Name: measuring contralateral silent period induced by single-pulse transcranial magnetic stimulation to investigate m1 corticospinal inhibition
Uploaded: 2022-08-23T13:30:00
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Keine Danksagungen.

Dieses Protokoll beinhaltet Forschung am Menschen und steht im Einklang mit den institutionellen und ethischen Richtlinien der lokalen Ethikkommissionen und der Deklaration von Helsinki. Für die Verwendung ihrer Daten in der Studie wurde eine informierte Einwilligung der Probanden eingeholt.
1. Vorexperimentelle Verfahren
<ol><li>Screening des Subjekts. Untersuchen Sie die Person auf intrakranielle Implantate, Epilepsie, Anfälle in der Vorgeschichte und Schwangerschaft. Ve...

Das standardmäßige SI zum Auslösen von MEP und SPs kann je nach Grundgesamtheit variieren. Es hat sich gezeigt, dass Intensitäten von nur 80 % RMT bei gesunden Personen cSP hervorrufen39, dennoch haben Studien an gesunden und kranken Bevölkerungsgruppen Intensitäten von bis zu 150 % RMT verwendet 49,50,51. Obwohl diese Quelle der Heterogenität der Natur der Zielpopulation inhärent sein kann, sollt...

Die Ruhephase (SP) ist eine Periode der elektromyographischen (EMG) Stille, die auf ein motorisch evoziertes Potential (MEP) folgt, das durch transkranielle Magnetstimulation (TMS) induziert wird, die während einer anhaltenden Muskelkontraktion angewendet wird. Der überschwellige TMS-Puls kann entweder auf den kontralateralen oder den ipsilateralen primären motorischen Kortex (M1) des Zielmuskels angewendet werden, von dem aus die EMG-Aktivität aufgezeichnet wird, was zu zwei Phänomenen führt: kontralaterale Stillzeit (cSP) und ipsilaterale Stillzeit (iSP).
Auch wenn iSP und cSP ähnliche Funktionen aufweisen, können sie leicht unterschiedliche Komponenten widerspiegeln. Es wird angenommen, dass die erste eine transkallosale Hemmung widerspiegelt und somit vollständig kortikalen Ursprungs ist 1,2. Umgekehrt wird cSP als mögliches Surrogat der kortikospinalen Inhibition untersucht, die höchstwahrscheinlich durch gamma-Aminobuttersäure (GABA) B-Rezeptoren in M1 3,4,5 vermittelt wird.
Frühere Arbeiten untermauern die Rolle von cSP in GABA-vermittelten Signalwegen und haben eine Zunahme der cSP-Dauer nach oraler Verabreichung von GABA-verstärkenden Komponenten festgestellt 5,6,7,8. Dennoch sind auch die Prozesse der Wirbelsäule an der Veränderung der Dauer beteiligt. Die frühere Phase (<50 ms) des cSP ist mit verminderten H-Reflexwerten3-a Reflex assoziiert, der ein Produkt peripherer Neuroschaltkreise ist und die Erregbarkeit von spinalen Neuronen quantifiziert9. Es wird angenommen, dass die spinale Verarbeitung durch die Aktivierung von Renshaw-Zellen, Motoneuronen nach Hyperpolarisation und postsynaptische Hemmung durch spinale Interneuronen vermitteltwird 10,11,12,13,14.
Trotz des Beitrags der Wirbelsäule resultiert cSP hauptsächlich aus der Aktivierung kortikaler inhibitorischer Neuronen, die für die Bildung des späteren Teils des cSP (50-200 ms) verantwortlich sind3,10,13,15,16. In dieser Hinsicht wurde der frühe Teil der cSP-Dauer mit spinalen Inhibitionsmechanismen in Verbindung gebracht, während lange cSPs größere kortikale Hemmmechanismen erfordern 3,13,17,18.
Daher ist cSP ein vielversprechender Biomarker-Kandidat für kortikospinale Maladaptation aufgrund neurologischer Erkrankungen, während signifikantere cSP-Dauern möglicherweise eine Zunahme der kortikospinalen Hemmung widerspiegeln und umgekehrt 5,11. Dementsprechend haben frühere Arbeiten einen Zusammenhang zwischen der Dauer der cSP und Pathologien wie Dystonie, Parkinson, chronischen Schmerzen, Schlaganfall und anderen neurodegenerativen und psychiatrischen Erkrankungen festgestellt 19,20,21,22. Zur Veranschaulichung: In einer Kniearthrose-Kohorte war eine höhere intrakortikale Hemmung (wie durch cSP indiziert) mit jüngerem Alter, größerer Knorpeldegeneration und geringerer kognitiver Leistung in der Montrealer kognitiven Bewertungsskala23 assoziiert. Darüber hinaus konnten cSP-Veränderungen auch das Ansprechen auf die Behandlung und die motorische Erholung im Längsschnitt indizieren 24,25,26,27,28,29,30.
So vielversprechend die Rolle von cSP im Bereich der Neuropsychiatrie auch ist, ein schwieriger Aspekt seiner Bewertung besteht darin, dass es zu empfindlich auf Protokollvariationen reagieren kann. Zum Beispiel ist die cSP-Dauer (~100-300 ms)11 zwischen oberen und unteren Gliedmaßen zu unterscheiden. Salerno et al. fanden in einer Stichprobe von Fibromyalgie-Patienten eine durchschnittliche cSP-Dauer von 121,2 ms (± 32,5) für den ersten dorsalen interossären Muskel (FDI) und 75,5 ms (± 21) für den Musculus tibialis anterior (TA)31. Daher vermittelt die Literatur eine Vielzahl von Divergenzen in den Parametern, die zur Erhebung von cSPs verwendet werden, was wiederum die Vergleichbarkeit zwischen Studien gefährdet und die Translation in die klinische Praxis verzögert. Innerhalb einer ähnlichen Population waren die Protokolle heterogen in Bezug auf die überschwellige TMS-Pulseinstellung, die beispielsweise zur Stimulation von M1 und des Zielmuskels verwendet wurde. Hinzu kommt, dass die Forscher es versäumt haben, die in ihren Protokollen verwendeten Parameter ordnungsgemäß zu melden.
Ziel ist es daher, einen visuellen Leitfaden für die Anwendung eines praktikablen, zuverlässigen und leicht reproduzierbaren cSP-Protokolls zur Beurteilung der kortikospinalen Erregbarkeit der oberen und unteren Extremitäten von M1 bereitzustellen und die praktischen methodischen Herausforderungen dieses Verfahrens zu diskutieren. Um die Gründe für die Wahl der Parameter zu veranschaulichen, führten wir eine nicht erschöpfende Literaturrecherche zu Pubmed/MEDLINE durch, um veröffentlichte Arbeiten über cSP in chronischen Schmerz- und Rehabilitationspopulationen zu identifizieren, wobei wir den Suchbegriff Rehabilitation (Mesh) oder Rehabilitation oder chronische Schmerzen oder Schlaganfall und Begriffe wie transkranielle Magnetstimulation und Einzelpuls oder kortikale Ruheperiode verwendeten. Für die Extraktion wurden keine Einschlusskriterien definiert, und die gepoolten Ergebnisse werden in Tabelle 1 nur zur Veranschaulichung angezeigt.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alcohol pads</td>
			<td>Medline</td>
			<td></td>
			<td>Preparation with 70% isopropyl alcohol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive gel</td>
			<td>Weaver and Company</td>
			<td></td>
			<td>Used on the electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Echo Pinch</td>
			<td>JTECH medical</td>
			<td>0902A302</td>
			<td>Digital dynamometer.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mega-EMG</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td>NS006201</td>
			<td>Digital multiple channel EMG with built in software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEGA-TMS coil</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td>NS063201</td>
			<td>8 shaped TMS coil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mega-TMS stimulator</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td>6990061</td>
			<td>Single Pulse TMS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neuro-MEP.NET</td>
			<td>Soterix Medical</td>
			<td></td>
			<td>EMG software used to analyse the muscles eletrical activity.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swim cap</td>
			<td>Kiefer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring contralateral silent period induced by single-pulse transcranial magnetic stimulation to investigate m1 corticospinal inhibition

