Name: bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation
Uploaded: 2019-02-19T14:00:00
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Les auteurs remercient Dr Jesse C. Dean pour aider avec le développement méthodologique et de rétroaction sur l’ébauche du manuscrit. Ce travail a été soutenu par un RR de Award-2 de développement de carrière VA & D N0787-W (MGB), Institutional Development Award de la National Institute of General Medical Sciences des NIH sous le numéro de licence P20-GM109040 (SAK) et P2CHD086844 (SAK). Le contenu ne représente pas les vues du ministère des anciens combattants ou le gouvernement des États-Unis.

Toutes les procédures expérimentales présentées dans le présent protocole ont été approuvés par le Conseil d’examen institutionnel local et sont conformes à la déclaration d’Helsinki.
1. consentement des processus et des Questionnaires de sécurité
<ol><li>Avant toute expérience, expliquer à chaque sujet, les buts de l’étude, les principales procédures expérimentales et des facteurs de risque potentiels associés participant à l’étude. Après avoir répondu à des q...

Étant donné l’intérêt émergent dans comment le cortex moteur contribue au contrôle moteur des muscles des jambes au cours de tâches dynamiques dans différentes cohortes, un protocole standardisé de TMS qui décrit l’évaluation approfondie de ces muscles est nécessaire. Donc, pour la première fois, le présent protocole prévoit des procédures méthodologiques normalisés sur évaluation bilatérale des deux muscles antagonistes cheville, SOL et TA, au cours de deux États de muscle (repos et TVA) en util...

