Summary
Мы представляем набор стандартизированных протоколов записи одно- и парной импульсной транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) с опциями для обычных измерений амплитуды и отслеживания пороговых значений. Эта программа может управлять тремя различными типами магнитных стимуляторов и предназначена для удобного выполнения всех тестов одним оператором.
Abstract
Большинство параметров одноимпульсной транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) (например, двигательный порог, функция стимул-реакция, период молчания коры) используются для изучения возбудимости кортикоспинала. Парно-импульсные парадигмы ТМС (например, коротко- и длинноинтервальное интракортикальное ингибирование (SICI/LICI), короткоинтервальные интракортикальные фасилитации (SICF) и коротко- и длинно-латентное афферентное ингибирование (SAI/LAI)) предоставляют информацию о внутрикортикальных тормозных и фасилитационных сетях. Это уже давно делается с помощью обычного метода ТМС для измерения изменений размера моторно-вызванных потенциалов (MEP) в ответ на стимулы постоянной интенсивности. Недавно был введен альтернативный подход к отслеживанию пороговых значений, в соответствии с которым отслеживается интенсивность стимула для целевой амплитуды. Диагностическая полезность отслеживания порога SICI при боковом амиотрофическом склерозе (БАС) была показана в предыдущих исследованиях. Тем не менее, TMS для отслеживания порогов использовалась только в нескольких центрах, отчасти из-за отсутствия легкодоступного программного обеспечения, но также, возможно, из-за неопределенности в отношении ее связи с обычными одно- и парными импульсными измерениями ТМС.
Набор полуавтоматических программ, управляемых меню, был разработан для облегчения более широкого использования методов отслеживания пороговых значений ТМС и для обеспечения возможности прямого сравнения с обычными измерениями амплитуды. Они были разработаны для управления тремя типами магнитных стимуляторов и позволяют регистрировать одним оператором общие одно- и парно-импульсные протоколы TMS.
В этой статье показано, как записывать ряд одно- и парно-импульсных протоколов ТМС на здоровых субъектах и анализировать записи. Эти протоколы ТМС быстро и легко выполняются и могут обеспечить полезные биомаркеры при различных неврологических расстройствах, особенно нейродегенеративных заболеваниях, таких как БАС.
Introduction
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) моторной коры является неинвазивным методом изучения корковой физиологии и патофизиологии многих неврологических состояний, включая нейродегенеративные заболевания1. Первичная моторная кора стимулируется с использованием надпороговых импульсов ТМС для получения двигательного ответа в целевой мышце. Эта реакция называется моторно-вызванным потенциалом (MEP). ТМС служит полезным инструментом, который опрашивает корковые и потенциально подкорковые двигательные сети2. Одноимпульсная ТМС может оценить кортикальную реактивность, двигательный порог покоя (RMT), амплитуду MEP и кортикальный период тишины (CSP)2. Кортикальное ингибирование может быть исследовано с использованием парно-импульсной ТМС с межстимулевыми интервалами (ISIs) 2-3 мс (SICI) или ~100 мс (LICI)3,4,5.
SICI опосредован гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК)А и LICI рецепторами ГАМК, о чем свидетельствует их фармакология4,5. Схема, лежащая в основе SICF, частично опосредована глутаматергическими N-метил-D-аспарагиновыми кислотами (NMDA) рецепторами6,7. Амплитуда MEP снижается, если ТМС предшествует электрическая стимуляция периферического сенсорного нерва. Этот эффект называется афферентным ингибированием и известен как SAI, когда ISI составляет ~ 20-25 мс, и LAI при более длинных ISI 200-1000 мс между электрической стимуляцией периферического нерва и одиночным импульсом TMS8,9,10. SAI модулируется холинергической активностью11; однако LAI значительно недоизучен, и нейронные цепи, лежащие в основе этого явления, неясны 10.