Die kontralaterale Ruhephase (cSP) ist eine Periode der Unterdrückung der elektrischen Muskelaktivität im Hintergrund, die durch Elektromyographie (EMG) nach einem motorisch evozierten Potential (MEP) erfasst wird. Um dies zu erreichen, wird ein MEP durch einen überschwelligen transkraniellen Magnetstimulationsimpuls (TMS) ausgelöst, der an den primären motorischen Kortex (M1) des ausgewählten Zielmuskels abgegeben wird, während der Teilnehmer eine standardisierte willkürliche Zielmuskelkontraktion durchführt. Der cSP ist das Ergebnis von Hemmmechanismen, die nach dem MEP auftreten; Es bietet eine breite zeitliche Bewertung der spinalen Hemmung in den anfänglichen ~50 ms und der kortikalen Hemmung danach. Forscher haben versucht, den neurobiologischen Mechanismus hinter dem cSP besser zu verstehen, um ihn als potenziellen diagnostischen, Surrogat und prädiktiven Biomarker für verschiedene neuropsychiatrische Erkrankungen zu validieren. Daher beschreibt dieser Artikel eine Methode zur Messung des M1-cSP der unteren und oberen Extremitäten, einschließlich einer Auswahl des Zielmuskels, der Elektrodenplatzierung, der Spulenpositionierung, der Methode zur Messung der willkürlichen Kontraktionsstimulation, der Intensitätseinstellung und der Datenanalyse, um ein repräsentatives Ergebnis zu erhalten. Es hat das pädagogische Ziel, einen visuellen Leitfaden für die Durchführung eines praktikablen, zuverlässigen und reproduzierbaren cSP-Protokolls für die unteren und oberen Gliedmaßen zu geben und praktische Herausforderungen dieser Technik zu diskutieren.

