Summary
Vi presenterer en pakke med standardiserte TMS-opptaksprotokoller (single- og paired-pulse transcranial magnetic stimulation), med alternativer for konvensjonelle amplitudemålinger og terskelsporing. Dette programmet kan kontrollere tre forskjellige typer magnetiske stimulatorer og er designet for å gjøre det mulig å utføre alle tester enkelt av en enkelt operatør.
Abstract
De fleste transkraniell magnetisk stimuleringsparametere (TMS) med én puls (f.eks. motorterskel, stimulusresponsfunksjon, kortikale stille periode) brukes til å undersøke kortikospinal spenning. TMS-paradigmer med sammenkoblet puls (f.eks. kort- og langintervall intracortical hemming (SICI/LICI), kort intervall intracortical facilitation (SICF), og kort- og lang ventetid afferent hemming (SAI / LAI)) gir informasjon om intracortical hemmende og fasilitatoriske nettverk. Dette har lenge vært gjort ved den konvensjonelle TMS-metoden for å måle endringer i størrelsen på de motor-fremkalte potensialene (MEP-ene) som svar på stimuli av konstant intensitet. En alternativ terskelsporingstilnærming har nylig blitt introdusert der stimulansintensiteten for en målamplitude spores. Det diagnostiske verktøyet for terskelsporing av SICI ved amyotrofisk lateral sklerose (ALS) er vist i tidligere studier. Imidlertid har terskelsporing av TMS bare blitt brukt i noen få sentre, delvis på grunn av mangel på lett tilgjengelig programvare, men også kanskje på grunn av usikkerhet om forholdet til konvensjonelle TMS-målinger med enkelt- og sammenkoblet puls.
En menydrevet pakke med halvautomatiske programmer er utviklet for å lette den bredere bruken av TMS-teknikker for terskelsporing og for å muliggjøre direkte sammenligninger med konvensjonelle amplitudemålinger. Disse er designet for å kontrollere tre typer magnetiske stimulatorer og tillate opptak av en enkelt operatør av de vanlige TMS-protokollene med enkelt- og parret puls.
Dette dokumentet viser hvordan du registrerer en rekke TMS-protokoller med én og parvis puls på friske motiver og analyserer opptakene. Disse TMS-protokollene er raske og enkle å utføre og kan gi nyttige biomarkører i forskjellige nevrologiske lidelser, spesielt nevrodegenerative sykdommer som ALS.
Introduction
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) av motor cortex er en ikke-invasiv metode for å undersøke kortikale fysiologi og patofysiologien til mange nevrologiske tilstander, inkludert nevrodegenerative sykdommer1. Den primære motor cortex stimuleres ved hjelp av suprathreshold TMS pulser for å produsere en motorisk respons i målmuskelen. Dette svaret kalles det motor-fremkalte potensialet (MEP). TMS fungerer som et nyttig verktøy som forhører kortikale og potensielt subkortiske motornettverk2. TMS med én puls kan vurdere kortikale reaktivitet, hvilemotorterskel (RMT), MEP-amplitude og kortikale stille periode (CSP)2. Kortikale hemming kan undersøkes ved hjelp av parret puls TMS ved interstimulusintervaller (ISIer) på 2-3 ms (SICI) eller ~100 ms (LICI)3,4,5.
SICI formidles av gamma-aminosmørsyre (GABA)A og LICI av GABAB-reseptorer som indikert av deres farmakologi4,5. Kretsløpet som ligger til grunn for SICF formidles delvis av glutamatergic N-metyl-D-aspartinsyre (NMDA) reseptorer6,7. MEP-amplitude reduseres hvis TMS innledes med elektrisk stimulering av en perifer sensorisk nerve. Denne effekten kalles afferent hemming og er kjent som SAI når ISI er ~ 20-25 ms og LAI ved lengre ISIer på 200-1000 ms mellom den elektriske stimuleringen av perifer nerve og den enkle pulsen til TMS8,9,10. SAI moduleres av kolinerge aktiviteter11; Lai er imidlertid betydelig undervurdert, og nevrale kretser som ligger til grunn for dette fenomenet er uklare 10.
