Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Двусторонней оценки кортикоспинальных путей лодыжки мышц используя переход транскраниальная магнитная стимуляция

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

Настоящий Протокол описывает синхронный, двусторонние оценки реакции corticomotor tibialis передней и камбаловидной во время отдыха и тоник добровольных активации, с помощью единого импульса транскраниальной магнитной стимуляции и нейронавигация системы.

Abstract

Мышцы дистальных ног получают нейронных ввода от мотор корковых областях через кортикоспинальных путей, который является одним из основных мотор нисходящей пути в организме человека и может быть оценена с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (TMS). Учитывая роль мышц дистальных ног в вертикальном постуральной и динамические задачи, такие как ходьба, растущий интерес исследования в области оценки и модуляции кортикоспинальных участки по отношению к функции этих мышц возникла в последнее десятилетие. Однако различных исследований, делая интерпретации результатов от поперечных и продольных исследований, менее надежные менялись методологических параметров, используемых в предыдущей работе. Таким образом использование стандартизированных TMS протокола для оценки реакции corticomotor мышц ног (CMR) позволит для прямого сравнения результатов различных исследований и когорты. Цель данного документа – представить протокол, который обеспечивает гибкость, позволяющую одновременно оценить двусторонние КДПГ два основных лодыжки антагонистических мышц, tibialis передней и камбаловидной, используя один пульс TMS с системой нейронавигация. Настоящий Протокол применяется, пока рассмотрены мышцы либо полностью расслабленным или изометрически контракт на определенный процент максимальной Изометрические добровольные сокращения. Использование каждого предмета структурных МРТ с системой нейронавигация обеспечивает и точное позиционирование катушки над кортикального слоя представления ноги во время оценки. Учитывая несоответствие в КДПГ производных мер, этот протокол также описывает стандартный расчет этих мер, с помощью автоматизированных алгоритмов. Хотя этот протокол не проводится при вертикальном постуральной или динамических задач, она может использоваться для оценки на двусторонней основе любой пары мышц ног, синергетический, неврологически нетронутыми и нарушением предметам или антагонистические.

Introduction

Tibialis передней (TA) и камбаловидной (SOL) являются лодыжки антагонистических мышц, расположенных в передний и задний отсек голени, соответственно. Обе мышцы являются uniarticular, в то время как основная функция TA и соль-dorsiflex и plantarflex стопного сустава, соответственно1. Кроме того та более функциональным для экскурсий длинные мышцы и менее важным для производства силы, тогда как соль антигравитации мышц, разработан для создания высокой силы с небольшой экскурс в мышцу2. Обе мышцы особенно актуальны во время прямой осанки и динамические задачи (например, ходьба)3,4. Что касается нейронных контроля motorneuron бассейны оба мышц получают нейронных езды от мозга через мотор убыванию путей5,6, помимо различной степени сенсорных дисков.

Главный двигатель, спуск путь является кортикоспинальных путей, которая исходит от первичного, премоторной и дополнительный мотор районов и заканчивается в бассейны спинного motorneuron,7,,8. В организме человека можно реально оценить функциональное состояние этого тракта (corticomotor ответ - КДПГ) с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (СПТ), неинвазивная мозга стимуляции инструмент9,10. С момента введения TMS и с учетом их функциональной значимости при вертикальном постуральной задачи и пешеходного движения CMR TA и соль были оценены в различных когорт и задачи11,12,13,14 ,,1516,,1718,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,,3031,32 .

В отличие от оценки КДПГ в мышц верхней конечности33протокол не универсальный СПТ был создан для оценки КДПГ в мышцы нижней конечности. Из-за отсутствия установленного протокола и большой изменчивостью методологических через предыдущих исследований (например, тип катушки, использование нейронавигация, уровень активации тоник, тестирования стороне и мышц, использовать и расчет КДПГ мер, и др. ), интерпретация результатов различных исследований и когорты может быть громоздким, сложной и неточными. Как меры функционально актуальны в различных задач, мотор, специфичные для Нижняя оконечность КДПГ оценки TMS протокол позволит мотор неврологи и реабилитации ученых, с тем чтобы систематически оценивать КДПГ в эти мышцы через сессий и различных когорт.

Таким образом цель настоящего Протокола заключается в описать двусторонней оценки TA и SOL КДПГ, с использованием системы TMS и нейронавигация единого импульса. В отличие от предыдущей работы этот протокол направлен на максимальной строгости экспериментальных процедур, сбора данных и анализа данных, используя методологических факторов, которые оптимизируют действительность и продолжительность эксперимента и стандартизировать КДПГ Оценка этих двух нижних мышц конечности. Учитывая, что КДПГ мышц зависит ли мышцы полностью расслабленной или частично активируется, этот протокол описывает, как можно оценить TA и SOL CMR во время отдыха и тоник добровольных активации (НДС). В следующих разделах будет тщательно описаны настоящего Протокола. Наконец репрезентативных данных будут представлены и обсуждены. Протокол, описанные здесь является производным от, в Хараламбус et al. 201832.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все экспериментальные процедуры, представленные в настоящем протоколе были утверждены местным советом по рассмотрению институциональных и находятся в соответствии с Хельсинкской декларации.

