Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Évaluation bilatérale des voies Corticospinaux les muscles de la cheville à l’aide de navigué la Stimulation magnétique transcrânienne

Published: February 19, 2019 doi: 10.3791/58944
Automatic Translation
1,2, 3,4, 2,5, 5,6, 2,5,7
1Department of Neurology, New York University School of Medicine, 2Department of Health Sciences and Research, Medical University of South Carolina, 3Department of Physical Therapy, University of Nevada Las Vegas, 4Department of Health Professions, Medical University of South Carolina, 5Ralph H. Johnson VA Medical Center, 6Department of Psychiatry, Medical University of South Carolina, 7Division of Physical Therapy, Medical University of South Carolina

Summary

Le présent protocole décrit l’évaluation simultanée et bilatérale de la réponse de corticomotor du jambier antérieur et soléaire lors de l’activation volontaire reste et tonique, à l’aide d’une stimulation magnétique transcrânienne d’impulsionnel et neuronavigation système.

Abstract

Muscles de la jambe distale recevoir des entrées neurale d’aires corticales motrices via le tractus corticospinaux, qui fait partie de la voie descendante moteur principale chez les humains et peuvent être évaluées à l’aide de stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Compte tenu du rôle des muscles des jambes distale en position verticale tâches posturales et dynamiques, comme la marche, un intérêt croissant de la recherche pour l’évaluation et la modulation du faisceau pyramidal tracts relatifs à la fonction de ces muscles est apparu dans la dernière décennie. Toutefois, les paramètres méthodologiques utilisés dans les travaux antérieurs ont varié dans toutes les études rendant l’interprétation des résultats des études transversales et longitudinales moins robustes. Par conséquent, utilisation d’un protocole standardisé de TMS spécifique à l’évaluation des mesures de corticomotor des muscles de la jambe (CMR) permettra une comparaison directe des résultats à travers des études et des cohortes. L’objectif de cet article est de présenter un protocole qui permet d’évaluer en même temps la CMR bilatérale des deux muscles antagonistes principaux de la cheville, le jambier antérieur et le soléaire, utilisant une seule impulsion TMS avec un système de neuronavigation. Le présent protocole s’applique, tandis que le muscle examiné est complètement détendu ou isométriquement contracté à un pourcentage défini de contraction volontaire isométrique maximale. À l’aide MRI structurelle de chaque sujet avec le système de neuronavigation garantit exactes et précises de positionnement de la bobine sur les représentations corticales de la jambe au cours de l’évaluation. Compte tenu de l’incompatibilité CMR dérivée des mesures, ce protocole décrit également un calcul normalisée de ces mesures en utilisant des algorithmes automatiques. Bien que ce protocole n’est pas exécutée au cours de la verticale posturales ou dynamiques des tâches, il peut être utilisé pour évaluer sur le plan bilatéral n’importe quelle paire de muscles de la jambe, antagonistes ou synergiques, chez les sujets neurologiquement intactes et ayant une déficience.

Introduction

Tibialis anterior (TA) et le soléaire (SOL) sont des muscles antagonistes cheville situés dans le compartiment antérieur et postérieur de la jambe inférieure, respectivement. Les deux muscles sont uniarticular, tandis que la fonction principale de TA et le SOL est de dorsiflexion et plantarflex l’articulation talocrural, respectivement1. En outre, TA est plus fonctionnel pour les excursions de muscle long et moins important pour la production de force, alors que le SOL est un muscle anti-gravité conçu pour générer une force élevée avec petite excursion du muscle2. Les deux muscles sont particulièrement importants au cours de la verticale de tâches posturales et dynamiques (par exemple, à pied)3,4. Au sujet de contrôle neural, les piscines de motoneurones des deux muscles reçoivent commande neuromotrice du cerveau par l’intermédiaire du moteur descendant de5,les voies6, en plus des degrés de la promenade sensorielle.

Le moteur principal décroissant de voie est le tractus corticospinal, qui provient des primaires, prémoteur et complémentaires des aires motrices et se termine dans les motoneurones spinaux piscines7,8. Chez l’homme, l’état fonctionnel de cette parcelle (réponse de corticomotor - CMR) peut être facilement évaluée à l’aide de stimulation magnétique transcrânienne (SMT), un cerveau non invasif stimulation outil9,10. Depuis l’introduction du TMS et compte tenu de leur importance fonctionnelle au cours de la tâche posturale debout et la marche, le CMR de TA et de SOL ont été évalués dans différentes cohortes et tâches11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

Contrairement à l’évaluation de la CMR dans les muscles de haut-extrémité33, aucun protocole TMS universelle n’a été établi pour l’évaluation de la CMR dans les muscles de bas-extrémité. En raison de l’absence d’un protocole établi et la grande variabilité méthodologique dans les études antérieures (p. ex., le type de bobine, utilisation de neuronavigation, niveau d’activation de tonique, test de côté et de muscle, l’utilisation et les mesures de calcul des CMR, etc.. ), l’interprétation des résultats à travers des études et cohortes peuvent être encombrant, compliqué et inexactes. Les mesures sont fonctionnellement pertinents dans diverses tâches motrices, un protocole établi de TMS spécifique pour abaisser l’évaluation CMR extrémité permettra moteurs neuroscientifiques et scientifiques de réhabilitation évaluer systématiquement la CMR dans ces muscles à travers sessions et diverses cohortes.

Par conséquent, l’objectif du présent protocole est de décrire l’évaluation bilatérale des TA et SOL CMR à l’aide de système TMS et neuronavigation impulsionnel. Contrairement aux travaux précédents, ce protocole vise à maximiser la rigueur des procédures expérimentales, d’acquisition de données et l’analyse des données en employant des facteurs méthodologiques qui optimisent la validité et la durée de l’expérience et de normaliser la CMR évaluation de ces deux muscles de membre inférieurs. Étant donné que la CMR d’un muscle dépend de si le muscle est entièrement détendu ou est partiellement activé, ce protocole décrit comment le TA et le SOL CMR peuvent être évalués lors de l’activation volontaire reste et tonique (TVA). Les sections suivantes décriront soigneusement le présent protocole. Enfin, des données représentatives seront présentées et discutées. Le protocole décrit ici est dérivé de celle de Charalambous Al 201832.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Toutes les procédures expérimentales présentées dans le présent protocole ont été approuvés par le Conseil d’examen institutionnel local et sont conformes à la déclaration d’Helsinki.

