Summary
Ce protocole décrit le processus d’évaluation neurophysiologique des muscles des membres inférieurs, tibialis antérieur et soléaire, en position debout à l’aide de la SMT chez les personnes après un AVC. Cette position offre une plus grande probabilité de provoquer une réponse TMS post-AVC et permet l’utilisation d’une puissance de stimulateur réduite lors des évaluations neurophysiologiques.
Abstract
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est un outil couramment utilisé pour mesurer le comportement des circuits moteurs dans les populations saines et neurologiquement altérées. La SMT est largement utilisée pour étudier le contrôle moteur et la réponse à la neuroréadaptation des membres supérieurs. Cependant, la SMT a été moins utilisée dans l’étude du contrôle moteur postural et spécifique à la marche des membres inférieurs. L’utilisation limitée et les défis méthodologiques supplémentaires des évaluations de la SMT des membres inférieurs ont contribué au manque de cohérence des procédures de SMT des membres inférieurs dans la littérature. Inspiré par la diminution de la capacité d’enregistrer les potentiels évoqués moteurs (MEP) de la SMT des membres inférieurs, ce rapport méthodologique détaille les étapes permettant des évaluations de la SMT post-AVC dans une posture debout. La posture debout permet l’activation du système neuromusculaire, reflétant un état plus proche de l’état du système pendant les tâches posturales et de marche. À l’aide de plaques de force à double sommet, nous avons demandé aux participants de répartir également leur poids entre leurs jambes parétiques et non parétiques. Une rétroaction visuelle de la répartition du poids des participants a été fournie. À l’aide d’un logiciel de guidage d’images, nous avons délivré des impulsions TMS simples via une bobine à double cône aux hémisphères lésionnés et non lésionnés des participants et mesuré la réponse corticomotrice des muscles tibialis antérieur et soléaire parétiques et non parétiques. La réalisation d’évaluations en position debout a augmenté le taux de réponse TMS et a permis d’utiliser les intensités de stimulation inférieures par rapport à la position assise / repos standard. L’utilisation de ce protocole TMS peut fournir une approche commune pour évaluer la réponse corticomotrice des membres inférieurs après un AVC lorsque la neuroréadaptation des troubles posturaux et de la marche est intéressante.
Introduction
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est un instrument utilisé pour mesurer le comportement des circuits neuronaux. La majorité des examens de TMS axés sur l’étude du contrôle et de la performance motrices ont été menés dans les membres supérieurs. Le déséquilibre entre les études sur les membres supérieurs et inférieurs est en partie dû aux défis supplémentaires liés à la mesure de la réponse corticomotrice des membres inférieurs (CMR). Certains de ces obstacles méthodologiques comprennent les représentations corticales plus petites des muscles des membres inférieurs dans le cortex moteur et l’emplacement plus profond des représentations par rapport au cuir chevelu1. Dans les populations atteintes de lésions neurologiques, des obstacles supplémentaires sont également présents. Par exemple, environ la moitié des personnes après un AVC ne montrent aucune réponse à la SMT au repos dans les muscles des membres inférieurs2,3. L’absence de réponse post-AVC à la SMT est même observée lorsque les patients maintiennent un certain contrôle volontaire des muscles, indiquant au moins un tractus corticospinal partiellement intact.
L’absence de réponses mesurables à la SMT avec une fonction motrice maintenue contribue à notre compréhension réduite du contrôle moteur postural et spécifique à la marche post-AVC et des effets neurophysiologiques de la neuroréadaptation. Cependant, certains des défis des évaluations neurophysiologiques post-AVC des membres inférieurs ont été surmontés. Par exemple, une bobine à double cône peut être utilisée pour activer de manière fiable les motoneurones des membres inférieurs situés profondément dans la fissure interhémisphérique1. La bobine à double cône produit un champ magnétique plus grand et plus fort qui pénètre plus profondément dans le cerveau que la bobine de huit plus couramment utilisée4. Un autre changement méthodologique qui peut être mis en œuvre pour augmenter la réactivité à la TMS est la mesure de la CMR lors d’une légère contraction volontaire5. Généralement, cette contraction est effectuée à un niveau prédéterminé de couple articulaire volontaire maximal ou d’activité musculaire électromyographique maximale (EMG). La stimulation nerveuse périphérique peut également être utilisée pour provoquer une réponse musculaire maximale et l’EMG enregistré de cette réponse peut être utilisé pour définir l’activation volontaire ciblée du muscle.