Tibialis anterior (TA) et le soléaire (SOL) sont des muscles antagonistes cheville situés dans le compartiment antérieur et postérieur de la jambe inférieure, respectivement. Les deux muscles sont uniarticular, tandis que la fonction principale de TA et le SOL est de dorsiflexion et plantarflex l’articulation talocrural, respectivement1. En outre, TA est plus fonctionnel pour les excursions de muscle long et moins important pour la production de force, alors que le SOL est un muscle anti-gravité conçu pour générer une force élevée avec petite excursion du muscle2. Les deux muscles sont particulièrement importants au cours de la verticale de tâches posturales et dynamiques (par exemple, à pied)3,4. Au sujet de contrôle neural, les piscines de motoneurones des deux muscles reçoivent commande neuromotrice du cerveau par l’intermédiaire du moteur descendant de5,les voies6, en plus des degrés de la promenade sensorielle.
Le moteur principal décroissant de voie est le tractus corticospinal, qui provient des primaires, prémoteur et complémentaires des aires motrices et se termine dans les motoneurones spinaux piscines7,8. Chez l’homme, l’état fonctionnel de cette parcelle (réponse de corticomotor - CMR) peut être facilement évaluée à l’aide de stimulation magnétique transcrânienne (SMT), un cerveau non invasif stimulation outil9,10. Depuis l’introduction du TMS et compte tenu de leur importance fonctionnelle au cours de la tâche posturale debout et la marche, le CMR de TA et de SOL ont été évalués dans différentes cohortes et tâches11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .
Contrairement à l’évaluation de la CMR dans les muscles de haut-extrémité33, aucun protocole TMS universelle n’a été établi pour l’évaluation de la CMR dans les muscles de bas-extrémité. En raison de l’absence d’un protocole établi et la grande variabilité méthodologique dans les études antérieures (p. ex., le type de bobine, utilisation de neuronavigation, niveau d’activation de tonique, test de côté et de muscle, l’utilisation et les mesures de calcul des CMR, etc.. ), l’interprétation des résultats à travers des études et cohortes peuvent être encombrant, compliqué et inexactes. Les mesures sont fonctionnellement pertinents dans diverses tâches motrices, un protocole établi de TMS spécifique pour abaisser l’évaluation CMR extrémité permettra moteurs neuroscientifiques et scientifiques de réhabilitation évaluer systématiquement la CMR dans ces muscles à travers sessions et diverses cohortes.
Par conséquent, l’objectif du présent protocole est de décrire l’évaluation bilatérale des TA et SOL CMR à l’aide de système TMS et neuronavigation impulsionnel. Contrairement aux travaux précédents, ce protocole vise à maximiser la rigueur des procédures expérimentales, d’acquisition de données et l’analyse des données en employant des facteurs méthodologiques qui optimisent la validité et la durée de l’expérience et de normaliser la CMR évaluation de ces deux muscles de membre inférieurs. Étant donné que la CMR d’un muscle dépend de si le muscle est entièrement détendu ou est partiellement activé, ce protocole décrit comment le TA et le SOL CMR peuvent être évalués lors de l’activation volontaire reste et tonique (TVA). Les sections suivantes décriront soigneusement le présent protocole. Enfin, des données représentatives seront présentées et discutées. Le protocole décrit ici est dérivé de celle de Charalambous Al 201832.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 Magstim stimulators (Bistim module)</td>
			<td>The Magstim Company Limited; Whitland, UK</td>
			<td></td>
			<td>Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adaptive parameter estimation by sequential testing (PEST) for TMS</td>
			<td>http://www.clinicalresearcher.org/software.htm</td>
			<td></td>
			<td>Used to determine motor thresholds.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA</td>
			<td>MA-300</td>
			<td>Used to amplify EMG data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Aqcuisition Unit</td>
			<td>Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA</td>
			<td>Micro 1401</td>
			<td>Used to aqcuire EMG data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double cone coil</td>
			<td>The Magstim Company Limited; Whitland, UK</td>
			<td>PN: 9902AP</td>
			<td>Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polaris</td>
			<td>Northen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, Canada</td>
			<td></td>
			<td>Used to track the reflectiive markers located on subject tracker and coil tracker.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal</td>
			<td>Cambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UK</td>
			<td>version 6</td>
			<td>Used to collect motor evoked potentials during rest and TVA.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single double differential surface EMG electrodes</td>
			<td>Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA</td>
			<td>MA-411</td>
			<td>Used to record EMG signals.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS Frameless Stereotaxy Neuronavigation Sytem</td>
			<td>Brainsight 3, Rouge Research, 
			Montreal, Canada</td>
			<td></td>
			<td>Used to navigate coil position during TMS assessment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Walker boot</td>
			<td>Mountainside Medical Equipment, Marcy, NY</td>
			<td></td>
			<td>Used to stabilize ankle joint.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation

Muscles de la jambe distale recevoir des entrées neurale d’aires corticales motrices via le tractus corticospinaux, qui fait partie de la voie descendante moteur principale chez les humains et peuvent être évaluées à l’aide de stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Compte tenu du rôle des muscles des jambes distale en position verticale tâches posturales et dynamiques, comme la marche, un intérêt croissant de la recherche pour l’évaluation et la modulation du faisceau pyramidal tracts relatifs à la fonction de ces muscles est apparu dans la dernière décennie. Toutefois, les paramètres méthodologiques utilisés dans les travaux antérieurs ont varié dans toutes les études rendant l’interprétation des résultats des études transversales et longitudinales moins robustes. Par conséquent, utilisation d’un protocole standardisé de TMS spécifique à l’évaluation des mesures de corticomotor des muscles de la jambe (CMR) permettra une comparaison directe des résultats à travers des études et des cohortes. L’objectif de cet article est de présenter un protocole qui permet d’évaluer en même temps la CMR bilatérale des deux muscles antagonistes principaux de la cheville, le jambier antérieur et le soléaire, utilisant une seule impulsion TMS avec un système de neuronavigation. Le présent protocole s’applique, tandis que le muscle examiné est complètement détendu ou isométriquement contracté à un pourcentage défini de contraction volontaire isométrique maximale. À l’aide MRI structurelle de chaque sujet avec le système de neuronavigation garantit exactes et précises de positionnement de la bobine sur les représentations corticales de la jambe au cours de l’évaluation. Compte tenu de l’incompatibilité CMR dérivée des mesures, ce protocole décrit également un calcul normalisée de ces mesures en utilisant des algorithmes automatiques. Bien que ce protocole n’est pas exécutée au cours de la verticale posturales ou dynamiques des tâches, il peut être utilisé pour évaluer sur le plan bilatéral n’importe quelle paire de muscles de la jambe, antagonistes ou synergiques, chez les sujets neurologiquement intactes et ayant une déficience.

Les figures 2-4 présentent des données d’un homme de 31 an, représentant neurologiquement intact avec la taille et le poids de 178 cm et 83 kg, respectivement.
La figure 2 présente les bilatérales points chauds et RMT de chaque muscle de la cheville. À l’aide de l’endroit situé sur le centre de la zone de jambe dans chaque hémisphère (voir places dans la Figure 1 b), l’intensité de 45 % MSO a été utilisé sur le plan bilat?...

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Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Le présent protocole décrit l’évaluation simultanée et bilatérale de la réponse de corticomotor du jambier antérieur et soléaire lors de l’activation volontaire reste et tonique, à l’aide d’une stimulation magnétique transcrânienne d’impulsionnel et neuronavigation système.

Évaluation bilatérale des voies Corticospinaux les muscles de la cheville à l’aide de navigué la Stimulation magnétique transcrânienne

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Ce protocole est d’une importance critique parce qu’il normalise une approche avec une tâche très difficile de détecter les potentiels évoqués par moteur dans les muscles distal des extrémités inférieures. Le principal avantage de cette technique est qu’elle consolide la littérature associée à la stimulation des extrémités inférieures, qui se concentre souvent uniquement sur l’antérieur tibialis et utilise une variété de techniques. Nous avons étudié cette technique chez les personnes en bonne santé neurologique ainsi que ceux qui ont un AVC.Cependant, l’importance de la technique est dans la normalisation des évaluations des extrémités inférieures. La technique permet d’identifier les lacunes dans notre compréhension du contrôle moteur pendant la démarche et revisite la recherche qui n’a pas permis le contrôle des facteurs d’interférence. John Kindred, Ph.D., chercheur postdoctoral, et Brian Cence, coordonnateur de la recherche, tous deux de notre laboratoire de recherche, démontreront la procédure.Commencez par télécharger les fichiers IRM du sujet dans un système de neuronavigation. Ensuite, co-enregistrez manuellement l’IRM à des commissaires antérieurs et postérieurs, afin que l’Atlas de l’Institut neurologique de Montréal puisse être utilisé. Ensuite, reconstruisez la peau et le modèle complet du cerveau curviléaire en ajustant la boîte bondissante autour du crâne et des tissus cérébraux.Identifiez quatre repères anatomiques à l’aide du modèle cutané, y compris le bout du nez, le nasion et l’encoche supratragique de l’oreille droite et gauche. Maintenant, placez une grille rectangulaire sur la zone motrice de la jambe dans chaque hémisphère. Placez la rangée centrée de la grille au centre et sur le gyrus de la zone corticale du moteur de la jambe.Ensuite, placez la colonne médiale de la grille parallèle et adjacente au mur médial de l’hémisphère ipsilateral. Cette grille sera utilisée pour trouver le point chaud. Pour la cartographie moteur, utilisez de plus grandes grilles, soit en ajoutant plus de taches, soit en augmentant la distance entre les taches au besoin.Effectuez des placements d’électrodes pendant que le sujet est en position debout. Tout d’abord, préparer les zones où chaque électrode sera placée en se rasant d’abord, puis en exfoliant légèrement les cellules mortes de la peau et les huiles à l’aide d’écouvillons d’alcool. Ensuite, demandez au sujet de lever les acolytes vers le haut, puis placez l’électrode au tiers supérieur de la ligne entre la tête du péroné et le malleolus médial.Faites ceci bilatéralement pour le placement sur l’antérieur de tibialis. Maintenant, attachez des électrodes bilatéralement sur le soleus latéral. Demandez au sujet de lever le talon, puis placez l’électrode au tiers inférieur de la ligne entre le condyle fémoral latéral et le malleolus latéral sous le ventre musculaire gastrocnemius.En outre, fixez l’électrode passive de référence au sol soit sur la rotule ou le malleolus latéral bilatéralement ou unilatéralement, selon l’unité d’acquisition EMG en service. Testez le placement de l’électrode en demandant au sujet de dorsiflex ou plantarflex la cheville dans une posture verticale tout en affichant le signal EMG brut de tous les muscles testés sur un écran d’ordinateur. Si une électrode est égarée, retirez-la et remplacez-la jusqu’à ce que des éclats d’EMG détectables clairs avec un minimum de bruit de fond soient observés.Ensuite, avec le sujet assis avec leurs muscles au repos, tester la qualité du signal en déchargeant quelques impulsions TMS tandis que la bobine est tenue à l’écart du sujet. L’étape la plus cruciale de cette technique est de vérifier que le signal EMG est aussi clair que possible du bruit. Si vous ne le faites pas adéquatement, l’analyse des données est incroyablement difficile.Ensuite, vérifiez que le signal de référence pour chaque canal EMG est proche de zéro. Si le bruit est présent dans un canal, retirez l’électrode correspondante et répétez les procédures de préparation de la peau. Si le bruit est toujours présent, ajustez la position de l’électrode de référence et remplacez le gel électrolyte.Une fois qu’un bon signal est vérifié, enveloppez toutes les électrodes à l’aide de ruban pré-enveloppant en mousse légère pour les maintenir en place et pour réduire l’artefact de mouvement de l’EMG. Maintenant, placez le sujet dans une chaise et, pour assurer un placement constant des pieds sur les sujets, fixez les deux pieds dans des bottes de marche qui permettent d’ajuster la plage de mouvement de la cheville à une position spécifique et de fournir une résistance pendant l’action volontaire tonique. En outre, ajustez les angles de la hanche et du genou pour éviter l’inconfort du sujet et demandez au sujet de rester immobile tout au long de l’expérience.Commencez à tester l’activation volontaire tonique en déterminant d’abord la contraction isométrique volontaire maximale de chaque muscle bilatéralement. Pour chaque mouvement, demandez au sujet de contracter au maximum le muscle examiné contralatéral quatre fois. Ensuite, vérifiez la position de la caméra de capture de mouvement en plaçant le tracker sujet, pointeur, et le traqueur de bobine dans son espace de volume de capture.Ensuite, effectuez l’enregistrement de l’image du sujet en plaçant la pointe du pointeur sur les quatre repères anatomiques. Maintenant, déterminez le point chaud des deux muscles bilatéralement. Tout d’abord, trouver l’intensité suprathreshold en appliquant un seul stimulus sur l’endroit centré à côté de la fissure interhémisphérique.Ensuite, commencez à faible intensité et augmentez graduellement l’intensité de TMS de cinq pour cent par incréments jusqu’à atteindre une intensité qui suscite un potentiel moteur-évoqué avec un pic à l’amplitude maximale supérieure à 50 microvolts dans tous les muscles examinés contralatéraux ou trois stimulus consécutifs et répéter pour chaque muscle. Appliquez une impulsion TMS à chaque endroit de la grille. Ensuite, transférez les valeurs d’amplitude de chaque endroit pour tous les muscles contralatéraux dans une feuille de calcul et triez l’amplitude de haut en bas.Identifiez le point chaud des muscles antérieurs et soleus contralatéraux de tibialis comme emplacement dans la grille avec la plus grande amplitude et la latence la plus courte. Sélectionnez la tache de grille dans le système de neuronavigation qui correspond à l’un des points chauds du muscle. Ensuite, réglez l’intensité initiale et la taille de l’étape à 45 et 6 pour cent de sortie maximale de stimulateur.Ensuite, utilisez une méthode adaptative de chasse au seuil pour déterminer le seuil moteur au repos. Faites ceci deux fois pour chaque muscle et utilisez la moyenne pour l’évaluation de réponse corticomotrice sunsequent. Maintenant, pour évaluer la réponse bilatérale de corticomotor pendant le repos, sélectionnez la tache de grille dans le système de neuronavigation qui correspond au point chaud du muscle examiné.Avant chaque stimulus, demandez au sujet de rester immobile et détendre les muscles examinés bilatéralement et de surveiller l’activité de tous les muscles en utilisant une rétroaction visuelle en temps réel. Appliquer dix impulsions TMS simples à 120% du seuil moteur de repos du muscle examiné. Si un muscle est actif avant ou après le SMT, jetez cet essai et appliquez une impulsion unique supplémentaire.Répétez cette répétition jusqu’à ce que 10 formes d’onde pour chaque muscle contralatéral examiné au repos aient été recueillies. Ensuite, évaluez la réponse corticomotrice pendant l’activation volontaire tonique bilatéralement. Sélectionnez les mêmes taches de grille dans le système de neuronavigation qui ont été utilisés pendant les conditions de repos.Demandez aux sujets de contracter le muscle examiné à une valeur d’activité musculaire maximale d’environ 15 % et d’appliquer 10 impulsions TMS simples à 120 % du seuil moteur au repos. Demandez-leur de garder la ligne mobile lisse affichée du muscle examiné dans les deux curseurs horizontaux et de soutenir cette contraction à ce niveau pendant quelques secondes. Lorsque tibialis antérieur est le muscle examiné, demandez aux sujets de tirer légèrement vers le haut contre les sangles de démarrage pour la jambe contralatérale à l’hémisphère stimulé.Lorsque soleus est le muscle examiné, demandez aux sujets de pousser légèrement vers le bas contre la botte sur la jambe contralatérale. Surveillez l’activité musculaire des muscles actifs et au repos à l’aide d’une rétroaction visuelle en temps réel. Si l’activité du muscle examiné est inférieure ou supérieure à la plage prédéterminée, ou si un autre muscle est activé, jetez le stimulus et appliquez une impulsion unique supplémentaire.Recueillir 10 essais pendant que le muscle examiné est activé à la plage prédéterminée. Ce chiffre montre des points chauds bilatéraux de tibialis antérieurs et de soleus. Ici, les parcelles de barres représentent le seuil moyen de moteur de repos de deux évaluations pour chaque muscle, tandis que les valeurs ci-dessous dénotent le nombre de stimuli appliqués.La ligne pointillée indique l’intensité utilisée pour la chasse aux points chauds. Ce chiffre montre les réponses bilatérales de tibialis antérieur et soleus lorsque leur point chaud a été stimulé pendant le repos. La forme d’onde moyenne emg bilatérale de chaque muscle est montrée.Si un potentiel évoqué par moteur était présent, les valeurs du pic à l’amplitude et à la latence maximales sont présentées. Ici, nous voyons des réponses bilatérales lorsque les points chauds ont été stimulés pendant l’action volontaire tonique. L’EMG des muscles bilatéraux ont été rassemblés tandis que le muscle contralatéral examiné a été activé à environ 15% de contraction isométrique volontaire maximale.L’analyse additionnelle peut être conduite pour aider à répondre aux questions concernant le tractus spinal cortical après course puisque les données dans le protocole sont rassemblées dans les groupes agonistes et antagonistes de muscle bilatéralement. La recherche se poursuit en utilisant cette technique pour déterminer les contributions individuelles de facteurs multiples aux réponses corticomotrices afin d’accroître notre compréhension globale du contrôle moteur de la marche. Il convient de noter qu’il existe des facteurs de risque dus au champ magnétique élevé qui devraient être pris en compte par les sujets de dépistage avant cette procédure.

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