1. consentement des processus et des Questionnaires de sécurité

  1. Avant toute expérience, expliquer à chaque sujet, les buts de l’étude, les principales procédures expérimentales et des facteurs de risque potentiels associés participant à l’étude. Après avoir répondu à des questions ou des préoccupations des sujets susceptibles d’avoir, demander de reconnaître le processus de consentement et signer le formulaire de consentement éclairé des sujets.
  2. Administrer le MRI34 et TMS35 sécurité-dépistage questionnaires afin d’assurer la sécurité et qualification pour MRI et TMS stable des sujets. Exclure tous les sujets qui ne respectent pas tous les critères de sécurité de nos évaluations IRM et de TMS.

2. l’IRM et préparation du système de Neuronavigation

  1. Administrer l’évaluation MRI avant TMS évaluation32. Avoir des sujets se trouvent dans une position en décubitus dorsal avec un coussin placé sous les genoux pour s’assurer une position confortable. Instruire les sujets à garder toujours dans le scanner.
    1. Fournir des protections auditives aux sujets pour atténuer le bruit du scanner. Préférentiellement utiliser des bouchons d’oreille sur les oreilles grâce à l’utilisation de la protéine notch bilatéral supratragic d’enregistrement de l’image-objet dans le système de neuronavigation (voir 5.2).
    2. Obtenir des images haute résolution de cerveau anatomiques T-1 pondérée (exigences minimales : tranche 1 mm d’épaisseur et cerveau complet et couverture cérébelleuse), soit sous forme de fichiers NFTI ou DICOM. Veiller à ce que le nez est entièrement inclus dans les images en raison de l’utilisation du bout du sujet du nez pour l’enregistrement de l’image-objet dans le système de neuronavigation (voir 5.2).
  2. Télécharger des fichiers de MRI dans un système de neuronavigation. A enregistrer manuellement IRM de chaque sujet pour les commissures antérieures et postérieures, donc MRI du sujet peut être mappé à l’aide de l’atlas de l’Institut neurologique de Montréal.
    1. Reconstruire la peau et le cerveau complet curvilignes modèle en ajustant le cadre englobant autour du tissu du crâne et du cerveau, respectivement. Identifier les quatre repères anatomiques (bout du nez, nasion - pont du nez et supratragic encoche de l’oreille droite et gauche) en utilisant la peau modèle (voir Figure 1 a).
    2. Placer une grille rectangulaire sur la zone du cortex moteur jambe à chaque hémisphère en utilisant le cerveau reconstruit curviligne (voir Figure 1 b). Positionner la ligne centrée de la grille au centre et sur le gyrus du secteur cortical moteur jambe où les tractus corticospinaux qui innervent les jambes moteur piscines sont créés le36. Positionner la colonne médiale de la grille parallèle et adjacente à la paroi médiale de l’hémisphère ipsilatéral.
    3. Utiliser une approche axée sur le cortex dans lequel l’erreur en orientation a un effet négligeable sur le site de stimulation37 au lieu d’utiliser une approche axée sur le cuir chevelu cible dans laquelle toute erreur dans l’orientation peut altérer le site de stimulation. Utilisez cette grille pour trouver la zone réactive. Pour la cartographie moteur, utiliser des grilles plus grandes, soit en ajoutant plus de taches et/ou en augmentant la distance entre les points (par exemple, 10 mm).

3. sous réserve de préparation et Placement

  1. Mesurer les réponses électrophysiologiques par simple impulsion TMS en utilisant un total de 4 électrodes de EMG de surface. Pour la préparation et le placement des électrodes, utiliser les lignes directrices publiées38,39 et placement complet alors que le sujet est en position debout.
    1. Préparez la zone sur laquelle chacune des électrodes seraient placés en rasant et en exfoliant légèrement toute les cellules mortes de la peau et les huiles à l’aide de tampons d’alcool.
      Attention : Pour les sujets sur des anticoagulants (par exemple, les gens post-accident vasculaire cérébral), soyez prudent lors de la préparation de la peau en raison du risque potentiel d’hémorragie.
    2. Fixer les électrodes bilatéralement sur TA. Alors qu’en position debout, demander des sujets de lever leurs orteils vers le haut et ensuite placer l’électrode dans le tiers supérieur de la ligne entre la tête du péroné et de la malléole interne (c'est-à-dire, ventre de muscle immédiatement latérale de la crête tibiale).
    3. Fixer les électrodes sur le plan bilatéral sur le SOL. Alors qu’en position debout, poser le sujet à effectuer talon relance et puis placer l’électrode dans le tiers inférieur de la ligne entre le condyle fémoral et la malléole externe.
    4. Fixer l’électrode passive de référence du sol sur la rotule ou de la malléole externe. Selon l’unité d’acquisition EMG, placer l’électrode de masse unilatéralement ou bilatéralement.
  2. Test de placement des électrodes et la qualité du signal.
    1. Test placement des électrodes (p. ex., pour claire visuellement détectable EMG rafales) en demandant le sujet dorsiflexion ou plantarflex la cheville dans une position debout tout en affichant le signal EMG brut de tous les muscles testée sur un écran d’ordinateur. Dans le cas d’une électrode mal placée, enlever et le remplacer jusqu'à ce qu’il soit claire visuellement détectable EMG salves avec bruit de fond minimal. Un signal / bruit adéquat est essentiel pour détecter une réponse motrice (> 50 µV).
    2. Tester la qualité du signal (par exemple, pour le bruit de la ligne de base) en déchargeant les unités TMS pour plusieurs fois pendant que la bobine TMS est maintenue en éloigner assis et avec les muscles au repos. Vérifier que le signal de référence pour chaque canal de l’EMG est proche de zéro (c'est-à-dire, l’amplitude crête à crête doit être inférieure à 50 µV et il n’y a aucun bruit de ligne de base, tels que 50 ou 60 Hz hum de ligne électrique). Si le bruit de la ligne de base est présent dans un canal, enlever l’électrode correspondant et répéter les procédures de préparation de la peau. Si le bruit est toujours présent (c'est-à-dire, l’amplitude crête à crête > 50 µV), ajuster la position de l’électrode de référence et remplacer le gel électrolyte.
  3. Fixer toutes les électrodes à l’aide de ruban de mousse légère enveloppe pre. Tout au long de l’expérience, vérifier périodiquement pour s’assurer que les électrodes sont bien fixés et que le signal est de bonne qualité.
  4. Accueillir le sujet dans un fauteuil. Pour assurer le placement de pieds cohérente entre sujets, sûr les deux pieds en bottes (c.-à-d., orthèse de cheville pied) qui permettent à la cheville de ROM à régler à un emplacement spécifique et offrir une résistance au cours des essais de TVA de marche. Ajuster les angles de la hanche et du genou pour éviter l’inconfort de l’objet. Indiquer le sujet de garder encore tout au long de l’expérience. Utilisez un reste de front attachée à la présidence de garder des sujets encore pendant l’application de TMS, si elles sont disponibles.

