Summary
אנו מציגים חבילה של פרוטוקולי הקלטה סטנדרטיים של גירוי מגנטי טרנס-קרטיני (TMS) סטנדרטיים עם דופק יחיד ומזווג, עם אפשרויות למדידות משרעת קונבנציונליות ומעקב אחר סף. תוכנית זו יכולה לשלוט בשלושה סוגים שונים של ממריצים מגנטיים ונועמה לאפשר לכל הבדיקות להתבצע בנוחות על ידי מפעיל יחיד.
Abstract
רוב הפרמטרים של גירוי מגנטי טרנס-קדימה חד-פעימתי (TMS) (למשל, סף מוטורי, פונקציית תגובת גירוי, תקופה שקטה בקליפת המוח) משמשים לבחינת עירור קורטיקוספינלי. פרדיגמות TMS בפעימה מזווגת (למשל, עיכוב תוך-קוורטיטי קצר וארוך מרווח (SICI/LICI), הקלה תוך-קורטית במרווח קצר (SICF) ועיכוב השהיה קצרה וארוכה (SAI/LAI)) מספקות מידע על רשתות מעכבות ומקלות תוך-קוורטיות. זה כבר זמן רב נעשה על ידי שיטת TMS קונבנציונלית של מדידת שינויים בגודל הפוטנציאלים המוטוריים (MEPs) בתגובה לגירויים של עוצמה מתמדת. לאחרונה הוצגה גישה חלופית למעקב אחר סף לפיה מתבצע מעקב אחר עוצמת הגירוי למשרעת יעד. כלי האבחון של SICI מעקב סף בטרשת אמיוטרופית לרוחב (ALS) הוכח במחקרים קודמים. עם זאת, TMS מעקב סף שימש רק בכמה מרכזים, בין היתר בשל היעדר תוכנה זמינה, אבל גם אולי בגלל אי ודאות על הקשר שלה למדידות TMS קונבנציונליות חד-פעימה.
חבילה מונחית תפריט של תוכניות חצי אוטומטיות פותחה כדי להקל על השימוש הרחב יותר בטכניקות TMS למעקב אחר סף ולאפשר השוואות ישירות עם מדידות משרעת קונבנציונליות. אלה תוכננו לשלוט בשלושה סוגים של ממריצים מגנטיים ולאפשר הקלטה על ידי מפעיל יחיד של פרוטוקולי TMS נפוצים עם דופק יחיד ושיווג.
מאמר זה מראה כיצד להקליט מספר פרוטוקולי TMS בפעימה אחת ומזוגית בנושאים בריאים ולנתח את ההקלטות. פרוטוקולי TMS אלה מהירים וקלים לביצוע ויכולים לספק סמנים ביולוגיים שימושיים בהפרעות נוירולוגיות שונות, במיוחד מחלות ניווניות כגון ALS.
Introduction
גירוי מגנטי טרנס-ת עורי (TMS) של קליפת המוח המוטורית היא שיטה לא פולשנית לבחינת פיזיולוגיה קליפת המוח והפתופיזיולוגיה של מצבים נוירולוגיים רבים, כולל מחלות ניווניות1. קליפת המוח המוטורית העיקרית מגורה באמצעות פולסים TMS suprathreshold כדי לייצר תגובה מוטורית בשריר היעד. תגובה זו נקראת הפוטנציאל המוטורי (MEP). TMS משמש ככלי שימושי החוקר רשתות מוטוריות קליפת המוח ואולי subcortical2. TMS בפעימה אחת יכול להעריך תגובתיות קליפת המוח, סף מנוע מנוחה (RMT), משרעת MEP, ותקופת שקט קליפת המוח (CSP)2. ניתן לחקור עיכוב קליפת המוח באמצעות TMS בפעימה מזווגת במרווחי זמן ביניים (ISIs) של 2-3 אלפיות השנייה (SICI) או ~ 100 אלפיות השנייה (LICI)3,4,5.
