Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

経頭蓋磁気刺激の移動による足首の筋の皮質脊髄路の経路の二国間の評価

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

存在のプロトコル記述する単発経頭蓋磁気刺激とニューロナビゲーションを使用して残りの部分と強壮剤の自主活性化中に前脛骨筋とヒラメ筋の皮質応答の同時、二国間の評価システム。

Abstract

下腿遠位部の筋肉は人間メイン モーターの下降経路の一つである皮質脊髄路を介して運動皮質からの神経入力を受け取るし、経頭蓋磁気刺激 (TMS) を使用して評価することができます。直立姿勢と動的タスク、ウォーキングなどで下腿遠位部の筋肉の役割を与えられた評価とこれらの筋肉の機能を基準にしての皮質脊髄路の変調の研究関心の高まりは、過去 10 年間で浮上しています。ただし、前の仕事で使用される方法論的パラメーターは、横断的・縦断的研究の結果の解釈をより堅牢にする研究に変化しています。したがって、脚の筋肉の皮質応答 (CMR) の評価に特定標準化された TMS プロトコルの使用結果の直接の比較研究とコホートで許可されます。本稿の目的は、単発 TMS を用いたニューロナビゲーション システムの 2 つ主要な足首拮抗筋、前脛骨筋とヒラメ、二国間 CMR を同時に評価するための柔軟性を提供するプロトコルを提示することです。この議定書は、検査された筋肉が完全にリラックスや尺最大等尺性随意収縮の定義の割合で契約が適用されます。ニューロナビゲーション システムと各教科の構造 MRI を用いた正確な正確な位置決めコイルの脚の皮質表現を評価中に保証します。派生 CMR 対策の矛盾を考えると、このプロトコルはまた自動化されたアルゴリズムを使用して、これらの対策の標準化された計算をについて説明します。このプロトコルは、直立姿勢または動的タスク中に実施しないものの、足の筋肉、敵対的または相乗的、神経学的そのままと障害の両方の科目での二国間のペアを評価するために使用できます。

Introduction

脛骨前方 (TA)、ヒラメ (SOL) 足首拮抗筋、下腿の前部と後部コンパートメントにそれぞれ位置します。両方の筋肉は、TA とソルの主な機能は、背理と plantarflex 腿関節それぞれ1uniarticular、です。さらに、TA は長い筋肉のエクスカーションより機能的で力の生産のより少なく重要が、ソルは、抗重力筋筋2の小遠足で高い力を生成するように設計。両方の筋肉は直立姿勢タスクと動的タスク (例えば、歩行)3,4の間に特に関連しています。ニューラル制御に関する両方の筋肉の motorneuron プールは、下降経路5,6感覚の度合いに加えてモーターを介して脳から神経ドライブを受けます。

経路を降順メイン モーターは、皮質脊髄路に由来するプライマリ、運動前野、補足運動野と脊髄の motorneuron プール7,8で終了です。ヒトでは、この管 (皮質応答 - CMR) の機能的状態動けなかった評価できます経頭蓋磁気刺激 (TMS)、非侵襲的脳刺激ツール9,10を使用します。直立姿勢タスクおよび歩行導入 TMS とその機能的意義を考える、以来 CMR の TA とソルが評価され様々 なコホートとタスク11,12,13,14 ,,1516,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32.

上肢筋肉33CMR の評価とは対照的普遍的な TMS プロトコルが設定されていない下肢筋肉の CMR の評価のため。以前の研究で大きな方法論的変動と確立されたプロトコルの欠如 (コイルの種類などニューロナビゲーション、強壮剤活性化、テスト側と筋肉のレベルの使用を使用し、CMR の計算対策、など。) 間の結果の解釈を研究、コホートが面倒な複雑で、不正確にすることができます。メジャーは、さまざまな運動タスクに関連の機能、下肢 CMR 評価を下げる特定 TMS プロトコルが設定されてを使用モーター神経科学、リハビリテーション科学者間でこれらの筋肉の CMR を体系的に評価するにはセッションは、多様な集団。

したがって、このプロトコルの目的は、TA と単発 TMS ・ ニューロナビゲーション システムを用いたゾル CMR の二国間の評価を記述するためです。前の仕事と対照をなしてこのプロトコルは妥当性と実験の期間を最適化する方法論的要因を用いた実験手順、データ集録、データの解析の厳しさを最大化し、CMR を標準化を目指しています。これら 2 つ下肢筋の評価。筋肉の CMR は、筋肉が完全にリラックスしているか、部分的に活性化に依存することを考える、このプロトコルは TA とソル CMR を休息と強壮剤自主活性化 (TVA) の中に評価される方法について説明します。以下のセクションは徹底的に現在のプロトコルを説明します。最後に、代表的なデータを提示・説明されます。ここで説明されているプロトコルは、ら201832ことから派生しました。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

