Summary
Vi presenterar en svit av standardiserade en- och paradpuls transkraniell magnetisk stimulering (TMS) inspelningsprotokoll, med alternativ för konventionella amplitudmätningar och tröskelspårning. Detta program kan styra tre olika typer av magnetiska stimulatorer och är utformat för att göra det möjligt att utföra alla tester bekvämt av en enda operatör.
Abstract
De flesta en puls transkraniell magnetisk stimulering (TMS) parametrar (t.ex. motortröskel, stimulans-respons funktion, kortikala tysta period) används för att undersöka kortikospinal excitabilitet. Parad puls TMS paradigm (t.ex. kort- och lång-intervall intrakortikal hämning (SICI/LICI), kort intervall intrakortikal facilitation (SICF) och kort- och lång latens afferent hämning (SAI/LAI)) ger information om intrakortikala hämmande och underlättande nätverk. Detta har länge gjorts genom den konventionella TMS-metoden för att mäta förändringar i storleken på de motoriska potentialerna (MEE-parlamentarikerna) som svar på stimuli av konstant intensitet. En alternativ metod för tröskelspårning har nyligen införts varigenom stimulansintensiteten för en målamplitud spåras. Diagnostisk nytta av tröskelspårning SICI i amyotrofisk lateral skleros (ALS) har visats i tidigare studier. Tröskelspårning TMS har dock bara använts i några få centra, delvis på grund av bristen på lättillgänglig programvara men också kanske på grund av osäkerhet om dess förhållande till konventionella en- och parpuls TMS-mätningar.
En menydriven svit med halvautomatiska program har utvecklats för att underlätta en bredare användning av TS-tekniker för tröskelspårning och för att möjliggöra direkta jämförelser med konventionella amplitudmätningar. Dessa har utformats för att styra tre typer av magnetiska stimulatorer och möjliggöra registrering av en enda operatör av de gemensamma en- och parpuls TMS-protokollen.
Detta dokument visar hur man spelar in ett antal en- och parkopplade TMS-protokoll på friska ämnen och analyserar inspelningarna. Dessa TMS-protokoll är snabba och enkla att utföra och kan ge användbara biomarkörer vid olika neurologiska sjukdomar, särskilt neurodegenerativa sjukdomar som ALS.
Introduction
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) av motorbarken är en icke-invasiv metod för att undersöka när fysiologi och patofysiologi av många neurologiska tillstånd, inklusive neurodegenerativa sjukdomar1. Den primära motoriska cortex stimuleras med suprathreshold TMS pulser för att producera ett motoriskt svar i målmuskeln. Detta svar kallas den motoriska potentialen (parlamentsledamot). TMS fungerar som ett användbart verktyg som förhör när och potentiellt subkortikala motornätverk2. Enpuls TMS kan bedöma när reaktivitet, vilomotortröskel (RMT), MEP amplitud och kortikala tysta period (CSP)2. Kortikal hämning kan undersökas med parad puls TMS med interstimulus intervall (ISI) på 2-3 ms (SICI) eller ~100 ms (LICI)3,4,5.
SICI medieras av gamma-aminosmörsyra (GABA)A och LICI av GABAB-receptorer som indikeras av deras farmakologi4,5. Kretsarna bakom SICF medieras delvis av glutamatergiska N-metyl-D-asparaludsyrareceptorer (NMDA) 6,7. Mep amplitud reduceras om TMS föregås av elektrisk stimulering av en perifer sensorisk nerv. Denna effekt kallas afferent hämning och kallas SAI när ISI är ~ 20-25 ms och LAI vid längre ISI på 200-1000 ms mellan den elektriska stimuleringen av perifer nerv och den enda pulsen av TMS8,9,10. Högre revisionsorgan moduleras av kolingisk aktivitet11; emellertid, LAI är betydligt understudied, och neurala kretsar som ligger till grund för detta fenomen är oklara 10.
Mep amplituder är varierande, och endpoint uppskattningar i konventionella TMS (cTMS) metoder använder vanligtvis aritmetiska medelvärden på 10 till 20 svar framkallas med en fast stimulans intensitet. Ett alternativt tillvägagångssätt är tröskelspårning TMS, som först beskrevs för över 20 år sedan12,13. I det här fallet varierar intensiteten av på varandra följande stimuli för att uppnå ett fast mål amplitudsvar. Både konventionella tekniker och tröskelvärdesspårningstekniker kan användas med olika ISI: er. I den första versionen av detta tillvägagångssätt som tillämpades på SICI, nämligen "seriell" tröskelspårning (T-SICIs), användes en liknande spårningsmetod för den som användes vid nervexcitabilitetstestning: "tröskelvärdet" uppskattades först med ett interstimulusintervall (ISI) och spårades sedan seriellt vid på varandra följande ISI. Denna metod har använts i stor utsträckning av en grupp och förespråkats som en potentiell biomarkör för ALS på grund av dess höga diagnostiska nytta14,15,16,17. Deras resultat har dock ännu inte bekräftats av någon annan forskargrupp14,15,16,17.
Det seriella tillvägagångssättet är effektivt när referenströsklarna är stabila, som i perifera nerver. Men när tröskelvärdena fluktuerar kraftigt, vilket är fallet för kortikospinal excitabilitet, har seriell spårning visat sig ha nackdelen att allvarligt snedvrida ISI-beroendet av SICI18. Därför kan ett alternativt "parallellt" tröskelvärde-spårningsparadigm vara lämpligare för SICI (T-SICIp)18,19 och andra parade pulsprotokoll, där tröskelvärden uppskattas oberoende, parallellt, för olika ISI.
Trots sitt löfte har befintliga TMS-metoder ännu inte accepterats på kliniker som tillförlitliga diagnostiska tester eller biomarkörer i kliniska prövningar. Detta kan bero på flera begränsningar av de befintliga TMS-metoderna, till exempel tidsförbrukning, efterfrågan på manuell drift och dålig reproducerbarhet. För att övervinna dessa begränsningar beskriver detta dokument en serie nyligen utvecklade automatiserade, snabba, enkel- och parade PULS TMS-protokoll, utformade för enhandsdrift och för att möjliggöra jämförelse mellan konventionella och seriella och parallella tröskelvärden.
Utrustningen som används här inkluderar en TMS-maskin, en isolerad linjär bipolär konstantströmsstimulator, en ljudeliminerare för att ta bort 50-60 Hz elektrisk interferens, en elektromyografiförstärkare och ett datainsamlingssystem. Programvaran är tillräckligt mångsidig för att fungera med andra förstärkare, stimulatorer och inspelningsförhållanden.
Protocol
OBS: Alla ämnen måste ge sitt skriftliga samtycke före examinationen, och protokollet måste godkännas av lämplig lokal etikprövningsnämnd. Alla metoder som beskrivs här godkändes av Den regionala vetenskapliga etiska kommittén och den danska dataskyddsmyndigheten.
TMS-metoden innebär tre steg: 1) förberedelse av ämnet, 2) inspelning av TMS och 3) analys av resultaten.
1. Förberedelse av ämnet
- Utvärdera försökspersonernas sjukdomshistoria och fråga om försökspersonen har epilepsi, pacemaker eller någon form av metalliska apparater/implantat i kroppen, och för de kvinnliga försökspersonerna, om hon är gravid.
- Instruera ämnet i detalj om examinationerna och be dem att ge skriftligt samtycke.
- Informera ämnet om applicering av magnetisk stimulering i hårbotten och att varje undersökning tar cirka 10 min.
- Förklara att stimuleringen kommer att höras som ett klickljud och är tänkt att framkalla en muskelryckning och att vissa stimuli kan kännas lite obehagliga.
- Förklara att stimuleringen kan stängas av när som helst om den signaleras av motivet.
- Be föremålet att bära badmössa.
- Rengör ämnets hand kontralateral till den studerade halvklotet.
- Placera den aktiva inspelningselektroden över den första dorsala interossformiga (FDI) muskeln och referenselektroden på den andra metakarpofalangealleden.
- Placera en jordelektrod på handens dorsum.
- Anslut inspelnings- och jordelektroderna till förstärkaren.
- Instruera ämnet att vara uppmärksam men avslappnad under undersökningen.
2. TMS-inspelning
OBS: Beskrivningen nedan gäller för den specifika programvara och de instrument som används (se materialförteckningen); Dessa måste anpassas för annan hårdvara.
- Slå på TMS-enheten.
- Starta den halvautomatiska inspelningsprogramvaran med protokollet för TMS-inspelningar.
- Välj alternativen för förstärkning och gating på menyn (tabell 1). Klicka på OK för att fortsätta.
- Välj protokoll-CSP bland huvudalternativen.
