JoVE Logo

Iniciar sesión

Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

En este artículo

  • Resumen
  • Resumen
  • Introducción
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discusión
  • Divulgaciones
  • Agradecimientos
  • Materiales
  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

El presente Protocolo describe la evaluación simultánea, bilateral de la respuesta corticomotor del sóleo y tibial anterior durante la activación voluntaria resto y tónico usando la estimulación magnética transcraneal solo pulso y neuronavegación sistema.

Resumen

Músculos de la pierna distal reciben entrada neural de áreas corticales del motor vía el tracto corticoespinal, que es uno de la vía descendente motor principal en los seres humanos y pueden evaluarse utilizando la estimulación magnética transcraneal (TMS). Dado el papel de los músculos distales de la pierna en vertical tareas posturales y dinámicas, como caminar, ha surgido un creciente interés en la investigación en la evaluación y modulación de los tractos corticoespinales en relación con la función de estos músculos en la última década. Sin embargo, parámetros metodológicos utilizados en trabajos previos han variado a través de estudios que la interpretación de los resultados de estudios transversales y longitudinales menos robusto. Por lo tanto, uso de un protocolo estandarizado de memorias de traducción específico para la evaluación de la respuesta de los músculos de la pierna corticomotor (CMR) permite la comparación directa de resultados a través de estudios y cohortes. El objetivo de este trabajo es presentar un protocolo que proporciona la flexibilidad para evaluar simultáneamente la CMR bilateral de dos músculos antagonistas principales del tobillo, el tibial anterior y el sóleo, usando solo pulso TMS con un sistema de Neuronavegación. El presente Protocolo es aplicable mientras que el músculo examinado completamente relajado o contraído isométrica en un porcentaje definido de máxima contracción voluntaria isométrica. Usando MRI estructural de cada sujeto con el sistema de Neuronavegación asegura la exacta y precisa colocación de la bobina sobre las representaciones corticales de pierna durante la evaluación. Dada la inconsistencia en CMR derivada medidas, este protocolo también describe un cálculo estandarizado de esas medidas mediante algoritmos automatizados. Aunque este Protocolo no se lleva a cabo durante las tareas posturales o dinámicas vertical, puede utilizarse para evaluar bilateralmente cualquier par de músculos de las piernas, antagónicos o sinérgicos, en sujetos neurológicamente intactos y deterioradas.

Introducción

Tibial anterior (TA) y soleus (SOL) son los músculos antagónicos tobillo situados en el compartimiento anterior y posterior de la pierna, respectivamente. Ambos músculos son uniarticular, mientras que la principal función de TA y SOL es dorsiflexión y plantarflex la articulación tibiotarsiana, respectivamente1. Por otra parte, TA es más funcional para las excursiones de mucho músculo y menos importante para la producción de fuerza, mientras que SOL es un músculo antigravedad diseñado para generar alta fuerza con pequeña excursión del músculo2. Ambos músculos son especialmente importantes durante las tareas postural y dinámica vertical (por ejemplo, caminar)3,4. Control neural, las piscinas del motorneuron de ambos músculos reciben unidad neural del cerebro vía el motor descendente vías5,6, además de diversos grados de unidad sensorial.

El motor principal descendente camino es el tracto corticoespinal, que origina de las áreas de motor primarias, premotora y suplementarias y termina en el espinal motorneuron piscinas7,8. En los seres humanos, el estado funcional de este tracto (corticomotor respuesta - CMR) puede ser factible evaluado usando la estimulación magnética transcraneal (TMS), una estimulación cerebral no invasiva herramienta9,10. Desde la introducción de la EMT y dada su significación funcional durante la tarea postural erguido y caminando, CMR de TA y SOL han sido evaluados en diferentes cohortes y tareas11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

En contraste con la evaluación de CMR en los músculos de la extremidad superior33, no se ha establecido ningún protocolo universal de TMS para la evaluación de CMR en los músculos de la extremidad inferior. Debido a la falta de un protocolo establecido y la gran variabilidad metodológica en los estudios anteriores (e.g., tipo de bobina, uso de Neuronavegación, nivel de activación tónica, prueba lateral y músculo, uso y cálculo de CMR mide, etcetera. ), la interpretación de los resultados a través de estudios y cohortes pueden ser engorroso, complicado e inexacto. Como las medidas son funcionalmente relevantes en diversas tareas de motor, permite a un protocolo establecido de memorias de traducción específico para bajar evaluación de CMR de extremidad motor neurólogos y científicos de rehabilitación evaluar sistemáticamente el CMR en estos músculos a través de sesiones y varias cohortes.

Por lo tanto, el objetivo de este protocolo es describir la evaluación bilateral de TA y SOL CMR solo pulso sistema TMS y Neuronavegación. En contraste con anteriores trabajos, este protocolo tiene como objetivo maximizar el rigor de los procedimientos experimentales, adquisición de datos y análisis de datos mediante el empleo de factores metodológicos que optimicen la validez y la duración del experimento y estandarizar el CMR evaluación de estos dos músculos de la extremidad inferiores. Dado que el CMR de un músculo depende de si el músculo está completamente relajado o es parcialmente activa, este protocolo describe cómo la TA y SOL CMR pueden evaluarse durante resto y tónico activación voluntaria (TVA). Las siguientes secciones describen completamente el presente Protocolo. Por último, datos representativos se presentan y discuten. El protocolo descrito aquí se deriva de Agudelo et al. 201832.

