Method Article

Transkraniyal Manyetik Stimülasyonun Elektromiyografi ile Eşleştirilmesiyle Primer Motor Korteks Uyarılabilirliği ve Uyarılabilirlik Modülasyonunun Değerlendirilmesi

DOI:

10.3791/68897

⸱

October 7th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Champalimaud Research and Clinical Centre, Champalimaud Foundation, 2Department of Psychiatry and Mental Health, ULS Loures-Odivelas, Hospital Beatriz Ângelo, 3Lisbon School of Medicine, University of Lisbon, FMUL, 4Institute for Systems and Robotics-Lisbon (LARSyS), Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 5Portuguese Red Cross Health School, 6Faculty of Medicine, University of Porto, FMUP, 7Department of Psychiatry and Mental Health, Centro Hospitalar Universitário de São João, CHUSJ, 8NOVA Medical School, Faculdade de Ciências Médicas, NMS, FCM, Universidade NOVA de Lisboa

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, elektromiyografi (EMG) ile eşleştirilmiş transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kullanarak birincil motor korteks uyarılabilirliğini ve uyarılabilirlik modülasyonunu değerlendirmek için metodolojiyi özetleyen bir protokol sunuyoruz.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Birincil motor korteksin (M1) elektromiyografi (EMG) ve tekrarlayan transkraniyal manyetik stimülasyonunun (TMS) eşleştirilmiş kullanımı yoluyla motor korteks uyarılabilirliğini ve modülasyonunu değerlendirmek için bir protokol tanımlıyoruz. EMG kayıtları özel olarak oluşturulmuş bir sistem kullanır ve yüzey elektrotları, sol dirsekte bir toprak elektrodu ile sağ birinci dorsal interosseöz (FDI) kasın üzerine yerleştirilir. TMS, bir nöronavigasyon Sistemi tarafından yönlendirilen sekiz rakamlı bobinli bir manyetik stimülatör kullanılarak gerçekleştirilir. DYY için motor sıcak noktası, bobin yerleşimini ayarlarken sistematik olarak tek TMS darbeleri uygulanarak tanımlanır ve tüm TMS prosedürleri için hedef olarak kullanılır. Dinlenme motor eşiği (rMT), 10 denemeden en az 5'inde EMG kaydında 50 μV'≥ motor uyarılmış potansiyelleri (MEP'ler) ortaya çıkarmak için gereken minimum yoğunluk olarak tanımlanırken, aktif motor eşiği (aMT), katılımcı maksimum istemli kas aktivasyonunun %10-20'sini korurken, 10 darbeden en az 5'inde 200 μV'≥ MEP'leri uyandırmak için gereken minimum yoğunluktur. Temel kortikal uyarılabilirlik, rastgele aralıklarla (6-10 s) iletilen darbelerle %120 rMT'de uygulanan 40 tek TMS darbesinden elde edilen ortalama MEP genliği olarak tanımlanır. Motor korteks uyarılabilirlik modülasyonu, aralıklı bir teta-patlama stimülasyonu (iTBS) protokolü (50 Hz darbe üçlüleri, %80 aMT, 2 saniye açık/8 saniye kapalı için 5 Hz, 20 kez tekrarlanır; toplam 600 darbe) kullanılarak elde edilir. Uyarılabilirlik modülasyonu, stimülasyon sonrası dört zaman noktasında MEP genlik ölçümlerinin tekrarlanmasıyla değerlendirilir: anında (T0), 10 dakika (T10), 20 dakika (T20) ve 30 dakika (T30). Bu protokol, motor korteks uyarılabilirliğinin kesin ve tekrarlanabilir bir şekilde değerlendirilmesini sağlar ve iTBS'den kaynaklanan modülatör etkilerin zirvesini yakalar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS), kafa derisine ve kafatasına nüfuz edebilen bir manyetik alanı indükleyen, kortikal doku1'e ulaştığında nöronal aktiviteyi ortaya çıkaran, invazif olmayan bir nörostimülasyon tekniğidir. TMS, insanlarda merkezi sinir sistemi (CNS) nörofizyolojisinin in vivo değerlendirmesini sağlar 2,3,4. Belirli kortikal bölgelere tekrarlanan trenlerde (tekrarlayan TMS veya rTMS) verildiğinde, TMS, uygulanan protokolün parametrelerine bağlı olarak, stimülasyon süresinin ötesine geçen kortikal hedefin uyarılabilirliğinde değişikliklere neden olabilir5. Tek darbeli TMS, kortikal uyarılabilirliği ölçmek için yaygın olarak kullanılır ve rTMS öncesi ve sonrası uygulandığında, TMS 2,3,4 tarafından indüklenen kortikal uyarılabilirlik modülasyonunun nicelleştirilmesine izin verir. Birincil motor korteks (M1), fonksiyonel çıktısı elektromiyografik (EMG) kayıtlar 6,7 ile kolayca ölçülebildiğinden, bu tür protokoller için ana hedeflerden biri olmuştur. Elektroensefalografi (EEG) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi diğer nörofizyolojik ve nörogörüntüleme teknikleriyle karşılaştırıldığında, TMS-EMG klinik uygulama için daha fazla avantaj sunar. EEG, kapsamlı elektrot kurulumu, dikkatli artefakt yönetimi ve sofistike sinyal işleme8 gerektirirken, fMRI daha yüksek maliyetler, sınırlı erişilebilirlik içerir ve daha az zamansal çözünürlük sağlar9. TMS-EMG, motor uyarılmış potansiyel (MEP) genliği ve gecikme süresi gibi basit ve objektif ölçümlere odaklanan analizlerle nispeten basit yüzey EMG kayıtlarına dayanır. Edinme ve işlemedeki bu basitlik, daha kısa kurulum süreleri ve daha düşük altyapı talepleri ile birleştiğinde, TMS-EMG'yi özellikle hızlı, güvenilir ve tekrarlanabilir biyobelirteçlerin gerekli olduğu klinik uygulamaya çeviri için uygun hale getirir10.

Kortikal uyarılabilirlik modülasyonunun ölçümleri, beynin içsel veya dışsal uyaranlara yanıt olarak fonksiyonel ve yapısal değişikliklere uğrama kapasitesi olarak tanımlanan nöroplastisitenin dolaylı göstergeleri olarak kabul edilir11,12. Nöroplastisitedeki değişiklikler, majör depresif bozukluk (MDB) 13,14,15,16 gibi çeşitli nöropsikiyatrik durumlarda rol oynamaktadır. Nöroplastik mekanizmaları in vivo olarak araştırma yeteneği ve klinik bağlamlarda pratik uygulanabilirlik göz önüne alındığında, TMS-EMG'den türetilen kortikal uyarılabilirlik modülasyonunun değerlendirilmesi, nöropsikiyatrik bozukluklar için potansiyel bir biyobelirteç olarak incelenmiştir 17,18,19. Bu önlemler hem tanısal bir biyobelirteç18 hem de tedavi sonuçlarının bir göstergesi olarak umut vaat edebilir14,15. Tek veya eşleştirilmiş darbeli TMS normalde dinlenme motor eşiğinin (rMT) yüzdesi olarak ifade edilen yoğunluklarda, yani bir motor tepkisi oluşturmak için gereken minimum yoğunlukta (rMT; genellikle %110-130 rMT) iletilir, protokoller genellikle kortikospinal uyarılabilirliği güvenilir bir şekilde tahmin etmek için 20-40 darbe ve farklı zaman noktalarında müdahale öncesi ve sonrası modülasyonu değerlendirmek için birkaç yüz darbe kullanır20. Darbeler arası aralıklar (IPI), taşıma etkilerini en aza indirmek ve ardışık MEP'lerin21 bağımsızlığını sağlamak için genellikle >4 s olmalıdır. Kortikal uyarılabilirliğin modülasyonu için kullanıldığında, protokoller çoğunlukla düşük frekanslı rTMS'ye (rTMS; ≈ 1 Hz, 600-1800 darbe) veya sürekli teta-patlama stimülasyonuna (cTBS; 50 Hz'de 3 darbe, her 200 ms'de bir tekrarlanır, 40 saniye boyunca sürekli olarak) inhibitör yan etkileri indüklemek için. Kortikal uyarılabilirliğin kolaylaştırılması için, protokoller çoğunlukla yüksek frekanslı rTMS'ye (rTMS; ≥ 5 Hz, tipik olarak 5-20 Hz, 600-2000 darbe) veya aralıklı teta-patlama stimülasyonuna (iTBS)22 dayanır. iTBS tipik olarak, aktif motor eşiğinin (aMT) yaklaşık %80'i yoğunluklarda, her 10 saniyede bir aralıklı olarak uygulanan trenlerle, 50 Hz'de 3 uyaranlı patlamalar olarak iletilen, 5 Hz'de 2 saniye boyunca tekrarlanan 600 darbeden oluşur. Bu model, etkinliği, daha kısa süresi ve kortikal plastisitenin sağlam bir şekilde kolaylaştırılması nedeniyle hem deneysel hem de klinik amaçlar için en yaygın olarak benimsenen model haline gelmiştir23,24.