SICI הוא בתיווך על ידי גאמא אמינו בוטירית חומצה (גאבא)A ו LICI על ידי קולטני GABAB כפי שצוין על ידי הפרמקולוגיה שלהם4,5. המעגלים שבבסיס SICF בתיווך חלקי על ידי קולטני חומצה N-מתיל-D-אספרטית גלוטמטריים (NMDA)6,7. משרעת MEP מופחתת אם TMS קדמו גירוי חשמלי של עצב חושי היקפי. אפקט זה נקרא עיכוב afferent והוא ידוע בשם SAI כאשר ISI הוא ~ 20-25 ms ו LAI ב ISIS ארוך יותר של 200-1000 אלפיות השנייה בין גירוי חשמלי של העצב ההיקפי לבין הדופק היחיד של TMS8,9,10. SAI הוא מווסת על ידי פעילות כולינרגית11; עם זאת, LAI הוא understudied באופן משמעותי, ואת המעגלים העצביים שבבסיס תופעה זו אינם ברורים 10.
משרעת MEP משתנה, והערכות נקודות קצה בשיטות TMS קונבנציונליות (cTMS) משתמשות בדרך כלל בממוצעים אריתמטיים של 10 עד 20 תגובות המעוררות בעוצמת גירוי קבועה. גישה חלופית היא TMS מעקב סף, שתואר לראשונה לפני למעלה מ -20 שנה12,13. במקרה זה, עוצמת הגירויים העושים מגוונת כדי להשיג תגובת משרעת מטרה קבועה. ניתן להשתמש בטכניקות קונבנציונליות וטכניקות מעקב סף עם דאעש שונים. בגירסה הראשונה של גישה זו החלה על SICI, כלומר מעקב סף 'סדרתי' (T-SICIs), נעשה שימוש בשיטת מעקב דומה לזו שהועסקה בבדיקות עירור עצביות: ה'סף' הוערך תחילה במרווח ביניים אחד (ISI) ולאחר מכן אותר באופן סדרתי בדאעש עוקב. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב על ידי קבוצה אחת ודגלה כסמן ביולוגי פוטנציאלי עבור ALS בגלל כלי האבחון הגבוה שלה14,15,16,17. עם זאת, ממצאיהם טרם אושרו על ידי קבוצת מחקר אחרת14,15,16,17.
הגישה הסדרתית יעילה כאשר סף הייחוס יציב, כמו בעצבים היקפיים. עם זאת, כאשר הסף משתנה באופן נרחב, כמו במקרה של עירור קורטיקוספינלי, נמצא כי למעקב סדרתי יש חיסרון של עיוות רציני של תלות ISI של SICI18. לפיכך, פרדיגמת מעקב סף "מקבילית" חלופית עשויה להתאים יותר ל-SICI (T-SICIp) ולפרוטוקולים אחרים של פעימות זוגיות, שבהם הסף מוערך באופן עצמאי, במקביל, עבור דאעש שונים.
למרות ההבטחה שלהם, שיטות TMS קיימות עדיין לא התקבלו במרפאות כמו בדיקות אבחון אמין או סמנים ביולוגיים בניסויים קליניים. ייתכן שהסיבה לכך היא מספר מגבלות של שיטות TMS הקיימות, כגון צריכת זמן, ביקוש לפעולה ידנית ושחזור לקוי. כדי לסייע להתגבר על מגבלות אלה, מאמר זה מתאר חבילה של פרוטוקולי TMS אוטומטיים, מהירים, חד-פעמיים ומשווגים שפותחו לאחרונה, המיועדים לפעולה עצמית ולאפשר השוואה בין גישות מעקב סף קונבנציונליות וסדרתיות ומקבילות.
הציוד המשמש כאן כולל מכונת TMS, ממריץ קבוע-זרם קבוע דו קוטבי ליניארי מבודד, מבטל רעשים להסרת הפרעות חשמליות של 50-60 הרץ, מגבר אלקטרומיוגרפיה ומערכת רכישת נתונים. התוכנה רב-תכליתית מספיק כדי לפעול עם מגירים, ממריצים ותנאי הקלטה אחרים.
