İnsan Nöromusküler Sistem Eğitim Transkraniyal Manyetik Uyarım kullanımı

Özet

Transkraniyal manyetik uyarımın (TMU), insan sinir sistemi fizyolojisi ve fonksiyon anlamak için bir non-invaziv bir araçtır. Burada, biz, üst bacak ve bel kas kortikal eksitabilite çalışma TMS teknikleri mevcut.

Özet

Transkraniyal manyetik uyarımın (TMU), 20 yıldan ^fazla 1 kullanımda ve popülaritesi son on yılda katlanarak büyüdü . TMS, bu süre içinde birçok sistem ve süreçleri incelemek için genişletilmiş olsa da, orijinal uygulama ve belki de en sık kullandığı TMS bir fizyolojisi, plastisite ve insan kas sinir sistemi fonksiyonu eğitimi içerir. Tek darbe TMS motor korteks piramidal nöronları transsynaptically ² (Şekil 1) ve ölçülebilir bir elektromyografik yanıt insanlar ³ kortikospinal sistem bütünlüğü ve eksitabilite incelemek ve değerlendirmek için kullanılabilir sonuç heyecanlandırıyor. Buna ek olarak, manyetik uyarım son gelişmeler şimdi ^4,5 kortikal karşı spinal eksitabilite bölümleme sağlar. Örneğin, bir koşul birleştirerek paired-pulse TMS intrakortikal kolaylaştırıcı ve inhibitör özelliklerini değerlendirmek için kullanılır.farklı interstimulus aralıklarla ^3,4,6-8 uyarıcı ve bir uyarım testi. Bu video makalede biz bu tekniklerin metodolojik ve teknik yönlerini gözler önüne serecektir. Fleksör carpi radialis (FCR) erector spinae (ES) kasların yanı sıra kas uygulanan Özellikle, tek nabız ve paired-pulse TMS teknikleri gösterecektir. Laboratuvarımız, bu ilgi azalmış kas ^{performansını} 6,9 bilek-el alçı etkileri üzerine araştırma gibi FCR kas çalışmalar ve bel ağrısı ile ilgili olarak, bu kaslar klinik önemi nedeniyle ES kasların çalışma ^8. Bu ifade ile, TMS, el, kol ve bacaklarda çok sayıda kasları çalışma olduğunu dikkat etmelisiniz, ve FCR ve ES kas grupları gösteriler sadece insan nöromüsküler çalışmada kullanılan örnekler TMS seçili olduğundan yineleme sistemi.

Protokol

1. FCR ve ES Kaslar Tek ve Eşlenmiş-Pulse TMS

1. Temel Güvenlik Önlemleri: bir insan bir konu üzerinde TMS gerçekleştirmeden önce bir manyetik alana maruz kalma ile ilgilidir bu temel güvenlik tedbirleri için ilk ekranda için gerekli . Laboratuarımızda Manyetik Rezonans Güvenlik, Eğitim ve Araştırma ¹⁰ Enstitüsü tarafından belirlenen tarama yönergeleri izleyin. Laboratuvarımızda da rutin bir aile öyküsü olan bireylerde epilepsi nöbetleri hariç. Ayrıca, ES kasların TMU konular kulak tıkacı ve daha az odak ve güçlü stimülasyon şiddetleri nedeniyle bir ağız koruyucu giymek gerekir.
2. Elektrik Kayıtlar: TMS yanıtları iskelet kaslarının elektromiyografi (EMG) sinyalleri kaydetmek için gerekli olan motor sistemi incelemek için. FCR kas için önkol boyuna t üzerinde bulunan bipolar elektrot düzenlemesi kullanarak yüzey elektrotları yerbiz daha önce ^7,11 açıklandığı gibi traş ve deri sıyrıldıktan sonra o kas. Erector spinae kaslar için, traş ve deri sıyrıldıktan ^sonra 8 L3-L5 vertebra seviyesinde kaslar üzerinde uzunlamasına yer alan benzer bir elektrot düzenlemesi kullanın.
3. TMS Bobin Oryantasyon: ağırlıklı olarak transsynaptically ¹² TMS bobin uygun şekilde konumlandırmak için gerekli olan kortikospinal nöron etkinleştirmek. FCR kasları için orta hat kafa derisi ve 45 derece 70-mm-şekil-sekiz TMS bobini teğet yer böylece lateral-posterior medial-anterior yönüne bağlı akım. ES kaslar için daha fazla penetrasyon derinliği ve temsil minyatür daha derin olan bu kaslar nedeniyle gerekli bir çift konik bobin kullanın. Burada, bobin anterior akım yönünü posterior konumlandırılmış. Biz s bize yardımcı olmak için, bir lazer ek sistemi ile bizim bobin özel modifiye varçift ​​konik bobin ubsequent yeniden konumlandırma.
4. 'Hotspot' Tanımlama: uyarılmış potansiyel büyük motorlu ortaya çıkarır stimülasyon konumunu belirlemek için gereklidir. FCR kas için kurnazca çok küçük artışlarla TMS bobini etrafında hareket eden ve büyük motorlu uyarılmış potansiyel amplitüdü gözlemlemek burada belirleyici. Bir kez bulunan kafa derisi veya likralı kap ya da silinmez mürekkep ile bu alanda dikkat. ES kasları TMS insan denekler, üst bacak kasları TMS daha çok daha rahatsız. Dolayısıyla, biz bunu tolere edilebilirliği ve fizibilite artırmak için ES kaslar için aerodinamik TMS protokol var. Burada, bunun yerine "sıcak nokta" bulma kafatasının tepe tanımlamak için antropometrik ölçümler kullanabilirsiniz. Özellikle, biz (tragus arasında) uçakları sagital kafatası kesiştiği olarak vertex (nasinon ve inion arasında) ve koronal tespit.
5. Biyomekanik Konumlandırma: , bir Biodex Sistem 4 Dinamometre (Şekil 2) uzun bir pozisyonda istirahat kol ile oturmaktadır. Ancak, bu sadece bir sarf güçleri ölçmek için set-up bir örnek olduğuna dikkat edilmelidir. ES için kasları konularda dik bir duruş ile oturup istenir onların kucağında ellerini geri kalanı (Şekil 3). 90 uyluk döner taban sandalye ° gövde göre, alt bacak ~ 45 oturduğundan ° uyluk, ve tarafsız bir posture8 lomber omurga için göreceli.
6. Motor Eşik miktarının: FCR için, motor uyarılmış potansiyeller, çalışmaların% 50'den fazla 50 mikrovolt daha fazla peak-tepe genlikleri (Şekil 4) kadar yavaş yavaş stimülasyon şiddetleri artan tek bakliyat sunarak motor eşik (MT) belirlemek . TMS protokol düzenlemek ve tolere edilebilirliği ve fizibilite artırmak için E motor eşik belirlemek değilBiz üst ekstremite kas test ederken aynı hassasiyetle S kasları. Aksine, biz bu uyarının yoğunluğu, motor eşik değerin altında veya üstünde olup olmadığını belirlemek için maksimum stimülatörü çıktı% 50 ilk bir tek darbe sunarak TMS protokol başlar. Bir milletvekili, bu uyaran görülürse, arka plan seviyesine göre ayırt edilebilir MEP olarak yoğunluk tanımlı EMG yoğunluğu, bu uyarının yoğunluğu ise alt veya ^üstü eşik 8 belirlemek için stimülatörü çıkış% 40 azalır.
7. Tek-Pulse TMS kullanarak miktarının MEP Genlik: Motor incelemek için motor eşik değerin% 130 eşit yoğunlukta 'hotspot' tek bir TMS darbe teslim FCR potansiyel amplitüdü uyarılmış ve tepeden-tepeye genlik hesaplamak . Genel olarak, median sinirin elektriksel stimülasyon supramaksimal aşağıdaki gözlenen maksimum bileşik kas lifi aksiyon potansiyeli bu sonucun normalleştirmek. Biz MEP boyutu ver olduğunu dikkat etmelisinizy kortikal eksitabilite derecesine bağlıdır. Buna göre, TMS darbe bir arka plan kasılması sırasında teslim edildiğinde, kortikal eksitabilite arttığında, MEP boyutu önemli ölçüde artacaktır. ES kaslar için, biz alt motor eşiğinin yoğunluğu ⁸ üzerinde bir yoğunluk% 40 ya da 50 tepe, tek bir TMS darbe sağlar. Ne yazık ki, ES kasları innerve periferik sinirleri elektriksel stimülasyon erişilebilir değil, çünkü biz bileşik kas lifi aksiyon potansiyeli Bu motor uyarılmış potansiyeller normalize etmek mümkün değildir.
8. Tek-Pulse TMS kullanarak Sessiz Dönem Süresi miktarının: kortekse TMS nabız, kas kasılması sırasında teslim olduğunda, önce elektrik sessizliğini takip kortikospinal inhibisyonu göstergesidir ve genellikle sessiz olarak anılacaktır aktivitesi devam eder bir motor uyarılmış potansiyel üretecek süresi ¹³ (Şekil 5). Sessiz süre ölçmek için tek bir teslimTMS çalışma katılımcısı maksimal gücünün% 15 bir bilek fleksiyon kas kasılması gerçekleştirirken, motor eşik değerin% 130 eşit yoğunlukta 'hotspot' darbe. Biz daha önce ES kasların sessiz süre zarfı sayısal değil; TMS darbe id bir arka plan kasılması sırasında teslim Ancak, biz anekdotal bu kas grubu varlığını gözlemledim dikkat etmelisiniz.
9. Eşlenmiş-Pulse TMS kullanarak intrakortikal Kolaylaştırma miktarının: intrakortikal kolaylaştırma ^6,7 (Şekil 6 ve 7 FCR ve ES kaslar, sırasıyla bu ölçüm temsil eden) ölçmek için paired-pulse TMS kullanın . FCR kas için öncelikle 0.5-1.0 mV arasında bir motor uyarılmış potansiyeli ortaya çıkarmak için gerekli uyaran yoğunluğunu belirlemelidir. Sonra, biz, laboratuvarda yaygın motor% 70 barajını-15-msn eşit darbe-bir eşik altı klima sunuyor suprathreshold testi darbesi önce. Bu Klimatesti darbesi öncesinde bu zaman diliminde teslim nabız artışı, ya da kolaylaştıracaktır, motor, aynı şiddette bir tek koşulsuz darbe daha genlik potansiyeli daha uyarılmış. ES kas grubu için klima darbe yoğunluk gözlenen alt motor eşiğinin yoğunluğu (% 40 veya% 50 stimülatörü çıktı ya) olarak ayarlanır ve test darbe yoğunluğu alt motor eşik düzeyi (% 80 üzerinde% 40 stimülatörü çıkış% 90) ^8. Biz klima bakliyat yoğunluğuna bağlı olarak çalışmanın amacı farklı olabilir dikkat etmelisiniz. Benzer şekilde, darbe aralıklarla kas ve kortekse göre konumu bağlı olarak değişebilir.
10. Eşlenmiş-Pulse TMS kullanarak Kısa Aralığı intrakortikal inhibisyon miktarının: Ayrıca kısa aralıklı intrakortikal inhibisyon ^6,7 (Şekil 6 ve 7 FCR ve ES kasları için bu ölçüm, sırasıyla temsil eden) ölçmek için paired-pulse TMS kullanabilirsiniz . Burada, hemFCR ve ES kasları, iki atış arasındaki interstimulus aralığı 3 msn azaldığını hariç intrakortikal kolaylaştırma ölçmek için anlatıldığı gibi işlemleri aynıdır. Bu klima darbe testi darbesi öncesinde bu süre teslim azaltmak veya inhibe eder, motor, aynı şiddette bir tek koşulsuz darbe daha genlik potansiyeli daha uyarılmış.
11. Eşlenmiş-Pulse TMS kullanarak Uzun Aralığı intrakortikal inhibisyon miktarının: 100 milisaniye ile ayrılmış iki özdeş suprathreshold testi bakliyat teslimi de uzun bölüntülü intrakortikal inhibisyon ^6,7 değerlendirmek için kullanılabilir. Bu durumda-FCR kas ikinci darbe ile ilişkili motor uyarılmış potansiyel, ilk (Şekil 8) ile ilişkili olduğunu daha küçük olması, ya da daha fazla inhibe olacaktır. Biz daha önce, konuya tolerabilite ilişkin kaygıları nedeniyle ES kaslarda uzun aralıklı intrakortikal inhibisyon sayısal değil.

2. Temsilcisi Sonuçlar:

Suprathreshold TMS darbe teslimat sonrasında, uyarılmış olan kaslar kolayca gözlemlenebilir EMG yanıtı (MEP) (Şekiller 4-8 gösterildiği) göstermelidir. Gerektiği halde uyaran başlangıcı ve milletvekili arasındaki gecikme incelenmektedir kas grupları arasında değişecektir, ancak FCR için genellikle 16-19 msn (Şekil 6) ve ES için 17-22 milisaniye (Şekil 7; Bazı konularda ES kaslarda kesin MEP başlangıçlı) görsel olarak tespit etmek daha zor olduğunu kaydetti. ES kas grubu diğer birçok kas gruplarını da test ederken, gözle görülür ve dramatik (minyatür genel olarak aynı bölge içinde temsil edilen alt ekstremite kasları da dahil olmak üzere) eş zamanlı olarak uyarılır dikkat edilmelidir. MEP genlik intrakortikal kolaylaştırılması ölçümü sırasında genellikle tek bir koşulsuz darbe (F gözlenen daha büyükigure 6 ve 7). Ancak, bu kolaylaştırma derecesi, bazı kas grupları gibi birçok konuda sadece mütevazı kolaylaştırma FCR-kasları gruplar arasında değişir deneyimimiz. Kısa aralıklı ve uzun bölüntülü intrakortikal inhibisyon ölçüm için MEP genlik bir azalma genellikle aynı yoğunluğu (Şekil 6-8) tek bir koşulsuz darbe karşılaştırıldığında görülmektedir.

Şekil 1: TMS temel mekanizmaları. TMS bobin, manyetik alan, kafa derisi nüfuz eder ve motor korteks içinde Eddy akımları indükler neden olur . Bu girdap akım daha sonra beynin içindeki nöronların teşvik etmek için mümkün. Şekil ¹⁴ Basın McGinley ve Clark yeniden basıldı.

Şekil 2 T gerçekleştirmek için Kurulum FCR kas MS. Elektromiyogram kayıt Ön kolun (EMG) sinyalleri ve motor korteks üzerinde TMS kürek unutmayın. Biz genellikle de rekor kas güçleri ve genlik değerleri (örneğin, bir mutlak aksine bir maksimal kas yanıtına göre ifade etme ve MEP. Yorumlamada yararlı olduğu gibi, maksimum bileşik kas lifi aksiyon potansiyeli elde etmek için elektrik periferik sinir stimülasyonu mV değeri, deri altı yağ dokusu gibi non-fizyolojik faktörler) tarafından yoğun bir şekilde etkilenmiş olabilir. Clark ve ark: Aşağıdaki yeniden basıldı Şekil. ^9, 2008, Clark ve ark, 2010 ⁶ ve McGinley ve ark. 2010 ^7.

Şekil 3 erector Spinale kasları üzerinde TMS gerçekleştirmek için Kurulum Goss ve ark yeniden basıldı Şekil. 2011 ^8.

_upload/3387/3387fig4.jpg "/>
Şekil 4 motor eşik değerin belirlenmesi örneği. EMG izleri giderek artan uyaran yoğunlukları (stimülatör çıkış yüzdesi (SO) olarak temsil) potansiyel (MEP) yanıt uyarılmış motor temsil eder. Çok küçük MEP'ler düşük yoğunluklarda (28-30% SO) (eşik altı) ortaya çıkardı, ancak% 32 SO MEP genellikle pp genlikli bir milletvekili olarak tanımlanan bu ulaşmış motor eşik (ortaya çıkardı edildi olduğunu> 50 μV).

Şekil ¹⁴ Basın McGinley ve Clark yeniden basıldı.

Kasılması sırasında Şekil 5 TMS: Motor uyarılmış potansiyel ve sessiz dönem. Bir konu hafif bir daralma yapar ve tek bir uyaran motor korteks uygulanır sessiz dönemde görülmektedir. Sessiz dönemin ilk bölümü.omurilik inhibisyonu ve ikinci bölümü nedeniyle kortikal inhibisyonu, özellikle GABA _B reseptörleri atfedilir. Orada sessiz dönemin süresini ölçmek için ortak bir yoldur, ama bulgular ya gönüllü girişim elektromiyogram sinyal dönmek için uyaran başlangıcı veya MEP başlangıçlı onu tanımlayan en güvenilir ¹⁵ olduğunu göstermektedir.
Basın ^14, Clark ve Hızlı, 2011 ¹⁶ ve McGinley ve Clark yeniden basıldı Şekil.

Şekil 6 motor Değişim FCR kas potansiyel boyutlu ITH eşleştirilmiş nabız TMS uyandırdı. Ölçüm aralığı kısa intrakortikal inhibisyon (SICI) ve intrakortikal kolaylaştırma (ICF). Klima darbe (CP) SICI ve ICF ölçmek için motor eşiğin altında ayarlanır ve test darbe (TP) 0.5-1 mV arasında MEP uyandırmak için ayarlanır. Kısa interstimulus aralıklarlaUzun interstimulus aralıklarla (örneğin, 15-msn) MEP (ICF) kolaylaştırır ise (örneğin, 3-msn), CP, TP (SICI) ile karşılaştırıldığında milletvekili engeller.

CP: klima nabız, TP: Clark ve ark yeniden basıldı testi darbesi Şekil, 2010 ⁶ McGinley ve ark.. Basın ¹⁴ 2010 ^14, Clark ve Quick, 2011 ¹⁶ ve McGinley ve Clark,.

Şekil 7 motor Değişim ES kas eşleştirilmiş nabız TMS ile potansiyel ölçekli uyarılmış. Erector spinae kas ve ölçüm aralığı kısa intrakortikal inhibisyon (SICI) ve intrakortikal kolaylaştırma (ICF) EMG izleri örneği.
Goss et al yeniden basıldı Şekil. 2011 ^8.

Şekil 8 motorlu evo Değişimeşleştirilmiş nabız TMS ölçekli KED potansiyeli. Ölçüm aralığı uzun intrakortikal inhibisyon (LICI). Ölçmek için LICI iki test bakliyat, 100 milisaniye interstimulus aralıklarla teslim edilir. Ikinci MEP Bu sonuçlar ilk milletvekili karşılaştırma inhibe.
Şekil yeniden basıldı. Clark ve ark, 2010 ^6, McGinley ve ark. 2010 ^7. ve McGinley ve Clark, ¹⁴ tuşuna basın.

Tartışmalar

Bu makalenin genel amacı, laboratuarlarımızda görsel bir hesap transkranial manyetik stimülasyon kullanan bilim adamları ve klinisyenlerin sağlamaktır. Ancak, bu deneylerin bir görselleştirme sağlamanın yanı sıra, aşağıda biz, bu şekilde TMS performans dikkate alınması gereken temel konuları tartışmak TMS yanıtların fizyolojisi kısa bir bakış sağlamak, hem de kullanım açısından TMS kullanımı konusunda görüş alışverişinde diğerleri.

Genel Sorunlar madded...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ekipman Adı	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar (isteğe bağlı)
Transkraniyal Manyetik Stimulator 2002 Transkraniyal Manyetik Stimulator Bi-Stim2 Şekil-Sekiz 70-mm bobin Çift Konik Bobin	Magstim Company	NA	TMS ekipmanları (rulo dahil)
Biodex Sistemi 4	Biodex	NA	Dinamometre
BIOPAC MP150 Veri Toplama Sistemi	BIOPAC	MP150WSW	EMG ve kuvvet için AD dönüştürücü
AcqKnowledge 4.0 Veri toplama yazılımı	BIOPAC	ACK100W
Nikomed Trace 1 EKG elektrotları	Nikomed	2015	EMG elektrotları
Sabit Şu Stimülatör	Digitimer	DS7A	Periferik sinir stimülatörü