Summary
このプロトコルは、脳卒中後の人々においてTMSを用いた立ち位置における下肢筋、脛節前およびソレウスの神経生理学的評価を行うプロセスを説明する。この位置は、脳卒中後のTMS応答を引き出す可能性が高く、神経生理学的評価中に刺激力を低下させる。
Abstract
経頭蓋磁気刺激(TMS)は、健康で神経学的に障害のある集団における運動回路の挙動を測定するために使用される一般的なツールです。TMSは、運動制御および上肢の神経リハビリテーションへの応答を研究するために広く使用されています。しかし、TMSは下肢姿勢と歩行特異的な運動制御の研究ではあまり利用されていません。下肢TMS評価の限定的な使用と追加の方法論的課題は、文献内の下肢TMS手順における一貫性の欠如に寄与している。低い四肢TMSモータ呼び起電度(MEP)を記録する能力の低下に触発され、この方法論的レポートは、立っている姿勢で脳卒中後のTMS評価を可能にするステップを詳述しています。立ち姿勢は、姿勢および歩行作業中にシステムの状態に似た状態を反映して、神経筋系の活性化を可能にする。デュアルトップフォースプレートを使用して、パレティック脚と非パレティック脚の間で体重を均等に分配するよう参加者に指示しました。参加者の体重分布の視覚的フィードバックを提供した。画像誘導ソフトウェアを用いて、ダブルコーンコイルを介して単一のTMSパルスを参加者の病変および非病変半球に送達し、パレティックおよび非パレティック・ティシアリス前筋肉およびソレウス筋のコルチコ運動応答を測定した。立ち位置で評価を行うことで、TMS応答速度が上昇し、標準の座り/休養位置と比較して低刺激強度を使用することができました。このTMSプロトコルの利用は、姿勢障害および歩行障害の神経リハビリテーションが関心がある場合に、脳卒中後の下肢コルチコ運動応答を評価するための共通のアプローチを提供することができる。
Introduction
経頭蓋磁気刺激(TMS)は、神経回路の挙動を測定するために使用される装置です。モータ制御/性能の研究に焦点を当てたTMS調査の大半は、上肢で行われています。上肢と下肢の間の不均衡は、下肢コルチコ運動応答(CMR)を測定する際の追加の課題の一部によるものです。これらの方法論的障害のいくつかは、運動皮質内の下肢筋のより小さな皮質表現および頭皮1に対する表現のより深い位置を含む。神経損傷を有する集団では、追加のハードルも存在する。例えば、脳卒中後の約半数は、下肢筋2,3において安静時のTMSに対する応答を示さない。TMSに対する脳卒中後の応答の欠如は、患者が筋肉の何らかの意志制御を維持する場合にも見られ、少なくとも部分的に無傷のコルチコ脊髄管を示す。
運動機能を維持した測定可能なTMS応答の欠如は、脳卒中後の姿勢および歩行特異的な運動制御と神経リハビリテーションの神経生理学的効果に対する理解の低下に寄与する。しかし、脳卒中後の神経生理学的評価の下肢の課題のいくつかは克服されてきた。例えば、二重コーンコイルを使用して、半球裂目1の深部に位置する下肢モトニューロンを確実に活性化することができる。ダブルコーンコイルは、より一般的に使用される8個のコイル4よりも脳の奥深くに浸透するより大きく、より強い磁場を生成します。TMSに対する応答性を高めるために実施できるもう一つの方法論的変化は、わずかな自主的収縮5の間にCMRを測定する。一般的に、この収縮は、最大自主関節トルクまたは最大電気的筋電図(EMG)筋肉活性のいずれかの所定のレベルで行われる。末梢神経刺激はまた、最大の筋肉応答を引き出すために使用することができ、この応答の記録されたEMGは、筋肉の標的自発的活性化を設定するために使用することができる。
アクティブな筋肉収縮中に脳卒中後のTMS評価を行うことは、等角線タスクが機能的な活動(例えば、物体の把握/保持)を模倣することができる上肢でかなり一般的です。対照的に、歩行は皮質、皮質下、および脊髄構造を介して複数の筋肉群の両側活性化を通じて達成され、重力の影響に抵抗するために姿勢筋活性化を必要とする。この活性化状態は、アイソメトリック収縮を生じる単離された筋肉を測定する際には反映されない可能性が高い。姿勢と歩行特異的な運動制御を理解するために向けられたいくつかの以前の研究は、参加者が6、7、8および立っている9、10、11、12、13、14、15を歩いている間にTMSパルスを提供しました.直立位置におけるCMRの測定は、姿勢および歩行運動制御ネットワークの姿勢筋および皮質下の構成要素の活性化を可能にする。現在までに、脳卒中後の個人で立ち位置TMS評価を行ったという報告はない。
