Summary
이 프로토콜은 뇌졸중 후 사람들의 TMS를 사용하여 서있는 위치에서 낮은 사지 근육, 티비알리스 전방 및 솔레루스의 신경 생리학적 평가를 수행하는 과정을 설명합니다. 이 위치는 뇌졸중 후 TMS 반응을 유도의 더 큰 확률을 제공하고 신경 생리적 평가 중 감소 된 자극기 전력의 사용을 허용.
Abstract
경두개 자기 자극 (TMS)은 건강하고 신경학적으로 손상된 인구에서 모터 회로의 동작을 측정하는 데 사용되는 일반적인 도구입니다. TMS는 모터 제어 및 상부 사지의 신경 재활에 대한 반응을 연구하기 위해 광범위하게 사용됩니다. 그러나 TMS는 낮은 사지 자세 및 보행 별 모터 제어의 연구에서 덜 활용되었습니다. 제한된 사용과 낮은 사지 TMS 평가의 추가 방법론 적 과제는 문헌 내의 낮은 사지 TMS 절차에서 일관성의 부족에 기여했다. 낮은 사지 TMS 모터를 기록하는 능력 감소에서 영감을 얻은 TMS 모터는 잠재력(MEP)을 불러 일으켰으며, 이 방법론 보고서는 서 있는 자세에서 뇌졸중 후 TMS 평가를 가능하게 하는 단계를 자세히 설명합니다. 스탠딩 자세는 신경 근육 시스템의 활성화를 허용, 자세 및 걷기 작업 동안 시스템의 상태에 더 유사한 상태를 반영. 듀얼 탑 포스 플레이트를 사용하여 참가자들에게 자신의 배고체다리와 비소압 다리 사이에 무게를 동등하게 분배하도록 지시했습니다. 참가자의 체중 분포에 대한 시각적 피드백이 제공되었습니다. 이미지 안내 소프트웨어를 사용하여 이중 콘 코일을 통해 참가자의 병변 및 비 병변 반구에 단일 TMS 펄스를 전달하고 paretic 및 비 paretic tibialis 전방 및 솔레루스 근육의 코르티코모터 반응을 측정했습니다. 스탠딩 위치에서 평가를 수행하면 TMS 응답률이 증가하고 표준 앉아/휴식 위치에 비해 낮은 자극 강도를 사용할 수 있었습니다. 이 TMS 프로토콜의 활용은 자세 및 걸음걸이 손상의 신경 재활이 관심있을 때 뇌졸중 후 낮은 사지균 코르티코 운동 반응을 평가하는 일반적인 접근 방식을 제공 할 수 있습니다.
Introduction
경두개 자기 자극 (TMS)은 신경 회로의 동작을 측정하는 데 사용되는 기기입니다. 모터 제어/성능 연구에 초점을 맞춘 TMS 조사의 대부분은 상부 사지에서 수행되었습니다. 상하 사지 연구 사이의 불균형은 부분적으로 낮은 사지 피코르티모운동 반응 (CMR)을 측정하는 추가 적인 도전 때문입니다. 이러한 방법론적 장애물 중 일부는 모터 피질 내의 하부 사지근의 더 작은 피질 표현과 두피1에상대하는 표현의 더 깊은 위치를 포함한다. 신경 상해를 가진 인구에서는, 추가 장애물이 또한 존재합니다. 예를 들어, 뇌졸중 후 개인의 약 절반은 낮은 사지 근육2,3에서휴식에 TMS에 대한 응답을 표시하지 않습니다. TMS에 대한 뇌졸중 후 반응의 부족은 환자가 근육의 일부 의지 조절을 유지할 때 적어도 부분적으로 손상되지 않은 코르티코스피마를 나타내는 것으로 보입니다.
유지 모터 기능을 가진 측정 가능한 TMS 응답의 부족은 사후 자세 및 걷기 특정 모터 통제 및 신경 재활의 신경 생리적 효과에 대한 우리의 감소된 이해에 기여합니다. 그러나, 낮은 사지 후 뇌졸중 신경 생리학적 평가의 도전 중 일부는 극복되었습니다. 예를 들어, 이중 원뿔 코일은 연고포 균열1깊숙이 위치한 하부 말단 모토뉴런을 안정적으로 활성화하는 데 사용될 수 있다. 이중 콘 코일은 일반적으로 사용되는 8개의 코일4보다뇌 깊숙이 침투하는 더 크고 강한 자기장을 생성합니다. TMS에 대한 응답성을 높이기 위해 구현될 수 있는 또 다른 방법론적 변화는 약간의 자발적 수축 동안 CMR을 측정하는것이다 5. 일반적으로, 이러한 수축은 최대 자발적 관절 토크 또는 최대 전동(EMG) 근육 활성의 소정의 수준에서 수행된다. 말초 신경 자극은 또한 최대 근육 반응을 유도하는 데 사용될 수 있으며, 이 반응의 기록된 EMG는 근육의 표적 자발적 활성화를 설정하는 데 사용될 수 있다.
