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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저자 박사 제시 C. 딘 방법론 개발을 돕는 원고 초안에 피드백을 제공 하 고 감사 합니다. 이 작품은 버지니아 경력 개발 상 2 RR & D N0787 W (MGB), 제도적 개발 수상 국립 과학 연구소에서의 일반 의료 보조금 번호 P20-GM109040 (SAK) NIH의 및 P2CHD086844 (SAK)에 의해 지원 되었다. 콘텐츠는 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다.

이 프로토콜에서 제공 하는 모든 실험 절차 현지 기관 검토 위원회에 의해 승인 되며 헬싱키 선언에 따라.
1. 동의 과정 및 안전 설문
<ol><li>각 과목 설명 이전에 어떤 실험 연구, 주요 실험 절차 및 연구에 참여와 관련 된 잠재적인 위험 요인의 aim(s). 대답 후 질문이 나 주제를 할 수 있습니다, 동의 과정을 인정 하 고 동의 양식에 서명 하는 과목을 부탁 드립니다.</li>
	<li>MRI<sup...

다양 한 동료에 동적 작업 동안 모터 피 질 다리 근육의 모터 제어에 기여 하는 방법에 새로운 관심을 감안할 때,이 근육의 철저 한 평가 설명 하는 표준화 된 TMS 프로토콜 필요 합니다. 따라서, 처음으로, 현재 프로토콜 표준화 방법론 절차 제공 두 발목 반목 하는 근육, 솔과 TA, 양자 평가에 두 근육 상태 (나머지 및 TVA) 동안 사용 하 여 단일 펄스 TM neuronavigation.
대표적인 결과 ...

Tibialis 앞쪽 (TA)와 soleus (SOL) 발목 반목 하는 근육 각각 더 낮은 다리의 앞쪽 및 후부 구획에 위치 하 고 있습니다. 두 근육은 uniarticular, dorsiflex plantarflex talocrural 합동, 각각1것을 따와 솔의 주요 기능 하는 동안. 또한, 솔은 근육2의 작은 여행으로 높은 강제로 생성 하도록 설계 된 중력 근육 반면 긴 근육 여행에 대 한 더 많은 기능과 힘 생산, 덜 중요 한 따입니다. 두 근육은 특히 관련 직 립 자세와 동적 작업 (예: 산책)3,4. 신경 제어에 관한 두 근육의 motorneuron 풀 하강 하는 통로5,6, 감각 드라이브의 다양 한 각도 뿐만 아니라 모터를 통해 뇌에서 신경 드라이브를 받습니다.
하강 하는 통로가 주요 모터는 기본, premotor 보충 모터 지역에서 유래 하 고 척추 motorneuron 풀7,8에 있는 corticospinal 관 이다. 인간에서는,이 관 (corticomotor 응답-CMR)의 기능 상태 평가 수 있다 수 feasibly transcranial 자석 자극 (TMS), 비-침략 적 뇌 자극 도구9,10를 사용 하 여. 도입 이후 TMS의 및 그들의 기능적 중요성 주어진 직 립 자세 작업과 걷는 동안, CMR의 TA와 솔 되었습니다 평가한 다양 한 동료와 작업11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,,2122,23 ,,2425,26,27,28,29,30,31,32 .
위 말단 근육33CMR의 평가, 달리 아니 보편적인 TMS 프로토콜 낮은 말단 근육에 CMR의 평가 대 한 설립 되었습니다. 만든된 프로토콜 및 이전 연구에서 큰 방법론 다양성의 부족 (예를 들어, 코일의 종류, neuronavigation, 토 닉 활성화, 테스트 측면 근육의 레벨의 사용 사용 하 고 계산 CMR의 측정, 등. ), 전체 결과의 해석 연구 및 동료, 복잡 한, 복잡 하 고 정확 하지 않은 될 수 있습니다. 측정값은 기능적으로 다양 한 모터 작업에 관련 된, 만든된 TMS 프로토콜 특정 말단 CMR 평가 낮은 모터 신경 및 재활 과학자에 걸쳐 이러한 근육 CMR를 체계적으로 평가 하면 세션 그리고 다양 한 동료입니다.
따라서,이 프로토콜의 목적은 TA 및 단일 펄스 TM과 neuronavigation 시스템을 사용 하 여 솔 CMR의 양자 평가 설명 하기 위해. 이전 작품, 달리이 프로토콜 유효성과 실험의 기간을 최적화 하는 방법 론 적 요소를 채용 하 여 실험 절차, 데이터 수집 및 데이터 분석의 경직을 극대화 하는 CMR 표준화 목표 이러한 두 더 낮은 말단 근육의 평가입니다. 그 근육의 CMR 근육은 완전히 또는 부분적으로 활성화 여부에 따라,이 프로토콜 어떻게 따와 솔 CMR 나머지와 토 닉 자발적인 활성화 (TVA) 중 평가 될 수 있다 설명 합니다. 다음 섹션에서는 철저 하 게 현재 프로토콜을 설명 합니다. 마지막으로, 대표적인 데이터 제시 하 고 논의 될 것입니다. 여기에 설명 된 프로토콜 Charalambous 외. 201832에서 파생 됩니다.

<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

원심 다리 근육 corticospinal로, 인 간에 있는 주요 모터 하강 통로 중 하나입니다 통해 모터 피 질 영역에서 신경 입력을 수신 하 고 transcranial 자석 자극 (TMS)를 사용 하 여 평가 될 수 있다. 원심 다리 근육의 역할, 등 직 립 자세 동적 작업을 주어진 평가 및 이러한 근육의 기능을 기준으로 corticospinal 책자의 변조에 대 한 연구 관심이 점점 지난 10 년간에 등장 했습니다. 그러나, 이전 작업에 사용 되는 방법론 매개 덜 강력한 단면 및 경도 연구에서 결과의 해석 하는 연구를 통해 다양 한 있다. 따라서 다리 근육 corticomotor 응답 (CMR)의 평가 표준화 된 TMS 프로토콜의 사용 결과의 직접적인 비교에 대 한 연구와 동료 허용할 것 이다. 이 문서의 목적은 동시에 neuronavigation 시스템으로 단일 펄스 TM를 사용 하 여 두 주요 발목 대립 근육의 앞쪽에 tibialis와 soleus, 양자 CMR을 평가 하기 위해 유연성을 제공 하는 프로토콜을 제시. 현재 프로토콜은 시험된 근육 완전히 편안 하거나 이리저리 최대 자발적 수축 isometric의 정의 된 비율에 계약 하는 동안 적용 됩니다. Neuronavigation 시스템으로 각 과목의 구조상 MRI를 사용 하면 정확 하 고 정확한 위치는 코일의 다리 대뇌 피 질의 표현을 통해 평가 하는 동안. CMR 파생 측정의 불일치를 감안할 때,이 프로토콜 또한 자동화 된 알고리즘을 사용 하 여이 측정의 표준화 된 계산을 설명 합니다. 이 프로토콜은 직 립 자세 또는 동적 작업 동안 실시 하지, 하지만 그것은 양측 대립 또는 신경학 그대로 장애인 주제에 시너지, 다리 근육의 모든 쌍을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.

그림 2-4 현재 데이터는 대표적인 신경학 그대로 31 년 오래 된 남성에서 178 cm 및 83 킬로그램의 무게와 높이 각각.
그림 2 는 양국과 각 발목 근육의 RMT를 선물 한다. 각 반구에서 다리 영역의 중앙에 위치한 자리를 사용 하 여 ( 그림 1B에서 사각형 참조), MSO 양측 핫 스폿을 사냥에 사용 된 45%의 강도. 각 근육에 대 한 핫스폿 위치 반구, 사이 ...

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

현재 프로토콜 설명 단일 펄스 transcranial 자석 자극 및 neuronavigation를 사용 하 여 나머지와 토 닉 자발적인 활성화 중 앞쪽에 tibialis soleus의 corticomotor 응답 동시, 양자 평가 시스템입니다.

사용 하 여 발목 근육의 Corticospinal 통로의 양측 평가 Transcranial 자석 자극 탐색

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 ...

이 프로토콜은 말단 하부 말단 근육에서 모터에서 발장된 잠재력을 감지하는 매우 어려운 작업으로 접근 방식을 표준화하기 때문에 매우 중요합니다. 이 기술의 주요 장점은 종종 티비알리스 전방에만 초점을 맞추고 다양한 기술을 사용하는 낮은 사지 자극과 관련된 문헌을 통합한다는 것입니다. 우리는 신경학적으로 건강한 개별뿐만 아니라 뇌졸중을 가진 사람들에 있는 이 기술을 공부했습니다.그러나 이 기술의 중요성은 낮은 사지 평가를 표준화하는 것입니다. 이 기술은 걸음걸이 중에 모터 제어에 대한 이해의 격차를 식별하고 간섭 요인의 제어를 허용하지 않은 연구를 다시 방문 할 수있는 기회를 허용합니다. 절차를 보여주는 것은 존 킨드레드, 박사, 박사 후 학자, 브라이언 Cence, 연구 코디네이터, 모두 우리의 연구 실험실에서 될 것입니다.먼저 피사체의 MRI 파일을 신경 탐색 시스템에 업로드합니다. 그런 다음 몬트리올 신경학회 아틀라스를 사용할 수 있도록 MRI를 전방 및 후방 커뮤니케이션에 수동으로 공동 등록합니다. 다음으로 두개골과 뇌 조직 주위의 경계 상자를 조정하여 피부와 전체 곡선형 뇌 모델을 재구성합니다.코 끝, nasion 및 좌우 귀의 슈트라우탄 노치를 포함하여 피부 모델을 사용하여 4 개의 해부학 적 랜드 마크를 식별합니다. 이제 각 반구의 다리 모터 영역에 직사각형 그리드를 배치합니다. 격자의 중심 행을 다리 모터 피질 영역의 중앙 과 자이루스 위에 배치합니다.그런 다음, 격자의 내측 열을 평행하게 배치하고 입시 측반구의 내측 벽에 인접한다. 이 그리드는 핫스팟을 찾는 데 사용됩니다. 모터 매핑의 경우 더 많은 스팟을 추가하거나 필요에 따라 반점 사이의 거리를 늘려 더 큰 그리드를 사용합니다.피사체가 서 있는 위치에 있는 동안 전극의 배치를 수행합니다. 먼저, 각 전극이 첫 번째 면도에 의해 배치될 부위를 준비한 다음 알코올 면봉을 사용하여 죽은 피부 세포와 오일을 가볍게 각질 제거합니다. 다음으로, 피사체에게 발가락을 위쪽으로 들어 올린 다음 전극을 비골 머리와 내측 말레올러스 사이의 선의 상위 3분의 1에 놓습니다.티비알리스 전방에 배치하기 위해 양자간 작업을 수행하십시오. 이제 측면 솔레우스에 양측으로 전극을 부착하십시오. 피사체에게 발뒤꿈치를 들어 올린 다음 위트네미악 근육 배 아래에 측면 대퇴 엽과 측면 말단 사이의 선의 하위 3분의 1에 전극을 놓습니다.또한, 사용 중 EMG 획득 장치에 따라 슬개골 또는 측면 말단에 접지 기준 패시브 전극을 양자 또는 일방적으로 부착한다. 컴퓨터 화면에서 테스트된 모든 근육의 원시 EMG 신호를 표시하면서 경직 자세로 발목을 dorsiflex 또는 발바닥으로 발라달라고 요청하여 전극 배치를 테스트합니다. 전극이 잘못 배치된 경우 감지 가능한 EMG가 최소한의 배경 소음으로 폭발할 때까지 제거하고 교체하십시오.그런 다음 피사체가 근육이 있는 상태에서 코일이 피사체에서 멀리 떨어져 있는 동안 몇 가지 TMS 펄스를 방출하여 신호 품질을 테스트합니다. 이 기술의 가장 중요한 단계는 EMG 신호가 가능한 한 노이즈가 명확하지 않다는 것을 확인하는 것입니다. 이렇게 제대로 하지 못하면 데이터 분석이 매우 어려워집니다.다음으로 각 EMG 채널의 기준 신호가 0에 가깝습니까? 채널에 노이즈가 있는 경우 해당 전극을 제거하고 피부 준비 절차를 반복합니다. 노이즈가 여전히 있는 경우 기준 전극의 위치를 조정하고 전해질 젤을 교체합니다.좋은 신호가 확인되면, 빛을 발포 프리 랩 테이프를 사용하여 모든 전극을 감싸서 제자리에 고정하고 EMG의 모션 아티팩트를 줄입니다. 이제 피사체를 의자에 앉히고 피사체에 일관된 발 배치를 보장하기 위해 걷는 부츠에서 발목 범위를 특정 위치로 조정하고 강장제 자발적 행동 중에 저항을 제공할 수 있습니다. 또한 엉덩이와 무릎 각도를 모두 조정하여 피사체의 불편함을 피하고 피사체가 실험 내내 여전히 유지하도록 지시합니다.먼저 각 근육의 최대 자발적 동소 성 수축을 결정하여 강장제 자발적 활성화 테스트를 시작합니다. 각 운동에 대해, 최대적으로 계약 대상에게 계약 반대 측 검사 근육을 네 번. 다음으로 피사체 추적기, 포인터 및 코일 트래커를 캡처 볼륨 공간에 배치하여 모션 캡처 카메라의 위치를 확인합니다.그런 다음 포인터의 끝을 4개의 해부학적 랜드마크에 배치하여 피사체 이미지 등록을 수행합니다. 지금, 양측 두 근육의 핫 스팟을 결정. 먼저, 연고체 균열 옆에 있는 중심 지점에 단일 자극을 적용하여 수프라임계값 강도를 찾아보세요.다음으로, 낮은 강도에서 시작하여 TMS 강도를 5% 증가시켜 모든 모순된 근육 또는 3회 연속 자극및 각 근육에 대해 반복하여 50마이크로볼트보다 큰 진폭을 피크로 피크로 모터에서 불러일으킨 잠재력을 유도하는 강도에 도달할 때까지 점차적으로 TMS 강도를 증가시합니다. 그리드의 각 지점에 하나의 TMS 펄스를 적용합니다. 그런 다음 스프레드시트에서 모든 금단근육에 대해 각 지점의 진폭 값을 옮기고 진폭을 높은 것에서 낮게 정렬합니다.가장 큰 진폭과 가장 짧은 대기 시간으로 그리드의 위치로 콘트라탈 티비알리스 전방 및 솔레루스 근육의 핫스팟을 식별합니다. 근육의 핫스팟 중 하나에 해당하는 신경 탐색 시스템에서 그리드 지점을 선택합니다. 다음으로 초기 강도 및 단계 크기를 최대 자극기 출력을 45 및 6%로 설정합니다.그런 다음 적응 형 임계값 사냥 방법을 사용하여 운동 임계값 결정을 쉬게하십시오. 각 근육에 대해 두 번 이 작업을 수행하고 태양 신경 운동 반응 평가에 대한 평균을 사용합니다. 지금, 휴식 하는 동안 양측 코르 티 코 운동 응답을 평가 하려면, 검사 된 근육의 핫스팟에 해당 하는 신경 탐색 시스템에서 그리드 지점을 선택.각 자극 전에, 피사체가 가만히 머물도록 지시하고 양측간 검사 된 근육을 이완하고 실시간 시각적 피드백을 사용하여 모든 근육의 활동을 모니터링하십시오. 검사된 근육의 휴식 모터 임계값의 120%에서 10개의 단일 TMS 펄스를 적용하십시오. TMS 전후에 근육이 활성화되어 있으면 해당 예심을 폐기하고 추가 단일 펄스를 적용합니다.휴식시 각 금단검사 근육에 대해 10개의 파형이 수집될 때까지 이 것을 반복하십시오. 다음으로, 격장 자발적 활성화 시 코르티코모터 반응을 양자간 적으로 평가한다. 휴식 조건 동안 사용 되 었던 신경 탐색 시스템에서 동일한 그리드 반점을 선택 합니다.피험자에게 검사된 근육을 약 15%의 최대 근육 활동 값으로 계약하고 10개의 단일 TMS 펄스를 휴식 운동 임계값의 120%에서 적용하도록 요청하십시오. 두 개의 수평 커서 내에서 검사된 근육의 부드러운 이동 선을 유지하고 몇 초 동안 해당 수준에서 수축을 유지하도록 요청하십시오. 티비알리스 전방이 검사된 근육일 때, 피험자에게 다리 의 반구를 자극하기 위해 부츠 스트랩에 약간 당겨달라고 요청하십시오.솔루스가 검사 된 근육인 경우, 과목에게 모순 된 다리의 부츠에 대해 약간 아래로 밀어 달라고 요청하십시오. 실시간 시각적 피드백을 사용하여 활성 및 휴식 근육의 근육 활동을 모니터링합니다. 검사된 근육의 활동이 소정의 범위 이하 또는 그 이상인 경우, 또는 다른 근육이 활성화된 경우 자극을 버리고 추가 단일 펄스를 적용합니다.검사된 근육이 미리 정해진 범위에서 활성화되는 동안 10번의 시험을 수집합니다. 이 수치는 양측 티비알리스 전방 및 솔레우스 핫스팟을 보여줍니다. 여기서 막대 플롯은 각 근육에 대해 두 개의 평가의 평균 휴식 모터 임계값을 나타내며 아래 값은 적용된 자극 수를 나타냅니다.파선선은 핫스팟 사냥에 사용되는 강도를 나타냅니다. 이 수치는 휴식 중에 핫스팟이 자극되었을 때 티비알리스 전방 및 솔레루스의 양자 간 반응을 보여줍니다. 각 근육의 양자 EMG 평균 파형이 표시됩니다.모터에서 불러일으킨 잠재력이 있는 경우 최대 진폭및 대기 시간으로 피크값이 표시됩니다. 여기서 우리는 강장제 자발적 행동 중에 핫스팟이 자극되었을 때 양자 간 반응을 봅습니다. 양자 근육의 EMG는 조사 된 반대 근육이 약 15 %최대의 자발적 동소 성 수축에서 활성화되는 동안 수집되었다.프로토콜의 데이터가 양측에서 작용제 및 길항제 근육 그룹에서 수집되기 때문에 피질 척추 관 후 뇌졸중과 관련된 질문에 대답하는 데 도움이 되는 추가 분석을 수행할 수 있습니다. 이 기술을 사용하여 걷기의 모터 제어에 대한 전반적인 이해를 높이기 위해 코르티코모터 반응에 대한 여러 요인의 개별 적인 기여를 결정하는 연구가 계속되고 있습니다. 이 절차 이전에 피험자를 선별하여 고려해야 할 높은 자기장으로 인해 위험 요소가 있다는 점에 유의해야합니다.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial 자석 자극에 의​​해 유도된 Phosphenes을 문서화에 대한 새로운 접근 방식

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

연구

신경과학

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

기본 모드 네트워크를 검사하기 위해 Transcranial 자석 자극과 fMRI를 결합

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

Transcranial 직접 전류 자극의 전극 위치와 몬티지

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

일차 운동 피질 대사에 양성 반구 경 두개 전기 자극 효과의 측정을위한 도구로 자기 공명 분광학의 사용

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

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

대뇌 생리학 응답 억제와 관련 된 측정을 위한 온라인 Transcranial 자석 자극 프로토콜

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

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

고화질 경부 직접 전류 자극이 있는 3D 디지타이저를 사용한 자극 위치 측정

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

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

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