RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Ingrid Rebello-Sanchez1, Joao Parente1, Kevin Pacheco-Barrios1,2, Anna Marduy1, Danielle Carolina Pimenta1, Daniel Lima1, Eric Slawka1, Alejandra Cardenas-Rojas1, Gleysson Rodrigues Rosa1, Kamran Nazim3, Abhishek Datta3,4, Felipe Fregni1
1Neuromodulation Center and Center for Clinical Research Learning, Spaulding Rehabilitation Hospital and Massachusetts General Hospital,Harvard Medical School, 2Universidad de Investigación para la Generación y Síntesis de Evidencia en Salud, Universidad San Ignacio de Loyola, 3Research and Development,Soterix Medical, 4City College of New York
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Kontralateral sessiz dönem (cSP) değerlendirmesi, kortikal uyarılabilirliği ve tedavi yanıtını indekslemek için umut verici bir biyobelirteçtir. Üst ve alt ekstremitelerin M1 kortikospinal inhibisyonunu incelemek için amaçlanan cSP'yi değerlendirmek için bir protokol gösteriyoruz.
Kontralateral sessiz dönem (cSP), bir motor uyarılmış potansiyel (MEP) sonrasında elektromiyografi (EMG) ile yakalanan arka plan elektriksel kas aktivitesinde bir baskılanma periyodudur. Bunu elde etmek için, bir MEP, seçilen hedef kasın birincil motor korteksine (M1) verilen bir suprathreshold transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) darbesi ile ortaya çıkarken, katılımcı standartlaştırılmış bir gönüllü hedef kas kasılması sağlar. cSP, MEP'den sonra ortaya çıkan inhibitör mekanizmaların bir sonucudur; Başlangıçtaki ~50 ms'lik spinal inhibisyonun ve sonrasında kortikal inhibisyonun geniş bir zamansal değerlendirmesini sağlar. Araştırmacılar, farklı nöropsikiyatrik hastalıklar için potansiyel bir tanısal, vekil ve öngörücü biyobelirteç olarak doğrulamak için cSP'nin arkasındaki nörobiyolojik mekanizmayı daha iyi anlamaya çalışmışlardır. Bu nedenle, bu makalede, hedef kas seçimi, elektrot yerleştirme, bobin konumlandırma, gönüllü kasılma stimülasyonunu ölçme yöntemi, yoğunluk kurulumu ve temsili bir sonuç elde etmek için veri analizi dahil olmak üzere alt ve üst ekstremitelerin M1 cSP'sini ölçmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Alt ve üst ekstremiteler için uygulanabilir, güvenilir ve tekrarlanabilir bir cSP protokolünün gerçekleştirilmesinde görsel bir kılavuz vermek ve bu tekniğin pratik zorluklarını tartışmak için eğitim amacına sahiptir.
Sessiz dönem (SP), sürekli kas kasılması sırasında uygulanan transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) tarafından indüklenen motor uyarılmış bir potansiyeli (MEP) takip eden bir elektromiyografik (EMG) sessizlik periyodur. Suprathreshold TMS pulse, EMG aktivitesinin kaydedildiği hedef kasın kontralateral veya ipsilateral primer motor korteksine (M1) uygulanabilir ve iki fenomen verir: kontralateral sessiz dönem (cSP) ve ipsilateral sessiz dönem (iSP).
iSP ve cSP benzer özellikleri paylaşsa da, biraz farklı bileşenleri yansıtabilir. Birincisinin transkallozal inhibisyonu yansıttığı ve dolayısıyla tamamen kortikal kökenli olduğu düşünülmektedir 1,2. Tersine, cSP, büyük olasılıkla M1 3,4,5 içindeki gama-aminobütirik asit (GABA) B reseptörlerinin aracılık ettiği kortikospinal inhibisyonun olası bir vekili olarak araştırılmaktadır.
GABA aracılı yollarda cSP'nin rolünü destekleyen önceki çalışmalar, GABA arttırıcı bileşenlerin oral uygulamasından sonra cSP süresinde bir artış bulmuştur 5,6,7,8. Yine de, spinal süreçler de süresini değiştirmede rol oynar. CSP'nin erken fazı (<50 ms), periferik nörodevrenin bir ürünü olan ve spinal nöronların uyarılabilirliğini ölçen azalmış h-refleks değerleri3-a refleksi ile ilişkilidir9. Spinal işlemenin, Renshaw hücrelerinin aktivasyonu, hiperpolarizasyon sonrası motonöron ve spinal internöronlar 10,11,12,13,14 tarafından postsinaptik inhibisyon yoluyla aracılık ettiği düşünülmektedir.