4. TVA stable

  1. Déterminer sur le plan bilatéral la contraction isométrique volontaire maximale (MVIC) de chaque muscle. Pour chaque mouvement (c.-à-d., dorsiflexion et flexion plantaire), instruire les sujets au maximum contracter le muscle controlatéral examiné (p. ex., TA droite) 4 fois (contractions de ~ 5 s séparant par 60 s de repos) alors que le sujet est assis dans la posture décrites ci-dessus.
  2. Calculer la valeur de l’activité musculaire maximale pendant chaque MCIZ (c'est-à-dire, la moyenne dans une fenêtre de 100 ms centrée autour de l’EMG redressée et lissée maximale) des trois derniers essais, la moyenne des trois valeurs et les 15 ± 5 % de chaque muscle de moyenne MCIZ.
    Attention : Un % plus grande MCIZ peut être utilisé, mais il ne peut être réalisable dans les cohortes cliniques (p. ex., personnes post-accident vasculaire cérébral).

5. l’inscription dans le système de Neuronavigation

  1. Placer le tracker de sujet, soit un bandeau ou des lunettes, avec des marqueurs réfléchissants sur la tête du sujet à l’opposé de l’hémisphère stimulée si le tracker ne gêne pas le positionnement de la bobine lors de la stimulation de chaque point de grille.
    Attention : Dans le cas qu’un bandeau est utilisé, veiller à ce qu’il est serrer sur le sujet de tête, mais pas trop serré car il peut causer des maux de tête après une longue période de temps.
  2. Vérifier la bonne position de la caméra de capture de mouvement en plaçant le tracker du sujet, le pointeur et le tracker de la bobine dans son espace de volume de capture. Effectuer l’enregistrement de l’image-objet en plaçant la pointe de l’aiguille sur les 4 landmaks anatomiques (voir Figure 1 a).
  3. Une fois que tous les repères anatomiques sont échantillonnées, vérifiez si l’enregistrement est produite avec précision en plaçant la pointe de l’aiguille sur plusieurs endroits sur le crâne du sujet (p. ex., étape de validation). Si la distance entre la pointe de l’aiguille et la peau reconstruite est inférieure à 3 mm, passez à l’expérience TMS ; dans le cas contraire, répéter l’enregistrement de l’image-objet jusqu'à ce que les valeurs d’erreur désirée sont obtenues. Pendant l’expérience, répétition enregistrement si le sujet est accidentellement déplacé.

