Summary
Vi præsenterer en suite af standardiserede enkelt- og parret-puls transkranial magnetisk stimulation (TMS) optagelse protokoller, med muligheder for konventionelle amplitud målinger og tærskel-tracking. Dette program kan styre tre forskellige typer magnetiske stimulatorer og er designet til at gøre det muligt for alle tests, der skal udføres bekvemt af en enkelt operatør.
Abstract
De fleste transkranial magnetisk stimulation (TMS) (f.eks. motorisk tærskel, stimulusresponsfunktion, kortikale lydløs periode) bruges til at undersøge korticospinal excitabilitet. TMS-paradigmer med kort puls (f.eks. intrakortiv hæmning med kort og langt interval (SICI/LICI), intrakortikale faciliterings-kortinterval (SICF) og kort- og lang latenstidsafferent hæmning (SAI/LAI)) giver oplysninger om intrakortikale hæmmende og facilitatoriske netværk. Dette har længe været gjort ved den konventionelle TMS-metode til måling af ændringer i størrelsen af de motor-fremkaldte potentialer (MEP'er) som reaktion på stimuli af konstant intensitet. Der er for nylig indført en alternativ tærskelsporingsmetode, hvor stimulusintensiteten for en mål amplitud spores. Den diagnostiske nytte af tærskelsporing af SICI i amyotrofisk lateral sklerose (ALS) er blevet påvist i tidligere undersøgelser. Men, tærskel-tracking TMS har kun været brugt i et par centre, dels på grund af manglen på let tilgængelige software, men også måske på grund af usikkerhed om sit forhold til konventionelle single- og parret-puls TMS målinger.
En menu-drevet suite af semi-automatiske programmer er blevet udviklet for at lette den bredere brug af tærskel-tracking TMS teknikker og for at muliggøre direkte sammenligninger med konventionelle amplitud målinger. Disse er designet til at styre tre typer magnetiske stimulatorer og tillade optagelse af en enkelt operatør af de fælles enkelt- og parret-puls TMS protokoller.
Dette papir viser, hvordan man optager en række enkelt- og parret-puls TMS protokoller om raske emner og analysere optagelserne. Disse TMS protokoller er hurtige og nemme at udføre og kan give nyttige biomarkører i forskellige neurologiske lidelser, især neurodegenerative sygdomme som ALS.
Introduction
Transkranial magnetisk stimulation (TMS) af motorbarken er en ikke-invasiv metode til undersøgelse af kortikal fysiologi og patofysiologi af mange neurologiske tilstande, herunder neurodegenerative sygdomme1. Den primære motor cortex stimuleres ved hjælp af suprathreshold TMS pulser til at producere en motorisk respons i målet muskel. Dette svar kaldes det motordrevne potentiale (MEP). TMS fungerer som et nyttigt værktøj, der afhører kortikale og potentielt subkortikale motornetværk2. Single-pulse TMS kan vurdere kortikal reaktivitet, hvile motor tærskel (RMT), MEP amplitud, og kortikale tavs periode (CSP)2. Kortikal hæmning kan undersøges ved hjælp af parret puls TMS med interstimulus intervaller (ISIs) på 2-3 ms (SICI) eller ~ 100 ms (LICI)3,4,5.
SICI er medieret af gamma-aminobutyrsyre (GABA)A og LICI af GABAB receptorer som angivet ved deres farmakologi4,5. Kredsløbet, der ligger til grund for SICF, medieres delvist af glutamatergiske N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptorer6,7. MEP amplitud reduceres, hvis TMS indledes med elektrisk stimulering af en perifer sensorisk nerve. Denne effekt kaldes afferent hæmning og er kendt som OR, når ISI er ~ 20-25 ms og LAI ved længere ISIs på 200-1000 ms mellem den elektriske stimulering af den perifere nerve og den enkelte puls af TMS8,9,10. OR er moduleret af kolinergisk aktivitet11; dog, LAI er betydeligt understudied, og de neurale kredsløb, der ligger til grund for dette fænomen er uklare 10.