1. согласие процесса и безопасности вопросники

  1. До любого эксперимента объясните каждому предмету цели исследования, основные экспериментальной процедуры и любые потенциальные факторы риска, связанные с участием в исследовании. После ответа на любые вопросы или проблемы, которые могут иметь предметы, попросите субъектов признать процесс согласия и подписать форму информированного согласия.
  2. Администрирование МРТ34 и TMS35 безопасности скрининг вопросники для обеспечения безопасности субъектов и квалификация для МРТ и TMS тестирования. Исключите все предметы, которые не отвечают всем критериям безопасности от оценок МРТ и TMS.

2. МРТ и подготовка нейронавигация системы

  1. Управление оценки МРТ до TMS оценки32. У темы лежат в лежачем положении с подушкой, под колени для обеспечения удобной позы. Указание темы держать все еще в сканер.
    1. Обеспечить защиту ухо к предметам, чтобы смягчить громкий шум сканера. Предпочтительно использовать беруши халявы уха из-за использования двусторонних supratragic паз для регистрации субъекта изображения в системе нейронавигация (см. 5.2).
    2. Получение изображения с высоким разрешением T-1 Средневзвешенная анатомические мозга (минимальные требования: кусочек толщиной 1 мм и полная мозга и мозжечковая покрытие), либо, как NFTI или DICOM файлов. Убедитесь, что нос полностью включены в изображения за счет использования субъекта кончик носа для регистрации субъекта изображения в системе нейронавигация (см. 5.2).
  2. Загрузите файлы МРТ в систему нейронавигация. Совместно вручную зарегистрируйте каждый предмет МРТ для передней и задней спайки, поэтому субъекта МРТ могут быть сопоставлены с помощью Монреальского неврологического института Атлас.
    1. Реконструировать кожу и полный криволинейных мозга модель, регулируя ограничивающий прямоугольник вокруг черепа и мозга ткани, соответственно. Определить четыре анатомические ориентиры (кончик носа, Насьон - мост носа и supratragic паз правого и левого уха) с использованием кожи модели (см. Рисунок 1A).
    2. Поместите прямоугольной сетки ноги мотора области коры на каждое полушарие с помощью восстановленных криволинейных мозга (см. рис. 1B). Расположите по центру строки сетки в центре и над извилины ноги двигательной области коры головного мозга где кортикоспинальных участки, которые иннервируют ноги мотора бассейны происходят36. Позиция медиальной столбец сетки параллельных и прилегающих к медиальной стенки ипсилатеральные полушария.
    3. Используйте подход, основанный на коре, в котором ошибка в ориентации имеет незначительное влияние на сайте стимуляции37 вместо головы основе целевой подход, в котором любая ошибка в ориентации можно изменить на сайте стимуляции. Используйте эту сетку для поиска горячих точек. Мотор картирования, использование больших сеток либо путем добавлять больше точек и/или увеличения расстояния между точками (например, 10 мм).

3. Тема подготовка и размещение

  1. Измерьте электрофизиологических реакций одного импульса TMS, с использованием в общей сложности 4 поверхности электродов ГРП. Для подготовки и размещения электродов используйте опубликованные руководящие принципы,3839 и полное размещение в то время как предмет находится в стоячем положении.
    1. Подготовьте область, над которой будет делаться каждый электрод для бритья и слегка Отшелушивающий любой мертвые клетки кожи и масла с помощью алкоголя тампоны.
      Предупреждение: Для субъектов на разжижения крови (например, люди после инсульта), осторожность во время подготовки кожи из-за потенциального риска кровотечения.
    2. Прикрепите электроды на двусторонней основе на TA. В положении стоя, попросите субъектов поднять их пальцы вверх и затем поместить электрод в верхней трети линии между головкой малоберцовой кости и медиальной лодыжки (т.е., мышцы живота сразу сбоку большеберцовых гребень).
    3. Прикрепите электроды на двусторонней основе на соль. В положении стоя, попросите субъекта выполнять пятку приподнимают и затем поместить электрод в нижней трети линии между боковой мыщелка бедренной кости и латеральной.
    4. Присоедините земли пассивный электрод сравнения на коленной чашечки или латеральной. В зависимости от подразделения приобретение ГРП место земли электродов на двусторонней основе или в одностороннем порядке.
  2. Проверьте Размещение электродов и качество сигнала.
    1. Проверьте электроды размещения (например, для ясного визуально обнаружить ГРП очередей), задавая субъекта либо dorsiflex или plantarflex, лодыжки в вертикальное положение во время отображения необработанный сигнал ГРП всех мышц протестированы на экране компьютера. В случае неправильно электрода удалить и заменить его до тех пор, пока существует ясно визуально обнаружить всплески ГРП с минимальным фоновый шум. Надлежащее соотношение сигнал-шум имеет решающее значение в выявлении мотор реакции (> 50 МКВ).
    2. Проверьте качество сигнала (например, для исходный шум), выполняя TMS единиц для несколько раз во время TMS катушки от сидящих съемки и с мышцами в состоянии покоя. Убедитесь, что базовый сигнал для каждого канала ГРП будет близка к нулю (т.е., пик пик амплитуды должно быть меньше 50 МКВ и шума нет базовой линии, например, 50 или 60 Гц Мощность линии ХУМ). Если исходный шум присутствует в канале, удалите соответствующую электрода и повторите процедуры подготовки кожи. Если шум по-прежнему присутствует (то есть, пик пик амплитуда > 50 МКВ), отрегулируйте положение электрод сравнения и заменить электролитного геля.
  3. Зафиксируйте все электроды, используя свет пены предварительно обернуть ленту. Периодически на протяжении эксперимента, убедитесь, что электроды надежно подключены и что сигнал имеет хорошее качество.
  4. Место субъекта в кресле. Для обеспечения последовательного ноги размещение по предметам, безопасный обе ноги при ходьбе сапоги (то есть, лодыжки ног ортез), которые позволяют лодыжки ROM корректироваться в определенную позицию и обеспечить устойчивость во время тестирования TVA. Отрегулируйте бедра и колена углы, чтобы избежать дискомфорта субъекта. Указание темы держать все еще на протяжении всего эксперимента. Используйте остальные лоб придает стул, чтобы держать подданных все еще во время TMS приложения, если таковые имеются.

4. TVA тестирование

  1. На двустороннем уровне Определите максимальный добровольных Изометрические сжатия (MVIC) каждой мышцы. Для каждого движения (то есть, dorsiflexion и plantarflexion), поручить предметов для максимально контракт контралатеральной исследуемого мышцы (например, правом TA) 4 раза (~ 5 s схватки, разделенных 60 s отдыха) субъекта, сидя в позе описано выше.
  2. Вычислить значение максимальной мышечной активности во время каждого MVIC (т.е. в среднем в течение 100 мс окна вокруг Максимальный выпрямленный и сглаженного ГРП) из трех последних испытаний, в среднем три значения и 15 ± 5% от каждой мышцы средняя MVIC.
    Предупреждение: Больше % MVIC могут быть использованы, но оно не может быть осуществимо в клинической когорты (например, люди после инсульта).

5. Регистрация в системе нейронавигация

  1. Место темы трекера, заставку или очки, отражающей маркерами на предмет голову на противоположной стороне от стимулировали полушария так трекер не препятствовать позиционирования катушки во время стимуляции каждой сетки пятно.
    Предупреждение: В случае, что заставку используется, убедитесь, что это уютно на субъекта головой, но не слишком туго, потому, что это может вызвать головную боль после длительного периода времени.
  2. Проверьте правильное положение камеры захвата движения, поместив предмет трекер, указатель и катушки трекер в пространство тома его захвата. Выполните регистрацию субъекта изображения, поместив кончик указателя на 4 анатомические событий (см. рис. 1A).
  3. После того, как отбираются все анатомические ориентиры, проверьте ли регистрации произошла точно, поместив кончик указателя на нескольких участках субъекта черепа (то есть, этап проверки). Если расстояние от кончика указателя реконструированной кожи менее 3 мм, переходите к СПТ эксперимента; в противном случае повторите регистрацию субъекта изображения до тех пор, пока желаемый ошибка значения получаются. В ходе эксперимента повторите регистрацию если предмет трекер случайно переехал.