この研究は、CMRポストストロークの立ちTMS評価のために、立っているTMSメソッド6、7、8、9、10、11、12、13、14、15の既存の文献体に基づいて構築された標準化された方法論を提案する。この方法論は、姿勢欠損および歩行特異的運動制御後の研究グループによって利用され、TMS手順のより大きな一貫性を確立する。この方法論的調査の目的は、中等度の歩行障害を有する脳卒中後の個人において、立ち位置TMS評価が可能かどうかを判断することであった。我々は、立ち位置で評価を行うことは、1)測定可能な応答(運動誘発電位、MEP)を引き出す可能性を高め、2)立ちTMS評価を行うために使用される刺激器の力/強度は、通常行われた座り/休息評価のそれよりも低くなると仮定した。このプロトコルの完成と普及は、脳卒中後の姿勢および歩行特異的運動制御の神経生理学的側面と神経リハビリテーションの影響をより深く理解することにつながる可能性があると考えています。
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Protocol
すべての手順は、サウスカロライナ医科大学の機関審査委員会によって承認され、ヘルシンキ宣言に準拠しました.
1. 参加者募集
- ローカルデータベースからポストストロークを募集します。この実験では、16人の個人が地元の電子採用データベースから募集されました。いくつかの例では、参加者は、私たちの研究グループによって行われた以前の研究で安静時のTMSに応答しなかったため、特に募集されました。
- この調査には、18~85歳までの男女、脳卒中後6ヶ月以上、下肢の残留麻差症、および補助装置なしで10分間立たせることができる。
- 発作の既往歴がある場合、発作閾値を下げる処方薬を服用した場合、脳障害や中枢神経系の他の疾患の既往歴がある場合、頭部にデバイスや金属物体を埋め込んだ場合、または受動的な動き範囲を制限する重度の関節炎または整形外科状態を有する場合は、参加者を除外する。
注: 参加者の人口統計は 、表 1にあります。
| 研究 ID | 年齢 | 月 ポストストローク |
性 | 競走 | ストロークの種類 | 卒中 半球 |
高さ (cm) |
重量 (kg) |
自主的な歩行速度(m/s) | ウォーキング 援助 |
||
| 1 | 67 | 28.7 | M | C | 脳内出血 | 右 | 180 | 74.8 | 0.61 | 何一つ | ||
| 2 | 84 | 55.8 | F | C | 虚 血 性 | 右 | 165 | 68.0 | 0.94 | 何一つ | ||
| 3 | 56 | 262.7 | F | C | くも膜下出血 | 左 | 152 | 59.0 | 1.29 | 何一つ | ||
| 4 | 67 | 141.8 | M | C | 脳内出血 | 右 | 180 | 72.6 | 0.27 | ケイン/ AFO | ||
| 6 | 48 | 21.6 | M | C | 脳内出血 | 右 | 170 | 61.2 | 0.83 | 何一つ | ||
| 7 | 58 | 93.9 | M | C | 急性虚血 | 左 | 168 | 112.5 | 0.77 | クワッドケイン/ AFO | ||
| 8 | 71 | 55.3 | F | AA | 急性虚血 | 左 | 170 | 68.0 | 1.05 | 何一つ | ||
| 9* | 65 | 23.7 | M | C | 急性虚血 | 右 | 178 | 84.8 | - | 膝の支柱 | ||
| 10 | 70 | 26.6 | M | C | 急性虚血 | 左 | 173 | 78.9 | 0.81 | 何一つ | ||
| 12 | 70 | 10.0 | M | C | 急性虚血 | 左 | 170 | 86.2 | 1.11 | 何一つ | ||
| 13 | 65 | 80.6 | M | C | 急性虚血 | 右 | 185 | 139.7 | 0.93 | 杖/松葉杖 | ||
| 14 | 79 | 83.0 | M | C | 急性虚血 | 右 | 175 | 88.5 | 0.48 | 杖 | ||
| 15 | 51 | 54.4 | M | AA | 急性虚血 | 左 | 178 | 90.7 | 1.35 | 何一つ | ||
| 17 | 65 | 18.5 | M | C | 急性虚血 | 右 | 170 | 74.8 | 0.28 | 杖 | ||
| 18 | 63 | 48.8 | F | AA | 急性虚血 | 右 | 170 | 83.9 | 1.12 | 何一つ | ||
| 19 | 58 | 25.9 | M | C | 急性虚血 | 両方とも | 183 | 88.5 | 1.10 | 何一つ | ||
| *参加者は、必要な評価を完了することができないため、データ分析から削除されました | ||||||||||||
| AFO = 足首の足の矯正 | ||||||||||||
表 1: 参加者の人口統計.