Protocolo

Todos los procedimientos experimentales presentados en este protocolo han sido aprobados por la Junta de revisión institucional local y están de acuerdo con la declaración de Helsinki.

1. consentimiento de proceso y seguridad cuestionarios

  1. Antes de cualquier experimento, explicar cada tema del aim(s) del estudio, los principales procedimientos experimentales y cualquier posibles factores de riesgo asociados a participar en el estudio. Después de responder a cualquier pregunta o preocupación que tengan temas, pedir temas para reconocer el proceso de consentimiento y firmar el formulario de consentimiento informado.
  2. Administrar MRI34 y cuestionarios de investigación de seguridad de35 TMS para garantizar seguridad y calificación para MRI y TMS pruebas sujetos. Excluir a todos los temas que no cumplen todos los criterios de seguridad de las evaluaciones de MRI y TMS.

2. resonancia magnética y la preparación del sistema de neuronavegación

  1. Administrar la evaluación de MRI antes de TMS evaluación32. Tiene temas se encuentran en una posición supina con una almohada bajo sus rodillas para garantizar una postura cómoda. Instruir a sujetos para mantener todavía en el escáner.
    1. Proporcionar protección auditiva a los sujetos para atenuar el ruido del escáner. Preferentemente usar tapones para los oídos en orejeras debido al uso de notch bilateral supratragic de registro de tema de imagen en el sistema de Neuronavegación (véase 5.2).
    2. Obtener imágenes de alta resolución T-1 ponderado anatómica cerebral (requisitos mínimos: 1 mm de espesor de rebanada y cerebro completo y cobertura cerebelosa), ya sea como archivos NFTI o DICOM. Asegurar esa nariz esta totalmente incluida en las imágenes debido al uso de la punta del sujeto de la nariz para el registro de tema de imagen en el sistema de Neuronavegación (véase 5.2).
  2. Subir archivos de MRI en un sistema de Neuronavegación. Co registro manualmente MRI de cada tema a las comisuras anteriores y posteriores, por lo que MRI del tema puede asignarse mediante el atlas del Instituto neurológico de Montreal.
    1. Reconstrucción de la piel y el modelo del cerebro completo curvilíneas mediante el ajuste del cuadro delimitador alrededor del tejido de cerebro y cráneo, respectivamente. Identificar cuatro puntos anatómicos (punta de la nariz, nasion - puente de la nariz y la muesca supratragic de la oreja derecha e izquierda) usando la piel del modelo (ver figura 1A).
    2. Coloque una cuadrícula rectangular sobre el área cortical motora pierna en cada hemisferio, utilizando el cerebro curvilíneo reconstruido (ver figura 1B). Coloque la fila centrada de la rejilla en el centro y sobre el giro pata motor cortical del área de donde originan los tractos corticoespinales que inervan la pierna motor piscinas36. Posición de la columna medial de la red de paralela y adyacente a la pared medial del hemisferio ipsilateral.
    3. Utilizar un enfoque basado en la corteza en que error en la orientación tiene un efecto insignificante en el sitio de estimulación37 en lugar de utilizar un enfoque de destino basado en el cuero cabelludo en la que cualquier error de orientación puede alterar el sitio de estimulación. Utilice esta cuadrícula para encontrar el punto caliente. Para el mapeo motor, usar cuadrículas más grandes ya sea por adición de más puntos o aumentando la distancia entre puntos (p. ej., 10 mm).

3. preparación y colocación del sujeto

  1. Medir las respuestas electrofisiológicas solo pulso TMS con un total de 4 electrodos de EMG superficiales. Para la preparación y colocación de los electrodos, use directrices publicadas38,39 y colocación completa mientras que el tema está en una posición de pie.
    1. Preparar la zona sobre la que se colocaba cada electrodo por afeitado y ligeramente exfoliantes cualquier células de piel muerta y aceites usando hisopos de alcohol.
      PRECAUCIÓN: Para temas de anticoagulantes (por ejemplo, la gente posterior al accidente cerebrovascular), tenga cuidado durante la preparación de la piel debido al riesgo potencial de sangrado.
    2. Conectar electrodos bilateral en TA. Mientras que en la posición de pie, pedir temas para levantar sus dedos del pie hacia arriba y luego coloque el electrodo en el tercio superior de la línea entre la cabeza del peroné y el maléolo medial (es decir, vientre muscular inmediatamente lateral a la cresta tibial).
    3. Conectar electrodos bilateral en SOL. Mientras que en la posición de pie, pedir el tema para realizar aumento de talón y luego coloque el electrodo en el tercio inferior de la línea entre el cóndilo femoral lateral y el maléolo lateral.
    4. Colocar el electrodo pasivo de referencia tierra a la rótula o el maléolo lateral. Según la unidad de adquisición de EMG, coloque los electrodos de tierra bilateral o unilateralmente.
  2. Prueba de colocación de los electrodos y la calidad de la señal.
    1. Prueba de colocación de los electrodos (por ejemplo, para las explosiones del EMG claro visualmente perceptibles) preguntando el tema a dorsiflexión o plantarflex el tobillo en una postura erguida mientras se muestra la señal de EMG raw de todos los músculos probado en una pantalla de ordenador. En el caso de un electrodo fuera de lugar, quitar y reemplazar hasta que se claro visualmente perceptibles explosiones del EMG con ruido de fondo mínimo. Una adecuada relación señal a ruido es fundamental en la detección de una respuesta de motor (> 50 μV).
    2. Probar la calidad de la señal (por ejemplo, para ruido de línea de base) por descarga de las unidades de memorias de traducción para un par de veces mientras que la bobina TMS se lleva a cabo el sujeto sentado y con los músculos en reposo. Compruebe que la señal de referencia para cada canal de EMG es cercano a cero (es decir, la amplitud de pico a pico debe ser menos de 50 μV y no ruido de línea de base, como 50 o 60 Hz hum potencia línea). Si hay ruido basal en un canal, retire el electrodo correspondiente y repita los procedimientos de preparación de la piel. Si el ruido persiste (es decir, amplitud de pico a pico > 50 mV), ajuste la posición del electrodo de referencia y cambie el gel de electrolitos.
  3. Asegure todos los electrodos con cinta de la espuma ligera. Periódicamente durante todo el experimento, comprobar que los electrodos estén bien sujetas y que la señal tiene buena calidad.
  4. El sujeto en una silla de asiento. Para garantizar la colocación de pies consistentes a través de temas, seguros ambos pies camina en botas (es decir, ortosis del pie del tobillo) que permiten el tobillo ROM para ajustarse a una posición específica y resistencia durante la prueba de TVA. Ajustar ángulos de cadera y rodilla para evitar el malestar del sujeto. Indique el tema a mantener aún durante todo el experimento. Uso un resto frente atado a la silla para mantener a sujetos aún durante la aplicación de TMS, si está disponible.

