Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Transkraniyal Manyetik stimülasyon ikili Corticospinal yolları kullanarak ayak bileği kas değerlendirilmesi navigasyon

doi: 10.3791/58944 Published: February 19, 2019

Summary

Corticomotor yanıt tibialis anterior ve soleus aynı anda, iki taraflı değerlendirilmesi bir tek darbe Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve neuronavigation kullanarak dinlenme ve tonik gönüllü etkinleştirme sırasında mevcut protokolünü açıklar sistem.

Abstract

Distal bacak kasları insanlarda ana motor inen yol, biri corticospinal yolu üzerinden motor kortikal alanlarda sinir girişi alabilme ve Transkraniyal Manyetik stimülasyon (TMS) kullanılarak değerlendirilebilir. Gibi yürüme, dik Postür ve dinamik görevler, distal bacak kasları rolü verilen değerlendirme ve modülasyon corticospinal yollarini bu kaslar işlevi göreli olarak büyüyen bir araştırma ilgi son on yılda ortaya çıkmıştır. Ancak, önceki çalışmalarında kullanılan metodolojik parametreler kesitsel ve uzunlamasına çalışmalar sonuçlarından yorum daha az sağlam yapım çalışmaları arasında çeşitli var. Dolayısıyla, bacak kasları corticomotor yanıt (CMR) değerlendirilmesi için belirli bir standart TMS Protokolü'nün kullanılmasına sonuçları doğrudan karşılaştırma için çalışmalar ve birlik izin verir. Bu kağıt amacı aynı anda tek darbe TMS ile bir neuronavigation sistemi kullanarak ikili CMR iki ana ayak bileği antagonistik kas, tibialis anterior ve soleus, değerlendirmek için esneklik sağlayan protokol sunmaktır. Muayene kas tamamen rahat veya isometrically maksimum izometrik gönüllü daralma yüzde tanımlanmış sözleşmeli modundayken mevcut iletişim kuralı geçerlidir. Her ilgilinin yapısal Mr neuronavigation sistemiyle kullanmak doğru ve hassas bobin değerlendirme sırasında bacak kortikal temsiller üzerinde konumlandırma sağlar. Tutarsızlığı türetilmiş CMR çalışmalarında göz önüne alındığında, bu iletişim kuralını da otomatik algoritmaları kullanarak bu önlemlerin bir standart hesaplama açıklar. Bu iletişim kuralı dik Postür veya dinamik görevleri sırasında yürütülen değil rağmen çift taraflı bacak kasları, uzlaşmaz ya da sinerjik, hem nörolojik sağlam ve Engelli bireylerde herhangi bir çift değerlendirmek için kullanılabilir.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Tibialis anterior (TA) ve soleus (SOL) sırasıyla alt bacak anterior ve posteiror bölümünde bulunan ayak bileği antagonistik kas vardır. TA ve SOL ana işlevi dorsiflex ve plantarflex talocrural ortak sırasıyla1her iki kas uniarticular, iken. Ayrıca, SOL bir anti yerçekimi kas kas2küçük gezi ile yüksek güç oluşturmak için tasarlanmış ise TA uzun kas geziler için daha işlevsel ve daha az güç üretimi için önemli olduğunu. Her iki kas dik Postür ve dinamik görevleri (Örneğin, yürüyüş)3,4sırasında özellikle ilgilidir. Sinir kontrolü ile ilgili motorneuron havuzları her iki kas sinir sürücü yolları5,6, ek olarak duyusal sürücü değişen derecelerde inen motor ile beyin alırsınız.

Ana motor yolu azalan birincil, premotor ve tamamlayıcı motor alanlarından kaynaklanan ve spinal motorneuron havuzları7,8' sonlandırır ve corticospinal yolu olduğunu. İnsanlarda, bu yolu (corticomotor yanıt - CMR) fonksiyonel durumunu feasibly Transkraniyal Manyetik stimülasyon (TMS), non-invaziv beyin stimülasyonu aracı9,10kullanarak tespit edilebilir. Giriş TMS ve işlevsel öneme verilen beri dik Postür görev ve yürüyüş sırasında TA CMR ve SOL çeşitli tabur ve görevleri11,12,13,14 değerlendirildi var ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

Üst ekstremite kasları33içinde CMR değerlendirme aksine, hiçbir evrensel TMS Protokolü CMR değerlendirme alt ekstremite kasları için kurulmuştur. Oluşturulmuş protokol ve önceki çalışmalar arasında büyük metodolojik değişkenlik eksikliği nedeniyle (Örneğin, tipi bobin, neuronavigation, düzeyi tonik harekete geçirmek, test yan ve kas, kullanımı kullanın ve CMR hesaplanması ölçer, vb. ), sonuçları arasında yorumlanması çalışmalar ve tabur hantal, karmaşık ve yanlış olabilir. Ölçülerin işlevsel olarak çeşitli motor görevleri ilgili olarak, oluşturulmuş TMS protokol alt ekstremite CMR değerlendirme belirli motor nörologlar ve rehabilitasyon bilim adamları arasında bu kaslarda CMR sistematik olarak değerlendirmek izin verir oturumları ve çeşitli birlik.

Bu nedenle, bu iletişim kuralının amacı TA ve SOL tek darbe TMS ve neuronavigation sistemini kullanarak CMR ikili bir değerlendirme tarif etmektir. Önceki iş aksine, bu iletişim kuralını geçerlilik ve deneme süresi optimize metodolojik faktörler istihdam ederek rigor deneysel yordamlar, veri toplama ve veri analizi en üst düzeye çıkarmak ve CMR standartlaştırmak amaçlamaktadır Bu iki alt ekstremite kasları değerlendirilmesi. Bir kas CMR olup kas tamamen rahat veya kısmen aktif bağlıdır göz önüne alındığında, bu protokolü nasıl TA ve SOL CMR dinlenme ve tonik gönüllü etkinleştirme sırasında (TVA) tespit edilebilir açıklar. Aşağıdaki bölümlerde iyice mevcut iletişim kuralı anlatacağım. Son olarak, temsilci veri sundu ve tartışıldı. Burada açıklanan protokol bundan Charalambous vd. 201832türetilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu protokol için sunulan tüm deneysel yordamları yerel Kurumsal değerlendirme Komitesi tarafından onaylanmış ve Helsinki Deklarasyonu doğrultusunda vardır.

1. işlem ve emanet soru formlarını rıza

  1. Herhangi bir deneme önce her konuya aim(s) çalışma, ana deneysel prosedürler ve çalışmaya katılan ile ilişkili herhangi bir potansiyel risk faktörleri açıklamak. Herhangi bir sorunuz veya endişeniz özneler yanıtladıktan sonra konular onayı işlemi kabul ve aydınlatılmış onam formu imzalamak için sor.
  2. MRI34 ve TMS35 Emanet-tarama soru formlarını konularda emniyeti ve Mr ve TMS test için yeterlilik için yönetmek. MRI ve TMS değerlendirmeler tüm Emanet ölçütten uymayan tüm konular hariç.