- 参加者と電話で最初に連絡を取り、テスト手順を簡単に説明します。興味のある人を研究室に招待する。
- 研究施設に到着すると、研究スタッフのメンバーに、実験プロトコルを参加者候補に十分に説明してもらいます。
- 参加者候補が調査に参加する意思を確認した場合は、現地の機関審査委員会によって承認された書面によるインフォームド・コンセントを取得する。
2. 画像誘導システムと参加者のセットアップ
- 画像誘導ソフトウェアを使用して、評価中にTMSパルスの一貫した配信を確保します。
- イメージガイダンスシステムにネイティブな MNI ヘッドモデルを使用して、新しいプロジェクトを開始します。ソフトウェアを開き、[ 新しい MNI ヘッド プロジェクト] を選択します。
- ポップアップ ウィンドウで、[ ターゲット ] タブをクリックし、[ターゲットの 構成] をクリックします。頭皮の位置を中心前回に直接位置し、中間の座頭線に0.5cm横向きに位置を決定します。
- 場所が視覚的に識別されたら、 [ 新規作成] をクリックし、[ 四角形グリッド ] をクリックして新しい 矩形グリッドを追加します。グリッドは画面に表示され、内側の行は中間矢状線に対して0.5 cm横にする必要があります。
- グリッド サイズ ボックスに「3」と「5」と入力して、グリッドのサイズを変更します。グリッド間隔を 10 x 10 mm に設定するには、グリッド間隔ボックスを入力します。 カーソルツールを選択し、カーソルを頭皮のイメージに移動します。
- マウスボタンを押したままにして頭皮画像を回転させ、すべてのグリッドポイントがスキンに接触していることを確認します。グリッドポイントが頭皮にない場合は、曲率スライダを動かしてグリッドの曲率を調整します。
- これらの手順を繰り返して、反対側の半球の上に 3 x 5 のグリッドを配置します。
注:これは、参加者が研究に登録して研究室に到着する前に行うことができます。さらに、参加者の解剖学的T1加重画像を使用できます(可能な場合)。アナトミカル MRI のナビゲーションに関する具体的な詳細については、前に公開した記事16を参照してください。
- ソフトウェアを開いたら、[ セッション ] タブを選択して、イメージ ガイダンス ソフトウェア内で新しいセッションを開始します。
- [ 新規作成] をクリックし、[ オンライン セッション] をクリックします。次のウィンドウで、前のセクション (セクション 2.1) で作成した 2 つのグリッドをクリックして選択し、[ 追加] をクリックします。
- [IOBox] タブの [TTL トリガー オプション] で、[スイッチ (スイッチ イン) を使用する] の横にあるチェックボックスをオンにし、[ デッド タイム ] ボックスに 0 ミリ秒を入力します。上部にある [ 次へ ] ボタンをクリックします。画像誘導システムのカメラがアクティブであることを視覚的に確認します。
- 参加者の額の周りに画像誘導システムを備えた対象トラッカーを配置して、参加者登録を開始します。
- カメラを手動で調整して、参加者のトラックがカメラの視野の中央に表示されるようにします。次に、ソフトウェアの上部にある [登録 ]タブをクリックします。
- 画像誘導システムのポインタ/マーカーを登録ランドマーク(ナシオンと左右の心間ポイント)に配置します。ポインタがスキン上に置かれたら、[ 次へ ]ボタンをクリックして、参加者のスキンの場所を画像ガイダンスソフトウェアに登録します。
- 登録ランドマークがキャプチャされたら、ソフトウェアウィンドウの上部にある [スケーリング ]タブをクリックします。マウス ポインタを、参加者の頭皮の右端、左端、最上部、最前面、および最背面の位置に置きます。
- 各場所の [次へ ] ボタンをクリックして、画像ガイダンス システムを参加者の頭に合わせて拡大縮小します。スケーリングが完了したら、ソフトウェアの上部にある [ 実行 ] タブをクリックします。画像ガイダンスシステムの準備ができました。
3. 表面の電図の準備とセットアップ
- 参加者の脛石症前脛筋(TA)とソレウス(SOL)の筋肉を表面筋電図(sEMG)電極用に用意します。sEMGの皮を準備するには、アルコールパッドを使用して領域をきれいにし、必要に応じて、使い捨ての安全カミソリで任意の髪を削除します。セリアムガイドライン17に従ってsEMG使い捨てゲル電極を配置します。