MEP-amplituder er variable, og endepunktestimater i konvensjonelle TMS-metoder (cTMS) bruker vanligvis aritmetiske gjennomsnitt på 10 til 20 svar fremkalt med en fast stimulusintensitet. En alternativ tilnærming er terskelsporing av TMS, først beskrevet for over 20 år siden12,13. I dette tilfellet er intensiteten av påfølgende stimuli variert for å oppnå en fast målamplituderespons. Både konvensjonelle og terskelsporingsteknikker kan brukes med forskjellige ISIer. I den første versjonen av denne tilnærmingen som ble brukt på SICI, nemlig "seriell" terskelsporing (T-SICIer), ble en lignende sporingsmetode brukt til den som brukes i nerveeksitabilitetstesting: "terskelen" ble først estimert til ett interstimulusintervall (ISI) og deretter sporet serielt ved påfølgende ISIer. Denne metoden har blitt mye brukt av en gruppe og tatt til orde for å være en potensiell biomarkør for ALS på grunn av det høye diagnostiske verktøyet14,15,16,17. Funnene deres er imidlertid ennå ikke bekreftet av noen annen forskningsgruppe14,15,16,17.
Den serielle tilnærmingen er effektiv når referanseterskler er stabile, som i perifere nerver. Men når tersklene svinger mye, som det er tilfelle for kortikospinal spenning, har seriell sporing vist seg å ha ulempen med å alvorlig forvrenge ISI-avhengigheten til SICI18. Derfor kan et alternativt 'parallelt' terskelsporingsparadigme være mer hensiktsmessig for SICI (T-SICIp)18,19 og andre parkoblede pulsprotokoller, der terskler estimeres uavhengig, parallelt, for forskjellige ISIer.
Til tross for løftet har eksisterende TMS-metoder ennå ikke blitt akseptert i klinikker som pålitelige diagnostiske tester eller biomarkører i kliniske studier. Dette kan skyldes flere begrensninger i de eksisterende TMS-metodene, for eksempel tidsforbruk, behov for manuell drift og dårlig reproduserbarhet. For å bidra til å overvinne disse begrensningene beskriver dette dokumentet en pakke med nylig utviklede automatiserte, raske, enkelt- og sammenkoblede TMS-protokoller, designet for enhåndsdrift og for å muliggjøre sammenligning mellom konvensjonelle og serielle og parallelle terskelsporingsmetoder.
Utstyret som brukes her inkluderer en TMS-maskin, en isolert lineær bipolar konstantstrømstimulator, en støyin eliminator for å fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, en elektromyografiforsterker og et datainnsamlingssystem. Programvaren er allsidig nok til å operere med andre forsterkere, stimulatorer og opptaksforhold.
Protocol
MERK: Alle må gi skriftlig samtykke før eksamen, og protokollen må godkjennes av de aktuelle lokale etiske kontrollrådene. Alle metodene som er beskrevet her ble godkjent av Regional Scientific Ethical Committee og Det danske datatilsynet.
TMS-metoden innebærer tre trinn: 1) forberedelse av motivet, 2) opptak av TMS og 3) analyse av resultatene.
1. Forberedelse av emnet
- Vurder fagenes medisinske historie og spør om subjektet har epilepsi, pacemaker eller noen form for metalliske enheter/implantater i kroppen, og for de kvinnelige fagene, om hun er gravid.
- Instruere emnet i detalj om eksamenene og invitere dem til å gi skriftlig samtykke.
- Informer emnet om anvendelsen av magnetisk stimulering i hodebunnen og at hver undersøkelse tar ca. 10 min.
- Forklar at stimuleringen vil bli hørt som en klikklyd og er ment å fremkalle en muskelrykning og at noen stimuli kan føles litt ubehagelige.
- Forklar at stimuleringen kan slås av når som helst hvis den signaliseres av motivet.
- Be motivet om å bruke svømmehette.
- Rengjør motivets hånd kontralateralt til den studerte halvkule.
- Plasser den aktive registreringselektroden over den første dorsale interosseøse (FDI) muskelen og referanseelektroden på den andre metakarpophalangeale leddet.
- Plasser en jordelektrode på håndens dorsum.
- Koble opptaks- og jordelektrodene til forsterkeren.
- Be subjektet om å være våken, men avslappet under undersøkelsen.
2. TMS-opptak
MERK: Beskrivelsen nedenfor gjelder for den spesifikke programvaren og instrumentene som brukes (se materialfortegnelsen); Disse må tilpasses annen maskinvare.
- Slå på TMS-enheten.
- Start den halvautomatiske innspillingsprogramvaren ved hjelp av protokollen for TMS-opptak.
- Velg forsterknings- og gatingalternativene fra menyen (tabell 1). Klikk OK for å fortsette.