2. Mr ve Neuronavigation sistem hazırlanması

  1. TMS değerlendirme32önce MRG değerlendirme yönetmek. Sırtüstü pozisyonda rahat bir duruş sağlamak için diz yerleştirilen bir yastık ile yalan konulara sahip. Konular hala tarayıcı içinde tutmak için talimat.
    1. Kulak koruma konular için tarayıcının gürültü azaltmak için sağlar. Tercihen kulak tıkacı kulak muffs ikili supratragic çentik kullanım için konu-görüntü kayıt nedeniyle üzerinde neuronavigation sisteminde kullanmak (bkz: 5.2).
    2. Yüksek çözünürlüklü ağırlıklı T-1 anatomik beyin görüntü elde (minimum gereksinimleri: 1 mm dilim kalınlığı ve tam beyin ve beyincik kapsama), NFTI veya DICOM dosyaları olarak. Bu burnu tam olarak dahil burnun ucu ilgilinin kullanım için konu-görüntü kayıt nedeniyle görüntülerde neuronavigation sisteminde olun (bkz: 5.2).
  2. MRI dosya neuronavigation sisteme yüklemek. Konu Mr Montreal nörolojik Enstitüsü atlas kullanarak eşlenebilir yüzden el ile her ilgilinin MRI için anterior ve posteiror commissures, Co kayıt.
    1. Cilt ve tam eğrisel beyin modeli sınırlayıcı kutusunun kafatası ve beyin dokusu çevresinde sırasıyla ayarlayarak yeniden. Dört anatomik yerlerinden tanımlamak (burnunun ucu nasion - supratragic çentik sağ ve sol kulak ve burun köprüsü) deri kullanarak model (bkz. Şekil 1A).
    2. Dikdörtgen ızgaraya yeniden oluşturulan eğrisel beyin kullanımı her hemisphere bacak motor kortikal bölgede yerleştirin (bkz. Şekil 1B). Ortalanmış satır kılavuzunun merkezi ve bacak motor kortikal alanı nerede bacak motor havuzları innervate corticospinal yolları36köken gyrus üzerinde konumlandırın. Paralel ve Ipsilateral Yarımküre medial duvarına bitişik kılavuz medial sütun konumu.
    3. Hata yönde herhangi bir hata yönde stimülasyon sitesi değiştirebilirsiniz bir kafa derisi dayalı hedef yaklaşım kullanmak yerine stimülasyon sitesi37 ihmal edilebilir bir etkisi olan korteks dayalı bir yaklaşım kullanın. Etkin noktayı bulmak için bu tabloyu kullanın. Ya daha fazla noktalar ekleme ve/veya noktalar arasındaki mesafeyi artırarak daha büyük ızgaralar motor haritalama için kullanın (Örneğin, 10 mm).

3. hazırlık ve yerleşim tabi

  1. Elektrofizyolojik yanıt tek nabız TMS toplam 4 yüzey EMG elektrot kullanarak ölçmek. Konu bir ayakta pozisyonda hazırlanması ve yerleştirme elektrot için yayımlanan yönergeleri38,39 ve tam yerleştirme kullanın.
    1. Üzerinde elektroda tıraş ve hafifçe herhangi bir ölü deri hücreleri ve alkol temizleme bezi kullanarak yağlar peeling gelebileceğini söyledi alan hazırlamak.
      Dikkat: kan inceltici (Örneğin, insanlar inme sonrası) konularda için cilt hazırlık kanama potansiyel riski nedeniyle sırasında dikkatli olun.
    2. TA üzerinde çift taraflı elektrotlar iliştirin. Ayakta pozisyonda iken, kendi ayak yukarı kaldırın ve sonra fibula Başkanı ve bileşenleri (Yani, kas göbek için tibial kret hemen yanal) arasındaki çizgi üst üçte, elektrot yerleştirmek için konular sor.
    3. SOL üzerinde çift taraflı elektrotlar iliştirin. Ayakta pozisyonda iken, topuk yükseltme gerçekleştirmek ve lateral femoral düzgün ve yanal fibula arasındaki çizgi alt üçte, elektrot yerleştirmek için konu sormak.
    4. Yere başvuru pasif elektrot diz kapağı veya lateral fibula iliştirin. EMG edinme birimine bağlı olarak, Çift taraflı veya tek taraflı olarak zemin elektrotlar yer.
  2. Elektrot yerleştirme ve sinyal kalitesi test edin.
    1. Elektrot yerleştirme (Örneğin, açık görsel olarak algılanabilir EMG patlamaları için) bir bilgisayar ekranında ya dorsiflex ya da tüm kasların ham EMG sinyal görüntüleme sırasında dik bir duruş bileğinden test plantarflex konuya sorarak test. Yanlış yerleştirilmiş bir elektrot durumunda kaldırın ve kalmayıncaya kadar açık görsel olarak algılanabilir EMG patlamaları en az arka plan gürültü ile değiştirin. Yeterli bir sinyal gürültü oranı motor yanıt (> 50 µV) saptamada önemlidir.
    2. (Örneğin, temel gürültü için) sinyal kalitesi TMS bobin oturmuş konu uzak ve kaslar rahat ile düzenlenen iken bir kaç kez TMS birimleri için boşaltma tarafından sınayın. Her EMG kanal için temel sinyal sıfıra yakın kontrol edin (Yani, pik pik genlik-meli var olmak 50'den az µV ve 50-60 Hz güç hattı uğultu gibi hiçbir temel sesler geliyor). Bir kanalda temel gürültü varsa, karşılık gelen elektrot kaldırmak ve cilt hazırlama yordamları yineleyin. Gürültü hala varsa (Yani, pik pik genlik > 50 µV), referans elektrot'ın konumunu ayarla ve elektrolit jel değiştirin.
  3. Tüm elektrotlar hafif köpük öncesi şal bant kullanarak güvenli. Deney boyunca düzenli aralıklarla onay elektrotlar sıkıca takılı ve sinyal kaliteli olduğundan emin olun.
  4. Konu bir sandalyede koltuk. Tutarlı ayak yerleşim konular arasında güvenli her iki ayak Yürüyüş botları (Yani, ayak bileği ayak Ortez) belirli bir konuma ayarlanabilir ve TVA sınamaları sırasında direnç sağlamak ayak bileği ROM olanak sağlamak için. Kalça ve diz açılardan konu rahatsızlık önlemek için ayarlayın. Konu hala deney boyunca tutmak için talimat. Kullanım alın geri kalan konular hala TMS uygulama sırasında tutmak için sandalye varsa bağlı.

4. TVA test

  1. Çift taraflı en büyük gönüllü izometrik kasılma (MAFEESH) her kas belirlemek. Her hareket için (Yani, dorsiflexion ve plantarflexion), sonuna kadar sözleşme kontralateral muayene kas (Örneğin, doğru TA) 4 kez öznelerin talimat (~ 5 s kasılmalar 60 tarafından ayrılmış s dinlenme) konu duruş otururken Yukarıda açıklanan.
  2. Her MAFEESH (Yani, Ortalama maksimum doğrultucu ve düzgünleştirilmiş EMG merkezli bir 100 ms pencere içinde) sırasında maksimum kas aktivitesi değerini hesaplamak son üç çalışmaların üç değerlerin ortalamasını ve her kas % 15 ± 5 Ortalama MAFEESH.
    Dikkat: Daha büyük % MAFEESH kullanılabilir ancak klinik tabur (Örneğin, insanlar inme sonrası) mümkün olmayabilir.

5. Neuronavigation Sistem kaydında

  1. Konu İzleyici ' İzleyici'yi bobin her kılavuz spot stimülasyon sırasında konumlandırma engel değil bu yüzden uyarılmış Yarımküre ters taraftan konunun başında üzerinde yansıtıcı işaretçileri olan bir kafa bandı veya gözlük, yerleştirin.
    Dikkat: bir kafa bandı kullanılır durumda uzun bir süre sonra baş ağrısı neden olabilir çünkü konuyla ilgili'nın baş, henüz aşırı sıkı rahat olduğundan emin olun.
  2. Konu izci, işaretçiyi ve bobin İzleyicisi'ni, yakalama birim alanı yerleştirerek uygun hareket yakalama kamera konumunu doğrulayın. Konu-görüntü kaydı işaretçinin ucu ( Şekil 1A' ya bakınız) 4 anatomik landmaks yerleştirerek gerçekleştirmek.
  3. Tüm anatomik yerlerinden örneklenmiş sonra kayıt doğru işaretçi ucunu birkaç noktalar ilgilinin kafatası (Yani, doğrulama aşaması) yerleştirerek oluşup oluşmadığını doğrulayın. İşaretçi ucunu yeniden oluşturulan Cilt 3 mm'den az mesafedir, TMS deneye devam edin; Aksi takdirde, istenen hata değerleri elde edilir kadar konu-görüntü kayıt yineleyin. Deneme sırasında konu izci arızî ise tekrar kayıt taşındı.