Protocol
הערה: על כל הנבדקים לתת את הסכמתם בכתב לפני הבחינה, והפרוטוקול חייב להיות מאושר על ידי הוועדה המקומית המתאימה לבדיקה אתית. כל השיטות שתוארו כאן אושרו על ידי הוועדה המדעית האזורית והסוכנות הדנית להגנה על נתונים.
שיטת TMS כוללת שלושה שלבים: 1) הכנת הנושא, 2) הקלטת TMS, ו -3) ניתוח התוצאות.
1. הכנת הנושא
- להעריך את ההיסטוריה הרפואית של הנבדקים ולשאול אם הנבדק יש אפילפסיה, קוצב לב, או כל סוג של מכשירים מתכתיים / שתלים בגוף, עבור הנבדקים הנשיים, אם היא בהריון.
- להנחות את הנושא בפירוט על הבחינות ולהזמין אותם לתת הסכמה בכתב.
- ליידע את הנושא על היישום של גירוי מגנטי לקרקפת וכי כל בדיקה לוקחת כ 10 דקות.
- הסבר כי הגירוי יישמע כצליל קליק ונועד לעורר עווית שרירים וכי גירויים מסוימים עשויים להרגיש מעט לא נעימים.
- הסבר כי הגירוי יכול להיות כבוי בכל עת אם אותת על ידי הנושא.
- בקש מהנושא לחבוש כובע שחייה.
- נקה את ידו של הנבדק בניגוד לחצי הכדור הנחקר.
- מניחים את אלקטרודה ההקלטה הפעילה מעל השריר הראשון בין-משרדי (FDI) ואת אלקטרודה הייחוס על מפרק metacarpophalangeal השני.
- הנח אלקטרודה טחון על דורסום היד.
- חבר את ההקלטה ואת האלקטרודות הקרקע למגבר.
- הורה לנושא להישאר ערני אך רגוע במהלך הבדיקה.
2. הקלטת TMS
הערה: התיאור שלהלן חל על התוכנות והמכשירים הספציפיים בהם נעשה שימוש (ראה טבלת החומרים); אלה יצטרכו להיות מותאמים לחומרה אחרת.
- הפעל את התקן TMS.
- הפעל את תוכנת ההקלטה האוטומטית למחצה באמצעות הפרוטוקול עבור הקלטות TMS.
- בחר באפשרויות הרווח וההתזה מהתפריט (טבלה 1). לחץ על אישור כדי להמשיך.
- בחר את CSP של הפרוטוקול מהאפשרויות העיקריות.
- מניחים את סליל על כ 4 ס"מ שמאלה בקו הבינאורי מן החולי, עם הידית מצביעה 45° למישור parasagittal עבור אינדוקציה הנוכחית האחורית-הקדמית.
- הגדל את עוצמת הגירוי באופן ידני על-ידי לחיצה על מקש Insert עד לקבלת MEP.
- הזז מעט את מיקום סליל בעת ניטור MEPs כדי למצוא את הנקודה החמה.
- צייר את קווי המתאר של סליל על כובע שחייה ברגע שהנקודה החמה ממוקמת כדי לאפשר מיקום סליל קבוע.
- לחץ על אישור כדי ליזום את פרוטוקול הגירוי האוטומטי.
הערה: ההקלטה ממשיכה באופן אוטומטי, החל בקביעת RMT ב 200 μV. - להנחות את הנושא לשמור על הפעלה נוחה של שריר FDI כדי למדוד את סף המנוע הפעיל (AMT) עבור תגובה 200 μV.
- לחץ על אישור כדי למדוד את התקופות השקטות עם או בלי הפסקה בין 3 קבוצות של 10 מחזורים למעלה ולמטה של גירויים.