6. TMS

  1. Utilisez les mêmes paramètres méthodologiques pendant le repos et la TVA.
    1. Demander des stimuli simple impulsion sur le site optimal (i.e., le point chaud ; voir le paragraphe suivant pour plus de détails) du muscle examiné. Appliquer chaque stimulus aléatoirement chaque 5 à 10 s afin d’éviter l’anticipation de la stimulation et à minimiser les effets de report de l’impulsion précédente à l’ultérieure un40.
    2. En cas que deux unités TMS sont utilisées simultanément, définir les unités à soit le mode standard ou simultanée41. Le mode standard s’applique à une impulsion plus faible qu’une seule unité, tandis que le mode simultané s’applique une impulsion plus forte qu’une seule unité. L’utilisation d’un ou l’autre pourrait se fonder sur les besoins du protocole et le nombre total de stimuli.
    3. Utiliser une bobine double cône pour induire un courant intracrânienne posteroanterior. Si nécessaire, utilisez le système de neuronavigation pour contrôler la bobine manuellement et correcte sa position par rapport à la direction désirée stimulé spot avant chaque stimulus.
    4. À travers des sessions et des sujets, randomiser l’ordre des muscles examinés et hémisphère. Toujours administrer la condition de la TVA après l’état de repos pour éviter toute interférence avec le reste (par exemple, la fatigue des voies descendantes en raison de tests de TVA).
  2. Déterminer sur le plan bilatéral, le point chaud de deux muscles.
    1. Trouver l’intensité supraliminaires, qui sera utilisée au cours de la chasse de zone réactive, en appliquant un stimulus unique sur le spot centré à côté de la fissure interhémisphérique (voir carrés bleus et rouges dans la Figure 1 b). Utilisez cet endroit car il est situé sur le locus de la jambe zone moteur36,42.
    2. Commencer à faible intensité (p. ex., sortie de stimulateur maximale de 30 % ; MSO) et d’augmenter progressivement l’intensité TMS par incréments de 5 %, jusqu'à atteindre l’intensité qui provoque un moteur potentiel évoqué (MEP) avec une amplitude crête-à-crête supérieure à 50 µV dans tous les muscles examinés controlatérales pour 3 stimuli consécutives.
    3. Déterminer immédiatement après chaque stimulus si un député européen a été obtenu en fonction sur les premières formes d’onde et amplitude crête à crête (moteur de recherche : apparition de 20 à 60 ms post-TMS) d’abord examiné les muscles.
    4. Appliquer une impulsion TMS sur chaque point de la grille (totales 36 stimuli). Après l’achèvement du protocole point chaud, transférer les valeurs de latence et l’amplitude de chaque spot pour tout contralatéral muscles dans une amplitude de tableur et tri d’élevé à faible latence de faible à élevé. Identifier la zone réactive de TA controlatérale et de SOL comme l’emplacement dans la grille avec la plus grande amplitude et de la plus courte latence43.
      Attention : Si l’amplitude plus grande et la plus courte latence ne sont pas au même endroit, définissez la zone réactive à l’aide de la plus grande amplitude.
  3. Déterminer sur le plan bilatéral, que chaque muscle de repos seuil moteur (RMT).
    1. Sélectionnez l’endroit de la grille dans le système de neuronavigation qui correspond au point chaud du muscle examiné.
    2. Utiliser une méthode de chasse au seuil adaptative pour la détermination de la RMT des muscles examinés44. Définissez la taille initiale de l’intensité et l’étape à 45 et 6 % MSO, respectivement32. Exécutez la chasse RMT deux fois pour chaque muscle et utilisez la moyenne pour l’évaluation ultérieure de la CMR.
  4. Évaluer sur le plan bilatéral TA et SOL CMR pendant le repos.
    1. Sélectionnez l’endroit de la grille dans le système de neuronavigation qui correspond au point chaud du muscle examiné. Appliquer 10 impulsions TMS unique à 1,2 RMT du muscle examiné.
    2. Avant chaque stimulus, instruire le sujet pour rester encore et de détendre les muscles examinés sur le plan bilatéral et de surveiller l’activité de tous les muscles en utilisant un affichage d’une rétroaction visuelle en temps réel sur un écran d’ordinateur. Dans le cas où n’importe quel muscle intervient avant ou après les TMS, jeter ce procès et appliquer une seule impulsion supplémentaire. Répétez jusqu'à ce que 10 formes d’onde pour chaque muscle controlatéral examiné au repos ont été collectés.
  5. Évaluer sur le plan bilatéral la TA et le SOL CMR au cours de la TVA.
    1. Sélectionnez l’endroit de la grille dans le système de neuronavigation qui correspond au point chaud du muscle examiné.
    2. Demander des sujets à contracter le muscle examiné 15 ± 5 % MCIZ et appliquer 10 impulsions TMS unique à 1,2 RMT. Instruire les sujets pour garder la ligne mobile lissée (amplitude quadratique moyenne de 0.165 s) du muscle examiné, soit TA ou le SOL, dans les deux curseurs horizontaux (gamme MCIZ : 15 ± 5 %) et maintenir cette contraction à ce niveau pendant quelques secondes.
    3. Quand TA est le muscle examiné, demander des sujets à tirer légèrement vers le haut contre les données d’amorçage sur leur jambe controlatérale (c'est-à-dire, la jambe avec le muscle examiné controlatérale à l’hémisphère stimulée). Lorsque le SOL est le muscle examiné, demander des sujets à pousser légèrement vers le bas contre le coffre sur la jambe controlatérale.
    4. Surveiller l’activité musculaire du muscle examiné active et les muscles au repos restants à l’aide d’un retour visuel temps réel affichent sur un écran d’ordinateur. Jetez ce stimulus et appliquer de nouveau une seule impulsion supplémentaire dans le cas où l’activité du muscle examiné est soit inférieure ou supérieure à la fourchette pré-déterminée ou n’importe quel autre muscle est activé. Collecter 10 essais alors que le muscle examiné est activé à la fourchette pré-déterminée.

7. analyse de données

  1. Pour toutes les mesures CMR sauf RMT, calculer la valeur de chaque mesure de chaque balayage MEP (la durée totale doit être au moins 500 ms avec durée de stimulation préalable minimum 100 ms) pour tous les muscles et ensuite en moyenne ces 10 valeurs pour obtenir une valeur unique (par exemple signifie)32. Amplitude et période de silence corticale (CSP) sont subrogatives excitabilité du CMR, tandis que la latence est une mesure indirecte de connectivité du CMR. Pour le repos et la TVA, normaliser la latence par rapport à la hauteur de chaque sujet, comme la latence est influencée par la distance et le muscle examiné45.
  2. Calculer les MEP amplitude et la latence pendant le repos.
    1. Calculer l’amplitude (µV) de l’EMG brute comme la plus grande différence entre les crêtes positives et négatives (c.-à-d., crête à crête) du PEOA. Pour ces deux muscles en particuliers, recherchez la crête-à-crête dans une fenêtre de temps de 20 à 60 ms après l’apparition TMS.
      Attention : Bien que le moteur de recherche MEP de 20 à 60 ms peut fonctionner pour des sujets neurologiquement intactes et gens post-accident vasculaire cérébral, plus larges MEP fenêtres de recherche (p. ex., ms 20-75) peuvent être requis pour d’autres populations neurologiques (p. ex., sclérose en plaques).
    2. Calculer (ms) de latence de l’EMG redressée comme le temps entre l’apparition TMS et apparition MEP (c.-à-d. le temps quand un EMG redressée tracer d’abord franchit un seuil prédéterminé - moyenne plus trois écarts-types de l’EMG de stimulation préalable de 100 ms)32 , 46.
  3. Calculer l’amplitude MEP, la latence et CSP au cours de la TVA.
    1. Calculer l’amplitude (µV) de l’EMG brute comme la plus grande différence entre les crêtes positives et négatives (c.-à-d., crête à crête) du PEOA. Pour ces deux muscles en particuliers, recherchez la crête-à-crête dans une fenêtre de temps de 20 à 60 ms après l’apparition TMS.
    2. Calculer (ms) de latence de l’EMG redressée comme le temps entre l’apparition TMS et apparition de la MEP.
      1. Calculer l’apparition MEP différemment dans la TVA que dans le reste. Calculer l’offset et l’apparition MEP en trouvant le temps de deux points que la trace de EMG redressée franchit le seuil prédéterminé défini sur le niveau de stimulation préalable de 100 ms signifient EMG. Ensuite, trouver les sommets qui sont au moins supérieures à la moyenne de l’EMG de stimulation préalable plus trois écarts-types et entre ceux deux fois points. Ensuite, recherchez le premier sommet à 50 données points (taux d’échantillonnage de 5000Hz) avant ce pic depuis le temps que la trace de EMG redressée traverse tout d’abord le seuil de l’EMG de stimulation préalable moyenne. Définir ce moment comme l' apparition MEP32.
    3. Calculer des CSP (ms) de l’EMG redressée comme le temps entre la MEP offset et le rétablissement de l’EMG (c.-à-d., CSP absolue : exclusion de durée MEP)47. Recherches depuis le dernier sommet à 200 données points (taux d’échantillonnage de 5000Hz) après ce pic depuis le temps que la trace de EMG redressée dernière a franchi le seuil de l’EMG de stimulation préalable moyenne ; définir ce moment comme le décalage de la MEP. Puis, calculez la reprise de l’EMG de base, qui est le temps que la trace de EMG redressée traverse dernier 25 % de la moyenne avant stimulation EMG32.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Les figures 2-4 présentent des données d’un homme de 31 an, représentant neurologiquement intact avec la taille et le poids de 178 cm et 83 kg, respectivement.