6. TMS

  1. Dinlenme ve TVA sırasında aynı metodolojik parametrelerini kullanın.
    1. Tek darbe uyaranlara en uygun sitede muayene kas (Yani, sıcak nokta; daha fazla bilgi için bkz: sonraki paragrafa) uygulanır. Her uyaran rasgele her 5-10 s uyarıcı beklenti önüne geçmek ve sonraki bir40önceki darbe etkilenmişimdir etkilerini en aza indirmek için geçerlidir.
    2. İki TMS birimleri aynı anda kullanılır kümesidir birimleri ya da standart veya eşzamanlı modu41. Tek bir birim daha güçlü bir darbe eşzamanlı modu geçerlidir, ancak standart mod tek bir birim daha zayıf bir nabız geçerlidir. Ya bir kullanımı, protokol ve uyaranlara toplam sayısı gereksinimlerine göre.
    3. Bir çift konik bobini posteroanterior kafa içi geçerli ikna etmek için kullanın. Gerekirse, bobin el ile denetlemek için neuronavigation sistem kullanın ve doğru konumu ile ilgili olarak istenen nokta her uyarıcı önce uyarılmış.
    4. Oturumları ve konular arasında muayene kas ve Yarımküre sırasını rastgele. Her zaman dinlenme (Örneğin, yorgunluk TVA test nedeniyle azalan yollar) test ile herhangi bir girişimi engellemek için geri kalan koşul sonra TVA durumu yönetmek.
  2. Çift taraflı her iki kas etkin noktayı belirleyin.
    1. İnterhemisferik fissür yanındaki ortalanmış nokta üzerinde tek bir uyarıcı uygulayarak sıcak nokta av sırasında kullanılacak olan suprathreshold yoğunluğunu bulmak (bkz. Şekil 1Bmavi ve kırmızı kareler). Bacak motor alan36,42odağı bulunduğu olduğundan bu noktada kullanın.
    2. Düşük yoğunlukta (Örneğin, % 30 en fazla uyarıcı çıktı; Başlat MSO) ve yoğunluğu ulaşan bir motor uyarılmış potansiyel (MEP) ortaya çıkarır kadar yavaş yavaş TMS yoğunluğu % 5 artırmalarla 3 ardışık uyaranlara için tüm kontralateral muayene kaslarda 50 µV daha büyük bir pik pik genlik ile artırın.
    3. Sonra hemen her uyarıcı bir MEP elde edildi olup olmadığını belirlemek hem ham dalga biçimleri hem de en yüksek en yüksek genlikleri bağlı (arama penceresi: 20-60 ms yazı-TMS başlangıçlı) tüm kasları inceledi.
    4. Bir TMS darbe (Toplam 36 uyaranlara) kılavuzunun her yerinde geçerlidir. Sıcak nokta iletişim kuralı tamamlandıktan sonra genlik ve gecikme değerleri düşük yüksek elektronik tablo ve sıralama genlik tüm kontralateral kaslar için her yer ve gecikme süresi düşük yüksek olarak aktarın. Sıcak nokta kontralateral TA ve SOL en büyük genlik ve en kısa gecikme süresi43kılavuzla konum olarak tanımlayın.
      Dikkat: en büyük genlik ve en kısa gecikme süresi aynı noktada değilseniz, sıcak nokta en büyük genlik kullanarak tanımlayın.
  3. Çift taraflı her kas motor eşik (RMT) istirahat'ın belirlemek.
    1. Kılavuz nokta neuronavigation sisteminde, muayene kası sıcak nokta için karşılık gelen seçin.
    2. Edinilmiş bir eşik avlama yöntemi muayene kasları44RMT belirlenmesi için kullanın. 45 ve % 6 başlangıç yoğunluğu ve adım boyutunuzu ayarlayın MSO, sırasıyla32. RMT avcılık her bir kas için iki kez çalıştırmak ve ortalama sonraki CMR değerlendirmesi için kullanın.
  4. Çift taraflı TA ve SOL CMR geri kalan döneminde değerlendirmek.
    1. Kılavuz nokta neuronavigation sisteminde, muayene kası sıcak nokta için karşılık gelen seçin. 10 tek TMS bakliyat muayene kas 1.2 RMT itibariyle uygulamak.
    2. Her uyarıcı önce konu hareket etme ve bilateral muayene kasları gevşer ve tüm kasları bir gerçek zamanlı görsel geribildirim bir bilgisayar ekranında görüntüleme kullanarak etkinliğini izlemek için talimat. Herhangi bir kas önüne veya arkasına TMS etkin olması durumunda, bu deneme atın ve ek bir tek darbe uygulayın. Her kontralateral muayene kas istirahat için 10 dalga biçimleri toplayana kadar yineleyin.
  5. Çift taraflı TA ve SOL CMR TVA sırasında değerlendirmek.
    1. Kılavuz nokta neuronavigation sisteminde, muayene kası sıcak nokta için karşılık gelen seçin.
    2. Konular 15 ± % 5 muayene kas sözleşme için sormak MAFEESH ve 10 tek TMS bakliyat 1.2 RMT itibariyle uygulamak. Konular düzleştirilmiş hareketli çizgi tutmak için talimat (0.165 genliği kök ortalama kare s) muayene kas, TA ya da SOL, iki yatay imleçler içinde (MAFEESH aralığı: 15 ± % 5) ve birkaç saniye için o düzeyde bu daralma sürdürmek.
    3. TA muayene kas olduğunda, biraz kendi kontralateral bacak (Yani, muayene kas için uyarılmış Yarımküre kontralateral ayakla) karşı bootstraps çekmek için konular istiyorlar. SOL muayene kas olduğunda konular biraz aşağı doğru itin karşı önyükleme kontralateral bacak için istiyorlar.
    4. Etkin muayene kas kas etkinliğini izlemek ve bir bilgisayar ekranında gerçek zamanlı görsel geribildirim kullanarak kalan istirahat kas görüntüler. Bu uyarıcı atmak ve ek bir tek darbe tekrar muayene kası altına veya önceden belirlenmiş aralığın üstüne faaliyettir ya da herhangi bir diğer kas aktive halinde uygulayın. Muayene kas önceden belirlenmiş mesafeden aktif iken 10 deneme toplamak.

7. veri analizi

  1. RMT hariç tüm CMR önlemleri nedeniyle, tüm kasları için (Toplam süresi en az 100 ms öncesi uyarıcı süresi ile en az 500 ms olmalıdır) her MEP süpürme her ölçü değerini hesaplamak ve sonra tek bir değer almak için 10 bu değerlerin ortalamasını (yani demek)32. Gecikme süresi CMR proxy bağlantı ölçüsü ise genlik ve kortikal sessiz dönem (CSP) proxy uyarılabilirlik, CMR, önlemlerdir. Gecikme süresi muayene kas45Uzaklik etkilenir gibi dinlenme ve TVA için gecikme süresi her ilgilinin yüksekliği, göreli normalleştirmek.
  2. MEP genlik ve gecikme geri kalan döneminde hesaplayın.
    1. Genlik (µV) ham EMG pozitif ve negatif doruklarına (Yani, tepe-için-tepe) MEP arasındaki en büyük fark olarak hesaplar. Bu iki belirli kasları için tepe tepe 20-60 MS bir zaman penceresi içinde TMS başlangıçlı sonra arayın.
      Dikkat: Yine de MEP arama penceresi 20-60 MS nörolojik olduğu gibi konular için çalışabilir ve insanlar inme sonrası, daha geniş MEP arama windows (Örneğin, 20-75 ms) diğer nörolojik nüfus (Örneğin, multipl skleroz) için gerekli olabilir.
    2. Gecikme süresi (ms) Doğrultucu EMG olarak TMS başlangıçlı ve MEP başlangıcı arasındaki süreyi hesaplamak (Yani, ne zaman bir doğrultucu EMG izleme ilk kez önceden belirlenmiş bir eşik haçlar - ortalama 100 ms öncesi uyarıcı EMG üç standart sapmalarının)32 , 46.
  3. MEP genlik, gecikme süresi ve CSP TVA sırasında hesaplamak.
    1. Genlik (µV) ham EMG pozitif ve negatif doruklarına (Yani, tepe-için-tepe) MEP arasındaki en büyük fark olarak hesaplar. Bu iki belirli kasları için tepe tepe 20-60 MS bir zaman penceresi içinde TMS başlangıçlı sonra arayın.
    2. Gecikme süresi (ms) Doğrultucu EMG olarak TMS başlangıçlı ve MEP başlangıcı arasındaki süreyi hesaplayın.
      1. Farklı TVA'geri kalan MEP başlangıçlı hesaplayın. MEP başlangıçlı ve uzaklığı hesaplamak iki saat bularak doğrultucu EMG izleme 100 ms öncesi uyarıcı düzeyine ayarlanmış önceden belirlenen eşik kesiştiği noktaları EMG demek. O zaman, en azından ön uyaran EMG artı üç standart sapmalar ortalaması büyük tepeler bulmak ve bu arasında iki puan zaman. Daha sonra ilk ayında en yüksek doğrultucu EMG izleme ilk ortalama ön uyaran EMG eşiğinde haçlar 50 veri noktalarına (5000 Hz örnekleme hızı) Bu zirve için zaman önce arama. O zaman MEP başlangıçlı32tanımlayın.
    3. CSP (ms) Doğrultucu EMG MEP uzaklık ve EMG yeniden başlamasını arasındaki süre olarak hesaplamak (Yani, mutlak CSP: MEP süresi hariç)47. Son ayında en yüksek doğrultucu EMG izleme son ortalama ön uyaran EMG eşik geçti 200 veri noktalarına (5000 Hz örnekleme hızı) Bu zirve için zaman sonra arama; o zaman MEP ofset tanımlayın. Sonra temel EMG, yeniden başlamasını doğrultucu EMG izleme son ortalama ön uyaran EMG%3225'i geçen zamanı hesaplar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Şekil 2-4 mevcut veri temsilcisi bir nörolojik sağlam 31 yaşındaki erkeğe ait boy ve kilo 178 cm ve 83 kg, sırasıyla.