このプロトコルですべての実験プロシージャ ローカル制度検討委員会によって承認されているとヘルシンキ宣言に従ってです。

1. 同意プロセスと安全性アンケート

  1. どんな実験前に研究、主な実験手順、および研究に参加するのに関連付けられている任意の潜在的なリスク要因の各科目に説明します。質問や科目があります懸念に回答した後、サブジェクトに同意プロセスを認識し、インフォームド コンセントのフォームに署名を求めます。
  2. MRI34および被験者の安全性と MRI と TMS テスト資格確保する TMS35安全性スクリーニング アンケートを管理します。MRI と TMS の評価からすべての安全性基準を満たしていないすべての被験者を除外します。

2. MRI とニューロナビゲーション システムの準備

  1. TMS 評価32前 MRI 評価を管理します。仰臥位で楽な姿勢を確保するため、膝の下にクッションでうそをつくの科目があります。スキャナーでまだ保つために主題を指示します。
    1. スキャナーの騒音を減衰させる科目に耳の保護を提供します。優先的にニューロナビゲーション システムでイヤーマフ対象画像登録のため二国間 supratragic ノッチの使用のために耳栓を使用 (5.2 を参照)。
    2. 高解像度の加重 T-1 解剖学的脳画像を取得 (最小要件: 1 mm スライス厚と完全な脳や小脳の報道)、NFTI または DICOM ファイルのいずれかとして。あの鼻は対象画像登録のため被験者の鼻の先端の使用による画像ニューロナビゲーション システムに完全に含まれるように (5.2 を参照)。
  2. ニューロナビゲーション システムに MRI ファイルをアップロードします。被験者の MRI は、モントリオール神経研究所アトラスを使用してマップできますので前部と後部の交連、各被験者の mri 画像登録手動で共同。
    1. 頭蓋骨と脳組織を囲む境界ボックスをそれぞれ調整することによって皮膚と完全曲線脳モデルを再構成します。4 解剖学的ランドマークを識別する (鼻の先端ナジオン - 右と左の耳の supratragic ノッチと、鼻の橋) スキンを使用してモデル (図 1 aを参照)。
    2. 再建された曲線脳を使って各半球の脚モーター皮質領域に四角形のグリッドを配置 (図 1B参照)。脚モーター プールを支配する皮質脊髄路が36としています脚運動野の回、センターでは、グリッドの中央の行を配置します。並列と同側の半球の内側の壁に隣接するグリッドの内側の列の位置。
    3. 向きでエラーが刺激サイト37向きでエラーが刺激部位を変更することができますターゲットの頭皮ベース アプローチを使用する代わりに影響を与えないと、皮質ベースのアプローチを使用します。このグリッドを使用して、ホット スポットを検索します。モーターのマッピングのいずれかより多くのスポットを追加および/または観光スポット間の距離を増やすことで大きなグリッドを使用 (例: 10 mm)。

3. 対象の準備と配置

  1. 単一パルス 4 表面筋電図電極の合計を使用して TMS による電気生理学的応答を測定します。作製と電極の配置、件名が立っている位置にしながら公開されているガイドライン38,39と完全な配置を使用します。
    1. シェービングと死んだ皮膚細胞、アルコール綿棒を使ってオイルを軽くピーリングによって配置される各電極を領域を準備します。
      注意: 血液の抗凝結 (例えば人々 後ストローク) の主題のためには、出血の潜在的な危険があるため肌の準備中に注意を使用します。
    2. TA の両側に電極を接続します。立ち位置で、つま先を上方に持ち上げるし、腓骨頭と内果 (すなわち筋腹脛骨稜のすぐ横) の間の線の上から 3 番目に電極を配置する対象を求めます。
    3. ソルの両側に電極を接続します。立ち位置でかかとを上げるを行い、大腿骨外側顆と外果を結ぶラインのより低い三番目に電極を配置する対象を求めます。
    4. 地面参照パッシブ電極膝蓋骨や外側くるぶしのいずれかを添付します。EMG 取得単位に応じて一方的または両側接地電極を配置します。
  2. 電極の配置と信号の品質をテストします。
    1. 電極の配置 (例えば、明確な視覚的に検出可能な EMG バースト) をテストするには、コンピューター画面に背理または plantarflex すべての筋肉の生の EMG 信号を表示している間直立姿勢で足首をテスト対象を求めます。見当違い電極の場合削除し、明確な視覚的に検出可能な EMG バースト最小限のバック グラウンド ノイズがあるまで、それを置き換えます。十分な信号対雑音比はモーター応答 (> 50 μ V) を検出するに重要です。
    2. TMS コイル」は着席の主題から、安静時の筋肉と開催中の TMS 単位数回を放電によって (例えば、ベースライン ノイズの) 信号の品質をテストします。各筋チャネルの基準信号がゼロに近いことを確認 (すなわちピーク-ピーク振幅より小さい 50 μ V をする必要があります、50 または 60 Hz 電力線のハムなどのベースライン ノイズがない)。ベースライン ノイズがチャネルである場合、対応する電極を削除し、肌の準備の手順を繰り返します。ノイズがまだ存在する場合 (すなわちピーク-ピーク振幅 > 50 μ) は参照電極の位置を調整し、電解質ゲルを置き換えます。
  3. 光泡前ラップ テープを使用してすべての電極を固定します。定期的に実験中の電極がしっかりと接続されていると、信号が良質であることを確認します。
  4. 座席の椅子に件名。足首 ROM の特定の位置に調整して TVA のテスト中に抵抗を提供することができる (すなわち装具) のブーツを歩行時の両足科目、安全な間で一貫性のある足の配置を保証。件名不快感を避けるために股関節と膝の両方の角度を調整します。まだ実験中保つために主題を指示します。使用額当ては TMS アプリケーション中の科目を維持するために椅子に接続されている利用可能な場合。