La figure 2 présente les bilatérales points chauds et RMT de chaque muscle de la cheville. À l’aide de l’endroit situé sur le centre de la zone de jambe dans chaque hémisphère (voir places dans la Figure 1 b), l’intensité de 45 % MSO a été utilisé sur le plan bilatéral pour la chasse au point chaud. L’emplacement de la zone réactive pour chaque muscle différente entre les hémisphères, mais comme prévu tous les quatre points névralgiques étaient situés dans les aires corticales moteur de jambe. Cette constatation indique que TA et le SOL peuvent ne pas partager la même zone réactive ; par conséquent, CMR de chaque muscle doit être évaluée à l’aide de point chaud de chaque muscle plutôt que d’utiliser le même point chaud pour les deux muscles. RMT bilatérale a été déterminée pour chaque muscle, en utilisant une méthode de chasse au seuil adaptative. Le nombre de stimuli appliqués pour la détermination de RMT varie entre 6 et 22 stimuli. La différence entre les deux valeurs RMT de chaque muscle variait entre 1 % et 3 % MSO. En combinant ces résultats suggère qu’en utilisant une méthode de chasse au seuil adaptative peut être une approche efficace pour déterminer la RMT d’un muscle de la cheville avec une faible variabilité. En outre, toutes les équipes étaient plus faibles que le niveau d’intensité utilisé pour la chasse zone réactive (ligne pointillée sur la Figure 2). Cette constatation indique qu’à l’aide de l’endroit situé sur la zone moteur de jambe (voir places dans la Figure 1 b) pour déterminer une intensité supraliminaires « true » est réalisable.

La figure 3 présente les réponses bilatéraux de TA et de SOL lorsque le point chaud de chaque muscle est stimulé pendant le repos. Pour toutes les bilatérales points chauds stimulées, controlatérales députés ont été provoquées en TA et SOL. Toutefois, les réponses et les latences ont toujours étaient plus gros et plus court dans TA que dans le SOL, respectivement, quelle que soit les hot spot du quel muscle est stimulé. Ipsilatéral réponses étaient présents principalement dans TA et alors que la zone réactive stimulée était proximale sur fissure interhémisphérique (voir Figure: 2 a – TA hot spot, 2 b – les deux muscles point chaud). À l’inverse, les réponses ipsilateral étaient absents dans les deux muscles quand le côté stimulé était plus latéral de la fissure interhémisphérique (> 10 mm) (voir la Figure 2 a – SOL réactive).

Figure 4 présente les réponses bilatéraux de TA et le SOL lorsque le point chaud de chaque muscle est stimulé au cours de la TVA. Comme dans d’autres, députés controlatérales ont été provoquées en TA et SOL pour tous les sites de stimulation bilatérales pendant une 15 ± 5 % MCIZ. Seul le muscle examiné a été activé ; par conséquent, les trois muscles restants étaient au repos. CSP était présent uniquement dans le muscle activé examiné, TA et SOL. Comme dans le reste, TMS sur TA droite et gauche points chauds de SOL a également obtenu des réponses ipsilateral ; ces réponses étaient présents uniquement dans l’at ipsilatéral (voir la Figure 4 a,D). À l’inverse, TMS sur le SOL de droite et gauche points chauds de TA obtenue seulement controlatérales députés. Fait intéressant, les réponses tardives à SOL controlatérale était présent uniquement lorsque TA a été activé ; ces réponses étaient présents sur le plan bilatéral, ont eu lieu entre 80-100 ms post-TMS et avait de grandes amplitudes que les députés européens (voir † Figure 4 a, C). Ces réponses tardives avec la gamme 70-100 ms post-TMS ont été rapportées à être répandue dans le SOL qu’avec TA TVA (0-40 % MVIC)48,49.

