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Résumé

L’évaluation de la période de silence controlatérale (cSP) est un biomarqueur prometteur pour indexer l’excitabilité corticale et la réponse au traitement. Nous démontrons un protocole d’évaluation de la cSP destiné à l’étude de l’inhibition corticospinale M1 des membres supérieurs et inférieurs.

Résumé

La période de silence controlatérale (cSP) est une période de suppression de l’activité musculaire électrique de fond capturée par électromyographie (EMG) après un potentiel évoqué moteur (MEP). Pour ce faire, une MEP est déclenchée par une impulsion de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) supraseuil délivrée au cortex moteur primaire (M1) du muscle cible sélectionné, tandis que le participant fournit une contraction volontaire standardisée du muscle cible. Le cSP est le résultat de mécanismes inhibiteurs qui se produisent après le MEP; Il fournit une large évaluation temporelle de l’inhibition vertébrale dans sa ~50 ms initiale, et de l’inhibition corticale après. Les chercheurs ont tenté de mieux comprendre le mécanisme neurobiologique derrière le cSP pour le valider en tant que biomarqueur diagnostique, substitut et prédictif potentiel pour différentes maladies neuropsychiatriques. Par conséquent, cet article décrit une méthode pour mesurer M1 cSP des membres inférieurs et supérieurs, y compris une sélection du muscle cible, le placement des électrodes, le positionnement de la bobine, la méthode de mesure de la stimulation de contraction volontaire, la configuration de l’intensité et l’analyse des données pour obtenir un résultat représentatif. Il a pour objectif éducatif de donner une ligne directrice visuelle pour la réalisation d’un protocole cSP réalisable, fiable et reproductible pour les membres inférieurs et supérieurs et de discuter des défis pratiques de cette technique.

Introduction

La période silencieuse (SP) est une période de silence électromyographique (EMG) qui suit un potentiel évoqué moteur (MEP) induit par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) appliquée lors d’une contraction musculaire soutenue. L’impulsion TMS supraseuil peut être appliquée au cortex moteur primaire controlatéral ou ipsilatéral (M1) du muscle cible à partir duquel l’activité EMG est enregistrée, ce qui donne deux phénomènes : la période de silence controlatérale (cSP) et la période de silence ipsilatérale (iSP).

Même si iSP et cSP partagent des fonctionnalités similaires, ils peuvent refléter des composants légèrement différents. On pense que la première reflète l’inhibition transcalleuse et est donc entièrement d’origine corticale 1,2. Inversement, la cSP est étudiée comme substitut possible de l’inhibition corticospinale, très probablement médiée par les récepteurs B de l’acide gamma-aminobutyrique (GABA) dans M1 3,4,5.

Soutenant le rôle de la cSP dans les voies médiées par le GABA, des travaux antérieurs ont révélé une augmentation de la durée de la cSP après l’administration orale de composants améliorant le GABA 5,6,7,8. Pourtant, les processus rachidiens sont également impliqués dans la modification de sa durée. La phase antérieure (<50 ms) du cSP est associée à une diminution des valeurs du réflexe H3-a réflexe qui est un produit des neurocircuits périphériques et qui quantifie l’excitabilité des neurones spinaux9. On pense que le traitement de la colonne vertébrale est médié par l’activation des cellules de Renshaw, les motoneurones après hyperpolarisation et l’inhibition postsynaptique par les interneurones spinaux 10,11,12,13,14.

Malgré la contribution de la colonne vertébrale, la cSP résulte principalement de l’activation des neurones inhibiteurs corticaux, qui sont responsables de la génération de la dernière partie du cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16. À cet égard, la première partie de la durée de la cSP a été associée à des mécanismes d’inhibition de la colonne vertébrale, tandis que les cSP longs nécessitent des mécanismes inhibiteurs corticaux plus importants 3,13,17,18.