注:TAのセンサー配置は、フィブラの先端と内側のmalleolusの先端との間の線の下の1/3です。SOLの場合、大腿骨の内側顆と内側のモールオラスの間のラインの2/3を置きます。 - 電極が取り付けられると、信号の品質を視覚的に検査します。次に、テスト中に電極および結果として生じるアーティファクトの動きを最小限に抑えるために、弾性包帯でシャンクを包み込みます。
メモ:TMSパルスの配信前に0.1秒から0.5秒のウィンドウで5000 HzでsEMG信号を記録します。正確なサンプリング頻度と収集されるデータ量は、TMS に対する sEMG 応答を記録するために使用されるハードウェアおよびソフトウェアに依存します。EMGの録音と分析の確立の詳細については、Tankisiら18を参照してください。
4. フォースプレートと参加者の安全設定
- データ収集ソフトウェアを開き、デュアルトップフォースプレートをキャリブレーションするための新しい試用版を開始します。
- [ スタート] を クリックして、FP ゼロトライアルを開始します。フォース プレートに荷重を付けずに 3 ~ 5 個のデータを収集し、[ 停止] をクリックします。
- 力板が較正されたら、参加者は画像誘導システム(セクション2.2)に登録され、sEMG電極を配置して信号品質(セクション3)についてテストし、安全ハーネスに立って適合するように参加者に指示します。
- 参加者にフォースプレートに足を踏み入れ、フォースプレートにマスキングテープをあらかじめ適用して足の配置を標準化し、足の最も重要な位置と正線からの足の内側のエッジを等しい距離に示します。
- 参加者の安全ハーネスを天井の支持に取り付けます。必要に応じて、テスト中に安定する何かを参加者に提供するために、力プレートの周りにロールレータ、または同様のデバイスを配置します。
注:すべての立っているTMSの手順の間に、参加者が落下を防ぐために安全ハーネスを介して天井に固定されていることを確認してください。
- [開始]をクリックし、FP静的トライアルを選択して、参加者がフォースプレートの上に立つよう、参加者の体重を測定および収集します。2~5 分のデータを記録し、[停止] をクリックして試用版を終了します。
- フォースプレートの上に立つ場合、データ収集ソフトウェアが、参加者の足の下の重量/力を表す2つの棒グラフを表示することを確認します(図1A)。参加者がウェイトを片側にシフトすると、棒グラフの高さが変化します(図1B)。
- 参加者が足のウェイトを腕にアンロードする場合は、棒グラフの表示色が変わるかどうかを確認します(図1C)。参加者が足の間に均等な重量を配分して快適に立った後、CMRの測定を開始することができます。
図1: 立ち位置TMS評価中に参加者に提供された視覚的フィードバックの代表的な画像 (A)は、パレティック脚と非パレティック脚の間で均等に分布した体重で立っている間に参加者に与えられた視覚的フィードバックを表示する。縦棒は、力板の各領域で測定される力の量を表します。実線の水平線は、参加者が提供されたハンドサポートで安定する必要がある場合は、下肢に体重を確実に積み込むために測定された垂直力の範囲を表し、腕を通してはなりません。参加者の体重が 5% 以上の片側にシフトした場合、垂直バーは色を変更して、参加者にアンロードされた側に傾くように通知します(B)。参加者が足から体重の+/- 5%以上をロード/アンロードした場合、背景色の色は(C)に示すように変化します。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
5. 常設コルチコ運動反応評価
- 一貫した運動誘発電位(MEP)、すなわちEMG信号振幅>50μV、および/または活性筋肉における可視コルチコサイレント期間を標的TAおよびSOL筋肉で生成する刺激体強度を同定することによって、神経生理学的評価を開始する。
メモ:ダブルコーンコイルを使用して、コイルを前から後方向に流す電流を持つすべてのTMSパルスを供給します。前のセクションで説明した視覚的フィードバック/棒グラフで示されているように、参加者がパレティック脚と非パレティック脚の間で等しい重量分布を維持している場合にのみ TMS パルスを適用します(セクション 4.2)。- まず、病変半球にTMSパルスを塗布して、パレティック四肢をテストします。まず、TMS刺激器の出力レベルを出力制御ノブを回して、最大刺激器出力(%MSO)に設定します。刺激装置のトリガーボタンを押して、横方向の中間グリッドポイントに50%MSOの単一のパルスを適用します。5~10秒の間に2~3パルスを塗布します。