Амплитуды MEP являются переменными, и оценки конечных точек в обычных методах TMS (cTMS) обычно используют средние арифметические значения от 10 до 20 ответов, вызванных с фиксированной интенсивностью стимула. Альтернативным подходом является отслеживание пороговых значений ТМС, впервые описанное более 20 лет назад12,13. В этом случае интенсивность последовательных стимулов варьируется для достижения фиксированной амплитуды цели. Как обычные, так и пороговые методы отслеживания могут использоваться с различными ISI. В первой версии этого подхода, примененного к SICI, а именно «последовательного» порогового отслеживания (T-SICIs), был использован метод отслеживания, аналогичный тому, который используется при тестировании возбудимости нервов: «порог» сначала оценивался на одном межстимуловом интервале (ISI), а затем отслеживался последовательно на последовательных ISI. Этот метод широко использовался одной группой и пропагандировался в качестве потенциального биомаркера БАС из-за его высокой диагностической полезности14,15,16,17. Тем не менее, их выводы еще не подтверждены какой-либо другой исследовательской группой14,15,16,17.
Последовательный подход эффективен, когда опорные пороги стабильны, как в периферических нервах. Однако, когда пороговые значения сильно колеблются, как в случае кортикоспинальной возбудимости, было обнаружено, что последовательное отслеживание имеет недостаток, заключающийся в серьезном искажении ISI-зависимости SICI18. Поэтому альтернативная парадигма «параллельного» отслеживания порогов может быть более подходящей для SICI (T-SICIp)18,19 и других протоколов парных импульсов, в которых пороговые значения оцениваются независимо, параллельно, для различных ISI.
Несмотря на свои обещания, существующие методы ТМС еще не были приняты в клиниках в качестве надежных диагностических тестов или биомаркеров в клинических испытаниях. Это может быть связано с несколькими ограничениями существующих методов TMS, такими как потребление времени, потребность в ручном управлении и плохая воспроизводимость. Чтобы помочь преодолеть эти ограничения, в настоящем документе описывается набор недавно разработанных автоматизированных, быстрых, одно- и парно-импульсных протоколов TMS, предназначенных для работы одной рукой и позволяющих сравнивать обычные и последовательные и параллельные подходы к отслеживанию пороговых значений.
Оборудование, используемое здесь, включает в себя машину TMS, изолированный линейный биполярный стимулятор постоянного тока, шумоискатель для удаления электрических помех 50-60 Гц, усилитель электромиографии и систему сбора данных. Программное обеспечение достаточно универсально для работы с другими усилителями, стимуляторами и условиями записи.
Protocol
ПРИМЕЧАНИЕ: Все субъекты должны дать свое письменное согласие до экзамена, и протокол должен быть одобрен соответствующим местным этическим наблюдательным советом (советами). Все методы, описанные здесь, были одобрены Региональным научным этическим комитетом и Датским агентством по защите данных.
Метод ТМС включает в себя три этапа: 1) подготовка субъекта, 2) запись ТМС и 3) анализ результатов.
1. Подготовка предмета
- Оцените историю болезни испытуемых и спросите, есть ли у субъекта эпилепсия, кардиостимулятор или какие-либо металлические устройства / имплантаты в организме, а для испытуемых женского пола - беременна ли она.
- Подробно проинструктируйте испытуемого об экзаменах и предложите им дать письменное согласие.
- Сообщите испытуемому о применении магнитной стимуляции к коже головы и о том, что каждое обследование занимает примерно 10 минут.
- Объясните, что стимуляция будет слышна как звук щелчка и предназначена для того, чтобы вызвать мышечное подергивание, и что некоторые стимулы могут казаться немного неприятными.
- Объясните, что стимуляция может быть отключена в любое время, если субъект сигнализирует об этом.
- Попросите испытуемого надеть плавательную шапочку.
- Очистите руку испытуемого, противоположную исследуемому полушарию.
- Поместите активный записывающий электрод над первой дорсальной межкостной (FDI) мышцей и опорный электрод на 2-й пястно-фаланговый сустав.
- Поместите заземленный электрод на спинку руки.
- Подключите записывающий и заземляющий электроды к усилителю.
- Проинструктируйте испытуемого оставаться бдительным, но расслабленным во время экзамена.
2. Запись TMS
ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенное ниже описание относится к конкретному используемому программному обеспечению и инструментам (см. Таблицу материалов); их необходимо будет адаптировать для другого оборудования.
- Включите устройство TMS.
- Запустите полуавтоматическое программное обеспечение для записи, используя протокол для записей TMS.
- Выберите параметры усиления и затвора в меню (таблица 1). Нажмите OK , чтобы продолжить.
- Выберите протокол CSP из основных параметров.
- Поместите катушку примерно на 4 см влево в бинаурикулярную линию от вершины, с ручкой, направленной на 45° в парасагиттальную плоскость для задней-передней индукции тока.
