Kombinierte periphere Nervenstimulation und transkranielle Magnetstimulation mit kontrollierbaren Pulsparametern zur Untersuchung der sensomotorischen Kontrolle und des Lernens

Zusammenfassung

Die afferente Hemmung mit kurzer Latenz (SAI) ist ein transkranielles Magnetstimulationsprotokoll zur Untersuchung der sensomotorischen Integration. Dieser Artikel beschreibt, wie SAI verwendet werden kann, um die konvergenten sensomotorischen Schleifen im motorischen Kortex während des sensomotorischen Verhaltens zu untersuchen.

Zusammenfassung

Qualifizierte motorische Fähigkeiten hängen von der effizienten Integration der sensorischen Afferenz in die entsprechenden motorischen Befehle ab. Die afferente Inhibition stellt ein wertvolles Werkzeug dar, um den prozeduralen und deklarativen Einfluss auf die sensomotorische Integration während qualifizierter motorischer Handlungen zu untersuchen. Dieses Manuskript beschreibt die Methodik und den Beitrag der afferenten Hemmung (SAI) mit kurzer Latenz zum Verständnis der sensomotorischen Integration. SAI quantifiziert die Wirkung einer konvergenten afferenten Salve auf die kortikospinale motorische Leistung, die durch transkranielle Magnetstimulation (TMS) hervorgerufen wird. Die afferente Salve wird durch die elektrische Stimulation eines peripheren Nervs ausgelöst. Der TMS-Stimulus wird an eine Stelle über dem primären motorischen Kortex abgegeben, die eine zuverlässige motorisch evozierte Reaktion in einem Muskel hervorruft, der von diesem afferenten Nerv versorgt wird. Das Ausmaß der Hemmung in der motorisch evozierten Antwort spiegelt das Ausmaß der afferenten Salve wider, die auf den motorischen Kortex konvergiert und zentrale GABAerge und cholinerge Beiträge umfasst. Die cholinerge Beteiligung an SAI macht SAI zu einem möglichen Marker für deklarativ-prozedurale Interaktionen in der sensomotorischen Leistung und beim Lernen. In jüngerer Zeit haben Studien begonnen, die TMS-Stromrichtung bei SAI zu manipulieren, um die funktionelle Bedeutung bestimmter sensomotorischer Schaltkreise im primären motorischen Kortex für qualifizierte motorische Handlungen zu zerlegen. Die Möglichkeit, zusätzliche Pulsparameter (z. B. die Pulsbreite) mit dem hochmodernen steuerbaren Pulsparameter TMS (cTMS) zu steuern, hat die Selektivität der sensomotorischen Schaltkreise, die durch den TMS-Stimulus untersucht werden, verbessert und die Möglichkeit geboten, verfeinerte Modelle der sensomotorischen Kontrolle und des Lernens zu erstellen. Daher konzentriert sich das vorliegende Manuskript auf die Bewertung von ORKB mittels cTMS. Die hier skizzierten Prinzipien gelten jedoch auch für SAI, die mit konventionellen TMS-Stimulatoren mit fester Pulsbreite und anderen Formen der afferenten Hemmung, wie z. B. der afferenten Hemmung mit langer Latenz (LAI), bewertet wird.

Einleitung

Mehrere sensomotorische Schleifen konvergieren im motorischen Kortex, um Pyramidenbahnprojektionen zu spinalen Motoneuronen und Interneuronen zu formen¹. Wie diese sensomotorischen Schleifen interagieren, um kortikospinale Projektionen und motorisches Verhalten zu formen, bleibt jedoch eine offene Frage. Die afferente Hemmung (SAI) mit kurzer Latenz bietet ein Werkzeug, um die funktionellen Eigenschaften konvergenter sensomotorischer Schleifen in der Ausgabe des motorischen Kortex zu untersuchen. Die SAI kombiniert die motorische kortikale transkranielle Magnetstimulation (TMS) mit der elektrischen Stimulation des entsprechenden peripheren affe....

Protokoll

Das folgende Protokoll kann auf verschiedene Experimente angewendet werden. Die bereitgestellten Informationen beschreiben ein Experiment, in dem SAI verwendet wird, um die sensomotorische Integration während einer Fingerreaktion auf eine gültig oder ungültig gesteuerte Sonde zu quantifizieren. In diesem Protokoll wird die SAI ohne Aufgabe, dann gleichzeitig während der sensomotorischen Aufgabe und dann wieder ohne Aufgabe bewertet. Der cTMS-Stimulator kann durch jeden handelsüblichen konventionellen TMS-Stimulator ersetzt werden. Die Pulsbreite des herkömmlichen TMS-Stimulators wäre jedoch je nach spezifischer Hardware zwischen 70-82 μs festgelegt^59....

Diskussion

Die hier beschriebene SAI-Methode untersucht eine Untergruppe von Nervenbahnen, die eine Rolle bei der sensomotorischen Leistung und dem Lernen spielen. Die Beurteilung der SAI, während die Teilnehmer kontrollierte sensomotorische Aufgaben ausführen, ist entscheidend, um die komplexen Beiträge der zahlreichen sensomotorischen Schleifen zu entwirren, die auf den motorischen kortikospinalen Neuronen zusammenlaufen, um die motorische Leistung in gesunden und klinischen Populationen zu formen. Zum Beispiel wurde eine ähn.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acquisition software (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504/P	LabChart Pro version 8
Alcohol prep pads	Medline Canada Corporation, Mississauga, ON, Canada	211-MM-05507	Alliance Sterile Medium, Antiseptic Isopropyl Alcohol Pad (200 per box)
Amplifier (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	FE234	Quad Bio Amp
Cotton round	Cliganic, San Francisco, CA, USA	‎CL-BE-019-6PK	Premium Cotton Rounds (6-pack, 90 per package)
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301-IC	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil (Inverted Current)
cTMS stimulator	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	CTMSMU0101	Elevate cTMS stimulator
Data acquisition board (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504	PowerLab 4/35
Digital to analog board	National Instruments, Austin, TX, USA	782251-01	NI USB-6341, X Series DAQ Device with BNC Termination
Dispoable adhesive electrodes (for EMG)	Covidien, Dublin, Ireland	31112496	Kendal 130 Foam Electrodes
Electrogel	Electrodestore.com	E9	Electro-Gel for Electro-Cap (16 oz jar)
Nuprep	Weaver and Company, Aurora, CO, USA	10-30	Nuprep skin prep gel (3-pack of 4 oz tubes)
Peripheral electrical stimulator	Digitimer, Hertfordshire, UK	DS7R	DS7R High Voltage Constant Current Stimulator
Reusable bar electrode	Electrodestore.com	DDA-30	Black Bar Electrode, Flat, Cathode Distal
Software (for behaviour and stimulator triggering)	National Instruments, Austin, TX, USA	784503-35	Labview 2020
TMS stereotactic coil guidance system	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	KITBSF0404	BrainSight Neuronavigation System
Transpore tape	3M, Saint Paul, MN, USA	50707387794571	Transpore Medical Tape (1 in x 10 yds)