Spinal katkıya rağmen, cSP esas olarak cSP'nin (50-200 ms) sonraki kısmını üretmekten sorumlu olan kortikal inhibitör nöronların aktivasyonundan kaynaklanır 3,10,13,15,16. Bu bakımdan, cSP süresinin erken kısmı spinal inhibisyon mekanizmaları ile ilişkilendirilirken, uzun cSP'ler daha büyük kortikal inhibitör mekanizmalar talep eder 3,13,17,18.
Bu nedenle, cSP nörolojik bozukluklara bağlı kortikospinal maladaptasyon için umut verici bir biyobelirteç adayıdır, oysa daha önemli cSP süreleri potansiyel olarak kortikospinal inhibisyondaki artışı yansıtır ve bunun tersi de 5,11'dir. Buna göre, önceki çalışmalar cSP süresi ile distoni, Parkinson Hastalığı, kronik ağrı, inme ve diğer nörodejeneratif ve psikiyatrik durumlar gibi patolojiler arasında bir ilişki bulmuştur 19,20,21,22. Göstermek gerekirse, bir diz osteoartrit kohortunda, Montreal bilişsel değerlendirme ölçeği23'te daha yüksek bir intrakortikal inhibisyon (cSP tarafından indekslendiği gibi) daha genç yaş, daha fazla kıkırdak dejenerasyonu ve daha az bilişsel performans ile ilişkiliydi. Ayrıca, cSP değişiklikleri uzunlamasına tedavi yanıtını ve motor iyileşmeyide endeksleyebilir 24,25,26,27,28,29,30.
CSP'nin nöropsikiyatri alanındaki rolü ne kadar umut verici olsa da, değerlendirmesinin zorlu bir yönü, protokol varyasyonlarına karşı çok hassas olabileceğidir. Örneğin, cSP süresi (~100-300 ms)11 üst ve alt ekstremiteler arasında ayırt edilebilir. Salerno ve ark., fibromiyalji hastalarının bir örneğinde ilk dorsal interosseöz kas (DYY) için ortalama 121.2 ms (± 32.5) ve tibialis anterior kası (TA) için 75.5 ms (± 21) ortalama cSP süresi bulmuşlardır31. Bu nedenle, literatür, cSP'leri ortaya çıkarmak için kullanılan parametrelerde sayısız farklılık aktarmakta ve bu da çalışmalar arasında karşılaştırılabilirliği tehlikeye atmakta ve klinik pratiğe çeviriyi geciktirmektedir. Benzer bir popülasyonda, protokoller, örneğin M1'i ve hedef kası uyarmak için kullanılan eşik üstü TMS nabız ayarı ile ilgili heterojen olmuştur. Bunun da ötesinde, araştırmacılar protokollerinde kullanılan parametreleri düzgün bir şekilde rapor edemediler.
Bu nedenle amaç, üst ve alt ekstremitelerin M1 kortikospinal uyarılabilirliğini değerlendirmek için uygulanabilir, güvenilir ve kolayca tekrarlanabilir bir cSP protokolünün nasıl uygulanacağına dair görsel bir kılavuz sağlamak ve bu prosedürün pratik metodolojik zorluklarını tartışmaktır. Ayrıca, parametrelerin seçiminin gerekçesini göstermeye yardımcı olmak için, arama terimini kullanarak, kronik ağrı ve rehabilitasyon popülasyonlarında cSP hakkında yayınlanmış makaleleri tanımlamak için Pubmed / MEDLINE hakkında kapsamlı olmayan bir literatür taraması yaptık: Rehabilitasyon (Mesh) veya rehabilitasyon veya kronik ağrı veya inme ve transkraniyal manyetik stimülasyon ve tek nabız veya kortikal sessiz dönem gibi terimler. Ayıklama için hiçbir dahil etme kriteri tanımlanmamıştır ve havuza alınmış sonuçlar yalnızca örnek amacıyla Tablo 1'de görüntülenmektedir.
Bu protokol, insan denekler üzerinde yapılan araştırmaları içerir ve yerel etik komitelerin kurumsal ve etik kuralları ve Helsinki Deklarasyonu ile ittifak halindedir. Çalışmada verilerini kullanmak için deneklerden bilgilendirilmiş onam alınmıştır.