注: 参加者が 50% MSO で回答を表示する場合は、セクション 5.2 にスキップして、ホットスポットの識別を開始します。 - TA と SOL に応答が見られない場合は、出力制御ノブを回して刺激装置のパワーを 10% MSO 増加させ、ステップ 5.1.1 のように 2~3 個の TMS パルスを送ります。
- 刺激器を60%MSOに増加した後に応答が見られない場合は、再び10%のMSOによって電力を増加させます。70% MSO で MEP が引き出されない場合は、ランダムに複数のグリッドポイントを選択し、TMS パルスを適用して、現在の電力設定で応答があるかどうかを判断します。
- 現在の70%MSOのいずれのグリッド点でも応答が記録されていない場合は、初期ターゲットグリッドポイントの土地に戻り、10%MSOの増分で刺激器パワーを増加させ続け、前述のように2〜3回の刺激を加えます。
注: ターゲットの筋肉から信頼できる応答が記録されるまで、または参加者が TMS に応答しないと判断されるまで、このプロセスを繰り返します。すべての参加者が TMS に対して測定可能な応答を生成するわけではありません。
- まず、病変半球にTMSパルスを塗布して、パレティック四肢をテストします。まず、TMS刺激器の出力レベルを出力制御ノブを回して、最大刺激器出力(%MSO)に設定します。刺激装置のトリガーボタンを押して、横方向の中間グリッドポイントに50%MSOの単一のパルスを適用します。5~10秒の間に2~3パルスを塗布します。
- 一貫した応答を生成する刺激電源が特定されたら、ホットスポット、すなわち、適用されたTMSパルスに対する最大の応答を生成する頭皮の位置を特定し始めます。
- [ スタート ] ボタンをクリックし、[ホットスポット] を選択して、新しい ホットスポットトライアルを開始します。前の手順で特定した超閾値電力レベルの 15 グリッド ポイントそれぞれに、単一パルス刺激を適用します。画像誘導システムを使用して、コイルを第1のグリッド点に移動します。
- コイルが適切な位置に入ったら、刺激装置のトリガボタンを押してTMSパルスを適用します。次に、コイルを次のグリッド位置に移動し、別の単一の TMS パルスを適用します。各グリッドポイントに 1 回の刺激が適用されるまで続け、 停止 をクリックして試用を終了します。
- 各グリッドポイントで記録されたsEMG信号の振幅を調べます。sEMG 信号に記録された、ターゲットとなる筋肉のそれぞれに対して、最大の MEP 振幅を持つグリッド ポイントを視覚的に識別します。最大の MEP 振幅を持つグリッド位置はホットスポットであり、次のセクションでコルチコ運動応答を測定するために使用されます。
注: 場合によっては、1 つのグリッド位置が TA と SOL の両方に最大の MEP 振幅を提供することがあります。これらの場合、各筋肉の運動閾値を個別に決定します。
- 次に、逐次試験による単純な適応パラメータ推定(PEST)19,20を用いて標的筋の運動閾値を決定する。
- PEST プログラムを開き、初期刺激器の強度を、ボックスに値を入力してホットスポットを識別するために使用される閾値を超える値に設定します。
- データ収集ソフトウェアの [ 開始 ] タブをクリックして新しい PEST トライアルを開始し 、[PEST]を選択します。
- PESTプログラムに表示される最初の%MSO強度で、特定されたターゲット筋肉のホットスポットに単一のTMSパルスを適用します。PESTプログラムで、yまたはnを入力して筋肉のSEMGシグナルに応答が観察されたことを示す。PESTプログラムは自動的に次の刺激強度を計算します。
- PESTプログラムに合わせて刺激装置の電力レベルを調整し、別の単一のTMSパルスを適用します。PESTプログラムが運動閾値を決定するまでこのプロセスを続け、刺激強度の色の変化によって示され、 停止 タブをクリックしてデータ収集試験を終了します。
注:PEST手順は、連続するパルスで使用する刺激電源の程度を指示する自由に利用可能なプログラムを使用しています。PESTプログラムの1つはここで見つけることができます: (https://www.clinicalresearcher.org/software.htm).
