The authors have no acknowledgements.

Le procedure sperimentali delineate ricevuto approvazione etica istituzionale e sono in accordo con la Dichiarazione di Helsinki. I dati sono stati raccolti da un partecipante rappresentante che era a conoscenza delle procedure e ha dato il suo consenso informato scritto. 1. Strumento Preparazione <ol><li> Pulire la pelle in corrispondenza della posizione degli elettrodi per la rasatura, e rimuovere lo sporco con alcool per ottenere bassa impedenza (&lt;5 k). </li><li> Inserire due elettrodi di superficie AgCl (registrazione diametro di 10 mm) a 2/3 della linea tra i condylis mediali del femore al malleolo mediale del muscolo soleo; sul rigonfiamento più importante del muscolo gastrocnemio mediale per la; a 1/3 della distanza lungo una linea tra la testa del perone e tallone per gastrocnemio laterale; e a 1/3 della distanza lungo una linea tra la punta del perone e la punta del malleolo mediale per il muscolo tibiale anteriore, con un interelectrodistanza de (da centro a centro) 2 cm, secondo le raccomandazioni SENIAM 30. Nota: Gli elettrodi muscolo soleo devono essere posizionato sotto l&#39;inserzione distale dei muscoli gastrocnemii per garantire che non stanno registrando attività dalle teste dei muscoli gastrocnemii (cross-talk). </li><li> Collocare un elettrodo di riferimento in posizione centrale sulla stessa gamba (tra stimolazione e siti di registrazione). </li><li> Regolare l&#39;altezza e la profondità della sedia per ottenere un angolo di 90 ° caviglia (0 ° = massima flessione plantare), in modo che il soleo e muscoli gastrocnemii non sono allungati e l&#39;H-reflex non è alterata 11,12. <ol><li> Impostare l&#39;angolo del ginocchio a 90 ° (0 ° = estensione del ginocchio) a causa della natura biarticolare dei muscoli gastrocnemii. Tuttavia, l&#39;angolo della caviglia ottimale per eseguire una coppia massima volontaria dei flessori plantari è 70-80 ° (0 ° = flessione plantare piena) 26. Così, l&#39;angolo caviglia dipenderà dalla parametro di interessi (elettrofisiologiche contro registrazioni meccaniche). Nota: Indipendentemente dal angolo iniziale prescelta, deve rimanere costante durante l&#39;esperimento di standardizzare eccitabilità neuromuscolare 11,12,27,28. </li><li> Prestare particolare attenzione quando si controllano postura dei soggetti durante il test di mantenere influenze cortico-vestibolare costanti sulla eccitabilità della piscina motore 29. </li></ol></li><li> Cinghia saldamente la caviglia per un ergometro, con l&#39;asse anatomico del giunto (malleolo esterno) allineato con l&#39;asse di rotazione del ergometro 25. <ol><li> Avere la pressione soggetto esercitano su una pedana collegata al ergometro per registrare la coppia flessore plantare. Tenere il piede immobile durante l&#39;esperimento in modo che le piccole variazioni di coppia possono essere rilevati. </li></ol></li><li> Nota: In determinate circostanze, il tallone potrebbe sollevare leggermente la piastra forza se il piede e la caviglia non sono garantiti, che può leannuncio a una trasmissione incompleta della coppia contro la piastra. Figura 3 presenta una descrizione del setup sperimentale. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig3.jpg" /> Figura 3:. Apparato sperimentale classico setup sperimentale per registrare i segnali (EMG) e di coppia elettromiografici. <ol start="6"><li> Collegare gli elettrodi all&#39;amplificatore con cavi. </li><li> Impostare la frequenza di campionamento per le misure di coppia e EMG per 2-5 kHz. Registrare il segnale EMG utilizzando un (AD) sistema di conversione analogico-digitale. Il segnale viene visualizzata su un monitor con un sistema di acquisizione dati, che dà istantaneamente valori di alcuni parametri (ad esempio il valore massimo, ampiezza picco-picco, durata). Lo spettro del segnale EMG può variare tra 5 Hz e 2 kHz frequenze, ma è contenuta soprattutto tra 10 Hz e 31 kHz 1. Pertanto, la frequenza di campionamento deve essere sufficientemente alta per preservare dur forma del segnaleing registrazione EMG. Amplificare e filtrare i segnali EMG (guadagno = 500-100) con una frequenza di banda tra 10 Hz e 1 kHz 8,21,32. </li><li> Inserire l&#39;anodo per la stimolazione elettrica sul tendine rotuleo. </li><li> Determinare il miglior sito di stimolazione del nervo tibiale posteriore per ottenere un ottimale soleus H reflex per una data intensità, utilizzando un elettrodo catodico palla a mano nella fossa poplitea. Testare diversi siti di stimolazione con l&#39;elettrodo a sfera catodo fino a raggiungere un valore massimo del riflesso H. <ol><li> Record tibiale anteriore attività EMG per garantire che il nervo peroneo comune non si attiva per evitare