הערה: עבור כל קבוצה של 10, הגירוי גדל מ 0.8 ל 1.6 × RMT200, במרווחים של 0.2 ולאחר מכן חוזר בסדר ההפוך. - תגיד לנושא להירגע לאחר הגירוי האחרון ולחץ על אישור כדי לחזור לתפריט הראשי.
- בחר את הפרוטוקול SICI מהאפשרויות העיקריות.
- בחר את דאעש המתוכנן שיילמד מהתפריט אפשרויות SICI ISI ומספר הגירויים בכל ISI מהתפריט מספר גירויים ל- ISI אם לא נעשה שימוש בברירות המחדל.
- בחר את ASICI מהתפריט.
הערה: ההקלטה ממשיכה באופן אוטומטי, החל בקביעת RMT ב 200 μV ולאחר מכן ב 1000 μV. הקלטת SICI מתחילה באופן אוטומטי לאחר קביעת RMT ונמשכת כ -10 דקות. גירוי הבדיקה קבוע ב RMT1000 וגירויים מיזוג ב 70% של RMT200. דאעש הבאים נבחרים בסדר פסאודו-אדום: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 5 ו-7 מיל'. גירויים בלבד ניתנים לאחר כל שלושה גירויים מזווגים. לכן, כל גירוי מזווג מועבר 10 פעמים, מה שהופך בסך הכל 120 גירויים. - ודא כי מיקום הסליל יציב על ידי התבוננות בקו המתאר על כובע השחייה, MEP על המסך, התכווצויות בשריר במהלך ההקלטה.
- כאשר המסך חוזר באופן אוטומטי לאפשרויות התפריט הראשיות לאחר השלמת הפרוטוקול, בחר את TSICIp מהתפריט.
הערה: ההקלטה ממשיכה באופן אוטומטי, החל בקביעת RMT ב 200 μV ולאחר מכן הקלטת SICI במשך כ 10 דקות. RMT200 הוא במעקב רציף על ידי הפחתת גירוי על ידי 1% תפוקת ממריץ מקסימלי (MSO) אם התגובה היא יותר מ 250 μV ולהגדיל אותו על ידי 1% אם התגובה היא פחות מ 160 μV. הגירויים הבודדים עוברים לגירויים מזווגים, והגירויים הזוגיים מועברים עם דאעש פסאודו-אדום: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 5 ו-7 מיל'ות. לכן, בסך הכל 120 גירויים מועברים, 10 פעמים עבור כל אחד 9 גירויים מזווגים וגירויים במבחן לבד לאחר כל שלושה גירויים מזווגים. - לאחר שהמסך חוזר באופן אוטומטי לאפשרויות התפריט הראשיות עם השלמת הפרוטוקול, לחץ על סיום אלא אם כן יופעל פרוטוקול אחר.
- סיים את ההקלטה על-ידי לחיצה על לחצן סגור קובץ ושמור נתונים .
3. ניתוחי TMS
- הפעל את תוכנת הניתוח כדי לבצע את הניתוחים במצב לא מקוון.
- בחר את ההקלטה אשר ינתח ולחץ על לחצן אישור .
- בחר באפשרות צור קובץ MEM של TMS מתפריט TMS עבור הניתוח.
- לחץ על אישור כדי לשמור את קובץ MEM.
- לחץ על האפשרות התווה TMS MEM/MEF מתפריט TMS להשוואת ההקלטה של הנושא הבודד עם קבוצה של פקדים בריאים.
- לחץ על האפשרות הראשונה בתפריט שם קובץ MEF . לאחר מכן, לחץ על קובץ MEF שבו ההשוואה תיעשה מרשימת קבצי MEF.
- לחץ על האפשרות הראשונה בתפריט שם קובץ MEM . לאחר מכן, לחץ על קובץ MEM שבו ההשוואה תיעשה מרשימת קבצי MEM.
- הוסף את קבצי MEM ו- MEF באמצעות אפשרויות שונות של מרווחי ביטחון של 95%, סטיות תקן או שגיאות תקן.
