Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

הערכה דו-צדדית של המסלולים Corticospinal של שרירי הקרסול באמצעות מנווט גירוי מגנטי טראנס

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

בפרוטוקול הנוכחי מתאר את ההערכה, דו צדדיים בו זמנית של תגובת corticomotor השוקתי הקדמי של הסוליה במהלך ההפעלה מרצון טוניק ומנוחה באמצעות גירוי מגנטי טראנס דופק אחת neuronavigation מערכת.

Abstract

שרירי הרגליים דיסטלי לקבל קלט עצבי מאזורים בקליפת המוח המוטורית באמצעות מערכת corticospinal, שהיא אחת של הנתיב הראשי יורד מוטוריים אצל בני אדם, יכול להיות מוערך באמצעות גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם). עניין הולך וגובר מחקר הערכה, אפנון של ספינלי corticospinal יחסית תפקוד השרירים האלה נתנו את התפקיד של שרירי הרגליים דיסטלי במשימות זקופה בתנוחה ודינאמיים, כגון הליכה, התפתחה בעשור האחרון. עם זאת, מתודולוגי הפרמטרים המשמשים העבודות הקודמות יש מגוון מעבר ללימודי מכינה את הפרשנות של התוצאות ממחקרים חתך הרוחב, האורך פחות חזקים. לכן, השימוש פרוטוקול TMS מתוקננת ספיציפית ההערכה של תגובה corticomotor של שרירי הרגליים (CMR) יאפשר לשם השוואה ישירה של תוצאות מחקרים, גדודים. מטרת מאמר זה היא להציג פרוטוקול המספק את הגמישות להעריך בו זמנית של CMR דו צדדיים של שני הקרסול הראשי אויבת השרירים השוקתי הקדמי של הסוליה, להשתמש יחיד הדופק TMS עם מערכת neuronavigation. בפרוטוקול הנוכחי הוא ישים בזמן לשריר שנבדקו לגמרי רגוע או מתכווץ isometrically-אחוז מוגדר של מרבית התכווצות מרצון איזומטרי. באמצעות MRI מבנית של כל נושא עם מערכת neuronavigation מבטיחה ומדויקים הצבת סליל על ייצוגים בקליפת המוח הרגל במהלך ההערכה. בהתחשב את חוסר העקביות CMR נגזר אמצעים, פרוטוקול זה מתאר גם חישוב מתוקננת של אמצעים אלה באמצעות אלגוריתמים אוטומטית. על פי פרוטוקול זה לא התנהלה במהלך משימות דינאמי או בתנוחה זקופה, זה יכול לשמש כדי להעריך באופן דו-צדדי כל זוג שרירי הרגליים, אויבת או סינרגטי, במקצועות נוירולוגית תקין וגם לקוי.

Introduction

השוקתי הקדמי (TA) הסוליה (SOL) הממוקם בתא הקדמי, האחורי של הרגל התחתונה, בהתאמה השרירים אויבת של הקרסול בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. שני השרירים הם uniarticular, בעוד היא הפונקציה העיקרית של ת א וב -SOL dorsiflex plantarflex המפרק talocrural, בהתאמה1. יתר על כן, ת א היא יותר פונקציונלי לטיולים שרירים ארוכים ולא פחות חשוב לייצור כוח, בעוד סול היא שרירים-המשיכה שמטרתו ליצור כוח גבוהה עם טיול קטן של שריר2. שני השרירים הרלוונטיים במיוחד במהלך משימות וחוסר דינמי זקוף (למשל, הליכה)3,4. לגבי שליטה עצבית, הבריכות motorneuron של שני השרירים מקבלים נסיעה עצבית מהמוח באמצעות המנוע יורד מסלולים5,6, בנוסף בדרגות שונות של נסיעה חושית.

המנוע העיקרי יורד השביל היא מערכת corticospinal, אשר מקורו של האזורים המוטוריים העיקריים, premotor, משלים, מסתיימת ב-7,בריכות8motorneuron בעמוד השדרה. בבני אדם, למצב התפקודי של עלון זה (תגובה corticomotor - CMR) יכולה להיות מידה העריכו בעזרת גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם),9,10כלי גירוי המוח לא פולשנית. מאז כניסתה של TMS ונתן את משמעותם תפקודית במהלך פעילות בתנוחה זקופה והליכה, CMR של TA ולסול היה להעריך שונות גדודים ומשימות11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

בניגוד להערכת CMR ב השרירים העליונה-הגפיים33, אין פרוטוקול TMS אוניברסלי הוקם להערכה של CMR בשרירי הגפיים התחתונה. בגלל העדר פרוטוקול מבוסס ולשינויים מתודולוגי גדול מעבר מחקרים קודמים (לדוגמה, סוג סליל, השימוש neuronavigation, ברמה של טוניק הפעלת בדיקות צד, שריר, להשתמש, חישוב של CMR מודד, ועוד. ), הפרשנות של תוצאות מעבר ללימודי, גדודים יכול להיות מסורבל, מסובך, לא מדויק. כמו הצעדים הרלוונטיים פונקציונלית במשימות מוטוריות שונות, פרוטוקול TMS מבוסס ספציפי להורדת הערכה CMR הגפיים יאפשר מדעני מוח מוטוריים ומדענים שיקום להעריך באופן שיטתי של CMR שרירים אלה על פני הפעלות, גדודים שונים.

לכן, המטרה של פרוטוקול זה היא לתאר את ההערכה דו צדדיים של ת א, סול CMR באמצעות TMS דופק אחת ומערכת neuronavigation. בניגוד העבודות הקודמות, פרוטוקול זה נועד למקסם את הקשיחות של נהלים ניסיוני, חדרי קירור והקפאה, ניתוח נתונים על ידי העסקת גורמים מתודולוגי הממטבות את תוקפו ואת משך הניסוי, לתקנן את CMR הערכה של שרירי הגפיים התחתון שני אלה. בהתחשב בכך CMR של שריר תלוי אם השריר הוא רגוע לחלוטין או חלקית מופעלת, פרוטוקול זה מתאר איך TA של סול CMR יכול להידרש במהלך ההפעלה מרצון, השאר עם טוניק (מס ערך מוסף). הסעיפים הבאים יתאר באופן יסודי את הפרוטוקול הנוכחי. לבסוף, נציג נתונים להיות הציג ודן. הפרוטוקול המתואר כאן נגזרת זה ב. ואח 2018 Charalambous32.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים ניסיוני הוצג פרוטוקול זה אושרו על ידי ועדת הבדיקה מוסדיים מקומיים, בהתאם הצהרת הלסינקי.