Par conséquent, la cSP est un biomarqueur candidat prometteur pour la maladaptation corticospinale due à des troubles neurologiques, tandis que des durées plus significatives de cSP reflètent potentiellement une augmentation de l’inhibition corticospinale et vice versa 5,11. En conséquence, des travaux antérieurs ont trouvé une association entre la durée de la cSP et des pathologies telles que la dystonie, la maladie de Parkinson, la douleur chronique, les accidents vasculaires cérébraux et d’autres affections neurodégénératives et psychiatriques 19,20,21,22. Pour illustrer, dans une cohorte d’arthrose du genou, une inhibition intracorticale plus élevée (indexée par cSP) était associée à un âge plus jeune, à une plus grande dégénérescence du cartilage et à une performance cognitive moindre dans l’échelle d’évaluation cognitivede Montréal 23. De plus, les changements de cSP pourraient également indexer longitudinalement la réponse au traitement et la récupération motrice 24,25,26,27,28,29,30.

Aussi prometteur que soit le rôle de la cSP dans le domaine de la neuropsychiatrie, un aspect difficile de son évaluation est qu’elle peut être trop sensible aux variations de protocole. Par exemple, la durée du cSP (~100-300 ms)11 permet de distinguer les membres supérieurs et inférieurs. Salerno et al. ont trouvé une durée moyenne de cSP de 121,2 ms (± 32,5) pour le premier muscle interosseux dorsal (FDI) et de 75,5 ms (± 21) pour le muscle antérieur du tibial (TA), dans un échantillon de patients atteints de fibromyalgie31. Ainsi, la littérature transmet une myriade de divergences dans les paramètres utilisés pour obtenir des cSP, ce qui compromet la comparabilité entre les études et retarde l’application à la pratique clinique. Au sein d’une population similaire, les protocoles ont été hétérogènes en ce qui concerne le réglage d’impulsion TMS supraseuil utilisé pour stimuler M1 et le muscle cible, par exemple. En plus de cela, les chercheurs n’ont pas correctement rapporté les paramètres utilisés dans leurs protocoles.

Par conséquent, l’objectif est de fournir une ligne directrice visuelle sur la façon d’appliquer un protocole cSP réalisable, fiable et facilement reproductible pour évaluer l’excitabilité corticospinale M1 des membres supérieurs et inférieurs et de discuter des défis méthodologiques pratiques de cette procédure. De plus, pour aider à illustrer le raisonnement du choix des paramètres, nous avons effectué une revue de la littérature non exhaustive sur Pubmed/MEDLINE afin d’identifier les articles publiés sur la cSP dans les populations souffrant de douleur chronique et de réadaptation, en utilisant le terme de recherche : réadaptation (maillage) ou réadaptation ou douleur chronique ou accident vasculaire cérébral et des termes tels que stimulation magnétique transcrânienne et impulsion unique ou période de silence corticale. Aucun critère d’inclusion n’a été défini pour l’extraction, et les résultats regroupés sont présentés dans le tableau 1 à des fins d’illustration seulement.

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Protocole

Ce protocole implique des recherches sur des sujets humains et est en alliance avec les directives institutionnelles et éthiques des comités d’éthique locaux et la Déclaration d’Helsinki. Le consentement éclairé a été obtenu des sujets pour l’utilisation de leurs données dans l’étude.

1. Procédures préexpérimentales

  1. Dépistage du sujet. Dépister le sujet pour les implants intracrâniens, l’épilepsie, les antécédents de convulsions, et la grossesse. Utiliser les lignes directrices du questionnaire pour assurer le respect des mesures de sécurité les plus récentes32.
    1. L’émission d’impulsions électromagnétiques avec TMS est contre-indiquée pour les personnes porteuses d’implants intracrâniens de matériau ferromagnétique, tels que des éclats d’obus, des clips d’anévrisme ou des fragments de soudure. Prenez des précautions avec les personnes présentant une probabilité accrue de convulsions.
    2. L’évaluation de la SMT ne présente aucun risque fœtal pour les femmes enceintes à qui il est conseillé d’adopter une position conservatrice lorsqu’elles traitent avec cette population. Il est sécuritaire d’appliquer la SMT dans les populations pédiatriques, de procéder avec prudence à certains stades de développement (c.-à-d. fermeture de la fontanelle, maturation de l’excitabilité corticale et croissance du conduit auditif externe)33.
  2. Préparation des matériaux. Pour cette procédure, outre les appareils TMS et EMG, ayez à votre disposition un bonnet de bain, des tampons d’alcool (avec la préparation d’alcool isopropylique à 70%), un gel conducteur et un ordinateur allumé avec la configuration du logiciel EMG et un dynamomètre approprié pour le muscle étudié (voir Tableau des matériaux).
    NOTE: Les bonnets de bain ont l’avantage d’être l’option la moins chère et la plus accessible qui permet tout de même des évaluations TMS fiables et reproductibles sans causer l’inconfort de marquer la tête des sujets.

2. Instructions appropriées aux patients

  1. Expliquez les étapes de base de la procédure et combien de temps cela prendra.
  2. Demandez au participant de rester éveillé, mais de ne pas effectuer d’activités cognitives qui nécessitent une attention et/ou une concentration supplémentaires (p. ex., calculs mathématiques, méditation, etc.) et prévoyez qu’il pourrait ressentir des contractions des mains ou de la mâchoire ou des effets secondaires plausibles. De tels événements peuvent sembler inattendus pour un sujet inexpérimenté et ainsi compromettre la procédure.
    REMARQUE : La SMT à pouls unique et à pouls appariés n’a été associée qu’à des événements indésirables légers, transitoires, y compris des maux de tête, des douleurs locales, des douleurs cervicales, des maux de dents et des paresthésies. Les convulsions sont rares et aucun autre événement indésirable grave n’a été associé33. Pour plus de sécurité, il est recommandé d’offrir des bouchons d’oreilles, en raison de la possibilité de sons nocifs, et des blocs de morsure pour une éventuelle contraction du masséter34.

3. Procédures expérimentales (figure 1)

  1. Sélectionnez le muscle pour positionner les électrodes.
    1. Demandez au sujet de mettre sa main sur la table, en position couchée. Sélectionnez le muscle FDI, localisé entre le premier et le deuxième métacarpien osseux. Pour identifier l’IDE, demandez au sujet d’enlever son index contre la résistance, en gardant le reste de la main immobile et en s’allongeant sur la table, pendant que vous palpez la zone.
    2. Exposez la zone sélectionnée. Utilisez un rasoir jetable pour raser la zone afin d’améliorer le contact de l’électrode avec la peau, si nécessaire, et nettoyez la zone avec des tampons d’alcool pour éliminer les huiles de la peau et d’autres facteurs qui pourraient augmenter l’impédance. Certifiez qu’il y a de la peau libre pour assurer le contact avec l’électrode.
      REMARQUE: Si vous évaluez l’activité des membres inférieurs, utilisez le muscle TA pour le placement des électrodes. Il est localisé sur le côté latéral du tibia et se trouve près des superficies de la peau. Il peut être identifié par dorsiflexion de la cheville.
  2. Placez les électrodes EMG de surface
    1. Une fois la zone exposée et nettoyée, appliquez le gel conducteur sur chaque électrode du canal pour assurer une bonne impédance.
    2. Placez l’électrode négative sur le ventre du muscle FDI (le centre ou le renflement le plus proéminent du ventre musculaire) et la positive sur l’articulation interphalangienne distale, avec une distance inter-électrode d’au moins 1,5 cm. Placez l’électrode de référence (neutre) sur le poignet, sur le processus styloïde ulnaire.
      REMARQUE: La présence d’extrémités motrices, de tendons musculaires ou d’autres muscles actifs peut avoir un impact sur la stabilité des enregistrements, il est donc important d’éviter ces endroits35. Pour le muscle TA, les électrodes doivent être placées à un tiers de la ligne qui relie l’extrémité du péroné et l’extrémité de la malléole médiale. Prévoir une distance de 20 mm entre les pôles de chaque électrode et placer l’électrode de référence dans la cheville.
  3. Déterminer la force de contraction musculaire requise
    1. Utilisez un banc à dynamomètre numérique et un support pyramidal quadrangulaire pour minimiser les distorsions mécaniques et élever la sensibilité pour des contractions minimales.
    2. Placez le banc entre le premier et le deuxième doigt à l’aide du support pyramidal. Assurez-vous que les troisième, quatrième et cinquième doigts reposent toujours sur la table, tandis que les 1er et 2e génèrent les forces du mouvement de pincement.
    3. Avec la position fixe, demandez au participant d’appuyer sur le banc avec le premier doigt et sur le côté de la pyramide avec l’index, en serrant le système dynamomètre-pyramide avec leur force maximale et en créant une forte contraction du muscle FDI.
    4. En utilisant cette valeur comme référence, déterminez les 20% de force maximale. Le participant doit s’entraîner à maintenir la cible à 20% de contraction soutenue. Tenir compte des variations de 15 % à 25 % du MVC.
      REMARQUE: Alternativement, en cas d’indisponibilité d’un banc qui peut capter l’activité musculaire isolée étudiée, utilisez la rétroaction EMG pour normaliser la force. Le logiciel d’enregistrement mesurera l’amplitude maximale crête à crête qui correspond à la force maximale du sujet, et en utilisant cette valeur comme référence, déterminera le MVC de 20%. Les sujets peuvent recevoir des indices visuels et / ou auditifs du moment où 20% est atteint.
  4. Identification de l’emplacement initial pour la recherche de points chauds
    1. Mettez un bonnet de bain sur la tête du sujet. Tous les points de référence y seront marqués.
    2. Mesurez la circonférence sagittale de la tête depuis la nasion (le point entre le front et le nez) jusqu’à l’inion (le point le plus important de la région occipitale). Divisez cette valeur par deux et marquez cette place du milieu sur la tête.
    3. Marquez l’emplacement de la nasion, de l’inion, de l’hélice des oreilles externe droite et gauche et de la crête supraorbitale droite et gauche. Il s’agit de certifier que le capuchon n’a pas glissé pendant la procédure et/ou que, dans les expériences futures, il sera également positionné sur la tête du patient.
    4. Comme décrit ci-dessus, mesurez la distance tragus à tragus et ajoutez une marque à mi-chemin. Marquez l’intersection entre eux, un point identifié comme le sommet (Cz).
    5. À partir du sommet, déplacez-vous latéralement de 5 cm parallèlement à la ligne médio-sagittale, du côté controlatéral au muscle sélectionné. Cette marque identifie approximativement le (M1), au même niveau coronal que le cortex moteur de la main. Utilisez-le comme premier point pour lancer la recherche du hotspot.
    6. Le point chaud est la zone du cortex moteur où le seuil moteur le plus bas est détectable. Mettez en place une faible intensité (par exemple, 30% de la sortie maximale du stimulateur [MSO]) et lancez la recherche en délivrant plusieurs impulsions au premier endroit.
    7. Poursuivez avec de petits incréments d’intensité jusqu’à ce que vous identifiiez le stimulus le plus bas qui détecte une réponse indexée EMG (c.-à-d. MEP). Pour la délivrance des stimuli, inclinez la bobine en huit à 45° par rapport à la ligne médio-sagittale avec la poignée pointée vers l’arrière du patient.
    8. Pour vous assurer que le meilleur point a été identifié, déplacez-vous autour du premier point et testez les ~3 MEP suivants à 1 cm antérieur, 1 cm latéral, 1 cm médial et 1 cm postérieur. Répétez cette procédure autant de fois que nécessaire pour une réponse cohérente; s’en tenir à l’endroit qui suscite le plus grand député36.
    9. Une fois le point chaud trouvé, marquez cet endroit dans la tête du patient (bonnet de bain). Utilisez cet emplacement pendant cette expérience et les visites de suivi potentielles. Soyez prudent pour ne pas causer d’inconfort au sujet en raison d’une pression supplémentaire. Utilisez les deux mains pour soutenir la bobine sur la tête du sujet.
  5. Déterminer le seuil du moteur au repos (RMT)
    1. Estimer le seuil moteur comme étant l’intensité minimale requise pour promouvoir une MEP d’une amplitude détectable minimale (habituellement d’au moins 50-100 μV).
    2. Pour déterminer le seuil moteur, appliquez dix stimuli consécutifs au point chaud et sélectionnez l’intensité la plus faible qui a produit une MEP avec une amplitude crête à crête d’au moins 50 μV sur le muscle cible, dans 50% des essais.
      REMARQUE: Ce protocole peut être effectué avec le muscle cible au repos (seuil moteur au repos [RMT]) ou pendant la contraction active (seuil moteur actif [AMT]). Les deux peuvent également être utilisés comme références pour les impulsions TMS supraseuil. L’acquisition de l’AMT est plus sujette à la variabilité parce qu’elle repose sur la normalisation de la MVC, ce qui peut être un problème pour les études longitudinales avec des évaluations multiples.
  6. Protocole CSP
    1. Délivrer des stimuli supraseuil pour provoquer des MEP lors de la contraction tonique volontaire du muscle cible.
    2. Délivrez 10 stimuli avec l’intensité de stimulation (SI) de 120% du RMT avec une période de 10 s entre eux. Lors de l’application des stimuli, demandez au patient de maintenir 20% de la contraction motrice maximale du muscle cible, comme pratiqué avec le dynamomètre.
    3. Pour garantir la capture de l’ensemble du SP, certifiez que la fenêtre temporelle EMG est suffisamment longue pour capturer jusqu’à 400 ms d’activité EMG. Il n’est pas rare - selon la maladie étudiée - que les sujets aient besoin d’IS plus élevés pour obtenir une cSP réussie.

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Résultats

Après avoir suivi la procédure étape par étape, l’émission d’une impulsion TMS supraseuil (120% de la RMT) provoquera une MEP observable dans l’enregistrement EMG du muscle cible, et une période ultérieure de suppression de l’activité EMG de fond d’environ 150 ms à 300 ms (Figure 2). À partir de ce modèle EMG, il est possible de calculer les métriques cSP. Les critères de jugement les plus rapportés sont la durée (de l’ordre de la sp) du SP relatif et absolu. Le SP...

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Discussion

Le SI par défaut pour obtenir des MEP et des SP peut varier en fonction de la population. Il a été démontré que des intensités aussi faibles que 80% RMT provoquent une cSP chez des individus en bonne santé39, mais des études sur des populations saines et malades ont utilisé des intensités aussi élevées que 150% RMT 49,50,51. Bien que cette source d’hétérogénéité puisse être inhérente ...

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Déclarations de divulgation

Abhishek Datta est PDG, cofondateur et directeur technique de Soterix Medical Inc., et Kamran Nazin est chef de produit de la même société. Soterix Medical Inc. a fourni le matériel utilisé dans la réalisation de cette publication vidéo. Les autres auteurs déclarent n’avoir aucun intérêt financier concurrent.

Remerciements

Aucun accusé de réception.

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matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
Alcohol padsMedlinePreparation with 70% isopropyl alcohol
Conductive gelWeaver and CompanyUsed on the electrode
Echo PinchJTECH medical0902A302Digital dynamometer.
Mega-EMGSoterix MedicalNS006201Digital multiple channel EMG with built in software.
MEGA-TMS coilSoterix MedicalNS0632018 shaped TMS coil
Mega-TMS stimulatorSoterix Medical6990061Single Pulse TMS
Neuro-MEP.NETSoterix MedicalEMG software used to analyse the muscles eletrical activity.
Swim capKiefer

Références

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