6. TMS

  1. Используйте же методологических параметров во время отдыха и TVA.
    1. Примените один пульс раздражителей на оптимального сайте (т.е. гиперзону; см. следующий пункт для получения более подробной информации) обследованных мышцы. Примените каждый стимул случайным образом каждые 5-10 s чтобы избежать ожидании стимул и свести к минимуму последствия переноса предыдущего импульса для последующих одного40.
    2. В случае что одновременно используются две единицы TMS, установить единицы либо стандартные или синхронный режим41. Стандартный режим применяется слабее пульс чем единое целое, тогда как синхронный режим применяется сильнее пульс чем единое целое. Использование либо один может основываться на потребностях протокола и общее количество раздражителей.
    3. Используйте двойной конус катушки побудить внутричерепных ток posteroanterior. При необходимости, используйте нейронавигация системы для управления катушки вручную и правильно свою позицию в отношении желаемого стимулировали пятно до каждый стимул.
    4. Предметы и сеансами случайный порядок рассматриваемых мышц и полушария. Всегда применять условие TVA после состояния покоя, чтобы избежать какого-либо вмешательства с тестированием в состоянии покоя (например, усталость по убыванию путей вследствие TVA тестирования).
  2. На двустороннем уровне определите гиперобъекта обоих мышц.
    1. Найти suprathreshold интенсивности, которая будет использоваться во время активной охоты, применив один стимул над центром месте рядом с межполушарные трещина (см. синие и красные квадраты в рис. 1B). Использовать это место, потому что он расположен в локусе ноги двигательной области36,42.
    2. Запуск при низкой интенсивности (например, 30% максимальной стимулятор вывода; MSO) и постепенно увеличить интенсивность TMS, с шагом 5%, до достижения интенсивности, что вызывает мотор вызванный потенциал (MEP) с пик пик амплитудой более чем 50 мкВ всех контралатеральной исследуемого мышц для 3 последовательных раздражителей.
    3. Определить сразу же после каждого стимул был ли MEP вызвал на основе сырья сигналов и пик пик амплитуд (окно поиска: пост TMS начала 20-60 мс) всех изучил мышц.
    4. Примените один импульс TMS на каждом месте сетки (всего 36 стимулы). После завершения протокола гиперобъекта передать амплитудой и задержкой значения каждого местом для всех контралатеральной мышц в электронную таблицу и сортировка амплитуда от высокой к низкой и задержку от низкой высокой. Определите гиперобъекта контралатеральной TA и SOL как расположение в сетке с большой амплитудой и короткие задержки43.
      Предупреждение: Если не на том же месте по величине амплитуды и короткие задержки, определите гиперобъекта, используя большой амплитуды.
  3. Определите на двусторонней основе, что каждая мышца отдыха Мотор порог (ППР).
    1. Выберите место сетки в системе нейронавигация, которая соответствует исследуемого мышцы гиперзону.
    2. Используйте метод адаптивного порога охота для RMT определения исследуемых мышцы44. Установите начальный размер интенсивности и шаг на 45 и 6% MSO, соответственно32. Запустите RMT охота дважды для каждой мышцы и использовать среднее значение для последующей оценки КДПГ.
  4. Оценки на двусторонней основе TA и SOL CMR во время отдыха.
    1. Выберите место сетки в системе нейронавигация, которая соответствует исследуемого мышцы гиперзону. Примените 10 одного TMS импульсов на 1.2 RMT исследуемого мышцы.
    2. До каждого стимула поручить тему остаться еще и расслабить мышцы рассмотрены на двусторонней основе и контролировать деятельность всех мышц с помощью реального времени визуальную обратную связь, отображение на экране компьютера. В случае, если любые мышцы активен до или после TMS, отказаться от этого судебного разбирательства и применить дополнительные единого импульса. Повторяйте, пока не будут собраны 10 сигналов для каждой контралатеральной исследуемого мышцы в покое.
  5. Оценки на двусторонней основе TA и SOL CMR во время TVA.
    1. Выберите место сетки в системе нейронавигация, которая соответствует исследуемого мышцы гиперзону.
    2. Спросите предметов для контракта исследуемого мышц на 15 ± 5% MVIC и применять 10 одного TMS импульсов на 1.2 RMT. Указание темы держать сглаженной скользящей линии (среднеквадратическое амплитуда 0.165 s) обследованных мышцы, TA или соль, в пределах двух горизонтальных курсоры (MVIC диапазон: 15 ± 5%) и что сокращение на этом уровне в течение нескольких секунд.
    3. Когда та исследуемого мышц, попросите субъектов тянуть слегка против пут на их контралатеральной ноги (т.е., ногу с контралатеральной полушарии стимулировали исследуемого мышцы). Когда соль исследуемого мышц, попросите субъектов вдавите слегка против boot на противоположную ногу.
    4. Мониторинг активности мышц активной исследуемого мышц и оставшиеся отдыха мышц с помощью визуальной обратной связи реального времени отображаются на экране компьютера. Отменить что стимул и применять дополнительные одного импульса снова в случае, если рассмотрены мышечной активности ниже или выше заданного диапазона или любые другие мышцы активируется. Соберите 10 испытаний, пока рассмотрены мышцы активируется на заранее определенного диапазона.

7. анализ данных

  1. Для всех КДПГ мер за исключением RMT, рассчитать стоимость каждой меры от каждого MEP развертки (общая продолжительность должна быть по крайней мере 500 мс длительностью минимум 100 мс до стимул) для всех мышц и затем средние значения 10, чтобы получить одно значение (т.е. означает)32. Амплитуда и период корковых молчание (CSP) являются мерами возбудимости прокси КДПГ, тогда как задержка является мерой подключения прокси КДПГ. Для отдыха и TVA нормализовать задержки относительно высоты каждого предмета, как задержка определяется расстояние до изучить мышцы45.
  2. Вычислите MEP амплитудой и задержкой во время отдыха.
    1. Рассчитайте амплитуды (МКВ) из сырья ГРП как Наибольшая разница между положительных и отрицательных пиков (то есть, пик пик) MEP. Для этих двух конкретных мышц Поиск пик пик в окно времени 20-60 мс после начала TMS.
      Предостережение: Хотя окна Поиск MEP 20-60 МС может работать для неврологических нетронутыми предметы и люди после инсульта, шире MEP поиска windows (например, 20-75 МС) может потребоваться для других неврологических населения (например, рассеянный склероз).
    2. Рассчитать задержка (МС) от ректификованного ГРП как время между началом TMS и MEP начала (т.е. то время, когда сначала проследить ректификованного ГРП пересекает заранее порог - означает плюс три стандартных отклонений ГРП 100 мс предварительное стимулом)32 , 46.
  3. Рассчитайте амплитуды MEP, задержки и CSP во время TVA.
    1. Рассчитайте амплитуды (МКВ) из сырья ГРП как Наибольшая разница между положительных и отрицательных пиков (то есть, пик пик) MEP. Для этих двух конкретных мышц Поиск пик пик в окно времени 20-60 мс после начала TMS.
    2. Вычислить задержка (МС) от ректификованного ГРП как время между началом TMS и MEP начала.
      1. Вычислите MEP начала по-разному в TVA чем в остальных. Рассчитать MEP начала и смещение, находя время две точки ректификованного трассировки ГРП пересекает порог заранее установить на уровень 100 мс предварительное стимулом означает ГРП. Найдите вершины, которые по крайней мере больше, чем среднее предварительно стимул ГРП плюс три стандартных отклонений и между теми, кто два времени точек. Затем Поиск от первый пик к точкам данных 50 (частота дискретизации 5000 Гц) до что пик время ректификованного трассировки ГРП впервые переступает порог означает ГРП предварительное стимулом. Определите это время как MEP начала32.
    3. Рассчитать CSP (МС) от ректификованного ГРП как время между MEP смещение и возобновление ГРП (т.е. абсолютной CSP: исключение продолжительности MEP)47. Поиск от последний пик к точкам (частота дискретизации 5000 Гц) 200 данных после этого пик время ректификованного трассировки ГРП последний переступил порог означает предварительно стимул ГРП; Определите это время как смещение MEP. Затем вычислить возобновление базовых ГРП, который является время, что спирт трассировки ГРП последний пересекает 25% означает предварительное стимулом ГРП32.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