4. TVA pruebas

  1. Determinar bilateralmente la contracción isométrica voluntaria máxima (MVIC) de cada músculo. Para cada movimiento (por ejemplo, la dorsiflexión y plantarflexion), instruir a sujetos a máximo contraiga el músculo examinado contralateral (por ejemplo, derecha TA) 4 veces (contracciones de s ~ 5 separaron por 60 s de descanso) mientras el sujeto esté sentado en la postura descrito anteriormente.
  2. Calcular el valor de actividad muscular máxima durante cada MVIC (es decir, la media dentro de una ventana de 100 ms centrada en el EMG máxima de rectificado y suavizado) de los tres últimos ensayos, la media de los tres valores y el 15 ± 5% de cada músculo de promedio MVIC.
    PRECAUCIÓN: Puede utilizarse un mayor % MVIC, pero puede no ser factible, en cohortes clínicas (por ejemplo, la gente posterior al accidente cerebrovascular).

5. registro en el sistema de neuronavegación

  1. Coloque el seguidor del tema, una diadema o gafas, con marcadores reflectantes en cabeza del sujeto en el lado opuesto del hemisferio estimulado por lo que el tracker no obstaculice la colocación de la bobina durante la estimulación de cada punto de rejilla.
    PRECAUCIÓN: En el caso que se utiliza una diadema, asegúrese de que esté apretado un poco en tema cabeza, pero no demasiado apretado ya que puede causar un dolor de cabeza tras un largo periodo de tiempo.
  2. Verifique la posición correcta de la cámara de captura de movimiento colocando el tema, el puntero y el perseguidor perseguidor bobina en su espacio de volumen de captura. Realizar el registro de tema de imagen colocando la punta de la aguja en los 4 estábamos anatómicas (ver figura 1A).
  3. Una vez que todos los puntos anatómicos se muestrean, verificar si registro ocurrió exactamente colocando la punta de la aguja en varios puntos sobre el cráneo del sujeto (es decir, la etapa de validación). Si la distancia desde la punta de la aguja a la piel reconstruida es inferior a 3 mm, continúe con el experimento TMS; de lo contrario, repita el registro de tema de imagen hasta que se obtienen los valores de error deseado. Durante el experimento, repetir registro si el tema es accidentalmente movido.