De repos et de conditions de TVA étaient similaires car réponses ipsilateral ont été provoquées lorsque certains points chauds sont stimulées. La présence de réponses ipsilateral pourrait être le résultat de la stimulation d’une voie d’oligosynaptic (p. ex., les voies cortico-faisceau réticulo-spinal) ou la propagation des impulsions de courante. Une approche de distinguer les deux causes possibles consiste à calculer la différence de temps de latence entre les réponses controlatérales et ipsilatéral. Des études antérieures de TMS ont émis l’hypothèse qu’une réponse homolatérale > 3 ms de retard par rapport à la réponse controlatérale est député ipsilatéral (iMEP), et la voie potentielle pourrait être le tractus cortico-faisceau réticulo-spinal (c.-à-d., oligosynaptic voie )50,51,52,53,54. À l’inverse, toute réponse ipsilatéral avec un délai plus court pourrait être le résultat de courant d’impulsion ; Cependant, une telle réponse ne doit pas être un plan intégré. Pendant le repos, réponses ipsilateral avaient latences semblables comme des réponses controlatérales (voir la Figure 3 a, C et D). Donc, ces réponses n’étaient probablement pas exercent, mais elles étaient probables provoquées en raison de la propagation des impulsions de courant appliqué adjacentes sur la fissure interhémisphérique. Lorsque la TA droite et la gauche de SOL ont été activés au cours de la TVA, réponses ipsilateral ont été provoquées uniquement dans l’at et ont été retardés par > 3 ms par rapport à la réponse controlatérale (voir la Figure 4 a, D). Ces réactions pourraient être exercent, ce qui peut indiquer une stimulation des voies cortico-faisceau réticulo-spinal. En résumé, les réponses ipsilateral sont communs lorsque la zone moteur de jambe est stimulée55; Donc, attention il faut lorsque ces réponses sont interprétées comme exercent.

Figure 1
Figure 1 : reconstruit des modèles de peau et curviligne du cerveau. (A) un modèle de peau avec quatre repères anatomiques (pointe de l’encoche nez nasion et supratragic de l’oreille droite et gauche) sert à calculer l’enregistrement de l’image-objet lors de l’évaluation en plaçant la pointe d’un pointeur sur chaque point de repère. (B) une grille rectangulaire de 4 x 9 placé sur le plan bilatéral sur la jambe moteur zone corticale. Carrés indiquent les endroits utilisés pour déterminer l’intensité de supraliminaires utilisée pour la chasse au point chaud. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : TA bilatéraux et les points chauds de SOL et les RMT. Dans les deux hémisphères, l’astérisque désigne la zone réactive de chaque muscle. Bar parcelles présentes la RMT moyenne des deux évaluations (cercle blanc ouvert) pour chaque muscle, tandis que les valeurs inférieures à chaque cercle désignent le nombre de stimuli appliquée pour déterminer la RMT en utilisant une méthode de chasse au seuil adaptative. La ligne pointillée indique le niveau d’intensité utilisé pour la chasse au point chaud (45 % MSO). (A) des points chauds et équipes du SOL tandis que TMS a été appliqué sur l’hémisphère gauche et TA droite/controlatérale. TA point chaud était au-dessus de la zone moteur jambe et proximal sur la fissure interhémisphérique tandis que SOL réactive était latéral de 10 mm à TA zone réactive. Le nombre de stimuli utilisés pour déterminer TA et SOL RMT variait de 6-21 et 9-11, respectivement. Points chauds et les équipes du SOL tandis que TMS a été appliqué sur l’hémisphère droit et TA gauche/controlatérale (B) . Comme dans l’hémisphère gauche, TA zone réactive était au-dessus de la zone moteur jambe et proximal sur la fissure interhémisphérique. Point chaud SOL était de 7,1 mm postéro-latérale à TA zone réactive. Le nombre de stimuli utilisés pour déterminer TA et SOL RMT était dans les gammes 10-22 et 10 et 11, respectivement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : TA bilatérale et une évaluation de SOL CMR - reposer. Pour la stimulation de chaque zone réactive, l’EMG de la TA au repos bilatéraux et de SOL ont été prélevés est présenté selon la forme d’onde moyenne de chaque muscle (durée totale ms 500 ; 100 ms pre-TMS). √ les symboles X indiquent que MEP était soit présent (> 50 µV) ou absentes (≤ 50 µV), respectivement. En cas de présence de députés européens, les valeurs de l’amplitude crête à crête (µV) et la latence (ms) sont présentés. (A) la Stimulation de la zone réactive TA droite/controlatérale sur l’hémisphère gauche. Les députés ont été provoquées dans les deux muscles de la cheville droite/controlatéral, avec TA droite ayant la plus grande amplitude et une latence plus courte que bon SOL. Étant donné que la zone réactive stimulée est situé par la fissure interhémisphérique et proximale à la zone du moteur jambe sur l’hémisphère gauche, député européen sur les muscles de la cheville gauche/ipsilatérale a également été stimulé (TA seulement). (B) la Stimulation de la droite/controlatérale SOL hot spot sur l’hémisphère gauche. Les députés ont été provoquées uniquement sur les muscles de la cheville droite/controlatérale ; Cependant, TA eu plus grande amplitude MEP et plus courte latence que sol (C) la Stimulation de la gauche/controlatérale de TA zone réactive sur l’hémisphère droit. Les députés ont été provoquées dans les deux muscles de la cheville gauche/controlatéral et ipsilatéral/droit avec les deux TA ayant la plus grande MEP amplitudes et latences plus courts que les deux SOL. Ce déclenchement de MEP bilatéral est principalement en raison de l’emplacement de la zone réactive stimulée et l’intensité de supraliminaires. (D) la Stimulation de la gauche/controlatérale SOL hot spot sur l’hémisphère droit. Les députés ont été provoquées dans les muscles de la cheville gauche/controlatérale et TA droite/ipsilatéral. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : TA bilatéral et évaluation SOL CMR - TVA. Pour la stimulation de chaque zone réactive, l’EMG des bilatérales TA et SOL ont été prélevés, tandis que le muscle controlatéral examiné a été activé à 15 ± 5 % MCIZ. La forme d’onde moyenne de chaque muscle est présenté (durée totale ms 500 ; 100 ms pre-TMS). √ les symboles X indiquent que MEP était soit présent (> 50 µV) ou absentes (≤ 50 µV), respectivement. En cas de présence de députés européens, les valeurs de l’amplitude crête à crête (µV), la latence (ms) et CSP (ms) sont présentés. (A) la Stimulation de la zone réactive TA droite/controlatérale sur l’hémisphère gauche. MEP TA droit a été suivie par le CSP. MEP a été obtenue en controlatéral/droite SOL à qui une réponse tardive (†) était également obtenue (amplitude : 563 µV ; latence : ms 82,8). MEP a été également obtenue à gauche/ipsilatéral TA, dont latence est retardé par 5,2 ms par rapport à la droite/controlatérale de TA latence. (B) la Stimulation de la droite/controlatérale SOL hot spot sur l’hémisphère gauche. Droit/controlatérale SOL MEP a été suivie par le CSP, et MEP a été obtenue aussi en controlatéral/droite TA. Aucune gauche/ipsilatéral députés ont été provoquées. (C) la Stimulation de la zone réactive TA gauche/controlatérale sur l’hémisphère droit. MEP TA gauche a été suivie par le CSP. MEP a été obtenue en SOL gauche/controlatérale à qui une réponse tardive (†) était également obtenue (amplitude : 465 µV ; latence : 96,3 ms). Aucun des députés ont été provoquées dans les muscles droit/ipsilatéral. (D) la Stimulation de la gauche/controlatérale SOL hot spot sur l’hémisphère droit. MEP SOL gauche a été suivie par le CSP. Les députés ont été provoquées en SOL gauche/controlatérale et droit/ipsilatéral TA, dont latence est retardé par 4,7 ms par rapport à la gauche/controlatérale de TA latence. Aucun député européen a été obtenue en droit/ipsilatéral sol s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Étant donné l’intérêt émergent dans comment le cortex moteur contribue au contrôle moteur des muscles des jambes au cours de tâches dynamiques dans différentes cohortes, un protocole standardisé de TMS qui décrit l’évaluation approfondie de ces muscles est nécessaire. Donc, pour la première fois, le présent protocole prévoit des procédures méthodologiques normalisés sur évaluation bilatérale des deux muscles antagonistes cheville, SOL et TA, au cours de deux États de muscle (repos et TVA) en utilisant une seule impulsion TMS avec neuronavigation.