- Velg protokoll-CSPen fra hovedalternativene.
- Plasser spolen ca. 4 cm igjen i den binauricular linjen fra toppunktet, med håndtaket pekende 45° til parasagittalplanet for bakre fremre strøminduksjon.
- Øk stimulansintensiteten manuelt ved å klikke på Sett inn-tasten til en MEP er oppnådd.
- Flytt spolens posisjon litt mens du overvåker MEPer for å finne hotspotet.
- Tegn omrisset av spolen på en svømmehette når hotspotet er plassert for å muliggjøre konstant spoleposisjonering.
- Klikk OK for å starte den automatiserte stimuleringsprotokollen.
MERK: Opptaket fortsetter automatisk, og starter med bestemmelse av RMT ved 200 μV. - Be subjektet om å opprettholde komfortabel aktivering av FDI-muskelen for å måle den aktive motorterskelen (AMT) for en 200 μV respons.
- Klikk på OK for å måle de stille periodene med eller uten en pause mellom de 3 gruppene på 10 opp- og nedsykluser med stimuli.
MERK: For hver gruppe på 10 økes stimulansen fra 0,8 til 1,6 × RMT200, med intervaller på 0,2, og gjentas deretter i omvendt rekkefølge. - Be emnet om å slappe av etter den siste stimulansen og klikk på OK for å gå tilbake til hovedmenyen.
- Velg protokollen SICI fra hovedalternativene.
- Velg de planlagte ISIene som skal studeres, fra menyen SICI ISI-alternativer og antall stimuli ved hver ISI fra menyen Antall stimuli per ISI hvis standardene ikke brukes.
- Velg ASICI fra menyen.
MERK: Opptaket fortsetter automatisk, og starter med bestemmelsen av RMT ved 200 μV og deretter ved 1000 μV. SICI-opptaket starter automatisk etter bestemmelse av RMT og fortsetter i ca. 10 minutter. Teststimulansen er festet ved RMT1000 og kondisjoneringsstimuli ved 70% av RMT200. Følgende ISIer velges i en pseudorandomrekkefølge: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 og 7 ms. Test-alene stimuli er gitt etter hver tre parret stimuli. Dermed leveres hver parret stimulus 10 ganger, noe som gjør totalt 120 stimuli. - Forsikre deg om at spoleposisjonen er stabil ved å observere omrisset på svømmehetten, MEP på skjermen og sammentrekninger i muskelen under innspillingen.
- Når skjermen automatisk går tilbake til hovedmenyalternativene når protokollen er fullført, velger du TSICIp på menyen.
MERK: Opptaket fortsetter automatisk, fra og med bestemmelsen av RMT ved 200 μV og deretter SICI-opptak i ca. 10 min. RMT200 spores kontinuerlig ved å redusere stimulansen med 1% maksimal stimulatorutgang (MSO) hvis responsen er mer enn 250 μV og øker den med 1% hvis responsen er mindre enn 160 μV. De test-alene stimuliene veksler med parvise stimuli, og de parrede stimuliene leveres med pseudorandomiserte ISIer: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 og 7 ms. Dermed leveres totalt 120 stimuli, 10 ganger for hver av de 9 parrede stimuliene og test-alene stimuli etter hver tre parrede stimuli. - Når skjermen automatisk går tilbake til hovedmenyalternativene når protokollen er fullført, klikker du Fullfør med mindre en annen protokoll skal kjøres.
- Fullfør innspillingen ved å klikke på Lukk fil og lagre data-knappen .
3. TMS-analyser
- Start analyseprogrammet for å gjøre analysene offline.
- Velg opptaket som skal analyseres og klikk på OK-knappen .
- Velg Opprett TMS MEM-filalternativ på TMS-menyen for analysen.
- Klikk ok for å lagre MEM-filen.
- Klikk på Plot TMS MEM / MEF-alternativet fra TMS-menyen for sammenligning av det enkelte fagets opptak med en gruppe sunne kontroller.
- Klikk på første alternativ på MEF-filnavnmenyen . Klikk deretter på MEF-filen som sammenligningen vil bli gjort fra listen over MEF-filer.
- Klikk på første alternativ på MEM-filnavnmenyen . Klikk deretter på MEM-filen som sammenligningen vil bli gjort fra listen over MEM-filer.
- Legg til MEM- og MEF-filene ved hjelp av forskjellige alternativer med 95% konfidensintervaller, standardavvik eller standardfeil.