Representative Results
התוצאות הבאות התקבלו בנושא בריא אחד. RMT עבור 200 μV (RMT200) או 1000 μV (RMT1000) תגובת שיא לשיא זוהו על-ידי כלל מעקב '4→2→1' ורגרסיה לוגריתמית כפי שתואר קודם לכן18. RMT200 היה 52.1% MSO, ואת RMT1000 היה 59.8% MSO.
ניתן לקבוע את כל אפשרויות TMS של דופק משויך במצבי משרעת, מעקב סף מקבילי ומצבי מעקב סף טורי. כאן, רק מצבים משרעת ומעקב סף מקביל יסכמתו. בהתאם לכך, ניתן לבחור מתוך התפריט את מספר הגירויים בכל ISI ואת רמת עוצמת הגירוי לגירויים ההתניה. כאן, אנו מתארים רק את אפשרויות ברירת המחדל עבור אלה.
איור 1 מציג את ההתקנה, כולל גירוי עם סליל דמות של שמונה, הקלטה עם אלקטרודות משטח, המחשב עם תוכנה מותקנת, מכונת TMS, מבטל הרעשים להסרת הפרעות חשמליות של 50-60 הרץ, הממריץ הדו-קוטבי המבודד של זרם קבוע, מגבר האלקטרומיוגרפיה ומערכת רכישת נתונים.
איור 2 מציג את SICI כ- A-SICI (איור 2A) ו- T-SICI מקבילים (איור 2B) כמתואר בסעיף הפרוטוקול. איור 3 מציג את LICI כ-A-LICI (איור 3A) ו-T-LICI מקבילים (איור 3B). עבור A-LICI, לאחר מציאת הנקודה החמה, התוכנית קובעת RMT1000 ומגדירה הן גירויי בדיקה ומיזוג למשרעת זו. גירויים במבחן בלבד מועברים כמו כל גירוי 4 , ומיזוג + גירויים בדיקה במרווחים של 50, 100, 150, 200, 250, ו 300 ms מועברים פסאודו-אדומים. עשרה גירויים מועברים בכל ISI. באופן דומה, עבור T-LICI, 10 פולסים מזווגים באותו 6 ISIs כמו עבור A-LICI מ 50 עד 300 אלפיות שני מועברים, ואת הסף עבור RMT200 הם במעקב בעוד גירוי מיזוג מוגדר 120% של RMT200 במעקב.
איור 4 מציג את SICF כ-A-SICF (איור 4A) ו-T-SICF מקביל (איור 4B). עבור A-SICF, לאחר מציאת הנקודה החמה, התוכנית קובעת RMT50 ו- RMT1000. גירויי בדיקה מוגדרים לאחר מכן RMT1000 ומיזוג גירויים ל 90% של RMT50. טווח דאעש הוא בין 1 ל-4.9 על 0.3 אלפיות. גירויים במבחן בלבד מועברים כמו כל גירוי 4 או 5, ואת 14 התניה + גירויים מבחן מועברים בסדר פסאודו-אדום. באשר ל-A-SICF, T-SICF נמדד ב-14 דאעש מ-1 עד 4.9 מיל', והסף נמצא במעקב עם 10 פעימות מזווגות בכל ISI.
איור 5 מציג את SAI כ-A-SAI (איור 5A) ו-T-SAI מקבילים (איור 5B). פרוטוקולי SAI כוללים גירוי afferents somatosensory בעצב ותיעוד ההשפעות על MEP נרגש ~ 20 ms מאוחר יותר. השהיית MEP זו ('N20') חשובה לתזמון הגירויים. התוכנית מבקשת מהמשתמש לבחור את ההשהיה מטווח (16-23 ms) או לציין אותה אם היא מחוץ לטווח זה. כדי לקבוע את השהיית N20, ניתן לבצע פוטנציאל מעבדה סומטו-סנסורי קונבנציונלי, או שניתן להשתמש בבקרות מעבדה מתוקנות גיל וגובה.