На рисунках 2-4 представить данные от представителя неврологически нетронутыми 31-летний мужчина с высоты и веса 178 см и 83 кг, соответственно.

На рисунке 2 представлены двусторонних горячих точек и RMT каждой мышцы лодыжки. Используя месте расположен в центре области ног в каждом полушарии (см. квадраты в рис. 1B), интенсивность 45% MSO на двусторонней основе использовался для охоты гиперзону. Гиперзону расположение для каждой мышцы отличались между полушариями, но как предполагалось все четыре горячих точках были расположены в ноги мотора корковых областях. Этот вывод указывает, что та и соль не могут поделиться же гиперзону; Таким образом CMR каждой мышцы должны оцениваться с использованием каждой мышцы гиперзону в отличие от использования же гиперзону для обоих мышц. Двусторонние RMT был определен для каждой мышцы, используя метод адаптивного порога охота. Количество стимулы, применяемые для определения RMT, варьировались от 6 до 22 раздражителей. Разница между двумя значениями RMT каждой мышцы, колебалась от 1% до 3% MSO. Сочетая эти результаты свидетельствуют о том, что использование метода адаптивного порога охота может быть эффективный подход для определения RMT мышцы лодыжки с низкой изменчивости. Кроме того все РГУ были ниже, чем интенсивность используется для активной охоты (пунктирная линия на рис. 2). Этот вывод указывает, что использование месте расположен на ноге двигательной области (см. квадраты в рис. 1B) для определения интенсивности «true» suprathreshold.

Рисунок 3 представляет двусторонние ответы TA и соль, когда была простимулирована гиперзону каждой мышцы во время отдыха. Для всех двусторонних стимулировали горячих точек контралатеральной Европарламента были вызвали в TA и соль. Однако ответы и задержки были всегда больше и короче та чем соль, соответственно, независимо от того какие мышцы горячей месте была простимулирована. Ипсилатеральные ответы были представлены главным образом в TA и когда стимулировали гиперзону проксимальнее межполушарные трещина (см. Рисунок: 2A – та гиперобъекта, 2B – обе мышцы гиперобъект). И наоборот, ипсилатеральные ответы были отсутствующими в обоих мышцы, когда стимулировали сторона была далее боковых от межполушарные трещина (> 10 мм) (см. рисунок 2A – соль гиперобъект).

Рисунок 4 представляет двусторонние ответы TA и соль, когда была простимулирована гиперзону каждой мышцы во время TVA. Как и остальные, контралатеральной MEPs были вызвало в TA и соль для всех двусторонних стимулировали сайтов во время 15 ± 5% MVIC. Был активирован только изучить мышц; Таким образом оставшиеся три мышцы были в состоянии покоя. CSP присутствовал только в обследованных активированные мышц, TA и соль. Как и остальные ТМС над правом TA и левой соль горячих точек также вызвало ипсилатеральные ответы; Эти ответы были представлены только в ипсилатеральные TA (см. рис. 4A,D). И наоборот ТМС над правом соль и левой TA горячих точек вызвало только контралатеральной европарламентарии. Интересно, что поздно ответы в контралатеральной соль присутствовал только тогда, когда та была активирована; Эти ответы были представлены на двусторонней основе, произошло между 80-100 мс пост TMS и имел большие амплитуды чем европарламентарии (см. † в рисунке 4A, C ). Эти конце ответов с диапазон 70-100 мс пост TMS ранее сообщалось быть распространенным в соль только с TA TVA (0-40% MVIC)48,49.

Отдыха и TVA условия были похожи в том, что ипсилатеральные ответы были вызвало при некоторых горячих точках были стимуляции. Присутствие ипсилатеральные ответов потенциально может быть результатом стимуляции oligosynaptic путь (например, cortico ретикуло спинного тракта) или распространения импульса в текущий. Подход к различать две возможные причины является для вычисления разницы в задержке между контралатеральной и ипсилатеральные ответов. Предыдущие исследования TMS предположили, что ипсилатеральные ответ > 3 мс задержки по отношению к контралатеральной ответ ипсилатеральные MEP (ИПМО), и потенциальные пути может быть cortico ретикуло спинного тракта (то есть, oligosynaptic путь )50,51,52,,5354. И наоборот ипсилатеральные ответ с короче задержки может быть результатом импульса тока; Таким образом такой ответ не может быть ИПМО. Во время отдыха ипсилатеральные ответы имели подобные задержки как контралатеральной ответов (см. рис. 3A, C и D). Таким образом, эти ответы были скорее не ИПМО, но, вероятно, вызвал из-за распространения импульса тока применяется рядом межполушарные трещина. Когда право TA и левой соль были активированы во время TVA, ипсилатеральные ответы были только вызвал в TA и было задержано > 3 МС по сравнению с контралатеральной ответ (см. рис. 4A, D). Эти ответы могут быть ИПМО, которые могут свидетельствовать о стимуляции cortico ретикуло спинного тракта. В резюме ипсилатеральные ответы являются общими, когда нога двигательной области стимулировали55; Поэтому следует проявлять осторожность при эти ответы интерпретируются как ИПМО.