l&#39;influenza da antagonista Ia afferenze 12. Impostare la larghezza di impulso a 1 msec per fornire una attivazione ottimale delle fibre nervose, specialmente fibre afferenti 10. </li></ol></li><li> Posizionare un AgCl catodo autoadesiva in corrispondenza della posizione del sito di stimolazione al fine di garantire condizioni di costante stimolo (ad esempio pressione, orientezione). Nota: Tutti questi parametri (posizione del soggetto, la posizione degli elettrodi e del sito di stimolazione) non cambiare per la valutazione delle varie misurazioni elettrofisiologiche. Solo l&#39;intensità della stimolazione e la condizione (resto contro contrazione) variano. </li></ol> 2. procedure di test a riposo <ol start="1"><li> Istruire il soggetto di rimanere rilassati e per mantenere i suoi / i suoi muscoli a riposo. </li><li> Regolare l&#39;intensità di stimolazione per ottenere soleo massima H-reflex ampiezza (H max; consueta gamma: 20-50 mA). Un M-onda del muscolo soleo può essere osservato in H intensità max. Nota: Per misure ripetute (per esempio prima e dopo un protocollo faticosa), l&#39;intensità ottimale per ottenere una risposta max H possono variare durante la sessione. Come mantenere una intensità costante può portare a una sottovalutazione di H max di ampiezza, si raccomanda che lo sperimentatore rivaluta regolarmente H max33 intensità. </li><li> Registrare un minimo di 3 soleo risposte H-reflex a questa intensità, con un intervallo minimo di 3 secondi per evitare post-attivazione depressione 34. Nota: Sebbene registrazione diverse risposte è più adatto a causa della particolare sensibilità del riflesso H, un singolo stimolazione può essere sufficiente in alcune circostanze, ad esempio quando si cerca di evitare gli effetti di recupero rapido (ad esempio durante un protocollo affaticante). </li><li> Aumentare l&#39;intensità di stimolazione per ottenere la massima ampiezza soleo M-onda (M max; consueta gamma: 40-100 mA). Normalmente, impostare l&#39;incremento nell&#39;intensità di stimolo a 2-4 mA, con un intervallo di 8-10 sec tra due stimoli 12,35. L&#39;intensità desiderata è raggiunto quando si ottiene M max, e nessuna risposta H-riflesso può essere osservato. </li><li> Impostare l&#39;intensità finale al 120-150% della M max intensità dello stimolo per garantire che il M-onda raggiunge un plateau del suo valore massimo. Questo intensity è chiamato intensità sovramassimale nelle istruzioni riportate di seguito. </li><li> Tenere intensità di stimolazione costante per soleo registrazioni M-onda per tutta la sessione. </li><li> Record 3 soleo M-onde e 3 coppie di contrazione associati a questa intensità. </li></ol> 3. Procedure di test durante la contrazione volontaria <ol start="1"><li> Come un warm-up, chiedere al soggetto di eseguire 10 brevi e non affaticante contrazioni submassimali dei muscoli flessori plantari, con un riposo di alcuni secondi tra ciascuna delle contrazioni. Alla fine del warm-up, prendere un 1 minuto di riposo minimo per evitare effetti affaticanti 11. </li><li> Attività EMG tricipite surale continuamente discografiche. Registrazione soleo e muscoli gastrocnemii permette l&#39;analisi del comportamento di diverse tipologie muscolari per un singolo sito di stimolazione 24. </li><li> Istruire il soggetto di eseguire una contrazione isometrica massimale volontaria (MVC) dei flessori plantari. Il soggetto deve spingere come posBLE contro l&#39;ergometro contraendo i muscoli flessori plantari. Dare un feedback visivo per il soggetto durante lo sforzo, e standardizzato incoraggiamento verbale 19. Il MVC si raggiunge quando si osserva un plateau. </li><li> Fornire una stimolazione accoppiato (frequenza 100 Hz) ad intensità sopramassimale durante l&#39;altopiano del MVC (doppietto sovrapposti), e un altro stimolo associato quando il muscolo è completamente rilassato subito dopo la contrazione (doppietto potenziato) per valutare il livello di attivazione volontaria. Consegnare questa stimolazione accoppiato attraverso un dispositivo specifico (ad esempio Digitimer D185 MultiPulse stimolatore) o attraverso un programma di stimolazione associata ad un singolo impulso stimolatore. </li><li> Istruire il soggetto di eseguire una seconda MVC del flessore plantare con almeno 1 minuto di riposo tra ogni prova 11. Se la coppia di picco dalla seconda prova non è entro il 5% del primo, ulteriori prove devono essere effettuate 36. La coppia massima raggiunta dalil soggetto è preso come la coppia MVC. </li></ol> Analisi 4. I dati <ol start="1"><li> Analisi dei dati a riposo <ol><li> Selezionare una finestra temporale compresa la risposta EMG associato alla contrazione a riposo (H-onda o M-wave). </li><li> Misurare la durata