Комбинированная стимуляция периферических нервов и транскраниальная магнитная стимуляция с контролируемым параметром импульса для зондирования сенсомоторного контроля и обучения

Резюме

Афферентное торможение с короткой латентностью (SAI) - это протокол транскраниальной магнитной стимуляции для зондирования сенсомоторной интеграции. В этой статье описывается, как SAI может быть использован для изучения конвергентных сенсомоторных петель в моторной коре во время сенсомоторного поведения.

Аннотация

Квалифицированная моторика зависит от эффективной интеграции сенсорной афферентности в соответствующие двигательные команды. Афферентное торможение является ценным инструментом для исследования процедурного и декларативного влияния на сенсомоторную интеграцию во время квалифицированных двигательных действий. В этой рукописи описывается методология и вклад афферентного торможения (SAI) с короткой латентностью для понимания сенсомоторной интеграции. ВОА количественно оценивает влияние конвергентного афферентного залпа на кортикоспинальный двигательный выход, вызванный транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМС). Афферентный залп запускается электрической стимуляцией периферического нерва. Стимул ТМС доставляется в место над первичной моторной корой, которое вызывает надежную моторную реакцию в мышце, обслуживаемой этим афферентным нервом. Степень торможения в моторно-вызванном ответе отражает величину афферентного залпа, сходящегося на моторной коре, и включает центральные ГАМКергические и холинергические вклады. Холинергическое вовлечение в ВОА делает ВОА возможным маркером декларативно-процедурных взаимодействий в сенсомоторной работе и обучении. Совсем недавно исследования начали манипулировать направлением тока ТМС в SAI, чтобы разобрать функциональное значение различных сенсомоторных цепей в первичной моторной коре для квалифицированных двигательных действий. Возможность управления дополнительными параметрами импульса (например, шириной импульса) с помощью современного контролируемого импульсного параметра TMS (cTMS) повысила селективность сенсомоторных цепей, исследуемых стимулом TMS, и предоставила возможность создавать более совершенные модели сенсомоторного контроля и обучения. Таким образом, настоящая рукопись посвящена оценке ВОА с использованием cTMS. Тем не менее, принципы, изложенные здесь, также применимы к ВОА, оцениваемому с использованием обычных стимуляторов ТМС с фиксированной шириной импульса и других форм афферентного ингибирования, таких как афферентное торможение с длительной латентностью (LAI).

Введение

Множественные сенсомоторные петли сходятся в моторной коре, образуя проекции пирамидного тракта на спинальные двигательные нейроны и интернейроны¹. Однако вопрос о том, как эти сенсомоторные петли взаимодействуют, формируя кортикоспинальные проекции и двигательное поведение, остается открытым. Афферентное торможение с короткой латентностью (SAI) предоставляет инструмент для исследования функциональных свойств конвергентных сенсомоторных петель в выходе моторной коры. ВОА сочетает моторную корковую транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) с электрической стимуляцией соответствующего периферического афферентного нерва.

протокол

Следующий протокол может быть применен к различным экспериментам. Предоставленная информация подробно описывает эксперимент, в котором SAI используется для количественной оценки сенсомоторной интеграции во время реакции пальца на достоверно или неправильно подобранный зонд. В этом протоколе SAI оценивается без задачи, затем одновременно во время сенсомоторной задачи, а затем снова без задачи. Стимулятор цТМС может быть заменен любым коммерчески доступным обычным стимулятором ТМС. Однако ширина импульса обычного стимулятора ТМС будет зафиксирована в пределах 70-82 мкс в зависимости от конкретного аппаратного^{обеспечения 59,60}

Результаты

На рисунке 3 показаны примеры необусловленных и обусловленных MEP от одного участника, вызванных в мышце FDI во время сенсомоторной задачи с использованием индуцированного тока PA₁₂₀ и AP₃₀- (нижний индекс обозначает ширину импульса). Гистограммы в среднем столбце ?.......

Обсуждение

Описанный здесь метод SAI исследует подмножество нейронных путей, которые играют роль в сенсомоторных характеристиках и обучении. Оценка ВОА, в то время как участники выполняют контролируемые сенсомоторные задачи, имеет решающее значение для распутывания сложного вклада многочисленн?.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acquisition software (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504/P	LabChart Pro version 8
Alcohol prep pads	Medline Canada Corporation, Mississauga, ON, Canada	211-MM-05507	Alliance Sterile Medium, Antiseptic Isopropyl Alcohol Pad (200 per box)
Amplifier (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	FE234	Quad Bio Amp
Cotton round	Cliganic, San Francisco, CA, USA	‎CL-BE-019-6PK	Premium Cotton Rounds (6-pack, 90 per package)
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil
cTMS coils	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	COIL70F80301-IC	70 mm Medium Inductance Figure-8 coil (Inverted Current)
cTMS stimulator	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	CTMSMU0101	Elevate cTMS stimulator
Data acquisition board (for EMG)	AD Instruments, Colorado Springs, CO, USA	PL3504	PowerLab 4/35
Digital to analog board	National Instruments, Austin, TX, USA	782251-01	NI USB-6341, X Series DAQ Device with BNC Termination
Dispoable adhesive electrodes (for EMG)	Covidien, Dublin, Ireland	31112496	Kendal 130 Foam Electrodes
Electrogel	Electrodestore.com	E9	Electro-Gel for Electro-Cap (16 oz jar)
Nuprep	Weaver and Company, Aurora, CO, USA	10-30	Nuprep skin prep gel (3-pack of 4 oz tubes)
Peripheral electrical stimulator	Digitimer, Hertfordshire, UK	DS7R	DS7R High Voltage Constant Current Stimulator
Reusable bar electrode	Electrodestore.com	DDA-30	Black Bar Electrode, Flat, Cathode Distal
Software (for behaviour and stimulator triggering)	National Instruments, Austin, TX, USA	784503-35	Labview 2020
TMS stereotactic coil guidance system	Rogue Research, Montréal, QC, Canada	KITBSF0404	BrainSight Neuronavigation System
Transpore tape	3M, Saint Paul, MN, USA	50707387794571	Transpore Medical Tape (1 in x 10 yds)