Figure 1
Рисунок 1: реконструкция кожи и криволинейных мозга моделей. (A) модель кожи с четырьмя анатомические ориентиры (кончик носа, Насьон и supratragic паз правого и левого уха) используется для расчета регистрации субъекта изображения в ходе оценки, поместив кончик указателя на каждом ориентир. (B) 4 x 9 прямоугольной сетки размещены на двусторонней основе ногу моторные области коры. Квадраты означают пятна, используемый для определения интенсивности suprathreshold, используется для активной охоты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: двусторонние TA и соль горячих точек и RMT. В обоих полушариях звезды символ обозначает гиперзону каждой мышцы. Бар участки настоящего среднее RMT двух оценок (открытый белый круг) для каждой мышцы, а значения ниже каждого круга обозначают количество раздражителей применяется для установления RMT, используя метод адаптивного порога охота. Пунктирная линия показывает интенсивность используется для активной охоты (45% MSO). (A) горячих точек и РГУ право/контралатеральной TA и соль в то время как TMS был применен в левом полушарии. ТА гиперзону был над районом ноги мотора и проксимальнее межполушарные трещина тогда как соль гиперзону 10 мм сбоку TA гиперзону. Количество стимулов, используемых для определения TA и SOL RMT составлял 6-21 и 9-11, соответственно. (B) горячих точек и РГУ влево/контралатеральной TA и соль в то время как TMS был применен в правом полушарии. Как в левом полушарии TA гиперзону был над районом ноги мотора и проксимальнее межполушарные трещина. SOL гиперзону был 7,1 мм задняя сбоку TA гиперзону. Количество стимулов, используемых для определения TA и SOL RMT были в диапазоне 10-22 и 10-11, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: двусторонние TA и оценки SOL CMR - отдых. Для стимуляции каждого гиперобъекта, ГРП двусторонних покоя TA и соль были собраны в то время как представлены средние волны каждой мышцы (общая продолжительность 500 мс; 100 мс pre НП). √ и X символы обозначают, что MEP, либо настоящий (> 50 МКВ) или отсутствует (≤ 50 МКВ), соответственно. В случае наличия Депутата представлены значения амплитуды пик пик (МКВ) и задержка (МС). (A) стимуляции право/контралатеральной TA гиперобъекта на левое полушарие. Евродепутаты были вызвали в обоих право/контралатеральной лодыжки мышц, с правом TA, имея большие амплитуды и короче задержки чем правый соль. Учитывая, что стимулировало гиперзону расположен на межполушарные фиссур и проксимальнее области мотор ногу на левое полушарие, MEP на мышцы левой/ипсилатеральные лодыжки был также вызвал (только та). (B) стимуляции право/контралатеральной соль горячих точках на левое полушарие. Депутаты Европарламента были вызвало только на право/контралатеральной лодыжки мышц; Однако та имел большие амплитуды MEP и короче задержки чем соль (C) стимуляции слева/контралатеральной TA гиперобъекта на правое полушарие. Евродепутаты были вызвали в обеих влево/контралатеральной и права/ипсилатеральные лодыжки мышц с обеих TA, имея больше MEP амплитуд и короче задержки чем оба соль. Это двусторонние MEP заключения обусловлено главным образом расположение стимулируется активной и интенсивности suprathreshold. (D) стимуляции слева/контралатеральной соль горячих точках на правое полушарие. Евродепутаты были вызвали в левой/контралатеральной лодыжки мышц и ипсилатеральные право/TA. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: двусторонние TA и оценки SOL CMR - TVA. Для стимуляции каждого гиперобъекта, ГРП двусторонних TA и соль были собраны пока рассмотрены контралатеральной мышцы был активирован на 15 ± 5% MVIC. Представлены средние волны каждой мышцы (общая продолжительность 500 мс; 100 мс pre НП). √ и X символы обозначают, что MEP, либо настоящий (> 50 МКВ) или отсутствует (≤50 МКВ), соответственно. В случае наличия Депутата представлены значения амплитуды пик пик (МКВ), задержка (МС) и CSP (МС). (A) стимуляции право/контралатеральной TA гиперобъекта на левое полушарие. Право та MEP последовали CSP. MEP был вызвал в контралатеральной/правый соль в которой запоздалая реакция (†) был также вызвал (амплитуда: 563 мкВ; задержка: 82,8 мс). MEP был также вызвали в левой/ипсилатеральные TA, чьи задержка задерживается на 5,2 мс по сравнению с право/контралатеральной TA задержки. (B) стимуляции право/контралатеральной соль горячих точках на левое полушарие. Право/контралатеральной соль MEP последовал CSP, и МООС также вызвали в контралатеральной/правый TA. Не влево/ипсилатеральные Европарламента были вызвали. (C) стимуляции слева/контралатеральной TA гиперобъекта на правое полушарие. Слева TA MEP последовали CSP. MEP был вызвал в контралатеральной влево/SOL в которой запоздалая реакция (†) был также вызвал (амплитуда: 465 мкВ; задержка: 96.3 мс). Не Европарламента были вызвали в право/ипсилатеральные мышц. (D) стимуляции слева/контралатеральной соль горячих точках на правое полушарие. Слева соль MEP последовали CSP. Евродепутаты были вызвали в контралатеральной влево/соль и ипсилатеральные право/TA, чьи задержка задерживается на 4,7 МС по сравнению с левой/контралатеральной TA задержки. Не MEP был вызвал в право/ипсилатеральные SOL. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