- Увеличьте интенсивность стимула вручную, нажав на клавишу Insert , пока не будет получен MEP.
- Слегка переместите положение катушки во время мониторинга депутатов Европарламента, чтобы найти горячую точку.
- Нарисуйте контур катушки на плавательной крышке, как только горячая точка будет расположена, чтобы обеспечить постоянное позиционирование катушки.
- Нажмите OK , чтобы инициировать автоматический протокол стимуляции.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запись продолжается автоматически, начиная с определения RMT при 200 мкВ. - Проинструктируйте испытуемого поддерживать комфортную активацию мышцы ПИИ для измерения активного двигательного порога (АМТ) для ответа 200 мкВ.
- Нажмите OK , чтобы измерить тихие периоды с паузой или без нее между 3 группами по 10 восходящих и нисходящих циклов стимулов.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждой группы из 10 человек стимул увеличивается с 0,8 до 1,6 × RMT200, с интервалом 0,2, а затем повторяется в обратном порядке. - Скажите субъекту расслабиться после последнего стимула и нажмите OK , чтобы вернуться в главное меню.
- Выберите протокол SICI из основных параметров.
- Выберите запланированные ISI для изучения из меню SICI ISI options и количество стимулов на каждом ISI из меню Количество стимулов на ISI, если значения по умолчанию не используются.
- Выберите ASICI в меню.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запись продолжается автоматически, начиная с определения RMT при 200 мкВ, а затем при 1000 мкВ. Запись SICI начинается автоматически после определения RMT и продолжается в течение примерно 10 минут. Тестовый стимул фиксируется на RMT1000, а условные стимулы на 70% RMT200. Следующие ISI выбираются в псевдослучайном порядке: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 и 7 мс. Только тестовые стимулы даются после каждых трех парных стимулов. Таким образом, каждый парный стимул подается 10 раз, что составляет в общей сложности 120 стимулов. - Убедитесь, что положение катушки стабильно, наблюдая за контуром на плавательной шапочке, MEP на экране и сокращениями в мышце во время записи.
- Когда экран автоматически вернется к параметрам главного меню после завершения протокола, выберите TSICIp из меню.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запись продолжается автоматически, начиная с определения RMT при 200 мкВ, а затем записи SICI в течение приблизительно 10 мин. RMT200 отслеживается непрерывно, уменьшая стимул на 1% максимальный выход стимулатора (MSO), если отклик более 250 мкВ, и увеличивая его на 1%, если ответ менее 160 мкВ. Только тестовые стимулы чередуются с парными стимулами, а парные стимулы доставляются с псевдорандомизированными ISIs: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 и 7 мс. Таким образом, в общей сложности доставляется 120 стимулов, 10 раз для каждого из 9 парных стимулов и только тестовых стимулов после каждых трех парных стимулов. - После того, как экран автоматически вернется к параметрам главного меню после завершения протокола, нажмите кнопку Готово , если не будет запущен другой протокол.
- Завершите запись, нажав на кнопку Закрыть файл и сохранить данные .
3. Анализ ТМС
- Запустите анализирующее программное обеспечение для выполнения анализа в автономном режиме.
- Выберите запись, которая будет проанализирована, и нажмите на кнопку OK .
- Выберите опцию Создать файл TMS MEM в меню TMS для анализа.
- Нажмите OK , чтобы сохранить файл MEM.
- Щелкните опцию Plot TMS MEM/MEF в меню TMS для сравнения записи отдельного субъекта с группой здоровых контрольных элементов.
- Нажмите на 1-й вариант в меню имени файла MEF . Затем нажмите на файл MEF, с которым будет произведено сравнение из списка файлов MEF.
- Нажмите на 1-й вариант в меню имени файла MEM . Затем нажмите на файл MEM, с которым будет произведено сравнение из списка файлов MEM.
- Накладывайте файлы MEM и MEF, используя различные параметры 95% доверительных интервалов, стандартных отклонений или стандартных ошибок.
Representative Results
Следующие результаты были получены у одного здорового субъекта. RMT для пикового отклика 200 мкВ (RMT200) или 1000 мкВ (RMT1000) был обнаружен с помощью правила отслеживания «4→2→1» и логарифмической регрессии, как описано ранее18. RMT200 составил 52,1% MSO, а RMT1000 составил 59,8% MSO.