Bununla birlikte, klinik fayda, çözülmemiş metodolojik zorluklar nedeniyle sınırlı kalmaktadır. Bu zorlukları ele alma çabaları - öncelikle ölçümlerin güvenilirliğini inceleyerek ve geliştirerek - tutarsız bulgular üretmiştir 25,26,27,28,29. Bu tutarsızlıklar, en azından kısmen, rTMS parametrelerindeki değişkenlik de dahil olmak üzere, çalışmalar arasındaki önemli metodolojik tuzaklara ve heterojenliğe bağlanabilir, örneğin, darbe sayıları düşük frekanslı paradigmalarda22 20 ila 1800 darbe arasında değişir ve 600 darbelik iTBS dizilerinden 1200 darbenin değiştirilmiş versiyonlarına30. Ayrıca, nöronavigasyonsuz çalışmalar, nöronavigasyonlu protokollere kıyasla MEP genliğinde değişkenlik ve bir rTMS protokolünün daha düşük modülatör etkileri göstermiştir31. Yayınlanmış çalışmalardaki örneklem büyüklükleri de nispeten mütevazıydı, genellikle 10 ila 25 katılımcı arasındaydı ve istatistiksel gücü sınırladı32. Ek olarak, güvenilirliği değerlendirmek için sınırlı istatistiksel yaklaşımlar uygulanmıştır ve bazı çalışmalar, genellikle test-tekrar test güvenilirliği için en uygun indeks olarak kabul edilen sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC)24,33 dışındaki ölçümlere dayanmaktadır26.

TMS-EMG paradigmaları ile kortikal uyarılabilirlik kazanımı ve analizi için protokoller de ek değişkenliğe katkıda bulunabilir. Uygulanan TMS darbelerinin sayısı gibi spesifik metodolojik faktörler, 20'den az MEP'e dayanan tahminlerle zayıf güvenilirlik sağlayabilirken, ortalama ≥30 MEP, kortikospinal uyarılabilirliğin istikrarlı bir ölçümünü sağlar. Benzer şekilde, IPI'nin 2 s veya daha kısa aralıklarla uyarılabilirliği etkilediği, stimülasyonun kümülatif etkilerinden dolayı kortikal uyarılabilirlikte değişikliklere neden olduğu, 4 s'den fazla daha konservatif aralıkların ise bu karışıklıkları azalttığıgösterilmiştir 21. EMG toplama teknikleri 34,35, örneğin, monopolar bir konfigürasyona34,35 göre gelişmiş uzamsal seçicilik ve yakındaki kasların aktivitesinden kaynaklanan kontaminasyonu azaltan bipolar konfigürasyon ile ölçüm güvenilirliğini de etkileyebilir. Bu nedenle, veri toplama ve işleme protokollerinin standardizasyonu, kortikal uyarılabilirlik modülasyonunun değerlendirilmesini iyileştirmek ve stabilitesini belirlemek için gereklidir - herhangi bir güvenilir biyobelirtecin kritik bir özelliği36.

Bu nedenle, nörobiyolojik değerlendirme için aday belirteçler olarak kortikal uyarılabilirlik modülasyon ölçümlerinin kullanımını sürdürmek ve klinik uygulama için güvenilirliklerini sağlamak için, metodolojik heterojenliğin potansiyel etkisini en aza indirmek ve motor korteks uyarılabilirliğinin ve modülasyonunun doğru ve tekrarlanabilir ölçümünü sağlamak için alandaki mevcut en iyi kanıtlara dayanan sistematik bir yaklaşımdan kaynaklanan bir protokol sunuyoruz37, 38. Bu, uygun EMG edinim protokollerinin34 uygulanmasını, nöronavigasyon sistemlerininkullanımını 39, yeterli sayıda MEP'nintoplanmasını 20, uygun IPI21'in kullanılmasını ve edinim prosedürlerinin ve sinyal işleme yöntemlerinin34 kapsamlı raporlanmasını içeriyordu. Sonuçlarımız, literatürdeki mevcut en iyi uygulamalarla karşılaştırıldığında gelişmiş sinyal stabilitesi gösterdi ve böylece sağlam bir nörofizyolojik biyobelirtecin geliştirilmesi için gerekli metodolojik titizliğe katkıda bulundu.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan prosedürler, Seybert ve ark.37 ve Faro Viana ve ark.38 tarafından bildirilen verileri toplamak için geliştirilmiştir. Tüm katılımcılar, katılımdan önce çalışmanın amacını, prosedürlerini, risklerini ve istedikleri zaman geri çekilme haklarını açıklayan yazılı bilgilendirilmiş onam vermişlerdir. Protokol, Champalimaud Bilinmeyenler Merkezi Etik Kurulları tarafından onaylandı ve Helsinki Bildirgesi'ne uygun olarak yürütüldü. Bu protokolün başka çalışmalarda veya yerlerde kullanımı ancak ilgili yerel Etik Kurullardan ve/veya diğer yetkili makamlardan onay alındıktan sonra gerçekleşmelidir. İstenmeyen yan etki riskini en aza indirmek için TMS'den önce standartlaştırılmış bir güvenlik kontrol listesi uygulanmalı ve belirli çalışma ortamlarına uyarlanabilecek bir referans çerçevesi olarak uluslararası kılavuzlar40,41 kullanılmalıdır. Protokol ~1 saat 15 dakika süre için tasarlanmıştır (Şekil 1).