활성 근육 수축 중 TMS 평가 후 뇌졸중을 수행하는 것은 등각 작업이 기능 적 활동(예: 물체 잡기/유지)을 모방할 수 있는 상부 사지에서 매우 일반적입니다. 대조적으로, 걷기는 피질, 피코르티컬 및 척수 구조물을 통해 다중 근육 단의 양자 활성화를 통해 달성되고 중력의 효력에 저항하기 위하여 자세 근육 활성화를 요구합니다. 이 활성화 상태는 격리된 근육을 측정할 때 동소측정 수축을 생성할 때 반영되지 않을 수 있습니다. 자세 및 보행 관련 모터 제어를 이해하는 여러 이전 연구는 참가자가6,7,8 및 서9,10,11,12,13,14,15를 걷는 동안 TMS펄스를전달했습니다. . 수직 위치에서 CMR을 측정하면 자세 및 걸음걸이 모터 제어 네트워크의 자세 근육 및 피질 성분의 활성화를 가능하게 합니다. 현재까지 뇌졸중 후 개인에서 TMS 평가를 수행했다는 보고는 없었습니다.
본 연구는 CMR 사후 뇌졸중의 TMS 평가를 위해 서 있는 TMS 방법6,7,8,9,10,11,12,13,14,15의기존 문헌 본문에 기초한 표준화된 방법론을 제안한다. 이 방법론은 사후 적자및 걷기 특정 모터 제어 후 뇌졸중을 연구하고 TMS 절차의 더 큰 일관성을 확립하는 연구 그룹에 의해 활용될 수 있습니다. 이 방법론적 조사의 목적은 적당한 걸음걸이 손상을 가진 개별적인 사후 치기에서 TMS 평가가 가능한지 결정하기 위한 것이었습니다. 우리는 스탠딩 포지션에서 평가를 수행하면 측정 가능한 응답(모터 는 잠재력, MEP) 및 2)를 유도할 가능성이 높아지므로 TMS 평가를 수행하는 데 사용되는 자극기 전력/강도가 일반적으로 수행된 앉아/휴식 평가보다 낮을 것이라고 가설했습니다. 우리는 이 프로토콜의 성공적인 완료 및 광범위하게 사용이 뇌졸중 후 자세 및 걷기 특정 모터 제어 및 신경 재활의 효과의 신경 생리적 측면의 더 큰 이해로 이어질 수 있다고 믿습니다.
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Protocol
모든 절차는 사우스 캐롤라이나 의과 대학의 기관 검토 위원회에 의해 승인되었으며 헬싱키 선언을 준수했습니다.
1. 참가자 모집
- 로컬 데이터베이스에서 뇌졸중 후 개인을 모집합니다. 이 실험을 위해, 16명의 개인이 현지 전자 모집 데이터베이스에서 모집되었습니다. 어떤 경우에, 참가자는 우리의 연구 단에 의해 수행된 이전 연구 결과에 있는 나머지에 TMS에 반응하지 못했기 때문에 특별히 모집되었습니다.
- 이 조사에 대한 다음 포함 기준을 사용하십시오 : 18-85 세 사이의 남성과 여성, 적어도 6 개월 후 뇌졸중, 낮은 사지의 잔류 paresis, 보조 장치없이 10 분 동안 서있을 수 있습니다.
- 발작의 병력이 있거나, 발작 임계값을 낮추거나, 뇌 손상 및/또는 중추 신경계의 다른 질병의 병력이 있거나, 머리에 장치 또는 금속 물체를 이식했거나, 수동적인 운동 범위를 제한하는 심각한 관절염 또는 정형 외과 조건이 있는 경우 참가자를 제외하십시오.
참고: 참가자의 인구 통계는 표 1에있습니다.
| 학습 ID | 연령 | 개월 스트로크 후 |
성 | 인종 | 스트로크 유형 | 획 반구 |
높이 (cm) |
무게 (kg) |
자체 선택된 보행 속도(m/s) | 걷기 돕다 |
||
| 1 | 67 | 28.7 | M | C | 인트레이스레브랄 출혈 | 오른쪽 | 180 | 74.8 | 0.61 | 없음 | ||
| 2 | 84 | 55.8 | F | C | 허 혈 성 | 오른쪽 | 165 | 68.0 | 0.94 | 없음 | ||
| 3 | 56 | 262.7 | F | C | 수브라크누드 출혈 | 왼쪽 | 152 | 59.0 | 1.29 | 없음 | ||
| 4 | 67 | 141.8 | M | C | 인트레이스레브랄 출혈 | 오른쪽 | 180 | 72.6 | 0.27 | 지팡이 / AFO | ||
| 6 | 48 | 21.6 | M | C | 인트레이스레브랄 출혈 | 오른쪽 | 170 | 61.2 | 0.83 | 없음 | ||
| 7 | 58 | 93.9 | M | C | 급성 허혈성 | 왼쪽 | 168 | 112.5 | 0.77 | 쿼드 지팡이 / AFO | ||
| 8 | 71 | 55.3 | F | AA | 급성 허혈성 | 왼쪽 | 170 | 68.0 | 1.05 | 없음 | ||
| 9* | 65 | 23.7 | M | C | 급성 허혈성 | 오른쪽 | 178 | 84.8 | - | 무릎 보조기 | ||
| 10 | 70 | 26.6 | M | C | 급성 허혈성 | 왼쪽 | 173 | 78.9 | 0.81 | 없음 | ||
| 12 | 70 | 10.0 | M | C | 급성 허혈성 | 왼쪽 | 170 | 86.2 | 1.11 | 없음 | ||
| 13 | 65 | 80.6 | M | C | 급성 허혈성 | 오른쪽 | 185 | 139.7 | 0.93 | 지팡이 / 목발 | ||
| 14 | 79 | 83.0 | M | C | 급성 허혈성 | 오른쪽 | 175 | 88.5 | 0.48 | 지팡이 | ||
| 15 | 51 | 54.4 | M | AA | 급성 허혈성 | 왼쪽 | 178 | 90.7 | 1.35 | 없음 | ||
| 17 | 65 | 18.5 | M | C | 급성 허혈성 | 오른쪽 | 170 | 74.8 | 0.28 | 지팡이 | ||
| 18 | 63 | 48.8 | F | AA | 급성 허혈성 | 오른쪽 | 170 | 83.9 | 1.12 | 없음 | ||
| 19 | 58 | 25.9 | M | C | 급성 허혈성 | 둘다 | 183 | 88.5 | 1.10 | 없음 | ||
| * 필요한 평가를 완료할 수 없기 때문에 데이터 분석에서 제거된 참가자 | ||||||||||||
| AFO = 발목 발 성 | ||||||||||||
표 1: 참가자 인구 통계학적 특성.
