The authors have no acknowledgements.

Os procedimentos experimentais delineadas recebido aprovação ética institucional e estão em conformidade com a Declaração de Helsinki. Os dados foram coletados a partir de um participante representante que estava ciente dos procedimentos e deu o seu consentimento informado por escrito. 1. Instrumento Preparação <ol><li> Limpe a pele no local do eletrodo pelo barbear, e remover a sujeira com álcool para se obter baixa impedância (&lt;5 kW). </li><li> Coloque dois eletrodos de superfície AgCl (diâmetro de gravação de 10 mm) a 2/3 da linha entre as condylis medial do fêmur ao maléolo medial do músculo sóleo; no bojo mais proeminente do músculo gastrocnêmio medial para o; a 1/3 da distância ao longo de uma linha entre a cabeça da fíbula e do calcanhar para o gastrocnêmio lateral; e a 1/3 da distância ao longo de uma linha entre a ponta do perónio e a ponta do maléolo médio para o músculo tibial anterior, com um interelectrode distância (de centro-a-centro) de 2 cm, de acordo com as recomendações SENIAM 30. Nota: Os eletrodos músculo sóleo tem que ser posicionado sob a inserção distal dos músculos gastrocnemii para garantir que eles não estão gravando atividade das cabeças dos músculos gastrocnemii (cross-talk). </li><li> Coloque um eléctrodo de referência numa posição central na mesma perna (entre a estimulação e locais de gravação). </li><li> Ajustar a altura e a profundidade da cadeira para obter um ângulo de 90 ° do tornozelo (0 ° = flexão plantar cheio), de modo que o sóleo e músculos gastrocnemii não são esticadas e o reflexo H não é alterada 11,12. <ol><li> Definir o ângulo do joelho a 90 ° (0 ° = extensão do joelho completo), devido à natureza biarticular dos músculos gastrocnemii. No entanto, o ângulo do tornozelo ideal para executar um binário voluntária máxima dos flexores plantares é de 70-80 ° (0 ° = flexão plantar completa) 26. Assim, o ângulo do tornozelo irá depender do Parámedidor de interesse (eletrofisiológico contra gravações mecânicas). Nota: Independentemente do ângulo inicial escolhido, ele deve permanecer constante durante todo o experimento para padronizar a excitabilidade neuromuscular 11,12,27,28. </li><li> Preste atenção especial ao monitorar a postura dos sujeitos durante o teste para manter influências córtico-vestibular constantes na excitabilidade do pool do motor 29. </li></ol></li><li> Firmemente cinta do tornozelo a um ergómetro, com o eixo da articulação anatómica (maléolo externo) alinhado com o eixo de rotação do 25 ergômetro. <ol><li> Ter a pressão assunto exercer sobre uma platina ligado ao ergômetro para gravar torque flexor plantar. Manter o pé imóvel ao longo da experiência de modo a que pequenas mudanças na binário pode ser detectada. </li></ol></li><li> Nota: Em determinadas circunstâncias, o salto pode levantar um pouco fora da plataforma de força, se o pé e tornozelo não são garantidos, o que pode lead a uma transmissão do binário incompleto contra a placa. A Figura 3 apresenta uma descrição da configuração experimental. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig3.jpg" /> Figura 3:. Instalação Experimental configuração experimental clássica para gravar sinais (EMG) e torque eletromiográficas. <ol start="6"><li> Ligar os eléctrodos ao amplificador com cabos. </li><li> Definir a taxa de amostragem para medições de torque e EMG para 2-5 kHz. Gravar o sinal EMG usando um (AD) sistema de conversão analógico-digital. O sinal é exibido num monitor com um sistema de aquisição de dados, que instantaneamente dá valores de vários parâmetros (por exemplo, o valor máximo, a amplitude pico-a-pico, duração). O espectro do sinal de EMG pode variar entre 5 Hz e 2 kHz, mas estão contidas principalmente entre 10 Hz e 1 kHz 31. Assim, frequência de amostragem deve ser alta o suficiente para preservar dur forma de sinaling gravação EMG. Amplificar e filtrar sinais EMG (ganho = 500-100), utilizando uma frequência de largura de banda entre 10 Hz e 1 kHz 8,21,32. </li><li> Coloque o ânodo para a estimulação eléctrica sobre o tendão patelar. </li><li> Determinar o melhor site de estimulação do nervo tibial posterior para obter um reflexo sóleo H ideal para uma determinada intensidade, usando um eletrodo de bola cátodo de mão na fossa poplítea. Teste vários sítios de estimulação com o eléctrodo de cátodo bola até um valor máximo do reflexo H é atingido. <ol><li> Registro de atividade EMG tibial anterior para garantir que o nervo fibular comum não é ativado para evitar a influência do antagonista Ia aferentes 12. Definir a largura de pulso em 1 mseg para proporcionar uma activação óptima das fibras nervosas, especialmente fibras aferentes 10. </li></ol></li><li> Coloque um auto-adesivo de AgCl cátodo na localização do local de estimulação para assegurar condições de estímulo constante (por exemplo, pressão, orienteção). Nota: Todos estes parâmetros (posição de sujeito, a localização do eletrodo e estimulação do site) não mudam para a avaliação das diferentes medidas eletrofisiológicas. Apenas a intensidade da estimulação e a condição (resto contra contracção) variar. </li></ol> 2. Procedimentos de teste em repouso <ol start="1"><li> Instrua o assunto para permanecer relaxado e guardar os seus / suas músculos em repouso. </li><li> Ajuste a intensidade de estimulação para obter sóleo máxima H-reflex amplitude (H max; gama de costume: 20-50 mA). Uma onda-M do músculo solear pode ser observado na H intensidade max. Nota: Para as medições repetidas (por exemplo, antes e depois de um protocolo fatigante), a intensidade óptima para obter uma resposta máxima H pode variar durante a sessão. Como manter uma intensidade constante pode levar a uma subestimação da H max amplitude, recomenda-se que o experimentador reavalia regularmente H maxintensidade 33. </li><li> Grave um mínimo de 3 sóleo respostas H-reflex nesta intensidade com um intervalo mínimo de 3 segundos para evitar a depressão pós-ativação 34. Nota: Embora a gravar várias respostas é mais apropriada devido a sensibilidade específica do H-reflexo, um único estímulo pode ser suficiente em algumas circunstâncias, por exemplo quando se tenta evitar os efeitos de recuperação rápida (por exemplo, durante um protocolo de fadiga). </li><li> Aumente a intensidade de estimulação para obter amplitude sóleo M-onda máxima (M max; habitual gama: 40-100 mA). Normalmente, definir o incremento na intensidade de estimulação em 2-4 mA, com um intervalo de 8-10 segundos entre dois estímulos 12,35. A intensidade desejada é atingida quando M max é obtido, e nenhuma resposta H-reflexo pode ser observada. </li><li> Definir a intensidade final de 120-150% de H intensidade do estímulo máximo para assegurar que a onda-M atinge um patamar do seu valor máximo. Esta intensiTy é chamado intensidade supramaximal nas instruções abaixo. </li><li> Mantenha intensidade de estimulação constante para sóleo gravações de ondas M durante toda a sessão. </li><li> Ficha 3 sóleo M-ondas e 3 torques de contração associados a esta intensidade. </li></ol> 3. Procedimentos de teste durante a contração voluntária <ol start="1"><li> Como um warm-up, pergunte o assunto para executar 10 breves e não-fatigante contrações submáximas dos músculos flexores plantares, com um descanso de alguns segundos entre cada uma das contrações. No final do warm-up, ter um mínimo 1 min de descanso para evitar quaisquer efeitos fatigantes 11. </li><li> Atividade EMG do tríceps sural continuamente recordes. Gravação e os músculos soleus gastrocnemii permite a análise do comportamento de diferentes tipologias musculares para um único local de estimulação 24. </li><li> Instrua o assunto para realizar uma contração isométrica máxima voluntária (MVC) dos flexores plantares. O assunto tem que empurrar tão duro quanto possible contra o ergômetro contraindo os músculos flexores plantares. Dê feedback visual para o assunto durante o esforço, e incentivo verbal padronizado 19. O MVC é atingido quando se atingir um patamar. </li><li> Fornecer um estímulo emparelhado (100 Hz de frequência) a intensidade supramáxima durante o planalto do MVC (dupleto, sobreposto), e uma outra estimulação emparelhados quando o músculo é completamente relaxado imediatamente após a contracção (dupleto potenciada) para avaliar o nível de activação voluntária. Entregue este estímulo emparelhado por meio de um dispositivo específico (por exemplo Digitimer D185 MULTIPULSE estimulador) ou através de um programa de estimulação associada com um único pulso estimulador. </li><li> Instrua o assunto para executar um segundo MVC do flexor plantar com pelo menos 1 min de descanso entre cada ensaio 11. Se o pico de torque do segundo ensaio não está dentro de 5% da primeira, ensaios suplementares deve ser realizada 36. A maior binário conseguida poro sujeito é tomado como o torque MVC. </li></ol> Análise 4. Dados <ol start="1"><li> Análise de dados em repouso <ol><li> Selecione uma janela de tempo, incluindo a resposta EMG associado à contração em repouso (H-onda ou M-onda). </li><li> Medir a duração amplitude pico-a-pico, pico-a-pico, e / ou a área das ondas (Figura 4A). Se a amplitude não é directamente fornecida pelo software, subtrair o mínimo para os valores máximos. <ol><li> Para a duração, medir o tempo de quadro a partir do pico máximo e terminando ao pico mínima. Para a região, calcular o integral do sinal de EMG a partir do início da onda e que termina com o fim da onda. Nota: amplitude pico-a-pico pode refletir: 1) a transmissão neuromuscular, 2) ação da unidade motora amplitude potencial e / ou 3) dispersão temporal de ação das unidades motoras potencial 37. A duração da onda M reflete propagação neuromuscular 37. </li></ol&gt; </li><li> Para vários ensaios, calcular a média das ondas. Se a média não pode ser diretamente fornecido pelo software, software de planilha uso (por exemplo, a função fórmula em um programa de planilha eletrônica) para calcular este valor a partir de vários estudos (pelo menos 3). </li><li> Selecione a contração descansando. </li><li> Medir o binário associado com o pico de contração repouso (Figura 4B). </li><li> Para vários ensaios, o cálculo do pico de torque médio das contrações musculares descansando. Se a média não pode ser diretamente fornecido pelo software, software de planilha uso (por exemplo, a função fórmula em um programa de planilha eletrônica) para calcular este valor a partir dos vários estudos (pelo menos 3). </li><li> Repita estes procedimentos descritos no ponto 4.1.2 para os outros parâmetros desejados (tempo de contração ou de tempo de meia relaxamento). A análise dos parâmetros de contração fornece indicações sobre a excitação-contracção eficiência de acoplamento 17. Em particular, o contratoião tempo fornece um índice da cinética de contracção 8, o qual pode depender do grupo muscular escolhido 38. </li><li> Calcular a relação entre o pico de torque e a soma de m-ondas usando software de planilha eletrônica (por exemplo, Excel), para quantificar a eficiência eletromecânica (P t / M). À medida que as respostas mecânicas evocadas pela estimulação do nervo tibial posterior correspondem à activação do triceps sural 39 como um todo, as amplitudes de sóleo e gastrocnemii M-ondas deve ser somados. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig4.jpg" /> Figura 4: Explicação das respostas eletrofisiológicas e mecânicas (A) Medição da amplitude pico-a-pico (mV), latência (ms) e área (mV.ms) de uma onda M típico.. (B) A medição do binário de pico de contração (Nm), tempo de contracção (MS) e tempo de meia-relaxamento (ms) de um tique. <ahref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/52974/52974fig4highres.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <ol start="2"><li> A análise dos dados em contracção <ol><li> Selecione uma janela de tempo de 500 ms de atividade EMG sóleo durante o platô de torque MVC incluindo o pico de torque, mas excluindo o tempo entre o artefacto de estímulo e ao final do período de silêncio de EMG. O período de silêncio corresponde à supressão da atividade EMG voluntário em curso após a estimulação. </li><li> Se a raiz quadrada (RMS) significa não é diretamente fornecido pelo software, calcular o RMS para quantificar atividade EMG através da seguinte fórmula 40: EMG RMS <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq1.jpg" /></li><li> Medir ou calcular o RMS de M max em repouso ao longo da duração da onda. </li><li> Calcular a relação EMG RMS / RMS Mmax usando software de planilha.RMS valor EMG e valor RMS Mmax tem que ser selecionado a partir do mesmo músculo. </li><li> Medir a pico do binário máximo do MVC a partir da linha de base de torque em repouso para o valor máximo do MVC excluindo o binário sobreposta induzida pela estimulação dupleto (Figura 5). </li><li> Medir o binário sobreposta induzida pela estimulação dupleto durante o MVC, a partir do valor de torque voluntário no início da estimulação para o pico da resposta evocada (Figura 5). </li><li> Selecione o gibão potenciado. </li><li> Meça o pico de torque associado com o gibão potenciado. </li><li> Calcular o nível de ativação voluntária (VAL), utilizando a seguinte fórmula 40: <img alt="Equação 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: Medição da sobreposta epotenciado gibão em sinal mecânico. Para gravar o pico de torque sobreposta (Pts), a estimulação gibão é evocado durante o platô de contração voluntária máxima isométrica (MVC). Para gravar potencializado pico de torque (Pt P), a estimulação gibão é evocado em repouso após a compensação de MVC.

The authors have nothing to disclose.

A estimulação do nervo percutânea permite a quantificação de várias características do sistema neuromuscular não só para compreender o controlo fundamental da função neuromotora em seres humanos saudáveis, mas também de ser capaz de analisar adaptações agudas ou crónicas através de formação 17 ou fadiga. Isto é muito benéfico especialmente para protocolos de fadiga, em que as medições devem ser realizadas tão depressa quanto possível após o final do exercício, para evitar os efeitos...

Estimulação elétrica nervosa percutânea é amplamente utilizado para avaliar a função neuromuscular 1. O princípio básico consiste em induzir um estímulo eléctrico a um nervo motor periférico para evocar uma contracção muscular. Mecânica (medição de torque) e eletrofisiológicas (atividade eletromiográfica) respostas são gravados simultaneamente. Torque, registrado na junta considerada, é avaliada utilizando um ergômetro. O (EMG) eletromiográficas sinal gravado utilizando eléctrodos de superfície foi demonstrada para representar a actividade do músculo 2. Este método não-invasivo e não é doloroso mais facilmente implementado de gravações intramusculares. Ambos eléctrodos monopolares e bipolares podem ser usados. A configuração do eléctrodo monopolar tem sido mostrado para ser mais sensível a alterações na actividade muscular 3, que pode ser útil para pequenos músculos. No entanto, os eléctrodos bipolares têm mostrado ser mais eficaz na melhoria da r sinal-ruídoacio 4 e são mais comumente utilizado como um método de gravação e quantificação de actividade motora unitária. A metodologia descrita abaixo incidirá sobre gravações bipolares. Actividade de EMG é um indicador da eficácia e da integridade do sistema neuromuscular. O uso de estimulação nervosa percutânea oferece mais insights sobre a função neuromuscular, ou seja, alterações a nível muscular, medula, ou supra-espinhal (Figura 1). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig1.jpg" /> Figura 1:. Visão geral das medições neuromusculares STIM: estimulação do nervo. EMG: A eletromiografia. VAL: nível de ativação voluntária. RMS: Root Mean Square. M máx: amplitude da onda M máxima. Em repouso, o potencial de ação muscular composto, também chamado de M-ondas, é a resposta curta-latência observada após artefato de estímulo, e representa a massa muscular excitável pelo activ direta<html> ção de axónios motores que conduzem ao músculo (Figura 2, número 3). Amplitude da onda-M aumenta com a intensidade até atingir um platô de seu valor máximo. Esta resposta, chamada M max, representa o somatório síncrono de todas as unidades motoras e / ou potenciais de ação das fibras musculares gravadas sob os eletrodos EMG de superfície 5. A evolução da amplitude da onda ou a área do pico-a-pico é utilizada para identificar alterações de transmissão neuromuscular 6. Alterações nas respostas mecânicas associadas com a onda-M, isto é, o pico de contração do binário / força, pode ser devido a alterações na excitabilidade muscular e / ou no interior das fibras musculares 7. A associação de M max amplitude e amplitude do torque de pico de contração (Pt rácio / M) fornece um índice de eficiência eletromecânica do músculo 8, ou seja, resposta mecânica para um determinado comando do motor elétrico. 52.974 / 52974fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2:. Motor e vias reflexas ativadas por estimulação do nervo estimulação elétrica de um (/ sensorial motor) do nervo misto (STIM) induz a despolarização de ambos axônio motor e Ia aferentes de fuzilamento. A despolarização da Ia aferentes para a medula espinal de motoneurónios activa um alfa, que por sua vez provoca uma resposta do reflexo H (via 1 + 2 + 3). Dependendo da intensidade do estímulo, axônio motor de despolarização evoca uma resposta muscular direto:-ondas M (via 3). Na intensidade da onda M máxima, uma corrente antidrômica também é gerado (3 &#39;) e colide com volley reflex (2). Esta colisão parcial ou totalmente cancela a resposta H-reflex. O H-reflexo é uma resposta eletrofisiológica utilizado para avaliar mudanças no Ia-α motoneuron sinapse 9. Este parâmetro pode ser avaliada em repouso ou durante as contrações voluntárias. H-reflexo representa uma variante do reflexo de estiramento (Figura 2, NUmber 1-3). O reflexo H ativa unidades motoras monosynaptically recrutados por vias aferentes 10,11 Ia, e pode ser submetido a influências periféricas e centrais 12. O método de evocar um H-reflex é conhecido por ter uma confiabilidade intra-sujeito alta para avaliar a excitabilidade da medula em repouso 13,14 e durante contrações isométricas 15. Durante uma contração voluntária, a magnitude da unidade neural voluntária pode ser avaliada usando a amplitude do sinal EMG, geralmente quantificada utilizando o Root Mean Square (RMS). RMS EMG é comumente utilizado um meio de quantificação do nível de excitação do sistema motor voluntário durante a contracção (Figura 1). Devido à variabilidade intra e inter-sujeito 16, RMS EMG tem de ser normalizados utilizando a EMG gravado durante uma contração voluntária máxima músculo-específica (RMS EMGmax). Além disso, porque as mudanças no sinal EMG pode be devido às alterações a nível periférico, utilizando um parâmetro de normalização periférico, tal como M-onda é obrigada a avaliar apenas o componente central do sinal EMG. Isto pode ser feito dividindo a RMS EMG por a amplitude máxima ou o RMS Mmax da onda-M. Normalização usando RMS Mmax (ie RMS EMG / RMS Mmax) é o método preferido, pois leva em consideração a possível alteração da duração da onda-M 17. Comandos de motor pode também ser avaliada por cálculo do nível de activação voluntária (Val). Este método utiliza a técnica de interpolação contração de 18 por sobreposição de uma estimulação elétrica no M intensidade máxima durante uma contração voluntária máxima. O torque adicional induzida por estimulação do nervo é comparado com um tique controlo produzido por estimulação do nervo idêntica num músculo potenciada relaxado 19. Para avaliar máxima VAL, o interpo contração iniciallação técnica descrita por Merton 18 envolve um único estímulo interpolado sobre uma contração voluntária. Recentemente, o uso de estimulação emparelhados tornou-se mais popular porque os incrementos de torque evocados são maiores, mais facilmente detectada, e menos variável em comparação com as respostas individuais de estimulação 20. O VAL fornece um índice da capacidade do sistema nervoso central para activar ao máximo os músculos de trabalho 21. Atualmente, VAL avaliada usando a técnica de interpolação de contração é o método mais valioso de avaliar o nível de ativação muscular 22. Além disso, o pico de torque avaliada utilizando um ergômetro é o parâmetro de teste de força maior devidamente estudada aplicável de uso na pesquisa e na clínica 23. Estimulação elétrica nervosa pode ser usado em uma variedade de grupos musculares (por exemplo, flexores do cotovelo, flexores do punho, extensores do joelho, flexores plantares). No entanto, faz com que a acessibilidade do nervotécnica difícil em alguns grupos musculares. Os músculos flexores plantares, especialmente tríceps sural (sóleo e gastrocnemii) músculos, são freqüentemente investigados na literatura 24. Na verdade, estes músculos estão envolvidos na locomoção, justificando o seu interesse particular. A distância entre local de estimulação e eletrodos de registro permite a identificação das diferentes ondas evocadas dos músculos tríceps sural. A parte superficial do nervo tibial posterior na fossa poplítea e do grande número de fusos tornar mais fácil para gravar as respostas reflexas comparado com outros músculos 24. Por estas razões, a metodologia reflexo atualmente apresentada incide sobre os tríceps sural grupo de músculos (sóleo e gastrocnêmio). O objectivo deste protocolo é, por conseguinte, para descrever técnica percutânea estimulação do nervo para investigar a função neuromuscular no 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.

Aumentar a intensidade do estímulo leva a uma evolução diferente das amplitudes de resposta entre H e M-ondas. Em repouso, o reflexo H atinge um valor máximo antes de ser totalmente ausente do sinal de EMG, enquanto a M onda aumenta progressivamente até atingir um planalto a intensidade máxima (ver Figura 4 para uma representação gráfica da onda M e a Figura 6 para a evolução de M-ondas e H-reflex com intensidade). Para o músculo sóleo, a latência entre o ...

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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).

Avaliação da função neuromuscular Usando percutânea Estimulação Elétrica Nervosa

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 visualizações.  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). 

Vídeo: 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.

Estudando Pools vesículas Synaptic usando fotoconversão de Corantes Styryl

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

Neurociência

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: Usando o protocolo Theta-Burst para Explorar Mechasnism de Plasticidade em Indivíduos com Síndrome do X Frágil 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.

Avaliação do nervo Excitabilidade em induzida por quimioterapia Neurotoxicidade

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.

A estimulação optogenética do nervo 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 interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance

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.

Estimulação transcraniana de elétrica cerebral em roedores alertas

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.

Estimulação elétrica transcraniana crônica e gravação Intracortical em ratos

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.

Determinação de localização de estimulação usando um digitalizador 3D com estimulação transcraniana de alta definição da corrente direta

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.

Análise Cinética 3D para a Avaliação Funcional no modelo de rat da lesão ciática de esmagamento nervoso

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.

Estabelecimento de Infarto Agudo de Pontina em Ratos por Estimulação Elétrica

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