1. Kurulum gereksinimleri ve hazırlık

  1. Birinin TMS prosedürlerini uygulayacağı ve diğerinin ek adımlarda destek sağlayacağı oturumu en iyi şekilde yürütmek için iki teknisyenin hazır olduğundan emin olun.
  2. Aşağıdaki ekipmanın mevcut olduğundan emin olun: bir Nöronavigasyon sistemi; rahat bir sandalye; ilgili kontakları ve elektrotları olan bir EMG cihazı; iTBS'nin girişine, tek darbeli protokollere ve nöronavigasyon ve EMG sistemi ile bağlantıya izin veren 8 şekilli bobinli bir TMS stimülatörü. EMG yazılımının ve nöronavigasyon yazılımının aynı anda gözlemlenmesine izin vermek için bir veya iki bilgisayarın mevcut olduğundan emin olun. EMG sinyalini almak için bilgisayarın bir Bluetooth sinyal alıcısına sahip olduğundan emin olun.
  3. Aşağıdaki sarf malzemelerinin mevcut olduğundan emin olun: alkol ve gazlı bez kompresleri; jel elektrotların yerleştirileceği cildi temizlemek için su zımpara kağıdı; katılımcı için bir yüzme şapkası; ve hem katılımcı hem de teknisyenler için kulak tıkaçları.
  4. Nöronavigasyon sistemini, EMG kartını ve TMS makinesini ve ayrıca fizyolojik veri toplama için gerekli yazılımı düzgün bir şekilde kurmak için katılımcı gelmeden yaklaşık 30 dakika önce kurulum hazırlığına başlayın.
  5. EMG sistemini hazırlayın.
    1. EMG kartının tam olarak şarj edildiğinden emin olun - varsa - ve ilgili kontakları hazırlayın - biri referans olarak (tek kutuplu - sol dirseğe yerleştirilecek) ve diğeri kayıt için hedef kas üzerinde (bipolar - sağ Birinci Dorsal İnterosseöz üzerine yerleştirilecek). TMS cihazını EMG kartına bağlayarak, TMS darbe çıkışını EMG sinyaliyle senkronize etmek için ek bir kablo gereklidir.
    2. Tıbbi sınıf gümüş/gümüş klorür (Ag/AgCl) elektrotlarını kontaklara takın (3 elektrot gerekecektir). Ayrıca, her TMS darbesinin tetikleme sinyalini vermek için TMS makinesinden EMG kartına bir kablo bağlayın.
    3. Şirket içi EMG cihazı için Velcro'yu sabit bir yüzeye soyun. Kontakları ilgili giriş noktalarındaki EMG cihazına takın.
    4. Monitörlerden/bilgisayarlardan birinde BONSAI yazılımını42 ve ilgili EMG veri toplama komut dosyasını açın. Yalnızca veri toplamaya hazır olduğunuzda başlat düğmesine basın (Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1, adım 1'e bakın).
  6. TMS cihazını hazırlayın.
    1. TMS cihazında uyarılabilirlik değerlendirme protokolünü tanımlayın. Bu, önceki uyarandan kaynaklanan etkilerden kaynaklanan etkilerden kaçınmak için en az 6 s'lik rastgele bir IPI ile %120 rMT'de 40 tek darbeden oluşur.
    2. Cihaza önceden verilen stimülasyon parametrelerini izleyerek bir iTBS protokolü yerleştirin: 50 Hz darbe üçlüleri, %80 aMT, 2 saniye açık/8 saniye kapalı için 5 Hz, 20 kez tekrarlanır, toplam 600 darbe.
    3. Teknisyenin rMT ve aMT değerlendirmesi sırasında kör olması için TMS makine ekranının maksimum stimülasyon çıkışının (MSO - %) görülebildiği tüm bölümlerine kağıt şeritler yapıştırın (Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1, adım 2'ye bakın).
  7. TMS için ANT Neuro nöronavigasyon sistemini hazırlayın.
    1. Gerekli donanım bileşenlerini birleştirin. Bunlar arasında kızılötesi izleme kamerası, katılımcının yansıtıcı işaretleyicili kafa bandı, bir işaretçi aracı, bir kalibrasyon panosu (TMS bobini için) ve bir bobin izleyici (gerçek zamanlı konumsal izleme için bobine bağlanan dairesel bir cihaz) bulunur.
    2. Kamerayı tripod üzerine yerleştirin ve tüm seans boyunca diğer tüm nöronavigasyon bileşenlerini net bir şekilde görebilecek bir konuma yerleştirin.
    3. Bobin kalibrasyon izleyicisini ve kartını TMS bobininin üzerine yerleştirin.
    4. Nöronavigasyon sistemi yazılımını açın, katılımcının kimliğini girin ve nöronavigasyon bileşenlerini kalibre edin (Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1, adım 3'e bakın).

2. Katılımcının hazırlanması

  1. Katılımcı geldiğinde, yayınlanmış kılavuzlara40,41 dayalı olarak bir anket ve/veya yapılandırılmış görüşme kullanarak TMS'nin uygulanmasının güvenliğini değerlendirin. Psikiyatrik ve nörolojik bozuklukların öyküsü, bilinç kaybı, işitme bozukluğunun yanı sıra metalik veya manyetik implantların varlığı, devam eden ilaçlar ve hamilelik durumu ile ilgili öğeleri ekleyin. Protokole yalnızca herhangi bir güvenlik endişesi dile getirilmediğinde devam edin.
  2. Katılımcıyı her iki ön kolun dinlenme pozisyonunda konumlandırılabileceği rahat bir sandalyeye oturtun. Bobinin kafasına rahatça yerleştirilebilmesi için katılımcının uygun açıda olduğundan emin olun.
  3. Hastanın gözlüklerini, saç tokalarını veya tokalarını, ayrıca küpeleri veya diğer metal ve/veya elektronik cihazları çıkarmasını sağlayın. Kulak tıkaçları sağlayın ve bunların doğru ve sabit bir şekilde yerleştirildiğinden emin olun. Katılımcıya uyanık, sessiz ve rahat kalmasını söyleyin. Fizyolojik sinyaldeki dalgalanmaları mümkün olduğunca azaltmak için katılımcının her zaman uyanık olduğundan emin olun.
  4. Elektrot-cilt arayüzünün kalitesini artırmak ve elektrik sinyalinin iletkenliğini iyileştirmek için, alanı su zımpara kağıdı ile hafifçe ovalayarak ve ardından alkol gömülü gazlı bez35 ile hızlı bir şekilde durulayarak FDI üzerindeki cildi temizleyin. Bu prosedürü karşı dirsek üzerinde tekrarlayın. Cilt kuruduktan sonra, sıfır voltajlı bir referans noktası sağlamak için toprak elektrodunu dirseğin üzerine yerleştirin ve kayıt elektrodunu DYY üzerinde, merkezi kas tendonu yönünde yaklaşık 2,5 cm olacak şekilde karşı tarafa yerleştirin (bkz. Şekil 2).
  5. TMS stimülasyon bölgesinin konumu için referanslar çizmek için katılımcıların kafasına bir bone yerleştirin:
    1. Katılımcının kafasına ön-arka yönde bir bone yerleştirin. Başlığın öndeki katılımcının kaş çizgisiyle ve her iki taraftaki kulak sarmalının köküyle hizalandığından emin olun. Kulakları serbest ve açıkta bırakarak kafa derisinin üzerine yerleştirin.
    2. Tepe noktasındaki kesişme noktasını elde etmek için medial sagital çizgiyi ve intertragus çizgisini başlığa çizin (Şekil 3A, B).
    3. Kesişme noktasından, 2 ek nokta tanımlamak için intertragus çizgisinde sola ve sagital çizgide öne doğru 5 cm ölçün (Şekil 3C, D).
    4. Lateral noktayı medial anterior noktaya bağlamak için çapraz bir çizgi çizin (Şekil 3E).
    5. Yanal noktadan başlayarak, motor sıcak noktasının ilk tahminini işaretlemek için diyagonal çizgi üzerinde antero-medial yönde 2,5 cm ölçün (Şekil 3F).
    6. Motor etkin noktası için ek test noktaları sağlamak için bu ilk tahminin etrafında 0,5 cm'lik bir yarıçap içinde 4 nokta işaretleyin. Motor sıcak noktası için dikkate alınan bölgeyi işaretleyin (kırmızı çizgi) (Şekil 3E, F).
  6. Katılımcı için nöronavigasyon sistemini kurun.
    1. Elastik kafa bandını katılımcının kafasına yerleştirin ve oturum boyunca yerinde kalması gerektiğinden işaret şeridinin kameraya baktığından ve rahat olduğundan emin olun.
    2. Standart bir MNI alanı ve anatominin diğer yönleri kullanılıyorsa, sistemin stimülasyon hedeflerini katılımcının baş anatomisine (nazion, tragus, kafa derisi yer işaretleri ve kafa şekli) göre hizalamasına ve izlemesine olanak tanıyacak olan katılımcının kafasındaki önemli anatomik işaretleri (nazion, sol ve sağ tragus ve kafa şekli noktaları) tanımlamak için işaretçiyi kullanın, bireyselleştirilmiş MRI taramaları kullanılıyorsa beyin anatomisi dahil. Bu, TMS prosedürü sırasında bobin konumlandırmasının bireysel anatomiye göre doğru olmasını sağlar (Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1, adım 3'e bakın).