- 전화를 통해 참가자와 처음 접촉하고 테스트 절차를 간략하게 설명하십시오. 관심 있는 개인을 실험실에 초대합니다.
- 연구 시설에 도착하면 연구 직원의 일원이 예비 참가자에게 실험 프로토콜을 완전히 설명하십시오.
- 예비 참가자가 연구에 참여할 의향이 있는 것을 확인하면 현지 기관 검토 위원회의 승인을 받은 서면 동의를 얻습니다.
2. 이미지 안내 시스템 및 참가자 설정
- 이미지 안내 소프트웨어를 활용하여 평가 중에 TMS 펄스를 일관되게 전달할 수 있습니다.
- 이미지 가이던스 시스템 네이티브MNI 헤드 모델을 사용하여 새 프로젝트를 시작합니다. 소프트웨어를 열고 새로운 MNI 헤드 프로젝트를 선택합니다.
- 팝업 창에서 대상 탭을 클릭한 다음 대상 구성을 클릭합니다. 중앙자이루스보다 직접 우수하고 0.5cm의 측면으로 중간면선까지 두피 위치를 결정한다.
- 위치가 시각적으로 식별되면 새를 클릭한 다음 직사각형 그리드에서새 직사각형 그리드를 추가합니다. 그리드가 화면에 나타나야 하며 내측 행은 중간 선에 0.5cm 측면이어야 합니다.
- 그리드 크기 상자에 3과 5를 입력하여 그리드 크기를 조정합니다. 그리드 간격 상자에 입력하여 그리드 간격을 10mm로 설정합니다. 커서 도구를선택한 다음 커서를 두피 이미지로 이동합니다.
- 마우스 버튼을 길게 눌러 두피 이미지를 회전하여 모든 그리드 포인트가 피부에 닿는지 확인합니다. 그리드 점이 두피에 없는 경우 곡률 슬라이더를 이동하여 그리드의 곡률을 조정합니다.
- 이러한 절차를 반복하여 반대 반구에 또 다른 3 x 5 그리드를 배치합니다.
참고: 이 수행 은 참가자가 연구에 등록하고 실험실에 도착하기 전에 수행 할 수 있습니다. 또한 참가자의 해부학적 T1 가중치 이미지를 사용할 수 있는 경우 사용할 수 있습니다. 탐색을 위해 해부학 적 MRI 를 사용하는 방법에 대한 구체적인 세부 사항은 이전에 게시 된 기사16에서찾을 수 있습니다.
- 소프트웨어가 열려 있으면 세션 탭을 선택하여 이미지 안내 소프트웨어 내에서 새 세션을 시작합니다.
- 새를 클릭한 다음 온라인 세션에서클릭합니다. 다음 창에서 이전 섹션(섹션 2.1)에서 만든 두 개의 그리드를 클릭한 다음 추가를클릭합니다.
- IOBox 탭에서 TTL 트리거 옵션에서 스위치 사용 옆의 확인란(스위치 인)과 입력 0 ms를 데드 타임 박스에 입력합니다. 상단의 다음 버튼을 클릭합니다. 이미지 안내 시스템의 카메라가 활성화되어 있는지 시각적으로 확인합니다.
- 참가자의 이마 주위에 이미지 안내 시스템과 함께 제공되는 피사체 추적기를 배치하여 참가자 등록을 시작합니다.
- 참가자 추적기가 카메라 시야 중간에 있는지 확인하기 위해 카메라를 수동으로 조정합니다. 그런 다음 소프트웨어 상단의 등록 탭을 클릭합니다.
- 이미지 안내 시스템의 포인터/마커를 등록 랜드마크에 배치합니다: nasion 및 오른쪽 및 왼쪽 periauricular 포인트. 포인터가 피부에 배치되면 다음 버튼을 클릭하여 참가자의 스킨 위치를 이미지 안내 소프트웨어에 등록합니다.
- 등록 랜드마크가 캡처된 후 소프트웨어 창 상단의 크기 조정 탭을 클릭합니다. 포인터를 참가자의 두피의 맨 위, 맨 위, 맨 위, 맨 위, 맨 위 및 가장 뒤쪽에 있는 위치에 놓습니다.
- 각 위치의 다음 버튼을 클릭하여 이미지 안내 시스템을 참가자의 머리로 조정합니다. 크기 조정이 완료된 후 소프트웨어 상단의 수행 탭을 클릭합니다. 이제 이미지 안내 시스템이 준비되었습니다.