Şekil 2 ikili sıcak noktalar ve her ayak bileği kas RMT sunar. Spot kullanarak bulunan her hemisphere bacak alanında ortasına (bkz. Şekil 1Bmeydanlarda) MSO sıcak nokta avcılık için kullanılan çift taraflı % 45 yoğunluğunu. Her bir kas için sıcak nokta konum hemisferlerin arasında farklılık, henüz olarak beklenen tüm dört sıcak noktalar bacak motor kortikal alanlarda bulunan. Bu bulgu TA ve SOL aynı sıcak nokta paylaşan olmayabilir gösterir; Bu nedenle, her kas CMR aynı sıcak nokta için her iki kasların aksine her kası sıcak nokta kullanarak değerlendirilmesi. İkili RMT her kas için adaptif bir eşik-avcılık yöntemiyle tespit edilmiştir. 6'dan 22 uyaranlara değişiyordu RMT tayini için uygulanan uyaranlara sayısı. Her kas iki RMT değerleri arasındaki farkı 1'den % %3 arasında değişiyordu MSO. Bu sonuçları birleştirerek edinilmiş bir eşik-av yöntemini kullanarak bir ayak bileği kas RMT düşük değişkenliği ile belirlemek için verimli bir yaklaşım olabilir göstermektedir. Ayrıca, tüm RMTs sıcak nokta (kesikli çizgi olarak Şekil 2) avcılık için kullanılan yoğunluk daha düşüktü. Bu bulgu spot kullanarak bacak motor alan üzerinde yer alan gösterir (bir "gerçek" suprathreshold yoğunluk mümkün belirlemek için Şekil 1Bmeydanlarda bakın).

Sıcak nokta her kas geri kalan döneminde uyardığında Şekil 3 TA ve SOL ikili yanıt sunar. Tüm ikili uyarılmış sıcak noktalar için kontralateral milletvekilleri TA ve SOL elde edildi. Ancak, yanıt ve gecikme süreleri hep sırasıyla, ne olursa olsun hangi kası sıcak nokta uyarılmış daha büyük ve TA sol, daha kısa. Ipsilateral yanıt-e doğru mevcut TA ve ne zaman uyarılmış sıcak nokta için interhemisferik fissür proksimal ağırlıklı olarak ( bkz. Şekil: 2A -TA sıcak nokta, 2B -her iki kas sıcak nokta). Tersine, Ipsilateral yanıt yoktun uyarılan tarafı daha fazla interhemisferik fissür yanal yaşındayken her iki kaslarda (> 10 mm) (bkz. Şekil 2A -SOL sıcak nokta).

Sıcak nokta her kas TVA sırasında uyardığında Şekil 4 TA ve SOL ikili yanıt sunar. Geri kalanı olduğu gibi kontralateral milletvekilleri TA ve SOL tüm ikili uyarılmış siteleri için 15 ± %5 sırasında elde edildi MAFEESH. Sadece muayene kas aktive edilmiş; Bu nedenle, kalan üç kasları istirahatte vardı. CSP sadece muayene harekete geçirmek kas içinde TA ve SOL mevcuttu. Geri kalanı olduğu gibi TMS doğru TA ve sol SOL sıcak noktalar üzerinde de Ipsilateral yanıt elde edildi; Bu tepkiler içinde sadece Ipsilateral TA mevcuttu (bkz. Şekil 4A,D). Diğer taraftan, TMS sağ SOL ve sol TA sıcak noktalar üzerinde sadece kontralateral milletvekilleri elde edildi. İlginçtir, geç kontralateral SOL yanıt-e doğru TA etkinleştirildiğinde yalnızca mevcut; Bu tepkiler bilateral vardı, 80-100 ms yazı-TMS arasında oluştu, milletvekilleri daha büyük genlikleri vardı (bkz: † içinde Şekil 4A, C ). Bu geç yanıt aralığı 70-100 ms yazı-TMS ile daha önce sol sadece TA TVA ile yaygın olarak bildirilmiştir (0-%40 MAFEESH)48,49.

Bazı sıcak noktalar uyardığında Ipsilateral yanıt elde edildi o dinlenme ve TVA koşulları benzerdi. Ipsilateral yanıt-e doğru varlığı potansiyel bir oligosynaptic yolu (Örneğin, kortiko-reticulo-spinal yolu) uyarılması sonucu olabilir veya darbe yayılmasını geçerli. Gecikme süresi kontralateral ve Ipsilateral yanıt arasındaki farkı hesaplamak için iki olası nedenleri arasında ayırt etmek için bir yaklaşım 's. Önceki TMS çalışmalarda > 3 ms gecikme kontralateral yanıt göre Ipsilateral bir yanıt Ipsilateral MEP (iMEP) ve potansiyel yolu kortiko-reticulo-spinal yolu (Yani, oligosynaptic yolu olabilir spekülasyonlar var. )50,51,52,53,54. Tersine, daha kısa bir gecikmeyle Ipsilateral herhangi bir tepki darbe'nın geçerli olabilir; Bu nedenle, böyle bir tepki bir iMEP olmayabilir. Geri kalan döneminde, Ipsilateral yanıt benzer gecikmeleri var mı (bkz: Şekil 3A, C ve D) kontralateral yanıt vardı. Böylece, bu yanıt olasılıkla iMEPs değildi ama yayılması nedeniyle elde edildi edildi darbe akım interhemisferik fissür bitişik uygulanan'ın. Ne zaman doğru TA ve sol SOL TVA sırasında aktif, Ipsilateral yanıt sadece TA elde edildi ve > 3 ms kontralateral yanıt olarak karşılaştırıldığında tarafından ertelendi (bkz. Şekil 4A, D). Bu yanıtları uyarılması kortiko-reticulo-spinal yolu gösterebilir iMEPs olabilir. Özetle, bacak motor alanı uyarılmış55olduğunda Ipsilateral yanıt yaygındır; Bu nedenle, ne zaman bu yanıtları iMEPs yorumlanır dikkatli alınmalıdır.

