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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著者は、方法論の開発を手伝うことと原稿の草案に関するフィードバックの提供ありがとう博士ジェシー c. ディーン。この作品は、VA のキャリア開発賞 2 RR & D N0787 W (MGB) 制度開発賞から、一般的な医療技術研究所 NIH グラント番号 P20 GM109040 (SAK) の下の P2CHD086844 (SAK) によって支えられました。コンテンツには、退役軍人局やアメリカ合衆国政府の見解はありません。

このプロトコルですべての実験プロシージャ ローカル制度検討委員会によって承認されているとヘルシンキ宣言に従ってです。
1. 同意プロセスと安全性アンケート
<ol><li>どんな実験前に研究、主な実験手順、および研究に参加するのに関連付けられている任意の潜在的なリスク要因の各科目に説明します。質問や科目があります懸念に回答した後、サブジェクトに同?...

様々 なコホートで動的タスク中に大脳皮質の運動野が脚の筋肉の運動の制御に貢献する方法で新たな関心を考えると、これらの筋肉の徹底的な評価を記述する標準化された TMS プロトコルが必要です。したがって、最初の時間の議定書は標準化された方法論的手順を提供します 2 つ足首拮抗筋、ソルと、TA の二国間の評価の 2 つの筋肉状態 (残り、TVA) 中にパルスを用いた単一 TMS ニューロナ?...

脛骨前方 (TA)、ヒラメ (SOL) 足首拮抗筋、下腿の前部と後部コンパートメントにそれぞれ位置します。両方の筋肉は、TA とソルの主な機能は、背理と plantarflex 腿関節それぞれ1uniarticular、です。さらに、TA は長い筋肉のエクスカーションより機能的で力の生産のより少なく重要が、ソルは、抗重力筋筋2の小遠足で高い力を生成するように設計。両方の筋肉は直立姿勢タスクと動的タスク (例えば、歩行)3,4の間に特に関連しています。ニューラル制御に関する両方の筋肉の motorneuron プールは、下降経路5,6感覚の度合いに加えてモーターを介して脳から神経ドライブを受けます。
経路を降順メイン モーターは、皮質脊髄路に由来するプライマリ、運動前野、補足運動野と脊髄の motorneuron プール7,8で終了です。ヒトでは、この管 (皮質応答 - CMR) の機能的状態動けなかった評価できます経頭蓋磁気刺激 (TMS)、非侵襲的脳刺激ツール9,10を使用します。直立姿勢タスクおよび歩行導入 TMS とその機能的意義を考える、以来 CMR の TA とソルが評価され様々 なコホートとタスク11,12,13,14 ,,1516,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32.
上肢筋肉33CMR の評価とは対照的普遍的な TMS プロトコルが設定されていない下肢筋肉の CMR の評価のため。以前の研究で大きな方法論的変動と確立されたプロトコルの欠如 (コイルの種類などニューロナビゲーション、強壮剤活性化、テスト側と筋肉のレベルの使用を使用し、CMR の計算対策、など。) 間の結果の解釈を研究、コホートが面倒な複雑で、不正確にすることができます。メジャーは、さまざまな運動タスクに関連の機能、下肢 CMR 評価を下げる特定 TMS プロトコルが設定されてを使用モーター神経科学、リハビリテーション科学者間でこれらの筋肉の CMR を体系的に評価するにはセッションは、多様な集団。
したがって、このプロトコルの目的は、TA と単発 TMS ・ ニューロナビゲーション システムを用いたゾル CMR の二国間の評価を記述するためです。前の仕事と対照をなしてこのプロトコルは妥当性と実験の期間を最適化する方法論的要因を用いた実験手順、データ集録、データの解析の厳しさを最大化し、CMR を標準化を目指しています。これら 2 つ下肢筋の評価。筋肉の CMR は、筋肉が完全にリラックスしているか、部分的に活性化に依存することを考える、このプロトコルは TA とソル CMR を休息と強壮剤自主活性化 (TVA) の中に評価される方法について説明します。以下のセクションは徹底的に現在のプロトコルを説明します。最後に、代表的なデータを提示・説明されます。ここで説明されているプロトコルは、ら201832ことから派生しました。