Effectuer une évaluation de la SMT après un AVC pendant la contraction musculaire active est assez courant dans les membres supérieurs où les tâches isométriques peuvent imiter les activités fonctionnelles, par exemple, saisir / tenir des objets. En revanche, la marche est accomplie par l’activation bilatérale de plusieurs groupes musculaires via des structures corticales, sous-corticales et de la moelle épinière et nécessite une activation musculaire posturale pour résister aux effets de la gravité. Cet état d’activation n’est probablement pas reflété lors de la mesure de muscles isolés produisant une contraction isométrique. Plusieurs études antérieures visant à comprendre le contrôle moteur postural et spécifique à la marche ont donné des impulsions TMS alors que les participants marchaient6,7,8 et se tenaientdebout9,10,11,12,13,14,15 . La mesure de la CMR en position verticale permet l’activation des muscles posturaux et des composants sous-corticaux des réseaux de contrôle moteur postural et de la démarche. À ce jour, il n’y a eu aucun rapport d’évaluation de la SMT debout chez les personnes après un AVC.
Cette étude propose une méthodologie standardisée, construite sur le corpus existant de la littérature des méthodes TMS permanentes6,7,8,9,10,11,12,13 ,14,15, pour l’évaluation TMS debout de la CMR post-AVC. Cette méthodologie peut être utilisée par les groupes de recherche qui étudient, mais sans s’y limiter, les déficits posturaux et le contrôle moteur spécifique à la marche après l’AVC et établir une plus grande cohérence des procédures tmS. Le but de cette étude méthodologique était de déterminer si des évaluations TMS debout sont réalisables chez les personnes ayant un AVC présentant des troubles modérés de la marche. Nous avons émis l’hypothèse que la réalisation d’évaluations en position debout augmenterait 1) la probabilité de provoquer une réponse mesurable (potentiel évoqué moteur, MEP) et 2) que la puissance / intensité du stimulateur utilisée pour effectuer des évaluations TMS debout serait inférieure à celle des évaluations habituellement effectuées en position assise / au repos. Nous croyons que la réussite et l’utilisation généralisée de ce protocole peuvent conduire à une meilleure compréhension des aspects neurophysiologiques du contrôle moteur postural postural et spécifique à la marche post-AVC et des effets de la neuroréadaptation.
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Protocol
Toutes les procédures ont été approuvées par l’Institutional Review Board de l’Université de médecine de Caroline du Sud et conformes à la Déclaration d’Helsinki.
1. Recrutement des participants
- Recrutez des personnes après un AVC à partir de la base de données locale. Pour cette expérience, 16 personnes ont été recrutées à partir d’une base de données de recrutement électronique locale. Dans certains cas, les participants ont été recrutés spécifiquement parce qu’ils n’avaient pas répondu à la SMT au repos dans des études antérieures réalisées par notre groupe de recherche.
- Utilisez les critères d’inclusion suivants pour cette enquête : hommes et femmes âgés de 18 à 85 ans, au moins 6 mois après l’AVC, parésie résiduelle des membres inférieurs et capables de se tenir debout 10 minutes sans appareil fonctionnel.
- Exclure les participants s’ils avaient des antécédents de convulsions, s’ils prenaient des médicaments sur ordonnance qui abaissaient les seuils de crise, s’ils avaient des antécédents de lésions cérébrales et/ou d’autres maladies du système nerveux central, s’ils avaient implanté des dispositifs ou des objets métalliques dans leur tête, ou s’ils souffraient d’arthrite grave ou de conditions orthopédiques limitant leur amplitude de mouvement passive.
REMARQUE : Les données démographiques des participants se trouvent dans le tableau 1.
| ID de l’étude | Âge | Mois après l’AVC |
Sexe | Course | Type d’AVC | Caresser Hémisphère |
Hauteur (cm) |
Poids (kg) |
Vitesse de marche auto-sélectionnée (m/s) | Marche Aide |
||
| 1 | 67 | 28.7 | M | C | Hémorragie intracérébrale | Droite | 180 | 74.8 | 0.61 | Aucun | ||
| 2 | 84 | 55.8 | F | C | Ischémique | Droite | 165 | 68.0 | 0.94 | Aucun | ||
| 3 | 56 | 262.7 | F | C | Hémorragie sous-arachnoïdienne | Gauche | 152 | 59.0 | 1.29 | Aucun | ||
| 4 | 67 | 141.8 | M | C | Hémorragie intracérébrale | Droite | 180 | 72.6 | 0.27 | Canne / AFO | ||
| 6 | 48 | 21.6 | M | C | Hémorragie intracérébrale | Droite | 170 | 61.2 | 0.83 | Aucun | ||
| 7 | 58 | 93.9 | M | C | Ischémie aiguë | Gauche | 168 | 112.5 | 0.77 | Quad Canne / AFO | ||
| 8 | 71 | 55.3 | F | AA | Ischémie aiguë | Gauche | 170 | 68.0 | 1.05 | Aucun | ||
| 9* | 65 | 23.7 | M | C | Ischémie aiguë | Droite | 178 | 84.8 | - | Genouillère | ||
| 10 | 70 | 26.6 | M | C | Ischémie aiguë | Gauche | 173 | 78.9 | 0.81 | Aucun | ||
| 12 | 70 | 10.0 | M | C | Ischémie aiguë | Gauche | 170 | 86.2 | 1.11 | Aucun | ||
| 13 | 65 | 80.6 | M | C | Ischémie aiguë | Droite | 185 | 139.7 | 0.93 | Canne / Béquille | ||
| 14 | 79 | 83.0 | M | C | Ischémie aiguë | Droite | 175 | 88.5 | 0.48 | Canne | ||
| 15 | 51 | 54.4 | M | AA | Ischémie aiguë | Gauche | 178 | 90.7 | 1.35 | Aucun | ||
| 17 | 65 | 18.5 | M | C | Ischémie aiguë | Droite | 170 | 74.8 | 0.28 | Canne | ||
| 18 | 63 | 48.8 | F | AA | Ischémie aiguë | Droite | 170 | 83.9 | 1.12 | Aucun | ||
| 19 | 58 | 25.9 | M | C | Ischémie aiguë | Les deux | 183 | 88.5 | 1.10 | Aucun | ||
| * Participant retiré de l’analyse des données en raison de l’incapacité de compléter les évaluations requises | ||||||||||||
| AFO = orthèse cheville-pied | ||||||||||||
Tableau 1 : Données démographiques des participants.