1. Deney öncesi prosedürler
2. Hastalara uygun talimatlar
3. Deneysel prosedürler (Şekil 1)
Adım adım prosedürü izledikten sonra, eşik üstü bir TMS darbesinin (RMT'nin% 120'si) verilmesi, hedef kasın EMG kaydında gözlemlenebilir bir MEP ve ardından yaklaşık 150 ms ila 300 ms arasında bir arka plan EMG aktivitesi baskılama periyodu ortaya çıkaracaktır (Şekil 2). Bu EMG modelinden cSP metriklerini hesaplamak mümkündür. En çok bildirilen sonuçlar, göreceli ve mutlak SP'nin süresidir (ms aralığında). Göreceli SP, MEP başlangıcından EMG aktivitesinin yeniden ortaya çıkmasına kadar ölçülür. Bir alternatif, göreceli SP'nin başlangıcını belirlemek için yükseltilmiş motor uyarılmış çıkışı (MSO = protokole göre RMT'nin% 120'si) kullanmaktır. Ağ düzeyinde gerçek başlangıç bilinemediğinden, deneysel güvenilirliği artırmak için MEP başlangıcını başlangıç başlangıç noktası olarak seçin13. Öte yandan, mutlak SP, MEP'in sonundan gönüllü EMG aktivitesinin yeniden ortaya çıkışının başlangıcına kadar ölçülebilir. Örneğin, nitel karşılaştırma için referans olarak deneğin istirahat EMG aktivitesinin bir kaydını kullanmak. Bu zamansal parametreler manuel olarak veya otomatik yazılım37 kullanılarak tanımlanabilir.
Doğru cSP hesaplaması için temel bir metodolojik soru, EMG arka plan aktivitesinin yeniden ortaya çıkmasının tanımıdır. Burada iki yaklaşım incelenebilir: Birincisi, bireysel deneme hesaplamasını kullanmaktır. Bu durumda, hesaplama, cSP süresini hesaplamak için her kaydı kullanan deneme deneme ölçüsüne dayanır. Daha sonra, bireysel çalışmaların ortalaması (veya medyanı) hesaplanabilir ve raporlanabilir. İkinci yaklaşım, düzeltilmiş çoklu denemeler kullanmaktır. Bu yaklaşım için, tüm denemeler düzeltilecek ve daha sonra ortalaması alınmalı ve birbirleriyle örtüşmelidir. Ardından, düzeltilmiş ve ortalaması alınmış izlemeleri kullanarak, ortalama zamansal işaretleri kullanarak cSP süresini hesaplayın. Bu yöntemin temel avantajı, tonik bazal EMG seviyesi36'ya göre gönüllü EMG aktivitesinin yeniden ortaya çıkmasının hassasiyeti ve daha kolay tanımlanmasıdır. Düzeltilmiş ortalamanın kullanılması avantajlıdır çünkü daha karşılaştırılabilir ve konular arasındaki değişkenliği azaltır.
CSP süresinin, uyaran yoğunluğu38'in sigmoid bir fonksiyonu olarak uzatılabileceğini, ancak hedef kas39'un kasıtlı kasılma derecesinden zar zor etkilendiğini belirtmek önemlidir. Ayrıca, MEP genlikleri, uyaran yoğunluklarındaki artışlarla birlikte artmaktadır. Kojima ve ark., MEP genliğindeki bu artışlara (yoğunluktaki artışlara ikincil olarak) cSP süresi40'taki artışların da eşlik ettiğini göstermiştir. MEP ve cSP süresinin ortak faktörlerden etkilendiği düşünüldüğü için bu davranış beklenmektedir38. Bu ortak faktörler motor ünitede değil, kortikal spinal sistem boyunca mevcut gibi görünmektedir; uyaran yoğunluğundaki artışlar her ikisini de arttırdığından, ancak kaslardaki artışlar kasılma süresini etkilemez.
Bu tartışma ile bulguların analizi ve yorumlanması sırasında uyaran şiddeti ve kas kasılmasının dikkatle göz önünde bulundurulması gerektiği sonucuna varmak mümkündür. cSP, SI nedeniyle doğrusal bir artış ile karakterize edilir, ancak daha sonra yüksek yoğunluklarda bir platoya ulaşılır; Bu model, denekler39 arasında oldukça değişkendir, çünkü benzersiz eğimlere ve farklı plato yoğunluklarına sahip olabilirler. Alternatif bir analiz, bir giriş-çıkış (I / O) eğrisi gerçekleştirmek için kademeli olarak artan yoğunluklar sırasında cSP'nin değerlendirilmesini içerebilir ve daha sonra cSP, I / O eğrisininplato 41,42'ye ulaştığı yoğunluk kullanılarak elde edilebilir. Son olarak, cSP, kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon değişiklikleri üretebilecek herhangi bir aktivite veya maruziyetten etkilendiğinden, analizdeki genel karışıklıkların değerlendirilmesi ve kaydedilmesi önerilir. Örneğin, TMS deneyleri için bir raporlama kontrol listesi kullanma43.
cSP yorumlama
Bu çalışmadaki TMS testi, M1 inhibisyonunun uygulanabilir ve çok yönlü bir biyobelirtecinin uygulanmasını göstermek için kullanılmıştır. Genel olarak, SP'nin süresi ne kadar uzun olursa, daha yüksek bir kortikospinal M1 inhibisyonu gözlenir44. Bununla birlikte, yorumlanması için birkaç faktörün göz önünde bulundurulması gerekir. İlk olarak, cSP hem spinal hem de kortiko-subkortikal süreçlerle tanımlanır45. Omurga bileşenleri yaklaşık ilk 50 ms46'yı oluşturur. Kalan süre, M1 internöronlarının inhibisyonu ve M1 içindeki diğer inhibitör afferanslar (subkortikal bölgeler ve diğer kortekslerden) gibi kortikal mekanizmalardan, esas olarak MEP'leri ortaya çıkaran önemli bir kortikal aktivasyondan sonra GABAerjik B nöronlarının aracılık ettiği kortikal mekanizmalardan oldukça etkilenir6. Bu inhibisyonun rolünün istenmeyen hareketleri önlemek ve motor kontrolünü sürdürmek olduğu ileri sürülmüştür47. İkincisi, davranışsal ve bilişsel faktörler CSP süresini ve motor ve motor olmayan nöropsikiyatrik bozuklukları etkileyebilir45,48. cSP'nin bu ikili doğası nedeniyle, değerlerinin deney bağlamında yorumlanması gerekir (hedef popülasyon ve eşlik eden motor kontrol görevlerinin kullanımı).

Şekil 1: Deneysel adımlar. 1. DYY kasının karnına elektrot yerleştirilmesi 2. Dinamometrenin parmaklar arasında konumlandırılması. 3. % 20 MVC'nin standardizasyonunu test etmek için hedef kasın gönüllü kasılması 4. Sıcak noktanın ve RMT'nin tanımlanması için kafa ölçümleri ve TMS darbeleri (on denemeden beşinde en az 50 mV'luk bir MEP ortaya çıkaran en düşük uyaranlar) 5. CSP protokolü, sürekli kas kasılması sırasında% 120 RMT ile 10 saniye aralıklı 10 darbe ile tutarlı. Alt orta şekilde, küçük kırmızı dikdörtgen tek bir TMS darbesini temsil eder ve TMS öncesi uyaranı (sürekli kas kasılması ve arka plan EMG aktivitesi) ve cSP kaydını böler. CSP, MEP'nin başlangıcından mavi dikdörtgen içinde temsil edilen EMG temel etkinliğinin yeniden ortaya çıkmasına kadar dikkate alınır. Sarı dikdörtgende, MEP gecikmesi gösterilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Hedef kasın EMG kaydında MEP. X ekseninde, milisaniye (ms) ve Y ekseninde, EMG sinyalinin milivoltu (mV). Soldan sağa: kırmızı çizgi, MEP'den önce arka plandaki elektriksel kas aktivitesini gösterir, daha sonra, TMS darbesinin elektriksel etkisi gözlendikten sonra, motor tarafından uyarılan potansiyel tarafından takip edilir. MEP'den sonra, SP olarak bilinen EMG sinyalinin bastırılması vardır. MEP dalgasının başlangıcından EMG arka plan aktivitesinin veya mutlak SP'nin geri dönüşüne kadar olan aralığı sayarak, MEP'in sonundan arka plan dalgasının dönüşüne kadar olan aralığı sayarak göreceli olabilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Abhishek Datta, Soterix Medical Inc.'in CEO'su, Kurucu Ortağı ve CTO'sudur ve Kamran Nazin aynı şirketin Ürün Direktörüdür. Soterix Medical Inc., bu video yayınının yapımında kullanılan materyali sağlamıştır. Geri kalan yazarlar rakip finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.
Kontralateral sessiz dönem (cSP) değerlendirmesi, kortikal uyarılabilirliği ve tedavi yanıtını indekslemek için umut verici bir biyobelirteçtir. Üst ve alt ekstremitelerin M1 kortikospinal inhibisyonunu incelemek için amaçlanan cSP'yi değerlendirmek için bir protokol gösteriyoruz.
Teşekkür yok.
| Alkol pedleri | %70 izopropil alkol ile Medline | Hazırlama | |
| İletken jel | Weaver ve Elektrot | üzerinde kullanılan | |
| Şirket Echo Pinch | JTECH medical | 0902A302 | Dijital dinamometre. |
| Mega-EMG | Soterix Medical | NS006201 | Dahili yazılıma sahip dijital çok kanallı EMG. |
| MEGA-TMS bobini | Soterix Medical | NS063201 | 8 şekilli TMS bobini |
| Mega-TMS stimülatörü | Soterix Medical | 6990061 | Tek Nabız TMS |
| Neuro-MEP.NET | Kasların eletrik aktivitesini analiz etmek için kullanılan | Soterix Medical | EMG yazılımı. |
| Yüzücü şapkası | Kiefer |