3. TMS-EMG fizyolojisi değerlendirmesi

  1. EMG veri toplama için BONSAI komut dosyası42'yi çalıştırmaya başlayın. Kayıt sırasında katılımcıyı yüz kasılması, uzuv hareketi, başlığın yanlışlıkla yeniden konumlandırılması veya katılımcının fizyolojisini ve fizyolojik veri toplamasını etkileyebilecek diğer davranışlar açısından izleyin.
  2. Motor sıcak noktasını ölçün.
    1. TMS bobinini, tutamak orta sagital çizgiye göre 45°'lik bir açıyla arkaya bakacak ve merkezi adım 2.5'te işaretli konumun üzerine gelecek şekilde katılımcının kafa derisine teğet olarak yerleştirin - bu konum tüm TMS prosedürleri için kullanılacaktır.
    2. İlk motor sıcak nokta tahmini üzerinden MSO'nun %30'unda darbeler uygulayın.
    3. Tutarlı bir motor tepkisi gözlenene kadar stimülasyon yoğunluğunu MSO'nun %5-10'luk adımlarıyla artırın.
    4. Daha tutarlı bir şekilde daha yüksek genlikli MEP'lerle sonuçlanan konumu belirlemek için ilk tahminde ve onu çevreleyen birkaç yerde tek darbeler uygulayın ve mümkün olduğunda, görünür daralmanın DYY ile sınırlı olduğu yerler - bu, DYY (MH) için motor sıcak noktasıdır.
    5. Nöronavigasyon sistemi yazılımında, daha fazla stimülasyona rehberlik etmek için MH'yi belirleyen nabzı seçin.
  3. rMT'yi oluşturun.
    1. Bobini adım 3.2'de bulunan MH'ye yönlendirmek için nöronavigasyon sistemini kullanın - rMT, burada iletilen 10 TMS tek darbesinden en az 5'inde kontralateral FDI'de en az 50 μV'luk MEP'leri ortaya çıkarmak için gereken minimum % MSO'dur ve yaklaşık olarak 5 saniyelik bir interstimülus aralığı ile ayrılmıştır.
    2. MH'yi tanımlamak için kullanılan % MSO'dan başlayarak, 10 TMS tek darbesinden 5'inden daha azı kontralateral DYY'de en az 50 μV'luk bir yanıt ortaya çıkarana kadar yoğunluğu %2'lik adımlarla azaltın.
    3. 10 TMS tek darbesinden en az 5'i kontralateral DYY'de en az 50 μV'luk bir yanıt ortaya çıkarana kadar MSO'yu %1'lik adımlarla artırın.
    4. rMT için % MSO'yu kaydedin.
  4. Maksimum istemli kas aktivasyonunu belirleyin.
    1. Hastaya, işaret tırnağını başparmağının karnına maksimum güçle iterek bir daire şekli oluşturarak birinci dorsal interosseöz (FDI) kasın maksimum istemli kas aktivasyonunu üretmesini söyleyin.
    2. Katılımcı kas kasılmasını başlattıktan yaklaşık 2 saniye sonra, BONSAI komut dosyasını çalıştıran bilgisayardaki boşluk çubuğuna basarak, elektrot hareketinden kaynaklanan ilk aktivite artışını ve ani yükselmeleri atlayarak ilgili zaman noktasını kaydedin.
    3. Yorgunluğu önlemek ve iyileşmeyi sağlamak için her kasılma 1 dakikalık bir dinlenme süresiyle ayrılarak işlemi üç kez tekrarlayın.
  5. aMT'yi oluşturun.
    1. Bobini adım 3.2'de bulunan MH'ye yönlendirmek için nöronavigasyon sistemini kullanın - aMT, hafif istemli kasılma sırasında burada iletilen 10 TMS tek darbesinden en az 5'inde en az 200 μV tepeden tepeye genlikli MEP'ler üreten minimum % MSO'dur.
    2. Katılımcıdan, devam eden kasılmayı izlemek ve gerçek zamanlı geri bildirim sağlamak için EMG'yi kullanarak MViC'nin %10 ila %20'si arasında bir submaksimal kasılmayı sürdürmesini isteyin (Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1, adım 1'e bakın).
    3. rMT için MSO'nun %'sinden başlayarak, 10 TMS tek darbesinden 5'inden daha azında en az 200 μV'luk MEP'ler üretilene kadar yoğunluğu %2'lik adımlarla azaltın.
    4. 10 TMS tek darbesinden en az 5'inde en az 200 μV'luk MEP'ler üretilene kadar MSO'yu %1'lik adımlarla artırın.
    5. aMT için % MSO'yu kaydedin.
  6. Temel kortikal uyarılabilirliği tanımlayın.
    NOT: Bu aşama, katılımcının temel MEP'inin genliğini belirlemeyi ve sonraki karşılaştırmalar için bir referans görevi görmeyi amaçlamaktadır.
    1. Adım 3.2'de tanımlandığı gibi bobini motor etkin noktası üzerinde doğru bir şekilde konumlandırmak için nöronavigasyon sistemini kullanın.
    2. Yüzey EMG elektrotlarının hedef kas üzerine doğru şekilde yerleştirildiğini doğrulayın (örneğin, birinci dorsal interosseöz) ve sinyal kalitesini doğrulayın (minimum gürültü ve net MEP'ler)
    3. Tek darbeli stimülasyon protokolünü TMS cihazına yükleyin.
    4. Önceden tanımlanmış rMT'yi yerleştirin ve protokolü başlatın (adım 1.6.1'de açıklanan stimülasyon parametreleri).
    5. 40 MEP'in tepeden tepeye genliklerinin ortalamasını alarak temel kortikal uyarılabilirliği değerlendirin.
      NOT: Tepeden tepeye genlik, her bir MEP dalga formunun minimum ve maksimum noktaları arasındaki voltaj farkı olarak tanımlanır. Daha ileri analizler için, MEP genlikleri, önceki literatürde32 açıklanan prosedürleri izleyerek bireyler arası değişkenliği kontrol etmek için başlangıç değerlerine normalleştirilebilir.
  7. Kortikal uyarılabilirlik modülasyon protokolünü uygulayın.
    NOT: Bu adım, kortikal uyarılabilirliği modüle etmek için bir iTBS protokolü sunmayı içerir.
    1. TMS cihazına iTBS protokolünü yükleyin.
    2. Önceden tanımlanmış aMT'yi takın ve protokolü başlatın (adım 1.6.2'de açıklanan stimülasyon parametreleri).
    3. iTBS protokolünün bitiminden hemen sonra, stimülasyon sonrası aralıkları izlemek için bir kronometre başlatın.
  8. Kortikal uyarılabilirlik modülasyonunu değerlendirin.
    1. T0, yani kortikal uyarılabilirlik modülasyon protokolünün bitiminden hemen sonra, adım 3.6'da açıklandığı gibi %120 rMT kullanarak tek darbeli stimülasyon protokolünü yeniden uygulayın.
    2. İşaretçiyi nasion üzerine yerleştirerek ve nöronavigasyon sistemi yazılımında hizalamayı doğrulayarak nöronavigasyon doğruluğunu doğrulayın. Uzamsal sapmanın < 5 mm olduğundan emin olun. Değeri kaydedin.
    3. T10, T20 ve T30, yani kortikal uyarılabilirlik modülasyon protokolünden 10, 20 ve 30 dakika sonra - adım 3.8.1'deki gibi tek darbeli stimülasyon protokolünü tekrarlayın. Adım 3.8.2'deki gibi nöronavigasyon doğruluğunu yeniden doğrulayın.
    4. Son stimülasyon bloğunun tamamlanmasının ardından BONSAI komut dosyasını durdurun. Yazılımdaki nöronavigasyon oturumunu sonlandırın. Bir "bin." bonsai veri alımından dosya oluşturulur.
    5. Modülasyon sonrası zaman noktalarında (T0, T10, T20 ve T30) taban çizgisi ile aynı prosedürü kullanarak, yani her zaman noktasında kaydedilen 40 MEP'in tepeden tepeye genliklerinin ortalamasını alarak kortikal uyarılabilirliği değerlendirin. Bu, modülasyon protokolünü takiben taban çizgisine göre uyarılabilirlik değişikliklerinin karşılaştırılmasına izin verir.
    6. Kortikal uyarılabilirlik modülasyonunun hesaplanması: Her müdahale sonrası zaman noktasında kaydedilen MEP'lerin ortalama genliği (T0, T10, T20, T30) ile başlangıçta kaydedilen MEP'lerin ortalama genliği arasındaki fark olarak tanımlanan delta MEP'i (ΔMEP) hesaplayarak stimülasyon protokolü tarafından indüklenen kortikal uyarılabilirlik modülasyonunu ölçün. Bu ölçüm, iTBS protokolü tarafından indüklenen kortikal uyarılabilirlik değişikliklerinin büyüklüğünün ve süresinin değerlendirilmesine izin verir.
       figure-protocol-1
  9. Katılımcıyı herhangi bir rahatsızlık hakkında sorgulayın ve seanstan sonra herhangi bir ihtiyaç veya soru ortaya çıkarsa iletişim için araçlar sağlayın.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, farklı EMG sistemleri ve TMS kurulumları arasında genelleştirilebilir kalırken kortikospinal uyarılabilirliğin güvenilir ve tekrarlanabilir bir değerlendirmesini sağlamak üzere tasarlanmıştır. Çalışmalar arasında yaygın olarak doğrulanmış, tekrarlanabilir ve karşılaştırılabilir olduğu için geleneksel eşik avı prosedürünü tercih ederken, alternatif yöntemlerin de iyi kurulmuş olduğunu kabul ettik (örneğin, sıralı testlerle parametre tahminine dayalı eşik avlama yöntemleri)43,44. Toplam 40 tek darbeli TMS uyaranının toplanması, bazı darbeler bir yanıt20 ortaya çıkaramasa bile, MEP genliğinin güvenilir bir tahmini için yeterli MEP'nin kaydedilmesini sağlar. Nabızlar arasındaki aralıklar, önceki uyaranlardan21 taşınma etkilerini önlemek ve nabız dizisini tahmin edilemez hale getirerek beklenti kaslarının ön aktivasyonunu azaltmak için minimum 6 s ile randomize edilir. %120 rMT'lik tek darbeli TMS yoğunluğunun kullanılması, katılımcılar arasında tutarlı bir şekilde iTBS'nin neden olduğu plastisite değişikliklerini yakalarken ölçülebilir MEP'leri ortaya çıkaran köklü bir standarttır. Filtreleme, artefakt giderme ve arka plan kas aktivitesinin izlenmesi dahil olmak üzere çevrimdışı EMG işleme, ölçülen MEP'lerin gürültüden ziyade gerçek kortikospinal uyarılabilirliği yansıtmasını ve kas ön aktivasyonundan etkilenmemesini sağlar (ayrıntılar için Ek Dosya 1, adım 4'e bakın). Bu protokolü kullanarak 30 dakikadan fazla bir süre boyunca iTBS Sonrası MEP'leri elde etmek mümkün olsa da, veri toplamayı iTBS sonrası T30'da sonlandırmayı seçtik, bu da bu protokolden kaynaklanan LTP benzeri plastisitenin ağırlıklı olarak bu pencerede meydana geldiğine dair kanıtlarla tutarlıdır32. Genel olarak protokol, belirli cihazlardan veya yazılımlardan bağımsız olarak tekrarlanabilirliği, güvenilirliği ve kavramsal genelleştirilebilirliği vurgular.