- Établissez un premier contact avec les participants par téléphone et expliquez brièvement les procédures de test. Invitez les personnes intéressées au laboratoire.
- À votre arrivée à l’installation de recherche, demandez à un membre du personnel de recherche d’expliquer en détail le protocole expérimental aux participants potentiels.
- Lorsqu’un participant éventuel confirme sa volonté de participer à l’étude, obtenez le consentement éclairé écrit approuvé par le comité d’examen de l’établissement local.
2. Système de guidage d’image et configuration du participant
- Utilisez un logiciel de guidage d’image pour assurer une livraison cohérente des impulsions TMS pendant l’évaluation.
- Démarrez un nouveau projet à l’aide du modèle de tête MNI natif du système de guidage d’image. Ouvrez le logiciel et sélectionnez Nouveau projet principal MNI.
- Dans la fenêtre contextuelle, cliquez sur l’onglet Cibles, puis cliquez sur Configurer les cibles. Déterminez l’emplacement du cuir chevelu directement supérieur au gyrus précentrique et latéral de 0,5 cm à la ligne mi-saclastique.
- Une fois l’emplacement visuellement identifié, ajoutez une nouvelle grille rectangulaire en cliquant sur nouveau, puis sur la grille rectangulaire. La grille doit apparaître à l’écran et la rangée médiane doit être latérale de 0,5 cm à la ligne mi-sainte.
- Redimensionnez la grille en tapant 3 et 5 dans les zones de taille de grille. Définissez l’espacement de la grille sur 10 x 10 mm en tapant dans les zones d’espacement de la grille. Sélectionnez l’outil Curseur, puis déplacez le curseur sur l’image du cuir chevelu.
- Appuyez sur le bouton de la souris et maintenez-le enfoncé pour faire pivoter l’image du cuir chevelu afin de vous assurer que tous les points de la grille touchent la peau. Si les points de la grille ne sont pas sur le cuir chevelu, ajustez la courbure de la grille en déplaçant le curseur de courbure.
- Répétez ces procédures pour placer une autre grille de 3 x 5 sur l’hémisphère opposé.
REMARQUE: Cela peut être effectué avant l’inscription d’un participant à l’étude et son arrivée au laboratoire. De plus, l’image anatomique pondérée en T1 d’un participant peut être utilisée si disponible. Des détails spécifiques sur l’utilisation des IRM anatomiques pour la navigation peuvent être trouvés dans l’article16publié précédemment .
- Démarrez une nouvelle session dans le logiciel de guidage d’image en sélectionnant l’onglet Sessions une fois le logiciel ouvert.
- Cliquez sur Nouveau, puis sur Session en ligne. Dans la fenêtre suivante, sélectionnez les deux grilles créées dans la section précédente (section 2.1) en cliquant dessus, puis cliquez sur Ajouter.
- Dans l’onglet IOBox, sous Options de déclenchement TTL, cochez la case en regard de Utiliser le commutateur (Switch In) et entrez 0 ms dans la zone Temps mort. Cliquez sur le bouton Suivant en haut. Assurez-vous visuellement que la caméra du système de guidage d’image est active.
- Commencez l’inscription du participant en plaçant le traceur de sujet, fourni avec le système de guidage d’image, autour du front du participant.
- Ajustez manuellement la caméra pour vous assurer que le tracker du participant se trouve au milieu du champ de vision de la caméra. Ensuite, cliquez sur l’onglet Enregistrement en haut du logiciel.
- Placez le pointeur/marqueur du système de guidage d’image sur les points d’enregistrement : nasion et points périuriculaires droit et gauche. Lorsque le pointeur est placé sur l’habillage, cliquez sur le bouton Suivant pour enregistrer les emplacements de l’habillage du participant dans le logiciel de guidage d’image.
- Une fois les repères d’enregistrement capturés, cliquez sur l’onglet Mise à l’échelle en haut de la fenêtre du logiciel. Placez le pointeur aux endroits les plus à droite, les plus à gauche, les plus en haut, les plus en avant et les plus en arrière du cuir chevelu du participant.