3. 표면 전기 촬영 준비 및 설정
- 참가자의 티비알리스 전방(TA) 및 솔레우스(SOL) 근육을 표면 전극(sEMG) 전극에 준비한다. sEMG용 피부를 준비하려면 알코올 패드를 사용하여 부위를 청소하고 필요한 경우 일회용 안전 면도기로 머리카락을 제거하십시오. 세니암 가이드라인17에따라 sEMG 일회용 젤 전극을 배치한다.
참고: TA의 센서 배치는 비골 끝과 내측 말단 끝 사이의 선아래로 내려가는 1/3입니다. SOL의 경우, 대퇴골의 내측 콘딜 사이에 선의 센서 2/3을 내측 말레올러스에 놓는다. - 전극이 부착되면 신호를 시각적으로 검사하여 품질을 검사합니다. 그런 다음, 시험 중에 전극및 결과 아티팩트의 움직임을 최소화하기 위해 탄성 붕대로 생크를 감싸는 것을 진행한다.
참고: TMS 펄스가 전달되기 전에 0.1s부터 시작하는 0.5s 창에서 5000Hz에서 sEMG 신호를 기록합니다. 정확한 샘플링 빈도와 수집된 데이터의 양은 TMS에 대한 sEMG 응답을 기록하는 데 사용되는 하드웨어 및 소프트웨어에 따라 달라집니다. EMG 녹음 및 분석 설정에 대한 자세한 내용은 Tankisi 외18을참조하십시오.
4. 힘 판 및 참가자 안전 설정
- 데이터 수집 소프트웨어를 열고 새 평가판을 시작하여 듀얼 탑 힘 플레이트를 보정합니다.
- 시작을 클릭하고 FP 제로 평가판을 시작합니다. 힘 판에 로드없이 3-5 의 데이터를 수집 한 다음 중지를 클릭합니다.
- 포스 플레이트가 보정되면 참가자는 이미지 안내 시스템(섹션 2.2)에 등록되었으며, sEMG 전극은 신호 품질(섹션 3)에 대해 배치및 테스트되었으며, 참가자에게 안전 하네스에 맞도록 지시합니다.
- 참가자가 포스 플레이트에 발을 내딛고 포스 플레이트에 미리 적용된 마스킹 테이프로 발 배치를 표준화하여 발의 발과 중간 가장자리의 맨위 위치를 중간라인에서 동등한 거리로 의미합니다.
- 참가자의 안전 벨트를 천장 지지에 부착합니다. 필요한 경우 테스트 중에 참가자에게 안정적으로 대처할 수 있는 무언가를 제공하기 위해 힘 판 주위에 롤레이터 또는 이와 유사한 장치를 배치합니다.
참고: 모든 스탠딩 TMS 절차 동안 참가자가 안전 하네스를 통해 천장에 고정되어 낙하를 방지합니다.
- 시작을 클릭하고 FP 정적 평가판을 선택하여 힘 판에 서 있을 때 참가자의 무게를 측정하고 수집합니다. 2-5의 가치의 데이터를 기록하고 중지를 클릭하여 평가판을 종료합니다.
- 힘 판위에 서 있을 때 데이터 수집 소프트웨어에 각 참가자의 발 아래에 무게/힘을 나타내는 두 개의 막대 그래프가 표시되는지 확인합니다(그림1A). 참가자가 체중을 한쪽으로 이동하면 막대 그래프가높이(그림 1B)에서변경됩니다.
- 참가자가 다리의 무게를 팔에 내리고 있는 경우 막대 그래프 표시가색상(그림 1C)을변경했는지 확인합니다. 참가자가 다리 사이에 동일한 무게로 편안하게 서면 CMR을 측정할 수 있습니다.
그림 1: 스탠딩 TMS 평가 중에 참가자들에게 제공되는 시각적 피드백의 대표적인 이미지. (A)그들은 paretic과 비 paretic 다리 사이에 동등하게 분포 자신의 무게와 함께 서있는 동안 참가자에게 주어진 시각적 피드백을 표시합니다. 수직 막대는 힘 판의 각 영역에 의해 측정된 힘의 양을 나타냅니다. 고체 수평 선은 참가자가 제공된 손 지지대를 안정적으로 유지해야 하는 경우 팔을 통과하지 않고 하부 사지에 체부하를 보장하기 위해 측정된 수직 힘의 범위를 나타냅니다. 참가자의 체중이 5% 이상 한쪽으로 이동한 경우, 수직 막대는(B)에도시된 바와 같이 언로드된 쪽으로 기울어지는 참가자에게 알려주도록 색상을 변경하였다. 참가자가 몸무게의 +/- 5% 이상을 로드/언로드하면 배경 화면 색상이(C)에표시된 대로 변경됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 서 있는 코르티코모터 반응 평가
- 일관된 모터 발생 전위(MEP), 즉, EMG 신호 진폭> 50 μV, 및/또는 활성 근육, 표적 TA 및 SOL 근육에서 눈에 보이는 코르티코사이셜 기간을 생성하는 자극기 강도를 식별하여 신경 생리학적 평가를 시작합니다.