6. MEMORIAS DE TRADUCCIÓN

  1. Utilice los mismos parámetros metodológicos durante resto y TVA.
    1. Aplicar estímulos de pulso único en el sitio óptimo (es decir, el punto caliente; véase el párrafo siguiente para más detalles) del músculo examinado. Aplique cada estímulo al azar cada 5-10 s para evitar la anticipación de estímulos y para minimizar los efectos de arrastre del pulso anterior a la posterior un40.
    2. En caso de que simultáneamente se utilizan dos unidades TMS, definir las unidades en tanto el modo estándar o simultánea41. El modo estándar aplica un pulso más débil que una sola unidad, mientras que el modo simultáneo aplica un pulso más fuerte que una sola unidad. El uso de cualquiera de los dos podría estar basado en las necesidades del protocolo y el número total de estímulos.
    3. Utilizar una bobina de doble cono para inducir una corriente intracraneal posteroanterior. Si es necesario, utilice el sistema de Neuronavegación para controlar la bobina manualmente y correcta su posición en relación con el deseado estimula punto antes de cada estímulo.
    4. A través de sesiones y temas, aleatorizar el orden del músculo examinado y hemisferio. Administrar siempre la condición de TVA después de la condición del resto para evitar cualquier interferencia con las pruebas en reposo (p. ej., fatiga de los caminos descendentes debido a pruebas de TVA).
  2. Determinar bilateralmente el punto caliente de ambos músculos.
    1. Encontrar la intensidad del suprathreshold, que se utilizará durante la caza del punto caliente, mediante la aplicación de un solo estímulo sobre el punto centrado al lado de la grieta interhemispheric (ver cuadros azul y rojo en la figura 1B). Utilice este lugar ya se encuentra en el lugar geométrico de la pierna zona motor36,42.
    2. Empezar a baja intensidad (p. ej., salida del estimulador máximo 30%; MSO) y aumentar gradualmente la intensidad de la TMS en incrementos de 5%, hasta alcanzar la intensidad que provoca un potencial evocado motor (MEP) con una amplitud pico a pico mayor de 50 μV en todos los músculos examinados contralaterales para estímulos consecutivos 3.
    3. Determinar inmediatamente después de cada estímulo si un diputado ha sido suscitado basado en las formas de onda de materia prima y las amplitudes pico a pico (ventana de búsqueda: Inicio de 20-60 ms post-TMS) de todos los examinados los músculos.
    4. Aplicar un pulso TMS en cada punto de la cuadrícula (total 36 estímulos). Después de completar el protocolo de punto caliente, transferir los valores de amplitud y latencia de cada lugar para todo contralaterales músculos en una amplitud de hoja de cálculo y tipo de alto a bajo y latencia de bajo a alto. Identificar el punto caliente de contralateral TA y SOL como la ubicación en la red con la mayor amplitud y la latencia más corto43.
      PRECAUCIÓN: Si la mayor amplitud y la latencia más corta no están en el mismo lugar, definir el punto con la mayor amplitud.
  3. Determinar bilateralmente que cada músculo de descanso umbral motor (RMT).
    1. Seleccione el lugar de la red en el sistema de Neuronavegación que corresponde al punto del músculo examinado.
    2. Utilizar un método de caza del umbral adaptable para la determinación de RMT de los músculos examinados44. Establecer el tamaño inicial de la intensidad y la paso a 45 y 6% MSO, respectivamente32. Ejecutar la caza RMT dos veces para cada músculo y usar el medio para la posterior evaluación de CMR.
  4. Evaluar bilateralmente TA y CMR de SOL durante el resto.
    1. Seleccione el lugar de la red en el sistema de Neuronavegación que corresponde al punto del músculo examinado. Se aplican pulsos TMS solo 10 en RMT 1.2 del músculo examinado.
    2. Antes de cada estímulo, indíquele el tema permanecer todavía y relajar los músculos examinados bilateral y supervisar la actividad de todos los músculos mediante una retroalimentación visual de tiempo real mostrando en una pantalla de ordenador. En caso de cualquier músculo activa antes o después de la TMS, deseche ese juicio y aplicar un solo pulso adicional. Repita hasta que se han recogido 10 formas de onda para cada músculo examinado contralateral en reposo.
  5. Evaluar bilateralmente la TA y SOL CMR durante el TVA.
    1. Seleccione el lugar de la red en el sistema de Neuronavegación que corresponde al punto del músculo examinado.
    2. Preguntar temas que contraiga el músculo examinado 15 ± 5% MVIC y aplicar 10 solo impulsos TMS en RMT 1,2. Instruir a los sujetos a mantener la línea móvil suavizada (raíz cuadrada media amplitud de 0.165 s) del músculo examinado, TA o SOL, dentro de los dos cursores horizontales (gama MVIC: 15 ± 5%) y sostener esa contracción en ese nivel durante unos segundos.
    3. Cuando la TA es el músculo examinado, pedir temas para tirar ligeramente con las correas de la bota en la pierna contralateral (es decir, la pierna con el músculo examinado contralateral al hemisferio estimulado). Cuando el SOL está el músculo examinado, pedir temas para empujar ligeramente hacia abajo contra la bota en la pierna contralateral.
    4. Supervisar la actividad del músculo del músculo examinado activo y los restantes músculos descanso mediante una retroalimentación visual de tiempo real mostrarán en una pantalla de ordenador. Descartar que el estímulo y volver a aplicar un solo pulso adicional en caso de que la actividad del músculo examinado está por debajo o por encima del rango predeterminado o cualquier otro músculo se activa. Recoger 10 ensayos mientras se activa el músculo examinado en un rango predeterminado.