- Cliquez sur le bouton Suivant à chaque emplacement pour mettre à l’échelle le système de guidage d’image à la tête du participant. Une fois la mise à l’échelle terminée, cliquez sur l’onglet Effectuer en haut du logiciel. Le système de guidage d’image est maintenant prêt.
3. Préparation et configuration de l’électromyographie de surface
- Préparer les muscles tibialis antérieur (TA) et soléaire (SOL) des participants pour les électrodes d’électromyographie de surface (sEMG). Pour préparer la peau au sEMG, nettoyez la zone à l’aide de tampons d’alcool et, si nécessaire, enlevez tous les poils avec un rasoir de sécurité à usage unique. Placez les électrodes en gel jetable sEMG conformément aux directives SENIAM17.
REMARQUE: Le placement du capteur pour le TA est de 1/3 du chemin vers le bas sur la ligne entre la pointe du péroné et la pointe de la malléole médiale. Pour le SOL, placez le capteur aux 2/3 de la ligne entre le condyle médian du fémur et la malléole médiale. - Une fois les électrodes fixées, inspectez visuellement la qualité du signal. Ensuite, enveloppez les jarrets avec un bandage élastique pour minimiser tout mouvement des électrodes et de l’artefact résultant pendant les tests.
REMARQUE: Enregistrez les signaux sEMG à 5000 Hz dans une fenêtre de 0,5 s à partir de 0,1 s avant la livraison des impulsions TMS. La fréquence d’échantillonnage exacte et la quantité de données collectées dépendront du matériel et des logiciels utilisés pour enregistrer la réponse sEMG au TMS. Pour plus de détails sur l’établissement d’enregistrements et d’analyses EMG, voir Tankisi et al.18.
4. Plaque de force et configuration de la sécurité du participant
- Ouvrez le logiciel de collecte de données et commencez un nouvel essai pour calibrer la plaque de force à double sommet.
- Cliquez sur Démarrer et commencez une version d’évaluation de FP Zero. Collectez 3 à 5 s de données sans charge sur la plaque de force, puis cliquez sur Arrêter.
- Une fois la plaque de force étalonnée, le participant a été enregistré dans le système de guidage d’image (section 2.2), et les électrodes sEMG ont été placées et testées pour la qualité du signal (section 3), demandez au participant de se tenir debout et de les équiper d’un harnais de sécurité.
- Demandez au participant de marcher sur la plaque de force et de normaliser le placement de son pied avec du ruban de masquage pré-appliqué sur la plaque de force pour signifier la position la plus importante du pied et les bords médians des pieds à égale distance de la ligne médiane.
- Fixez le harnais de sécurité du participant au support du plafond. Placez un déambulateur, ou un dispositif similaire, autour de la plaque de force pour fournir aux participants quelque chose avec lequel se stabiliser pendant les tests si nécessaire.
REMARQUE: Assurez-vous que pendant toutes les procédures TMS debout, les participants sont fixés au plafond via un harnais de sécurité pour éviter une chute.
- Mesurez et collectez le poids du participant lorsqu’il se tient sur la plaque de force en cliquant sur Démarrer et en sélectionnant un essai FP Static. Enregistrez 2 à 5 s de données et cliquez sur Arrêter pour terminer l’essai.
- Lorsque vous vous tenez sur les plaques de force, assurez-vous que le logiciel de collecte de données affiche deux graphiques à barres représentant le poids/la force sous chacun des pieds du participant(Figure 1A). Lorsque le participant déplace son poids d’un côté, les graphiques à barres changent de hauteur(Figure 1B).
- Si un participant décharge le poids de ses jambes sur ses bras, assurez-vous que l’affichage du graphique à barres change de couleur(Figure 1C). Une fois qu’un participant est à l’aise debout avec un poids égal réparti entre ses jambes, la mesure de la CMR peut commencer.
Figure 1: Image représentative de la rétroaction visuelle fournie aux participants lors de l’évaluation de la SMT debout. (A) montre la rétroaction visuelle donnée aux participants alors qu’ils étaient debout avec leur poids réparti également entre les jambes parétiques et non paraétiques. Les barres verticales représentent la quantité de force mesurée par chacune des zones de la plaque de force. Les lignes horizontales pleines représentent la plage de force verticale mesurée pour assurer la charge du poids corporel sur les membres inférieurs et non à travers les bras si les participants devaient se stabiliser avec le support de main fourni. Si le poids corporel du participant a été déplacé d’un côté de plus de 5%, les barres verticales ont changé de couleur pour informer le participant de se pencher vers le côté qui a été déchargé, comme indiqué dans (B). Si le participant chargeait/déchargeait plus de +/- 5% de son poids corporel sur ses jambes, la couleur de l’écran d’arrière-plan changerait comme indiqué dans (C). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
5. Évaluation de la réponse corticomotrice debout
- Commencez les évaluations neurophysiologiques en identifiant une intensité de stimulateur qui produit des potentiels évoqués moteurs (MEP) cohérents, c’est-à-dire une amplitude du signal EMG > 50 μV et/ou une période corticosilente visible dans les muscles actifs, dans l’AT cible et le muscle SOL.