참고: 이중 콘 코일을 사용하여 모든 TMS 펄스를 전달하며, 전류가 전방의 코일을 통해 후방 방향으로 이동합니다. 참가자가 이전 섹션(섹션 4.2)에 언급된 시각적 피드백/막대 그래프로 표시된 대로 참가자가 paretic 및 비 paretic 다리 사이에 동일한 중량 분포를 유지하는 경우에만 TMS 펄스를 적용합니다.- 병변 반구에 TMS 펄스를 적용하여 먼저 창자 사지를 테스트합니다. 먼저 출력 제어 노브를 돌려 TMS 자극기 전력 레벨을 최대 자극기 출력(%MSO)으로 설정합니다. 자극기의 트리거 버튼을 눌러 세로 균열에 측면 위치에 있는 중간 그리드 지점에 50% MSO에서 단일 펄스를 적용합니다. 5-10s의 상호 자극 간격으로 2-3 펄스를 적용합니다.
참고: 참가자가 50% MSO에서 응답을 표시하는 경우 섹션 5.2로 건너뛰고 핫스팟 식별을 시작합니다. - TA 및 SOL에서 응답이 보이지 않는 경우 출력 제어 노브를 돌려 자극기 전력을 10% MSO 높이고 단계 5.1.1과 같이 2-3 TMS 펄스를 전달합니다.
- 자극기를 60%MSO로 늘운 후 응답이 보이지 않으면 다시 전력을 10% MSO로 늘립니다. 70% MSO에서 MEP를 유도하지 않으면 여러 그리드 점을 임의로 선택하고 TMS 펄스를 적용하여 현재 전력 설정에 응답이 있는지 여부를 결정합니다.
- 현재 70% MSO의 그리드 지점에서 응답이 기록되지 않으면 초기 목표 그리드 포인트 로 돌아가10% MSO의 증분으로 자극기 전력을 계속 증가시키고 앞에서 설명한 대로 2-3 자극을 적용합니다.
참고: 신뢰할 수 있는 응답이 대상 근육에서 기록될 때까지 또는 참가자가 TMS에 대한 응답이 없는 것으로 판단될 때까지 이 과정을 반복합니다. 모든 참가자가 TMS에 대한 측정 가능한 응답을 생성하는 것은 아닙니다.
- 병변 반구에 TMS 펄스를 적용하여 먼저 창자 사지를 테스트합니다. 먼저 출력 제어 노브를 돌려 TMS 자극기 전력 레벨을 최대 자극기 출력(%MSO)으로 설정합니다. 자극기의 트리거 버튼을 눌러 세로 균열에 측면 위치에 있는 중간 그리드 지점에 50% MSO에서 단일 펄스를 적용합니다. 5-10s의 상호 자극 간격으로 2-3 펄스를 적용합니다.
- 일관된 응답을 생성하는 자극기 전력이 확인되면, 적용된 TMS 펄스에 가장 큰 응답을 생성하는 두피 위치, 즉 핫스팟을 식별하기 시작합니다.
- 시작 및 핫스팟을클릭하여 새 핫스팟 평가판을 시작합니다. 이전 단계에서 확인된 최상위 임계값 전력 레벨의 15개 그리드 포인트 각각에 단일 펄스 자극을 적용합니다. 이미지 가이던스 시스템을 사용하여 코일을 첫 번째 그리드 지점으로 이동합니다.
- 코일이 적절한 위치에 있으면 자극기 장치의 트리거 버튼을 눌러 TMS 펄스를 적용합니다. 다음으로 코일을 다음 그리드 위치로 이동하고 다른 단일 TMS 펄스를 적용합니다. 각 그리드 지점에 단일 자극이 적용될 때까지 계속 중지를 클릭하여 평가판을 종료합니다.
- 각 그리드 지점에 기록된 sEMG 신호의 진폭을 검사합니다. 각 표적 근육에 대해 sEMG 신호에 기록된 가장 큰 MEP 진폭으로 그리드 포인트를 시각적으로 식별합니다. 가장 큰 MEP 진폭을 가진 그리드 위치는 핫스팟이며 다음 섹션에서 코르티코모터 반응을 측정하는 데 사용됩니다.
참고: 경우에 따라 단일 그리드 위치는 TA와 SOL 모두에 대해 가장 큰 MEP 진폭을 제공할 수 있습니다. 이러한 경우 각 근육에 대한 모터 임계값을 별도로 결정합니다.
- 다음으로, 순차적 테스트(PEST)19,20에의한 간단한 적응 파라미터 추정을 사용하여 표적 근육의 모터임계값을결정한다.
- PEST 프로그램을 열고 초기 자극기 강도를 상자에 값을 입력하여 핫스팟을 식별하는 데 사용되는 초임계 값으로 설정합니다.
- 데이터 수집 소프트웨어의 시작 탭을 클릭하고 PEST를선택하여 새 PEST 평가판을 시작합니다.
- PEST 프로그램에 표시된 초기 %MSO 강도에서 식별된 대상 근육의 핫스팟에 단일 TMS 펄스를 적용합니다. 해충 프로그램에서 y 또는 n을 입력하여 근육의 sEMG 신호에서 반응이 관찰되었음을 나타냅니다. PEST 프로그램은 자동으로 다음 자극 강도를 계산합니다.
- 자극기의 전원 레벨을 조정하여 PEST 프로그램과 일치시키고 다른 단일 TMS 펄스를 적용합니다. PEST 프로그램이 자극 강도의 색상 변경으로 표시된 모터 임계값을 결정하고 중지 탭을 클릭하여 데이터 수집 평가판을 종료할 때까지 이 프로세스를 계속합니다.