MEP amplituder er variable, og endpoint skøn i konventionelle TMS (cTMS) metoder bruger normalt aritmetiske gennemsnit på 10 til 20 svar fremkaldt med en fast stimulus intensitet. En alternativ tilgang er TMS, der først blev beskrevet for over 20 år siden12,13. I dette tilfælde er intensiteten af successive stimuli varieret for at opnå et fast mål amplitudrespons. Både konventionelle og tærskelsporingsteknikker kan bruges sammen med forskellige ISI'er. I den første version af denne metode, der blev anvendt på SICI, nemlig »seriel« tærskelsporing (T-SICI), blev der anvendt en lignende sporingsmetode som den, der anvendes til test af nerveudseendelighed: »tærsklen« blev først anslået til et interstimulusinterval (ISI) og spores derefter serielt ved successive ISI'er. Denne metode er blevet meget brugt af en gruppe og slået til lyd for som en potentiel biomarkør for ALS på grund af sin høje diagnostiske nytte14,15,16,17. Men, deres resultater er endnu ikke bekræftet af nogen anden forskningsgruppe14,15,16,17.
Den serielle tilgang er effektiv, når referencetærskler er stabile, som i perifere nerver. Men når tærskler svinger meget, som det er tilfældet for corticospinal excitabilitet, seriel tracking har vist sig at have den ulempe, at alvorligt fordreje ISI-afhængighed af SICI18. Derfor kan et alternativt "parallel" tærskelsporingsparadigme være mere hensigtsmæssigt for SICI (T-SICIp)18,19 og andre parrede pulsprotokoller, hvor tærskler estimeres uafhængigt parallelt for forskellige ISI'er.
På trods af deres løfte er eksisterende TMS-metoder endnu ikke blevet accepteret i klinikker som pålidelige diagnostiske tests eller biomarkører i kliniske forsøg. Dette kan skyldes flere begrænsninger af de eksisterende TMS-metoder, såsom tidsforbrug, behov for manuel drift og dårlig reproducerbarhed. For at hjælpe med at overvinde disse begrænsninger beskriver dette papir en række nyligt udviklede automatiserede, hurtige, en- og parrede puls TMS-protokoller, designet til egenhændigt drift og for at muliggøre sammenligning mellem konventionelle og serielle og parallelle tærskelsporingsmetoder.
Det udstyr, der anvendes her omfatter en TMS maskine, en isoleret lineær bipolar konstant strøm stimulator, en støj eliminator at fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, en elektromyografi forstærker, og en dataindsamling system. Softwaren er alsidig nok til at fungere med andre forstærkere, stimulatorer, og optagelse betingelser.
Protocol
BEMÆRK: Alle skal give deres skriftlige samtykke forud for prøven, og protokollen skal godkendes af de relevante lokale etiske klagenævn. Alle de metoder, der er beskrevet her, er godkendt af Det Regionale Videnskabelige Etiske Udvalg og Datatilsynet.
TMS-metoden involverer tre faser: 1) forberedelse af emnet, 2) optagelse af TMS og 3) analyse af resultaterne.
1. Forberedelse af emnet
- Vurdere forsøgspersonernes sygehistorie og spørge, om emnet har epilepsi, en pacemaker, eller nogen form for metalliske enheder / implantater i kroppen, og for de kvindelige forsøgspersoner, om hun er gravid.
- Instruer emnet i detaljer om eksaminerne og bed dem om at give skriftligt samtykke.
- Informer emnet om anvendelsen af magnetisk stimulation til hovedbunden, og at hver undersøgelse tager ca. 10 min.
- Forklar, at stimuleringen vil blive hørt som en kliklyd og er beregnet til at fremkalde en muskelstæt, og at nogle stimuli kan føles lidt ubehagelige.
- Forklar, at stimuleringen kan slukkes når som helst, hvis motivet signalerer.
- Bed forsøgspersonen om at bære badehætte.
- Rengør motivets hånd kontralateral til den undersøgte halvkugle.
- Placer den aktive optageelektrode over den første dorsale interosseøse (FDI) muskel og referenceelektroden på 2. metacarpophalangeal led.
- Placer en jordelektrode på dorsum af hånden.
- Tilslut optagelsen og jordelektroderne til forstærkeren.
- Instruer forsøgspersonen til at være opmærksom, men afslappet under undersøgelsen.
2. TMS optagelse
BEMÆRK: Nedenstående beskrivelse gælder for den anvendte specifikke software og instrumenter (se materialetabellen); disse skal tilpasses til anden hardware.
- Tænd for TMS-enheden.
- Start den halvautomatiske optagelsessoftware ved hjælp af protokollen til TMS-optagelser.
- Vælg indstillingerne for gevinst og gating i menuen (tabel 1). Klik på OK for at fortsætte.
- Vælg protokol-CSP'en blandt hovedindstillingerne.
- Placer spolen på ca 4 cm tilbage i binauricular linje fra knudepunktet, med håndtaget peger 45 ° til parasagittal plan for posterior-forreste strøm induktion.
- Øg stimulusintensiteten manuelt ved at klikke på indsætningsnøglen , indtil der er opnået et medlem af Europa-Parlamentet.
- Flyt spolens position en smule, mens mep'erne overvåges for at finde hotspottet.
- Tegn omridset af spolen på en svømmehætte, når hotspottet er placeret for at muliggøre konstant spolepositionering.
- Klik på OK for at starte den automatiserede stimuleringsprotokol.
BEMÆRK: Optagelsen fortsætter automatisk, startende med bestemmelse af RMT ved 200 μV. - Instruer forsøgspersonen til at opretholde en behagelig aktivering af FDI-musklen til at måle den aktive motortærskel (AMT) for et 200 μV-respons.
- Klik på OK for at måle de tavse perioder med eller uden en pause mellem de 3 grupper af 10 op og ned cyklusser af stimuli.
BEMÆRK: For hver gruppe på 10 øges stimulusen fra 0,8 til 1,6 × RMT200 med intervaller på 0,2 og gentages derefter i omvendt rækkefølge. - Fortæl emnet at slappe af efter den sidste stimulus og klik på OK for at vende tilbage til hovedmenuen.
- Vælg protokol-SICI'en blandt hovedindstillingerne.
- Vælg de planlagte ISI'er, der skal studeres fra menuen SICI ISI-indstillinger og antallet af stimuli ved hver ISI fra menuen Antal stimuli pr. ISI , hvis standardindstillingerne ikke bruges.
- Vælg ASICI'en i menuen.
BEMÆRK: Optagelsen fortsætter automatisk, startende med bestemmelse af RMT ved 200 μV og derefter ved 1000 μV. SICI-optagelsen starter automatisk efter bestemmelse af RMT og fortsætter i ca. 10 min. Test stimulus er fastsat på RMT1000 og konditionering stimuli på 70% af RMT200. Følgende ISI'er vælges i pseudorandomrækkefølge: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 og 7 ms. Test-alone stimuli gives efter hver tre parrede stimuli. Således leveres hver parret stimulus 10 gange, hvilket gør i alt 120 stimuli. - Sørg for, at spolepositionen er stabil ved at observere konturen på svømmehætten, MEP'et på skærmen og sammentrækninger i musklen under optagelsen.
- Når skærmen automatisk vender tilbage til hovedmenuindstillingerne, når protokollen er færdig, skal du vælge TSICIp i menuen.
BEMÆRK: Optagelsen fortsætter automatisk, begyndende med bestemmelse af RMT ved 200 μV og derefter SICI-optagelse i ca. 10 min. RMT200 spores kontinuerligt ved at reducere stimulus med 1% maksimal stimulatorydelse (MSO), hvis svaret er mere end 250 μV og øger det med 1%, hvis svaret er mindre end 160 μV. De test-alone stimuli veksler med parrede stimuli, og de parrede stimuli leveres med pseudorandomiserede ISIs: 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 5 og 7 ms. Således leveres i alt 120 stimuli, 10 gange for hver af de 9 parrede stimuli og test-alone stimuli efter hver tre parrede stimuli. - Når skærmen automatisk vender tilbage til hovedmenuindstillingerne, når protokollen er færdig, skal du klikke på Udfør , medmindre der køres en anden protokol.
- Afslut optagelsen ved at klikke på knappen Luk og gem data .
3. TMS-analyser
- Start analysesoftwareprogrammet for at udføre analyserne offline.
- Vælg den optagelse, der skal analyseres, og klik på knappen OK .
- Vælg Opret TMS MEM-filindstilling i menuen TMS til analysen.
- Klik på OK for at gemme MEM-filen.
- Klik på Plot TMS MEM /MEF mulighed fra TMS menuen for sammenligning af det enkelte emne optagelse med en gruppe af sunde kontroller.
- Klik på den første mulighed i mef-menuen filnavn . Klik derefter på MEF-filen, som sammenligningen foretages med fra listen over MEF-filer.
- Klik på den første mulighed i mem-filnavnmenuen . Klik derefter på MEM-filen, som sammenligningen foretages med fra listen over MEM-filer.
- Overlejr MEM- og MEF-filerne ved hjælp af forskellige muligheder med 95 % konfidensintervaller, standardafvigelser eller standardfejl.
Representative Results
Følgende resultater blev opnået i et sundt emne. RMT for en 200 μV (RMT200) eller en 1000 μV (RMT1000) top-til-spids respons blev opdaget af en '4→2→1' sporing regel og logaritmisk regression som tidligere beskrevet18. RMT200 var 52,1% MSO, og RMT1000 var 59,8% MSO.
Alle TMS-indstillinger med par puls kan bestemmes i amplitud-, parallel threshold-tracking- og seriel tærskelsporingstilstande. Her opsummeres kun amplitud- og paralleltærskelsporingstilstandene. Derfor kan ISI'erne, antallet af stimuli ved hver ISI og niveauet af stimulusintensitet for konditioneringsstimuli vælges fra menuen. Her beskriver vi kun standardindstillingerne for disse.
Figur 1 viser opsætningen, herunder stimulering med en otte-tals spole, optagelse med overfladeelektroder, computeren med installeret software, TMS-maskinen, støjeopreatoren til at fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, den isolerede lineære bipolare konstantstrømstimulator, elektromyografiforstærkeren og et dataindsamlingssystem.
Figur 2 viser SICI som A-SICI (figur 2A) og T-SICI parallel (figur 2B) som beskrevet i protokolafsnittet. Figur 3 viser LICI som A-LICI (figur 3A) og T-LICI parallel (figur 3B). For A-LICI, efter at have fundet hotspottet, bestemmer programmet RMT1000 og indstiller både test- og konditioneringsstimuli til denne amplitud. Test-alone stimuli leveres som hver 4. stimulus, og konditionering + test stimuli med intervaller på 50, 100, 150, 200, 250 og 300 ms leveres pseudorandomly. Ti stimuli leveres ved hver ISI. Tilsvarende for T-LICI leveres 10 parrede pulser med de samme 6 ISI'er som for A-LICI fra 50 til 300 ms, og tærsklerne for RMT200 spores, mens konditioneringssmulans er indstillet til 120% af den sporede RMT200.
Figur 4 viser SICF som A-SICF (figur 4A) og T-SICF parallel (figur 4B). For A-SICF, efter at have fundet hotspot, programmet bestemmer RMT50 og RMT1000. Test stimuli er derefter indstillet til RMT1000 og konditionering stimuli til 90% af RMT50. Området for ISI'er er fra 1 til 4,9 med 0,3 ms. Test-alone stimuli leveres som hver 4. eller 5. stimulus, og de 14 konditionering + test stimuli leveres i pseudorandom rækkefølge. Hvad angår A-SICF, måles T-SICF til 14 ISI'er fra 1 til 4,9 ms, og tærsklen spores med 10 parrede impulser ved hver ISI.
Figur 5 viser OR som A-OR (figur 5A) og T-OR parallel (figur 5B). SAI protokoller indebærer stimulere somatosensoriske afferents i nerven og registrering af virkningerne på MEP ophidset ~ 20 ms senere. Denne MEP-latenstid ("N20") er vigtig for timingen af stimuli. Brugeren bliver bedt om at vælge ventetiden fra et interval (16-23 ms) eller angive den, hvis den ligger uden for dette område. For at bestemme N20-latenstiden kan der anvendes et konventionelt somatosensorisk fremkaldt potentiale, eller der kan anvendes alders- og højdekorrigerede laboratoriekontroller.
For A-SAI bestemmes den elektriske stimulusintensitet for et 1-mV-muskelvirkningspotentiale først (EMT1000). Derefter findes hotspottet til magnetisk stimulering, og RMT1000 bestemmes. Programmet kombinerer derefter magnetiske og elektriske stimuli med ISIs fra N20-2 til N20 +12 ms. Test-alone stimuli gives som hver 4. stimulus, mens konditionering + test stimuli gives i pseudorandom rækkefølge. For T-SAI svarende til A-SAI bestemmes EMT1000 først. Derefter skifter stimulering til den magnetiske stimulus, og hotspottet bestemmes på den sædvanlige måde. Programmet bestemmer derefter RMT200 på en måde, der ligner de andre sporingsprotokoller. Yderligere, programmet derefter løber lige ind i sporing SAI, med ISI mellem elektrisk stimulus og magnetisk test stimulus steget i 1 ms trin fra N20-2 til N20 +12 ms.
Figur 6 viser LAI som A-LAI (figur 6A) og T-LAI parallel (figur 6B). LAI-protokollerne til registrering af langvarig hæmning er de samme som for OR, bortset fra at N20-intervallet ignoreres og ikke skal angives, fordi intervallerne er meget længere (200 til 1000 ms i 100 ms trin).
Figur 1: Opsætningen. Setup omfatter stimulation med en figur-of-otte spole, optagelse med overflade elektroder, computeren med installeret software, TMS maskine, støj eliminator at fjerne 50-60 Hz elektrisk interferens, den isolerede lineære bipolar konstant-strøm stimulator, elektromyografi forstærker, og et dataindsamlingssystem. Forkortelse: TMS = transkranial magnetisk stimulering. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: A-SICI og T-SICI afbildet som en funktion af interstimulus intervaller fra 1 ms til 7 ms( A) A-SICI afbildet som amplitud af betinget respons som en procentdel af kontrol. (B) T-SICI afbildet som tærskelændringer (hæmning i procent af kontrollen). Forkortelser: A-SICI = amplitud af intrakortikale hæmninger med kort interval; T-SICI = tærskelændringer i intrakorttisk hæmning med kort interval MEP = motorisk fremkaldt potentiale; RMT = hvilemotortærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: A-LICI og T-LICI afbildet som en funktion af interstimulusintervaller fra 1 ms til 300 ms. (A) A-LICI afbildet som amplituden af konditioneret respons som en procentdel af kontrol. b) T-LICI afbildet som tærskelændringer (hæmning som en procentdel af kontrollen). Forkortelser: A-SICI = amplitud af intrakortikale hæmninger med kort interval; T-SICI = tærskelændringer i intrakorttisk hæmning med kort interval MEP = motorisk fremkaldt potentiale; RMT = hvilemotortærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: A-SICF og T-SICF afbildet som en funktion af interstimulusintervaller fra 1 ms til 4,9 ms. (A) A-SICF afbildet som amplituden af konditioneret respons som en procentdel af kontrol. B) T-SICF afbildet som tærskelændringer (hæmning som en procentdel af kontrollen). Forkortelser: A-SICF = amplitud af intrakortikale faciliteringsgrader med kort interval; T-SICF = tærskelændringer i intrakortikale lempelser med kort interval MEP = motorisk fremkaldt potentiale; RMT = hvilemotortærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: A-OR og T-SAI afbildet som en funktion af interstimulus intervaller fra 20 ms til 35 ms (A) A-SAI afbildet som amplitude af betinget respons som en procentdel af kontrol. (B) T-OR afbildet som tærskelændringer (hæmning som en procentdel af kontrollen). Forkortelser: A-SAI = amplitud af kort latenstid afferent hæmning; T-SAI = tærskelændringer i kort latenstid afferent hæmning; MEP = motorisk fremkaldt potentiale; RMT = hvilemotortærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: A-LAI og T-LAI afbildet som en funktion af interstimulus intervaller fra 200 ms til 1000 ms (A) A-LAI afbildet som amplitud af betinget respons som en procentdel af kontrol. B) T-LAI afbildet som tærskelændringer (hæmning som en procentdel af kontrollen). Forkortelser: A-LAI = amplitud af lang latenstid afferent hæmning; T-LAI = tærskelændringer i langvarig afferent hæmning; MEP = motorisk fremkaldt potentiale; RMT = hvilemotortærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Tabel 1: De tilgængelige TMS-protokoller i softwaren. Forkortelser: TMS = transkranial magnetisk stimulation; SICI = Intrakorttisk hæmning med kort interval; SICF = Intrakortisk lempelse af kort interval; LICI = Intrakorttisk hæmning med langt interval; SAI = Kort latenstid afferent hæmning; LAI = Lang ventetid afferent hæmning; μV = mikrovolt. Klik her for at downloade denne tabel.
Discussion
TMS-måling, som programmeret i optagelsessoftwaren, er en meget automatiseret procedure. Der kræves dog særlig opmærksomhed for at opnå pålidelige resultater. I optagelsesfasen er det vigtigt at sikre en konsekvent MEP-reaktion over hotspottet og derefter holde spolen i samme position i forhold til motivets kranium under hele optagelsen. Da årvågenhed har en fremtrædende indflydelse på kortikal ophidselse20, er der behov for særlig omhu for at holde emnet afslappet, men opmærksomt.
For at holde emnet opmærksomt bør der regelmæssigt stilles korte spørgsmål. Derudover bør eksaminator holde øje med muskelsammentrækninger for at fastslå, om målmusklen stimuleres. Eksaminator bør desuden overvåge skærmen for at observere, om MEP-amplituden eller tærskelændringerne angiver en spoleforskydning, ud over at kontrollere omridset på svømmehætten. Hvis spolen er blevet fortrængt, skal brugeren forsøge at udskifte den på plads ved hjælp af tegningen. Hvis dette mislykkes, skal optagelsen genstartes. Indflydelsen af spoleforskydning minimeres i disse protokoller af isis pseudorandom rækkefølge og ved at give en test-alone stimulus efter hvert sæt af tre parrede stimuli. En anden måde at gøre det muligt at spore placeringen af en TMS spole, der skal spores i realtid, er ved et neuronavigationssystem. Sådanne systemer er kommercielt tilgængelige og effektive. de høje omkostninger begrænser dog deres anvendelse. Bemærk, at der ikke er data her om patienter med ALS eller andre neurodegenerative lidelser. Yderligere udfordringer kan opstå hos disse patienter såsom lave amplituder på grund af perifere motoriske neuron tab, spontan aktivitet, og utilgængelighed.
Alle protokoller i denne undersøgelse (single- og parret-puls) blev udført med en figur-of-otte spole (Magstim, D70 Remote coil) forbundet til en Bistim2 Modul. Dette blev gjort for at opretholde en sammenlignelig styrke af magnetfelt mellem protokollerne som stimulus er svækket, når de passerer gennem Bistim modulet. Systemet blev indstillet til Independent Bistim Triggering mode tillader individuel ekstern udløsning af de to Magstim 2002 enheder. For enkelt-puls protokoller, intensiteten af en af enhederne blev sat til 0% MSO. Optagelserne foretages ved hjælp af en optagelsesprotokol, som er en del af et softwareprogram. For de andre typer magnetiske stimulatorer kræves der kun en enhed.
En begrænsning af TMS-metoden er variabiliteten. Tidligere undersøgelser viste, at den inter-individuelle variation er højere end intra-dag eller inter-day variabilitet på samme emne19,21. Der skal lægges vægt på standardiseringen af metoden og på at eliminere mulige tekniske fejl, der kan påvirke pålideligheden. TMS kan ikke anvendes under visse forhold, såsom patienter med pacemaker eller epilepsi. Internationale sikkerhedsregler bør følges22. Derudover kan der forventes let ubehag, især hvis der anvendes en cirkulær spole23. Ubehaget er dog ofte minimalt og behøver ikke forårsage afbrydelse af undersøgelsen.
De metoder, der er beskrevet i dette manuskript, er automatiserede både til optagelser og analyser i forhold til de eksisterende metoder. Dette gør det muligt for optagelserne at blive udført af en enkelt operatør, og operatøren behøver ikke at forstyrre andet end at holde spolen på samme sted. Hver protokol er designet til at tage ~ 10 min, hvilket gør det muligt at køre flere protokoller i en time, den tid, der sandsynligvis vil tage for en protokol med de eksisterende manuelle metoder. De magnetiske stimuli leveres hver 4 s i denne undersøgelse; Andre magnetiske anordninger muliggør dog hurtigere stimulering, hvilket gør det muligt at reducere registreringsvarigheden for hver protokol til mindre end 5 min. Den software, der er beskrevet her, giver også mulighed for udvælgelse af forskellige ISI'er, antal stimuli for hver ISI og konditionering af stimulusniveau. Et større fremskridt af den metode, der er beskrevet her, er en gating-funktion, som automatisk fjerner spor, når motivet ikke er afslappet.
Afslutningsvis kan de metoder, der er beskrevet her, give uvurderlig information til at forstå de underliggende mekanismer i flere hjernesygdomme, især neurodegenerative lidelser, såsom ALS, og kan have diagnostisk værdi. Yderligere undersøgelser er nødvendige for forskellige patientpopulationer og større grupper for at bestemme den diagnostiske værdi af konventionelle og tærskelsporing TMS-foranstaltninger, og om disse foranstaltninger faktisk kan anvendes som biomarkører for neurodegenerative lidelser. Undersøgelser, der registrerer TMS i forskellige muskler og både øvre og nedre ekstremiteter, er også berettiget.
Disclosures
HB og JH modtager royalties fra UCL for salg af Qtrac-softwaren, der anvendes i denne undersøgelse. De andre forfattere har ingen potentielle interessekonflikter.
Acknowledgments
Denne undersøgelse blev primært støttet af de to bevillinger fra Lundbeckfonden (bevillingsnummer R290-2018-751) og Den Uafhængige Forskningsfond Danmark (Bevillingsnummer: 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).