С учетом возникающих интереса как моторной коры способствует Управление двигателем мышц голени во время динамических задач в различных когорт, необходим стандартизированный протокол TMS, который описывает тщательную оценку этих мышц. Таким образом, в первый раз, настоящий Протокол обеспечивает стандартизированных методологических процедур на двусторонней оценки двух антагонистических мышц лодыжки, соль и та, в течение двух государств мышц (отдых и TVA) с помощью единого импульса TMS с нейронавигация.

Выводы, описанные в пунктах раздела представитель результаты несколько критических шагов, которые должны быть рассмотрены. Во-первых CMR Оценка этих мышц, а также другие мышцы ног, должна проводиться с использованием системы нейронавигация в котором каждый предмет МРТ должны использоваться и должны определяться каждой мышцы гиперзону. Нейронавигация может направлять точные TMS стимуляцией над целевой области мотор, и когда используется МРТ субъекта, целевой области мотор может быть точно стимулировали56,57. Предыдущие работы рассмотрены последствия использования нейронавигация в ходе оценки TMS верхней конечности мышцы58,,5960; Результаты этих исследований были неоднозначными. Тем не менее ни в одном исследовании рассмотрены этот эффект для мышцы нижней конечности. Учитывая расположение двигателя корковых областях TA и соль (т.е.,прилегающих к межполушарные трещина на приблизительно 3-4 см ниже поверхности волосистой части головы)36,42,61, охота на «true» горячие место каждой мышцы с помощью сетки, размещенных по каждому предмету Анатомия увеличивает вероятность реально вызывая MEP в либо мышц, особенно в SOL. Using тот же протокол, представленные здесь, мы недавно показали, что депутаты Европарламента были успешно вызвал в обоих TA и соль в почти всех субъектов (N = 21)32. Вторым важным шагом является двусторонней оценки каждой мышцы. В отличие от верхней конечности моторные области две ноги мотора районы рядом друг с другом, и когда пульс применяется более чем одной области противоположной области может стимулировать вследствие текущего спреда. Таким образом любой ипсилатеральные ответ в любом мышц может указывать на наличие ИПМО (потенциальным прокси cortico ретикуло спинномозговой путь)50 или просто прямой стимуляции моторные области противоположной ноги. В прошлом ипсилатеральные TA ответы поступали, однако стимулировали сайт был основан на анатомические ориентир (10 и 15 мм задняя и боковые вершины)62. Используя этот протокол, гиперзону каждой мышцы может быть определена отдельно, и в зависимости от местоположения гиперобъекта можно вызвал двусторонних или контралатеральной ответов (см. рис. 3 и рис. 4). Ли двусторонние ответ является результатом нескольких убыванию путей или просто стимуляции единого пути требует дальнейшего расследования.

Настоящий Протокол может быть изменен в зависимости от дизайна исследования. Хотя один пульс TMS используется в настоящем Протоколе, в паре импульса (тестовый импульс предшествует кондиционирования пульс)63,64 может также использоваться для оценки intracortical сетей этих двух лодыжки мышц. Аналогичным образом после активной и RMT определение каждой мышцы, двусторонние кривых ввода вывода каждой мышцы могут быть приобретены для оценки взаимосвязи между TMS интенсивности (вход) и MEP амплитуды (выход). Чтобы оценить КДПГ каждой мышцы, 10 стимулы применяются на каждого гиперобъекта во время отдыха и TVA, однако недавние доклады показали, что более чем 10 стимулы должны использоваться для оценки надежно КДПГ мышцы65,66. Аналогичным образом более чем один стимул на месте могут быть применены во время активной охоты (например, 2-5 стимулы/спот) по сравнению с одного стимула на месте, используемые в настоящем Протоколе. Применяя более чем одного стимула на месте, могут быть определены как более надежно гиперзону каждой мышцы. Недавнее исследование предложил как мало как два стимула на месте может быть достаточно для определения гиперзону67. Кроме того, по сравнению с порог наиболее широко используемый метод охоты, относительную частоту метод68, которая основана на Россини-Rothwell критерий69,70, адаптивный порог охота метод используется в Настоящий Протокол. Хотя метод адаптивного порога охота является более эффективным (то есть, меньше стимулов необходимы для определения RMT) чем метод относительной частоты, оба метода разделяют подобные точности71. Важно помнить, что все вышеупомянутые изменения увеличивает общее количество стимулов, которые применяются. И наконец текущий протокол используется критерий амплитуды менее 50 мкВ пик пик для оценки для исходный шум и «true» состоянии покоя. Отмена любого сигнала ГРП, больше, чем 10 мкВ (среднеквадратическое рассчитана более чем 100 мс) является альтернативный подход.

Этот протокол имеет несколько методологических соображений. Во-первых Оценка этих двух мышц находится в сидячем положении, либо во время отдыха или TVA. Как упоминалось ранее, TA и соль чрезвычайно важное значение при вертикальном постуральной задач и пешеходного движения. Хотя предыдущие исследования изучили TA и SOL КДПГ в вертикальном постуральной задачи14,,7273,74,75,76 и пешком20, 22 , 77 , 78 , 79, оценка была только односторонние и TMS не руководствовался нейронавигация. Таким образом даже если настоящий Протокол не используется во время выполнения этих задач, он все еще можете обеспечить неинвазивной окно о корковой диск эти две лодыжки мышц. Во-вторых активные мотор порог (AMT) не был определен, так как не существует устоявшейся методологии для этой меры. Учитывая, что AMT коррелирует с и ниже, чем RMT (~ 82%)80, MEP можно вызвало во время TVA, даже при использовании suprathreshold интенсивности RMT. В-третьих использование структурных МРТ каждого предмета с системой нейронавигация не возможно во всех условиях из-за высокой стоимости получения нейронавигация системы и МРТ. Однако некоторые нейронавигация систем, включая один, используемые в настоящем Протоколе, может использоваться без субъекта МРТ; но средний МРТ используется. В этом случае Катушка может располагаться до сих пор точно над стимулировали сайта.

В то время как предыдущая работа изучило TA и SOL КДПГ во время различных задач в различных когорт, ни в одном исследовании используется стандартизированный протокол, который изучил эти две мышцы, на двусторонней основе с использованием нейронавигация с МРТ каждого предмета. Использование структурных МРТ каждого предмета в сочетании с системой нейронавигация способствует точности и точности стимуляции мотор корковых представительств обоих мышц. Это критически важно для ноги мотора корковых областях. Кроме того учитывая, что КДПГ мышц зависит ли мышцы полностью расслабленной или частично активируется, этот протокол описывает, как можно оценить TA и SOL CMR во время отдыха и TVA. Кроме того каждое полушарие стимулируется, в то время как двусторонние КДПГ каждой мышцы одновременно оценивается. Кроме того, вместо использования же гиперзону для оценки одной мышцы КДПГ, каждая мышца гиперзону определяется с использованием стандартизированных grid, который был заложен за ногу корковых представительства и определяется как место с большой амплитудой и короткие задержки43. Хотя относительная частота метод широко используется для измерения мотор порог мышцы68, этот протокол использует адаптивный метод порог охоты для уменьшения экспериментальной продолжительность и общее количество стимулов, применяется на сессии44. Наконец чтобы сократить продолжительность анализа данных и стандартизировать расчет КДПГ мер, используется методология анализа автоматизированных баз данных.

Будущие исследования могут использовать этот протокол для дальнейшего уточнения коркового контроля TA и соль в неврологических нетронутыми и нарушением когорт. Одним из таких приложений настоящего Протокола является сопоставление этих двух мышц. Хотя несколько исследования изучали моторные области коры TA-81,-82,-83,-84, только одно исследование сообщало моторные области коры соль от одного пациента с фокуса кортикальной дисплазии85. Общей характеристикой, которую разделяют все эти исследования является использование той же neuronavigated TMS системы, которая отличается от системы, используемые в настоящем Протоколе. Однако эта система является чрезвычайно дорого, и она обычно находится в клинических условиях, таких, как больницы. Путем дорабатывать настоящий Протокол, будущие исследования можно систематически расследовать и нормативных данных кортикального слоя сопоставления мер TA и соль в неврологических нетронутыми взрослых. Такие выводы создаст какой мотор сопоставления меры должны использоваться конкретно определить мотор представлений каждой мышцы. Другое возможное применение настоящего Протокола является оценка этих двух мышц до и после хирургического вмешательства или вмешательства (например, поведенческие: Упражнение; нейрофизиологических: повторяющихся TMS, постоянного тока транскраниальной стимуляции - ЦТД) и во время периода восстановления в спортивных или клинических когорт. Это позволит реабилитации ученых, чтобы определить, как операция или вмешательство может изменить корковых привод этих двух мышц.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Авторы благодарят за помощь с разработки методологии и обеспечения обратной связи по проекту рукописи д-р Дин C. Джесси. Эта работа была поддержана ва карьеры развития Award-2 RR & D N0787-W (МГБ), институционального развития награду от национального института Генеральной медицинских наук из низ под номером Грант P20-GM109040 (САК) и P2CHD086844 (САК). Содержание не отражают точку зрения Департамента по делам ветеранов или правительства Соединенных Штатов.

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

Нейробиологии выпуск 144 транскраниальной магнитной стимуляции кортикоспинальных участки tibialis передней камбаловидной тоник добровольных активации нейрофизиология corticomotor ответ нейронавигация мозга
Двусторонней оценки кортикоспинальных путей лодыжки мышц используя переход транскраниальная магнитная стимуляция
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