4. TVA テスト

  1. 左右それぞれの筋肉の最大随意等尺性収縮 (MVIC) を決定します。各運動 (すなわち、背屈と促)、4 回対側検査筋 (右 TAなど) を最大限に契約に科目を指示する (~ 5 の収縮は 60 で区切られた残りの s) 件名は姿勢で座っている間上記で説明しました。
  2. (すなわち、最大整流、平滑筋を中心とした 100 ms 以内平均) 各 MVIC 中最大の筋肉活動値の計算の最後の 3 つの試験では、3 つの値の平均値と各筋肉の 15 ± 5% の平均MVIC。
    注意: 大きい %mvic は使用できますが、ただし臨床コホート (例えば人々 後ストローク) でできないことがあります。

5. ニューロナビゲーション システムの登録

  1. トラッカーでは、各グリッド スポットの刺激中のコイルの位置を妨げないように刺激半球の反対側で件名の頭に反射マーカー付き鉢巻や眼鏡件名トラッカーを配置します。
    注意: ヘッドバンドが使用されている場合、時間の延長期間の後、頭痛を引き起こす可能性があります頭、まだ過度にタイトではない主題のでぴったりであるを確認します。
  2. そのキャプチャ ボリューム領域の課題トラッカー、ポインター、およびコイルのトラッカーを配置することによって、モーション キャプチャ カメラの適切な位置を確認します。(図 1A参照) 4 の解剖学的 landmaks のポインターの先端を配置することで対象画像の登録を実行します。
  3. すべての解剖学的ランドマークをサンプリングした後、被験者の頭蓋骨 (すなわち、検証段階) にいくつかのスポットにポインターの先端を配置することによって、登録が正確に発生したかどうかを確認します。再建された肌には、ポインターの先端からの距離が 3 mm 未満の場合は、TMS 実験; に進みますそうでなければ、希望のエラー値が得られるまで対象画像登録を繰り返します。実験中に繰り返し登録件名トラッカーが誤って場合が移動。