ampiezza picco-picco, picco-picco, e / o l&#39;area delle onde (Figura 4A). Se l&#39;ampiezza non è fornita direttamente dal software, sottrarre il minimo per i valori massimi. <ol><li> Per la durata, misurare il periodo di tempo a partire dal picco massimo e termina al picco minimo. Per l&#39;area, calcolare l&#39;integrale di segnale EMG partire dall&#39;inizio dell&#39;onda e termina alla fine dell&#39;onda. Nota: l&#39;ampiezza picco-picco può riflettere: 1) la trasmissione neuromuscolare, 2) azione di gruppo motore potenziale ampiezza e / o 3) la dispersione temporale di unità dell&#39;azione motoria potenziale 37. Durata M-onda riflette neuromuscolare propagazione 37. </li></ol&gt; </li><li> Per prove multiple, calcolare la media delle onde. Se la media non può essere fornito direttamente dal software, software uso foglio di calcolo (ad esempio, la funzione di formula in un foglio di calcolo) per calcolare questo valore da diversi studi (almeno 3). </li><li> Selezionare la contrazione di riposo. </li><li> Misurare la coppia di picco associata alla contrazione riposo (Figura 4B). </li><li> In caso di più prove, calcolare la coppia media di picco delle contrazioni di riposo. Se la media non può essere fornito direttamente dal software, software uso foglio di calcolo (ad esempio, la funzione di formula in un foglio di calcolo) per calcolare questo valore dai numerosi studi (almeno 3). </li><li> Ripetere queste procedure di cui al punto 4.1.2 per gli altri parametri desiderati (tempo contrazione o tempo mezza di relax). L&#39;analisi dei parametri di contrazione fornisce indicazioni in merito alla efficienza di accoppiamento eccitazione-contrazione 17. In particolare, il contrattotempo ioni fornisce un indice di cinetica di contrazione 8, che può dipendere il gruppo muscolare scelto 38. </li><li> Calcolare il rapporto tra la coppia massima e la somma di m-onde utilizzando software di foglio (ad esempio Excel), per quantificare l&#39;efficienza elettromeccanico (P t / M). Poiché le risposte meccaniche evocate dalla stimolazione del nervo tibiale posteriore corrispondono all&#39;attivazione del tricipite surale nel suo complesso, ampiezze di soleus e gastrocnemii M-onde devono essere sommati 39. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig4.jpg" /> Figura 4: Spiegazione delle risposte elettrofisiologiche e meccaniche (A) Misurazione di picco-picco di ampiezza (mV), latenza (ms) e l&#39;area (mV.ms) di un tipico M-onda.. (B) Misura della coppia contrazione di picco (Nm), tempo di contrazione (ms) e il tempo di rilassamento metà (msec) di una contrazione. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/52974/52974fig4highres.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <ol start="2"><li> L&#39;analisi dei dati in contrazione <ol><li> Selezionare una finestra di 500 msec di attività EMG soleo durante l&#39;altopiano di coppia MVC tra cui la coppia di picco, ma escluso il tempo tra l&#39;artefatto di stimolazione e la fine del periodo di silenzio di EMG. Il periodo di silenzio corrisponde alla soppressione del corso attività di volontariato EMG dopo stimolazione. </li><li> Se il valore quadratico medio (RMS) non viene fornita direttamente dal software, calcolare il RMS per quantificare l&#39;attività EMG utilizzando la seguente formula 40: RMS EMG <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq1.jpg" /></li><li> Misurare o calcolare RMS di M max a riposo per tutta la durata dell&#39;onda. </li><li> Calcolare il rapporto RMS EMG / RMS Mmax utilizzando il software foglio di calcolo.Valore RMS EMG e valore efficace Mmax devono essere selezionati dallo stesso muscolo. </li><li> Misurare la coppia picco massimo della MVC dalla linea di coppia a riposo al valore massimo della coppia MVC escludendo sovrapposto indotto dalla stimolazione doppietto (Figura 5). </li><li> Misurare la coppia sovrapposta indotto dalla stimolazione doppietto durante il MVC, dal valore di coppia volontaria al momento della comparsa della stimolazione al picco della risposta evocata (Figura 5). </li><li> Selezionare il doppietto potenziato. </li><li> Misurare la coppia di picco associata al doppietto potenziato. </li><li> Calcolare il livello di attivazione volontaria (VAL) mediante la seguente formula 40: <img alt="Equazione 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: Misura della sovrapposte epotenziato doppietto sul segnale meccanico. Per registrare la coppia di picco sovrapposto (Pt), la stimolazione doppietto è evocato durante l&#39;altopiano di isometrica massima contrazione volontaria (MVC). Per registrare una coppia massima potenziata (Pt G), la stimolazione doppietto è evocato a riposo dopo l&#39;offset del MVC.