Figure 1
Şekil 1: cilt ve eğrisel beyin modelleri yeniden. (A) bir cilt modeli dört anatomik yerler (sağ ve sol kulak burun, nasion ve supratragic çentik ucu) ile konu-görüntü kayıt değerlendirme sırasında her dönüm noktası üzerinde bir işaretçi ucunu koyarak hesaplamak için kullanılır. (B) 4 x 9 Dikdörtgen ızgaraya yerleştirilmiş çift taraflı bacak üzerinde motor kortikal alanı. Kareler sıcak nokta avcılık için kullanılan suprathreshold yoğunluğunu belirlemek için kullanılan noktalar göstermek. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: ikili TA ve SOL etkin noktalar ve RMT. Her iki hemisferlerin yıldız sembolü her kas etkin noktayı gösterir. Bar araziler mevcut iki değerlendirmeler (açık beyaz daire) her kas, süre her dairenin altındaki değerler uyaranlara sayısını belirtmek için Ortalama RMT edinilmiş bir eşik avlama yöntemi kullanarak RMT belirlemek için uygulanır. Kesikli çizgi için sıcak nokta avcılık kullanılan yoğunluk gösterir (% 45 MSO). (A) etkin noktalar ve sağ/kontralateral TA ve TMS sol hemisfer üzerinde uygulanmış ise SOL RMTs. Oysa SOL sıcak nokta TA sıcak nokta bacak motor alanı üzerinde ve proksimal interhemisferik fissür için 10 mm lateral TA sıcak nokta için oldu. TA ve SOL RMT belirlemek için kullanılan bir çekim gücü sayısı sırasıyla 6-21 ve 9-11, arasında değişiyordu. (B) üzerinde sağ hemisfer TMS uygulanan iken sıcak noktalar ve sol/kontralateral TA ve SOL RMTs. Sol hemisfer olduğu gibi bacak motor alanı üzerinde ve proksimal interhemisferik fissür için TA sıcak nokta oldu. SOL sıcak nokta 7.1 mm arka-TA sıcak nokta için lateral oldu. TA ve SOL RMT belirlemek için kullanılan bir çekim gücü sayısı 10-22 ve 10-11, aralıklardaki idi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Resim 3: iki taraflı TA ve SOL CMR değerlendirme - dinlenme. Her etkin nokta uyarılması için EMG ikili dinlenme TA ve SOL toplanan her kas ortalama dalga formu sundu iken (Toplam süresi 500 ms; 100 ms pre-TMS). √ ve X simgeleri göstermek değildi MEP mevcut (> 50 µV) veya (≤ 50 µV), anılan sıraya göre. MEP'ın varlığı durumunda, pik pik genlik (µV) ve gecikme süresi (ms) değerleri sunulur. (A) sol hemisfer sağ/kontralateral TA sıcak oracıkta uyarılması. Parlamento üyeleri her iki sağ/kontralateral ayak bileği kaslarında doğru TA büyük genlik ve sağ SOL daha kısa gecikme süresi ile elde edildi. Uyarılan sıcak nokta interhemisferik fissür tarafından bulunduğu ve proksimal sol hemisfer bacak motor alana verilen bu, MEP sol/Ipsilateral ayak bileği kaslar da elde edildi (tek TA) oldu. (B) sağ/kontralateral SOL uyarılması sol hemisfer yerinde sıcak. Parlamento üyeleri sadece sağ/kontralateral bilek kasları üzerinde elde edildi; Ancak TA üzerinde sağ hemisfer daha büyük MEP genlik ve SOL. (C) sol/kontralateral TA'ın sıcak nokta uyarılması daha kısa gecikme süresi vardı. Parlamento üyelerinin büyük MEP sahip her iki TA ile her iki sol/kontralateral ve sağ/Ipsilateral ayak bileği kaslarda elde edildi genlikleri ve hem de SOL daha kısa gecikme süreleri. Bu ikili MEP yaşla esas olarak uyarılmış hot spot ve suprathreshold yoğunluğu nedeniyle konumudur. (D) sol/kontralateral SOL uyarılması sağ hemisfer yerinde sıcak. Parlamento üyeleri sol/kontralateral bilek kasları ve sağ/Ipsilateral TA elde edildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: ikili TA ve SOL CMR değerlendirme - TVA. Her etkin nokta uyarılması için EMG ikili TA ve SOL toplanan muayene kontralateral Kas 15 ± %5 etkinleştirildi iken MAFEESH. Her kas ortalama dalga formu sundu (Toplam süresi 500 ms; 100 ms pre-TMS). √ ve X simgeleri göstermek değildi MEP mevcut (> 50 µV) veya (≤50 µV), anılan sıraya göre. MEP'ın varlığı durumunda, pik pik genlik (µV), gecikme (ms) ve CSP (ms) değerleri sunulur. (A) sol hemisfer sağ/kontralateral TA sıcak oracıkta uyarılması. Sağ TA MEP CSP tarafından izledi. MEP kontralateral/sağ SOL elde edildi hangi da geç yanıt (†) elicited içinde (genlik: 563 µV; gecikme süresi: 82,8 ms). MEP de sol/kimin gecikme 5.2 için sağ/kontralateral TA'ın gecikme süresi karşılaştırıldığında ms tarafından Gecikmeli Ipsilateral TA, içinde elde edildi. (B) sağ/kontralateral SOL uyarılması sol hemisfer yerinde sıcak. Kontralateral sağ/SOL MEP takip edildi CSP tarafından ve MEP kontralateral/sağ girişi TA da elde edildi. Hayır sol/Ipsilateral milletvekilleri elde edildi. (C) sol/kontralateral TA sıcak nokta sağ hemisfer üzerinde uyarılması. Sol TA MEP CSP tarafından izledi. MEP elde edildi sol/kontralateral içinde SOL içinde hangi da geç yanıt (†) elicited (genlik: 465 µV; gecikme süresi: 96,3 ms). Hiçbir milletvekilleri sağ/Ipsilateral kaslarda elde edildi. (D) sol/kontralateral SOL uyarılması sağ hemisfer yerinde sıcak. Sol SOL MEP CSP tarafından izledi. Parlamento üyeleri sol/kontralateral SOL ve sağ/Ipsilateral TA, kimin gecikme süresi 4.7 için sol/kontralateral TA'ın gecikme süresi karşılaştırıldığında ms tarafından Gecikmeli elde edildi. Hiçbir MEP sağ/Ipsilateral SOL. elde edildi Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Nasıl motor korteks yaptığı katkının bacak kasları motor kontrol için çeşitli kohort dinamik görevleri sırasında ortaya çıkan ilgi göz önüne alındığında, bu kaslar kapsamlı değerlendirmesini açıklar bir standart TMS protokol gereklidir. Bu nedenle, ilk kez, mevcut iletişim kuralı standart metodolojik yordamlar sağlar iki ayak bileği uzlaşmaz kaslar, SOL ve TA, ikili değerlendirilmesi iki kas durumu (dinlenme ve TVA) sırasında tek darbe TMS ile neuronavigation kullanarak.

Bulgular temsilcisi sonuçları bölümü işaret dikkate alınması gereken birkaç önemli adımlar açıklanmıştır. İlk olarak, bu kaslar, hem de diğer bacak kasları CMR değerlendirilmesi her ilgilinin MRI kullanılması gerektiğini ve her bir kas'ın sıcak nokta tespit edilmelidir bir neuronavigation sistemi kullanılarak yapılmalıdır. Neuronavigation hedef motor alan üzerinde hassas TMS stimülasyon rehberlik ve ilgilinin MRI kullanıldığında, hedef motor alanı olabilir doğru56,57uyarılmış. Önceki çalışma neuronavigation üst ekstremite kasları58,59,60TMS değerlendirilmesi sırasında kullanarak etkileri incelendiğinde; Bu çalışmalar bulgular karıştırıldı. Henüz, hiçbir çalışma alt ekstremite kas için bu etkisi incelenmiştir. TA ve SOL motor kortikal alanlarda yer "true" için avcılık (Yani,yaklaşık 3-4 cm kafa derisi yüzeyinin altında interhemisferik fissür bitişik)36,42,61, verilen sıcak nokta her ilgilinin anatomi yerleştirilen bir kılavuz olarak kullanarak her kas feasibly bir MEP başta SOL. kullanma aynı iletişim kuralını burada sunulan her iki kas alabilme olasılığı artar, biz son zamanlarda milletvekilleri başarılı bir şekilde her iki TA elde edildi göstermiştir ve neredeyse tüm bireylerde SOL (N = 21)32. İkinci önemli adım her kas ikili bir değerlendirme olduğunu. Üst ekstremite motor alanlar, aksine iki bacak motor alanları birbirine bitişik ve nabzı uygulandığında bir alan ters alanı nedeniyle geçerli yayılan uyarılmış. Bu nedenle, her iki kas Ipsilateral herhangi bir yanıtta bir iMEP (kortiko-reticulo-spinal yol potansiyel bir proxy)50 varlığı ya da sadece doğrudan uyarılması ters bacak motor alanı gösterebilir. Geçmişte, Ipsilateral TA yanıt-e doğru rapor edilmiştir, henüz uyarılmış sitesi anatomik Simgesel Yapı (10 ve 15 mm arka ve lateral köşe için)62dayanıyordu. Bu iletişim kuralını kullanan, sıcak nokta her kas ayrı olarak belirlenebilir ve sıcak nokta'nın konumuna bağlı olarak kontralateral veya ikili yanıt elicited (bkz: Şekil 3 ve Şekil 4). İkili yanıt birden çok azalan bir sonucu olup yollar veya sadece tek bir yol uyarılması daha fazla araştırma gerektirir.

Mevcut Protokolü araştırma tasarımına bağlı olarak değiştirilebilir. Tek darbe TMS bu protokol için kullanılırken, nabız eşleştirilmiş (test darbe öncesinde darbe Klima tarafından)63,64 bu iki ayak bileği kaslar intracortical ağlar değerlendirmek için de kullanılabilir. Benzer şekilde, sıcak nokta ve her kas belirlenmesi RMT sonra her bir kas ikili giriş-çıkış eğrileri TMS yoğunluğu (giriş) ve MEP genlik (çıkış) arasındaki ilişki değerlendirmek için elde edilebilir. Her etkin nokta üzerinde dinlenme ve TVA sırasında 10 uyaranlara uygulanan her kas CMR değerlendirmek için henüz son raporları 10'dan fazla uyaranlara güvenilir bir kas65,66CMR değerlendirmek için kullanılması gerektiğini ileri sürmüşlerdir. Benzer şekilde, nokta başına birden fazla uyarıcı bu protokol için kullanılan nokta başına tek bir uyarana karşılaştırıldığında sıcak nokta avcılık (Örneğin, 2-5 uyaranlara/nokta) sırasında uygulanır. Nokta başına birden fazla uyarıcı uygulayarak, her kas sıcak nokta daha güvenilir bir şekilde tespit. Yeni bir çalışma bu az önerilen gibi nokta başına iki uyaranlara sıcak nokta kararlılık67için yeterli olabilir. Ayrıca, Rossini-Rothwell ölçütü69,70' te dayanmaktadır, göreli sıklığı yöntemi68, en çok kullanılan eşik avcılık yöntemine göre uyarlanabilir eşik avlama yöntemi kullanılır Mevcut iletişim kuralı. Adaptif eşik avlama yöntemi (daha az uyaranlara RMT belirlemek için gerekli olan daha verimliyani ) göreli sıklığı yönteminden daha olsa da, her iki yöntem de benzer hassas71paylaşmak. Tüm yukarıda belirtilen değişiklikleri uygulanan uyaranlara toplam sayısı artar hatırlamak önemlidir. Son olarak, geçerli 50'den az µV pik pik genlik kriteri temel gürültü ve "gerçek" devlet istirahat için değerlendirmek için kullanılan protokol. 10 µV büyük herhangi bir EMG sinyal atarak (Hesaplanan Ortalama kare kökü üzerinde 100 ms) bir alternatif yaklaşımdır.

Bu iletişim kuralının birkaç metodolojik dikkat edilmesi gereken noktalar vardır. İlk olarak, bu iki kaslar değerlendirilmesi bir oturma, dinlenme ya da TVA sırasında durumdadır. Daha önce bahsedilen, TA ve SOL dik Postür görevleri ve yürüyüş sırasında en önemlisi önemlidir. Önceki çalışmalarda TA ve SOL CMR dik Postür görevleri14,72,73,74,75,76 ve yürüme20, sırasında inceledik, ancak 22 , 77 , 78 , 79, değerlendirme sadece tek taraflı ve TMS neuronavigation tarafından yönlendirildim değil. Bile mevcut protokolü bu görevleri sırasında kullanılmaz, bu nedenle, hala bu iki ayak bileği kaslar kortikal sürücü hakkında non-invaziv bir pencere sağlayabilir. İyi kurulmuş bir metodoloji ölçen olmadığından ikinci olarak, etkin motor eşik (AMT) tespit edilmiştir değil. AMT ile ilişkilidir ve RMT düşüktür (~ % 82)80, MEP elde edildi sırasında TVA RMT suprathreshold yoğunluğunu kullanırken bile. Üçüncü olarak, her konunun neuronavigation sistemi ile yapısal MRI kullanımı tüm ayarları, MRI ve neuronavigation sistemi edinme yüksek maliyet nedeniyle mümkün olmayabilir. Ancak, bu protokol için kullanılan da dahil olmak üzere bazı neuronavigation sistemleri kullanılabilir ilgilinin Mr; Ama ortalama bir MRI kullanılır. Bu durumda, bobin hala tam olarak uyarılmış sitesi üzerinden konumlandırılmış olabilir.

Önceki çalışma sırasında çeşitli görevler farklı tabur'TA ve SOL CMR inceledi, hiçbir çalışma çift taraflı neuronavigation her ilgilinin MRG ile kullanarak bu iki kaslar muayene standart bir protokol kullanmışlardır. Her ilgilinin yapısal Mr neuronavigation sistemi ile kombine kullanımı doğruluk ve her iki kas motor kortikal temsilleri uyarılması duyarlığını teşvik. Bu en önemlisi bacak motor kortikal alanlarda için önemlidir. Ayrıca, verilen bu olup kas tamamen rahat veya kısmen aktif bir kas CMR bağlıdır, bu iletişim kuralı nasıl TA ve SOL CMR dinlenme ve TVA sırasında tespit edilebilir açıklar. Ayrıca, her bir kas ikili CMR aynı anda değerlendirilen iken her hemisphere uyarılır. Ayrıca, tek bir kası CMR değerlendirmek için aynı sıcak nokta kullanmak yerine, her bir kas'ın sıcak nokta hangi bacak kortikal temsil atıldı ve en büyük genlik ile spot olarak tanımlanan standartlaştırılmış bir kılavuz olarak kullanarak belirlenir ve en kısa gecikme süresi43. Göreli sıklığı yöntemi yaygın kas68motor eşiğinde ölçmek için kullanılsa da, bu protokol deneysel süresi ve uyaranlara oturum44uygulanan toplam sayısını azaltmak için uyarlanabilir bir eşik avlama yöntemi kullanır. Son olarak, veri analiz süresini azaltmak ve CMR önlemler hesaplanması standartlaştırmak için bir otomatik veri analiz yöntemi kullanılır.