Representative Results
Følgende resultater ble oppnådd hos ett sunt emne. RMT for en 200 μV (RMT200) eller en 1000 μV (RMT1000) topp-til-topp respons ble oppdaget av en '4→2→1' sporingsregel og logaritmisk regresjon som tidligere beskrevet18. RMT200 var 52,1 % MSO, og RMT1000 var 59,8 % MSO.
Alle TMS-alternativer med sammenkoblet puls kan bestemmes i amplitude-, parallell terskelsporing og serielle terskelsporingsmoduser. Her blir bare amplitude- og parallelle terskelsporingsmoduser oppsummert. Følgelig kan ISI-ene, antall stimuli ved hver ISI og nivået av stimulusintensitet for kondisjoneringsstimuliene velges fra menyen. Her beskriver vi bare standardalternativene for disse.
Figur 1 viser oppsettet, inkludert stimulering med en figur av åtte spole, opptak med overflateelektroder, datamaskinen med installert programvare, TMS-maskinen, støyinliminatoren for å fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, den isolerte lineære bipolare konstantstrømstimulatoren, elektromyografiforsterkeren og et datainnsamlingssystem.
Figur 2 viser SICI som A-SICI (figur 2A) og T-SICI parallelt (figur 2B) som beskrevet i protokolldelen. Figur 3 viser LICI som A-LICI (figur 3A) og T-LICI parallelt (figur 3B). For A-LICI, etter å ha funnet hotspot, bestemmer programmet RMT1000 og setter både test- og kondisjoneringsstimuli til denne amplituden. Test-alene stimuli leveres som hver fjerde stimulus, og kondisjonering + test stimuli i intervaller på 50, 100, 150, 200, 250 og 300 ms leveres pseudorandomly. Ti stimuli leveres på hver ISI. På samme måte, for T-LICI, leveres 10 parede pulser med de samme 6 ISIene som for A-LICI fra 50 til 300 ms, og tersklene for RMT200 spores mens kondisjonerings stimulere er satt til 120% av sporet RMT200.
Figur 4 viser SICF som A-SICF (figur 4A) og T-SICF parallelt (figur 4B). For A-SICF, etter å ha funnet hotspot, bestemmer programmet RMT50 og RMT1000. Teststimuli settes deretter til RMT1000 og kondisjoneringsstimuli til 90 % av RMT50. Området for ISIer er fra 1 til 4,9 x 0,3 ms. Test-alene stimuli leveres som hver fjerde eller femte stimulus, og 14 condition + test stimuli leveres i pseudorandom rekkefølge. Når det gjelder A-SICF, måles T-SICF ved 14 ISIer fra 1 til 4,9 ms, og terskelen spores med 10 parede pulser ved hver ISI.
Figur 5 viser SAI som A-SAI (figur 5A) og T-SAI parallelt (figur 5B). SAI-protokoller innebærer å stimulere de somatosensoriske afferentene i nerven og registrere effektene på MEP spent ~ 20 ms senere. Denne MEP-ventetiden ('N20') er viktig for tidspunktet for stimuliene. Programmet ber brukeren om å velge ventetid fra et område (16-23 ms) eller angi det hvis utenfor dette området. For å fastslå N20-ventetiden kan det utføres et konvensjonelt somatosensorisk fremkalt potensial, eller alders- og høydekorrigerte laboratoriekontroller kan brukes.
For A-SAI bestemmes først den elektriske stimulansintensiteten for et 1 mV sammensatt muskelvirkningspotensial (EMT1000). Deretter er hotspot funnet for magnetisk stimulering, og RMT1000 bestemmes. Programmet kombinerer deretter magnetiske og elektriske stimuli med ISIer fra N20-2 til N20 +12 ms. Test-alene stimuli er gitt som hver fjerde stimulus, mens kondisjonering + test stimuli er gitt i pseudorandom rekkefølge. For T-SAI som ligner på A-SAI, bestemmes EMT1000 først. Deretter bytter stimulering til den magnetiske stimulansen, og hotspotet bestemmes på vanlig måte. Programmet bestemmer deretter RMT200 på en måte som ligner på de andre sporingsprotokollene. Videre går programmet rett inn i sporing av SAI, med ISI mellom elektrisk stimulans og magnetisk test stimulans økt i 1 ms trinn fra N20-2 til N20 + 12 ms.
Figur 6 viser LAI som A-LAI (figur 6A) og T-LAI parallelt (figur 6B). LAI-protokollene for registrering av lang intervall-afferent hemming er de samme som for SAI, bortsett fra at fordi intervallene er mye lengre (200 til 1000 ms, i 100 ms trinn), N20 intervallet er ignorert og trenger ikke å bli lagt inn.
Figur 1: Oppsettet. Oppsettet inkluderer stimulering med en figur av åtte spole, opptak med overflateelektroder, datamaskinen med installert programvare, TMS-maskinen, støyinlimatoren for å fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, den isolerte lineære bipolare konstantstrømstimulatoren, elektromyografiforsterkeren og et datainnsamlingssystem. Forkortelse: TMS = transkraniell magnetisk stimulering. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: A-SICI og T-SICI plottet inn som en funksjon av interstimulusintervaller fra 1 ms til 7 ms. (A) A-SICI plottet som amplitude av betinget respons som en prosentandel av kontrollen. (B) T-SICI plottet inn som terskelendringer (hemming i prosent av kontrollen). Forkortelser: A-SICI = amplitude av kort intervall intracortical hemming; T-SICI = terskelendringer i kort intervall intracortical hemming; MEP = motor-fremkalt potensial; RMT = hvilemotorterskel. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: A-LICI og T-LICI plottet inn som en funksjon av interstimulusintervaller fra 1 ms til 300 ms. (A) A-LICI plottet som amplitude av betinget respons som en prosentandel av kontrollen. (B) T-LICI plottet inn som terskelendringer (hemming som prosentandel av kontrollen). Forkortelser: A-SICI = amplitude av kort intervall intracortical hemming; T-SICI = terskelendringer i kort intervall intracortical hemming; MEP = motor-fremkalt potensial; RMT = hvilemotorterskel. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: A-SICF og T-SICF plottet inn som en funksjon av interstimulusintervaller fra 1 ms til 4,9 ms. (A) A-SICF plottet som amplitude av betinget respons som en prosentandel av kontrollen. (B) T-SICF plottet inn som terskelendringer (hemming som prosentandel av kontrollen). Forkortelser: A-SICF = amplitude av kort intervall intracortical tilrettelegging; T-SICF = terskelendringer i kort intervall intracortical tilrettelegging; MEP = motor-fremkalt potensial; RMT = hvilemotorterskel. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: A-SAI og T-SAI plottet inn som en funksjon av interstimulusintervaller fra 20 ms til 35 ms. (A) A-SAI plottet som amplitude av betinget respons som en prosentandel av kontrollen. (B) T-SAI plottet inn som terskelendringer (hemming i prosent av kontrollen). Forkortelser: A-SAI = amplitude av kort latens afferent hemming; T-SAI = terskelendringer ved kort latens afferent hemming; MEP = motor-fremkalt potensial; RMT = hvilemotorterskel. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: A-LAI og T-LAI plottet inn som en funksjon av interstimulusintervaller fra 200 ms til 1000 ms. (A) A-LAI plottet som amplitude av betinget respons som en prosentandel av kontrollen. (B) T-LAI plottet inn som terskelendringer (hemming i prosent av kontrollen). Forkortelser: A-LAI = amplitude av lang latens afferent hemming; T-LAI = terskelendringer i lang latens afferent hemming; MEP = motor-fremkalt potensial; RMT = hvilemotorterskel. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tabell 1: De tilgjengelige TMS-protokollene i programvaren. Forkortelser: TMS = transkraniell magnetisk stimulering; SICI = Kort intervall intracortical hemming; SICF = Kort intervall intracortical tilrettelegging; LICI = Langt intervall intracortical hemming; SAI = Kort latens afferent hemming; LAI = Lang latens afferent hemming; μV = mikrovolt. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Discussion
TMS-måling, som programmert i opptaksprogramvaren, er en svært automatisert prosedyre. Det kreves imidlertid spesiell oppmerksomhet for å oppnå pålitelige resultater. I opptaksfasen er det viktig å sikre en konsekvent MEP-respons over hotspotet og deretter holde spolen i samme posisjon i forhold til motivets skalle gjennom hele innspillingen. Siden årvåkenhet har en fremtredende innflytelse på kortikale spenninger20, er det nødvendig med spesiell forsiktighet for å holde motivet avslappet, men våkent.