REMARQUE: Utilisez une bobine à double cône pour délivrer toutes les impulsions TMS avec le courant se déplaçant à travers la bobine dans une direction antérieure à postérieure. Appliquez les impulsions TMS uniquement lorsque le participant maintient une répartition égale du poids entre ses jambes parétiques et non parétiques, comme l’indiquent les graphiques à barres de rétroaction visuelle mentionnés dans la section précédente (section 4.2).- Testez d’abord le membre parétique en appliquant des impulsions TMS sur l’hémisphère lésionné. Commencez par régler le niveau de puissance du stimulateur TMS sur une sortie maximale du stimulateur de 50 % (%MSO) en tournant le bouton de commande de sortie. Appliquez une seule impulsion à 50 % de MSO sur le point central de la grille situé juste à côté de la fissure longitudinale en appuyant sur le bouton de déclenchement du stimulateur. Appliquer 2-3 impulsions avec un intervalle interstimulus de 5-10 s.
REMARQUE : Si un participant affiche une réponse à 50 % d’OSM, passez à la section 5.2 et commencez à identifier les points chauds. - Si les réponses ne sont pas observées dans le TA et le SOL, augmentez la puissance du stimulateur de 10% MSO en tournant le bouton de commande de sortie et délivrez 2-3 impulsions TMS comme à l’étape 5.1.1.
- Si aucune réponse n’est observée après avoir augmenté le stimulateur à 60% MSO, augmentez à nouveau la puissance de 10% MSO. Si aucun député européen n’est obtenu à 70% MSO, sélectionnez au hasard plusieurs points du réseau et appliquez des impulsions TMS pour déterminer s’il y a une réponse au réglage de puissance actuel.
- Si aucune réponse n’est enregistrée à un point de la grille à l’OSM actuel de 70 %, retournez au point de réseau cible initial, continuez à augmenter la puissance du stimulateur par incréments de 10 % d’OSM et appliquez 2 à 3 stimulations comme décrit précédemment.
REMARQUE: Répétez ce processus jusqu’à ce que des réponses fiables soient enregistrées à partir des muscles cibles ou jusqu’à ce qu’il soit déterminé que le participant n’a aucune réponse à la SMT. Tous les participants ne produiront pas une réponse mesurable à la SMT.
- Testez d’abord le membre parétique en appliquant des impulsions TMS sur l’hémisphère lésionné. Commencez par régler le niveau de puissance du stimulateur TMS sur une sortie maximale du stimulateur de 50 % (%MSO) en tournant le bouton de commande de sortie. Appliquez une seule impulsion à 50 % de MSO sur le point central de la grille situé juste à côté de la fissure longitudinale en appuyant sur le bouton de déclenchement du stimulateur. Appliquer 2-3 impulsions avec un intervalle interstimulus de 5-10 s.
- Une fois que la puissance du stimulateur qui produit une réponse cohérente a été identifiée, commencez à identifier le point chaud, c’est-à-dire l’emplacement du cuir chevelu qui produit la plus grande réponse aux impulsions TMS appliquées.
- Démarrez une nouvelle version d’évaluation de hotspot en cliquant sur Démarrer et en sélectionnant Hotspot. Appliquez une stimulation à impulsion unique à chacun des 15 points de la grille au niveau de puissance supra-seuil identifié dans les étapes précédentes. À l’aide du système de guidage d’image, déplacez la bobine vers le premier point de la grille.
- Une fois que la bobine est dans la bonne position, appliquez l’impulsion TMS en appuyant sur le bouton de déclenchement de l’unité de stimulation. Ensuite, déplacez la bobine vers l’emplacement de grille suivant et appliquez une autre impulsion TMS unique. Continuez jusqu’à ce qu’une seule stimulation ait été appliquée à chaque point de la grille et cliquez sur Arrêter pour terminer l’essai.
- Examinez les amplitudes des signaux sEMG enregistrés à chaque point de la grille. Identifiez visuellement les points de la grille avec la plus grande amplitude MEP, enregistrés dans les signaux sEMG, pour chacun des muscles ciblés. Les emplacements de grille avec les plus grandes amplitudes MEP sont les points chauds et seront utilisés pour mesurer la réponse corticomotrice dans les sections suivantes.
REMARQUE: Dans certains cas, un seul emplacement de grille peut fournir les plus grandes amplitudes MEP pour l’AT et le SOL. Dans ces cas, déterminez les seuils moteurs pour chaque muscle séparément.
- Ensuite, déterminez le seuil moteur du muscle ciblé à l’aide d’une simple estimation adaptative des paramètres par test séquentiel (PEST)19,20.
- Ouvrez le programme PEST et réglez l’intensité initiale du stimulateur sur la valeur supra-seuil utilisée pour identifier le point chaud en tapant la valeur dans la boîte.