- Placera spolen på ca 4 cm kvar i binauricularlinjen från hörnet, med handtaget som pekar 45° till parasagittalplanet för bakre främre ströminduktion.
- Öka stimulansintensiteten manuellt genom att klicka på knappen Infoga tills en parlamentsledamot har erhållits.
- Flytta spolens position något medan du övervakar parlamentsledamöterna för att hitta hotspot.
- Rita spolens kontur på en badlock när hotspot är placerad för att möjliggöra konstant spolepositionering.
- Klicka på OK för att initiera det automatiserade stimuleringsprotokollet.
OBS: Inspelningen fortsätter automatiskt, med början med bestämning av RMT vid 200 μV. - Instruera den föremålspersonen att upprätthålla en bekväm aktivering av FDI-muskeln för att mäta det aktiva motortröskeln (AMT) för ett 200 μV-svar.
- Klicka på OK för att mäta de tysta perioderna med eller utan paus mellan de 3 grupperna av 10 upp och ner cykler av stimuli.
OBS: För varje grupp om 10 ökas stimulansen från 0,8 till 1,6 × RMT200, med intervaller på 0,2, och upprepas sedan i omvänd ordning. - Be ämnet att koppla av efter den sista stimulansen och klicka på OK för att återvända till huvudmenyn.
- Välj protokollet SICI bland huvudalternativen.
- Välj de planerade ISI:er som ska studeras från menyn SICI ISI-alternativ och antalet stimuli vid varje ISI på menyn Antal stimuli per ISI om standardvärdena inte används.
- Välj ASICI på menyn.
OBS: Inspelningen fortsätter automatiskt, med början med bestämning av RMT vid 200 μV och sedan vid 1000 μV. SICI-registreringen startar automatiskt efter bestämning av RMT och fortsätter i cirka 10 min. Teststimulansen är fixerad vid RMT1000 och konditioneringsstimuli vid 70% av RMT200. Följande ISI väljs i en pseudorandom-ordning: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 och 7 ms. Test-ensam stimuli ges efter varje tre parade stimuli. Således levereras varje parad stimulans 10 gånger, vilket gör totalt 120 stimuli. - Se till att spolens läge är stabilt genom att observera konturen på badlocket, parlamentsledamoten på skärmen och sammandragningar i muskeln under inspelningen.
- När skärmen automatiskt återgår till huvudmenyalternativen när protokollet är klart väljer du TSICIp på menyn.
OBS: Inspelningen fortsätter automatiskt, med början med bestämning av RMT vid 200 μV och sedan SICI-registrering i cirka 10 min. RMT200 spåras kontinuerligt genom att minska stimulansen med 1% maximal stimulatoreffekt (MSO) om svaret är mer än 250 μV och öka det med 1% om svaret är mindre än 160 μV. Test-ensam stimuli alternerar med parade stimuli, och de parade stimuli levereras med pseudorandomized ISIs: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 och 7 ms. Således levereras totalt 120 stimuli, 10 gånger för var och en av de 9 parade stimuli och test-ensam stimuli efter varje tre parade stimuli. - När skärmen automatiskt återgår till huvudmenyalternativen när protokollet är klart klickar du på Slutför om inte ett annat protokoll körs.
- Avsluta inspelningen genom att klicka på knappen Stäng fil och spara data .
3. TMS-analyser
- Starta analysprogrammet för att göra analyserna offline.
- Välj inspelningen som ska analyseras och klicka på OK-knappen .
- Välj Alternativet Skapa TMS MEM-fil på TMS-menyn för analysen.
- Klicka på OK för att spara MEM-filen.
- Klicka på alternativet Plot TMS MEM/MEF från TMS-menyn för jämförelse av det enskilda motivets inspelning med en grupp friska kontroller.
- Klicka på det första alternativet på MEF-filnamnsmenyn. Klicka sedan på MEF-filen med vilken jämförelsen kommer att göras från listan över MEF-filer.
- Klicka på det första alternativet på MEM-filnamnsmenyn. Klicka sedan på MEM-filen med vilken jämförelsen kommer att göras från listan över MEM-filer.
- Lägg över MEM- och MEF-filerna med olika alternativ med 95% konfidensintervall, standardavvikelser eller standardfel.
Representative Results
Följande resultat erhölls i ett hälsosamt ämne. RMT för ett 200 μV (RMT200) eller ett 1000 μV (RMT1000) topp-till-topp-svar upptäcktes av en "4→2→1" spårningsregel och logaritmisk regression som tidigare beskrivits18. RMT200 var 52,1% MSO och RMT1000 var 59,8% MSO.