TMS oturumlarına katılan tüm personel, katılımcıların refahını sağlamak için kurumsal güvenlik protokolleri konusunda eğitilmelidir. Seans sırasında, bir katılımcı baş dönmesi gibi hafif semptomlar bildirirse, seans duraklatılmalı, katılımcıya su verilmeli ve/veya gerekirse bacakları kaldırılarak yatırılmalıdır. Uygun şekilde bir hemşire veya doktorla iletişime geçilmelidir. Seans sırasında veya kısa bir süre sonra baş ağrısı oluşabilir. Katılımcılar bunun beklendiği konusunda bilgilendirilmeli ve gerekirse reçetesiz satılan basit analjezikler alabilirler. Baş ağrısı devam ederse, araştırma ekibiyle iletişime geçilmelidir. Nadir görülen bir nöbet durumunda, seans derhal durdurulmalı ve kurumsal protokollere göre acil durum prosedürleri başlatılmalıdır.

47 sağlıklı gönüllüden veriler, burada açıklanan yapılandırılmış ve standartlaştırılmış protokol kullanılarak toplandı. Kortikal uyarılabilirlik değerlendirmelerinin güvenilirliğini artırmak için tasarlanan bu metodoloji, gerçekten de 6 hafta arayla yapılan iki değerlendirmede tutarlı sonuçlar verdi37. MEP genliğinin iTBS sonrası değişimi (ΔMEP) ile değerlendirildiği gibi, sol motor korteks uyarılabilirliğinde önemli bir modülasyon ilk değerlendirmede T0, T10 ve T20'de gözlenirken, T30'daki etki anlamlılığa ulaşmadı (T0: W = 259, p < 0.01, r = 0.42; T10: W = 320, p < 0.01, r = 0.51; T20: W = 291, p < 0.01, r = 0.46; T30: W = 190, p = 0.06, r = 0.32) ve 6 hafta sonra tüm zaman noktalarında (T0: W = 293, p < 0.01, r = 0.48; T10: W = 278, p < 0.01, r = 0.46; T20: W = 315, p < 0.01, r = 0.52; T30: W = 275, p < 0.01, r = 0.45), zaman boyunca sağlam uyarılabilirlik modülasyonunu gösterir (Şekil 4A). T0'daki uyarılabilirlik modülasyonunun kararlılığı, 0.67'lik bir ICC (%95 GA = 0.31-0.85; p < 0.01) ile daha da desteklendi ve iTBS'den sonraki erken anlarda orta ila iyi test-tekrar test güvenilirliği gösterdi (Şekil 4B). Bununla birlikte, T10, T20 ve T30'da kortikal uyarılabilirliğin zamansal güvenilirliği gözlenmedi, bu da daha sonraki zaman noktalarında plastisite benzeri fenomenleri değerlendirmek için bu protokolün uygulanmasının sınırlamalarını düşündürdü. Ayrıca, aMT, rMT ve başlangıç MEP genliği dahil olmak üzere temel nörofizyolojik parametreler çalışma süresi boyunca sabit kaldı ve protokolün iç tutarlılığını ve prosedürel güvenilirliğini daha da vurguladı. Son olarak, el kullanımı, durumluk kaygı, TMS etkilerine ilişkin beklenti, cinsiyet ve yaş gibi potansiyel kafa karıştırıcı faktörlerin etkisi sistematik olarak değerlendirildi. Seybert ve ark.'da37 bildirildiği gibi, bu değişkenler ile kortikal uyarılabilirlik modülasyonu arasında anlamlı bir ilişki bulunmamıştır, bu da gözlemlenen etkilerin ve protokolün bireysel özellikler arasındaki sağlamlığını desteklemektedir.