7. Análisis de datos

  1. En todas las medidas CMR, excepto RMT, calcular el valor de cada medida de cada barrido MEP (la duración total debe ser al menos 500 ms con duración de estímulo anterior mínimo 100 ms) para todos los músculos y luego media de estos 10 valores para obtener un único valor (es decir, decir)32. Amplitud y período de silencio cortical (CSP) son medidas de excitabilidad proxy de CMR, mientras que la latencia es una medida de conectividad de proxy de CMR. Tanto para descanso como TVA, normalizar la latencia en relación con la altura de cada sujeto, como latencia está influenciada por la distancia a los45del músculo examinado.
  2. Calcular MEP amplitud y latencia durante el descanso.
    1. Calcular amplitud (μV) del EMG crudo como la más grande diferencia entre picos positivos y negativos (es decir, pico a pico) del MEP. Para estos dos músculos particulares, búsqueda de pico a pico en un intervalo de tiempo de 20-60 ms después del inicio del TMS.
      PRECAUCIÓN: Aunque la ventana de búsqueda de diputado al Parlamento Europeo de 20-60 ms puede funcionar para sujetos neurológicamente intactos y gente posterior al accidente cerebrovascular, más ancha MEP búsqueda windows (por ejemplo, 20-75 ms) pueden ser necesarios para otras poblaciones neurológicas (p. ej., esclerosis múltiple).
    2. Calcular la latencia (ms) del EMG rectificado como el tiempo entre el inicio TMS y aparición MEP (es decir, el tiempo cuando un EMG rectificado trazar primero cruza un umbral predeterminado - promedio más tres desviaciones estándar de la EMG de pre-estímulo de 100 ms)32 , 46.
  3. Calcular el MEP de amplitud, latencia y CSP durante el TVA.
    1. Calcular amplitud (μV) del EMG crudo como la más grande diferencia entre picos positivos y negativos (es decir, pico a pico) del MEP. Para estos dos músculos particulares, búsqueda de pico a pico en un intervalo de tiempo de 20-60 ms después del inicio del TMS.
    2. Calcular latencia (ms) del EMG rectificado el tiempo entre el inicio TMS y aparición MEP.
      1. Calcular el inicio MEP diferentemente en TVA que en resto. Calcular MEP Inicio y compensación por encontrar el tiempo de dos puntos que el rastro de EMG rectificado cruza el umbral predeterminado para el nivel de pre-estímulo de 100 ms significan EMG. Entonces, encontrar los picos al menos superiores a la media del EMG de los estímulo más tres desviaciones estándar y entre los dos puntos de tiempo. Luego, buscar desde el primer pico a 50 puntos (tasa de muestreo de 5000 Hz) antes eso pico durante el tiempo que el rastro de EMG rectificado primero cruza el umbral del EMG de pre-estímulo media. Definir aquel momento como el MEP Inicio32.
    3. Calcular CSP (ms) del EMG rectificado como el tiempo entre el offset MEP y reanudación de EMG (es decir, absoluto CSP: exclusión de duración MEP)47. Buscar desde el último pico a 200 los puntos de datos (muestreo de 5000 Hz) después de ese pico por el tiempo que el rastro de EMG rectificado último cruzó el umbral del EMG de pre-estímulo media; definir aquel momento como el desplazamiento MEP. Luego, calcular la reanudación de la EMG de línea de base, que es el tiempo que el rastro de EMG rectificado última cruza el 25% de la media estímulo previo EMG32.

Resultados

Figuras 2-4 presentan los datos de un representante varón de 31 año de edad neurológicamente intacto con altura y un peso de 178 cm y 83 kg, respectivamente.

Figura 2 presenta los focos bilaterales y RMT de cada músculo de tobillo. Utilizando el punto situado en el centro de la zona de la pierna en cada hemisferio (ver cuadros en la figura 1B), la intensidad del 45% MSO bilateral fue utilizado para la caza del punto caliente. La ubicación...

Discusión

Dado el interés emergente en cómo la corteza de motor contribuye al control motor de músculos de la pierna durante tareas dinámicas en diversas cohortes, se necesita un protocolo estandarizado de TMS que describe la evaluación completa de estos músculos. Por lo tanto, por primera vez, el presente Protocolo proporciona procedimientos metodológicos estandarizados en la evaluación bilateral de los dos músculos antagónicos de tobillo, SOL y TA, durante los dos Estados del músculo (resto y TVA) utilizando un solo p...

Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Los autores agradecen a Dr. Jesse C. Dean para ayudar con el desarrollo metodológico y proporcionando información sobre el proyecto del manuscrito. Este trabajo fue apoyado por una VA carrera desarrollo Premio 2 RR & D N0787-W (MGB), un premio de desarrollo institucional de la nacional Instituto de General ciencias médicas del NIH grant número P20-GM109040 (SAK) y P2CHD086844 (SAK). El contenido no representa las opiniones del Departamento de asuntos de veteranos o el gobierno de Estados Unidos.

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
2 Magstim stimulators (Bistim module)The Magstim Company Limited; Whitland, UKUsed to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
Adaptive parameter estimation by sequential testing (PEST) for TMShttp://www.clinicalresearcher.org/software.htmUsed to determine motor thresholds.
AmplifierMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMA-300Used to amplify EMG data.
Data Aqcuisition UnitMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMicro 1401Used to aqcuire EMG data.
Double cone coilThe Magstim Company Limited; Whitland, UKPN: 9902APUsed to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
PolarisNorthen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, CanadaUsed to track the reflectiive markers located on subject tracker and coil tracker.
SignalCambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UKversion 6Used to collect motor evoked potentials during rest and TVA.
Single double differential surface EMG electrodesMotion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USAMA-411Used to record EMG signals.
TMS Frameless Stereotaxy Neuronavigation SytemBrainsight 3, Rouge Research,
Montreal, Canada
Used to navigate coil position during TMS assessment.
Walker bootMountainside Medical Equipment, Marcy, NYUsed to stabilize ankle joint.