For å holde motivet våken, bør korte spørsmål stilles regelmessig. I tillegg bør sensoren følge med på muskelsammentrekninger for å finne ut om målmuskelen stimuleres. Videre bør sensoren overvåke skjermen for å observere om MEP-amplituden eller terskelendringene indikerer noen spoleforskyvning, i tillegg til å sjekke omrisset på svømmehetten. Hvis spolen er forskjøvet, bør brukeren prøve å erstatte den på plass ved hjelp av tegningen. Hvis dette mislykkes, bør innspillingen startes på nytt. Påvirkningen av spoleforskyvning minimeres i disse protokollene av pseudorandomrekkefølgen til ISIene og ved å gi en test-alene stimulans etter hvert sett med tre parrede stimuli. En annen måte å gjøre det mulig å spore posisjonen til en TMS-spole i sanntid er av et nevronavigeringssystem. Slike systemer er kommersielt tilgjengelige og effektive; De høye kostnadene begrenser imidlertid bruken av dem. Vær oppmerksom på at det ikke er gitt data her om pasienter med ALS eller andre nevrodegenerative lidelser. Ytterligere utfordringer kan oppstå hos disse pasientene som lave amplituder på grunn av perifert motorisk nevrontap, spontan aktivitet og ubønnnsomhet.
Alle protokoller i denne studien (enkelt- og parret puls) ble utført med en figur av åtte spole (Magstim, D70 Remote spole) koblet til en Bistim2-modul. Dette ble gjort for å opprettholde en sammenlignbar styrke av magnetfelt mellom protokollene da stimulansen dempes når den passerer gjennom Bistim-modulen. Systemet ble satt til Independent Bistim Triggering-modus som tillater individuell ekstern utløsning av de to Magstim 2002-enhetene. For protokoller med én puls ble intensiteten til en av enhetene satt til 0 % MSO. Opptakene gjøres ved hjelp av en innspillingsprotokoll, som er en del av et program. For de andre typer magnetiske stimulatorer er det bare nødvendig med en enhet.
En begrensning av TMS-metoden er variasjonen. Tidligere studier viste at variasjonen mellom individene er høyere enn variasjonen mellom intradager eller mellom dager på samme emne19,21. Det bør tas hensyn til standardisering av metoden og for å eliminere mulige tekniske feil som kan påvirke påliteligheten. TMS kan ikke brukes under visse tilstander som pasienter med pacemaker eller epilepsi. Internasjonale sikkerhetsregler bør følges22. I tillegg kan det forventes lite ubehag, spesielt hvis en sirkulær spole23 brukes. Ubehaget er imidlertid ofte minimalt og trenger ikke forårsake seponering av undersøkelsen.
Metodene beskrevet i dette manuskriptet er automatisert både for opptak og analyser sammenlignet med eksisterende metoder. Dette gjør at opptakene kan utføres av en enkelt operatør, og operatøren trenger ikke å forstyrre noe annet enn å holde spolen på samme sted. Hver protokoll er designet for å ta ~ 10 min, noe som gjør det mulig å kjøre flere protokoller på en time, tiden som sannsynligvis vil ta for en protokoll med de eksisterende manuelle metodene. De magnetiske stimuliene leveres hver fjerde s i denne studien; Andre magnetiske enheter tillater imidlertid raskere stimulering, slik at opptaksvarigheten for hver protokoll reduseres til mindre enn 5 minutter. Programvaren som er beskrevet her tillater også valg av forskjellige ISIer, antall stimuli for hver ISI og kondisjoneringsstimulansnivå. Et stort fremskritt med metoden som er beskrevet her, er en gating-funksjon, som automatisk fjerner spor når motivet ikke er avslappet.
Til slutt kan metodene beskrevet her gi uvurderlig informasjon for å forstå de underliggende mekanismene for flere hjernesykdommer, spesielt nevrodegenerative lidelser, som ALS, og kan ha diagnostisk verdi. Videre studier er nødvendige for ulike pasientpopulasjoner og større grupper for å bestemme diagnostisk verdi av konvensjonelle og terskelsporing av TMS-tiltak, og om disse tiltakene faktisk kan brukes som biomarkører for nevrodegenerative lidelser. Studier som registrerer TMS i forskjellige muskler og både øvre og nedre ekstremiteter er også berettiget.
Disclosures
HB og JH mottar royalties fra UCL for salg av Qtrac-programvaren som brukes i denne studien. De andre forfatterne har ingen potensielle interessekonflikter.
Acknowledgments
Denne studien ble økonomisk støttet hovedsakelig av de to stipendene fra Lundbeck Foundation (Tilskuddsnummer R290-2018-751) og Independent Research Fund Denmark (Tilskuddsnummer: 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).