Gelecekteki çalışmalar hem nörolojik sağlam ve Engelli tabur kortikal denetiminde TA ve SOL daha fazla aydınlatmak için bu iletişim kuralını kullanabilirsiniz. Böyle bir uygulama mevcut iletişim kuralının bu iki kaslar eşleştirme yapılır. TA81,82,83,84motor kortikal alanı kaç çalışmalar incelendiğinde rağmen tek bir çalışma SOL motor kortikal alanı fokal kortikal displazi85ile tek bir hastadan bildirdi. Tüm bu çalışmalar paylaşan genel özelliği bu protokol için kullanılan sistemi farklıdır aynı neuronavigated TMS sistemi kullanmaktır. Ancak, bu sistem son derece pahalı ve genellikle hastaneler gibi klinik ayarları bulunur. Mevcut Protokolü değiştirerek, gelecekteki çalışmaları sistematik olarak araştırmak ve kortikal eşleme önlemler normatif veri TA ve SOL için nörolojik sağlam yetişkinlerde kurmak. Bu bulgular hangi motor haritalama önlemleri özellikle her kas motor temsilleri ölçmek için kullanılması gereken kuracak. Başka bir potansiyel mevcut iletişim kuralının bu iki kaslar değerlendirilmesi önce ve sonra bir ameliyat veya bir müdahale uygulamasıdır (örneğin, davranış: egzersiz; nörofizyolojik: tekrarlanan TMS, Transkraniyal doğru akım stimülasyon - TDCS) ve atletik veya klinik tabur iyileşme döneminde. Bu rehabilitasyon bilim adamları nasıl bir ameliyat veya bir müdahale bu iki kas kortikal sürücü değiştirebilir belirlemek izin verir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar Dr Jesse C. Dean metodolojik geliştirme ile yardım ve el yazması bir taslak üzerinde geri bildirim sağlamak için teşekkür ederiz. Bu eser bir VA kariyer geliştirme Ödülü-2 RR & D N0787-W (MGB), bir Kurumsal Geliştirme Ödülü üzerinden ulusal genel tıbbi Bilimler Enstitüsü NIH grant numarası P20-GM109040 (SAK) altında ve P2CHD086844 (SAK) tarafından desteklenmiştir. İçerik Department of Veterans Affairs veya Amerika Birleşik Devletleri hükümetinin görüşlerini temsil etmiyor.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 Magstim stimulators (Bistim module) The Magstim Company Limited; Whitland, UK Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
Adaptive parameter estimation by sequential testing (PEST) for TMS http://www.clinicalresearcher.org/software.htm Used to determine motor thresholds.
Amplifier Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA MA-300 Used to amplify EMG data.
Data Aqcuisition Unit Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA Micro 1401 Used to aqcuire EMG data.
Double cone coil The Magstim Company Limited; Whitland, UK PN: 9902AP Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
Polaris Northen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, Canada Used to track the reflectiive markers located on subject tracker and coil tracker.
Signal Cambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UK version 6 Used to collect motor evoked potentials during rest and TVA.
Single double differential surface EMG electrodes Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA MA-411 Used to record EMG signals.
TMS Frameless Stereotaxy Neuronavigation Sytem Brainsight 3, Rouge Research,
Montreal, Canada
Used to navigate coil position during TMS assessment.
Walker boot Mountainside Medical Equipment, Marcy, NY Used to stabilize ankle joint.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schünke, M., Schulte, E., Ross, L. M., Schumacher, U., Lamperti, E. D. Thieme Atlas of Anatomy: General Anatomy and Musculoskeletal System. Thieme. (2006).
  2. Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23, (11), 1647-1666 (2000).
  3. Winter, D. A. The biomechanics and motor control of human gait: Normal, Elderly and Pathological. 2nd edn, University of Waterloo Press. (1991).
  4. Winter, D. A. A.B.C. (anatomy, Biomechanics and Control) of Balance During Standing and Walking. Waterloo Biomechanics. (1995).
  5. Nielsen, J. B. Motoneuronal drive during human walking. Brain Research Reviews. 40, (1-3), 192-201 (2002).
  6. Nielsen, J. B. How we walk: central control of muscle activity during human walking. Neuroscientist. 9, (3), 195-204 (2003).
  7. Davidoff, R. A. The pyramidal tract. Neurology. 40, (2), 332-339 (1990).
  8. Nathan, P. W., Smith, M. C., Deacon, P. The corticospinal tracts in man. Course and location of fibres at different segmental levels. Brain. 113, (Pt 2), 303-324 (1990).
  9. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406, (6792), 147-150 (2000).
  10. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55, (2), 187-199 (2007).
  11. Brouwer, B., Ashby, P., Midroni, G. Excitability of corticospinal neurons during tonic muscle contractions in man. Experimental Brain Research. 74, (3), 649-652 (1989).
  12. Advani, A., Ashby, P. Corticospinal control of soleus motoneurons in man. Canadian Journal Physiology and Pharmacology. 68, (9), 1231-1235 (1990).
  13. Holmgren, H., Larsson, L. E., Pedersen, S. Late muscular responses to transcranial cortical stimulation in man. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 75, (3), 161-172 (1990).
  14. Ackermann, H., Scholz, E., Koehler, W., Dichgans, J. Influence of posture and voluntary background contraction upon compound muscle action potentials from anterior tibial and soleus muscle following transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 81, (1), 71-80 (1991).
  15. Brouwer, B., Ashby, P. Corticospinal projections to lower limb motoneurons in man. Experimental Brain Research. 89, (3), 649-654 (1992).
  16. Priori, A., et al. Transcranial electric and magnetic stimulation of the leg area of the human motor cortex: single motor unit and surface EMG responses in the tibialis anterior muscle. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Evoked Potentials Section. 89, (2), 131-137 (1993).
  17. Valls-Sole, J., Alvarez, R., Tolosa, E. S. Responses of the soleus muscle to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 93, (6), 421-427 (1994).
  18. Brouwer, B., Qiao, J. Characteristics and variability of lower limb motoneuron responses to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 97, (1), 49-54 (1995).
  19. Devanne, H., Lavoie, B. A., Capaday, C. Input-output properties and gain changes in the human corticospinal pathway. Experimental Brain Research. 114, (2), 329-338 (1997).
  20. Capaday, C., Lavoie, B. A., Barbeau, H., Schneider, C., Bonnard, M. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 81, (1), 129-139 (1999).
  21. Terao, Y., et al. Predominant activation of I1-waves from the leg motor area by transcranial magnetic stimulation. Brain Research. 859, (1), 137-146 (2000).
  22. Christensen, L. O., Andersen, J. B., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Transcranial magnetic stimulation and stretch reflexes in the tibialis anterior muscle during human walking. Journal of Physiology. 531, (Pt 2), 545-557 (2001).
  23. Bawa, P., Chalmers, G. R., Stewart, H., Eisen, A. A. Responses of ankle extensor and flexor motoneurons to transcranial magnetic stimulation). Journal of Neurophysiology. 88, (1), 124-132 (2002).
  24. Soto, O., Valls-Sole, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96, (4), 1711-1717 (2006).
  25. Barthelemy, D., et al. Impaired transmission in the corticospinal tract and gait disability in spinal cord injured persons. Journal of Neurophysiology. 104, (2), 1167-1176 (2010).
  26. Barthelemy, D., et al. Functional implications of corticospinal tract impairment on gait after spinal cord injury. Spinal Cord. 51, (11), 852-856 (2013).
  27. Beaulieu, L. D., Masse-Alarie, H., Brouwer, B., Schneider, C. Brain control of volitional ankle tasks in people with chronic stroke and in healthy individuals. Journal of Neurological Science. 338, (1-2), 148-155 (2014).
  28. Palmer, J. A., Hsiao, H., Awad, L. N., Binder-Macleod, S. A. Symmetry of corticomotor input to plantarflexors influences the propulsive strategy used to increase walking speed post-stroke. Clinical Neurophysiology. 127, (3), 1837-1844 (2016).
  29. Palmer, J. A., Needle, A. R., Pohlig, R. T., Binder-Macleod, S. A. Atypical cortical drive during activation of the paretic and nonparetic tibialis anterior is related to gait deficits in chronic stroke. Clinical Neurophysiology. 127, (1), 716-723 (2016).
  30. Palmer, J. A., Hsiao, H., Wright, T., Binder-Macleod, S. A. Single Session of Functional Electrical Stimulation-Assisted Walking Produces Corticomotor Symmetry Changes Related to Changes in Poststroke Walking Mechanics. Physical Therapy. (2017).
  31. Palmer, J. A., Zarzycki, R., Morton, S. M., Kesar, T. M., Binder-Macleod, S. A. Characterizing differential poststroke corticomotor drive to the dorsi- and plantarflexor muscles during resting and volitional muscle activation. Journal of Neurophysiology. 117, (4), 1615-1624 (2017).
  32. Charalambous, C. C., Dean, J. C., Adkins, D. L., Hanlon, C. A., Bowden, M. G. Characterizing the corticomotor connectivity of the bilateral ankle muscles during rest and isometric contraction in healthy adults. Journal of Electromyography and Kinesiology. 41, 9-18 (2018).
  33. Kleim, J. A., Kleim, E. D., Cramer, S. C. Systematic assessment of training-induced changes in corticospinal output to hand using frameless stereotaxic transcranial magnetic stimulation. Nature Protocols. 2, (7), 1675-1684 (2007).
  34. Shellock, F. G., Spinazzi, A. MRI safety update 2008: part 2, screening patients for MRI. American Journal of Roentgenology. 191, (4), 1140-1149 (2008).
  35. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clinical Neurophysiology. 122, (8), 1686 (2011).