- Commencez une nouvelle version d’évaluation de PEST en cliquant sur l’onglet Démarrer dans le logiciel de collecte de données et sélectionnez PEST.
- Appliquez une seule impulsion TMS sur le point chaud du muscle cible identifié à l’intensité initiale en % MSO affichée dans le programme PEST. Indiquez dans le programme PEST qu’une réponse a été observée dans le signal sEMG du muscle en tapant y ou n. Le programme PEST calculera automatiquement la prochaine intensité de stimulation.
- Ajustez le niveau de puissance du stimulateur pour qu’il corresponde au programme PEST et appliquez une autre impulsion TMS unique. Poursuivez ce processus jusqu’à ce que le programme PEST détermine le seuil moteur, indiqué par un changement de couleur de l’intensité de stimulation, et terminez l’essai de collecte de données en cliquant sur l’onglet Arrêter.
REMARQUE: La procédure PEST utilise un programme disponible gratuitement qui indique la puissance du stimulateur à utiliser avec des impulsions successives. L’un des programmes PEST peut être trouvé ici: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
- Une fois que le point chaud et le seuil moteur du muscle cible ont été identifiés, commencez l’évaluation CMR. Réglez l’intensité du stimulateur à 120 % du seuil moteur déterminé.
- Lancez un nouvel essai dans le logiciel de collecte de données en cliquant sur l’onglet Démarrer et sélectionnez un essai MEP. Placez la bobine sur le point chaud du muscle et appliquez 10 à 20 stimulations à impulsion unique.
- Prévoyez 5 à 10 s entre chaque stimulation. Enregistrez les réponses sEMG évoquées pour une analyse hors ligne. Permettre au participant de se reposer ad libitum et pendant suffisamment de temps entre les procédures d’essai afin de réduire la probabilité qu’il développe de la fatigue, ce qui pourrait affecter les résultats.
- Cliquez sur l’onglet Arrêter après avoir enregistré les députés pour mettre fin à l’essai.
REMARQUE: Le chercheur qui manipule la bobine TMS doit s’assurer que les participants ont une répartition égale du poids sous chaque jambe immédiatement avant d’appliquer toute impulsion TMS. Si l’investigateur pense que la stimulation a été appliquée alors que le poids du participant n’était pas réparti de manière égale, effectuez une stimulation supplémentaire et excluez l’essai précédent de l’analyse future. Testez les muscles non parétiques immédiatement après les muscles parétiques. La figure 2 montre la configuration expérimentale lors de l’évaluation TMS debout.
Figure 2: Image prise lors de la mesure de la réponse corticomotrice (CMR) en position debout. Le système de guidage d’image et l’activité sEMG collectée sont affichés au personnel de recherche pendant la collecte de données, comme indiqué sur les moniteurs situés sur le côté gauche de l’image. Un retour visuel de la répartition du poids a été fourni devant et légèrement à droite des participants. Les participants portaient un harnais de sécurité qui était fixé au plafond pour éviter les chutes tout en se tenant debout sur la plaque de force à double sommet. Un soutien pour les bras des participants a été fourni pour aider les participants à se stabiliser après l’application des impulsions TMS. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
6. Évaluation de la réponse corticomotrice assise
- Après avoir terminé l’évaluation TMS debout, remesurez les seuils moteurs et la CMR en position repos/assise.
- Utilisez les mêmes procédures décrites précédemment (sections 5.2 à 5.4). Le seul changement étant que le participant doit être assis sur une chaise, les jambes soutenues et les muscles détendus.
- Utilisez les mêmes points chauds identifiés lors de l’évaluation debout (section 5.2) en position assise. Effectuer les tests neurophysiologiques de la même manière que celle utilisée en position debout, sauf en utilisant une intensité de stimulation de 120% du seuil moteur repos/assis.
REMARQUE: Il peut être nécessaire d’effectuer des tests supplémentaires en utilisant une puissance de stimulateur préalablement déterminée. Par exemple, si des comparaisons entre l’amplitude du MEP dans différentes positions posturales sont effectuées, il peut être nécessaire d’utiliser une puissance de stimulateur absolue similaire. Cela dépendra de la question de recherche en question et devrait être identifié lors de la conception de l’étude.
7. Approche statistique
- Pour tester l’hypothèse selon laquelle la position debout conduirait à une probabilité accrue d’évoquer des réponses mesurables, construisez un tableau 2 x 2 et testez les proportions à l’aide du test21de McNemar.
- Pour comparer les niveaux de puissance des seuils moteurs, utilisez un test tapparié sur les participants qui ont eu des réponses mesurables dans les deux positions. Déterminez la signification avec un alpha = 0,05.