Alla ihopparade PULS-TMS-alternativ kan bestämmas i amplitud, parallell tröskelspårning och seriell tröskelspårningsläge. Här sammanfattas endast amplitude- och parallelltröskelspårningslägena. Följaktligen kan ISI, antalet stimuli vid varje ISI och nivån av stimulansintensitet för konditioneringsstimuli väljas från menyn. Här beskriver vi bara standardalternativen för dessa.
Figur 1 visar installationen, inklusive stimulering med en siffra på åtta spole, inspelning med ytelektroder, datorn med installerad programvara, TMS-maskinen, ljudeliminatorn för att ta bort 50-60 Hz elektrisk störning, den isolerade linjära bipolära konstantströmstimulatorn, elektromyografiförstärkaren och ett dataförvärvssystem.
Figur 2 visar SICI som A-SICI (figur 2A) och T-SICI parallellt (figur 2B) enligt beskrivningen i protokollavsnittet. Figur 3 visar LICI som A-LICI (figur 3A) och T-LICI parallellt (figur 3B). För A-LICI, efter att ha hittat hotspot, bestämmer programmet RMT1000 och ställer in både test- och konditioneringsstimuli till denna amplitud. Test-ensam stimuli levereras som var fjärde stimulans, och konditionering + test stimuli med intervaller av 50, 100, 150, 200, 250 och 300 ms levereras pseudorandomly. Tio stimuli levereras vid varje ISI. På samma sätt levereras 10 parade pulser för T-LICI med samma 6 ISI som för A-LICI från 50 till 300 ms, och tröskelvärdena för RMT200 spåras medan konditioneringsstimulansen är inställd på 120% av den spårade RMT200.
Figur 4 visar SICF som A-SICF (figur 4A) och T-SICF parallellt (figur 4B). För A-SICF, efter att ha hittat hotspot, bestämmer programmet RMT50 och RMT1000. Test stimuli ställs sedan in på RMT1000 och konditionering stimuli till 90% av RMT50. Intervallet för ISI är från 1 till 4,9 med 0,3 ms. Test-ensam stimuli levereras som var 4: e eller 5: e stimulans, och de 14 konditionering + test stimuli levereras i pseudorandom ordning. När det gäller A-SICF mäts T-SICF vid 14 ISI från 1 till 4,9 ms, och tröskeln spåras med 10 parade pulser vid varje ISI.
Figur 5 visar högre revisionsorgan som A-SAI (figur 5A) och T-SAI parallellt (figur 5B). SAI protokoll innebär att stimulera somatosensory afferents i nerven och registrera effekterna på den mepiska upphetsade ~ 20 ms senare. Denna latens för parlamentsledamot (N20) är viktig för tidpunkten för stimuli. Programmet uppmanar användaren att välja svars tiden från ett intervall (16-23 ms) eller att ange det om det ligger utanför det här intervallet. För att bestämma N20 latens, en konventionell somatosensory framkallas potential kan utföras, eller ålder- och höjd-korrigerade laboratoriekontroller kan användas.
För A-SAI bestäms först den elektriska stimulansintensiteten för en 1-mV sammansatt muskelverkanspotential (EMT1000). Sedan hittas hotspot för magnetisk stimulering, och RMT1000 bestäms. Programmet kombinerar sedan magnetiska och elektriska stimuli med ISI från N20-2 till N20 +12 ms. Test-ensam stimuli ges som var fjärde stimulans, medan konditionering + test stimuli ges i pseudorandom ordning. För T-SAI som liknar A-SAI bestäms EMT1000 först. Sedan växlar stimuleringen till den magnetiska stimulansen, och hotspot bestäms på vanligt sätt. Programmet bestämmer sedan RMT200 på ett sätt som liknar de andra spårningsprotokollen. Vidare går programmet sedan rakt in i spårning av SAI, med ISI mellan elektrisk stimulans och magnetisk teststimulans ökade i 1 ms steg från N20-2 till N20 + 12 ms.
Figur 6 visar LAI som A-LAI (figur 6A) och T-LAI parallellt (figur 6B). LAI-protokollen för registrering av afferent hämning med lång intervall är desamma som för högre revisionsorgan, förutom att eftersom intervallen är mycket längre (200 till 1000 ms, i 100 ms steg), ignoreras N20-intervallet och behöver inte anges.