עבור A-SAI, עוצמת הגירוי החשמלי עבור פוטנציאל פעולה שריר מורכב 1-mV נקבעת תחילה (EMT1000). לאחר מכן, הנקודה החמה נמצאה לגירוי מגנטי, ו RMT1000 נקבע. לאחר מכן משלבת התוכנית גירויים מגנטיים וחשמליים עם דאעש בין N20-2 ל-N20+12 מילואים. גירויים במבחן בלבד ניתנים כמו כל גירוי 4 , בעוד התניה + גירויים מבחן ניתנים בסדר פסאודו-אדום. עבור T-SAI דומה A-SAI, EMT1000 נקבע לראשונה. לאחר מכן, הגירוי עובר לגירוי המגנטי, והנקודה החמה נקבעת בדרך הרגילה. לאחר מכן התוכנית קובעת את RMT200 באופן דומה לפרוטוקולי המעקב האחרים. יתר על כן, התוכנית לאחר מכן פועל ישר לתוך מעקב SAI, עם ISI בין גירוי חשמלי לגירוי בדיקה מגנטית גדל 1 ms צעדים מ N20-2 ל N20 + 12 ms.
איור 6 מציג את LAI כ-A-LAI (איור 6A) ו-T-LAI מקבילים (איור 6B). פרוטוקולי LAI להקלטת עיכוב afferent מרווח זמן ארוך זהים עבור SAI, אלא שמכיוון שהמרווחים ארוכים בהרבה (200 עד 1000 ms, בשלבים של 100 מילישיות), מתעלמים ממרווח N20 ואין צורך להזין אותו.
איור 1: ההתקנה. ההתקנה כוללת גירוי עם סליל דמות של שמונה, הקלטה עם אלקטרודות פני השטח, המחשב עם תוכנה מותקנת, מכונת TMS, מבטל הרעשים להסרת הפרעות חשמליות של 50-60 הרץ, הממריץ הדו-קוטבי המבודד של זרם קבוע, מגבר האלקטרומיוגרפיה ומערכת רכישת נתונים. קיצור: TMS = גירוי מגנטי טרנס-cranial. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: A-SICI ו- T-SICI שרטטו כפונקציה של מרווחי ביניים מ- 1 אלפיות השנייה ל- 7 אלפיות השנייה (A) A-SICI שרטטו כמשרעת של תגובה מותנית כאחוז של שליטה. (B) T-SICI שותווה כשינויי סף (עיכוב כאחוז שליטה). קיצורים: A-SICI = משרעת של עיכוב תוך-קוורטיקאלי במרווח קצר; T-SICI = שינויי סף בעיכוב תוך-קוורטיקאלי במרווח קצר; MEP = פוטנציאל מוטורי; RMT = סף מנוע מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: A-LICI ו- T-LICI שורטטו כפונקציה של מרווחי ביניים מ- 1 אלפיות השנייה ל- 300 אלפיות השנייה (A) A-LICI שרטטו כשרעת של תגובה מותנית כאחוז של שליטה. (ב) T-LICI מותוות כשינויי סף (עיכוב כאחוז של שליטה). קיצורים: A-SICI = משרעת של עיכוב תוך-קוורטיקאלי במרווח קצר; T-SICI = שינויי סף בעיכוב תוך-קוורטיקאלי במרווח קצר; MEP = פוטנציאל מוטורי; RMT = סף מנוע מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: A-SICF ו- T-SICF שורטטו כפונקציה של מרווחי ביניים מ- 1 אלפיות השנייה ל- 4.9 אלפיות השנייה (A) A-SICF שרטטו כמשרעת של תגובה מותנית כאחוז של שליטה. (ב) T-SICF שותווה כשינויי סף (עיכוב כאחוז של שליטה). קיצורים: A-SICF = משרעת של הקלות תוך-ההקורטיות במרווח קצר; T-SICF = שינויי סף בהקלה תוך-היקורתית במרווח זמן קצר; MEP = פוטנציאל מוטורי; RMT = סף מנוע מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: A-SAI ו- T-SAI התווו כפונקציה של מרווחי ביניים מ- 20 אלפיות השנייה ל - 35 אלפיות השנייה (A) A-SAI שרטטו כמשרעת של תגובה מותנית כאחוז של שליטה. (ב) T-SAI שרטט כשינויי סף (עיכוב כאחוז של שליטה). קיצורים: A-SAI = משרעת של עיכוב השהיה קצרה; T-SAI = שינויי סף בעיכוב השהיה קצרה; MEP = פוטנציאל מוטורי; RMT = סף מנוע מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: A-LAI ו-T-LAI התווו כפונקציה של מרווחי ביניים מ-200 אלפיות השנייה ל-1000 אלפיות השנייה( A) A-LAI שרטטו כמשרעת של תגובה מותנית כאחוז של שליטה. (ב) T-LAI שרוטציה כשינויי סף (עיכוב כאחוז של שליטה). קיצורים: A-LAI = משרעת של עיכוב השהיה ארוכה; T-LAI = שינויי סף בעיכוב השהיה ארוכה; MEP = פוטנציאל מוטורי; RMT = סף מנוע מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 1: פרוטוקולי TMS הזמינים בתוכנה. קיצורים: TMS = גירוי מגנטי transcranial; SICI = עיכוב תוך-קורטיאלי מרווח קצר; SICF = הקלות תוך-היקורתיות במרווח קצר; LICI = עיכוב תוך-ההפסקה במרווח ארוך; SAI = עיכוב השהיה קצרה; LAI = עיכוב השהיה ארוכה; μV = מיקרו-וולט. נא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
Discussion
מדידת TMS, כפי שהיא מתוכנתת בתוכנת ההקלטה, היא הליך אוטומטי ביותר. עם זאת, תשומת לב מיוחדת נדרשת כדי להשיג תוצאות אמינות. בשלב ההקלטה, חשוב להבטיח תגובת MEP עקבית מעל הנקודה החמה ולאחר מכן לשמור על סליל באותה תנוחה ביחס לגולגולת של הנושא לאורך כל ההקלטה. כמו דריכות יש השפעה בולטת על עירור קליפת המוח20, טיפול מיוחד נדרש כדי לשמור על הנושא רגוע אבל ערני.
כדי לשמור על הנושא ערני, יש להציג שאלות קצרות באופן קבוע. בנוסף, הבוחן צריך לפקוח עין על התכווצויות שרירים כדי לברר אם שריר היעד הוא להיות מגורה. יתר על כן, הבוחן צריך לפקח על המסך כדי לבחון אם משרעת MEP או שינויי הסף מצביעים על תזוזת סליל כלשהי, בנוסף לבדיקת קווי המתאר על מכסה השחייה. אם סליל נעקר, המשתמש צריך לנסות להחליף אותו במיקום באמצעות הציור. אם פעולה זו נכשלת, יש להפעיל מחדש את ההקלטה. השפעת עקירת סליל ממוזערת בפרוטוקולים אלה על ידי סדר הפסאודו-קיום של דאעש ועל ידי מתן גירוי בלבד לאחר כל קבוצה של שלושה גירויים מזווגים. דרך נוספת לאפשר את המיקום של סליל TMS להיות במעקב בזמן אמת היא על ידי מערכת neuronavigation. מערכות כאלה זמינות ואפקטיביות מבחינה מסחרית; עם זאת, העלות הגבוהה מגבילה את השימוש בהם. שים לב כי אין נתונים מסופקים כאן על חולים עם ALS או הפרעות ניווניות אחרות. אתגרים נוספים עשויים להתעורר בחולים אלה כגון משרעת נמוכה עקב אובדן נוירון מוטורי היקפי, פעילות ספונטנית, וחוסר ניסיון.
כל הפרוטוקולים במחקר זה (דופק יחיד וזוגי) בוצעו עם סליל דמות של שמונה (מגסטים, סליל מרוחק D70) המחובר למודול Bistim2 . זה נעשה כדי לשמור על כוח דומה של שדה מגנטי בין הפרוטוקולים כמו הגירוי מוחלש בעת עובר דרך מודול Bistim. המערכת הוגדרה למצב הפעלת Bistim עצמאי המאפשר הפעלת חיצונית פרטנית של שתי יחידות מגסטים 2002 . עבור פרוטוקולים של פעימה אחת, עוצמתה של אחת מהיחידות הוגדרה ל- 0% MSO. ההקלטות נעשות באמצעות פרוטוקול הקלטה, המהווה חלק מתוכנה. עבור סוגים אחרים של ממריצים מגנטיים, רק יחידה אחת נדרשת.
מגבלה של שיטת TMS היא השונות. מחקרים קודמים הראו כי השונות בין אינדיבידואלית גבוהה יותר מאשר השתנות תוך יום או בין ימים באותו נושא19,21. יש לשים לב לתקנון של השיטה ולמנוע טעויות טכניות אפשריות שיכולות להשפיע על האמינות. TMS לא ניתן להשתמש בתנאים מסוימים כגון חולים עם קוצב לב או אפילפסיה. יש לציית לכללים הבינלאומיים לבטיחות22. בנוסף, אי נוחות קלה עשויה להיות צפויה, במיוחד אם סליל מעגלי23 משמש. עם זאת, אי הנוחות היא לעתים קרובות מינימלית ולא צריך לגרום להפסקת הבדיקה.
השיטות המתוארות בכתב יד זה הן אוטומטיות הן להקלטות והן ניתוחים בהשוואה לשיטות הקיימות. פעולה זו מאפשרת את ההקלטות להתבצע על ידי מפעיל יחיד, ואת המפעיל לא צריך להפריע שום דבר אחר מאשר שמירה על סליל באותו מקום. כל פרוטוקול תוכנן להימשך ~ 10 דקות, מה שמאפשר להפעיל מספר פרוטוקולים בשעה, הזמן שכנראה ייקח לפרוטוקול אחד עם השיטות הידניות הקיימות. הגירויים המגנטיים מועברים כל 4 s במחקר זה; עם זאת, מכשירים מגנטיים אחרים מאפשרים גירוי מהיר יותר, ומאפשרים להפחית את משך ההקלטה עבור כל פרוטוקול לפחות מ 5 דקות. התוכנה המתוארת כאן מאפשרת גם בחירה של דאעש שונים, מספרי גירויים עבור כל ISI, ורמת גירוי התניה. התקדמות משמעותית של השיטה המתוארת כאן היא פונקציית gating, אשר מסירה באופן אוטומטי עקבות כאשר הנושא אינו רגוע.
לסיכום, השיטות המתוארות כאן יכולות לספק מידע רב ערך כדי להבין את המנגנונים הבסיסיים של מספר הפרעות מוחיות, במיוחד הפרעות ניווניות, כגון ALS, ועשויות להיות בעלות ערך אבחוני. מחקרים נוספים נחוצים עבור אוכלוסיות חולים שונות וקבוצות גדולות יותר כדי לקבוע את הערך האבחוני של אמצעי TMS קונבנציונליים ומעקב סף, והאם אמצעים אלה אכן עשויים לשמש סמנים ביולוגיים להפרעות ניווניות. מחקרים המתעדים TMS בשרירים שונים ובשתינות הן בגפיים העליונות והן בגפיים התחתונות מוצדקים.
Disclosures
HB ו- JH מקבלים תמלוגים מ- UCL עבור מכירות של תוכנת Qtrac המשמשת במחקר זה. למחברים האחרים אין ניגודי עניינים פוטנציאליים.
Acknowledgments
מחקר זה נתמך כלכלית בעיקר על ידי שני המענקים של קרן לונדבק (מענק מספר R290-2018-751) וקרן המחקר העצמאית דנמרק (מספר מענק: 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).