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Representative Results
Un participant a été retiré de l’analyse en raison de l’incapacité de tolérer la procédure TMS debout en raison d’une douleur préexistante au genou et d’une plaie diabétique reçue avant son arrivée au laboratoire de recherche, laissant un échantillon final de 15. La plaie diabétique était directement au-dessus de l’AT et empêchait toute mesure sEMG de ce muscle. Aucun événement indésirable majeur n’a été signalé aux enquêteurs pendant les procédures de SMT assis ou debout. Plusieurs événements indésirables mineurs ont été rapportés, tels que des douleurs musculaires au cou et de légers maux de tête. Cependant, ces événements mineurs ont été signalés à la fin de la séance de test, et il n’était pas clair si les procédures assises ou debout étaient plus responsables de ces effets secondaires. Ces événements indésirables mineurs sont couramment observés après les évaluations de la SMT et dans la littérature sur laSMT 22.
Le chargement/déchargement total du poids corporel pendant l’application du pouls TMS était de +0,4 % (ET 1,8 %) du poids corporel. Cela signifie que les participants n’ont pas déchargé le poids corporel de leurs jambes à leurs bras lorsqu’ils ont utilisé le déambulateur comme moyen de subvenir à leurs besoins pendant les procédures TMS. La répartition moyenne du poids de la jambe gauche des participants était de 50% (ET 6%). Nous avons tenté de mesurer les seuils moteurs dans quatre muscles distincts (parétique et non parétique, TA et SOL), ce qui a conduit à un total de 60 seuils moteurs en position debout et assise. En position debout, nous avons pu obtenir et mesurer un seuil moteur 90,0% du temps contre 65,0% en position assise. Au cours d’une seule séance, il était plus probable que l’évaluation du seuil moteur en position debout entraînerait une réponse mesurable (McNemar Chi2, correction de Yates, χ = 8,48, P = 0,004) (Tableau 2). Cela concorde avec notre première hypothèse selon laquelle la position debout entraînerait une probabilité accrue d’évoquer des réponses mesurables. Notre deuxième hypothèse était que la position debout entraînerait des seuils moteurs nécessitant une puissance de stimulateur plus faible. Nos résultats montrent que lorsque les individus présentaient des seuils moteurs mesurables en position assise et debout, les seuils mesurés en position debout étaient plus bas (N = 38, Mt debout 45% MSO SD 9, Sitting MT 53% MSO SD 11, Paired t-statistic 4.99, P < 0.001). La figure 3 montre les seuils moteurs mesurés pour chaque muscle et condition pour tous les participants.
| Assis Réponse |
Réponse permanente | ||||
| Oui | Non | Total | % | ||
| Oui | 38 | 1 | 39 | 65 | |
| Non | 16 | 5 | 21 | 35 | |
| Total | 54 | 6 | 60 | ||
| % | 90 | 10 | 100 | ||
Tableau 2 : Le tableau construit 2 x 2 montre la capacité déclarée à produire avec succès une réponse à la SMT et la capacité de mesurer un seuil moteur dans les conditions assises et debout. Le test de McNemar a été utilisé pour comparer la probabilité d’obtenir une réponse mesurable et il a été constaté que les évaluations debout étaient significativement plus susceptibles d’évoquer une réponse mesurable que d’effectuer des évaluations en position assise.
Figure 3: Seuils moteurs mesurés dans les muscles d’intérêt. Les lignes reliant les valeurs gauche et droite indiquent que l’individu avait des seuils moteurs mesurables pour ce muscle en position assise et debout. Les seuils moteurs sont mesurés et rapportés en pourcentage de la puissance maximale du stimulateur (%MSO). (A, B) montrent des seuils moteurs mesurés dans les muscles antérieurs tibialis parétiques et non parétiques, respectivement. (C, D) montrent les seuils moteurs des muscles soléaires parétiques et non parétaires, respectivement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Le protocole expérimental a été bien toléré par la plupart des participants. Une personne n’a pas été en mesure de terminer l’évaluation de la SMT debout en raison d’ulcères de décubitus préexistants secondaires à des complications diabétiques et de problèmes orthopédiques impliquant une douleur préexistante au genou. La quantité de chargement/déchargement du poids corporel des jambes était minime. Cependant, il y avait, en moyenne, une force vers le bas légèrement plus grande mesurée lors de l’application des impulsions TMS. Cela est probablement dû au poids de la bobine et à la pression vers le bas appliquée par les chercheurs pour s’assurer qu’il y avait un contact suffisant entre le cuir chevelu / la tête et la bobine TMS. Les changements minimes du poids corporel capturés au cours des procédures TMS par rapport aux essais statiques suggèrent qu’aucun effet significatif de la charge ou du déchargement du poids corporel n’a contribué à nos résultats. Nous avons également examiné la répartition du poids entre les jambes et l’avons trouvée symétrique, avec une moyenne de 50% du poids des participants soutenu par leurs jambes gauches. On s’attend à ce que les personnes post-AVC qui peuvent rester debout pendant 10 minutes avec peu ou pas de soutien puissent compléter les évaluations TMS debout décrites. La position debout a permis un taux de réponse plus élevé à tmS par rapport à la position de repos / assise. L’augmentation de la réactivité de la SMT en position debout peut permettre aux personnes qui ont déjà été disqualifiées des études neurophysiologiques en raison de l’absence de réponse mesurable à la SMT de se qualifier pour de futures études portant sur le contrôle moteur postural et spécifique à la marche après un AVC. L’augmentation du bassin de participants admissibles peut mener à une plus grande généralisabilité des résultats de la recherche dans la population post-AVC.