- 標的筋肉のホットスポットと運動閾値が特定された後、CMR評価を開始する。刺激器の強度を、決定されたモータ閾値の120%に設定します。
- [スタート]タブをクリックし、MEPトライアルを選択して、データ収集ソフトウェアで新しいトライアルを開始します。筋肉のホットスポットにコイルを置き、10-20シングルパルス刺激を適用します。
- 各刺激の間に5-10 sを可能にする。非回線解析のために呼び起こされる sEMG 応答を記録します。参加者がアドリビタムを休ませ、テスト手順の間に十分な時間を確保して、参加者が疲労を発症する可能性を減らし、結果に影響を与える可能性があります。
- MEP を記録した後で [停止 ] タブをクリックして、試用を終了します。
注:TMSコイルを扱う研究者は、参加者がTMSパルスを適用する直前に各脚の下で等しい重量分布を持っていることを確認する必要があります。参加者の体重が均等に分布していない間に刺激が適用されたと考える場合は、追加の刺激を行い、以前の試験を将来の分析から除外します。パレティックな筋肉の直後に、非パレティックな筋肉をテストします。 図2 は、立ち位置TMS評価時の実験セットアップを示しています。
図2:立ち位置におけるコルチコ運動応答(CMR)の測定中に撮影した画像。 画像誘導システムと収集したsEMG活動は、画像の左側にあるモニターに示すように、データ収集中に研究担当者に表示されます。体重分布の視覚的フィードバックは、参加者の前部とわずかに右側に提供された。参加者は、デュアルトップフォースプレートに立っている間に落下を防ぐために天井に取り付けられた安全ハーネスを着用しました。参加者の腕のサポートは、参加者がTMSパルスを適用した後に自分自身を安定させるのを助けるために提供されました。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
6. 座っているコルチコ運動の反応評価
- 常設TMS評価が完了したら、モータのしきい値とCMRを休息/座っている位置で再測定します。
- 前述の手順と同じ手順を使用します (セクション 5.2-5.4)。参加者の唯一の変更は、足を支え、筋肉がリラックスした椅子に座る必要があります。
- 座っている位置で立っている評価(セクション5.2)の間に識別された同じホットスポットを使用する。静止/座っている運動閾値の120%の刺激強度を使用することを除いて、立ち位置で使用されるのと同じ方法で神経生理学的検査を行う。
注: 以前に決定した刺激電源を使用して追加のテストを実行する必要があります。例えば、異なる姿勢位置におけるMEPの振幅の比較が行われる場合、同様の絶対刺激力を使用する必要がある場合がある。これは、目の前の研究の質問に依存し、研究の設計中に識別する必要があります。
7. 統計的アプローチ
- 立ち位置が測定可能な応答を呼び出す確率の増加につながるという仮説をテストするために、2 x 2の表を構築し、マクネマーのテスト21を使用して比率をテストする。
- モーターしきい値の電力レベルを比較するには、両方の位置で測定可能な応答を持つ参加者に対して t -testを使用します。α = 0.05 で有意性を決定します。
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Representative Results
1人の参加者は、既存の膝の痛みと実験室に到着する前に受け取った糖尿病の創傷のために立っているTMS手順を許容することができないため、分析から取り除かれ、最終的なサンプルサイズは15でした。糖尿病の創傷は、TAの上に直接あったし、この筋肉の任意のsEMGの尺度を排除しました.座っているか立っているかのTMSプロシージャの間に調査官に報告された主要な有害事象はなかった。いくつかの軽度の有害事象が報告されました, 首の筋肉痛やわずかな頭痛など.しかし、これらの軽微な事象はテストセッションの終わりに報告され、座っているプロシージャや立っている手順がこれらの副作用に対してより責任があるかどうかは明らかではなかった。これらのマイナーな有害事象は、TMS評価後およびTMS文献22内で一般的に見られる。
