Stimolazione combinata dei nervi periferici e dei parametri di impulso controllabili Stimolazione magnetica transcranica per sondare il controllo e l'apprendimento sensomotorio

Riepilogo

L'inibizione afferente a breve latenza (SAI) è un protocollo di stimolazione magnetica transcranica per sondare l'integrazione sensomotoria. Questo articolo descrive come SAI può essere utilizzato per studiare i circuiti sensomotori convergenti nella corteccia motoria durante il comportamento sensomotorio.

Abstract

L'abilità motoria qualificata dipende dall'integrazione efficiente dell'afferenza sensoriale nei comandi motori appropriati. L'inibizione afferente fornisce un valido strumento per sondare l'influenza procedurale e dichiarativa sull'integrazione sensomotoria durante azioni motorie qualificate. Questo manoscritto descrive la metodologia e i contributi dell'inibizione afferente a breve latenza (SAI) per comprendere l'integrazione sensomotoria. SAI quantifica l'effetto di una raffica afferente convergente sulla gittata motoria corticospinale evocata dalla stimolazione magnetica transcranica (TMS). La raffica afferente è innescata dalla stimolazione elettrica di un nervo periferico. Lo stimolo TMS viene consegnato a una posizione sopra la corteccia motoria primaria che suscita una risposta motoria affidabile in un muscolo servito da quel nervo afferente. L'entità dell'inibizione nella risposta motoria evocata riflette l'entità della raffica afferente convergente sulla corteccia motoria e coinvolge i contributi GABAergici e colinergici centrali. Il coinvolgimento colinergico nella SAI rende la SAI un possibile marker delle interazioni dichiarativo-procedurali nelle prestazioni sensomotorie e nell'apprendimento. Più recentemente, gli studi hanno iniziato a manipolare la direzione della corrente TMS in SAI per distinguere il significato funzionale di distinti circuiti sensomotori nella corteccia motoria primaria per azioni motorie qualificate. La capacità di controllare parametri di impulso aggiuntivi (ad esempio, la larghezza dell'impulso) con TMS (cTMS) con parametri di impulso controllabili all'avanguardia (cTMS) ha migliorato la selettività dei circuiti sensomotori sondati dallo stimolo TMS e ha fornito l'opportunità di creare modelli più raffinati di controllo e apprendimento sensomotorio. Pertanto, l'attuale manoscritto si concentra sulla valutazione SAI utilizzando cTMS. Tuttavia, i principi qui delineati si applicano anche alle SAI valutate utilizzando stimolatori TMS convenzionali a larghezza di impulso fissa e altre forme di inibizione afferente, come l'inibizione afferente a lunga latenza (LAI).

Introduzione

Più circuiti sensomotori convergono nella corteccia motoria per modellare le proiezioni del tratto piramidale ai motoneuroni e agli interneuroni spinali¹. Tuttavia, come questi loop sensomotori interagiscono per modellare le proiezioni corticospinali e il comportamento motorio rimane una questione aperta. L'inibizione afferente a breve latenza (SAI) fornisce uno strumento per sondare le proprietà funzionali dei circuiti sensorimotori convergenti nell'output della corteccia motoria. SAI combina la stimolazione magnetica transcranica corticale motoria (TMS) con la stimolazione elettrica del corrispondente nervo afferente periferico.

Protocollo

Il seguente protocollo può essere applicato a vari esperimenti. Le informazioni fornite descrivono un esperimento in cui SAI viene utilizzato per quantificare l'integrazione sensomotoria durante una risposta del dito a una sonda validamente o non validamente segnalata. In questo protocollo, la SAI viene valutata senza un compito, quindi contemporaneamente durante il compito sensomotorio e poi di nuovo senza un compito. Lo stimolatore cTMS può essere sostituito da qualsiasi stimolatore TMS convenzionale disponibile in commercio. Tuttavia, la larghezza dell'impulso dello stimolatore TMS convenzionale sarebbe fissata tra 70-82 μs a seconda dell'hardware specifico

Discussione

Il metodo SAI qui descritto sonda un sottoinsieme di percorsi neurali che svolgono un ruolo nelle prestazioni sensomotorie e nell'apprendimento. Valutare la SAI mentre i partecipanti svolgono compiti sensomotori controllati è fondamentale per districare i complessi contributi dei numerosi circuiti sensomotori che convergono sui neuroni corticospinali motori per modellare la produzione motoria in popolazioni sane e cliniche. Ad esempio, una metodologia simile è stata utilizzata per identificare l'influenza cerebellare s.......

Materiali

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)