Estimulación combinada de nervios periféricos y estimulación magnética transcraneal de parámetros de pulso controlable para sondear el control sensoriomotor y el aprendizaje

Resumen

La inhibición aferente de latencia corta (SAI) es un protocolo de estimulación magnética transcraneal para sondear la integración sensoriomotora. Este artículo describe cómo se puede usar SAI para estudiar los bucles sensoriomotores convergentes en la corteza motora durante el comportamiento sensoriomotor.

Resumen

La capacidad motora experta depende de la integración eficiente de la aferencia sensorial en los comandos motores apropiados. La inhibición aferente proporciona una herramienta valiosa para investigar la influencia procedimental y declarativa sobre la integración sensoriomotora durante las acciones motoras especializadas. Este manuscrito describe la metodología y las contribuciones de la inhibición aferente de latencia corta (SAI) para comprender la integración sensoriomotora. SAI cuantifica el efecto de una descarga aferente convergente sobre la salida motora corticoespinal evocada por la estimulación magnética transcraneal (EMT). La descarga aferente se desencadena por la estimulación eléctrica de un nervio periférico. El estímulo TMS se entrega a una ubicación sobre la corteza motora primaria que provoca una respuesta motora confiable en un músculo servido por ese nervio aferente. El grado de inhibición en la respuesta motora evocada refleja la magnitud de la descarga aferente que converge en la corteza motora e implica contribuciones GABAérgicas y colinérgicas centrales. La participación colinérgica en la EFS hace de la EFS un posible marcador de interacciones declarativas-procedimentales en el rendimiento sensoriomotor y el aprendizaje. Más recientemente, los estudios han comenzado a manipular la dirección actual de TMS en SAI para separar la importancia funcional de los distintos circuitos sensoriomotores en la corteza motora primaria para las acciones motoras especializadas. La capacidad de controlar parámetros de pulso adicionales (por ejemplo, el ancho de pulso) con el parámetro de pulso controlable TMS (cTMS) de última generación ha mejorado la selectividad de los circuitos sensoriomotores sondeados por el estímulo TMS y ha brindado la oportunidad de crear modelos más refinados de control sensoriomotor y aprendizaje. Por lo tanto, el presente manuscrito se centra en la evaluación de las EFS utilizando cTMS. Sin embargo, los principios descritos aquí también se aplican a SAI evaluados utilizando estimuladores TMS convencionales de ancho de pulso fijo y otras formas de inhibición aferente, como la inhibición aferente de latencia prolongada (LAI).

Introducción

Múltiples bucles sensoriomotores convergen en la corteza motora para dar forma a las proyecciones del tracto piramidal a las neuronas motoras espinales e interneuronas¹. Sin embargo, cómo interactúan estos bucles sensoriomotores para dar forma a las proyecciones corticoespinales y al comportamiento motor sigue siendo una pregunta abierta. La inhibición aferente de latencia corta (SAI) proporciona una herramienta para sondear las propiedades funcionales de los bucles sensoriomotores convergentes en la salida de la corteza motora. SAI combina la estimulación magnética transcraneal cortical motora (TMS) con la estimulación eléctrica del nervio afe....

Protocolo

El siguiente protocolo se puede aplicar a varios experimentos. La información proporcionada detalla un experimento en el que SAI se utiliza para cuantificar la integración sensoriomotora durante la respuesta de un dedo a una sonda válida o inválidamente señalada. En este protocolo, SAI se evalúa sin una tarea, luego simultáneamente durante la tarea sensoriomotora señalada, y luego nuevamente sin una tarea. El estimulador cTMS puede ser reemplazado por cualquier estimulador TMS convencional disponible comercialmente. Sin embargo, el ancho de pulso del estimulador TMS convencional se fijaría entre 70-82 μs dependiendo del hardware específico^59,60....

Discusión

El método SAI descrito aquí sondea un subconjunto de vías neuronales que desempeñan un papel en el rendimiento sensoriomotor y el aprendizaje. La evaluación de SAI mientras los participantes realizan tareas sensoriomotoras controladas es fundamental para desenredar las complejas contribuciones de los numerosos bucles sensoriomotores que convergen en las neuronas motoras corticoespinales para dar forma a la producción motora en poblaciones sanas y clínicas. Por ejemplo, se ha utilizado una metodología similar para.......

Materiales

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)