The authors have nothing to disclose.

Stimolazione nervosa percutanea consente la quantificazione di numerose caratteristiche del sistema neuromuscolare non solo di comprendere il controllo fondamentale della funzione neuromotoria in esseri umani sani, ma anche per essere in grado di analizzare adattamenti acute o croniche per fatica o formazione 17. Ciò è molto utile soprattutto per i protocolli affaticanti, dove le misurazioni devono essere effettuate il più presto possibile dopo la fine esercizio per evitare gli effetti di rapido recupero <...

Stimolazione elettrica percutanea è ampiamente utilizzato per valutare la funzione neuromuscolare 1. Il principio di base è costituito da indurre uno stimolo elettrico di un nervo motore periferici per evocare una contrazione muscolare. Meccanica (misura della coppia) ed elettrofisiologici (attività elettromiografico) le risposte sono contemporaneamente registrati. Coppia, registrato presso il comune considerato, viene valutata utilizzando un ergometro. Il segnale elettromiografico (EMG) registrati con elettrodi di superficie è stato dimostrato per rappresentare l&#39;attività del muscolo 2. Questo metodo non invasivo, non è doloroso e più facilmente attuabile di registrazioni intramuscolari. Entrambi gli elettrodi monopolari e bipolari possono essere usati. La configurazione degli elettrodi monopolare ha dimostrato di essere più sensibile alle variazioni di attività muscolare 3, che possono essere utili per piccoli muscoli. Tuttavia, elettrodi bipolari hanno dimostrato di essere più efficace nel migliorare la r segnale-rumoreazio 4 e sono più comunemente usato come metodo di registrazione e quantificare l&#39;attività gruppo motore. La metodologia descritta di seguito si concentrerà sulle registrazioni bipolari. Attività EMG è un indicatore dell&#39;efficacia e l&#39;integrità del sistema neuromuscolare. L&#39;uso di stimolazione del nervo percutanea offre ulteriori approfondimenti funzione neuromuscolare, cioè cambiamenti a livello muscolare, spinale, o sovra-spinale (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig1.jpg" /> Figura 1:. Panoramica delle misurazioni neuromuscolari STIM: la stimolazione del nervo. EMG: elettromiografia. VAL: Livello di attivazione volontaria. RMS: Root Mean Square. M max: massima ampiezza M-onda. A riposo, il potenziale d&#39;azione muscolare composto, chiamato anche M-onda, è la risposta a breve latenza osservata dopo stimolo manufatto, e rappresenta la massa muscolare eccitabile dalla Activ diretta<html> zione di assoni motori portano al muscolo (Figura 2, il numero 3). Ampiezza M-onda aumenta con l&#39;intensità fino a raggiungere un plateau del suo valore massimo. Questa risposta, denominato M max, rappresenta la sommatoria sincrono di tutte le unità del motore e / o potenziali di azione delle fibre muscolari registrate sotto gli elettrodi EMG 5. L&#39;evoluzione dell&#39;area ampiezza o onda di picco-picco viene utilizzato per identificare alterazioni della trasmissione neuromuscolare 6. Variazioni nelle risposte meccanici associati M-onda, cioè picco contrazione coppia / forza, possono essere causa di alterazioni dell&#39;eccitabilità muscolare e / o all&#39;interno delle fibre muscolari 7. L&#39;associazione di M max ampiezza e ampiezza coppia massima contrazione (rapporto Pt / M) fornisce un indice di efficienza elettromeccanica del muscolo 8, cioè risposta meccanica per un determinato comando elettrico del motore. 52974 / 52974fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2:. Motore e percorsi riflessivi attivate dalla stimolazione del nervo stimolazione elettrica di un (/ sensoriale motore) nervo misto (STIM) induce una depolarizzazione sia assoni motori e Ia afferente cottura. Depolarizzazione Ia afferenti verso il midollo spinale attiva un motoneurone alfa, che a sua volta evoca una risposta H-reflex (percorso 1 + 2 + 3). A seconda della intensità dello stimolo, assone motore depolarizzazione evoca una risposta muscolare diretta: M-wave (via 3). Alla massima intensità M-onda, una corrente antidromic viene anche generato (3 &#39;) e si scontra con volley reflex (2). Questa collisione parzialmente o totalmente annulla la risposta H-reflex. L&#39;H-riflesso è una risposta elettrofisiologica usato per valutare i cambiamenti nella Ia-α motoneuroni sinapsi 9. Questo parametro può essere valutato a riposo o durante le contrazioni volontarie. H-reflex rappresenta una variante del riflesso di stiramento (Figura 2, number 1-3). L&#39;H-reflex attiva unità motorie monosinaptica reclutati da Ia vie afferenti 10,11, e può essere sottoposto a influenze periferici e centrali 12. Il metodo di evocare un H-reflex è noto per avere una elevata affidabilità intra-soggetto per valutare l&#39;eccitabilità spinale a riposo 13,14 e durante contrazioni isometriche 15. Durante una contrazione volontaria, la grandezza della spinta neurale volontario può essere valutato utilizzando la ampiezza del segnale EMG, generalmente quantificata usando l&#39;Mean Square Root (RMS). RMS EMG è comunemente utilizzato un mezzo di quantificare il livello di eccitazione del sistema motorio durante la contrazione volontaria (Figura 1). A causa della variabilità intra e inter-soggetto 16, RMS EMG deve essere normalizzati con il EMG registrato durante un massimale contrazione volontaria muscolo-specifica (RMS EMGmax). Inoltre, perché i cambiamenti nel segnale EMG possono be a causa di alterazioni a livello periferico, la normalizzazione con un parametro periferico, come M-onda è tenuta a valutare solo la componente centrale del segnale EMG. Questo può essere fatto dividendo il RMS EMG dalla massima ampiezza o RMS Mmax dell&#39;M-onda. Normalizzazione utilizzando RMS Mmax (cioè RMS EMG / RMS Mmax) è il metodo preferito in quanto prende in considerazione il possibile cambiamento della durata M-wave 17. Comandi motori possono anche essere valutati calcolando il livello di attivazione volontaria (VAL). Questo metodo utilizza la tecnica di interpolazione contrazione 18 sovrapponendo una stimolazione elettrica a M intensità massima nel corso di una massima contrazione volontaria. L&#39;extra-coppia indotta dalla stimolazione del nervo viene confrontato con una contrazione di controllo prodotto da stimolazione del nervo in un identico rilassante muscolare potenziato 19. Per valutare la massima VAL, la contrazione INTERPO originaletecnica mento descritta da Merton 18 comporta un singolo stimolo interpolato su una contrazione volontaria. Recentemente, l&#39;uso della stimolazione accoppiato è diventato più popolare perché gli incrementi di coppia evocati sono più grandi, più facilmente rilevata e meno variabile rispetto alle risposte stimolazione singole 20. Il VAL fornisce un indice della capacità del sistema nervoso centrale per attivare massimo muscoli di lavoro 21. Attualmente, VAL valutata utilizzando la tecnica di interpolazione contrazione è il metodo più importante della valutazione del livello di attivazione muscolare 22. Inoltre, la coppia massima valutata utilizzando un ergometro è il parametro di prova di forza più propriamente studiati applicabile uso nella ricerca e contesti clinici 23. Stimolazione nervosa elettrica può essere utilizzata in una varietà di gruppi muscolari (ad esempio flessori del gomito, del polso, flessori estensori del ginocchio, flessori plantari). Tuttavia, l&#39;accessibilità dei nervi rende iltecnica difficile in alcuni gruppi di muscoli. I muscoli flessori plantari, soprattutto tricipite surale (soleo e gastrocnemii) muscoli, sono spesso studiati in letteratura 24. In effetti, questi muscoli sono coinvolti nella locomozione, giustificando il loro particolare interesse. La distanza tra il sito di stimolazione e elettrodi di registrazione permette l&#39;identificazione delle diverse onde evocati di tricipite surale muscoli. La parte superficiale del nervo tibiale posteriore nella fossa poplitea e il gran numero di mandrini facilitano registrare risposte riflesse rispetto ad altri muscoli 24. Per queste ragioni, la metodologia reflex attualmente presentato si concentra sul gruppo tricipite surale dei muscoli (soleo e gastrocnemio). Lo scopo di questo protocollo è quindi di descrivere percutanea tecnica di stimolazione del nervo indagare funzione neuromuscolare nella tricipite surale.

<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.

Aumentando intensità dello stimolo conduce ad una diversa evoluzione delle ampiezze di risposta tra H e M-onde. A riposo, l&#39;H-reflex raggiunge un valore massimo prima di essere totalmente assente dal segnale EMG, mentre M onda aumenta progressivamente fino a raggiungere un plateau ad intensità massima (vedere Figura 4 per una rappresentazione grafica del M-onda e la Figura 6 per l&#39;evoluzione di M-onde e H-reflex con intensità). Per il muscolo...

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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).

Valutazione della Neuromuscolare Funzione Con percutanea stimolazione elettrica del nervo

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 Views.  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.

Studiare Piscine vescicole sinaptiche con fotoconversione di coloranti Styryl

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

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Neuroscienze

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: Utilizzo del Theta Burst protocollo Esplora Mechasnism di plasticità in individui con Sindrome X Fragile e 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.

Nerve valutazione dell&#39;eccitabilità neurotossicità indotta dalla chemioterapia

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.

Stimolazione optogenetic del nervo uditivo

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.

Un uomo-macchina-interfaccia Integrazione di sensori a basso costo con una stimolazione del sistema neuromuscolare elettrica per post-ictus Balance riabilitazione

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.

Stimolazione elettrica cerebrale transcranica in roditori avvisi

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.

Stimolazione elettrica transcranica cronica e registrazione intracorticale in ratti

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.

Stimolazione della posizione Determinazione utilizzando un digitalizzatore 3D con stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione

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.

Analisi kinematica 3D per la valutazione funzionale nel modello di ratto di lesioni da schiacciamento del nervo sciatico

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.

Istituzione dell'infarto pontino acuto nei ratti mediante stimolazione elettrica

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