참고: PEST 절차는 연속펄스와 함께 사용할 자극기 전력을 지시하는 자유롭게 사용할 수 있는 프로그램을 사용합니다. PEST 프로그램 중 하나는 여기에서 찾을 수 있습니다: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
- 대상 근육의 핫스팟 및 모터 임계값이 확인된 후 CMR 평가를 시작합니다. 자극기의 강도를 결정된 모터 임계값의 120%로 설정합니다.
- 시작 탭을 클릭하여 데이터 수집 소프트웨어에서 새 평가판을 시작하고 MEP 평가판을 선택합니다. 코일을 근육의 핫스팟에 놓고 10-20 개의 단일 펄스 자극을 적용합니다.
- 각 자극 사이에 5-10을 허용합니다. 오프라인 분석을 위해 호출된 sEMG 응답을 기록합니다. 참가자가 광고 리비도를 쉬게 하고 테스트 절차 사이에 충분한 시간을 허용하여 참가자가 피로를 일으킬 가능성을 줄여 결과에 영향을 줄 수 있습니다.
- MEP를 녹음한 후 중지 탭을 클릭하여 평가판을 종료합니다.
참고: TMS 코일을 처리하는 연구원은 참가자가 TMS 펄스를 적용하기 직전에 각 다리 아래에 동일한 중량 분포를 갖도록 해야 합니다. 조사관이 참가자의 무게가 동등하게 분포되지 않은 동안 자극이 적용되었다고 생각하면 추가 자극을 수행하고 이전 시험을 향후 분석에서 제외합니다. 창백한 근육 직후에 비 소개 근육을 테스트합니다. 도 2는 스탠딩 TMS 평가 중에 실험 설정을 표시합니다.
그림 2: 스탠딩 위치에서 코르티코모터 반응(CMR)을 측정하는 동안 촬영한 이미지입니다. 이미지 안내 시스템 및 수집된 sEMG 활동은 이미지의 왼쪽에 있는 모니터에 도시된 바와 같이 데이터 수집 중에 연구 담당자에게 표시됩니다. 체중 분포의 시각적 피드백은 참가자의 앞에 약간 제공되었다. 참가자들은 듀얼 탑 포스 플레이트에 서있는 동안 폭포를 방지하기 위해 천장에 부착 된 안전 벨트를 착용했습니다. 참가자의 팔에 대한 지원은 TMS 펄스가 적용 된 후 참가자가 자신을 안정시키는 데 도움이제공되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
6. 앉아있는 코르티코모터 반응 평가
- 스탠딩 TMS 평가가 완료된 후 휴식/좌석 위치에서 모터 임계값과 CMR을 다시 측정합니다.
- 이전에 설명한 동일한 절차를 사용합니다(섹션 5.2-5.4). 유일한 변화는 참가자가 되는 그들의 다리를 지원 하 고 근육 이완 의자에 앉아 야 한다.
- 앉는 위치에서 스탠딩 평가(섹션 5.2) 중에 확인된 동일한 핫스팟을 사용합니다. 휴식/앉아있는 모터 임계값의 120%의 자극 강도를 사용하는 것을 제외하고는 서 있는 위치에 사용되는 것과 동일한 방식으로 신경 생리학적 테스트를 수행합니다.
참고: 이전에 결정된 자극기 전원을 사용하여 추가 테스트를 수행해야 할 수 있습니다. 예를 들어, 다른 자세 위치에서 MEP의 진폭 을 비교하는 경우 유사한 절대 자극기 전력을 사용해야 할 수 있습니다. 이것은 손에 연구 질문에 따라 달라 집니다 및 연구 디자인 하는 동안 확인 해야 합니다.
7. 통계적 접근 방식
- 서 있는 가설을 테스트하려면 측정 가능한 응답을 생성할 확률이 높아지며 2 x 2 테이블을 구성하고 McNemar의 테스트21을사용하여 비율을 테스트합니다.
- 모터 임계값의 전원 수준을 비교하려면 두 위치에서 측정 가능한 응답을 받은 참가자에 대해 쌍이 있는 t-test를 사용합니다. 알파 = 0.05로 의미를 결정합니다.
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Representative Results
한 참가자는 기존의 무릎 통증과 실험실에 도착하기 전에 받은 당뇨병 상처로 인해 서있는 TMS 절차를 용인 할 수 없기 때문에 분석에서 제거되어 최종 샘플 크기가 15입니다. 당뇨병 상처는 TA를 직접 통해이 근육의 sEMG 측정을 배제했다. 앉아있는 동안 수사관에게 보고된 중요한 불리한 사건은 없었습니다. 몇몇 사소한 불리한 사건은 목 근육 통 및 경미한 두통과 같은 보고되었습니다. 그러나, 이러한 사소한 이벤트는 테스트 세션의 끝에 보고 되었다, 그리고 앉아 또는 서 절차 이러한 부작용에 대 한 더 많은 책임 인지 명확 하지 않았다. 이러한 사소한 부작용은 일반적으로 TMS 평가 후 TMS문헌(22)내에서 볼 수 있다.
TMS 펄스 적용 중 체중의 총 하역/하역은 체중의 +0.4%(SD 1.8%)였다. 이것은 참가자가 TMS 절차 도중 자신을 지원하기 위한 수단으로 롤레이터를 사용할 때 그들의 다리에서 그들의 팔에 체중을 언로드하지 않았다는 것을 의미합니다. 참가자의 왼쪽 다리의 평균 체중 분포는 50 %(SD 6 %)였습니다. 우리는 4개의 분리된 근육(paretic 및 비paretic, TA 및 SOL)에서 모터 임계값을 측정하려고 시도하여 서있는 위치와 앉는 자세 모두에서 총 60개의 모터 임계값을 차지했습니다. 스탠딩 위치에서, 우리는 앉아있는 위치에서 65.0 %에 비해 시간의 모터 임계 값을 90.0 %를 유도하고 측정 할 수 있었습니다. 단일 세션 내에서, 스탠딩 위치에서 모터 임계값을 평가하면 측정 가능한 응답(McNemar Chi2,Yates 보정, θ= 8.48, P = 0.004)(표 2). 이것은 서 있는 위치가 측정 가능한 응답을 불러올 가능성이 증가할 것이라는 우리의 첫번째 가설에 동의합니다. 우리의 두 번째 가설은 서 서 낮은 자극기 전력을 필요로 하는 모터 임계값귀착될 것이라는 것이었습니다. 우리의 결과는 개인이 앉아서 서있는 위치에 측정 가능한 모터 임계 값을 제시 할 때, 스탠딩 위치에 측정 된 임계 값은 낮은 것을 보여 주었다 (N = 38, 스탠딩 MT 45% MSO SD 9, 앉아 MT 53% MSO SD 11, 페어링 t-통계 4.99, P < 0.001). 그림 3은 모든 참가자에 대한 각 근육 및 상태에 대한 측정된 운동 임계값을 표시합니다.
| 앉아 응답 |
스탠딩 응답 | ||||
| 예 | 아니요 | 합계 | % | ||
| 예 | 38 | 1 | 39 | 65 | |
| 아니요 | 16 | 5 | 21 | 35 | |
| 합계 | 54 | 6 | 60 | ||
| % | 90 | 10 | 100 | ||
표 2: 생성된 2 x 2 테이블은 TMS에 대한 응답을 성공적으로 생성하는 보고된 기능과 앉는 및 서 있는 조건에서 모터 임계값을 측정하는 기능을 보여 주어 있습니다. McNemar의 시험은 측정 가능한 응답을 유도할 확률을 비교하는 데 사용되었으며, 상임 평가가 앉아있는 위치에서 평가를 수행하는 것과 비교하여 측정 가능한 응답을 불러 일으킬 가능성이 훨씬 더 높은 것으로 나타났습니다.
그림 3: 관심있는 근육에서 측정 된 모터 임계 값. 왼쪽 및 오른쪽 값을 연결하는 선은 개인이 앉은 자세와 서있는 위치에서 해당 근육에 대해 측정 가능한 모터 임계값을 가지고 있음을 나타냅니다. 모터 임계값은 최대 자극기 출력(%MSO)의 백분율로 측정되고 보고됩니다. (A,B)각각 paretic 및 비-paretic tibialis 전방 근육에서 측정된 모터 임계값을 나타낸다. (C, D)는각각 파레틱 및 비-창자 근육의 운동 임계값을 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
실험 프로토콜은 대부분의 참가자에 의해 잘 용납되었다. 한 개인은 당뇨병 합병증과 기존의 무릎 통증과 관련된 정형 외과 문제에 이차 기존의 decubitus 궤양으로 인해 서 TMS 평가를 완료 할 수 없었다. 다리에서 체중의 적재/하역량은 최소화되었습니다. 그러나, 평균적으로 TMS 펄스를 적용하는 동안 측정된 약간 더 큰 하향 힘이 있었다. 이는 두피/헤드와 TMS 코일 사이에 충분한 접촉이 있었는지 확인하기 위해 코일의 무게와 조사자가 가하는 하방 압력 때문일 수 있습니다. 정적 시험에 비해 TMS 절차 중에 캡처 된 체중의 최소한의 변화는 체중 로드 또는 언로드의 중요한 효과가 우리의 결과에 기여하지 않는다는 것을 시사합니다. 우리는 또한 다리 사이 무게 분포를 검토하고 그들의 왼쪽 다리에 의해 지원되는 참가자의 무게의 평균 50%와 함께 대칭인 것을 찾아냈습니다. 거의 또는 전혀 지원없이 10 분 동안 설 수있는 뇌졸중 후 개인이 설명 된 서 TMS 평가를 완료 할 수 있을 것으로 예상된다. 스탠딩 포지션은 휴식/앉는 위치에 비해 TMS에 대한 응답률이 더 클 수 있었습니다. 스탠딩 포지션의 TMS 응답성 증가는 측정 가능한 TMS 반응부족으로 인해 이전에 신경 생리학 연구에서 실격된 개인이 자세 및 걷기 특정 뇌졸중 운동 제어를 조사하는 미래 연구를 받을 수 있도록 허용할 수 있습니다. 적격 한 참가자의 풀을 증가 뇌졸중 인구에 걸쳐 연구 결과의 더 큰 일반화로 이어질 수 있습니다.