Referencias

  1. Schünke, M., Schulte, E., Ross, L. M., Schumacher, U., Lamperti, E. D. . Thieme Atlas of Anatomy: General Anatomy and Musculoskeletal System. , (2006).
  2. Lieber, R. L., Friden, J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 23 (11), 1647-1666 (2000).
  3. Winter, D. A. . The biomechanics and motor control of human gait: Normal, Elderly and Pathological. , (1991).
  4. Winter, D. A. . A.B.C. (anatomy, Biomechanics and Control) of Balance During Standing and Walking. , (1995).
  5. Nielsen, J. B. Motoneuronal drive during human walking. Brain Research Reviews. 40 (1-3), 192-201 (2002).
  6. Nielsen, J. B. How we walk: central control of muscle activity during human walking. Neuroscientist. 9 (3), 195-204 (2003).
  7. Davidoff, R. A. The pyramidal tract. Neurology. 40 (2), 332-339 (1990).
  8. Nathan, P. W., Smith, M. C., Deacon, P. The corticospinal tracts in man. Course and location of fibres at different segmental levels. Brain. 113 (Pt 2), 303-324 (1990).
  9. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).
  10. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55 (2), 187-199 (2007).
  11. Brouwer, B., Ashby, P., Midroni, G. Excitability of corticospinal neurons during tonic muscle contractions in man. Experimental Brain Research. 74 (3), 649-652 (1989).
  12. Advani, A., Ashby, P. Corticospinal control of soleus motoneurons in man. Canadian Journal Physiology and Pharmacology. 68 (9), 1231-1235 (1990).
  13. Holmgren, H., Larsson, L. E., Pedersen, S. Late muscular responses to transcranial cortical stimulation in man. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 75 (3), 161-172 (1990).
  14. Ackermann, H., Scholz, E., Koehler, W., Dichgans, J. Influence of posture and voluntary background contraction upon compound muscle action potentials from anterior tibial and soleus muscle following transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 81 (1), 71-80 (1991).
  15. Brouwer, B., Ashby, P. Corticospinal projections to lower limb motoneurons in man. Experimental Brain Research. 89 (3), 649-654 (1992).
  16. Priori, A., et al. Transcranial electric and magnetic stimulation of the leg area of the human motor cortex: single motor unit and surface EMG responses in the tibialis anterior muscle. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Evoked Potentials Section. 89 (2), 131-137 (1993).
  17. Valls-Sole, J., Alvarez, R., Tolosa, E. S. Responses of the soleus muscle to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 93 (6), 421-427 (1994).
  18. Brouwer, B., Qiao, J. Characteristics and variability of lower limb motoneuron responses to transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 97 (1), 49-54 (1995).
  19. Devanne, H., Lavoie, B. A., Capaday, C. Input-output properties and gain changes in the human corticospinal pathway. Experimental Brain Research. 114 (2), 329-338 (1997).
  20. Capaday, C., Lavoie, B. A., Barbeau, H., Schneider, C., Bonnard, M. Studies on the corticospinal control of human walking. I. Responses to focal transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Journal of Neurophysiology. 81 (1), 129-139 (1999).
  21. Terao, Y., et al. Predominant activation of I1-waves from the leg motor area by transcranial magnetic stimulation. Brain Research. 859 (1), 137-146 (2000).
  22. Christensen, L. O., Andersen, J. B., Sinkjaer, T., Nielsen, J. Transcranial magnetic stimulation and stretch reflexes in the tibialis anterior muscle during human walking. Journal of Physiology. 531 (Pt 2), 545-557 (2001).
  23. Bawa, P., Chalmers, G. R., Stewart, H., Eisen, A. A. Responses of ankle extensor and flexor motoneurons to transcranial magnetic stimulation). Journal of Neurophysiology. 88 (1), 124-132 (2002).
  24. Soto, O., Valls-Sole, J., Shanahan, P., Rothwell, J. Reduction of intracortical inhibition in soleus muscle during postural activity. Journal of Neurophysiology. 96 (4), 1711-1717 (2006).
  25. Barthelemy, D., et al. Impaired transmission in the corticospinal tract and gait disability in spinal cord injured persons. Journal of Neurophysiology. 104 (2), 1167-1176 (2010).
  26. Barthelemy, D., et al. Functional implications of corticospinal tract impairment on gait after spinal cord injury. Spinal Cord. 51 (11), 852-856 (2013).
  27. Beaulieu, L. D., Masse-Alarie, H., Brouwer, B., Schneider, C. Brain control of volitional ankle tasks in people with chronic stroke and in healthy individuals. Journal of Neurological Science. 338 (1-2), 148-155 (2014).
  28. Palmer, J. A., Hsiao, H., Awad, L. N., Binder-Macleod, S. A. Symmetry of corticomotor input to plantarflexors influences the propulsive strategy used to increase walking speed post-stroke. Clinical Neurophysiology. 127 (3), 1837-1844 (2016).
  29. Palmer, J. A., Needle, A. R., Pohlig, R. T., Binder-Macleod, S. A. Atypical cortical drive during activation of the paretic and nonparetic tibialis anterior is related to gait deficits in chronic stroke. Clinical Neurophysiology. 127 (1), 716-723 (2016).
  30. Palmer, J. A., Hsiao, H., Wright, T., Binder-Macleod, S. A. Single Session of Functional Electrical Stimulation-Assisted Walking Produces Corticomotor Symmetry Changes Related to Changes in Poststroke Walking Mechanics. Physical Therapy. , (2017).