Все варианты парно-импульсной ТМС могут определяться в режимах амплитуды, параллельного отслеживания пороговых значений и последовательного отслеживания порогов. Здесь будут обобщены только режимы амплитудного и параллельного порогового отслеживания. Соответственно, ISIs, количество стимулов на каждом ISI и уровень интенсивности стимула для условных стимулов могут быть выбраны из меню. Здесь мы опишем только параметры по умолчанию для них.
На рисунке 1 показана установка, включающая стимуляцию с помощью катушки с цифрой восемь, запись с помощью поверхностных электродов, компьютер с установленным программным обеспечением, машину TMS, шумоотводитель для удаления электрических помех 50-60 Гц, изолированный линейный биполярный стимулятор постоянного тока, усилитель электромиографии и систему сбора данных.
На рисунке 2 показана SICI как параллельная A-SICI (рисунок 2A) и T-SICI (рисунок 2B), как описано в разделе протокола. На рисунке 3 LICI показан в виде параллельных A-LICI (рисунок 3A) и T-LICI (рисунок 3B). Для A-LICI, после нахождения горячей точки, программа определяет RMT1000 и устанавливает как тестовые, так и условные стимулы на эту амплитуду. Только тестовые стимулы доставляются как каждый 4-й стимул, а стимулы кондиционирования + теста с интервалами 50, 100, 150, 200, 250 и 300 мс доставляются псевдослучайно. Десять стимулов доставляются на каждом ISI. Аналогичным образом, для T-LICI подается 10 парных импульсов при тех же 6 ISI, что и для A-LICI от 50 до 300 мс, и пороговые значения для RMT200 отслеживаются, в то время как стимул кондиционирования устанавливается на 120% от отслеживаемого RMT200.
На рисунке 4 показан SICF как параллельный A-SICF (рисунок 4A) и T-SICF (рисунок 4B). Для A-SICF после поиска точки доступа программа определяет RMT50 и RMT1000. Затем тестовые стимулы устанавливаются на RMT1000, а условные стимулы на 90% RMT50. Диапазон ISIs составляет от 1 до 4,9 на 0,3 мс. Только тестовые стимулы доставляются как каждый 4-й или 5-й стимул, а 14 условных + тестовых стимулов доставляются в псевдослучайном порядке. Что касается A-SICF, то T-SICF измеряется при 14 ISI от 1 до 4,9 мс, а порог отслеживается 10 парными импульсами на каждом ISI.
На рисунке 5 ВОФК показан в виде параллельных A-SAI (рисунок 5A) и T-SAI (рисунок 5B). Протоколы SAI включают стимуляцию соматосенсорных афферентов в нерве и регистрацию эффектов на возбуждение MEP ~ 20 мс позже. Эта задержка MEP («N20») важна для времени стимулов. Программа просит пользователя выбрать задержку из диапазона (16-23 мс) или указать ее, если она находится за пределами этого диапазона. Для определения латентности N20 может быть выполнен обычный соматосенсорный вызванный потенциал или может быть использован лабораторный контроль с поправкой на возраст и рост.
Для A-SAI сначала определяется интенсивность электрического стимула для потенциала мышечного действия соединения 1 мВ (EMT1000). Затем находится горячая точка для магнитной стимуляции, и определяется RMT1000. Затем программа объединяет магнитные и электрические стимулы с ISI от N20-2 до N20+12 мс. Только тестовые стимулы даются как каждый 4-й стимул, в то время как стимулы обусловливания + теста даются в псевдослучайном порядке. Для T-SAI, аналогичного A-SAI, сначала определяется EMT1000. Затем стимуляция переключается на магнитный раздражитель, и горячая точка определяется обычным способом. Затем программа определяет RMT200 аналогично другим протоколам отслеживания. Кроме того, программа затем запускается прямо в отслеживание SAI, при этом ISI между электрическим стимулом и магнитным тестовым стимулом увеличивается с шагом 1 мс с N20-2 до N20 + 12 мс.
На рисунке 6 показан LAI как A-LAI (рисунок 6A) и T-LAI параллельно (рисунок 6B). Протоколы LAI для регистрации ингибирования афферентов с длинным интервалом такие же, как и для SAI, за исключением того, что, поскольку интервалы намного длиннее (от 200 до 1000 мс, с шагом 100 мс), интервал N20 игнорируется и не должен вводиться.
Рисунок 1: Настройка. Настройка включает в себя стимуляцию с помощью катушки с цифрой восемь, запись с помощью поверхностных электродов, компьютер с установленным программным обеспечением, машину TMS, шумоискатель для удаления электрических помех 50-60 Гц, изолированный линейный биполярный стимулятор постоянного тока, усилитель электромиографии и систему сбора данных. Аббревиатура: TMS = транскраниальная магнитная стимуляция. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: A-SICI и T-SICI, построенные в зависимости от межстимуловых интервалов от 1 мс до 7 мс. (A) A-SICI построены как амплитуда условного отклика в процентах от контроля. (B) T-SICI, построенный в виде пороговых изменений (ингибирование в процентах от контроля). Сокращения: A-SICI = амплитуда короткоинтервального интракортикального торможения; T-SICI = пороговые изменения короткоинтервального интракортикального торможения; MEP = двигательно-вызванный потенциал; RMT = порог покоящегося двигателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: A-LICI и T-LICI, построенные в зависимости от межстимуловых интервалов от 1 мс до 300 мс. (A) A-LICI построен как амплитуда условного отклика в процентах от контроля. (B) T-LICI, построенный в виде пороговых изменений (ингибирование в процентах от контроля). Сокращения: A-SICI = амплитуда короткоинтервального интракортикального торможения; T-SICI = пороговые изменения короткоинтервального интракортикального торможения; MEP = двигательно-вызванный потенциал; RMT = порог покоящегося двигателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: A-SICF и T-SICF, построенные как функция межстимуловых интервалов от 1 мс до 4,9 мс. (A) A-SICF построены как амплитуда условного отклика в процентах от контроля. (B) T-SICF, построенный в виде пороговых изменений (ингибирование в процентах от контроля). Сокращения: A-SICF = амплитуда короткоинтервальной интракортикальной фасилитации; T-SICF = пороговые изменения в короткоинтервальной интракортикальной фасилитации; MEP = двигательно-вызванный потенциал; RMT = порог покоящегося двигателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: A-SAI и T-SAI, построенные в зависимости от межстимуловых интервалов от 20 мс до 35 мс. (A) A-SAI построен как амплитуда условного отклика в процентах от контроля. (B) T-SAI, построенный в виде пороговых изменений (ингибирование в процентах от контроля). Сокращения: A-SAI = амплитуда коротколатентного афферентного ингибирования; T-SAI = пороговые изменения в ингибировании афферентов с короткой задержкой; MEP = двигательно-вызванный потенциал; RMT = порог покоящегося двигателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: A-LAI и T-LAI, построенные в зависимости от межстимуловых интервалов от 200 мс до 1000 мс. (A) A-LAI построен как амплитуда условного отклика в процентах от контроля. (B) T-LAI, нанесенный на график в виде пороговых изменений (ингибирование в процентах от контроля). Сокращения: A-LAI = амплитуда афферентного торможения с длинной задержкой; T-LAI = пороговые изменения афферентного торможения с длинной задержкой; MEP = двигательно-вызванный потенциал; RMT = порог покоящегося двигателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Таблица 1: Доступные протоколы TMS в программном обеспечении. Сокращения: TMS = транскраниальная магнитная стимуляция; SICI = короткое интервальное интракортикальное ингибирование; SICF = короткая интервальная интракортикальная фасилитация; LICI = Длительное интервальное интракортикальное ингибирование; SAI = ингибирование афферентов с короткой задержкой; LAI = афферентное ингибирование с длительной задержкой; мкВ = микровольт. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Discussion
Измерение TMS, запрограммированное в программном обеспечении для записи, является высокоавтоматизированной процедурой. Однако особое внимание требуется для получения достоверных результатов. На этапе записи важно обеспечить последовательный отклик MEP над горячей точкой, а затем удерживать катушку в том же положении относительно черепа субъекта на протяжении всей записи. Поскольку бдительность оказывает заметное влияние на возбудимость коры20, необходима особая осторожность, чтобы держать субъекта расслабленным, но бдительным.