<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

下腿遠位部の筋肉は人間メイン モーターの下降経路の一つである皮質脊髄路を介して運動皮質からの神経入力を受け取るし、経頭蓋磁気刺激 (TMS) を使用して評価することができます。直立姿勢と動的タスク、ウォーキングなどで下腿遠位部の筋肉の役割を与えられた評価とこれらの筋肉の機能を基準にしての皮質脊髄路の変調の研究関心の高まりは、過去 10 年間で浮上しています。ただし、前の仕事で使用される方法論的パラメーターは、横断的・縦断的研究の結果の解釈をより堅牢にする研究に変化しています。したがって、脚の筋肉の皮質応答 (CMR) の評価に特定標準化された TMS プロトコルの使用結果の直接の比較研究とコホートで許可されます。本稿の目的は、単発 TMS を用いたニューロナビゲーション システムの 2 つ主要な足首拮抗筋、前脛骨筋とヒラメ、二国間 CMR を同時に評価するための柔軟性を提供するプロトコルを提示することです。この議定書は、検査された筋肉が完全にリラックスや尺最大等尺性随意収縮の定義の割合で契約が適用されます。ニューロナビゲーション システムと各教科の構造 MRI を用いた正確な正確な位置決めコイルの脚の皮質表現を評価中に保証します。派生 CMR 対策の矛盾を考えると、このプロトコルはまた自動化されたアルゴリズムを使用して、これらの対策の標準化された計算をについて説明します。このプロトコルは、直立姿勢または動的タスク中に実施しないものの、足の筋肉、敵対的または相乗的、神経学的そのままと障害の両方の科目での二国間のペアを評価するために使用できます。

図 2-4データから現在代表的な神経学的にそのまま 31 歳男性身長・体重 178 cm ・ 83 kg よりそれぞれ。
図 2は、二国間のホット スポットと各足首の筋の RMT を示します。各半球の足領域の中央上にあるスポットを使用 (図 1 bの正方形を参照)、MSO がホット スポットの狩猟に使用された二国間 45% の強度。各筋肉のためのホット スポット?...

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

存在のプロトコル記述する単発経頭蓋磁気刺激とニューロナビゲーションを使用して残りの部分と強壮剤の自主活性化中に前脛骨筋とヒラメ筋の皮質応答の同時、二国間の評価システム。

経頭蓋磁気刺激の移動による足首の筋の皮質脊髄路の経路の二国間の評価

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 ...