  31. Palmer, J. A., Zarzycki, R., Morton, S. M., Kesar, T. M., Binder-Macleod, S. A. Characterizing differential poststroke corticomotor drive to the dorsi- and plantarflexor muscles during resting and volitional muscle activation. Journal of Neurophysiology. 117 (4), 1615-1624 (2017).
  32. Charalambous, C. C., Dean, J. C., Adkins, D. L., Hanlon, C. A., Bowden, M. G. Characterizing the corticomotor connectivity of the bilateral ankle muscles during rest and isometric contraction in healthy adults. Journal of Electromyography and Kinesiology. 41, 9-18 (2018).
  33. Kleim, J. A., Kleim, E. D., Cramer, S. C. Systematic assessment of training-induced changes in corticospinal output to hand using frameless stereotaxic transcranial magnetic stimulation. Nature Protocols. 2 (7), 1675-1684 (2007).
  34. Shellock, F. G., Spinazzi, A. MRI safety update 2008: part 2, screening patients for MRI. American Journal of Roentgenology. 191 (4), 1140-1149 (2008).
  35. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686 (2011).
  36. Conti, A., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation for "somatotopic" tractography of the corticospinal tract. Neurosurgery. 10, 542-554 (2014).
  37. Comeau, R. . Transcranial Magnetic Stimulation. , 31-56 (2014).
  38. Cram, J. R., Criswell, E. . Cram's Introduction to Surface Electromyography. , (2011).
  39. Hermens, H. J., Freriks, B., Merletti, R., Stegeman, D., Blok, J., Rau, G., Disselhorst-Klug, C., Hagg, G. . European Recommendations for Surface ElectroMyoGraphy: Results of the Seniam Project (SENIAM). , (1999).
  40. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  41. Sinclair, C., Faulkner, D., Hammond, G. Flexible real-time control of MagStim 200(2) units for use in transcranial magnetic stimulation studies. Journal of Neuroscience Methods. 158 (2), 133-136 (2006).
  42. Alkadhi, H., et al. Reproducibility of primary motor cortex somatotopy under controlled conditions. American Journal of Neuroradiology. 23 (9), 1524-1532 (2002).
  43. Rossini, P. M., et al. Applications of magnetic cortical stimulation. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 171-185 (1999).
  44. Borckardt, J. J., Nahas, Z., Koola, J., George, M. S. Estimating resting motor thresholds in transcranial magnetic stimulation research and practice: a computer simulation evaluation of best methods. Journak for ECT. 22 (3), 169-175 (2006).
  45. Livingston, S. C., Friedlander, D. L., Gibson, B. C., Melvin, J. R. Motor evoked potential response latencies demonstrate moderate correlations with height and limb length in healthy young adults. The Neurodiagnostic Journal. 53 (1), 63-78 (2013).
  46. Cacchio, A., et al. Reliability of TMS-related measures of tibialis anterior muscle in patients with chronic stroke and healthy subjects. Journal of Neurological Science. 303 (1-2), 90-94 (2011).
  47. Saisanen, L., et al. Factors influencing cortical silent period: optimized stimulus location, intensity and muscle contraction. Journal of Neuroscience Methods. 169 (1), 231-238 (2008).
  48. Ertekin, C., et al. A stable late soleus EMG response elicited by cortical stimulation during voluntary ankle dorsiflexion. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Electromyography and Motor Control. 97 (5), 275-283 (1995).
  49. Tarkka, I. M., McKay, W. B., Sherwood, A. M., Dimitrijevic, M. R. Early and late motor evoked potentials reflect preset agonist-antagonist organization in lower limb muscles. Muscle Nerve. 18 (3), 276-282 (1995).
  50. Ziemann, U., et al. Dissociation of the pathways mediating ipsilateral and contralateral motor-evoked potentials in human hand and arm muscles. Journal of Physiology. 518 (Pt 3), 895-906 (1999).
  51. McCambridge, A. B., Stinear, J. W., Byblow, W. D. Are ipsilateral motor evoked potentials subject to intracortical inhibition?. Journal of Neurophysiology. 115 (3), 1735-1739 (2016).
  52. Tazoe, T., Perez, M. A. Selective activation of ipsilateral motor pathways in intact humans. Journal of Neuroscience. 34 (42), 13924-13934 (2014).
  53. Chen, R., Yung, D., Li, J. Y. Organization of ipsilateral excitatory and inhibitory pathways in the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 89 (3), 1256-1264 (2003).
  54. Wassermann, E. M., Pascual-Leone, A., Hallett, M. Cortical motor representation of the ipsilateral hand and arm. Experimental Brain Research. 100 (1), 121-132 (1994).
  55. Kesar, T. M., Stinear, J. W., Wolf, S. L. The use of transcranial magnetic stimulation to evaluate cortical excitability of lower limb musculature: Challenges and opportunities. Restorative Neurology and Neuroscience. 36 (3), 333-348 (2018).
  56. Lefaucheur, J. P. Why image-guided navigation becomes essential in the practice of transcranial magnetic stimulation. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 40 (1), 1-5 (2010).
  57. Sparing, R., Hesse, M. D., Fink, G. R. Neuronavigation for transcranial magnetic stimulation (TMS): where we are and where we are going. Cortex. 46 (1), 118-120 (2010).
  58. Sparing, R., Buelte, D., Meister, I. G., Pauš, T., Fink, G. R. Transcranial magnetic stimulation and the challenge of coil placement: a comparison of conventional and stereotaxic neuronavigational strategies. Human Brain Mapping. 29 (1), 82-96 (2008).
  59. Gugino, L. D., et al. Transcranial magnetic stimulation coregistered with MRI: a comparison of a guided versus blind stimulation technique and its effect on evoked compound muscle action potentials. Clinical Neurophysiology. 112 (10), 1781-1792 (2001).