Les seuils du moteur évalués en position debout ont été mesurés à un % MSO inférieur. Les seuils moteurs post-AVC sont souvent augmentésde 23 et nécessitent une stimulation à un % MSO élevé pour mesurer la CMR. L’application d’impulsions TMS de haute puissance avec une bobine à double cône peut entraîner une augmentation des contractions musculaires du visage et des membres supérieurs qui peuvent être inconfortables pour les participants à la recherche. La réalisation d’évaluations neurophysiologiques à une intensité plus faible peut augmenter la tolérabilité des procédures TMS chez certains participants post-AVC et augmenter la participation à ces types d’études.
Cette méthodologie décrit le processus de mesure de la réponse corticomotrice à la SMT à impulsion unique. Cependant, les paradigmes d’impulsions appariées peuvent également être collectés en position debout. L’inhibition intracorticale à courte latence (SICI) et la facilitation intracorticale (ICF) utilisent deux impulsions TMS délivrées par la même bobine avec des intervalles interstimulus de 2 et 10 ms, respectivement24. Ces mesures intracorticales peuvent fournir des détails supplémentaires sur l’état / comportement neurophysiologique du système nerveux en position debout par rapport aux seuils moteurs seuls.
Comme pour toutes les méthodes scientifiques, le protocole actuel présente des limites. Un élément important à considérer est que les personnes atteintes d’hémiparésie post-AVC n’effectuent pas d’activités de la même manière que les groupes neurologiquement intacts. Les personnes dans la phase chronique post-AVC ont généralement développé des stratégies compensatoires pour effectuer des tâches physiques25,26, qui s’étendent au maintien d’une posture droite. Même avec une prise de poids égale / symétrique entre les membres parétiques et non parétiques, les participants post-AVC peuvent ne pas être dans une posture verticale symétrique. La normalisation des positions des pieds sur la plaque de force peut aider à réduire cette limitation. Une autre limite est que des études récentes ont suggéré d’enregistrer plus de 10 potentiels évoqués par le moteur27, en raison de la variabilité connue de la CMR. Dans cette enquête, nous avons choisi de n’enregistrer que 10 impulsions de test pour réduire le fardeau des participants en position debout. Comme mentionné précédemment, ce protocole a été bien toléré / exécuté par des personnes qui ont la capacité de rester debout de manière indépendante pendant au moins 10 minutes. Ce fait peut limiter l’utilisation de ce protocole chez les personnes ayant des limites d’incapacité élevées ou graves après un AVC ou chez les personnes ayant des limitations orthopédiques.
Les méthodes d’évaluation neurophysiologique des membres inférieurs, et en particulier dans les populations atteintes de troubles neurologiques, n’ont pas encore reçu beaucoup de cohérence dans la littérature. Lorsque les déficiences spécifiques à la posture et à la marche et / ou la réadaptation des membres inférieurs sont l’objectif principal, il n’y a pas de consensus sur la meilleure méthode à utiliser. Par exemple, les comparaisons entre les mesures au repos, actives et debout et la façon dont ces mesures sont liées à l’incapacité clinique n’ont pas été entièrement étudiées. La plupart des chercheurs conviendraient que la bobine à double cône est le dispositif le plus approprié à utiliser pour stimuler les représentations corticales des membres inférieurs. En dehors de ce paramètre, une grande partie des études sur la SMT des membres inférieurs sont réalisées selon les normes de groupes de recherche individuels. Le manque de cohérence entre les groupes de recherche augmente la difficulté d’effectuer des évaluations méta-analytiques plus vastes nécessaires pour étendre la généralisabilité des résultats de la recherche. Dans ce protocole, nous fournissons une base pour les procédures tmS des membres inférieurs qui peuvent être utilisées dans des études portant sur le contrôle moteur postural et spécifique à la marche et la neuroréadaptation après un AVC.
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Disclosures
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts réel ou perçu lié à l’œuvre rapportée.
Acknowledgments
Les auteurs tiennent à remercier M. Brian Cence et Mme Alyssa Chestnut pour leur contribution au recrutement des participants et à la collecte de données.
Le financement de ce projet a été fourni en partie par un prix de développement technique du NIH National Center for Neuromodulation for Rehabilitation (NM4R) (HD086844) et par le prix de développement de carrière en recherche et développement en réadaptation des anciens combattants 1 (RX003126) et le prix du mérite (RX002665).
Le contenu de ce rapport ne représente pas les points de vue du département des Anciens Combattants des États-Unis, des National Institutes of Health des États-Unis ou du gouvernement des États-Unis.
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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