmisión corticomotoneuronal en seres humanos
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Taube, W., Leukel, C., Nielsen, J. B., Lundbye-Jensen, J. Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans. J. Vis. Exp. (123), e52663, doi:10.3791/52663 (2017).

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