스탠딩 위치에서 평가된 모터 임계값은 낮은 %MSO로 측정하였다. 뇌졸중 후 모터 임계값은 종종23증가하며 CMR을 측정하기 위해 높은 %MSO에서 자극이 필요합니다. 이중 콘 코일로 고출력 TMS 펄스를 적용하면 연구 참가자에게 불편할 수 있는 얼굴 및 상부 사지 근육 수축이 증가할 수 있습니다. 낮은 강도에서 신경 생리학적 평가를 수행 일부는 뇌졸중 후 참가자에 TMS 절차의 내성을 증가 하 고 연구의 이러한 유형에 참여를 증가 시킬 수 있습니다.
이 방법론은 단일 펄스 TMS에 대한 코르티코모터 반응을 측정하는 프로세스를 설명합니다. 그러나, 페어링펄스 패러다임은 또한 서 있는 위치에서 수집될 수 있다. 짧은 대기 시간 내 내 억제(SICI) 및 내피성 촉진(ICF)은각각24ms의 상호 자극 간격으로 동일한 코일에 의해 전달되는 두 개의 TMS 펄스를 사용합니다. 이러한 내코르피컬 측정은 모터 임계값만에 비해 서 있는 동안 신경계의 신경 생리적 상태/행동에 대한 추가 세부 정보를 제공할 수 있습니다.
모든 과학적 방법과 마찬가지로 현재 프로토콜에는 제한이 있습니다. 고려해야 할 중요한 항목은 뇌졸중 후 편도체증을 가진 개인이 신경학적으로 손상되지 않은 그룹과 같은 방식으로 활동을 수행하지 않는다는 것입니다. 만성 단계 사후 뇌졸중의 사람들은 일반적으로 수직 자세를 유지하는 것으로 확장 물리적 작업을 수행하기 위해 보상 전략을개발25,26. paretic와 비 paretic 사지 사이 동일/대칭 무게 베어링에도 불구하고, 뇌졸중 후 참가자는 대칭 똑바로 자세에 있지 않을 수 있습니다. 힘 판의 발 위치를 표준화하면 이러한 제한을 억제하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또 다른 제한사항은 최근 조사에서 CMR의 알려진 변동성으로인해 10개 이상의 모터 유발 잠재력을 기록할 것을 제안했다는 것입니다. 이 조사에서, 우리는 서있는 동안 참가자의 부담을 줄이기 위해 단지 10 테스트 펄스를 기록하기로 결정했다. 앞에서 언급했듯이,이 프로토콜은 적어도 10 분 동안 독립적으로 설 수있는 능력을 가진 개인에 의해 잘 용납 / 수행되었습니다. 이 사실은 뇌졸중 후 또는 정형 외과 적 한계가있는 개인에서 높은 / 중장애 수준에서이 프로토콜의 사용을 제한 할 수 있습니다.
낮은 사지의 신경 생리학적 평가 방법, 특히 신경학적으로 손상된 인구에서는 아직 문헌 내에서 많은 일관성을 얻지 못했습니다. 자세와 보행 관련 장애 및/또는 하부 사지 재활이 주요 초점이 될 때, 사용하는 가장 좋은 방법에 대한 합의가 없습니다. 예를 들면, 휴식, 액티브, 스탠딩 측정 사이 비교 및 임상 장애와 관련되었던 이 측정은 완전히 조사되지 않았습니다. 대부분의 연구자들은 이중 콘 코일이 더 낮은 사지 피질 표현을 자극하는 데 사용하는 가장 적합한 장치라는 데 동의할 것입니다. 이 매개 변수의 외부, 낮은 사지 TMS 연구의 대부분은 개별 연구 그룹의 표준에 이루어집니다. 연구 그룹 간의 일관성 부족은 연구 결과의 일반화성을 확장하는 데 필요한 더 큰 메타 분석 평가를 수행하는 데 어려움을 증가시킵니다. 이 프로토콜에서, 우리는 사후 및 걷기 특정 모터 제어 및 신경 재활 후 뇌졸중을 조사하는 연구에서 사용할 수있는 낮은 사지 TMS 절차에 대한 기초를 제공합니다.
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Disclosures
저자는 보고된 작업과 관련된 실제 또는 인식된 이해 상충이 없다고 선언합니다.
Acknowledgments
저자는 참가자 모집 및 데이터 수집에 기여한 브라이언 씨씨와 Alyssa Chestnut 부인을 인정하고 싶습니다.
이 프로젝트에 대한 자금은 NIH 국립 재활 신경 변조 센터 (NM4R)(HD086844)와 베테랑 의 재활 연구 개발 경력 개발 상 1 (RX003126) 및 공로상 (RX0002665)의 기술 개발 상에 의해 부분적으로 제공되었습니다.
이 보고서의 내용은 미국 재향 군인 국무부, 미국 국립 보건원 또는 미국 정부의 견해를 나타내지 않습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Data Acquisition Software | MathWorks | MatLab | The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal) |
| Double-cone coil | Magstim | D110 | Double-cone coil for TMS pulse delivery |
| Dual force plate | Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) | Dual-top Accusway | Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently. |
| Dual-pulse TMS | Magstim | Bistim 200 | Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications |
| EMG pre-amplifiers | Motion Labs Inc | MA-422 | Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes |
| EMG system | Motion Labs Inc | MA400 | EMG system for data collection |
| Neuronavigation System | Rogue Research | Brainsight | Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software. |
| Recruitment Database | N/A | N/A | Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies. |
| TMS unit (x2) | Magstim | Magstim 200 | Delivers TMS pulses |
References
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