The authors have no acknowledgements.

Los procedimientos experimentales describió brevemente recibieron la aprobación ética institucional y están en conformidad con la Declaración de Helsinki. Se recogieron datos de un participante representante que estaba al tanto de los procedimientos y dio su consentimiento informado por escrito. 1. Preparación de instrumentos <ol><li> Limpie la piel en el lugar del electrodo por el afeitado, y quite la suciedad con alcohol para obtener una baja impedancia (&lt;5 kW). </li><li> Coloque dos electrodos de superficie AgCl (grabación de diámetro de 10 mm) a 2/3 de la línea entre los Condylis medial del fémur al maléolo medial para el músculo sóleo; en el bulto más prominente del músculo gastrocnemio medial para el; a 1/3 de la distancia a lo largo de una línea entre la cabeza del peroné y el talón para el gastrocnemio lateral; y en un tercio de la distancia a lo largo de una línea entre la punta del peroné y la punta del maléolo medial para el músculo tibial anterior, con un interelectrode distancia (de centro a centro) de 2 cm, de acuerdo con las recomendaciones SENIAM 30. Nota: Los electrodos del músculo sóleo tienen que ser colocado debajo de la inserción distal de los músculos gastrocnemii para asegurarse de que no se esté grabando la actividad de las cabezas de los músculos gastrocnemii (cross-talk). </li><li> Coloque un electrodo de referencia en una posición central en la misma pierna (entre la estimulación y sitios de registro). </li><li> Ajuste la altura y la profundidad de la silla para obtener un ángulo de tobillo de 90 ° (0 ° = flexión plantar completa), de modo que el sóleo y los músculos gastrocnemii no se estiran y el reflejo H no se altera 11,12. <ol><li> Ajuste el ángulo de la rodilla a 90 ° (0 ° = extensión de la rodilla completa) debido a la naturaleza biarticular de los músculos gastrocnemii. Sin embargo, el ángulo óptimo de tobillo para realizar un par voluntaria máxima de los flexores plantares es 70-80 ° (0 ° = flexión plantar completa) 26. Por lo tanto, el ángulo de tobillo dependerá del párrafometros de interés (electrofisiológico frente grabaciones mecánicas). Nota: Independientemente del ángulo inicial elegido, debe permanecer constante durante todo el experimento para normalizar la excitabilidad neuromuscular 11,12,27,28. </li><li> Preste especial atención al supervisar la postura de los sujetos durante la prueba para mantener influencias córtico-vestibular constantes en la excitabilidad de la piscina de motor 29. </li></ol></li><li> Firmemente la correa del tobillo a un ergómetro, con el eje anatómico de la articulación (maléolo externo) alineada con el eje de rotación del ergómetro 25. <ol><li> Tener la presión sujetas ejercen sobre un reposapiés unido al ergómetro para grabar torque flexor plantar. Mantenga el pie inmóvil durante todo el experimento de modo que pequeños cambios en el par pueden ser detectados. </li></ol></li><li> Nota: Bajo ciertas circunstancias, el talón puede levantar ligeramente fuera de la plataforma de fuerza si el pie y el tobillo no están asegurados, que le puedenanuncio a una transmisión incompleta de la torsión contra la placa. Figura 3 presenta una descripción de la configuración experimental. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig3.jpg" /> Figura 3:. Arreglo experimental montaje experimental clásico grabar electromiográficas (EMG) y de par señales. <ol start="6"><li> Conectar los electrodos al amplificador con cables. </li><li> Ajuste la velocidad de muestreo para mediciones de par y EMG a 2.5 kHz. Registre la señal EMG utilizando un (AD) sistema de conversión de analógico a digital. La señal se visualiza en un monitor con un sistema de adquisición de datos, que da instantáneamente valores de varios parámetros (por ejemplo, valor máximo, la amplitud de pico a pico, duración). El espectro de la señal EMG puede oscilar entre 5 Hz y 2 kHz frecuencias, pero está contenida principalmente entre 10 Hz y 1 kHz 31. Por lo tanto, la frecuencia de muestreo debe ser suficientemente alta para preservar la forma de la señal during registro EMG. Amplificar y filtrar señales EMG (ganancia = 500-100) utilizando una frecuencia de ancho de banda entre 10 Hz y 1 kHz 8,21,32. </li><li> Coloque el ánodo para la estimulación eléctrica sobre el tendón rotuliano. </li><li> Determinar el mejor sitio de la estimulación del nervio tibial posterior para obtener un reflejo óptimo sóleo H para una intensidad dada, usando un electrodo de bola cátodo de mano en el hueco poplíteo. Prueba de varios sitios de la estimulación con el electrodo de bola de cátodo hasta que se alcanza un valor máximo del reflejo H. <ol><li> Record tibial anterior actividad EMG para asegurar que el nervio peroneo común no se activa para evitar la influencia de antagonista de los aferentes Ia 12. Ajuste el ancho de pulso en 1 ms para proporcionar una activación óptima de las fibras nerviosas, especialmente las fibras aferentes 10. </li></ol></li><li> Colocar un auto-adhesivo AgCl cátodo en la ubicación de la zona de estimulación para asegurar la condición de estímulo constante (por ejemplo, presión, orienteación). Nota: Todos estos parámetros (posición de sujeto, localización del electrodo y del sitio de estimulación) no cambian para la evaluación de las diferentes mediciones electrofisiológicas. Sólo la intensidad de la estimulación y la condición (resto frente a contracción) varían. </li></ol> 2. Procedimientos de prueba en descanso <ol start="1"><li> Instruya al sujeto a permanecer relajado y de guardar sus / sus músculos en reposo. </li><li> Ajuste la intensidad de la estimulación para obtener sóleo máxima-reflejo H amplitud (H max; rango usual: 20-50 mA). Una de onda M del músculo sóleo se puede observar en la intensidad H max. Nota: Para las mediciones repetidas (por ejemplo, antes y después de un protocolo de fatiga), la intensidad óptima para obtener una respuesta max H puede variar durante la sesión. Como mantener una intensidad constante puede conducir a una subestimación de H max amplitud, se recomienda que el experimentador reevalúa periódicamente H maxintensidad 33. </li><li> Grabar un mínimo de 3 sóleo respuestas H-reflex con esta intensidad, con un intervalo mínimo de 3 segundos para evitar la depresión post-activación 34. Nota: Aunque la grabación de varias respuestas es más conveniente debido a la sensibilidad particular del reflejo H, una sola estimulación puede ser suficiente en algunas circunstancias, por ejemplo cuando se trata de evitar los efectos de una rápida recuperación (por ejemplo, durante un protocolo de fatiga). </li><li> Aumentar la intensidad de la estimulación para obtener máxima amplitud sóleo de onda M (M max; rango usual: 40-100 mA). Por lo general, establezca el incremento en la intensidad de la estimulación a 2-4 mA, con un intervalo de 8 a 10 segundos entre dos estímulos 12,35. La intensidad deseada se alcanza cuando se obtiene M max, y no hay respuesta del reflejo H se puede observar. </li><li> Establecer la intensidad final para de 120-150% de la intensidad del estímulo max M para asegurar que la onda M alcanza una meseta de su valor máximo. Esta intensificacióndad se llama intensidad supramáxima en las siguientes instrucciones. </li><li> Mantenga intensidad de la estimulación constante para sóleo grabaciones de onda M a lo largo de la sesión. </li><li> Registro 3 sóleo M-ondas y 3 pares de contracción asociados a esta intensidad. </li></ol> 3. Procedimientos de prueba durante la contracción voluntaria <ol start="1"><li> Como calentamiento, pedir al paciente para realizar 10 breves y sin fatiga contracciones submáximas de los músculos flexores plantares, con un descanso de unos segundos entre cada una de las contracciones. Al final del calentamiento, tomar un mínimo de 1 minuto de descanso para evitar los efectos de fatiga 11. </li><li> Actividad EMG del tríceps sural continuamente récord. Sóleo de grabación y los músculos gastrocnemii permite el análisis del comportamiento de diferentes tipologías musculares para un solo sitio de estimulación 24. </li><li> Instruya al sujeto a realizar una contracción isométrica máxima voluntaria (MVC) de los flexores plantares. El sujeto tiene que empujar tan duro como posible contra el ergómetro contrayendo sus músculos flexores plantares. Dar retroalimentación visual al tema durante el esfuerzo, y el estímulo verbal estandarizado 19. El MVC se alcanza cuando se observa una meseta. </li><li> Entregar una estimulación emparejado (100 Hz de frecuencia) a una intensidad supramáxima en la meseta de la MVC (doblete superpuesta), y otra estimulación emparejado cuando el músculo está completamente relajado inmediatamente después de la contracción (doblete potenciada) para evaluar el nivel de activación voluntaria. Entregar esta estimulación emparejado a través de un dispositivo específico (por ejemplo, Digitimer D185 MultiPulse Estimulador) o a través de un programa de estimulación asociada con un único estimulador de pulso. </li><li> Instruya al sujeto a realizar una segunda MVC del flexor plantar por lo menos con 1 min de descanso entre cada ensayo 11. Si el par máximo desde el segundo juicio no está dentro del 5% de la primera, los ensayos adicionales deben ser realizados 36. El mayor par de torsión alcanzado porel sujeto se toma como el par MVC. </li></ol> Análisis 4. Datos <ol start="1"><li> Análisis de datos en reposo <ol><li> Seleccionar una ventana de tiempo incluyendo la respuesta EMG asociado con la contracción nerviosa en reposo (de onda o de onda H M). </li><li> Medir la duración de amplitud de pico a pico, pico a pico, y / o el área de las olas (Figura 4A). Si la amplitud no está directamente proporcionada por el software, restar el mínimo para los valores máximos. <ol><li> Por la duración, medir el período de tiempo a partir del pico máximo y final al pico mínimo. Para la zona, calcular la integral de la señal de EMG a partir del inicio de la onda y terminando con el final de la onda. Nota: amplitud pico a pico puede reflejar: 1) la transmisión neuromuscular, 2) la acción unidad de motor amplitud del potencial y / o 3) dispersión temporal de la acción potencial de la unidad de motor 37. Duración de la onda M refleja la propagación neuromuscular 37. </li></ol&gt; </li><li> Para múltiples ensayos, calcular la media de las olas. Si el promedio no puede ser directamente proporcionada por el software, software de uso de hojas de cálculo (por ejemplo, la función de la fórmula en un programa de hoja de cálculo) para calcular este valor de varios ensayos (al menos 3). </li><li> Seleccione la contracción en reposo. </li><li> Mida el par máximo asociado con la contracción nerviosa en reposo (Figura 4B). </li><li> Para múltiples ensayos, calcular el par medio pico de las contracciones de descanso. Si el promedio no puede ser directamente proporcionada por el software, software de uso de hojas de cálculo (por ejemplo, la función de la fórmula en un programa de hoja de cálculo) para calcular este valor de los varios ensayos (al menos 3). </li><li> Repita estos procedimientos descritos en el punto 4.1.2 para los demás parámetros deseados (tiempo de contracción o de tiempo medio de relajación). El análisis de los parámetros de contracción proporciona indicaciones en cuanto a la eficiencia de acoplamiento excitación-contracción 17. En particular, el contratotiempo ion proporciona un índice de la cinética de contracción 8, que puede depender del grupo muscular elegido 38. </li><li> Calcular la relación entre el par máximo y la suma de M-ondas que utilizan el software de hoja de cálculo (por ejemplo, Excel), para cuantificar la eficiencia electromecánica (P t / M). Como las respuestas mecánicas evocadas por estimulación del nervio tibial posterior corresponden a la activación del tríceps sural como un todo, amplitudes de sóleo y gastrocnemii M-ondas deben ser resumidos 39. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig4.jpg" /> Figura 4: Explicación de las respuestas electrofisiológicas y mecánicas (A) Medición de la amplitud de pico a pico (mV), de latencia (ms) y el área (mV.ms) de una onda M típico.. (B) Medición del par máximo de contracción (Nm), tiempo de contracción (ms) y el tiempo medio de relajación (ms) de una contracción. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/52974/52974fig4highres.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <ol start="2"><li> Análisis de los datos en la contracción <ol><li> Seleccione una ventana de tiempo de 500 milisegundos de soleo actividad EMG durante la meseta de par MVC incluyendo el par máximo, pero excluyendo el tiempo entre el artefacto de estimulación y el final del periodo de silencio de EMG. El período de silencio se corresponde con la supresión de la actual actividad voluntaria EMG después de la estimulación. </li><li> Si la media cuadrática (RMS) no está directamente proporcionada por el software, calcular el RMS para cuantificar la actividad EMG utilizando la siguiente fórmula 40: RMS EMG <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq1.jpg" /></li><li> Medir o calcular la RMS de M max en reposo durante la duración de la onda. </li><li> Calcular la relación RMS EMG / RMS Mmax utilizando el software de hoja de cálculo.RMS valor EMG y el valor RMS Mmáx tienen que ser seleccionados desde el mismo músculo. </li><li> Medir el par pico máximo de la MVC desde la línea base del par de torsión en reposo para el valor máximo de MVC excluyendo el par superpuesto inducida por la estimulación doblete (Figura 5). </li><li> Medir el par superpuesto inducida por la estimulación doblete durante la MVC, desde el valor de par voluntaria en el inicio de la estimulación para el pico de la respuesta evocada (Figura 5). </li><li> Seleccione el doblete potenciada. </li><li> Mida el par máximo asociado con el doblete potenciada. </li><li> Calcula el nivel de activación voluntaria (VAL) utilizando la siguiente fórmula 40: <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq2.jpg" /></li></ol></li></ol><img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig5.jpg" /> Figura 5: Medición de la superpuesto ypotenciada doblete en señal mecánica. Para grabar el par máximo superpuesta (Pts), doblete estimulación se evoca en la meseta de la contracción voluntaria máxima isométrica (MVC). Para grabar un par máximo potenciada (Pt P), doblete estimulación se evoca en reposo después de la compensación de MVC.

The authors have nothing to disclose.

La estimulación del nervio percutánea permite la cuantificación de numerosas características del sistema neuromuscular no sólo para entender el control fundamental de la función neuromotora en seres humanos sanos, sino también para ser capaz de analizar las adaptaciones agudas o crónicas a través de la fatiga o la formación 17. Esto es muy beneficioso especialmente para los protocolos fatigantes, donde las mediciones deben realizarse tan pronto como sea posible después del final del ejercicio para ...

Estimulación nerviosa eléctrica percutánea es ampliamente utilizado para evaluar la función neuromuscular 1. El principio básico consiste en inducir un estímulo eléctrico a un nervio motor periférico para evocar una contracción muscular. (Medición de par) Mecánica y (actividad electromiográfica) las respuestas electrofisiológicas se graban simultáneamente. Torque, grabado en la articulación considerado, se evaluó a través de un ergómetro. El (EMG) señal electromiográfica grabado utilizando electrodos de superficie se ha demostrado para representar la actividad del músculo 2. Este método no invasivo no es doloroso y más fácil de implementar que las grabaciones intramusculares. Ambos electrodos monopolar y bipolar pueden ser utilizados. La configuración de electrodo monopolar ha demostrado ser más sensible a los cambios en la actividad muscular 3, que puede ser útil para los músculos pequeños. Sin embargo, electrodos bipolares han demostrado ser más eficaz en la mejora de la r-señal-ruidoació 4 y se utilizan con mayor frecuencia como un método de grabación y la cuantificación de la actividad de la unidad de motor. La metodología se describe a continuación se centrará en las grabaciones bipolares. Actividad EMG es un indicador de la eficacia y la integridad del sistema neuromuscular. El uso de la estimulación nerviosa percutánea ofrece nuevas perspectivas sobre la función neuromuscular, es decir, cambios a nivel muscular, espinal o supra-espinal (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig1.jpg" /> Figura 1:. Información general de las mediciones neuromusculares STIM: estimulación nerviosa. EMG: electromiografía. VAL: Nivel de activación Voluntario. RMS: Root Mean Square. M max: máxima amplitud de la onda M. En reposo, el potencial de acción muscular compuesto, también llamada onda M, es la respuesta de corta latencia observada después artefacto de estímulo, y representa la masa muscular excitables por la activ directa<html> ación de los axones motores que conducen a que el músculo (Figura 2, número 3). Amplitud de la onda M aumenta con la intensidad hasta llegar a una meseta de su valor máximo. Esta respuesta, llamado M max, representa la suma síncrono de todas las unidades de motor y / o los potenciales de acción de fibras musculares grabadas debajo de los electrodos de EMG superficial 5. La evolución de la zona de amplitud o de onda de pico a pico se utiliza para identificar alteraciones de la transmisión neuromuscular 6. Los cambios en las respuestas mecánicas asociadas con la onda M, es decir, el pico de contracción par / fuerza, puede ser debido a alteraciones en la excitabilidad del músculo y / o dentro de las fibras musculares 7. La asociación de la amplitud y la amplitud M max torque de contracción máxima (relación A / M Pt) proporciona un índice de eficiencia electromecánica del músculo 8, es decir, respuesta mecánica para un comando motor eléctrico dado. 52974 / 52974fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2:. El motor y las vías reflejas activadas por la estimulación del nervio estimulación eléctrica de un (/ motor sensorial) nervio mixto (STIM) induce una despolarización de ambos axón motor y Ia aferentes de fusilamiento. La despolarización de Ia aferentes hacia la médula espinal activa una motoneurona alfa, que a su vez provoca una respuesta-reflejo H (vía 1 + 2 + 3). Dependiendo de la intensidad del estímulo, la despolarización axón motor evoca una respuesta muscular directa: de onda M (vía 3). En la intensidad de la onda M máxima, una corriente antidrómica también se genera (3 &#39;) y choca con volea reflejo (2). Esta colisión cancela parcialmente o totalmente la respuesta H-reflejo. El H-reflejo es una respuesta electrofisiológica utilizado para evaluar los cambios en la Ia-α motoneuron sinapsis 9. Este parámetro se puede evaluar en reposo o durante las contracciones voluntarias. H-reflex representa una variante del reflejo de estiramiento (Figura 2, numbre 1-3). El H-reflex activa unidades motoras monosinápticamente reclutados por las vías aferentes Ia 10,11, y puede ser sometida a influencias periféricas y centrales 12. El método de evocar un reflejo H se sabe que tiene una alta fiabilidad intra-sujeto para evaluar la excitabilidad de la médula en reposo 13,14 y durante las contracciones isométricas 15. Durante una contracción voluntaria, la magnitud de la unidad neuronal voluntaria puede evaluarse utilizando la amplitud de la señal EMG, en general, cuantificada mediante el Mean Square Root (RMS). RMS EMG se utiliza comúnmente un medio para cuantificar el nivel de excitación del sistema motor durante la contracción voluntaria (Figura 1). Debido a la intra e interindividual variabilidad 16, RMS EMG tiene que ser normalizado mediante el EMG registrado durante una máxima contracción voluntaria del músculo específica (RMS EMGmax). Además, debido a los cambios en la señal de EMG pueden bSe requiere de correo debido a alteraciones a nivel periférico, la normalización utilizando un parámetro periférica como onda M para evaluar sólo el componente central de la señal EMG. Esto puede hacerse dividiendo el EMG RMS por la amplitud máxima o el Mmáx RMS de la onda M. La normalización utilizando RMS Mmax (es decir RMS EMG / RMS Mmax) es el método preferido, ya que toma en cuenta la posible modificación de la duración de la onda M 17. Comandos de motor también pueden ser evaluados mediante el cálculo del nivel de activación voluntaria (VAL). Este método utiliza la técnica de interpolación twitch 18 mediante la superposición de una estimulación eléctrica a una intensidad max M durante una contracción voluntaria máxima. El par de torsión adicional inducida por estimulación del nervio se compara con un control de contracción producida por la estimulación del nervio idéntica en un músculo relajado potenciada 19. Para evaluar máxima VAL, el Interpo contracción inicialción técnica descrita por Merton 18 implica un único estímulo interpolado durante una contracción voluntaria. Recientemente, el uso de la estimulación emparejado se ha vuelto más popular debido a los incrementos de par evocados son más grandes, detectado más fácilmente, y menos variable en comparación con las respuestas individuales 20 de estimulación. El VAL proporciona un índice de la capacidad de los del sistema nervioso central para activar al máximo los músculos que trabajan 21. Actualmente, VAL evaluó usando la técnica de interpolación de contracción es el método más valioso de evaluar el nivel de activación muscular 22. Además, el par máximo evaluado usando un ergómetro es el parámetro de la prueba de fuerza mayor debidamente estudiado procede de su uso en la investigación y el ámbito clínico 23. La estimulación nerviosa eléctrica se puede utilizar en una variedad de grupos musculares (por ejemplo, los flexores del codo, flexores de la muñeca, extensores de la rodilla, flexores plantares). Sin embargo, la accesibilidad hace que el nerviotécnica difícil en algunos grupos de músculos. Los músculos flexores plantares, especialmente tríceps sural (sóleo y gastrocnemii) los músculos, se investigan con frecuencia en la literatura 24. De hecho, estos músculos están involucrados en la locomoción, justificando su interés particular. La distancia entre el sitio de estimulación y electrodos de registro permite la identificación de las diferentes ondas evocadas de los músculos tríceps sural. La parte superficial del nervio tibial posterior en la fosa poplítea y el gran número de husillos que sea más fácil para registrar las respuestas reflejas en comparación con otros músculos 24. Por estas razones, la metodología reflex actualmente presentado se centra en grupo los tríceps sural de los músculos (gastrocnemio y sóleo). Por tanto, el objetivo de este protocolo es describir la técnica de estimulación nerviosa percutánea para investigar la función neuromuscular en el tríceps sural.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Biodex dynamometer</td>
			<td>Biodex Medical System Inc., New York, USA</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.biodex.com/">www.biodex.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MP150 Data Acquisition System</td>
			<td>Biopac Systems Inc., Goleta, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acknowledge 4.1.0 software</td>
			<td>Biopac Systems Inc., Goleta, USA</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.biopac.com/">www.biopac.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DS7A constant current high voltage stimulator</td>
			<td>Digitimer, Hertfordshire, UK</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.digitimer.com/">www.digitimer.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver chloride surface electrodes</td>
			<td>Control Graphique Medical, Brie-Comte-Robert, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the Biodex to the MP150</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the Digitimer to the MP150</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the MP150 to the computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of neuromuscular function using percutaneous electrical nerve stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

El aumento de la intensidad del estímulo conduce a una evolución diferente de las amplitudes de respuesta entre H y M-ondas. En reposo, el reflejo H alcanza un valor máximo antes de estar totalmente ausente de la señal EMG, mientras que la onda M aumenta progresivamente hasta alcanzar una meseta a la intensidad máxima (véase la Figura 4 para una representación gráfica de la onda M y la Figura 6 para la evolución de M-ondas y H-reflex con intens...

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Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Evaluación de la función neuromuscular Usando percutánea estimulación nerviosa eléctrica

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

assessment-neuromuscular-function-using-percutaneous-electrical-nerve

Research

JoVE Journal

Neuroscience

21.6K vistas.  Univ. Bourgogne Franche–Comté. We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). 

Video: Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Studying Synaptic Vesicle Pools using Photoconversion of Styryl Dyes

The fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane (exocytosis) is a required step in neurotransmitter release and neuronal communication. The vesicles are then retrieved from the plasma membrane (endocytosis) and grouped together with the general pool of vesicles within the nerve terminal, until they undergo a new exo- and endocytosis cycle (vesicle recycling). These processes have been studied using a variety of techniques such as electron microscopy, electrophysiology recordings, amperometry and capacitance measurements. Importantly, during the last two decades a number of fluorescently labeled markers emerged, allowing optical techniques to track vesicles in their recycling dynamics. One of the most commonly used markers is the styryl or FM dye 1; structurally, all FM dyes contain a hydrophilic head and a lipophilic tail connected through an aromatic ring and one or more double bonds (Fig. 1B). A classical FM dye experiment to label a pool of vesicles consists in bathing the preparation (Fig. 1Ai) with the dye during the stimulation of the nerve (electrically or with high K+). This induces vesicle recycling and the subsequent loading of the dye into recently endocytosed vesicles (Fig. 1Ai-iii). After loading the vesicles with dye, a second round of stimulation in a dye-free bath would trigger the FM release through exocytosis (Fig. 1Aiv-v), process that can be followed by monitoring the fluorescence intensity decrease (destaining).

Although FM dyes have contributed greatly to the field of vesicle recycling, it is not possible to determine the exact localization or morphology of individual vesicles by using conventional fluorescence microscopy. For that reason, we explain here how FM dyes can also be used as endocytic markers using electron microscopy, through photoconversion. The photoconversion technique exploits the property of fluorescent dyes to generate reactive oxygen species under intense illumination. Fluorescently labeled preparations are submerged in a solution containing diaminobenzidine (DAB) and illuminated. Reactive species generated by the dye molecules oxidize the DAB, which forms a stable, insoluble precipitate that has a dark appearance and can be easily distinguished in electron microscopy 2,3. As DAB is only oxidized in the immediate vicinity of fluorescent molecules (as the reactive oxygen species are short-lived), the technique ensures that only fluorescently labeled structures are going to contain the electron-dense precipitate. The technique thus allows the study of the exact location and morphology of actively recycling organelles.

FM dyes have been of invaluable help in the understanding of synaptic dynamics. FMs are normally followed under the fluorescent microscope during different stimulation conditions. However, photoconversion of FM dyes combined with electron microscopy allows the visualization of distinct synaptic vesicle pools, among other ultrastructure components, in synaptic boutons.

El estudio de Piscinas vesícula sináptica con fotoconversión de tintes estirilo

The fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane (exocytosis) is a required step in neurotransmitter release and neuronal communication. The ...

Investigación

Neurociencias

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS display abnormalities in the expression of FMR1 - a protein required for typical, healthy neural development.3 Recent data has suggested that the loss of this protein can cause the cortex to be hyperexcitable thereby affecting overall patterns of neural plasticity.4,5
In addition, Fragile X shows a strong comorbidity with autism: in fact, 30% of children with FXS are diagnosed with autism, and 2 - 5% of autistic children suffer from FXS.6
Transcranial Magnetic Stimulation (a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses 7,8) represents a unique method of exploring plasticity and the manifestations of FXS within affected individuals. More specifically, Theta-Burst Stimulation (TBS), a specific stimulatory protocol shown to modulate cortical plasticity for a duration up to 30 minutes after stimulation cessation in healthy populations, has already proven an efficacious tool in the exploration of abnormal plasticity.9,10 
Recent studies have shown the effects of TBS last considerably longer in individuals on the autistic spectrum - up to 90 minutes.11 This extended effect-duration suggests an underlying abnormality in the brain's natural plasticity state in autistic individuals - similar to the hyperexcitability induced by Fragile X Syndrome.
In this experiment, utilizing single-pulse motor-evoked potentials (MEPs) as our benchmark, we will explore the effects of both intermittent and continuous TBS on cortical plasticity in individuals suffering from FXS and individuals on the Autistic Spectrum.

In this article, we examine the effects of Theta-Burst TMS stimulation on cortical plasticity in individuals suffering from Fragile X syndrome and individuals on the autistic spectrum.

TMS: Uso del protocolo Theta-Burst para explorar Mechasnism de plasticidad en los individuos con el síndrome de X frágil y el autismo

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

Nerve Excitability Assessment in Chemotherapy-induced Neurotoxicity

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. Chemotherapy-induced peripheral neuropathy produces symptoms of numbness and paraesthesia in the limbs and may progress to difficulties with fine motor skills and walking, leading to functional impairment. In addition to producing troubling symptoms, chemotherapy-induced neuropathy may limit treatment success leading to dose reduction or early cessation of treatment. Neuropathic symptoms may persist long-term, leaving permanent nerve damage in patients with an otherwise good prognosis3. As chemotherapy is utilised more often as a preventative measure, and survival rates increase, the importance of long-lasting and significant neurotoxicity will increase.
There are no established neuroprotective or treatment options and a lack of sensitive assessment methods. Appropriate assessment of neurotoxicity will be critical as a prognostic factor and as suitable endpoints for future trials of neuroprotective agents. Current methods to assess the severity of chemotherapy-induced neuropathy utilise clinician-based grading scales which have been demonstrated to lack sensitivity to change and inter-observer objectivity4. Conventional nerve conduction studies provide information about compound action potential amplitude and conduction velocity, which are relatively non-specific measures and do not provide insight into ion channel function or resting membrane potential. Accordingly, prior studies have demonstrated that conventional nerve conduction studies are not sensitive to early change in chemotherapy-induced neurotoxicity4-6. In comparison, nerve excitability studies utilize threshold tracking techniques which have been developed to enable assessment of ion channels, pumps and exchangers in vivo in large myelinated human axons7-9.
Nerve excitability techniques have been established as a tool to examine the development and severity of chemotherapy-induced neurotoxicity10-13. Comprising a number of excitability parameters, nerve excitability studies can be used to assess acute neurotoxicity arising immediately following infusion and the development of chronic, cumulative neurotoxicity. Nerve excitability techniques are feasible in the clinical setting, with each test requiring only 5 -10 minutes to complete. Nerve excitability equipment is readily commercially available, and a portable system has been devised so that patients can be tested in situ in the infusion centre setting. In addition, these techniques can be adapted for use in multiple chemotherapies.
In patients treated with the chemotherapy oxaliplatin, primarily utilised for colorectal cancer, nerve excitability techniques provide a method to identify patients at-risk for neurotoxicity prior to the onset of chronic neuropathy. Nerve excitability studies have revealed the development of an acute Na+ channelopathy in motor and sensory axons10-13. Importantly, patients who demonstrated changes in excitability in early treatment were subsequently more likely to develop moderate to severe neurotoxicity11. However, across treatment, striking longitudinal changes were identified only in sensory axons which were able to predict clinical neurological outcome in 80% of patients10. These changes demonstrated a different pattern to those seen acutely following oxaliplatin infusion, and most likely reflect the development of significant axonal damage and membrane potential change in sensory nerves which develops longitudinally during oxaliplatin treatment10. Significant abnormalities developed during early treatment, prior to any reduction in conventional measures of nerve function, suggesting that excitability parameters may provide a sensitive biomarker.

This abstract describes a novel method to assess the development of neurotoxicity in patients receiving chemotherapy treatment. While conventional assessment methods are limited in their ability to detect early changes in nerve function, nerve excitability techniques provide early identification of patients at risk of severe neurotoxicity and insight into pathophysiology.

Evaluación de la excitabilidad en los nervios inducidos por la quimioterapia Neurotoxicidad

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted deaf subjects1-6. Nonetheless, sound coding with current CIs has poor frequency and intensity resolution due to broad current spread from each electrode contact activating a large number of SGNs along the tonotopic axis of the cochlea7-9. Optical stimulation is proposed as an alternative to electrical stimulation that promises spatially more confined activation of SGNs and, hence, higher frequency resolution of coding. In recent years, direct infrared illumination of&#160;the cochlea has been used to evoke responses in the auditory nerve10. Nevertheless it requires higher energies than electrical stimulation10,11 and uncertainty remains as to the underlying mechanism12. Here we describe a method based on optogenetics to stimulate SGNs with low intensity blue light, using transgenic mice with neuronal expression of channelrhodopsin 2 (ChR2)13 or virus-mediated expression of the ChR2-variant CatCh14. We used micro-light emitting diodes (&#181;LEDs) and fiber-coupled lasers to stimulate ChR2-expressing SGNs through a small artificial opening (cochleostomy) or the round window. We assayed the responses by scalp recordings of light-evoked potentials (optogenetic auditory brainstem response: oABR) or by microelectrode recordings from the auditory pathway and compared them with acoustic and electrical stimulation.

Cochlear implants (CIs) enable hearing by direct electrical stimulation of the auditory nerve. However, poor frequency and intensity resolution limits the quality of hearing with CIs. Here we describe optogenetic stimulation of the auditory nerve in mice as an alternative strategy for auditory research and developing future CIs.

Estimulación Optogenética del nervio auditivo

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

Estimulación eléctrica cerebral transcraneal en roedores alerta

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a closed-loop event-triggered manner. Although many studies are focusing on the possible benefits and side-effects of TES in healthy and pathologic brains, there are still many fundamental open questions regarding the mechanism of action of the stimulation. Therefore, there is a clear need for a robust and reproducible method to test the acute and the chronic effects of TES in rodents. TES can be combined with regular behavioral, electrophysiological, and imaging techniques to investigate neuronal networks in vivo. The implantation of transcranial stimulation electrodes does not impose extra constraints on the experimental design while it offers a versatile, flexible tool to manipulate brain activity. Here we provide a detailed, step-by-step protocol to fabricate and implant transcranial stimulation electrodes to influence brain activity in a temporally constrained manner for months.

This detailed protocol describes transcranial stimulation electrode placement on the temporal bone in order to investigate the short- and long-term effects of transcranial electrical stimulation in freely moving rats.

Estimulación eléctrica transcraneal crónica y grabación Intracortical en ratas

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, causal evidence of brain area activation leading to a behavior is often left missing. Transcranial direct current stimulation (tDCS), which can temporarily alter brain cortical excitability and activity, is a noninvasive neurophysiological tool used to study causal relationships in the human brain. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is a noninvasive brain stimulation (NIBS) technique that produces a more focal current compared to conventional tDCS. Traditionally, the stimulation location has been roughly determined through the 10-20 EEG system, because determining precise stimulation points can be difficult. This protocol uses a 3D digitizer with HD-tDCS to increase accuracy in determination of stimulation points. The method is demonstrated using a 3D digitizer for more accurate localization of stimulation points in the right temporo-parietal junction (rTPJ).

Presented here is a protocol to achieve higher accuracy in determination of stimulation location combining a 3D digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.

Determinación de la ubicación de estimulación mediante un digitalizador 3D con estimulación de corriente directa transcraneal de alta definición

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of sciatic nerve injury rodent models. In this protocol, we describe a novel kinematic analysis method that uses a three-dimensional (3D) motion capture apparatus for functional evaluations using a rat sciatic nerve crush injury model. First, the rat is familiarized with treadmill walking. Markers are then attached to the designated bone landmarks and the rat is made to walk on the treadmill at the desired speed. Meanwhile, the posterior limb movements of the rat are recorded using four cameras. Depending on the software used, marker tracings are created using both automatic and manual modes and the desired data are produced after subtle adjustments. This method of kinematic analysis, which uses a 3D motion capture apparatus, offers numerous advantages, including superior precision and accuracy. Many more parameters can be investigated during the comprehensive functional evaluations. This method has several shortcomings that require consideration: The system is expensive, can be complicated to operate, and may produce data deviations due to skin shifting. Nevertheless, kinematic analysis using a 3D motion capture apparatus is useful for performing functional anterior and posterior limb evaluations. In the future, this method may become increasingly useful for generating accurate assessments of various traumas and diseases.

We introduce a kinematic analysis method that uses a three-dimensional motion capture apparatus containing four cameras and data processing software for performing functional evaluations during fundamental research involving rodent models.

Análisis cinemático 3D para la evaluación funcional en el modelo de rata de lesión de aplastamiento de nervios ciáticos

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Establishment of Acute Pontine Infarction in Rats by Electrical Stimulation

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided here is a protocol for successfully establishing a rat model of acute pontine infarction. Rats weighing about 250 g are used, and a probe with an insulated sheath is injected into the pons using a stereotaxic apparatus. A lesion is produced by the electrical stimulation with a single pulse. The Longa score, Berderson score, and beam balance test are used to assess neurological deficits. Additionally, the adhesive-removal somatosensory test is used to determine sensorimotor function, and the limb placement test is used to evaluate proprioception. MRI scans are then used to assess the infarction in vivo, and TTC staining is used to confirm the infarction in vitro. Here, a successful infarction is identified that is located in the anterolateral basis of the rostral pons. In conclusion, a new method is described to establish an acute pontine infarction rat model.

Presented here is a protocol for establishing acute pontine infarction in a rat model via electrical stimulation with a single pulse.

Establecimiento del Infarto Pontino Agudo en Ratas por Estimulación Eléctrica

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided ...