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要約

対側沈黙期間(cSP)評価は、皮質の興奮性と治療反応を指標とする有望なバイオマーカーです。上肢と下肢のM1皮質脊髄抑制を研究することを目的としたcSPを評価するためのプロトコルを示します。

要約

対側沈黙期間(cSP)は、運動誘発電位(MEP)後の筋電図(EMG)によって捕捉されたバックグラウンド電気筋活動の抑制期間です。これを得るために、MEPは、選択された標的筋肉の一次運動皮質(M1)に送達される閾値超経頭蓋磁気刺激(TMS)パルスによって誘発され、参加者は標準化された自発的な標的筋収縮を提供する。cSPは、MEPの後に発生する阻害メカニズムの結果です。これは、最初の~50ミリ秒での脊椎抑制、およびその後の皮質阻害の幅広い時間的評価を提供します。研究者は、cSPの背後にある神経生物学的メカニズムをよりよく理解して、さまざまな神経精神疾患の潜在的な診断、代理、および予測バイオマーカーとしてcSPを検証しようとしました。そこで本稿では、下肢と上肢のM1 cSPの測定方法について、対象筋肉の選択、電極の配置、コイルの位置決め、随意収縮刺激の測定方法、強度設定、代表的な結果を得るためのデータ解析などについて述べる。下肢と上肢に対して実行可能で信頼性が高く、再現可能なcSPプロトコルを実行する際の視覚的なガイドラインを提供し、この技術の実際的な課題について議論するという教育目的があります。

概要

沈黙期間(SP)は、持続的な筋肉収縮中に適用される経頭蓋磁気刺激(TMS)によって誘発される運動誘発電位(MEP)に続く筋電図(EMG)の沈黙期間です。閾値を超えるTMSパルスは、EMG活動が記録されている標的筋肉の対側または同側の一次運動皮質(M1)に適用することができ、対側沈黙期間(cSP)と同側沈黙期間(iSP)の2つの現象をもたらします。

iSPとcSPは同様の機能を共有していますが、わずかに異なるコンポーネントを反映している場合があります。1つ目は経脳梁阻害を反映していると考えられており、したがって完全に皮質起源であると考えられています1,2。逆に、cSPは皮質脊髄阻害の代用物として調査されており、M1 3,4,5内のγ-アミノ酪酸(GABA)B受容体によって媒介される可能性が最も高いです。

GABA媒介経路におけるcSPの役割を裏付けるように、以前の研究では、GABA増強成分の経口投与後のcSP持続時間の増加が見出されている5,6,7,8。それでも、脊髄突起もその持続時間の変化に関与しています。cSPの初期の段階(<50ミリ秒)は、H反射値の低下に関連しています3-末梢神経回路の産物であり、脊髄ニューロンの興奮性を定量化する反射9。脊髄プロセシングは、レンショー細胞の活性化、過分極後の運動ニューロン、および脊髄介在ニューロン10,11,12,13,14によるシナプス後抑制を介して媒介されると考えられている。

脊髄の寄与にもかかわらず、cSPは主に皮質抑制性ニューロンの活性化に起因し、cSPの後半部分(50-200ミリ秒)の生成に関与する3,10,13,15,16。その点で、cSP持続時間の初期の部分は脊椎抑制メカニズムと関連しているのに対し、長いcSPはより大きな皮質抑制メカニズムを要求しています3,13,17,18。

したがって、cSPは神経障害による皮質脊髄不適応の有望なバイオマーカー候補ですが、より有意なcSP持続時間は皮質脊髄抑制の増加を反映している可能性があり、逆もまた同様です5,11。したがって、以前の研究では、cSP持続時間と、ジストニア、パーキンソン病、慢性疼痛、脳卒中、およびその他の神経変性および精神医学的状態などの病状との関連が見出されています19,20,21,22。説明するために、変形性膝関節症コホートでは、モントリオール認知評価尺度23において、より高い皮質内抑制(cSPによって指標化)が若年、より大きな軟骨変性、およびより低い認知能力と関連していた。さらに、cSPの変化は、治療応答および運動回復を縦断的に指標化することもできる24、25、26、27、28、29、30。

神経精神医学分野におけるcSPの役割は有望ですが、その評価の困難な側面は、プロトコルの変動に敏感すぎる可能性があることです。たとえば、cSP持続時間(~100-300ミリ秒)11は、上肢と下肢で区別できます。Salernoらは、線維筋痛症患者のサンプルで、第1背骨間筋(FDI)で121.2ミリ秒(±32.5)、前脛骨筋(TA)で75.5ミリ秒(±21)の平均cSP持続時間を発見しました31。したがって、文献は、cSPを引き出すために使用されるパラメーターの無数の相違を伝え、その結果、研究間の比較可能性が危険にさらされ、臨床診療への翻訳が遅れます。同様の集団内では、プロトコルは、例えば、M1および標的筋肉を刺激するために使用される閾値超閾値TMSパルス設定に関して異質であった。その上、研究者はプロトコルで使用されているパラメータを適切に報告していません。

したがって、目標は、上肢と下肢のM1皮質脊髄興奮性を評価するために、実行可能で信頼性が高く、簡単に再現可能なcSPプロトコルを適用する方法に関する視覚的なガイドラインを提供し、その手順の実際的な方法論的課題について議論することです。また、パラメータの選択の理由を説明するために、Pubmed/MEDLINEに関する非網羅的な文献レビューを実施し、検索語:リハビリテーション(メッシュ)またはリハビリテーションまたは慢性疼痛または脳卒中、および経頭蓋磁気刺激、単一パルスまたは皮質沈黙期間などの用語を使用して、慢性疼痛およびリハビリテーション集団におけるcSPに関する発表論文を特定した。抽出のための包含基準は定義されておらず、プールされた結果は説明のみを目的として 表1 に表示されています。

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プロトコル

この議定書は、人間を対象とする研究を含み、地元の倫理委員会の制度的および倫理的ガイドラインおよびヘルシンキ宣言と一致しています。インフォームドコンセントは、研究でデータを使用するために被験者から得られました。

1.実験前の手順

  1. 被験者のスクリーニング。頭蓋内インプラント、てんかん、発作の病歴、妊娠について被験者をスクリーニングします。アンケートガイドラインを使用して、最新の安全上の注意32に準拠していることを確認します。
    1. TMSによる電磁パルスの送達は、榴散弾、動脈瘤クリップ、または溶接からの破片などの強磁性材料の頭蓋内インプラントを有する個人には禁忌である。発作の可能性が高い個人に予防策を講じてください。
    2. TMS評価は、この集団に対処する際に保守的なスタンスをとるようにアドバイスされている妊婦に胎児のリスクをもたらしません。小児集団にTMSを適用し、特定の発達段階(すなわち、泉門の閉鎖、皮質興奮性の成熟、および外耳道の成長)で慎重に進行することは安全です33。
  2. 材料の準備。この手順では、TMSおよびEMGデバイス以外に、スイムキャップ、アルコールパッド(70%イソプロピルアルコールの調製)、導電性ゲル、およびEMGソフトウェアのセットアップと調査対象の筋肉に適したダイナモメーターをオンにしてコンピューターを自由に使用できます( 資料の表を参照)。
    注:スイムキャップには、被験者の頭をマークする不快感を引き起こすことなく、信頼性が高く再現性のあるTMS評価を可能にする、最も安価で最もアクセスしやすいオプションであるという利点があります。

2.患者への適切な指示

  1. 手順の基本的な手順と所要時間を説明します。
  2. 参加者に目を覚まし、特別な注意や集中を必要とする認知活動(例:.、数学的計算、瞑想など)を実行しないように指示し、手/顎のけいれんやもっともらしい副作用を経験する可能性があることを予想します。このようなイベントは、経験の浅い被験者にとっては予想外に見えるため、手順を危険にさらす可能性があります。
    注:シングルパルスおよびペアパルスTMSは、頭痛、局所痛、首の痛み、歯痛、感覚異常などの軽度の一時的な有害事象にのみ関連しています。発作はまれであり、他の重篤な有害事象は関連していません33。安全性を高めるために、有害な音の可能性があるため、耳栓と、咬筋収縮の可能性のためのバイトブロックを提供することをお勧めします34。

3. 実験手順(図1)

  1. 電極を配置する筋肉を選択します。
    1. 被験者に、腹臥位でテーブルの上に手を置くように依頼します。第1中手骨骨と第2中手骨骨の間に局在するFDI筋肉を選択します。FDIを特定するには、被験者に人差し指を抵抗に対して外転させ、残りの手を静止させ、その領域を触診している間、テーブルに置くように依頼します。
    2. 選択した領域を公開します。必要に応じて、使い捨てのかみそりを使用してその領域を剃り、電極と皮膚との接触を改善し、アルコールパッドでその領域をきれいにして、皮膚の油分やインピーダンスを増加させる可能性のあるその他の要因を取り除きます。電極との接触を確実にするために、自由な皮膚があることを証明します。
      注意: 下肢の活動を評価する場合は、電極の配置にTA筋を使用してください。それは脛骨の外側に局在し、皮膚の表面近くにあります。足首背屈で識別できます。
  2. 表面EMG電極を配置します
    1. 領域が露出して洗浄された状態で、チャネルの各電極に導電性ゲルを塗布して、良好なインピーダンスを確保します。
    2. FDI筋の腹(筋肉の腹の中心または最も顕著な膨らみ)に負極を配置し、電極間距離を少なくとも1.5 cmの遠位指節間関節に正電極を配置します。参照電極(ニュートラル)を手首の尺骨茎状突起の上に置きます。
      注:運動終点、筋腱、またはその他の活動的な筋肉の存在は、記録の安定性に影響を与える可能性があるため、これらの場所を避けることが重要です35。TA筋の場合、電極は腓骨の先端と内側くるぶしの先端を結ぶ線の3分の1に配置する必要があります。各電極の極の間に20mmの距離を置き、参照電極を足首に配置します。
  3. 必要な筋収縮力を決定する
    1. デジタルピンチダイナモメータと四角錐サポートを使用して、機械的な歪みを最小限に抑え、収縮を最小限に抑えるために感度を高めます。
    2. ピラミッドサポートの助けを借りて、1本目と2本目の指の間に動力計を置きます。3本目、4本目、5本目の指がテーブルの上に置かれたままで、1本目 と2本目の 指がつまむ動きの力を生み出すようにします。
    3. 固定位置で、参加者に人差し指でダイナモメーターを押し、人差し指でピラミッドの側面を押すように依頼し、ダイナモメーターピラミッドシステムを最大の力で圧迫し、FDI筋肉を強く収縮させます。
    4. その値を基準として使用して、最大力の20%を決定します。参加者は、持続的な収縮の20%で目標を維持する練習をしなければなりません。MVCの15%〜25%の変動を考慮に入れます。
      注:または、調査中の孤立した筋肉活動をキャッチできるダイナモメーターが利用できない場合は、EMGフィードバックを使用して力を標準化します。記録ソフトウェアは、被験者の最大力に対応する最大ピークtoピーク振幅を測定し、その値を基準として使用して、20%MVCを決定します。被験者は、20%が達成されたときの視覚的および/または聴覚的な手がかりを受け取ることができます。
  4. ホットスポット検索の初期位置の特定
    1. 被験者の頭に水泳帽をかぶせます。すべての基準点がその上にマークされます。
    2. 鼻(額と鼻の間の点)から頭頂(後頭部で最も顕著な点)までの頭の矢状円周を測定します。その値を2で割り、頭の真ん中の場所に印を付けます。
    3. 患者の鼻、イニオン、左右両方の外耳のらせん、および左右の眼窩上隆起の位置をマークします。これは、処置中にキャップが滑っていないこと、および/または将来の実験でキャップが患者の頭に均等に配置されることを証明するためです。
    4. 上記のように、珠から耳珠までの距離を測定し、途中でマークを追加します。それらの間の交点、頂点(Cz)として識別される点をマークします。
    5. 頂点から、矢状線と平行に横方向に5 cm、選択した筋肉の反対側に移動します。このマークは、手の運動皮質と同じ冠状レベルで(M1)を近似的に識別する。これを最初のスポットとして使用して、ホットスポットの検索を開始します。
    6. ホットスポットは、最も低い運動閾値が検出される運動野の領域です。低強度(例えば、最大刺激装置出力[MSO]の30%)を設定し、最初のスポットに複数のパルスを配信することによって検索を開始します。
    7. EMGインデックス応答(つまり、MEP)を検出する最も低い刺激を特定するまで、小さな強度増分で追求します。刺激の送達のために、ハンドルが患者の後方を向いた状態で、矢状中線に対して45°の8の字のコイルを傾けます。
    8. 最適なスポットが特定されたことを確認するには、最初のスポットの周りを移動し、その後の~3つのMEPを、前方1 cm、外側1 cm、内側1 cm、後方1 cmでテストします。一貫した応答を得るために、この手順を必要な回数だけ繰り返します。最大のMEP36を引き出す場所に固執します。
    9. ホットスポットが見つかったら、患者の頭の中でそのスポットをマークします(スイムキャップ)。この実験中および潜在的なフォローアップ訪問中にこの場所を使用します。余分な圧力のために被験者に不快感を与えないように注意してください。両手で被験者の頭のコイルを支えます。
  5. 安静時モーターしきい値(RMT)を決定する
    1. モーターのしきい値を、検出可能な最小振幅(通常は少なくとも50〜100μV)のMEPを促進するために必要な最小強度として推定します。
    2. 運動閾値を決定するには、ホットスポットで10回連続して刺激を加え、50%の試験で、標的筋肉にピークtoピーク振幅が少なくとも50μVのMEPを生成した最低強度を選択します。
      注:このプロトコルは、安静時(安静時運動閾値[RMT])または能動的収縮中(能動的運動閾値[AMT])に標的筋で実行できます。どちらも、閾値超閾値TMSパルスの基準としてさらに使用することができます。AMTの取得はMVCの標準化に依存しているため、ばらつきが発生しやすく、複数の評価を伴う縦断的研究では問題になる可能性があります。
  6. CSP プロトコル
    1. 標的筋肉の強直自発的収縮中にMEPを誘発するために閾値超刺激を送達する。
    2. RMTの120%の刺激強度(SI)で10刺激を、その間に10秒の期間で送達します。刺激の適用中、ダイナモメーターで練習するように、標的筋肉の最大運動収縮の20%を維持するように患者に依頼します。
    3. SP全体を確実にキャプチャするには、EMGタイムウィンドウが最大400ミリ秒のEMGアクティビティをキャプチャするのに十分な長さであることを証明します。まれではありませんが-研究されている疾患によっては、被験者はcSPを成功させるためにより高いSIを必要とする場合があります。

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結果

段階的な手順を実行した後、閾値を超えるTMSパルス(RMTの120%)の送達により、標的筋肉のEMG記録で観察可能なMEPが引き出され、その後のバックグラウンドEMG活動が約150ミリ秒から300ミリ秒抑制されます(図2)。そのEMGパターンから、cSPメトリックを計算することができます。最も報告される結果は、相対SPと絶対SPの期間(ミリ秒の範囲)です。相対SPは、MEPの開始からEMG活動?...

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ディスカッション

MEP と SP を引き出すためのデフォルトの SI は、母集団によって異なります。80%RMTという低い強度は、健康な個体においてcSPを誘発することが示されている39が、依然として健康な集団および罹患集団の両方に関する研究では、150%RMTという高い強度が使用されている49,50,51。この不均一性の原因は標的集団?...

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開示事項

Abhishek DattaはSoterix Medical Inc.のCEO、共同創設者兼CTOであり、Kamran Nazinは同じ会社の最高製品責任者です。Soterix Medical Inc.は、このビデオ出版物の作成に使用される資料を提供しました。残りの著者は、競合する金銭的利益を持たないと宣言しています。

謝辞

受信確認はありません。

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資料

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

参考文献

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