Bild 1: Inställningarna. Installationen inkluderar stimulering med en figur-av-åtta-spole, inspelning med ytelektroder, datorn med installerad programvara, TMS-maskinen, ljudelimineraren för att ta bort 50-60 Hz elektrisk interferens, den isolerade linjära bipolära konstantströmsstimulatorn, elektromyografiförstärkaren och ett dataförvärvssystem. Förkortning: TMS = transkraniell magnetisk stimulering. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 2: A-SICI och T-SICI ritas som en funktion av interstimulus intervall från 1 ms till 7 ms. (A) A-SICI ritas som amplitud av konditionerat svar i procent av kontrollen. (B) T-SICI ritat som tröskelvärdesförändringar (hämning i procent av kontrollen). Förkortningar: A-SICI = amplitud av intrakortikal hämning med kort intervall. T-SICI = tröskelvärdesförändringar i intrakortikal hämning med kort intervall; Parlamentsledamot = motorisk potential; RMT = vilomotortröskel. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 3: A-LICI och T-LICI som ritas som en funktion av interstimulusintervall från 1 ms till 300 ms. (A) A-LICI ritas som amplituden för konditionerat svar i procent av kontrollen. B) T-LICI ritat som tröskelförändringar (hämning i procent av kontrollen). Förkortningar: A-SICI = amplitud av intrakortikal hämning med kort intervall. T-SICI = tröskelvärdesförändringar i intrakortikal hämning med kort intervall; Parlamentsledamot = motorisk potential; RMT = vilomotortröskel. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 4: A-SICF och T-SICF som ritas som en funktion av interstimulusintervall från 1 ms till 4,9 ms. (A) A-SICF ritad som amplituden för konditionerat svar i procent av kontrollen. B) T-SICF ritad som tröskelvärdesförändringar (hämning i procent av kontrollen). Förkortningar: A-SICF = amplitud av intrakortikal hjälpmedel med kort intervall. T-SICF = tröskelvärdesförändringar i intrakortikal underlättande med kort intervall. Parlamentsledamot = motorisk potential; RMT = vilomotortröskel. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 5: A-SAI och T-SAI som ritas som en funktion av interstimulusintervall från 20 ms till 35 ms. (A) A-SAI som ritas som amplituden för konditionerat svar i procent av kontrollen. B) T-SAI ritat som tröskelvärdesförändringar (hämning i procent av kontrollen). Förkortningar: A-SAI = amplitud av afferent hämning med kort latens; T-SAI = tröskelvärdesförändringar i afferent hämning med kort latens; Parlamentsledamot = motorisk potential; RMT = vilomotortröskel. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 6: A-LAI och T-LAI som ritas som en funktion av interstimulusintervall från 200 ms till 1000 ms. (A) A-LAI ritas som amplituden för konditionerat svar i procent av kontrollen. B) T-LAI ritat som tröskelvärdesförändringar (hämning i procent av kontrollen). Förkortningar: A-LAI = amplitud av afferent hämning med lång latens; T-LAI = tröskelförändringar i afferent hämning med lång latens; Parlamentsledamot = motorisk potential; RMT = vilomotortröskel. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Tabell 1: Tillgängliga TMS-protokoll i programvaran. Förkortningar: TMS = transkraniell magnetisk stimulering; SICI = Intrakortikal hämning med kort intervall; SICF = Intrakortikal hjälpmedel med kort intervall. LICI = Intrakortikal hämning med långt intervall; SAI = Afferent hämning med kort latens; LAI = Afferent hämning med lång latens; μV = mikrovolt. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Discussion
TMS-mätning, som programmeras i inspelningsprogramvaran, är ett mycket automatiserat förfarande. Särskild uppmärksamhet krävs dock för att uppnå tillförlitliga resultat. I inspelningsskedet är det viktigt att säkerställa ett konsekvent svar från parlamentsledamoten över mottagningscentrumet och sedan hålla spolen i samma position i förhållande till motivets skalle under hela inspelningen. Eftersom vaksamhet har en framträdande inverkan på när excitabilitet20, behövs särskild omsorg för att hålla ämnet avslappnat men alert.
För att hålla ämnet uppmärksamt bör korta frågor ställas regelbundet. Dessutom bör examinatorn hålla ett öga på muskelsammandragningar för att fastställa om målmuskeln stimuleras. Dessutom bör granskaren övervaka skärmen för att observera om parlamentsledamotens amplitud eller tröskeländringarna indikerar någon spoleförskjutning, förutom att kontrollera konturen på badlocket. Om spolen har förskjutits bör användaren försöka byta ut den på plats med hjälp av ritningen. Om detta misslyckas bör inspelningen startas om. Påverkan av spole förskjutning minimeras i dessa protokoll av pseudorandom ordningen av ISIs och genom att ge en test-ensam stimulans efter varje uppsättning av tre parade stimuli. Ett annat sätt att göra det möjligt att spåra positionen för en TMS-spole i realtid är genom ett neuronavigationssystem. Sådana system är kommersiellt tillgängliga och effektiva. De höga kostnaderna begränsar dock användningen av dem. Observera att inga data tillhandahålls här om patienter med ALS eller andra neurodegenerativa sjukdomar. Ytterligare utmaningar kan uppstå hos dessa patienter såsom låga amplituder på grund av att perifera motor neuron förlust, spontan aktivitet och oupphörlighet.
Alla protokoll i denna studie (enkel- och paradpuls) utfördes med en siffra på åtta spole (Magstim, D70 Fjärrspole) ansluten till en Bistim2-modul . Detta gjordes för att upprätthålla en jämförbar styrka av magnetfält mellan protokollen eftersom stimulansen dämpas när man passerar genom Bistim-modulen. Systemet var inställt på det oberoende bistimutlösningsläget som möjliggör individuell extern utlösning av de två Magstim 2002-enheterna . För enpulsprotokoll ställdes intensiteten hos en av enheterna in på 0 % MSO. Inspelningarna görs med hjälp av ett inspelningsprotokoll, som är en del av ett program. För de andra typerna av magnetiska stimulatorer krävs endast en enhet.
En begränsning av TMS-metoden är variabiliteten. Tidigare studier visade att variabiliteten mellan individer är högre än variabiliteten inom dagen eller mellan dagen i samma ämne19,21. Uppmärksamhet bör ägnas åt standardiseringen av metoden och för att eliminera eventuella tekniska misstag som kan påverka tillförlitligheten. TMS kan inte användas under vissa tillstånd, t.ex. patienter med pacemaker eller epilepsi. Internationella säkerhetsregler bör följas22. Dessutom kan lätt obehag förväntas, särskilt om en cirkulär spole23 används. Obehaget är dock ofta minimalt och behöver inte orsaka utsättning av undersökningen.
De metoder som beskrivs i detta manuskript är automatiserade både för inspelningar och analyser jämfört med de befintliga metoderna. Detta gör att inspelningarna kan utföras av en enda operatör, och operatören behöver inte störa något annat än att hålla spolen på samma plats. Varje protokoll har utformats för att ta ~ 10 min, vilket gör det möjligt att köra flera protokoll på en timme, den tid som förmodligen tar för ett protokoll med befintliga manuella metoder. De magnetiska stimuli levereras var 4: e s i denna studie; Andra magnetiska enheter möjliggör dock snabbare stimulering, vilket gör att inspelningstiden för varje protokoll kan minskas till mindre än 5 min. Programvaran som beskrivs här tillåter också valet av olika ISI, antal stimuli för varje ISI och konditioneringsstimulansnivå. Ett stort framsteg med den metod som beskrivs här är en gatingfunktion, som automatiskt tar bort spår när motivet inte är avslappnat.
Sammanfattningsvis kan de metoder som beskrivs här ge ovärderlig information för att förstå de underliggande mekanismerna hos flera hjärnsjukdomar, särskilt neurodegenerativa sjukdomar, såsom ALS, och kan ha diagnostiskt värde. Ytterligare studier är nödvändiga för olika patientpopulationer och större grupper för att bestämma det diagnostiska värdet av konventionella och tröskelspårnings-TMS-åtgärder, och om dessa åtgärder verkligen kan användas som biomarkörer för neurodegenerativa sjukdomar. Studier som registrerar TMS i olika muskler och både övre och nedre extremiteter är också motiverade.
Disclosures
HB och JH erhåller royalties från UCL för försäljning av Qtrac-programvaran som används i denna studie. De andra författarna har inga potentiella intressekonflikter.
Acknowledgments
Studien fick ekonomiskt stöd främst av de två bidragen från LundbeckStiftelsen (Anslagsnummer R290-2018-751) och Oberoende forskningsfonden Danmark (Anslagsnummer: 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).