1. הסכמה תהליך ושאלונים בטיחות

  1. לפני כל ניסוי, להסביר לכל נושא את aim(s) של המחקר, ניסיוני התהליכים המרכזיים בכל גורמי סיכון פוטנציאליים הקשורים עם המשתתפים במחקר. לאחר עונה על שאלות או חששות שיש נושאים, מבקשים נושאים כדי לאשר את קבלת התהליך הסכמתך יחתמו על טופס הסכמה מדעת.
  2. לנהל MRI34 ושאלונים TMS35 ההקרנה-בטיחות כדי להבטיח הכשרה MRI וגם TMS בדיקות ובטיחות של הנבדקים. הכללת כל הנושאים אשר לא עומדים בקריטריונים כל הבטיחות של הערכות הן MRI ו TMS.

2. MRI ו הכנה של מערכת Neuronavigation

  1. לנהל את ההערכה MRI לפני הערכת TMS32. יש נושאים לשכב במצב פרקדן עם כרית תחת ברכיהם כדי להבטיח תנוחה נוחה. להורות נושאים לשמור עדיין על הסורק.
    1. לספק הגנה האוזן הנושאים כדי להחליש את רעש חזק של הסורק. מעדיפים להשתמש אטמי אוזניים באוזן מצמדים עקב השימוש supratragic דו-צדדיים חריץ עבור תמונת-נושא הרישום במערכת neuronavigation (ראה 5.2).
    2. להשיג תמונות ברזולוציה גבוהה של המוח אנטומי T-1 משוקלל (דרישות מינימום: 1 מ מ עובי הפרוסה, המוח מלא וכיסוי אסטרוציטומה), גם כקבצי NFTI או DICOM. להבטיח האף הזה נכלל באופן מלא של תמונות עקב השימוש של הנבדק קצה האף עבור תמונת-נושא הרישום במערכת neuronavigation (ראה 5.2).
  2. להעלות קבצים MRI לתוך מערכת neuronavigation. שותף לרשום באופן ידני MRI של כל נושא כדי commissures anterior ואת אחורי, אז MRI של הנושא יכול להיות ממופה באמצעות בהרי האטלס מונטריאול נוירולוגיות המכון.
    1. לשחזר את העור ואת המוח לאכסדרות מלא דגם על-ידי התאמת התיבה התוחמת סביב הרקמה הגולגולת והמוח, בהתאמה. לזהות ארבעה אתרים אנטומיים (קצה האף, nasion - גשר של האף, וכן supratragic דרגה של האוזן שמאלה וימינה) באמצעות העור דגם (ראה איור 1 א').
    2. להציב רשת מלבנית מעל הרגל באזור קורטיקליים מוטוריים-האונה כל באמצעות המוח לאכסדרות המשוחזרת (ראה איור 1B). מקם את השורה ממורכז של הרשת במרכז, על פני הפיתול של הרגל באזור קורטיקליים איפה ספינלי corticospinal זה innervate רגל מנוע בריכות מקורם36. מקם את העמודה המדיאלי של הרשת במקביל ובצמוד לקיר המדיאלי של ההמיספרה חולשת.
    3. להשתמש בגישה מבוססת-קליפת בו שגיאה לרוחב השפעה זניחה על האתר גירוי37 במקום להשתמש בגישה מבוססת על הקרקפת היעד שבו כל שגיאה לרוחב יכול לשנות את האתר גירוי. השתמש רשת זו כדי למצוא את הנקודה החמה. למיפוי מוטוריים, להשתמש רשתות גדולות יותר גם על ידי הוספת נקודות יותר ו/או הגדלת המרחק בין נקודות (למשל, 10 מ מ).

3. נושא ההכנה והשמה

  1. למדוד את התגובות אלקטרופיזיולוגיות על ידי יחיד הדופק TMS באמצעות סך של 4 אלקטרודות שטח של EMG. על ההכנה ועל מיקום האלקטרודות, השתמש הנחיות שפורסמו38,39 והמיקום מלאה בעוד הנושא נמצא בתנוחת עמידה.
    1. הכינו את האזור שבו כל אלקטרודה להציב על ידי גילוח בקלילות פילינג בכל תאי עור מתים ושמנים באמצעות מטליות אלכוהול.
      התראה: לנושאים מדללי דם (למשל, אנשים שלאחר שבץ מוחי), יש לנקוט זהירות בעת הכנת העור בשל הסיכון הפוטנציאלי של דימום.
    2. צרף אלקטרודות דו צדדיים על ת א. בזמן עמידה, שאלו נושאים כדי להרים את הבהונות שלהם כלפי מעלה ולאחר מכן מקם האלקטרודה בשליש העליון של הקו בין ראש השוקית הקרסולית האמצעית (קרי, שריר הבטן לרוחב מיד הסמל הטיביאלי).
    3. צרף אלקטרודות דו צדדיים על סול. בזמן עמידה, לשאול את הנושא כדי לבצע העלאה העקב ולאחר מכן מקם האלקטרודה-השליש התחתון של הקו בין בעצם הירך לרוחב בוודאי.
    4. לצרף את הקרקע התייחסות פסיבית אלקטרודה או על עצם הפיקה או בוודאי. בהתאם יחידת רכישה EMG, מקם האלקטרודות הקרקע באופן חד צדדי או דו צדדיים.
  2. בדיקת מיקום האלקטרודות ואיכות של האות.
    1. מבחן השמה האלקטרודות (למשל, על התפרצויות EMG לזיהוי ברור מבחינה ויזואלית) על ידי מבקש את הנושא dorsiflex או plantarflex הקרסול בתנוחה זקופה תוך הצגת האות EMG raw של כל השרירים נבדק על מסך המחשב. במקרה אלקטרודה במקומה, להסיר ולהחליף אותו עד שיש התפרצויות EMG לזיהוי חזותי ברור עם רעשי רקע מינימלי. אות מספקת יחס הרעש חיוני באיתור תגובה מוטורית (> 50 µV).
    2. מבחן איכות האות (למשל, לרעשים בסיסית) על ידי מתרוקנת את יחידות TMS כמה פעמים בזמן הסליל TMS מוחזק הרחק הנושא ישובים, עם השרירים במנוחה. בדוק כי האות הבסיסית לכל ערוץ EMG היא קרובה לאפס (קרי, משרעת השיא אל שיא צריך להיות פחות מ- 50 µV ו אין רעש בסיסית, כמו 50-60 של לזמזם שורה של הרץ כוח). אם הרעש בסיסית בערוץ, להסיר את האלקטרודה המתאימים וחזור על ההליכים הכנת העור. אם הרעש קיים עדיין (קרי, משרעת השיא אל שיא > 50 µV), להתאים את המיקום של האלקטרודה הפניה ולהחליף את הג'ל אלקטרוליט.
  3. לאבטח כל אלקטרודות באמצעות הקלטת גלישת קדם קצף בהיר. מעת לעת לאורך כל הניסוי, בדוק כדי לוודא כי אלקטרודות מחוברים היטב, כי האות יש איכות טובה.
  4. מושב הנושא על כיסא. כדי להבטיח מיקום הרגליים עקבית על פני נושאים, מאובטח בשתי הרגליים הליכה מגפיים (קרי, הקרסול ברגל. י) לאפשר לקרסול ROM להתאימם למיקום מסוים ולספק ההתנגדות במהלך הבדיקה מס ערך מוסף. להתאים את זוויות הירך והברך להימנע נושא אי נוחות. להורות את הנושא כדי לשמור עדיין לאורך כל הניסוי. שימוש מנוחה המצח לצרף הכיסא כדי לשמור על נושאים עדיין במהלך יישום TMS, אם הם זמינים.