TMSパルス適用中の体重の総ロード/アンロードは、体重の+0.4%(SD 1.8%)であった。これは、参加者がTMS手順中に自活する手段としてローレータを使用する際に、足から腕に体重を降ろさなかったことを意味します。参加者の左足の平均体重分布は50%(SD 6%)であった。私たちは、4つの別々の筋肉(パレティックと非パレティック、TAおよびSOL)の運動閾値を測定しようと試み、立ち位置と座り込み位置の両方で合計60の運動閾値につながった。立ち位置では、座っている位置の65.0%と比較して、90.0%の時間を運動閾値を引き出し、測定することができました。単一のセッション内で、立ち位置の運動閾値を評価すると測定可能な応答が得られやすかった(マクネマー・チー2、イェーツ補正、χ= 8.48、P=0.004) (表2)。 これは、立ち位置が測定可能な応答を呼び出す可能性が高くなるという最初の仮説に同意します。私たちの第二の仮説は、立ち位置が低い刺激力を必要とする運動閾値をもたらすだろうということです。我々の結果は、個人が座っている位置と立っている位置で測定可能な運動閾値を提示したとき、立っている位置の測定された閾値は低かった(N = 38、スタンディングMT 45% MSO SD 9、座っているMT 53% MSO SD 11、ペアドt-statistic4.99、P < 0.001)。 図 3は、すべての参加者の各筋肉および条件の測定された運動閾値を示しています。
| 座り 応答 |
スタンディングレスポンス | ||||
| はい | いいえ | トータル | % | ||
| はい | 38 | 1 | 39 | 65 | |
| いいえ | 16 | 5 | 21 | 35 | |
| トータル | 54 | 6 | 60 | ||
| % | 90 | 10 | 100 | ||
表2:構築された2 x 2表は、TMSに対する応答を正常に生成する報告された能力と、座っている状態と立っている状態での運動閾値を測定する能力を示しています。マクネマーのテストは、測定可能な応答を引き出す確率を比較するために使用され、立ち評価は座っている位置で評価を行うのと比較して測定可能な応答を呼び起こす可能性が有意に高いことがわかりました。
図3: 目的の筋肉の運動閾値を測定した。 左右の値を結ぶ線は、座っている位置と立っている位置の両方で、その筋肉の測定可能な運動閾値を持っていたことを示しています。モータのしきい値は、最大刺激装置出力(%MSO)の割合として測定され、報告されます。(A,B)は、それぞれパレティックおよび非パレティックチジアリス前筋肉で測定された運動閾値を示す。(C,D)はそれぞれ、パレティックおよび非パレティックソレウス筋の運動閾値を示す。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
実験プロトコルは、ほとんどの参加者によって十分に許容されていました。1人の個体は、既存の膝の痛みを伴う糖尿病性合併症および整形外科の問題に二次的に存在する褥瘡潰瘍のために立ち上がったTMS評価を完了することができなかった。脚からの体重の積み降ろし量は最小限でした。しかし、TMSパルスの適用中に測定された、平均してわずかに大きな下向きの力があった。これは、頭皮/頭とTMSコイルの間に十分な接触があったことを確認するために、調査担当者がコイルの重量と下降圧力を加えた可能性があります。静的試験と比較して、TMS手順中に捕獲された体重の最小変化は、体重の積み込みまたはアンロードの有意な影響が我々の結果に寄与しなくなったことを示唆している。また、脚間の体重分布を調べたところ、参加者の体重の平均50%が左足で支えられ、対称的であることがわかりました。ほとんどまたは全くサポートなしで10分間立つことができる脳卒中後の個人は、記載されている立っているTMS評価を完了できることが期待されます。立ち位置は、静止/座っている位置と比較してTMSに対するより大きな応答率を可能にした。立ち位置におけるTMS応答性の増加は、姿勢および歩行特異的な脳卒中後の運動制御を調査する将来の研究の資格を得るために測定可能なTMS応答の欠如のために以前に神経生理学的研究から失格した個人を可能にするかもしれない。適格な参加者のプールを増やすと、脳卒中後の集団全体の研究結果の一般性が高まる可能性があります。