Чтобы держать тему начеку, следует регулярно задавать короткие вопросы. Кроме того, экзаменатор должен следить за мышечными сокращениями, чтобы выяснить, стимулируется ли целевая мышца. Кроме того, экзаменатор должен следить за экраном, чтобы наблюдать, указывает ли амплитуда MEP или изменения порога на какое-либо смещение катушки, в дополнение к проверке контура на плавательной крышке. Если катушка была смещена, пользователь должен попытаться заменить ее в нужном положении с помощью чертежа. Если это не удается, запись следует перезапустить. Влияние смещения катушки сводится к минимуму в этих протоколах псевдослучайным порядком ISIs и путем предоставления стимула в одиночку после каждого набора из трех парных стимулов. Еще один способ отслеживать положение катушки ТМС в режиме реального времени — это система нейронавигации. Такие системы являются коммерчески доступными и эффективными; однако высокая стоимость ограничивает их использование. Обратите внимание, что здесь не приводятся данные о пациентах с БАС или другими нейродегенеративными расстройствами. У этих пациентов могут возникнуть дополнительные проблемы, такие как низкие амплитуды из-за потери периферических двигательных нейронов, спонтанной активности и незабудимости.
Все протоколы в этом исследовании (одно- и парный импульс) проводились с помощью катушки с цифрой восемь (Magstim, D70 Remote coil), подключенной к модулю Bistim2 . Это было сделано для поддержания сопоставимой напряженности магнитного поля между протоколами, поскольку стимул ослабевает при прохождении через модуль Бистима. Система была настроена в режим Independent Bistim Triggering, позволяющий индивидуальное внешнее срабатывание двух блоков Magstim 2002 . Для одноимпульсных протоколов интенсивность одного из блоков была установлена на уровне 0% MSO. Записи производятся с использованием протокола записи, который является частью программного обеспечения. Для других типов магнитных стимуляторов требуется только один блок.
Ограничением метода TMS является изменчивость. Предыдущие исследования показали, что межиндивидуальная изменчивость выше, чем внутридневная или междневная изменчивость по тому же предмету19,21. Следует обратить внимание на стандартизацию метода и исключить возможные технические ошибки, которые могут повлиять на надежность. ТМС не может использоваться при определенных состояниях, таких как пациенты с кардиостимулятором или эпилепсией. Следует соблюдать международные правила безопасности22. Кроме того, можно ожидать небольшого дискомфорта, особенно если используется круговая катушка23. Однако дискомфорт часто минимален и не должен вызывать прекращения обследования.
Методы, описанные в этой рукописи, автоматизированы как для записей, так и для анализа по сравнению с существующими методами. Это позволяет выполнять записи одному оператору, и оператору не нужно вмешиваться ни в что, кроме как держать катушку в том же месте. Каждый протокол был разработан так, чтобы занимать ~ 10 минут, что позволяет запускать несколько протоколов в час, время, которое, вероятно, займет для одного протокола с существующими ручными методами. Магнитные стимулы доставляются каждые 4 с в этом исследовании; однако другие магнитные устройства обеспечивают более быструю стимуляцию, что позволяет сократить продолжительность записи для каждого протокола до менее чем 5 минут. Программное обеспечение, описанное здесь, также позволяет выбирать различные ISI, количество стимулов для каждого ISI и уровень стимулов обусловливания. Основным преимуществом метода, описанного здесь, является функция гатинга, которая автоматически удаляет следы, когда субъект не расслаблен.
В заключение, методы, описанные здесь, могут предоставить бесценную информацию для понимания основных механизмов нескольких расстройств головного мозга, особенно нейродегенеративных расстройств, таких как БАС, и могут иметь диагностическую ценность. Дальнейшие исследования необходимы для различных групп пациентов и больших групп, чтобы определить диагностическую ценность обычных и пороговых показателей ТМС, а также то, действительно ли эти меры могут использоваться в качестве биомаркеров нейродегенеративных расстройств. Исследования, регистрирующие ТМС в разных мышцах, а также в верхних и нижних конечностях, также оправданы.
Disclosures
HB и JH получают роялти от UCL за продажи программного обеспечения Qtrac, используемого в этом исследовании. У других авторов нет потенциальных конфликтов интересов.