このプロトコルは、遠位下肢筋肉の運動誘発電位を検出する非常に困難な作業を伴うアプローチを標準化するため、非常に重要です。この技術の主な利点は、しばしば脛表症の前部のみに焦点を当て、様々な技術を使用する下肢刺激に関連する文献を統合することです。私たちは、神経学的に健康な個人だけでなく、脳卒中を持つ人のこの技術を研究してきました.しかし、この技術の重要性は、下肢評価を標準化することにある。この技術は、歩行中の運動制御の理解のギャップを特定し、干渉要因の制御を可能にしなかった研究を再訪する機会を可能にする。この手順のデモンストレーションは、博士研究員のジョン・キンドレッド博士と、私たちの研究室の研究コーディネーターであるブライアン・シンスです。まず、被験者のMRIファイルをニューロナビゲーションシステムにアップロードします。次に、モントリオール神経研究所アトラスを使用できるように、MRIを前部および後部コミュニケータに手動で共同登録します。次に、頭蓋骨と脳組織の周りの境界ボックスを調整することによって、皮膚と完全な曲線脳モデルを再構築します。鼻の先端、鼻、右耳と左耳の上流のノッチを含む皮膚モデルを使用して、4つの解剖学的ランドマークを特定します。次に、各半球の脚モーター領域の上に長方形のグリッドを配置します。グリッドの中央の列を中心に、脚運動皮質領域の回の上に配置します。次に、グリッドの内側柱を、半球の内側壁に平行かつ隣接して配置する。このグリッドは、ホット スポットを見つけるために使用されます。モーター マッピングの場合は、スポットを追加するか、必要に応じてスポット間の距離を広げるか、大きなグリッドを使用します。被験者が立ち位置にある間、電極の配置を行う。まず、最初に剃り、アルコール綿棒を使用して死んだ皮膚細胞と油を軽く剥離することによって、各電極が配置される領域を準備します。次に、被験者につま先を上に持ち上げ、電極をフィブラの頭部と内側のmalleolusの間の線の上3分の1に置くように頼みます。脛骨前に配置するために二国間でこれを行います.さて、両側の裏裏に電極を取り付けます。被験者にかかとを上げ、腹部大腿骨顆と胃腸筋腹の下の側大腿骨小間と側方性の間の線の下3分の1に電極を置くように頼む。また、使用しているEMG取得ユニットに応じて、膝蓋骨または横部の可動性または両側に地上基準受動電極を一方的に取り付けます。コンピュータ画面上でテストされたすべての筋肉の生のEMG信号を表示しながら、直立姿勢で足首を下方反射または足底反射のいずれかに被験者に尋ねることによって、電極の配置をテストします。電極が間違っている場合は、検出可能なEMGバーストが最小限のバックグラウンドノイズで見えるまで取り外して交換します。次に、被験者が筋肉を休ませて座った状態で、コイルが被検体から遠ざかる間に、いくつかのTMSパルスを放電して信号品質をテストします。この手法で最も重要なステップは、EMG 信号ができるだけノイズが発生することを確認することです。これを十分に行わないと、データ分析が非常に困難になります。次に、各EMGチャンネルのベースライン信号がゼロに近づいていることを確認します。チャンネルにノイズが存在する場合は、対応する電極を取り外し、皮膚の準備手順を繰り返します。ノイズがまだ残っている場合は、参照電極の位置を調整し、電解液ゲルを交換してください。良好な信号が確認されたら、光発泡プレラップテープを使用してすべての電極をラップして所定の位置に保持し、EMGからのモーションアーティファクトを減らします。今、椅子に被験者を座り、被験者間で一貫した足の配置を確保するために、足首の動きの範囲を特定の位置に調整し、強壮な自発的行動の間に抵抗を提供することを可能にするウォーキングブーツで両足を固定します。また、被験者の不快感を避けるために股関節と膝の角度の両方を調整し、実験を通してまだ残るように被験者に指示します。最初に各筋肉の最大自主的な等角体収縮を二国間で決定することによって強壮な自主的活性化試験を開始する。各運動について、被験者に対して、対側検査筋を最大に収縮するように指示する。次に、キャプチャボリュームスペースに、被写体トラッカー、ポインタ、およびコイルトラッカーを配置して、モーションキャプチャカメラの位置を確認します。次に、4つの解剖学的ランドマーク上にポインタの先端を配置して、被写体画像登録を行う。さて、両側の筋肉のホットスポットを決定します。まず、半球裂け目の隣の中心の場所に単一の刺激を加えることによって、超閾値強度を見つける。次に、低強度から開始し、すべての逆側検査筋肉または3つの連続した刺激で50マイクロボルトを超えるピーク振幅を持つ運動誘発電位を引き出す強度に達するまで、TMS強度を5%ずつ徐々に増加させ、各筋肉について繰り返します。グリッドの各スポットに 1 つの TMS パルスを適用します。次に、スプレッドシート内のすべての対側筋肉の各スポットの振幅値を転送し、振幅を高い値から低にソートします。最大の振幅と最短の待ち時間を持つグリッド内の位置として、対側脛筋およびソレウス筋肉のホットスポットを特定します。筋肉のホットスポットのいずれかに対応するニューロナビゲーションシステムのグリッドスポットを選択します。