  60. Jung, N. H., et al. Navigated transcranial magnetic stimulation does not decrease the variability of motor-evoked potentials. Brain Stimulation. 3 (2), 87-94 (2010).
  61. Terao, Y., Ugawa, Y. Basic mechanisms of TMS. J Clin Neurophysiol. 19 (4), 322-343 (2002).
  62. Madhavan, S., Rogers, L. M., Stinear, J. W. A paradox: after stroke, the non-lesioned lower limb motor cortex may be maladaptive. European Journal of Neuroscience. 32 (6), 1032-1039 (2010).
  63. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. Journal of Physiology. 471, 501-519 (1993).
  64. Ziemann, U. Intracortical inhibition and facilitation in the conventional paired TMS paradigm. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 51, 127-136 (1999).
  65. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. The number of stimuli required to reliably assess corticomotor excitability and primary motor cortical representations using transcranial magnetic stimulation (TMS): a systematic review and meta-analysis. Systematic Reviews. 6 (1), 48 (2017).
  66. 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).
  67. Cavaleri, R., Schabrun, S. M., Chipchase, L. S. Determining the Optimal Number of Stimuli per Cranial Site during Transcranial Magnetic Stimulation Mapping. Neuroscience Journal. 2017, 6328569 (2017).
  68. Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 123 (5), 858-882 (2012).
  69. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord and roots: basic principles and procedures for routine clinical application. Report of an IFCN committee. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 91 (2), 79-92 (1994).
  70. Rothwell, J. C., et al. Magnetic stimulation: motor evoked potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Supplement. 52, 97-103 (1999).
  71. 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. Clinical Neurophysiology. 124 (4), 708-712 (2013).
  72. Obata, H., Sekiguchi, H., Nakazawa, K., Ohtsuki, T. Enhanced excitability of the corticospinal pathway of the ankle extensor and flexor muscles during standing in humans. Experimental Brain Research. 197 (3), 207-213 (2009).
  73. Tokuno, C. D., Taube, W., Cresswell, A. G. An enhanced level of motor cortical excitability during the control of human standing. Acta Physiological (Oxf). 195 (3), 385-395 (2009).
  74. Obata, H., Sekiguchi, H., Ohtsuki, T., Nakazawa, K. Posture-related modulation of cortical excitability in the tibialis anterior muscle in humans. Brain Research. 1577, 29-35 (2014).
  75. Remaud, A., Bilodeau, M., Tremblay, F. Age and Muscle-Dependent Variations in Corticospinal Excitability during Standing Tasks. PLoS ONE. 9 (10), e110004 (2014).
  76. Baudry, S., Collignon, S., Duchateau, J. Influence of age and posture on spinal and corticospinal excitability. Experimental Gerontology. 69, 62-69 (2015).
  77. Petersen, N. T., et al. Suppression of EMG activity by transcranial magnetic stimulation in human subjects during walking. Journal of Physiology. 537 (Pt 2), 651-656 (2001).
  78. Schubert, M., Curt, A., Jensen, L., Dietz, V. Corticospinal input in human gait: modulation of magnetically evoked motor responses. Experimental Brain Research. 115 (2), 234-246 (1997).
  79. Schubert, M., Curt, A., Colombo, G., Berger, W., Dietz, V. Voluntary control of human gait: conditioning of magnetically evoked motor responses in a precision stepping task. Experimental Brain Research. 126 (4), 583-588 (1999).
  80. Ngomo, S., Leonard, G., Moffet, H., Mercier, C. Comparison of transcranial magnetic stimulation measures obtained at rest and under active conditions and their reliability. Journal of Neuroscience Methods. 205 (1), 65-71 (2012).
  81. Niskanen, E., et al. Group-level variations in motor representation areas of thenar and anterior tibial muscles: Navigated Transcranial Magnetic Stimulation Study. Human Brain Mapping. 31 (8), 1272-1280 (2010).
  82. Thordstein, M., Saar, K., Pegenius, G., Elam, M. Individual effects of varying stimulation intensity and response criteria on area of activation for different muscles in humans. A study using navigated transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 6 (1), 49-53 (2013).
  83. Vaalto, S., et al. Long-term plasticity may be manifested as reduction or expansion of cortical representations of actively used muscles in motor skill specialists. Neuroreport. 24 (11), 596-600 (2013).
  84. Forster, M. T., Limbart, M., Seifert, V., Senft, C. Test-retest reliability of navigated transcranial magnetic stimulation of the motor cortex. Neurosurgery. 10, 55-56 (2014).
  85. Saisanen, L., et al. Non-invasive preoperative localization of primary motor cortex in epilepsy surgery by navigated transcranial magnetic stimulation. Epilepsy Research. 92 (2-3), 134-144 (2010).

Reimpresiones y Permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos

Solicitar permiso

Explorar más artículos

Neurociencian mero 144estimulaci n magn tica transcranealtractos corticoespinalestibial anteriors leoactivaci n voluntaria t nicoNeurofisiolog acorticomotor respuestaNeuronavegaci n cerebral

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacidad

Condiciones de uso

Políticas

Investigación

Educación

ACERCA DE JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados