Name: bilateral assessment of the corticospinal pathways of the ankle muscles using navigated transcranial magnetic stimulation
Uploaded: 2019-02-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation at JoVE.com

Авторы благодарят за помощь с разработки методологии и обеспечения обратной связи по проекту рукописи д-р Дин C. Джесси. Эта работа была поддержана ва карьеры развития Award-2 RR & D N0787-W (МГБ), институционального развития награду от национального института Генеральной медицинских наук из низ под номером Грант P20-GM109040 (САК) и P2CHD086844 (САК). Содержание не отражают точку зрения Департамента по делам ветеранов или правительства Соединенных Штатов.

Все экспериментальные процедуры, представленные в настоящем протоколе были утверждены местным советом по рассмотрению институциональных и находятся в соответствии с Хельсинкской декларации.
1. согласие процесса и безопасности вопросники
<ol><li>До любого эксперимента о...

С учетом возникающих интереса как моторной коры способствует Управление двигателем мышц голени во время динамических задач в различных когорт, необходим стандартизированный протокол TMS, который описывает тщательную оценку этих мышц. Таким образом, в первый раз, настоящий Протокол обе...

Tibialis передней (TA) и камбаловидной (SOL) являются лодыжки антагонистических мышц, расположенных в передний и задний отсек голени, соответственно. Обе мышцы являются uniarticular, в то время как основная функция TA и соль-dorsiflex и plantarflex стопного сустава, соответственно1. Кроме того та более функциональным для экскурсий длинные мышцы и менее важным для производства силы, тогда как соль антигравитации мышц, разработан для создания высокой силы с небольшой экскурс в мышцу2. Обе мышцы особенно актуальны во время прямой осанки и динамические задачи (например, ходьба)3,4. Что касается нейронных контроля motorneuron бассейны оба мышц получают нейронных езды от мозга через мотор убыванию путей5,6, помимо различной степени сенсорных дисков.
Главный двигатель, спуск путь является кортикоспинальных путей, которая исходит от первичного, премоторной и дополнительный мотор районов и заканчивается в бассейны спинного motorneuron,7,,8. В организме человека можно реально оценить функциональное состояние этого тракта (corticomotor ответ - КДПГ) с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (СПТ), неинвазивная мозга стимуляции инструмент9,10. С момента введения TMS и с учетом их функциональной значимости при вертикальном постуральной задачи и пешеходного движения CMR TA и соль были оценены в различных когорт и задачи11,12,13,14 ,,1516,,1718,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,,3031,32 .
В отличие от оценки КДПГ в мышц верхней конечности33протокол не универсальный СПТ был создан для оценки КДПГ в мышцы нижней конечности. Из-за отсутствия установленного протокола и большой изменчивостью методологических через предыдущих исследований (например, тип катушки, использование нейронавигация, уровень активации тоник, тестирования стороне и мышц, использовать и расчет КДПГ мер, и др. ), интерпретация результатов различных исследований и когорты может быть громоздким, сложной и неточными. Как меры функционально актуальны в различных задач, мотор, специфичные для Нижняя оконечность КДПГ оценки TMS протокол позволит мотор неврологи и реабилитации ученых, с тем чтобы систематически оценивать КДПГ в эти мышцы через сессий и различных когорт.
Таким образом цель настоящего Протокола заключается в описать двусторонней оценки TA и SOL КДПГ, с использованием системы TMS и нейронавигация единого импульса. В отличие от предыдущей работы этот протокол направлен на максимальной строгости экспериментальных процедур, сбора данных и анализа данных, используя методологических факторов, которые оптимизируют действительность и продолжительность эксперимента и стандартизировать КДПГ Оценка этих двух нижних мышц конечности. Учитывая, что КДПГ мышц зависит ли мышцы полностью расслабленной или частично активируется, этот протокол описывает, как можно оценить TA и SOL CMR во время отдыха и тоник добровольных активации (НДС). В следующих разделах будет тщательно описаны настоящего Протокола. Наконец репрезентативных данных будут представлены и обсуждены. Протокол, описанные здесь является производным от, в Хараламбус et 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

Мышцы дистальных ног получают нейронных ввода от мотор корковых областях через кортикоспинальных путей, который является одним из основных мотор нисходящей пути в организме человека и может быть оценена с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (TMS). Учитывая роль мышц дистальных ног в вертикальном постуральной и динамические задачи, такие как ходьба, растущий интерес исследования в области оценки и модуляции кортикоспинальных участки по отношению к функции этих мышц возникла в последнее десятилетие. Однако различных исследований, делая интерпретации результатов от поперечных и продольных исследований, менее надежные менялись методологических параметров, используемых в предыдущей работе. Таким образом использование стандартизированных TMS протокола для оценки реакции corticomotor мышц ног (CMR) позволит для прямого сравнения результатов различных исследований и когорты. Цель данного документа – представить протокол, который обеспечивает гибкость, позволяющую одновременно оценить двусторонние КДПГ два основных лодыжки антагонистических мышц, tibialis передней и камбаловидной, используя один пульс TMS с системой нейронавигация. Настоящий Протокол применяется, пока рассмотрены мышцы либо полностью расслабленным или изометрически контракт на определенный процент максимальной Изометрические добровольные сокращения. Использование каждого предмета структурных МРТ с системой нейронавигация обеспечивает и точное позиционирование катушки над кортикального слоя представления ноги во время оценки. Учитывая несоответствие в КДПГ производных мер, этот протокол также описывает стандартный расчет этих мер, с помощью автоматизированных алгоритмов. Хотя этот протокол не проводится при вертикальном постуральной или динамических задач, она может использоваться для оценки на двусторонней основе любой пары мышц ног, синергетический, неврологически нетронутыми и нарушением предметам или антагонистические.

На рисунках 2-4 представить данные от представителя неврологически нетронутыми 31-летний мужчина с высоты и веса 178 см и 83 кг, соответственно.
На рисунке 2 представлены двусторонних горячих точек и RMT каждой мышцы лодыжки. Используя месте расположен в цент?...

Watch this Scientific Journal Video about Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation at JoVE.com

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

Настоящий Протокол описывает синхронный, двусторонние оценки реакции corticomotor tibialis передней и камбаловидной во время отдыха и тоник добровольных активации, с помощью единого импульса транскраниальной магнитной стимуляции и нейронавигация системы.

Двусторонней оценки кортикоспинальных путей лодыжки мышц используя переход транскраниальная магнитная стимуляция

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 ...

Этот протокол имеет решающее значение, поскольку он стандартизирует подход с очень трудной задачей обнаружения двигательных потенциалов в дистальных мышц нижних конечностей. Основным преимуществом этой техники является то, что она консолидирует литературу, связанную со стимуляцией нижних конечностей, которая часто фокусируется только на передней части голени и использует различные методы. Мы изучили этот метод как у неврологически здоровых людей, так и у людей с инсультом.Однако важность этого метода заключается в стандартизации оценок нижних конечностей. Методика позволяет выявить пробелы в нашем понимании моторного контроля во время походки и пересматривает исследования, которые не позволяли контролировать факторы вмешательства. Демонстрация процедуры будет Джон Kindred, доктор философии, докторант, и Брайан Cence, координатор исследований, как из нашей исследовательской лаборатории.Начните с загрузки файлов МРТ субъекта в систему нейронавигации. Затем, вручную корегистрировать МРТ передних и задних комиссариатов, так что Монреальский неврологический институт Атлас может быть использован. Затем реконструировать кожу и полную модель курвилинейного мозга, регулируя окаймлив коробку вокруг тканей черепа и мозга.Определите четыре анатомические ориентиры с помощью модели кожи, включая кончик носа, насион и надтрагическую выемку правого и левого уха. Теперь поместите прямоугольную сетку над областью двигателя ног в каждом полушарии. Распоистить центральный ряд сетки в центре и над извилиной моторной корки ноги.Затем распоить медиальный столбец сетки параллельно и прилегающий к медиальной стене ипсилатерального полушария. Эта сетка будет использоваться для найдите горячую точку. Для картирования двигателей используйте большие сетки, либо добавляя больше пятен, либо увеличивая расстояние между пятнами по мере необходимости.Выполняем размещение электродов, пока объект находится в положении стоя. Во-первых, подготовить области, где каждый электрод будет помещен сначала бритья, а затем слегка отшелушивания любых мертвых клеток кожи и масла с использованием спиртовых тампонов. Далее попросите субъекта поднять их ног вверх, а затем поместить электрод в верхней трети линии между головой малоберцовой кости и медиальной malleolus.Сделайте это на двусторонней основе для размещения на tibialis передней. Теперь прикрепите электроды на боковой подошве. Попросите субъекта поднять пятки, а затем поместить электрод в нижней трети линии между боковой бедренной конды и боковой malleolus ниже желудочно-кишечного живота мышцы.Кроме того, приложите наземный справочный пассивный электрод либо на пателлу, либо на боковой malleolus на двусторонней основе или в одностороннем порядке, в зависимости от единицы приобретения ЭМГ в использовании. Проверьте размещение электрода, попросив субъекта либо dorsiflex или plantarflex лодыжки в вертикальной позе при отображении сырья сигнал ЭМГ всех мышц испытания на экране компьютера. Если электрод неуместен, удалите и замените его до тех пор, пока не будут видны явные всплески ЭМГ с минимальным фоновым шумом.Затем, когда субъект сидит с мышцами в покое, проверьте качество сигнала, разгрузив несколько импульсов TMS, в то время как катушка находится вдали от предмета. Наиболее важным шагом в этом методе является проверка того, что сигнал ЭМГ как можно более чист от шума. Неспособность сделать это адекватно делает анализ данных невероятно трудным.Затем убедитесь, что базовый сигнал для каждого канала ЭМГ близок к нулю. Если шум присутствует в канале, удалите соответствующий электрод и повторите процедуры подготовки кожи. Если шум все еще присутствует, отрегулируйте положение эталонного электрода и замените электролитный гель.После того, как хороший сигнал проверяется, оберните все электроды с помощью легкой пены предварительно обернуть ленту, чтобы держать их на месте и уменьшить движение артефакт из ЕМГ. Теперь, место субъекта в кресле и, чтобы обеспечить последовательное размещение ног по предметам, обеспечить обе ноги в ходьбе сапоги, которые позволяют лодыжки диапазон движения, которые будут скорректированы в определенном положении и обеспечить сопротивление во время тонизирующее добровольное действие. Кроме того, настроить как бедра и колена углы, чтобы избежать предметного дискомфорта и поручить предмету оставаться еще на протяжении всего эксперимента.Начните тестирование тонизирующей добровольной активации, сначала определив максимальное добровольное изометрическое сокращение каждой мышцы на двусторонней основе. Для каждого движения, инструктировать субъекта максимально контракт контралатеральной изученной мышцы четыре раза. Затем проявите положение камеры захвата движения, поместив трекер субъекта, указатель и трекер катушки в пространство громкости захвата.Затем выполните регистрацию изображения субъекта, разместив кончик указателя на четырех анатомических ориентирах. Теперь определите горячую точку обеих мышц на двусторонней основе. Во-первых, найти надтрастать интенсивность, применяя один стимул над центром месте рядом с межгемисферной трещины.Далее, начать с низкой интенсивности и постепенно увеличить интенсивность TMS на пять процентов шагом до достижения интенсивности, которая вызывает двигательный потенциал с пиком до пика амплитуды больше, чем 50 микровольт во всех контралатеральных изученных мышц или три последовательных стимулов и повторить для каждой мышцы. Нанесите один импульс TMS на каждое пятно сетки. Затем перенесите значения амплитуды каждого пятна для всех контралатеральных мышц в электронную таблицу и сортировать амплитуду с высокой на низкую.Определите горячую точку передней и подошвы мышц контралатерального голени как место в сетке с самой большой амплитудой и кратчайшей задержкой. Выберите сетку в системе нейронавигации, которая соответствует одной из горячих точек мышцы. Затем установите начальную интенсивность и размер шага на уровне 45 и 6 процентов максимального объема стимулятора.Затем используйте адаптивный пороговый метод охоты для определения моторного порога. Сделай это дважды для каждой мышцы и использовать среднее значение для оценки реакции кортикомотора sunsequent. Теперь, чтобы оценить двустороннюю реакцию кортикомотора во время отдыха, выберите сетку в системе нейронавигации, которая соответствует горячей точке исследованной мышцы.Перед каждым стимулом, поручить субъекту оставаться на месте и расслабиться рассмотрены мышцы на двусторонней основе и контролировать активность всех мышц с помощью визуальной обратной связи в режиме реального времени. Нанесите десять одиночных импульсов TMS на 120% от порога покоя мотора исследованной мышцы. Если какая-либо мышца активна до или после TMS, отбросьте это испытание и нанесите дополнительный один пульс.Повторите это до тех пор, пока не будут собраны 10 волновых форм для каждой контралатеральной исследованной мышцы в покое. Далее оцените кортикомоторную реакцию во время тонизирующей добровольной активации на двусторонней основе. Выберите те же пятна сетки в системе нейронавигации, которые были использованы во время отдыха условиях.Попросите испытуемых заключить контракт с исследованной мышцей при примерно 15%-м максимальном значении мышечной активности и применить 10 одиночных импульсов TMS на 120% от порога покоя двигателя. Попросите их сохранить отображенную гладкую движущаяся линию исследованной мышцы в пределах двух горизонтальных курсоров и поддерживать это сокращение на этом уровне в течение нескольких секунд. Когда голени передней является рассмотрены мышцы, попросите субъектов тянуть немного против загрузки ремни для ноги контралатеральной стимулировали полушария.Когда soleus является рассмотрены мышцы, попросите субъектов нажать немного вниз против загрузки на контралатеральной ноге. Мониторинг мышечной активности активных и отдыхающих мышц с помощью визуальной обратной связи в режиме реального времени. Если активность исследованной мышцы ниже или выше заданного диапазона, или если какая-либо другая мышца активирована, отбросьте стимул и примените дополнительный одиночный пульс.Соберите 10 испытаний в то время как исследованная мышца активируется в заданном диапазоне. Эта цифра показывает двусторонние tibialis передние и soleus горячих точек. Здесь участки бара представляют средний порог покоя двигателя в две оценки для каждой мышцы, в то время как значения ниже обозначают количество применяемых стимулов.Пунктирной линии указывает на интенсивность, используемую для охоты горячей точке. Эта цифра показывает двусторонние ответы tibialis передней и soleus, когда их горячая точка была стимулирована во время отдыха. Показана двусторонняя средняя волновая форма эмГ каждой мышцы.Если потенциал, вызываемый мотором, присутствует, значения пика до пиковой амплитуды и задержки представлены. Здесь мы видим двусторонние ответные меры, когда горячие точки стимулировались во время тонизирующих добровольных действий. ЭМГ двусторонних мышц были собраны в то время как рассмотренные контралатеральной мышцы был активирован около 15%максимального добровольного изометрического сокращения.Дополнительный анализ может быть проведен, чтобы помочь ответить на вопросы, касающиеся коркового спинного тракта после инсульта, так как данные в протоколе собираются в агонист и антагонист групп мышц на двусторонней основе. Исследования продолжают использовать этот метод для определения индивидуальных вкладов нескольких факторов в кортикомоторные реакции, с тем чтобы увеличить наше общее понимание управления двигателем ходьбы. Следует отметить, что существуют факторы риска, связанные с высоким магнитным полем, которые должны учитываться скрининговых субъектов до этой процедуры.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Новый подход для документирования фосфены индуцированные транскраниальной магнитной стимуляции

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

Объединение транскраниальной магнитной стимуляции и МРТ по анализу сети Режим по умолчанию

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

Позиционирование электродов и монтаж в Транскраниальная постоянного тока стимуляции

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

Использование магнитно-резонансной спектроскопии как инструмент для измерения Би-полушария транскраниальной электрической стимуляции эффектов на первичной моторной коры обмена веществ

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

Эффекты переменного тока транскраниальной стимуляции на первичной моторной коры, онлайн комбинированный подход с транскраниальная магнитная стимуляция

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

Онлайн транскраниальной магнитной стимуляции протокол для измерения корковых физиологии, связанные с ингибированием ответ

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

Комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография Дорсолатеральное префронтальной коры

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

Определение местоположения стимуляции с помощью 3D Digitizer с высокой четкостью Transcranial Прямого тока стимуляции

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

Измерение и манипулирование функционально специфическими нейронными путями в моторной системе человека с транскраниальной магнитной стимуляцией

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