次に、初期強度とステップサイズを45%、最大刺激器出力6%に設定します。次に、運動閾値判定を安静にするための適応閾値ハンティング法を用いた。各筋肉のためにこれを2回行い、日焼けコルチコ運動応答評価の平均を使用します。さて、休息中の両側コルチコ運動反応を評価するために、検査された筋肉のホットスポットに対応する神経ナビゲーションシステムのグリッドスポットを選択する。各刺激の前に、被験者にじっとして両側で検査された筋肉をリラックスさせ、リアルタイムの視覚的フィードバックを使用してすべての筋肉の活動を監視するように指示する。検査した筋肉の安静運動閾値の120%で10個の単一TMSパルスを適用する。TMSの前後に筋肉が活動している場合は、その試行を破棄し、追加の単一のパルスを適用します。休養時の各対側検査筋肉に対して10個の波形が収集されるまで、これを繰り返します。次に、トニック自主活性化中のコルチコ運動反応を二国間で評価する。安静時に使用された神経ナビゲーションシステム内の同じグリッドスポットを選択します。.被験者に約15%の最大筋肉活動値で検査された筋肉を収縮させ、120%の休息運動閾値で10個の単一TMSパルスを適用する。2つの水平カーソル内で検査された筋肉の表示された滑らかな動く線を維持し、数秒間そのレベルでその収縮を維持するように依頼します。脛表症の前部が検査された筋肉である場合、被験者に、脚の反側が刺激された半球に対してブーツストラップに対してわずかに引き上げるように頼む。ソレウスが検査された筋肉である場合は、被験者に対向脚のブーツに対してわずかに押し下げてもらいます。リアルタイムの視覚的フィードバックを使用して、アクティブおよび休息筋肉の筋肉の活動を監視します。検査した筋肉の活動が所定の範囲を下回るか、または他の筋肉が活性化された場合は、刺激を捨てて追加の単一のパルスを適用します。検査された筋肉が所定の範囲で活性化されている間に10の試験を集める。この図は、両側脛骨前およびソレウスのホットスポットを示しています。ここで、棒プロットは各筋肉に対する2つの評価の平均安静運動閾値を表し、以下の値は適用される刺激の数を表す。破線は、ホットスポットの狩猟に使用される強度を示します。この図は、休息中にホットスポットが刺激されたときの脛骨前およびソレウスの二国間反応を示している。各筋肉の両側EMG平均波形が示されている。モータ呼び起こされる電位が存在する場合、ピークからピーク振幅、レイテンシまでの値が表示されます。ここでは、強壮な自発的行動の間にホットスポットが刺激されたときの二国間の反応を見ます。両側筋のEMGを収集し、その間に、検査された対側筋が約15%の最大自主等角体収縮で活性化された。プロトコルのデータはアゴニストおよびアンタゴニスト筋群で二国間で収集されるため、脳卒中後の皮質脊柱管に関する質問に答えるために追加の分析を行うことができます。この技術を用いて、複数の因子がコルチコ運動応答に対する個々の寄与を決定し、歩行の運動制御に関する全体的な理解を深める研究が続いている。なお、この手順の前に被験者をスクリーニングすることによって考慮すべき高磁場による危険因子がある。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

経頭蓋磁気刺激による閃光を文書化するための斬新なアプローチ

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

Electrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulation

経頭蓋直流電流刺激で電極の位置とモンタージュ

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that has been intensively investigated in the past decade as this method offers a ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールと​​しての磁気共鳴分光法の利用

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition

反応抑制に関連する皮質の生理学を測定するためのオンラインの経頭蓋磁気刺激プロトコル

We describe the development of a reproducible, child-friendly motor response inhibition task suitable for online Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

高精細経頭蓋直流刺激を用いた3Dデジタイザーを用いた刺激位置決定

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

経頭蓋磁気刺激によるヒト運動系における機能的特異的神経経路の測定と操作

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...