Les résultats décrits dans la section résultats représentatifs souligne plusieurs étapes cruciales qui doivent être considérés. Tout d’abord, les CMR évaluation de ces muscles, mais aussi les autres muscles de la jambe, doit être effectuée à l’aide d’un système de neuronavigation dans lequel MRI de chaque sujet doit être utilisé et point chaud de chaque muscle doit être déterminée. Neuronavigation peut guider la stimulation TMS précise sur la zone cible du moteur, et lorsque MRI du sujet est utilisé, la zone cible du moteur peut être stimulé avec précision56,57. Les travaux précédents a examiné les effets de l’utilisation de neuronavigation pendant une évaluation de TMS du membre supérieur muscles58,,du5960; les résultats de ces études ont été mélangés. Pourtant, aucune étude n’a examiné cet effet pour un muscle inférieur de l’extrémité. Étant donné l’emplacement des zones corticales moteurs de TA et de SOL (c.-à-d.,adjacente à la fissure interhémisphérique à environ 3-4 cm sous la surface du cuir chevelu)36,42,61, à la chasse pour le « vrai » chaud spot de chaque muscle à l’aide d’une grille placée sur l’anatomie de chaque sujet augmente la probabilité d’obtenir facilement une MEP dans chaque muscle, en particulier dans le sol en utilisant le même protocole présenté ici, nous avons récemment démontré que les députés ont été provoquées avec succès dans les deux TA et SOL dans presque tous les sujets (N = 21)32. La deuxième étape critique est l’évaluation bilatérale de chaque muscle. Contrairement aux aires motrices d’extrémité supérieure, les aires motrices de deux jambes sont adjacents les uns aux autres, et lorsqu’une impulsion est appliquée sur une zone de la zone inverse peut être stimulée en raison de la propagation actuelle. Par conséquent, toute réponse ipsilateral dans chaque muscle peut indiquer la présence de l' iMEP (indicateur potentiel de voie cortico-faisceau réticulo-spinal)50 ou juste une stimulation directe de la zone de moteur de la jambe opposée. Dans le passé, ipsilatéral réponses TA ont été signalés, mais le site stimulé reposait sur un repère anatomique (10 à 15 mm postérieur et latéral à vertex)62. Utilisant ce protocole, la zone réactive de chaque muscle peut être déterminée séparément et selon l’emplacement de la zone réactive réponses controlatérales ou bilatérales peuvent être déclenchés (voir Figure 3 et Figure 4). Si la réponse bilatérale est le résultat de descendre plusieurs voies ou juste une stimulation d’une voie unique exige l’enquête.

Le présent protocole peut être modifié selon la conception de la recherche. Alors que la seule impulsion de TMS est utilisée dans le présent protocole, jumelé à impulsion (impulsion d’essai est précédée par impulsion de conditionnement)63,64 peut également servir à évaluer les réseaux intracorticales de ces muscles deux cheville. De même, après le point chaud et la détermination de la RMT de chaque muscle, bilatérales courbes d’entrée-sortie de chacun des muscles peuvent être acquises afin d’évaluer la relation entre l’intensité (entrée) de la TMS et l’amplitude de la MEP (sortie). Pour évaluer la CMR de chaque muscle, 10 stimuli sont appliqués sur chaque zone réactive pendant le repos et la TVA, mais des rapports récents ont suggéré que des stimuli plus de 10 devraient servir à évaluer de façon fiable la CMR un muscle65,66. De même, plus d’un stimulus par spot peuvent être appliqués pendant la chasse au point chaud (par exemple, 2-5 stimulations/spot) par rapport à un stimulus unique par endroit utilisé dans le présent protocole. En appliquant plusieurs relance par endroit, la zone réactive de chaque muscle pourrait trancher plus sûrement. Une étude récente a suggéré que, aussi peu que deux stimuli par endroit pourraient suffire pour point chaud détermination67. En outre, la méthode de chasse au seuil adaptative par rapport à la méthode de chasse seuil plus largement utilisé, la fréquence relative méthode68, qui repose sur le Rossini-Rothwell critère69,70, est utilisée dans le présent protocole. Bien que la méthode de chasse au seuil adaptative est plus efficace (c'est-à-dire, que des stimuli moins sont nécessaires pour déterminer la RMT) que la méthode de la fréquence relative, les deux méthodes partagent semblable précision71. Il est important de se rappeler que toutes les modifications susmentionnées augmente le nombre total de stimuli appliqués. Enfin, le protocole actuel utilisé le critère de l’amplitude de crête à crête inférieure à 50 µV à évaluer pour le bruit de la ligne de base et pour le « vrai » état de repos. Jeter n’importe quel signal EMG supérieure à 10 µV (moyenne quadratique calculée à plus de 100 ms) est une autre approche.

Ce protocole a quelques considérations méthodologiques. Tout d’abord, l’évaluation de ces deux muscles est en position assise, soit au repos ou à TVA. Tel que mentionné précédemment, TA et SOL sont une importance cruciale au cours de tâches posturales debout et la marche. Bien que des études antérieures ont examiné TA et SOL CMR lors de tâches posturales verticale14,72,73,74,75,76 et marche20, 22 , 77 , 78 , 79, l’évaluation était unilatérale, et TMS n’est guidé que par neuronavigation. Par conséquent, même si le présent protocole n’est pas utilisé au cours de ces tâches, il peut encore fournir une fenêtre non invasif sur le lecteur corticale de ces muscles deux cheville. En second lieu, le seuil moteur actif (AMT) n’a pas été déterminé parce qu’il n’y a pas une méthodologie bien établie pour cette mesure. Étant donné que AMT est en corrélation avec et est inférieur de RMT (~ 82 %)80, MEP peut être déclenché au cours de la TVA, même lorsque vous utilisez une intensité supraliminaires du RMT. En troisième lieu, utilisation de l’IRM structurelle de chaque sujet avec le système de neuronavigation peut-être pas réalisable dans tous les milieux en raison du coût élevé de l’obtention de l’IRM et le système de neuronavigation. Cependant, certains systèmes de neuronavigation, y compris celle utilisée dans le présent protocole, peut être utilisé sans IRM du sujet ; mais une IRM moyenne est utilisée. Dans ce cas, la bobine peut être encore précisément positionnée sur le site stimulé.

Alors que les travaux précédents a examiné TA et SOL CMR au cours de différentes tâches dans différentes cohortes, aucune étude a utilisé un protocole normalisé qui a examiné ces deux muscles neuronavigation bilatéralement avec MRI de chaque sujet. Utilisation de l’IRM structurelle de chaque sujet, combiné avec un système de neuronavigation favorise l’exactitude et la précision de la stimulation des représentations corticales moteurs des deux muscles. C’est d’une importance cruciale pour les aires corticales motrices jambe. En outre, étant donné que la CMR d’un muscle dépend de si le muscle est entièrement détendu ou est partiellement activé, ce protocole décrit comment le TA et le SOL CMR peuvent être évalués pendant le repos et la TVA. En outre, chaque hémisphère est stimulée tandis que la CMR bilatérale de chaque muscle est évaluée en même temps. En outre, plutôt que d’utiliser la même zone réactive pour évaluer CMR d’un seul muscle, point chaud de chaque muscle est déterminée à l’aide d’une grille standardisée, qui a été posée sur la représentation corticale de la jambe et se définit comme l’endroit avec la plus grande amplitude et plus courte latence43. Bien que la méthode de la fréquence relative est largement utilisée pour mesurer le seuil de moteur d’un muscle68, ce protocole utilise une méthode de chasse au seuil adaptative pour réduire la durée expérimentale et le nombre total de stimuli appliqués par session44. Enfin, pour réduire la durée de l’analyse de données et de standardiser le calcul des mesures des CMR, une méthodologie d’analyse automatisée des données est utilisée.

Les études futures peuvent utiliser ce protocole pour élucider plus loin le contrôle cortical de TA et de SOL dans les cohortes neurologiquement intactes et ayant une déficience. Une telle application du présent protocole est la cartographie de ces deux muscles. Bien que quelques études ont examiné la zone corticale moteur de TA81,82,83,84, une seule étude a signalé la zone corticale moteur du SOL d’un seul patient avec dysplasie corticale focale85. Une caractéristique commune qui partagent toutes ces études est l’utilisation du même système TMS neuronavigated, qui est différent du système utilisé dans le présent protocole. Cependant, ce système est extrêmement coûteux, et il se trouve généralement dans les milieux cliniques, les hôpitaux. En modifiant le présent protocole, les futures études peuvent systématiquement étudier et établir les données normatives des mesures cartographie corticale pour TA et SOL chez les adultes neurologiquement intactes. Ces conclusions établira quelles mesures de cartographie moteur devraient servir à quantifier précisément les représentations moteurs de chaque muscle. Une autre application potentielle du présent protocole est l’évaluation de ces deux muscles avant et après une chirurgie ou une intervention (p. ex., comportementale : exercer ; neurophysiologiques : TMS répétitive, stimulation transcrânienne courant continu - STD) et au cours de la période de récupération dans les cohortes de sportifs ou cliniques. Cela permettra aux scientifiques de réadaptation afin de déterminer comment une chirurgie ou une intervention peut modifier le lecteur cortical de ces deux muscles.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs remercient Dr Jesse C. Dean pour aider avec le développement méthodologique et de rétroaction sur l’ébauche du manuscrit. Ce travail a été soutenu par un RR de Award-2 de développement de carrière VA & D N0787-W (MGB), Institutional Development Award de la National Institute of General Medical Sciences des NIH sous le numéro de licence P20-GM109040 (SAK) et P2CHD086844 (SAK). Le contenu ne représente pas les vues du ministère des anciens combattants ou le gouvernement des États-Unis.

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).

Tags

Neurosciences numéro 144 stimulation magnétique transcrânienne tractus corticospinaux jambier antérieur muscle soléaire activation volontaire tonique neurophysiologie corticomotor réponse cerveau neuronavigation
Évaluation bilatérale des voies Corticospinaux les muscles de la cheville à l’aide de navigué la Stimulation magnétique transcrânienne
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Charalambous, C. C., Liang, J. N.,… 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