4. מס ערך מוסף בדיקות

  1. לקבוע באופן דו-צדדי המרבי מרצון איזומטרי התכווצות (MVIC) של כל שריר. עבור כל תנועה (קרי, dorsiflexion ו- plantarflexion), להורות נושאים חוזה מקסימאלית contralateral השריר שנבדקו (למשל, נכון ת א) 4 פעמים (~ 5 s התכווצויות המופרדות על-ידי 60 s של מנוחה) בעוד נושא יושב בתנוחת המתואר לעיל.
  2. לחשב את הערך פעילות שריר מקסימלית במהלך כל MVIC (כלומר, הממוצע בתוך חלון 100 ms כיעד של EMG לתקן ולא מוחלקים המרבי) של שלושת המשפטים, הממוצע של שלושת ערכי ו- 15 ± 5% של כל שריר של ממוצע MVIC.
    התראה: % גדול יותר MVIC יכול לשמש, אבל זה לא יכול להיות ריאלי ב קליניים גדודים (למשל, אנשים שלאחר שבץ).

5. רישום במערכת Neuronavigation

  1. מקום נושא המעקב, או סרט לשיער או משקפיים, עם סמנים רעיוני על ראשו של הנבדק בצד הנגדי של הכדור מאולצת אז המעקב לא להפריע. מיצוב של הסליל במהלך הגירוי של כל נקודה ברשת.
    התראה: במקרה כי סרט לשיער משמש, ודא כי זה הדוק בנושא של ראש, עדיין לא הדוק מדי כי זה עלול לגרום לכאב ראש לאחר תקופה ארוכה של זמן.
  2. לאמת לתנוחה הנכונה של המצלמה לכידת תנועה על ידי הצבת הגשש הנושא את המצביע, הגשש סליל שטח האחסון שלה הלכידה. לבצע רישום תמונת נושא-על ידי הנחת את קצה המצביע על landmaks האנטומי 4 (ראה איור 1 א').
  3. לאחר כל ציוני הדרך אנטומיים הינם שנדגמו, לוודא אם רישום אירעה במדויק על-ידי הצבת את קצה המצביע על מספר נקודות על פני הגולגולת של הנושא (קרי, שלב אימות). אם המרחק מהקצה של המצביע על העור המשוחזרת הוא פחות מ 3 מ מ, להמשיך TMS ניסוי; אחרת, חזור על תמונת נושא-ההרשמה עד מתקבלים ערכי השגיאה הרצויה. במהלך הניסוי, רישום חוזר אם המעקב נושא accidentaly עבר.

6. TMS

  1. השתמש באותם פרמטרים מתודולוגי במהלך מנוחה, מס ערך מוסף.
    1. החל דופק אחת גירויים על האתר אופטימלית (קרי, נקודה חמה; ראה פיסקה הבאה לפרטים נוספים) של השריר שנבדקו. להחיל כל גירוי אקראי בכל 5-10 s כדי למנוע גירוי ציפייה, כדי למזער את ההשפעות carry-over של הדופק הקודם אחד העוקבים ה40.
    2. במקרה כי שתי יחידות TMS משמשים בו זמנית, להגדיר היחידות בכל מצב רגיל או בו-זמניים41. מצב רגיל חלה דופק חלש יותר מאשר יחידה אחת, ואילו מצב בו זמנית חלה דופק חזק יותר מאשר יחידה אחת. השימוש של אחד מהם יכול להתבסס על צרכי את הפרוטוקול ואת המספר הכולל של גירויים.
    3. השתמש סליל כפול חרוט לזירוז זרם posteroanterior תוך-גולגולתי. אם יש צורך, להשתמש במערכת neuronavigation כדי לשלוט באופן ידני את הגליל, נכונה את מיקומו ביחס הרצוי מגורה ספוט לפני כל גירוי.
    4. על פני הפעלות ונושאים, אקראי את הסדר של שריר שנבדקו, האונה. תמיד לנהל את התנאי TVA לאחר התנאי מנוחה כדי למנוע כל הפרעה בדיקה במנוחה (למשל, העייפות של המסלולים יורד בשל בדיקות מס ערך מוסף).
  2. לקבוע באופן דו-צדדי הנקודה החמה של שני השרירים.
    1. למצוא את העוצמה suprathreshold, אשר ישמשו במהלך ציד נקודה חמה, על-ידי החלת גירוי אחד מעל הנקודה ממורכז לצד פיסורה interhemispheric (ראה איור 1Bמשבצות כחול ואדום). השתמש את הנקודה הזאת, כי הוא ממוקם ב מיקומה של הרגל באזור36,42.
    2. נתחיל בעוצמה נמוכה (למשל, פלט אחד האביזרים המקובלים לגירוי מרבי 30%; MSO) ולהגדיל בהדרגה את עוצמת TMS במרווחים של 5%, עד שהגיע עוצמת זה מעורר פוטנציאל עורר מוטוריים (חבר הפרלמנט האירופי) עם משרעת השיא אל שיא גדול מ- 50 µV של כל השרירים בחן contralateral עבור 3 גירויים רציפים.
    3. לקבוע מיד לאחר כל גירוי אם יש כבר elicited חבר הפרלמנט האירופי מבוסס על ואת raw והן שיא אל שיא amplitudes (חלון חיפוש: תחילת הפוסט-TMS ms 20-60) כל בדק את השרירים.
    4. החל פעימה TMS אחת על כל נקודה ברשת (סה כ 36 גירויים). לאחר סיום פרוטוקול נקודה חמה, להעביר את משרעת וערכי השהיה של כל מקום לשרירי contralateral כל גיליון אלקטרוני ומיון משרעת מגבוה לנמוך, השהיה מ נמוך עד גבוה. זיהוי הנקודה החמה של contralateral TA ולסול כמיקום ברשת עם משרעת הגדול, את השהיה הקצרה43.
      התראה: אם משרעת הגדול ואת השהיה הקצרה ביותר אינם, באותו מקום, להגדיר נקודה חמה באמצעות את משרעת הגדול.
  3. לקבוע דו צדדיים שלכל שריר מנוחתה של מנוע הסף (RMT).
    1. בחר את המקום רשת במערכת neuronavigation המתאים נקודה חמה של השריר שנבדקו.
    2. להשתמש בשיטת סף-ציד מסתגלת לקביעת RMT השרירים שנבדקו44. לקבוע את הגודל הההתחלתי בעוצמה, שלב ב 45 ו- 6% MSO, בהתאמה32. להפעיל הציד RMT פעמיים עבור כל שריר ולהשתמש הממוצע להערכה CMR עוקבות.
  4. להעריך באופן דו-צדדי TA סול CMR במהלך מנוחה.
    1. בחר את המקום רשת במערכת neuronavigation המתאים נקודה חמה של השריר שנבדקו. החל 10 פולסים TMS בודדת ב- 1.2 RMT של שריר שנבדקו.
    2. לפני כל גירוי, להורות את הנושא אל תזוזי, להרגיע את השרירים בחנו באופן דו-צדדי, לפקח על הפעילות של כל השרירים באמצעות הצגת משוב חזותי בזמן אמת על מסך המחשב. במקרה כל שריר פעילה לפני או אחרי TMS, למחוק את המשפט ולהחיל על דופק אחת נוספת. חזור עד שנאסף ואת 10 עבור כל שריר בחן contralateral במצב מנוחה.
  5. להעריך מבקיעים את ת א ואת סול CMR במהלך מס ערך מוסף.
    1. בחר את המקום רשת במערכת neuronavigation המתאים נקודה חמה של השריר שנבדקו.
    2. לשאול נושאים כדי לכווץ את השריר שנבדקו ב 15 ± 5% MVIC ולהחיל 10 פולסים TMS בודדת ב- 1.2 RMT. להורות נושאים לשמור לקו המוזז מוחלק (משרעת שורש ממוצע הריבועים של 0.165 s) שנבדקו שריר, ת א או סול, בתוך שני סמנים אופקי (טווח MVIC: 15 ± 5%) ולקיים את התכווצות ברמה הזאת במשך כמה שניות.
    3. ת א הוא השריר שנבדקו, לשאול נושאים למשוך מעט נגד נתראה על הרגל contralateral שלהם (קרי, הרגל עם השריר בחן contralateral אל האונה מגורה). סול הוא השריר שנבדקו, לשאול נושאים לדחוף מעט. נגד האתחול על הרגל contralateral.
    4. לפקח על הפעילות שריר שריר שנבדקו פעיל ולהציג השרירים מנוחתו הנותר באמצעות משוב חזותי בזמן אמת על גבי מסך מחשב. למחוק את הגירוי, להחיל על דופק אחת נוספת שוב במקרה של השריר בחן הפעילות היא מתחת או מעל הטווח שנקבע מראש או כל שריר אחר מופעל. לאסוף 10 ניסויים בזמן לשריר שנבדקו מופעל מטווח מראש.

7. ניתוח נתונים

  1. עבור כל האמצעים CMR חוץ RMT, לחשב את ערך כל מידה של כל סריקה חבר הפרלמנט האירופי (משך הפעילות הכולל צריך להיות לפחות 500 ms עם מינימום 100 ms גירוי מראש משך) עבור כל השרירים, אז ממוצע של ערכים אלה 10 כדי לקבל ערך יחיד (קרי מתכוונת)32. משרעת ותקופת השקט קורטיקלית (CSP) הם אמצעים דעתנית proxy של CMR, ואילו חביון היא מידה קישוריות ה-proxy של CMR. עבור מנוחה וגם מס ערך מוסף, לנרמל השהיה ביחס לכל נושא הגובה, כפי השהיה מושפע מרחק השריר שנבדקו45.
  2. לחשב חבר הפרלמנט האירופי משרעת השהיה במהלך מנוחה.
    1. לחשב משרעת (µV) מ- EMG raw כמו ההבדל הגדול ביותר בין חיוביים ושליליים הפסגות (קרי, שיא אל שיא) חבר הפרלמנט האירופי. עבור אלה שני השרירים מסוים, לחפש שיא אל שיא בתוך חלון זמן של 20-60 אלפיות שניה לאחר תחילת TMS.
      התראה: למרות חלון חיפוש חבר הפרלמנט האירופי של 20-60 ms יפעלו לנושאים נורולוגית, אנשים לאחר אירוע מוחי, רחב יותר חבר הפרלמנט האירופי חיפוש windows (למשל, ms 20-75) ייתכן שתידרש עבור אוכלוסיות נוירולוגיות אחרות (למשל, טרשת נפוצה).
    2. לחשב את זמן השהיה (ms) מ- EMG לתקן משך הזמן בין תחילת TMS תחילת חבר הפרלמנט האירופי (קרי, הפעם כאשר EMG לתקן לאתר תחילה חוצה את סף מראש - ממוצע פלוס שלוש סטיות תקן של EMG גירוי מקדים 100 ms)32 , 46.
  3. לחשב משרעת חבר הפרלמנט האירופי, השהיה, CSP במהלך מס ערך מוסף.
    1. לחשב משרעת (µV) מ- EMG raw כמו ההבדל הגדול ביותר בין חיוביים ושליליים הפסגות (קרי, שיא אל שיא) חבר הפרלמנט האירופי. עבור אלה שני השרירים מסוים, לחפש שיא אל שיא בתוך חלון זמן של 20-60 אלפיות שניה לאחר תחילת TMS.
    2. לחשב השהיה (ms) מ- EMG לתקן משך הזמן בין תחילת TMS תחילת חבר הפרלמנט האירופי.
      1. לחשב את התחלתה חבר הפרלמנט האירופי באופן שונה זה מזה TVA מכל השאר. חבר הפרלמנט האירופי תחילת חישוב היסט על ידי מציאת הזמן שתי נקודות המעקב EMG לתקן חוצה את הסף שנקבע מראש להגדיר את רמת הגירוי מראש 100 ms אומר EMG. אז תמצאו את הפסגות לפחות מהערך הממוצע של EMG גירוי מקדים את פלוס שלוש סטיות תקן, בין אלה נקודות זמן שניים. לאחר מכן, חיפוש מהשיא הראשון 50 נקודות הנתונים (קצב הדגימה של 5000 Hz) לפני מפסגת בפעם כי המעקב EMG לתקן קודם חוצה את סף EMG גירוי מקדים מרושע. להגדיר הזמן כמו התחלתה של חבר הפרלמנט האירופי32.
    3. לחשב CSP (ms) מ- EMG לתקן משך הזמן בין חבר הפרלמנט האירופי היסט EMG חידוש (קרי, CSP מוחלטת: הדרה של חבר הפרלמנט האירופי משך)47. חפש מהשיא האחרון 200 נקודות הנתונים (קצב הדגימה של 5000 Hz) לאחר מפסגת בפעם כי המעקב EMG לתקן בפעם האחרונה חצה את סף EMG גירוי מקדים רשע; להגדיר הזמן כמו ההיסט חבר הפרלמנט האירופי. לאחר מכן, לחשב את חידוש EMG בסיסית, שזה הזמן המעקב EMG לתקן חוצה אחרונה 25% כלומר גירוי מקדים EMG32.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

דמויות 2-4 הצגת נתונים גבר בן 31 נורולוגית נציג עם גובה ומשקל של 178 ס מ ו- 83 ק ג, בהתאמה.

איור 2 מציג את נקודות חמות הדו-צדדיים ואת RMT של כל שריר הקרסול. באמצעות הנקודה שנמצאת במרכז הרגל באזור האונה כל (ראה איור 1Bמשבצות), האינטנסיביות של 45% MSO דו צדדיים שימשו הציד נקודה חמה. מיקום נקודה חמה עבור כל שריר שונה בין ההמיספרות, עדיין כמו הצפוי כל ארבע נקודות חמות היו ממוקמים באזורים קורטיקליים מנוע הרגל. ממצא זה מעיד כי ת א וב -SOL רשאי לשתף את הנקודה החמה; לכן, CMR של כל שריר וצריך להעריך באמצעות כל השרירים של נקודה חמה לעומת שימוש באותה נקודה חמה בשני שרירי. RMT הדו-צדדיים נקבע עבור כל שריר, באמצעות שיטת ציד הסף מסתגלת. המספר של גירויים הוחל על נחישות RMT נע בין 6 לגירויים 22. ההבדל בין שני הערכים RMT של כל שריר נע בין 1% ל-3% MSO. שילוב של תוצאות אלו עולה כי באמצעות שיטת ציד הסף מסתגלת יכולה להיות גישה יעילה כדי לקבוע את RMT של שריר הקרסול עם השתנות נמוכה. יתר על כן, כל RMTs היו נמוכות יותר מאשר העוצמה המשמש עבור נקודה חמה ציד (קו מקווקו באיור2). ממצא זה מעיד כי באמצעות המקום ממוקם באזור המנוע הרגל (ראה איור 1Bמשבצות) כדי לקבוע את עוצמת suprathreshold "נכון" הוא ריאלי.

תרשים 3 מציג את התגובות דו צדדיים של ת א וב -SOL כאשר הנקודה החמה של כל שריר היה מגורה במהלך מנוחה. עבור כל הדו-צדדיים מגורה נקודות חמות, דומייה contralateral היו elicited ת א והן סול. עם זאת, תגובות השהיות ארוכות יותר היו תמיד גדול יותר ויותר קצרות ב- TA מאשר בסול, בהתאמה, ללא קשר נקודה חמה של השריר אשר היה מגורה. תגובות חולשת היו קיימות בעיקר בת א, כאשר הנקודה החמה מגורה היה מקורב ל פיסורה interhemispheric (ראה איור: 2A – נקודה חמה TA, 2B – שני השרירים נקודה חמה). לעומת זאת, תגובות חולשת נעדרו שני שרירים כאשר הצד מגורה היה עוד יותר לרוחב של פיסורה interhemispheric (> 10 מ מ) (ראה איור 2 א – נקודה חמה SOL).

איור 4 מציג את התגובות דו צדדיים של ת א וב -SOL כאשר הנקודה החמה של כל שריר היה מגורה במהלך מס ערך מוסף. כמו השאר, דומייה contralateral היו elicited ת א והן SOL עבור כל האתרים מגורה הדו-צדדיים במהלך % 5 ± 15 MVIC. רק לשריר בחן הופעל; לכן, השרירים שלוש הנותרות היו במצב מנוחה. CSP היה נוכח רק ב השריר מופעל שנבדקו, ת א והן סול. כמו השאר, TMS נכון TA, נקודות חמות SOL שמאלה elicited גם תגובות חולשת; תגובות אלה היו רק נוכח חולשת לצבא (ראה איור 4A,יח). לעומת זאת, TMS נכון סול, נקודות חמות ת א שמאלה elicited רק contralateral פיגל. מעניין, מאחר תגובות ב- contralateral SOL היה נוכח רק כאשר הופעל ת א; תגובות אלה היו נוכחים באופן דו-צדדי, אירעה בין 80-100 ms פוסט-TMS, והיה amplitudes גדולים יותר מאשר פיגל (ראה † ב איור 4A, ג ). אלה תגובות מאוחר עם טווח 70-100 ms פוסט-TMS דיווחו בעבר להיות נפוץ יותר סול רק עם מע מ ת א (0-40% MVIC)48,49.

גם נח וגם TVA התנאים היו דומים בכך חולשת תגובות היו elicited כאשר נקודות חמות מסוימות היו מגורה. הנוכחות של תגובות חולשת העלולים להיות התוצאה של גירוי של מסלול oligosynaptic (למשל, cortico-reticulo-השדרה בדרכי) או הנוכחית של ההתפשטות של הדופק. גישה כדי להבחין בין שתי סיבות אפשריות היא לחשב את הפרש השהיה בין התגובות contralateral, חולשת. מחקרים קודמים TMS העריכו כי מענה חולשת של עיכוב > 3 ms יחסית התגובה contralateral הוא חבר הפרלמנט האירופי חולשת (iMEP), מסלול פוטנציאלי יכול להיות במערכת cortico-reticulo-השדרה (קרי, oligosynaptic מסלול )53,52,51,50,54. לעומת זאת, כל תגובה חולשת עם עיכוב קצר יותר עשוי להיות התוצאה של הזרם של הדופק; לכן, תגובה כזו לא ניתן iMEP. בזמן מנוחה, תגובות חולשת היה דומה השהיות ארוכות יותר כמו תגובות contralateral (ראה איור 3A, C ו- D). לפיכך, תגובות אלה היו קרוב לוודאי לא iMEPs, אבל היו סביר elicited עקב ההתפשטות של הדופק של זרם חלה סמוך פיסורה interhemispheric. את ת א נכון ולסול השמאלי הופעלו במהלך מס ערך מוסף, חולשת תגובות היו elicited רק ב- TA וכאשר עוכבו על-ידי > ms 3 לעומת התגובה contralateral (ראה איור 4A, יח). תגובות אלה ייתכן iMEPs, אשר עשוי להצביע על גירוי של מערכת cortico-reticulo-השדרה. לסיכום, תגובות חולשת נפוצים כאשר הרגל באזור הוא מגורה55; לכן, זהירות יש לנקוט כאשר תגובות אלה מפורשים כאילו iMEPs.

Figure 1
איור 1: משוחזר של מוח עור ומעוגל. (א) דגם העור עם ארבעה ציוני אנטומיים (קצה החריץ האף, nasion ו- supratragic של האוזן ימינה ושמאלה) משמשת לחישוב תמונת-נושא רישום במהלך בדיקת על-ידי הצבת את קצה מצביע על כל ציון דרך. (B) מרשת מלבנית 4 x 9 הניח דו צדדיים על הרגל מנוע אזור בקליפת המוח. ריבועים מציינות את הנקודות כדי לקבוע את עוצמת suprathreshold משמש ציד נקודה חמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: ת א דו צדדיות ואת נקודות חמות סול RMT. ב שתי ההמיספרות, סמל כוכב מציינת הנקודה החמה של כל שריר. בר חלקות נוכח להחיל RMT אכזרי של שתי הערכות (עיגול לבן פתוח) של כל שריר, בעוד הערכים מתחת כל מעגל מציינות את המספר של גירויים כדי לקבוע את RMT באמצעות שיטת ציד הסף מסתגלת. הקו המקווקו מציין את עוצמת משמש ציד נקודה חמה (45% MSO). (א) נקודות חמות, RMTs של ת א נכון/contralateral, סול בזמן TMS הוחלה על האונה השמאלית. טא נקודה חמה היה מעל הרגל באזור, צינתור פיסורה interhemispheric ואילו נקודה חמה סול 10 מ מ לרוחב כדי נקודה חמה ת א. המספר של גירויים לקביעת TA, סול RMT נע 6-21 ו- 9-11, בהתאמה. (B) חם נקודות ו- RMTs של ת א שמאלה/contralateral, סול בזמן TMS הוחלה על האונה הימנית. כמו האונה השמאלית, נקודה חמה ת א היה ושוב proximal כדי פיסורה interhemispheric הרגל באזור. נקודה חמה סול היה 7.1 mm אחוריים-לרוחב כדי נקודה חמה ת א. המספר של גירויים לקביעת TA, סול RMT היו בטווחים 10-22 ו- 10-11, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: טה דו צדדיים והערכה CMR סול - לנוח. לדרבון בכל נקודה חמה, EMG של הדו-צדדיים TA מנוחתו, סול שנאספו בזמן waveform הממוצע של כל שריר מוצג (סה כ משך 500 ms; 100 ms טרום-TMS). כהן והסמלים X מציינות כי חבר הפרלמנט האירופי היה גם נוכח (> 50 µV) או נעדר (≤ 50 µV), בהתאמה. במקרה של הנוכחות של חבר הפרלמנט האירופי, מוצגים הערכים של משרעת השיא אל שיא (µV), השהיה (ms). (א) גירוי של הנקודה החמה ת א נכון/contralateral על האונה השמאלית. פיגל היו elicited שני השרירים בקרסול ימין/contralateral, עם נכון ת א בעל משרעת גדולה השהיה קצרה יותר מאשר סול הנכון. בהתחשב בכך הנקודה החמה מגורה הוא ממוקם על-ידי פיסורה interhemispheric הפרוקסימלית אל אזור מוטורי הרגל על האונה השמאלית, חבר הפרלמנט האירופי על קרסול שמאל/חולשת שרירי היה גם elicited (TA היחידה). (B) נקודה על האונה הימנית חמה גירוי של הזכות/contralateral סול. פיגל היו elicited רק על שרירי קרסול ימין/contralateral; אולם ת א היו גדולים יותר משרעת חבר הפרלמנט האירופי, השהיה קצרה יותר מאשר הזמנתכם גירוי (C) של נקודה חמה שמאל/contralateral טה על האונה הימנית. פיגל היו elicited שני שרירים בקרסול שמאל/contralateral ואת הזכות/חולשת עם שני TA יש חבר הפרלמנט האירופי גדול יותר amplitudes, השהיות ארוכות יותר קצר יותר מאשר שני סול. ההתמחרות חבר הפרלמנט האירופי הדו-צדדיים זו נובעת בעיקר המיקום של הנקודה החמה מגורה ועוצמה suprathreshold. (ד) נקודה על האונה הימנית חמה גירוי שמאל/contralateral סול. פיגל היו elicited בקרסול שמאל/contralateral השרירים ואת הזכות/חולשת TA. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: טה דו צדדיים והערכה CMR סול - מס ערך מוסף- לדרבון בכל נקודה חמה, EMG של ת א, סול דו צדדיים שנאספו בזמן השריר contralateral בחנו הופעל ב 15 ± 5% MVIC. Waveform הממוצע של כל שריר מוצג (סה כ משך 500 ms; 100 ms טרום-TMS). כהן והסמלים X מציינות כי חבר הפרלמנט האירופי היה גם נוכח (> 50 µV) או נעדר (≤50 µV), בהתאמה. במקרה של הנוכחות של חבר הפרלמנט האירופי, מוצגים הערכים של משרעת השיא אל שיא (µV), השהיה (ms), CSP (ms). (א) גירוי של הנקודה החמה ת א נכון/contralateral על האונה השמאלית. נכון חבר הפרלמנט האירופי ת א בעקבות CSP. חבר הפרלמנט האירופי מצידם ב contralateral/ימינה SOL ב אשר לתגובה מאוחרת (א) גם מצידם (משרעת: 563 µV; השהיה: 82.8 ms). חבר הפרלמנט האירופי מצידם גם בשמאל/חולשת TA, השהיה של מי מעוכבת על-ידי ms 5.2 בהשוואה השהיה ימין/contralateral טה. (B) נקודה על האונה הימנית חמה גירוי של הזכות/contralateral סול. זכות/contralateral סול חבר הפרלמנט האירופי בעקבות CSP, ואת חבר הפרלמנט האירופי מצידם גם בזכות contralateral/ת א. אין שמאל/חולשת פיגל היו elicited. (ג) גירוי של הנקודה החמה ת א שמאלה/contralateral על האונה הימנית. חבר הפרלמנט האירופי ת א שמאלה בעקבות CSP. חבר הפרלמנט האירופי מצידם של שמאל/contralateral סול ב אשר לתגובה מאוחרת (א) גם מצידם (משרעת: 465 µV; השהיה: 96.3 ms). פיגל לא היו elicited ימין/חולשת שרירים. (ד) נקודה על האונה הימנית חמה גירוי שמאל/contralateral סול. חבר הפרלמנט האירופי SOL שמאלה בעקבות CSP. פיגל היו elicited שמאל/contralateral סול, ימין/חולשת TA, השהיה של מי מעוכבת על-ידי ms 4.7 לעומת השהיה שמאל/contralateral טה. אין חבר הפרלמנט האירופי מצידם של ימין/חולשת הזמנתכם אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

לאור האינטרס המתעוררים איך קליפת המוח המוטורית תורמת שליטה מוטורית של שרירי הרגליים במהלך פעילויות דינמיות גדודים שונים, צורך פרוטוקול TMS סטנדרטית המתארת את הערכה יסודית של השרירים האלה. לכן, בפעם הראשונה, בפרוטוקול הנוכחי מספק הליכים מתודולוגי מתוקננת על הערכה דו-צדדית של שני הקרסול אויבת השרירים, סול ו- TA, במהלך שתי מדינות שריר (ומנוחה מס ערך מוסף) באמצעות דופק יחיד TMS עם neuronavigation.

הממצאים המתוארים הנקודות בסעיף התוצאות נציג את מספר שלבים קריטיים אשר יש לקחת בחשבון. ראשית, CMR הערכה של השרירים האלה, כמו גם שאר שרירי הרגליים, וצריך להתנהל באמצעות מערכת neuronavigation בו MRI כל נושא אמור לשמש, נקודה חמה של כל שריר צריך להיקבע. Neuronavigation יכול להנחות מדויק TMS גירוי מעל אזור המטרה המוטורית, כאשר MRI הנבדק משמש, אזור המנוע היעד יכול להיות מגורה באופן מדויק56,57. העבודות הקודמות בחן את ההשפעות של שימוש neuronavigation במהלך הערכה TMS של הגפיים העליונות השרירים58,59,60; ממצאי מחקרים אלה היו מעורבים. ובכל זאת, אף מחקר בחן את האפקט הזה עבור שריר התחתון של הגפיים. בהתחשב במיקומו של האזורים בקליפת המוח המוטורית TA ולסול (קרי,סמוך פיסורה interhemispheric כ 3-4 ס מ מתחת לפני השטח הקרקפת)36,42,61, לצוד "האמיתי" חם המקום של כל שריר באמצעות רשת מניחים על האנטומיה של כל נושא מגביר את ההסתברות לקבל מידה של חבר הפרלמנט האירופי בשריר או, בפרט הזמנתכם שימוש באותו הפרוטוקול המובאת כאן, לאחרונה הראינו פיגל היו elicited בהצלחה בת א בשני ולסול כמעט בכל המקצועות (N = 21)32. השלב הקריטי השני הוא ההערכה דו-צדדית של כל שריר. בניגוד אזורים מוטוריים הגפיים העליונות, האזורים המוטוריים הרגל שני הם סמוכים זה לזה, כאשר מוחל דופק אחת מעל אזור האזור מול עלול להיות מגורה עקב בכפולה. לכן, כל תגובה חולשת בשריר או עשוי להעיד על הנוכחות של iMEP (proxy פוטנציאלי של cortico-reticulo-השדרה מסלול)50 או רק על גירוי ישיר באזור הרגל הנגדית. בעבר, דווח על חולשת תגובות TA, עדיין מגורה האתר התבססה על ציון אנטומיים (10 עד 15 מ מ את ישבנה ואת לרוחב הקודקוד)62. באמצעות פרוטוקול זה, ניתן לקבוע הנקודה החמה של כל שריר בנפרד, בהתאם למיקום של הנקודה החמה יכול להיות elicited או contralateral או דו צדדיים תגובות (ראה איור 3 ו- 4 באיור). אם התגובה דו צדדיות היא תוצאה של יורד מספר מסלולים או גירוי רק שביל אחד דורש בהמשך החקירה.

בפרוטוקול הנוכחי יכול להיות שונה בהתאם לעיצוב מחקר. בעוד יחיד הדופק TMS משמש פרוטוקול זה, לזווג הדופק (בדיקת הדופק לפניו מיזוג הדופק)63,64 יכול לשמש גם כדי להעריך את הרשתות intracortical של שרירי הקרסול שני אלה. באופן דומה, אחרי נקודה חמה ונחישות RMT של כל שריר, ניתן לרכוש דו צדדיים עקומות קלט-פלט של כל שריר כדי להעריך את הקשר בין עוצמת TMS (קלט) את חבר הפרלמנט האירופי משרעת (פלט). כדי להעריך את CMR של כל שריר, גירויים 10 יוחלו על כל נקודה חמה במהלך מנוחה, מס ערך מוסף, אולם דיווחים אחרונים הראו כי יש להשתמש לגירויים יותר מ- 10 כדי להעריך באופן אמין את CMR של65,שרירים66. באופן דומה, ניתן להחיל גירוי אחד או יותר לכל מקום במהלך הציד נקודה חמה (למשל, 2-5 גירויים/במקום) לעומת גירוי יחיד לכל מקום בשימוש בפרוטוקול זה. על-ידי החלת גירוי אחד או יותר לכל מקום, הנקודה החמה של כל שריר אולי יותר אמינה להיקבע. מחקר שנערך הצעתי את זה כמו כמה לשני גירויים לכל מקום עשוי להיות מספיק בשביל החם נחישות67. יתר על כן, לעומת שיטת ציד הסף הנפוצה ביותר, התדירות היחסית שיטת68, אשר מבוסס על69,קריטריון רוסיני-רותוול70, שיטת ציד הסף מסתגלת משמש בפרוטוקול הנוכחי. על פי שיטת ציד הסף מסתגלת היא יעילה יותר (קרי, שפחות גירויים נדרשים לקבוע RMT) מאשר השיטה התדירות היחסית, שתי השיטות לשתף דיוק דומה71. חשוב לזכור כי כל השינויים הנ ל מגביר הספירה הכוללת של גירויים מוחל. לבסוף, בפרוטוקול הנוכחי משמש הקריטריון של פחות מ-50 משרעת השיא אל שיא µV כדי להעריך עבור רעש בסיסית, את "האמת" נח המדינה. השמטת כל אות EMG גדול מ- 10 µV (שורש ממוצע הריבועים מחושב יותר מ-100 מילישניות) היא גישה חלופית.

פרוטוקול זה יש כמה שיקולים מתודולוגי. ראשית, ההערכה של אלה שני השרירים הוא בעמדה יושב, גם במהלך מנוחה או מס ערך מוסף. כאמור, ת א והן סול יש חשיבות מכרעת במהלך משימות בתנוחה זקופה והליכה. למרות שמחקרים קודמים בחנו ת א, סול CMR במהלך משימות בתנוחה זקופה14,72,73,74,75,76 והליכה20, 22 , 77 , 78 , 79, ההערכה הייתה רק חד צדדית, TMS לא מונחית על ידי neuronavigation. לכן, גם אם לא נעשה שימוש בפרוטוקול הנוכחי במהלך פעילויות אלו, זה עדיין יכול לספק חלון פולשני על הכונן קורטיקלית של שרירי הקרסול שני אלה. שנית, הסף מנוע פעיל (AMT) לא נקבע כי אין מתודולוגיה מבוססת היטב כי למדוד. בהתחשב בכך AMT הוא מתואם עם, והוא נמוך יותר RMT (~ 82%)80, חבר הפרלמנט האירופי יכול להיות elicited במהלך TVA אפילו בעת שימוש של עוצמת suprathreshold RMT. שלישית, השימוש MRI מבנית של כל נושא עם מערכת neuronavigation לא יכול להיות ריאלי בהגדרות כל עקב העלות הגבוהה של קבלת MRI ומערכת neuronavigation. עם זאת, מערכות מסוימות neuronavigation כולל שימוש ב פרוטוקול זה, יכול לשמש ללא MRI של הנושא; אלא משמש אר הממוצע. במקרה זה, הגליל ניתן למקם עדיין בדיוק מעל האתר מגורה.

בזמן העבודות הקודמות בחן TA, סול CMR במהלך משימות שונות בגדודים שונים, אף מחקר בשימוש פרוטוקול מתוקננת שבדק אלה השרירים שני בשני הצדדים באמצעות neuronavigation עם MRI לכל נושא. השימוש מבניים MRI של כל נושא בשילוב מערכת neuronavigation מקדמת את דיוק ואמינות של גירוי של מייצגת בקליפת המוח המוטורית של שני השרירים. זה חשוב באופן קריטי על האזורים בקליפת המוח המוטורית הרגל. כמו כן, בהתחשב בכך CMR של שריר תלוי אם השריר הוא רגוע לחלוטין או חלקית מופעלת, פרוטוקול זה מתאר איך TA של סול CMR יכול להידרש במהלך מנוחה, מס ערך מוסף. בנוסף, האונה כל מגורה בזמן CMR דו-צדדית של כל שריר בעת ובעונה אחת שקובעת. יתר על כן, במקום להשתמש באותו מקום חמים להערכת CMR של שריר בודד, נקודה חמה כל השרירים של נקבעת באמצעות רשת סטנדרטית, אשר כיסה את הייצוג קורטיקלית של הרגל, והוא מוגדר במקום עם משרעת הגדול, השהיה הקצרה43. על פי שיטת התדירות היחסית משמשת למדידת הסף המוטורית של השריר68, פרוטוקול זה משתמש בשיטת סף-ציד גמישים כדי להפחית את משך הניסוי ואת המספר הכולל של גירויים חל על כל הפעלה44. לבסוף, כדי להפחית את משך ניתוח נתונים וכדי לתקנן את החישוב של CMR אמצעים, מתודולוגיה של ניתוח נתונים אוטומטי משמש.

מחקרים עתידיים ניתן להשתמש בפרוטוקול זה להבהיר עוד יותר אל פקד קורטיקלית של ת א, סול גדודים נוירולוגית תקין וגם לקוי. יישום אחד כזה של הפרוטוקול הנוכחי הוא המיפוי של אלה שני השרירים. על פי מחקרים מעטים בדקו באזור קורטיקליים ת א81,82,83,84, מחקר אחד בלבד דיווח אזור בקליפת המוח המוטורית של סול מחולה בודד עם מוקד דיספלזיה קורטיקלית85. מאפיין נפוץ המשתפים כל המחקרים הללו הוא השימוש של אותה neuronavigated מערכת TMS, השונה מן המערכת בשימוש בפרוטוקול זה. עם זאת, מערכת זו הוא יקר מאוד, זה נמצא בדרך כלל הגדרות קליני, כגון בתי חולים. על-ידי שינוי בפרוטוקול הנוכחי, מחקרים עתידיים יכול באופן שיטתי לחקור ולבסס נתונים נורמטיביים של מיפוי קורטיקלית אמצעים TA, סול במבוגרים נורולוגית. ממצאים כאלה תקים אשר מודד מיפוי המנוע אמור לשמש במיוחד לכמת מייצגת מנוע של כל שריר. עוד פוטנציאל היישום של הפרוטוקול הנוכחי הוא בחינה של אלה שני השרירים לפני ואחרי ניתוח או התערבות (למשל, התנהגותיות: פעילות גופנית; neurophysiological: TMS החוזרות על עצמן, טראנס זרם ישיר גירוי - TDCS) ו במהלך תקופת ההחלמה של גדודים אתלטי או קליניים. זה יאפשר שיקום מדענים לקבוע כיצד ניתוח או התערבות עשוי לשנות את הכונן קורטיקלית של אלה שני השרירים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים תודה ד ר ג'סי ג דין עוזר עם מתודולוגיות פיתוח, מתן משוב טיוטה של כתב היד. עבודה זו נתמכה על ידי של RR פרס-2 אמפר פיתוח הקריירה & D N0787-W (MGB), פיתוח מוסדיים פרס מ הלאומית המכון כללי רפואי למדעים של NIH תחת גרנט מספר P20-GM109040 (SAK), P2CHD086844 (SAK). התוכן אינו מייצג את נופי המחלקה לענייני חיילים משוחררים או ממשלת ארצות הברית.

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

מדעי המוח גיליון 144 גירוי מגנטי טראנס שטחים corticospinal השוקתי הקדמי הסוליה הפעלת מרצון טוניק נוירופיזיולוגיה תגובה corticomotor המוח neuronavigation
הערכה דו-צדדית של המסלולים Corticospinal של שרירי הקרסול באמצעות מנווט גירוי מגנטי טראנס
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