Acknowledgments
Это исследование было финансово поддержано в основном двумя грантами Фонда Лундбека (номер гранта R290-2018-751) и Фонда независимых исследований Дании (номер гранта: 9039-00272B).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 50 Hz Noise Eliminator | Digitimer Ltd | Humbug | |
| Analogue-to-Digital Converter | National Instruments | NI-6221 | |
| Recording program | Digitimer Ltd (copyright University College London) | QtracS.EXE | |
| TMS recording protocol | Digitimer Ltd (copyright QTMS Science) | QTMSG-12 recording protocol | |
| Disposable surface recording electrodes | AMBU | Ambu® BlueSensor NF | |
| Figure-of-8 coil | Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK | Magstim® D70 Remote Coil | |
| Isolated EMG amplifier | Digitimer Ltd | D440 | |
| Isolated linear bipolar constant-current stimulator | Digitimer Ltd | DS5 | |
| TMS device | Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK | Magstim® 2002 stimulators (2 MagStim units are required ) | |
| Analysis and plotting program | Digitimer Ltd (copyright University College London) | QtracP.EXE |
References
- Rawji, V., Latorre, A., Sharma, N., Rothwell, J. C., Rocch, L. On the use of TMS to investigate the pathophysiology of neurodegenerative diseases. Frontiers in Neurology. 11, 584664 (2020).
- Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
- Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. Journal of Physiology. 496, Pt 3 873-881 (1996).
- Ziemann, U., Tergau, F., Wischer, S., Hildebrandt, J., Paulus, W. Pharmacological control of facilitatory I-wave interaction in the human motor cortex. A paired transcranial magnetic stimulation study. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 109 (4), 321-330 (1998).
- Premoli, I., et al. Short-interval and long-interval intracortical inhibition of TMS-evoked EEG potentials. Brain Stimulation. 11 (4), 818-827 (2018).
- Ilic, T. V., et al. Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity. Journal of Physiology. 545 (1), 153-167 (2002).
- Peurala, S. H., Muller-Dahlhaus, J. F., Arai, N., Ziemann, U. Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF). Clinical Neurophysiolology. 119 (10), 2291-2297 (2008).
- Tokimura, H., et al. Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand. Journal of Physiology. 523, Pt 2 503-513 (2000).
- Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation. Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).
- Turco, C. V., et al. long-latency afferent inhibition; uses, mechanisms and influencing factors. Brain Stimululation. 11 (1), 59-74 (2018).
- Di Lazzaro, V., et al. Effects of lorazepam on short latency afferent inhibition and short latency intracortical inhibition in humans. Journal of Physiolology. 564, Pt 2 661-668 (2005).
- Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., Bostock, H. Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking. Experimental Brain Research. 143 (2), 240-248 (2002).
- Awiszus, F., Feistner, H., Urbach, D., Bostock, H. Characterisation of paired-pulse transcranial magnetic stimulation conditions yielding intracortical inhibition or I-wave facilitation using a threshold-hunting paradigm. Experimental Brain Research. 129 (2), 317-324 (1999).
- Vucic, S., Kiernan, M. C. Novel threshold tracking techniques suggest that cortical hyperexcitability is an early feature of motor neuron disease. Brain. 129, Pt 9 2436-2446 (2006).
- Vucic, S., et al. Utility of threshold tracking transcranial magnetic stimulation in ALS. Clinical Neurophysiolology Practice. 3, 164-172 (2018).
- Vucic, S., Kiernan, M. C. Axonal excitability properties in amyotrophic lateral sclerosis. Clinical Neurophysiolology. 117 (7), 1458-1466 (2006).
- Vucic, S., Howells, J., Trevillion, L., Kiernan, M. C. Assessment of cortical excitability using threshold tracking techniques. Muscle Nerve. 33 (4), 477-486 (2006).
- Tankisi, H., et al. Short-interval intracortical inhibition as a function of inter-stimulus interval: Three methods compared. Brain Stimululation. 14 (1), 22-32 (2021).
- Samusyte, G., Bostock, H., Rothwell, J., Koltzenburg, M. Short-interval intracortical inhibition: Comparison between conventional and threshold-tracking techniques. Brain Stimululation. 11 (4), 806-817 (2018).
- Noreika, V., et al. Alertness fluctuations when performing a task modulate cortical evoked responses to transcranial magnetic stimulation. Neuroimage. 223, 117305 (2020).
- Boroojerdi, B., Kopylev, L., Battaglia, F., et al. Reproducibility of intracortical inhibition and facilitation using the paired-pulse paradigm. Nerve. 23 (10), 1594-1597 (2000).
- Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiolology. 132 (1), 269-306 (2021).
- Ørskov, S., et al. Comparison of figure-of-8 and circular coils for threshold tracking transcranial magnetic stimulation measurements. Neurophysiologie Clinique. 51 (2), 153-160 (2021).