定位置で評価されたモータ閾値は、より低い%MSOで測定した。脳卒中後の運動閾値は、しばしば23 を増加させ、CMRを測定するために高い%MSOでの刺激を必要とする。ダブルコーンコイルを使用して高出力TMSパルスを適用すると、顔面および上肢の筋肉収縮が増加し、研究参加者にとって不快になる可能性があります。より低い強度で神経生理学的評価を行うことは、一部の脳卒中後の参加者におけるTMS処置の許容性を高め、これらのタイプの研究への参加を増加させる可能性がある。
この方法論は、単パルスTMSに対するコルチコ運動応答を測定するプロセスを記述する。ただし、ペアパルスパラダイムは、立ち位置でも収集できます。短遅延皮質内阻害(SICI)および皮質内円滑化(ICF)は、それぞれ24、24の間刺激間隔で同じコイルによって送達される2つのTMSパルスを使用する。これらの皮質内措置は、運動閾値単独と比較して、立っている間の神経系の神経生理学的状態/行動に関する追加の詳細を提供することができる。
すべての科学的方法と同様に、現在のプロトコルには限界があります。考慮すべき重要な項目は、脳卒中後の片麻痺を有する個人が神経学的に無傷のグループと同じ方法で活動を行わないということです。慢性期脳卒中の人々は、通常、直立姿勢を維持するために伸びる物理的なタスク25、26を実行するための補償戦略を開発しました。パレティック手足と非パレティック四肢の間に等/対称的な体重負荷があっても、脳卒中後の参加者は対称的な直立姿勢ではない可能性があります。フォースプレート上の足の位置を標準化すると、この制限を抑制するのに役立ちます。もう一つの制限は、最近の調査は、CMRの既知の変動のために、10以上のモータ誘発電位27を記録することを示唆している。今回の調査では、立っている間の参加者の負担を軽減するために、10個のテストパルスのみを記録することを選択しました。前述のように、このプロトコルは、少なくとも10分間独立して立つ能力を持つ個人によって十分に許容/実行されました。この事実は、脳卒中後の高/重度の障害レベルまたは整形外科の制限を有する個人において、このプロトコルの使用を制限する可能性がある。
下肢の神経生理学的評価方法、特に神経学的障害集団において、文献内ではあまり一貫性を受けていない。姿勢や歩行特異的な障害や下肢リハビリテーションが主な焦点である場合、最良の使用方法に関するコンセンサスはありません。例えば、休息、アクティブ、スタンディングの対策と、これらの措置が臨床障害にどのように関連しているかを比較することは、十分に調査されていません。ほとんどの研究者は、ダブルコーンコイルが下肢皮質表現を刺激するために使用するのに最も適切なデバイスであることに同意するでしょう。このパラメータの外側では、下肢TMS研究の多くは、個々の研究グループの基準に対して行われます。研究グループ間の一貫性の欠如は、研究結果の一般化可能性を拡張するために必要なより大きなメタ分析評価を行う難しさを高めます。本プロトコルでは、姿勢および歩行特異的運動制御および脳卒中後の神経リハビリテーションを調査する研究に使用できる下肢TMS手順の基礎を提供する。
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Disclosures
著者らは、報告された研究に関連する実際の利益相反や知覚された利益相反はないと宣言している。
Acknowledgments
著者らは、ブライアン・シンス氏とアサ・チェスナット夫人が参加者の採用とデータ収集に貢献したことを認めたい。
このプロジェクトの資金は、NIH国立リハビリテーション神経変調センター(HD086844)の技術開発賞と、ベテラン事務リハビリテーション研究開発キャリア開発賞1(RX003126)と功労賞(RX002665)によって提供されました。
この報告書の内容は、米国退役軍人省、米国国立衛生研究所、または米国政府の見解を表すものではありません。
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 |
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