figure-results-1
Şekil 1: Sol M1 uyarılabilirliği ve modülasyon değerlendirmesi - deneysel protokole genel bakış. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Birinci Dorsal İnterosseöz (FDI) kas üzerinde EMG kaydı için elektrot konumlandırma. (a) işaret parmağı; (b) tendon bölgesi; (c) DYY kas göbeği; (d) başparmak. Aktif elektrot, DYY'nin göbeğine yerleştirilir ve ikinci elektrot, tendona doğru yaklaşık 2,5 cm distalde konumlandırılır. Referans elektrot karşı dirseğe yerleştirilmelidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Kapak işaretleme prosedürü. (A,B) Anatomik referans çizgilerinin tanımlanması: medial sagital çizgi ve intertragus çizgisi ve tepe noktasının belirlenmesi; (C,D) Tepe noktasından, intertragus çizgisi boyunca yanal olarak cm (solda) ve sagital çizgi boyunca anteriorda 5 cm ölçülerek iki referans noktası işaretlenir; (E) Yanal noktayı ön noktaya bağlayan çapraz bir çizginin oluşturulması. Köşegen boyunca, motor sıcak noktasının ilk tahminini temsil eden, lateral noktadan antero-medial yönde 2,5 cm bir nokta işaretlenmiştir. İlk tahminin 0,5 cm'lik bir yarıçapı içinde dört ek noktayı işaretleyerek, motor eşik belirleme için bir stimülasyon bölgeleri kümesi oluşturarak sıcak nokta tahmininin iyileştirilmesi; (F) Motor sıcak noktasının oluşturulması ve kapakta ilgili işaretleme (Kırmızı çizgi). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Çalışmanın temsili sonuçları. (A) Başlangıç ve takip seansı sırasında T0, T10 ve T20'de MEP genliğindeki (ΔMEP) değişikliklerle yansıtılan, iTBS'yi takiben sol motor korteks uyarılabilirliğinin modülasyonu; (B) 0'lik bir sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC) ile gösterilen T0.67'da test-tekrar test güvenilirliği (%95 GA: 0.31-0.85; p < 0.01), uyarılabilirlik modülasyonunda orta ila iyi tutarlılığı destekler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Protokolün ek ayrıntıları. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, EMG ile birlikte TMS kullanarak M1'in kortikal uyarılabilirliğini ve uyarılabilirlik modülasyonunu değerlendirmek için bir metodolojiyi açıklayan kapsamlı ve titizlikle yapılandırılmış bir protokol sunuyoruz. Deney düzeneğinin hazırlanması ve nöronavigasyon sisteminin kalibrasyonu, TMS ve EMG ekipmanının konfigürasyonu ve MH, rMT ve aMT'yi tanımlamak için standartlaştırılmış prosedürler dahil olmak üzere deneysel oturumun optimal yürütülmesi için gerekli tüm adımları ayrıntılı olarak açıklar. Protokolün bu hazırlık adımları, kortikal uyarılabilirliğin temel değerlendirmesi, iTBS uygulaması yoluyla nöromodülasyon ve ortaya çıkan modülasyonu ölçmek için kortikal uyarılabilirliğin yeniden değerlendirilmesi dahil olmak üzere son adım dizisi için gereklidir.

Bu metodolojinin önemli bir gücü, geçmiş çalışmalarda bulunan sınırlamaların çoğunu ele alan yüksek derecede standardizasyon ve titizliktir. Bu alandaki geçmiş çalışmalar genellikle metodolojik tutarsızlıktan, yöntemlerin sınırlı tanımından ve yüksek konu içi ve denekler arası değişkenlikten muzdariptir35. Metodolojik değişkenlik, toplanan MEP'lerin sayısını20, IPI21 ve bulguların tekrarlanabilirliğini tehlikeye atmış olabilecek EMG filtreleme yöntemlerini içerir34. Burada açıklanan protokol, hassas bobin yerleşimi39 sağlamak için nöronavigasyonu dahil ederek, doğrulanmış EMG prosedürlerini34 kullanarak ve stimülasyon ve sinyal toplama45 için yerleşik en iyi uygulamaları benimseyerek metodolojik tuzaklardan kaçınır. Bu prosedürlerin her birinin spesifik katkısı ölçülmemiş olsa da, bu unsurların toplu olarak uygulanması, önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında gözlemlenen etkilerin stabilitesini ve güvenilirliğini artırdı 25,26,27,28,29,30.

Metodolojik titizlik ve standardizasyon güvenilir ölçümlerin temelini oluştururken, katılımcı hazırlığı ve oturum yönetiminin pratik yönleri, elde edilen verilerin kalitesini etkileyen en önemli protokol adımlarından bazılarıdır. Elektrot yerleşimi için uygun cilt temizliği, elektrotların bitişik ve güvenli bir şekilde yerleştirilmesini sağlamak ve nöronavigasyon kafa bandının rahat ama sıkı bir şekilde oturduğunun doğrulanması, seanstan seansa değişkenliği en aza indirmek için kritik öneme sahiptir. Seans boyunca, artefaktları önlemek ve yüksek kaliteli kayıtları sürdürmek için uyanıklık, el hareketi ve elektrot stabilitesi dahil olmak üzere katılımcı durumunun sürekli izlenmesi gereklidir. TMS-EMG verilerinin alınmasında sorunlar olduğunda, bobin konumlandırma veya stimülasyon parametrelerinde ayarlamalar yapmak önemlidir. EMG sinyal kalitesinin düzenli olarak doğrulanması, sinyal düşüşü, elektrot ayrılması veya küçük navigasyon kayması gibi yaygın teknik sorunların çözümü için gereklidir. Bobinin ince bir şekilde yeniden konumlandırılması, kararlı elektrot temasının sağlanması veya nöronavigasyon sisteminin yeniden kalibre edilmesi çoğu zaman sinyal kalitesini eski haline getirebilir ve tutarlılığı koruyabilir. En iyi çabalara rağmen sinyal veya katılımcıyla ilgili değişkenlikteki bazı dalgalanmaların kaçınılmaz olabileceğini kabul etmek de önemlidir. Bu gibi durumlarda, güvenilir ve yorumlanabilir sonuçların elde edilmesini sağlamak için veri bütünlüğünden ödün vermek yerine oturumu duraklatmak, kritik ölçümleri tekrarlamak ve hatta yeniden planlamak tercih edilebilir.

Bu protokol kullanılarak elde edilen sonuçlar, iTBS uygulandıktan sonra sol M1'deki kortikal uyarılabilirliğin önemli ölçüde modüle edildiğini gösterdi. Bu modülasyon, 6 hafta sonra benzer şekilde belirgindi, uyarılabilirlik modülasyonunun ölçüsü, yalnızca iTBS'den hemen sonra değerlendirildiğinde birey içi stabiliteyi ortaya çıkardı ve bu da zamansal olarak spesifik bir stabilite penceresi önerdi. Özellikle, uyarılabilirlik etkileri daha sonraki zaman noktalarında tutarlı bir şekilde korunmadı, bu muhtemelen zaman içinde artan değişkenlikten kaynaklanan bir sınırlama25,27. Bu gözlem, kortikal uyarılabilirlik ölçümlerinin zamanlamasının, özellikle teşhis veya öngörü amaçlı bir biyobelirteç olarak potansiyel rolü göz önüne alındığında kritik olduğu fikrini güçlendirmektedir. Gerçekten de, motor korteks uyarılabilirliği ve korteks uyarılabilirlik modülasyonunun (ΔMEP) klinik bir belirteç olarak kullanılmasına yönelik uzun süredir devam eden ilgiye rağmen, uygulaması zayıf güvenilirlik ve yüksek değişkenlik nedeniyle sınırlı kalmıştır. Bazı çalışmalar orta düzeyde tekrarlanabilirlik bildirirken, diğerleri ΔMEP'in klinik kullanım için gerekli stabiliteden yoksun olduğunu bulmuştur18,19. Mevcut protokol, uyarılabilirliği tutarlı bir şekilde ölçmek için tekrarlanabilir bir çerçeve sağlayarak bu sorunla doğrudan yüzleşmektedir. Sağlam bir TMS-EMG metodolojisi aynı zamanda hem sağlık hem de hastalıkta altta yatan nörobiyolojik mekanizmalara ilişkin değerli bilgiler sağlayarak insan motor korteksindeki nöroplastisite benzeri olayların güvenilir bir şekilde değerlendirilmesini kolaylaştırır. Spesifik olarak, iTBS'nin Uzun Süreli Güçlendirme benzeri süreçleri devreye soktuğu, sinaptik etkinlikte NMDA reseptörüne bağlı artışları indüklediği, inhibitör internöronları modüle ettiği ve stimülasyon sonrası MEP genliklerini toplu olarak artıran kortikal disinhibisyonu teşvik ettiği düşünülmektedir24. Bu yorum, hayvan modellerinden elde edilen kanıtlarla tutarlıdır. Kemirgenlerde ve insan olmayan primatlarda, TBS'nin kortikospinal uyarılabilirlik ve sinaptik güçte uzun süreli güçlenmeyi indüklediği ve türler12 arasında homolog plastisite benzeri mekanizmalar gösterdiği gösterilmiştir. Bu nedenle, insanlarda iTBS'yi takiben MEP'lerde gözlemlenen değişiklikler, muhtemelen güçlü translasyonel temellendirme ile plastisite ile ilgili nöral süreçleri yansıtmaktadır.