  36. Conti, A., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation for "somatotopic" tractography of the corticospinal tract. Neurosurgery. 10, Suppl 4. 542-554 (2014).
  37. Comeau, R. Transcranial Magnetic Stimulation. Springer. 31-56 (2014).
  38. Cram, J. R., Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyography. Jones & Bartlett Learning. (2011).
  39. Hermens, H. J., Freriks, B., Merletti, R., Stegeman, D., Blok, J., Rau, G., Disselhorst-Klug, C., Hagg, G. European Recommendations for Surface ElectroMyoGraphy: Results of the Seniam Project (SENIAM). 2nd edn, Roessingh Research and Development. citeulike-article-id:5280603 (1999).
  40. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  41. Sinclair, C., Faulkner, D., Hammond, G. Flexible real-time control of MagStim 200(2) units for use in transcranial magnetic stimulation studies. Journal of Neuroscience Methods. 158, (2), 133-136 (2006).
  42. Alkadhi, H., et al. Reproducibility of primary motor cortex somatotopy under controlled conditions. American Journal of Neuroradiology. 23, (9), 1524-1532 (2002).
  43. Rossini, P. M., et al. Applications of magnetic cortical stimulation. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 171-185 (1999).
  44. Borckardt, J. J., Nahas, Z., Koola, J., George, M. S. Estimating resting motor thresholds in transcranial magnetic stimulation research and practice: a computer simulation evaluation of best methods. Journak for ECT. 22, (3), 169-175 (2006).
  45. Livingston, S. C., Friedlander, D. L., Gibson, B. C., Melvin, J. R. Motor evoked potential response latencies demonstrate moderate correlations with height and limb length in healthy young adults. The Neurodiagnostic Journal. 53, (1), 63-78 (2013).
  46. Cacchio, A., et al. Reliability of TMS-related measures of tibialis anterior muscle in patients with chronic stroke and healthy subjects. Journal of Neurological Science. 303, (1-2), 90-94 (2011).
  47. Saisanen, L., et al. Factors influencing cortical silent period: optimized stimulus location, intensity and muscle contraction. Journal of Neuroscience Methods. 169, (1), 231-238 (2008).
  48. Ertekin, C., et al. A stable late soleus EMG response elicited by cortical stimulation during voluntary ankle dorsiflexion. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Electromyography and Motor Control. 97, (5), 275-283 (1995).
  49. Tarkka, I. M., McKay, W. B., Sherwood, A. M., Dimitrijevic, M. R. Early and late motor evoked potentials reflect preset agonist-antagonist organization in lower limb muscles. Muscle Nerve. 18, (3), 276-282 (1995).
  50. Ziemann, U., et al. Dissociation of the pathways mediating ipsilateral and contralateral motor-evoked potentials in human hand and arm muscles. Journal of Physiology. 518, (Pt 3), 895-906 (1999).
  51. McCambridge, A. B., Stinear, J. W., Byblow, W. D. Are ipsilateral motor evoked potentials subject to intracortical inhibition? Journal of Neurophysiology. 115, (3), 1735-1739 (2016).
  52. Tazoe, T., Perez, M. A. Selective activation of ipsilateral motor pathways in intact humans. Journal of Neuroscience. 34, (42), 13924-13934 (2014).
  53. Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 89, (3), 1256-1264 (2003).
  54. Wassermann, E. M., Pascual-Leone, A., Hallett, M. Cortical motor representation of the ipsilateral hand and arm. Experimental Brain Research. 100, (1), 121-132 (1994).
  55. Kesar, T. M., Stinear, J. W., Wolf, S. L. The use of transcranial magnetic stimulation to evaluate cortical excitability of lower limb musculature: Challenges and opportunities. Restorative Neurology and Neuroscience. 36, (3), 333-348 (2018).
  56. Lefaucheur, J. P. Why image-guided navigation becomes essential in the practice of transcranial magnetic stimulation. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 40, (1), 1-5 (2010).
  57. Sparing, R., Hesse, M. D., Fink, G. R. Neuronavigation for transcranial magnetic stimulation (TMS): where we are and where we are going. Cortex. 46, (1), 118-120 (2010).
  58. Sparing, R., Buelte, D., Meister, I. G., Pauš, T., Fink, G. R. Transcranial magnetic stimulation and the challenge of coil placement: a comparison of conventional and stereotaxic neuronavigational strategies. Human Brain Mapping. 29, (1), 82-96 (2008).
  59. Gugino, L. D., et al. Transcranial magnetic stimulation coregistered with MRI: a comparison of a guided versus blind stimulation technique and its effect on evoked compound muscle action potentials. Clinical Neurophysiology. 112, (10), 1781-1792 (2001).
  60. Jung, N. H., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation does not decrease the variability of motor-evoked potentials. Brain Stimulation. 3, (2), 87-94 (2010).
  61. Terao, Y., Ugawa, Y. Basic mechanisms of TMS. J Clin Neurophysiol. 19, (4), 322-343 (2002).
  62. Madhavan, S., Rogers, L. M., Stinear, J. W. A paradox: after stroke, the non-lesioned lower limb motor cortex may be maladaptive. European Journal of Neuroscience. 32, (6), 1032-1039 (2010).
  63. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. Journal of Physiology. 471, 501-519 (1993).
  64. Ziemann, U. Intracortical inhibition and facilitation in the conventional paired TMS paradigm. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 51, 127-136 (1999).
  65. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. The number of stimuli required to reliably assess corticomotor excitability and primary motor cortical representations using transcranial magnetic stimulation (TMS): a systematic review and meta-analysis. Systematic Reviews. 6, (1), 48 (2017).
  66. Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 320, 205-209 (2016).
  67. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. Determining the Optimal Number of Stimuli per Cranial Site during Transcranial Magnetic Stimulation Mapping. Neuroscience Journal. 2017, 6328569 (2017).
  68. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123, (5), 858-882 (2012).
  69. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 91, (2), 79-92 (1994).
  70. Rothwell, J. C., et al. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 97-103 (1999).
  71. Silbert, B. I., Patterson, H. I., Pevcic, D. D., Windnagel, K. A., Thickbroom, G. W. A comparison of relative-frequency and threshold-hunting methods to determine stimulus intensity in transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 124, (4), 708-712 (2013).
  72. Obata, H., Sekiguchi, H., Nakazawa, K., Ohtsuki, T. Enhanced excitability of the corticospinal pathway of the ankle extensor and flexor muscles during standing in humans. Experimental Brain Research. 197, (3), 207-213 (2009).
  73. Tokuno, C. D., Taube, W., Cresswell, A. G. An enhanced level of motor cortical excitability during the control of human standing. Acta Physiological (Oxf). 195, (3), 385-395 (2009).
  74. Obata, H., Sekiguchi, H., Ohtsuki, T., Nakazawa, K. Posture-related modulation of cortical excitability in the tibialis anterior muscle in humans. Brain Research. 1577, 29-35 (2014).
  75. Remaud, A., Bilodeau, M., Tremblay, F. Age and Muscle-Dependent Variations in Corticospinal Excitability during Standing Tasks. PLoS ONE. 9, (10), e110004 (2014).
  76. Baudry, S., Collignon, S., Duchateau, J. Influence of age and posture on spinal and corticospinal excitability. Experimental Gerontology. 69, 62-69 (2015).
  77. Petersen, N. T., et al. Suppression of EMG activity by transcranial magnetic stimulation in human subjects during walking. Journal of Physiology. 537, (Pt 2), 651-656 (2001).
  78. Schubert, M., Curt, A., Jensen, L., Dietz, V. Corticospinal input in human gait: modulation of magnetically evoked motor responses. Experimental Brain Research. 115, (2), 234-246 (1997).
  79. Schubert, M., Curt, A., Colombo, G., Berger, W., Dietz, V. Voluntary control of human gait: conditioning of magnetically evoked motor responses in a precision stepping task. Experimental Brain Research. 126, (4), 583-588 (1999).
  80. Ngomo, S., Leonard, G., Moffet, H., Mercier, C. Comparison of transcranial magnetic stimulation measures obtained at rest and under active conditions and their reliability. Journal of Neuroscience Methods. 205, (1), 65-71 (2012).
  81. Niskanen, E., et al. Group-level variations in motor representation areas of thenar and anterior tibial muscles: Navigated Transcranial Magnetic Stimulation Study. Human Brain Mapping. 31, (8), 1272-1280 (2010).
  82. Thordstein, M., Saar, K., Pegenius, G., Elam, M. Individual effects of varying stimulation intensity and response criteria on area of activation for different muscles in humans. A study using navigated transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 6, (1), 49-53 (2013).
  83. Vaalto, S., et al. Long-term plasticity may be manifested as reduction or expansion of cortical representations of actively used muscles in motor skill specialists. Neuroreport. 24, (11), 596-600 (2013).
  84. Forster, M. T., Limbart, M., Seifert, V., Senft, C. Test-retest reliability of navigated transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Neurosurgery. 10, 55-56 (2014).
  85. Saisanen, L., et al. Non-invasive preoperative localization of primary motor cortex in epilepsy surgery by navigated transcranial magnetic stimulation. Epilepsy Research. 92, (2-3), 134-144 (2010).
Transkraniyal Manyetik stimülasyon ikili Corticospinal yolları kullanarak ayak bileği kas değerlendirilmesi navigasyon
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (144), e58944, doi:10.3791/58944 (2019).More

Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (144), e58944, doi:10.3791/58944 (2019).

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