6. TMS

  1. 休息と TVA の中に同じ方法論的パラメーターを使用します。
    1. 検査された筋の最適なサイト (すなわち、ホット スポット; 詳細についてを参照してください次の段落) の単一パルス刺激を適用します。各刺激を刺激を見越してを回避し、後続 1 つ40前のパルスのキャリー オーバー効果を最小限に抑えるためにすべての 5-10 秒ランダムに適用します。
    2. 場合 2 つの TMS のユニットを同時に使用する単位で設定標準または同時モード41。同時モードが単一のユニットよりも強力なパルスを適用されるに対し、標準モードは単一のユニットよりも弱いパルスを適用します。プロトコルおよび総刺激数のニーズに基づいて、いずれかの使用可能性があります。
    3. ダブルコーン コイルを後前方の頭蓋内電流を誘導するために使用します。必要に応じて、手動でコイルを制御するニューロナビゲーション システムを使用し、正しい目的との位置関係を刺激各刺激前にスポット。
    4. セッションおよび科目、検査された筋肉と半球の順序をランダムに。常に残りの部分 (例えば、 TVA テストによる下降経路の疲労) でのテストとの干渉を避けるために残り状態後 TVA 条件を管理します。
  2. 左右両方の筋肉のホット スポットを決定します。
    1. 半球間裂の横にある中央の場所に単一の刺激を適用してホット スポットの狩猟中に行われる閾の強度を見つける (図 1 bの青と赤の正方形を参照してください)。脚運動野36,42の軌跡であるので、この場所を使用します。
    2. 強度は低い (例えば30% 最大刺激出力開始します。MSO) 徐々 に強度を高める TMS 5% ずつ、運動誘発電位 (MEP) を引き出す強さを到達まで 3 連続刺激のすべての対側検査された筋肉の 50 μ V 以上のピーク-ピーク振幅と。
    3. MEP が誘発されてかどうか生波形とピーク-ピーク振幅の両方に基づいて各刺激の直後に決定 (検索ウィンドウ: 20 60 ms ポスト TMS 発症) すべての筋肉を検討しました。
    4. グリッド (合計 36 刺激) の各スポットに 1 TMS パルスを適用します。ホット スポット プロトコルの終了後低から高に高から低のスプレッドシートと並べ替えの振幅ですべて対側筋の各スポットの潜時や振幅値と待ち時間を転送します。最大振幅と最短待機時間43グリッドの場所として対側の TA とソルのホット スポットを特定します。
      注意: 最大振幅と最短の待ち時間が同じ場所にいる場合は、最大振幅を使用してホット スポットを定義します。
  3. それぞれの筋肉は運動閾値 (RMT) を休んでの両側を決定します。
    1. 検査された筋肉のホット スポットに対応するニューロナビゲーション システムでグリッド スポットを選択します。
    2. RMT による検査された筋肉44適応しきい値狩猟メソッドを使用します。45、6% と強度とステップの初期サイズを設定 MSO、それぞれ32。各筋肉のために二度 RMT 狩猟を実行し、その後の CMR 評価の平均を使用します。
  4. 安静時に TA とソル CMR を二国間評価します。
    1. 検査された筋肉のホット スポットに対応するニューロナビゲーション システムでグリッド スポットを選択します。1.2 RMT, 筋肉の 10 単一 TMS パルスを適用します。
    2. 各刺激の前にじっとと二国間, 筋肉をリラックスし、すべてのコンピューターの画面上でリアルタイムに視覚的なフィードバックを表示するを使用しての筋肉の活動を監視対象に指示します。TMS の前後に任意の筋肉がアクティブな場合に、裁判を破棄し、追加の単一パルスを適用します。繰り返して、各対側検査筋残り 10 波形が収集されています。
  5. TVA の間に TA とソル CMR を二国間評価します。
    1. 検査された筋肉のホット スポットに対応するニューロナビゲーション システムでグリッド スポットを選択します。
    2. 15 ± 5% で検査された筋肉を契約主体 MVIC 1.2 RMT で 10 の単一 TMS パルスを適用。平滑化移動ラインを保つために主題を指示する (:0.165 の二乗平均平方根振幅 s) 検討中の筋肉、TA やソル、2 つの水平方向のカーソル (MVIC 範囲: 15 ± 5%)数秒間そのレベルでその収縮を維持します。
    3. TA が検査された筋肉と、彼らの対側の脚は (すなわち、検査筋刺激半球に対側の脚) をブートス トラップに対してわずかに引きの科目をお問い合わせください。ソルは、検査された筋、対側の脚にブート少しプッシュする科目を求めます。
    4. アクティブな検査筋の筋活動を監視し、リアルタイムに視覚的なフィードバックを使用して残りの安静時の筋肉は、コンピューター画面に表示します。その刺激を破棄し、, 筋の活動が定義済みの範囲の上または下または他の筋肉が活性化場合に追加の単一パルスを再度適用します。収集 10 試験検査筋が定義済みの範囲で有効です。

7. データ解析

  1. RMT 以外のすべての CMR 措置について、すべての筋肉 (所要時間は前刺激の持続時間を最小 100 ms と 500 ms 以上にする必要があります) 各 MEP スイープから各メジャーの値を計算して、1 つの値を取得するこれらの 10 個の値の平均 (すなわち、意味)32。振幅と皮質沈黙期間 (CSP) は、待ち時間が CMR のプロキシ接続の測定に対しプロキシ CMR、興奮性測定をされます。残りと TVA は両方、検査筋45までの距離によって待ち時間の影響を受ける各サブジェクトの高さに対して相対的な待機時間を正規化します。
  2. 安静時に MEP 振幅と遅延を計算します。
    1. 生筋 MEP の正と負のピーク (ピーク-ピークなど) の最大の違いとして振幅 (μ V) を計算します。これらの 2 つの特定の筋肉、TMS 発症後 20-60 ms の時間枠内でピークを検索します。
      注意: はしかし 20 60 ms の MEP 検索ウィンドウが神経学的健常被験者の機能、人脳卒中、広い MEP 検索窓 (例えば、 20 75 ms) 他の神経集団 (例えば多発性硬化症) の必要があります。
    2. TMS 発症と MEP 発症までの時間として整流 EMG から待ち時間 (ms) を計算する (すなわち、整流 EMG トレース最初とき時間が所定のしきい値を超えた - 100 ms 前刺激筋の 3 つの標準偏差プラスを意味)32,46。
  3. TVA の中に MEP 振幅、遅延、および CSP を計算します。
    1. 生筋 MEP の正と負のピーク (ピーク-ピークなど) の最大の違いとして振幅 (μ V) を計算します。これらの 2 つの特定の筋肉、TMS 発症後 20-60 ms の時間枠内でピークを検索します。
    2. TMS 発症と MEP 発症時間として整流 EMG から待ち時間 (ms) を計算します。
      1. 残りの部分よりも TVA の異なる MEP 発症を計算します。MEP 発症とオフセットを計算する 2 つの時間を見つけることによってポイント整流 EMG トレースが 100 ms 前刺激のレベルに設定されて所定のしきい値を超えたことを意味筋。少なくとも前刺激筋電図プラス 3 つの標準偏差の平均値を超えるピークを見つけて、その間 2 時間ポイント。その後、最初のピークから 50 個のデータ ポイント (5000 Hz のサンプリング レート) 時間のピーク前に整流の EMG トレースが最初平均前刺激筋電図のしきい値を超えたことに検索します。MEP 発症32としてその時間を定義します。
    3. MEP オフセットおよび筋電図再開までの時間として整流 EMG から CSP (ms) を計算する (すなわち、絶対 CSP: MEP 期間の除外)47。時間のピークの後の 200 のデータ ポイント (5000 Hz のサンプリング レート) は整流 EMG トレースが最後平均前刺激筋電図; のしきい値を交差する最後のピークから検索します。MEP オフセットとして時間を定義します。その後、整流の EMG トレースが最後平均前刺激筋電図32の 25% を越える時間であるベースライン EMG の再開を計算します。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

図 2-4データから現在代表的な神経学的にそのまま 31 歳男性身長・体重 178 cm ・ 83 kg よりそれぞれ。

図 2は、二国間のホット スポットと各足首の筋の RMT を示します。各半球の足領域の中央上にあるスポットを使用 (図 1 bの正方形を参照)、MSO がホット スポットの狩猟に使用された二国間 45% の強度。各筋肉のためのホット スポットの場所が異なる半球では、まだ脚運動皮質に位置していたすべての 4 つのホット スポットとして予想されます。この発見は、TA とソルが同じホット スポット; を共有していないことを示しますしたがって、各筋肉の CMR は、同じホット スポットを使用して両方の筋肉の反対の各筋のホット スポットを使用して評価されなければなりません。各筋肉のため二国間 RMT した適応的しきい値狩猟法を用いたします。6 〜 22 刺激 RMT を決定するために適用される刺激の数です。各筋肉の 2 つの RMT 値の差は 1% 〜 3% であった MSO。適応しきい値狩猟法を用いた低変動で足首筋肉の RMT を決定する効率的な方法をすることができますこれらの結果を組み合わせることを示唆しています。さらに、すべての RMTs は、ホット スポットの狩猟 (図 2の破線) 用強度より低かった。この発見は、脚の運動領域上にあるスポットを使用することを示します (図 1 bの正方形を参照)"true"閾強度が可能に。

図 3は、各筋のホット スポットは、安静時に刺激された TA とソルの二国間の応答を示します。二国間すべてホット スポット刺激の対欧州議会 TA で SOL モデルが導かれました。しかし、応答と待機時間、常に大きいとソルよりも TA で短い関係なく、それぞれ筋肉のホット スポットを覚えました。TA と半球間裂に近刺激のホット スポットの頃を中心に存在していた同側反応 (図を参照してください: 2 a -TA のホット スポット、 2 b -両方の筋肉ホット スポット)。逆に、同側の応答は欠席した外側半球間裂から一段と刺激される側両方の筋肉で (> 10 mm) (図 2 a -ソル ホット スポットを参照してください)。

図 4は、各筋のホット スポットは、TVA の中に刺激されたときに TA とソルの二国間の応答を示します。残りの部分のように対側 Mep 抽出された TA とソルの二国間のすべての誘導サイトの 15 ± 5% の中に MVIC。検査された筋肉のみがアクティブ化されました。だから、残りの 3 つの筋肉は、安静時だった。CSP, アクティブ筋、TA とソルでのみ存在していた。残りの部分のように右と左ソル ホット スポット上の TMS も同側の反応を誘発これらの応答側の TA にのみ存在していた (図 4 a、Dを参照してください)。逆に、ソル通り右と左の TA ホット スポット上の TMS は、対側議員だけを引き出した。興味深いことに、遅れている応答側のソルの TA がアクティブにされた場合にのみ存在していたこれらの応答存在二国間、ポスト TMS 80-100 ms の間に発生していた欧州議会よりも大きな振幅 (を参照してください †図 4 a, Cで)。範囲 70-100 ms ポスト TMS をこれらの遅い応答は TA TVA のみソルで流行する以前報告されている (0-40 %mvic)48,49。

休憩と TVA 条件類似していた、特定のホット スポットが刺激されたときに同側反応が引き出されます。同側反応の存在可能性がある oligosynaptic 経路 (例えば、皮質影響脊髄管) の刺激の結果または脈拍の広がりの現在。2 つの可能な原因を区別するアプローチは、対側と同側の応答の待機時間の違いを計算することです。前の TMS 研究は、対側の応答を基準 > 3 ms 遅延の同側応答は同側の MEP (iMEP)、皮質細脊柱管 (すなわち、 oligosynaptic 経路をあることができる潜在的な経路を推測しています。)50,51,52,53,54。逆に、短い遅延と同側応答パルスの現在の結果である可能性があります。したがって、このような反応は、iMEP をできない場合があります。残り、中に同側反応 (図 3 aC、D を参照) 反対側の反応として似たような待ち時間があった。したがって、これらの応答 iMEPs、ほとんどなかったが、みられる普及により誘発されるパルスの電流半球間裂に隣接します。右の TA と左のソルは、TVA の間にアクティブ化された、同側反応 TA で誘発されただけと > 3 ms 対側の応答と比較して遅れていた (図 4 a, Dを参照してください)。IMEPs 皮質細脊柱管の刺激を示す可能性がありますこれらの応答があります。要約すると、同側反応は、共通脚の運動野が刺激55;これらの応答は、iMEPs として解釈されるため、注意が必要です。

Figure 1
図 1: 皮膚と曲線の脳モデルを再構築します。(A)各ランドマークにポインターの先端を置くことによってアセスメント中に対象画像の登録を計算する 4 つの解剖学的ランドマーク (右と左の耳の鼻、ナジオン、supratragic 切欠きの先端) と皮膚モデルを使用します。(B) 4 x 9 長方形グリッドは脚上両側に配置 モーター皮質野。正方形を示すスポット ホット スポット狩猟用閾強度を決定するために使用します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Figure 2
図 2: 二国間の TA とソルのホット スポットと RMT 。両半球では、星のシンボルは各筋のホット スポットを表します。現在プロット バー各サークル以下の値は、刺激の数を表しながら、各筋肉のための 2 つの評価 (開いている白い円) の平均の RMT は適応型のしきい値狩猟法による RMT を決定に適用されます。破線は、ホット スポットの狩猟用に使用強度を示して (45 %mso)。(A)ホット スポットと右/対側の TA とソル TMS は左半球に適用されている間の RMTs。TA ホット スポットであった脚の運動領域と半球間裂に近位ソル ホット スポット TA ホット スポットの外側 10 ミリメートル。TA とソル RMT を決定するために使用する刺激の数は、それぞれ 6-21、9-11、であった。TMS は右半球に適用されている間、 (B)ホット スポットと左/対側の TA とソルの RMTs。左半球のように TA ホット スポットは脚の運動領域と半球間裂に近位でした。ソルのホット スポットは 7.1 mm 後方、横 TA のホット スポットだった。TA とソル RMT を決定するために使用する刺激の数 10-22 と 11-10 の範囲であった。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Figure 3
図 3: 二国間の TA とソル CMR 評価 - 残りします。各筋の平均波形を表示中に収集された二国間休憩 TA とソルの EMG 各ホット スポットの刺激のため (合計時間 500 ms; 100 ms 前 TMS)。√ と X の記号は、MEP はどちらかであることを示す存在 (> 50 μ V) または不在 (≤ 50 μ V)、それぞれ。MEP の存在の場合、ピーク-ピーク振幅 (μ V) と待機時間 (ミリ秒) の値が掲載されています。(A)左の脳半球の右側/対 TA ホット スポットの刺激。欧州議会両方の権利/反対側の足首の筋肉で大きい振幅を持ち、右ソルよりも待ち時間が短い右側の ta モデルが導かれました。刺激のホット スポットは半球間裂によって位置と左半球に脚の運動領域に近位、左/同側の足首の筋肉の MEP はまた誘発 (唯一 TA) です。(B)右/対ソルの刺激ホット左半球上のスポット。右/反対側の足首の筋肉にのみモデルが導かれた mEPsしかし TA 右半球の MEP の振幅値が大きいと、左/対 TA のホット スポットの SOL. (C)刺激よりも待ち時間が短いがあった。大きい MEP を持つ両方の TA と両方と右/同左/対側の足首の筋肉で抽出された Mep 振幅と両方ソルより短い待ち時間。この二国間の MEP 獲得閾強度と刺激のホット スポットの位置のために主にです。(D)左/対ソルの刺激は右半球上のスポット ホットします。Mep 左/反対側の足首の筋肉と TA の右/同モデルが導かれました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Figure 4
図 4: 二国間の TA とソル CMR 評価 - TVA 。各ホット スポットの刺激、二国間の TA とソルの EMG 15 ± 5% で, 対側筋がアクティブ化されたときに収集された MVIC。各筋の平均波形を表示 (合計時間 500 ms; 100 ms 前 TMS)。√ と X の記号は、MEP はどちらかであることを示す存在 (> 50 μ V) または不在 (≤50 μ V)、それぞれ。MEP の存在の場合、ピーク-ピーク振幅 (μ V)、待ち時間 (ms)、および CSP (ミリ秒) の値が掲載されています。(A)左の脳半球の右側/対 TA ホット スポットの刺激。右 TA MEP は、CSP が続いた。対側/右ソルで MEP が誘発された以降の応答 (†) はまた誘発されるで (振幅: 563 μ V; 待ち時間: 82.8 ms)。MEP は、左/同 TA、5.2 ms 右/対 TA の待ち時間と比較して待ち時間が遅れでも誘発されました。(B)右/対ソルの刺激ホット左半球上のスポット。右/対ソル MEP の CSP、続いていた MEP が対側/右 TA で誘発されたもと。左/同側の Mep が誘発ないです。(C)右半球上左/対 TA のホット スポットの刺激。左 TA MEP は、CSP が続いた。左/対ソルの MEP が誘発された以降の応答 (†) はまた誘発されるで (振幅: 465 μ V; 待ち時間: 96.3 ms)。右/同側の筋肉で Mep が誘発されるないです。(D)左/対ソルの刺激は右半球上のスポット ホットします。左ソル MEP は、CSP が続いた。欧州議会は、左/対ソルと右/同左/対 TA の遅延に比べて 4.7 ms で待ち時間が遅れる、TA で抽出されました。右/同 SOL. の MEP が誘発されたないこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

様々 なコホートで動的タスク中に大脳皮質の運動野が脚の筋肉の運動の制御に貢献する方法で新たな関心を考えると、これらの筋肉の徹底的な評価を記述する標準化された TMS プロトコルが必要です。したがって、最初の時間の議定書は標準化された方法論的手順を提供します 2 つ足首拮抗筋、ソルと、TA の二国間の評価の 2 つの筋肉状態 (残り、TVA) 中にパルスを用いた単一 TMS ニューロナビゲーションと。

調査結果は考慮すべきいくつかの重要なステップを指摘する代表の結果セクションで説明されています。まず、ニューロナビゲーション システム各被験者の MRI を使用する必要があり、各筋肉のホット スポットを決定する必要がありますを使用して、他の脚の筋肉と同様に、これらの筋肉の CMR 評価を実施しなければなりません。ニューロナビゲーションはターゲットのモーター領域の上正確な TMS 刺激を導くことができるし、被験者の MRI を使用すると、ターゲットの運動領域がすることができます正確に56,57を刺激します。前作は上肢筋肉58,59,60; の TMS 評価時にニューロナビゲーションを使用しての効果を検討しました。これらの研究からの調査結果は混合されました。まだ、研究が、下下肢筋のこの効果を検討したことはないです。TA とソルの運動皮質領域の位置を考えると (すなわち頭皮の表面の下の約 3-4 cm の半球間裂に隣接して)36,42,61,"true"を捜すホット各サブジェクトの解剖学に配置グリッドを使用して各筋のスポット SOL. 使用同じプロトコルがここで紹介を中心に、どちらの筋の MEP をうまく引き出すの確率の増加、我々 は最近、欧州議会が両方の TA で抽出された正常に示されています。ほぼすべての科目でソル (N = 21)32。2 番目の重要なステップは、各筋の両側性の評価です。上肢運動野とは対照的 2 脚モーター領域は、互いに隣接しており、以上 1 つの領域の反対側の部分が現在の普及により刺激されるパルスが適用されたとき。したがって、いずれかの iMEP (皮質影響脊髄経路の潜在的なプロキシ)50の存在か反対脚のモーター領域の直接刺激だけいずれかの筋で同側応答を示します。過去には、同側の TA の応答が報告された、まだ誘導サイトは、解剖学的ランドマーク (ミリメートル後部と頂点の外側の 10 と 15)62に基づいていた。このプロトコルを使用して、各筋肉のホット スポットを個別に決定できるし、ホット スポットの場所に応じて対側または両側のいずれかの応答が誘発されることができます (図 3および図 4を参照)。二国間の応答は複数の降順の結果かどうか経路や単一経路の刺激だけが必要ですさらに調査。

現在のプロトコルは、研究デザインに応じて変更できます。このプロトコルで使用されますが、単発 TMS 対パルス (テスト パルスはパルスをコンディショニングすることで前に)63,64はこれらの 2 つの足首の筋肉の皮質ネットワークを評価するためにも使用できます。同様に、TMS の強さ (入力) と MEP の振幅値 (出力) の関係を評価するために、ホット スポットと各筋肉の RMT 決定後各筋の両側の入出力曲線を取得できます。各筋肉の CMR を評価する 10 の刺激は休息と TVA 中、各ホット スポットに適用されます、まだ最近のレポートは以上 10 の刺激を筋肉65,66の CMR を確実に評価するために使用することを示唆しています。同様に、1 点につき 1 つ以上の刺激はこのプロトコルで使われるスポットあたり単一刺激と比較してホット スポット狩猟 (例えば2-5 スポット刺激/) の間に適用できます。スポットごとの 1 つ以上の刺激を適用すると、それぞれの筋肉のホット スポットより確実に判断できます。最近の研究はいくつかとして示唆としてスポットあたり 2 つの刺激はホット スポット測定67のための十分な可能性があります。さらに、最も広く使用されているしきい値狩猟法、ロッシーニ ロスウェル基準69,70に基づいて、相対頻度法68に比べて適応しきい値狩猟法である、存在のプロトコル。適応しきい値狩猟方法は、相対頻度法よりもより効率的な (すなわちRMT を決定するために必要なより少ない刺激) は、両方の方法は似たような精度71を共有します。前述のすべての変更が適用される刺激の合計数を増加することを覚えていることが重要です。最後に、現在のプロトコルでは、ベースライン ノイズと"true"休眠状態を評価するために未満 50 μ V ピーク-ピーク振幅の基準が使用されます。10 μ V より大きい任意の EMG 信号を破棄 (二乗平均平方根計算 100 ms 以上)、代替アプローチです。

このプロトコルには、ほとんどの方法論的考察がありません。最初に、これらの 2 つの筋肉の評価は休息や TVA の間に座っている位置にです。前述したとおり、TA とソルの直立姿勢タスクおよび歩行が重要。以前の研究は直立姿勢タスク14,72,73,74,75,76と歩く20,の間に TA とソル CMR を検討しているが22,77,78,79, 評価した一方的、のみ、TMS にニューロナビゲーションによって導かれなかった。したがって、これらのタスクの間に現在のプロトコルを使用しない場合でもまだこれら 2 つの足首の筋肉の皮質のドライブについての非侵襲的なウィンドウを提供できます。第二に、アクティブな運動閾値 (AMT) が、その測定値も確立された方法論がないので特定できませんでした。AMT と相関している、RMT より低いことを考える (〜 82%) RMT の閾強度を使用する場合でも、TVA の中に80MEP を誘発することができます。第三に、ニューロナビゲーション システムと各教科の構造 MRI の使用も、MRI とニューロナビゲーション システムの取得のコストが高いためすべての設定でことができないことがあります。ただし、このプロトコルで使用される 1 つを含む特定のニューロナビゲーション システムは被験者の MRI; せず使用できます。平均の MRI が使用されます。この場合、コイルは誘導のサイトに正確に配置できます。

前作は TA とソル CMR 別コホートでさまざまな作業の中に、検査しながら研究に二国間で各被験者の MRI ニューロナビゲーションを使用してこれらの 2 つの筋肉を検査標準化されたプロトコルは使用されません。各教科の構造 MRI ニューロナビゲーション システムと組み合わせての使用は、確度と精度の両方の筋肉の運動皮質表現の刺激を促進します。これは、脚運動皮質の決定的に重要です。また、このプロトコルが筋肉の CMR は、筋肉が完全にリラックスしているか、部分的に活性化に依存することを考える TA および SOL CMR を休息と TVA の中に評価する方法について説明します。また、各筋の両側の CMR は、同時に評価しながら、それぞれの半球が刺激されます。さらに、同じホット スポットを使用すると、単一の筋肉の CMR を評価するためではなく各筋のホット スポットが決定延期になった脚の皮質表現、最大振幅を持つスポットとして定義されている標準化されたグリッドを使用して、最短待機時間43。相対周波数法は筋肉68の運動閾値を測定するため広く使用されています、このプロトコルは、実験期間と刺激セッション44ごとに適用の総数を削減するのに適応しきい値狩猟メソッドを使用します。最後に、データ分析の期間を短縮して CMR 措置の計算を標準化するためには、自動化されたデータ分析の方法論を使用します。

将来の研究は、さらにそのまま心身ともに障害者コホートで TA とソルの皮質コントロールを明らかにこのプロトコルを使用できます。この議定書のようなアプリケーションは、これらの 2 つの筋肉のマッピングです。いくつかの研究は、TA81,,8283,84の運動野を調べたところ、1 つだけ研究報道焦点皮質形成異常85と 1 人の患者からソルの運動皮質野。これらすべての研究を共有する共通の特徴は、このプロトコルで使用されるシステムとは異なる同じ neuronavigated TM システムの使用です。しかし、このシステムは非常に高価なそれは通常、病院などの臨床現場で発見します。現在のプロトコルを変更すると、将来の研究できる体系的に調査し、皮質マッピング対策の規範的データ TA とソルの神経学的にそのまま大人。このような結果は、各筋の運動表現を具体的に定量化に使用するモーターのマッピング測定を確立します。この議定書の他の潜在的なアプリケーションはこれらの 2 つの筋肉の評価、手術や介入の前後に (例えば、行動: 運動で神経生理学的: 反復的な TMS 経頭蓋直流電流刺激 - TDCS) と運動や臨床コホートで回復期に。これは手術または介入可能性がありますこれらの 2 つの筋肉の皮質のドライブを変更する方法を決定するためのリハビリテーション科学者をできるようになります。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

著者が明らかに何もありません。

Acknowledgments

著者は、方法論の開発を手伝うことと原稿の草案に関するフィードバックの提供ありがとう博士ジェシー c. ディーン。この作品は、VA のキャリア開発賞 2 RR & D N0787 W (MGB) 制度開発賞から、一般的な医療技術研究所 NIH グラント番号 P20 GM109040 (SAK) の下の P2CHD086844 (SAK) によって支えられました。コンテンツには、退役軍人局やアメリカ合衆国政府の見解はありません。

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

神経科学、問題 144、経頭蓋磁気刺激、皮質脊髄路、前脛骨筋、ヒラメ筋、強壮剤自主活性化、神経生理学、皮質応答、脳ニューロナビゲーション
経頭蓋磁気刺激の移動による足首の筋の皮質脊髄路の経路の二国間の評価
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