Burada ayrıntıları verilen standartlaştırılmış TMS-EMG metodolojisi, iTBS gibi nöromodülatör protokolleri değerlendirmenin ötesinde, çeşitli uygulamalar için umut vaat ediyor. Motor öğrenme paradigmalarında, kortikospinal uyarılabilirlikteki değişiklikler, beceri kazanımı ve nöroplastisite için biyobelirteçler olarak hizmet edebilir. Örneğin, çalışmalar görsel-motor öğrenmenin kortikospinal uyarılabilirliği arttırdığını ve altta yatan sinirsel adaptasyonları yansıttığını göstermiştir46. İnme rehabilitasyonunda, kortikospinal uyarılabilirliğin değerlendirilmesi, etkilenen motor kortekste uyarılabilirliği artırmak için kullanılan TMS neurofeedback ile terapötik stratejileri bilgilendirebilir ve potansiyel olarak iyileşmeye yardımcı olabilir47. Farmakolojik olarak, TMS-EMG değerlendirmeleri, madde kaynaklı kortikal uyarılabilirlik değişikliklerini tespit edebilir ve CNS etkileri hakkında fikir verebilir48. Ek olarak, kortikospinal uyarılabilirlikte yaşa bağlı farklılıklar belgelenmiştir, yaşlı yetişkinler genellikle motor performansı ve öğrenmeyi etkileyebilecek azalmış uyarılabilirlik sergiler49. Bu standartlaştırılmış protokolün uygulamasını bu alanlara genişleterek, araştırmacılar farklı bağlamlar ve popülasyonlar arasında kortikospinal dinamikler hakkında daha kapsamlı bir anlayış kazanabilirler.

Bu nedenle, bu protokolün kortikal plastisitenin güvenilir biyobelirteçlerini oluşturmayı amaçlayan gelecekteki araştırmalar için değerli bir temel sunduğunu öneriyoruz. Özellikle, çalışmalar bu etkileri klinik gruplar da dahil olmak üzere daha büyük ve daha çeşitli popülasyonlarda tekrarlamaya çalışmalıdır. Gelecekteki araştırmalar, iTBS'den hemen sonra ölçülen kortikal uyarılabilirliğin, örneğin tedavi yanıtının tahmininde tanısal duyarlılığın yanı sıra prognostik özellikleri anlamak için sağlıklı ve klinik profiller arasında tutarlı bir şekilde ayrım yapıp yapamayacağını değerlendirmelidir. Sonuç olarak, burada açıklanan metodoloji, kortikal uyarılabilirlik değerlendirmesinin standardizasyonunda önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bu protokol, yaygın değişkenlik kaynaklarını azaltarak ve deneysel tasarımda kesinliği vurgulayarak, kortikal plastisite benzeri fenomenleri ve potansiyel klinik uygulamalarını incelemek için sağlam ve tekrarlanabilir bir yaklaşım sağlar.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

AJO-M, bilişsel testlerin normlanması ve doğrulanması için Schuhfried GmBH'den bir hibe almıştır ve Compass Pathways, Ltd sponsorluğunda tedaviye dirençli depresyon için psilosibin tedavisi denemelerinin Portekiz ulusal koordinatörüdür (EudraCT numarası 2017-003288-36 ve 2020-001348-25) ve Janssen-Cilag, Ltd sponsorluğunda tedaviye dirençli depresyon için esketamin (EudraCT NUMARASI: 2019-002992-33); MSD, Neurolite AG, Janssen Pharmaceuticals, Angelini Pharma ve Avrupa Uyuşturucu ve Uyuşturucu Bağımlılığı İzleme Merkezi'nden toplantılara katılmak ve danışma kurullarına katılmak için ödeme, ücret veya destek almış; Bioprojet Pharma ve NaturalX Health Ventures'tan danışmanlık ücreti almıştır (tümü gönderilen çalışma dışında); Portekiz Psikiyatri ve Ruh Sağlığı Derneği'nin Başkan Yardımcısıdır; Portekiz Tabipler Birliği ve Portekiz Sağlık Bakanlığı'nda Ulusal Tıbbi Muayene Kurulu için Psikiyatri Çalışma Grubu başkanıdır; Kamu Bağımlılık Davranışları ve Bağımlılık Enstitüsü Etik Komitesi Başkanıdır; ve Portekiz Obsesif Kompulsif Bozukluk Vakfı Bilimsel Konseyi Başkanıdır. Geri kalan yazarlar, gönderilen çalışma dışındaki ilgili finansal faaliyetler ve okuyucuların etkilediğini algılayabilecekleri veya yazılanları potansiyel olarak etkiliyormuş gibi görünen diğer ilişkiler veya faaliyetler de dahil olmak üzere, bu çalışmayla ilgili herhangi bir potansiyel çıkar çatışması olmadığını beyan ederler. Bu kurumların hiçbirinin çalışmanın tasarımında ve yürütülmesinde, verilerin toplanmasında, yönetilmesinde, analizinde ve yorumlanmasında, makalenin hazırlanmasında, gözden geçirilmesinde veya onaylanmasında veya makalenin gönderilmesi kararında rolü yoktu.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, bu çalışma için gerekli kaynakları ve teknik desteği sağladığı için Champalimaud Vakfı'ndaki Bilimsel Donanım ve Yazılım Geliştirme Platformu'nun yardımını minnetle kabul eder. DRS (2023.05754.BD) ve FFV (2024.00723.BD), Fundação para a Ciência e Tecnologia'nın doktora burslarıyla finanse edilmektedir. GC, Beyin & Davranış Araştırma Vakfı'ndan 2023 NARSAD Genç Araştırmacı Bursu tarafından desteklenmektedir. AJO-M, her ikisi de Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 Araştırma ve İnovasyon Programı tarafından finanse edilen Avrupa Araştırma Konseyi'nden bir Başlangıç Hibesi (hibe sözleşmesi no. 950357) ve PsyPal projesi (hibe sözleşmesi no. 875358) tarafından desteklenmektedir. GC ve AJO-M, Avrupa Araştırma Konseyi'nden bir Kavram Kanıtlama Hibesi (hibe sözleşmesi no. 101158262) ile desteklenmektedir. Bu çalışmanın içeriği yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve herhangi bir fon kuruluşunun resmi görüşlerini temsil etmeyebilir.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Fizyolojik veri toplama için BONSAI yazılımı ("MT_ACQ.bonsai" scipt)Bonsaihttps://bonsai-rx.org/
Champalimaud Foundation 'nin Bilimsel Donanım Geliştirme Platformu tarafından geliştirilen elektromiyografi (EMG);Champalimaud Araştırmalarıhttps://www.cf-hw.org/homeBilimsel Donanım ve Yazılım Geliştirme Platformu web sitesi: https://www.cf-hw.org/home
Cool-B65 sekiz şekilli bobinli MagPro X100 uyarıcıMagventureUyarıcı: 9016E0731;   coil:9016E0491
Visor2 nöronavigasyon sistemiANT NeuroAynı şirketten Yazılım ve Donanım

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  2. Badawy, R. A. B., Loetscher, T., Macdonell, R. A. L., Brodtmann, A. Cortical excitability and neurology: insights into the pathophysiology. Funct Neurol. 27 (3), 131-145 (2012).
  3. Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Interindividual variability of the modulatory effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on cortical excitability. Exp Brain Res. 133 (4), 425-430 (2000).
  4. Polanía, R., Nitsche, M. A., Ruff, C. C. Studying and modifying brain function with non-invasive brain stimulation. Nat Neurosci. 21 (2), 174-187 (2018).
  5. Peinemann, A., et al. Long-lasting increase in corticospinal excitability after 1800 pulses of subthreshold 5 Hz repetitive TMS to the primary motor cortex. Clin Neurophysiol. 115 (7), 1519-1526 (2004).
  6. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 123 (5), 858-882 (2012).
  7. Pascual-Leone, A., Tarazona, F., Keenan, J., Tormos, J. M., Hamilton, R., Catala, M. D. Transcranial magnetic stimulation and neuroplasticity. Neuropsychologia. 37 (2), 207-217 (1998).
  8. Luck, S. J. An Introduction to the Event-Related Potential Technique. , MIT Press. Cambridge. (2014).
  9. Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature. 453 (7197), 869-878 (2008).
  10. Farina, D., Merletti, R. Surface Electromyography: Physiology, Engineering and Applications. , IEEE Press, Wiley. Hoboken. (2016).
  11. Feldman, D. E. Synaptic mechanisms for plasticity in neocortex. Annu Rev Neurosci. 32 (1), 33-55 (2009).
  12. Cirillo, G., et al. Neurobiological after-effects of non-invasive brain stimulation. Brain Stimul. 10 (1), 1-18 (2017).
  13. Castricum, J., Birkenhager, T. K., Kushner, S. A., Elgersma, Y., Tulen, J. H. M. Cortical inhibition and plasticity in major depressive disorder. Front Psychiatry. 13, 777422(2022).
  14. Hinchman, C. A., et al. Corticomotor plasticity as a predictor of response to high frequency transcranial magnetic stimulation treatment for major depressive disorder. J Affect Disord. 303, 114-122 (2022).
  15. Oliveira-Maia, A. J., et al. Modulation of motor cortex excitability predicts antidepressant response to prefrontal cortex repetitive transcranial magnetic stimulation. Brain Stimul. 10 (4), 787-794 (2017).
  16. Pittenger, C., Duman, R. S. Stress, depression, and neuroplasticity: a convergence of mechanisms. Neuropsychopharmacology. 33 (1), 88-109 (2008).
  17. Player, M. J., et al. Neuroplasticity in depressed individuals compared with healthy controls. Neuropsychopharmacology. 38 (11), 2101-2108 (2013).
  18. Vignaud, P., Damasceno, C., Poulet, E., Brunelin, J. Impaired modulation of corticospinal excitability in drug-free patients with major depressive disorder: a theta-burst stimulation study. Front Hum Neurosci. 13, 72(2019).
  19. Bajwa, S., et al. Impaired interhemispheric interactions in patients with major depression. J Nerv Ment Dis. 196 (9), 671-677 (2008).
  20. Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 320, 205-209 (2016).
  21. Pellicciari, M. C., Miniussi, C., Ferrari, C., Koch, G., Bortoletto, M. Ongoing cumulative effects of single TMS pulses on corticospinal excitability: an intra- and inter-block investigation. Clin Neurophysiol. 127 (1), 621-628 (2016).
  22. Fitzgerald, P. B., Fountain, S., Daskalakis, Z. J. A comprehensive review of the effects of rTMS on motor cortical excitability and inhibition. Clin Neurophysiol. 117 (12), 2584-2596 (2006).
  23. Blumberger, D. M., et al. Effectiveness of theta burst versus high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with depression (THREE-D): a randomised non-inferiority trial. Lancet. 391 (10131), 1683-1692 (2018).
  24. Huang, Y. Z., et al. Effect of physiological activity on an NMDA-dependent form of cortical plasticity in human. Cereb Cortex. 18 (3), 563-570 (2008).
  25. Hinder, M. R., et al. Inter- and intraindividual variability following intermittent theta burst stimulation: implications for rehabilitation and recovery. Brain Stimul. 7 (3), 365-371 (2014).
  26. Corp, D. T., et al. Large-scale analysis of interindividual variability in theta-burst stimulation data: results from the 'Big TMS Data Collaboration. Brain Stimul. 13 (6), 1476-1488 (2020).
  27. Jannati, A., et al. Test-retest reliability of the effects of continuous theta-burst stimulation. Front Neurosci. 13, 447(2019).
  28. Schilberg, L., Schuhmann, T., Sack, A. T. Interindividual variability and intraindividual reliability of intermittent theta burst stimulation-induced neuroplasticity mechanisms in the healthy brain. J Cogn Neurosci. 29 (6), 1022-1032 (2017).
  29. Vallence, A. M., et al. Inter- and intra-subject variability of motor cortex plasticity following continuous theta-burst stimulation. Neuroscience. 304, 266-278 (2015).
  30. Vernet, M., et al. Reproducibility of the effects of theta burst stimulation on motor cortical plasticity in healthy participants. Clin Neurophysiol. 125 (2), 320-326 (2014).
  31. Chung, S. W., Hill, A. T., Rogasch, N. C., Hoy, K. E., Fitzgerald, P. B. Use of theta-burst stimulation in changing excitability of motor cortex: a systematic review and meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 63, 43-64 (2016).
  32. Chang, W. H., et al. Optimal number of pulses as outcome measures of neuronavigated transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 127 (8), 2892-2897 (2016).
  33. Fried, P. J., et al. Reproducibility of single-pulse, paired-pulse, and intermittent theta-burst TMS measures in healthy aging, type-2 diabetes, and Alzheimer's disease. Front Aging Neurosci. 9, 263(2017).
  34. De Luca, C. Electromyography. Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2006).
  35. Mohr, M., et al. Intermuscular coherence between surface EMG signals is higher for monopolar compared to bipolar electrode configurations. Front Physiol. 9, 566(2018).
  36. Parmigiani, S., et al. Reliability and validity of transcranial magnetic stimulation-electroencephalography biomarkers. Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 8 (8), 805-814 (2023).
  37. Seybert, C., et al. Replicability of motor cortex-excitability modulation by intermittent theta burst stimulation. Clin Neurophysiol. 152, 22-33 (2023).
  38. Faro Viana, F., et al. Reducing motor evoked potential amplitude variability through normalization. Front Psychiatry. 15, 1279072(2024).
  39. Herwig, U., et al. Transcranial magnetic stimulation in therapy studies: examination of the reliability of "standard" coil positioning by neuronavigation. Biol Psychiatry. 50 (1), 58-65 (2001).
  40. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  41. 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. Clin Neurophysiol. 132 (1), 269-306 (2021).
  42. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Front Neuroinform. 9, 7(2015).
  43. Dissanayaka, T., Zoghi, M., Farrell, M., Egan, G., Jaberzadeh, S. Comparison of Rossini-Rothwell and adaptive threshold-hunting methods on the stability of TMS induced motor evoked potentials amplitudes. J Neurosci Res. 96 (11), 1758-1765 (2018).
  44. Silbert, B. I., Patterson, H. I., Pevcic, D. D., Windnagel, K. A., Thickbroom, G. W. A comparison of relative-frequency and threshold-hunting methods to determine stimulus intensity in transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 124 (4), 708-712 (2013).
  45. 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 IFCN committee. Clin Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  46. Bagce, H. F., Saleh, S., Adamovich, S. V., Krakauer, J. W., Tunik, E. Corticospinal excitability is enhanced after visuomotor adaptation and depends on learning rather than performance or error. J Neurophysiol. 109 (4), 1097-1106 (2013).
  47. Liang, W. D., et al. Upregulating excitability of corticospinal pathways in stroke patients using TMS neurofeedback: a pilot study. Neuroimage Clin. 28, 102465(2020).
  48. Ziemann, U. Pharmaco-transcranial magnetic stimulation studies of motor excitability. Handb Clin Neurol. 116, 387-397 (2013).
  49. Cuypers, K., et al. Age-related differences in corticospinal excitability during a choice reaction time task. Age (Dordr). 35 (5), 1705-1719 (2013).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Motor Cortex ExcitabilityTranscranial Magnetic StimulationElectromyography RecordingMotor Evoked PotentialsResting Motor ThresholdActive Motor ThresholdTheta Burst StimulationNeuronavigation SystemFirst Dorsal InterosseousCortical Excitability Modulation

Related Articles