Nach Befolgung des Schritt-für-Schritt-Verfahrens löst die Abgabe eines überschwelligen TMS-Impulses (120 % der RMT) einen beobachtbaren MEP in der EMG-Aufzeichnung des Zielmuskels und eine anschließende Periode der Hintergrundunterdrückung der EMG-Aktivität von etwa 150 ms bis 300 ms aus (Abbildung 2). Aus diesem EMG-Muster ist es möglich, die cSP-Metriken zu berechnen. Die am häufigsten berichteten Endpunkte sind die Dauer (im Bereich von ms) des relativen und absoluten SP. Der rel...

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Measuring Contralateral Silent Period Induced by Single-Pulse Transcranial Magnetic Stimulation to Investigate M1 Corticospinal Inhibition

Die Beurteilung der kontralateralen Stillphase (cSP) ist ein vielversprechender Biomarker für die Indizierung der kortikalen Erregbarkeit und des Ansprechens auf die Behandlung. Wir demonstrieren ein Protokoll zur Beurteilung von cSP, das zur Untersuchung der kortikospinalen M1-Hemmung der oberen und unteren Extremitäten vorgesehen ist.

Messung der kontralateralen Stille, die durch transkranielle Magnetstimulation mit einem Puls induziert wird, um die kortikospinale M1-Hemmung zu untersuchen

Contralateral silent period (cSP) is a period of suppression in the background electrical muscle activity captured by electromyography (EMG) after a motor ...

In diesem Protokoll demonstrieren wir eine praktikable, leicht reproduzierbare und zuverlässige Methode zur Beurteilung der kortikospinalen Hemmung der oberen und unteren Extremitäten. Die kontralaterale Ruhephase ist eine Metrik, die Informationen aus komplexen kortikospinalen inhibitorischen Schaltkreisen liefert. Diese Methode ist daher ein vielversprechender Kandidat für einen diagnostischen, Surrogat- und prädiktiven Biomarker für verschiedene neurologische Erkrankungen.Danielle Pimenta, Anne Pessotto und Daniel Lima, wissenschaftliche Mitarbeiter aus meinem Labor, werden das Verfahren demonstrieren. Um den Muskel für die Positionierung der Elektroden auszuwählen, bitten Sie die Versuchsperson, ihre Hand in Bauchlage über den Tisch zu legen. Um dann den ersten dorsalen interossären oder FDI-Muskel zu identifizieren, bitten Sie die Versuchsperson, den Zeigefinger gegen den Widerstand abzuduzieren, den Rest der Hand ruhig zu halten und sich auf den Tisch zu legen, während Sie den Bereich abtasten.Reinigen Sie den Bereich mit Alkoholpads, um Hautfette und andere Faktoren zu entfernen, die die Impedanz erhöhen können. Platzieren Sie die negative Elektrode auf dem Bauch des FDI-Muskels und die positive auf dem distalen Interphalangealgelenk mit einem Elektrodenabstand von mindestens 1,5 Zentimetern. Platzieren Sie die Referenz- oder Neutralelektrode am Handgelenk über dem Processus styloideus ulnaris.Bestimmen Sie als Nächstes die erforderliche Muskelkontraktionskraft. Verwenden Sie ein digitales Pinch-Dynamometer und eine viereckige Pyramidenstütze, um mechanische Verzerrungen zu minimieren und die Empfindlichkeit für minimale Kontraktionen zu erhöhen. Platzieren Sie das Dynamometer mit Hilfe der Pyramidenstütze zwischen dem ersten und zweiten Finger.Stellen Sie sicher, dass der erste und zweite Finger die Kräfte der Quetschbewegung erzeugen und die Elektromyographie oder das EMG erfassen. Bitten Sie den Teilnehmer in der festen Position, mit dem ersten Finger auf das Dynamometer und mit dem Zeigefinger auf die Seite der Pyramide zu drücken, um das Dynamometer-Pyramidensystem mit maximaler Kraft zu drücken und eine starke Kontraktion des FDI-Muskels zu erzeugen. Bestimmen Sie anhand dieses Wertes die 20 % der maximalen Kraft.Der Teilnehmer muss üben, das Ziel bei 20 % der anhaltenden Kontraktion zu halten. Um den ursprünglichen Standort für die Hotspot-Suche zu identifizieren, setzen Sie dem Motiv eine Badekappe auf den Kopf. Alle Referenzpunkte werden darauf markiert.Messen Sie den sagittalen Umfang des Kopfes von der Nase bis zum Inion. Teilen Sie den Wert durch zwei und markieren Sie den mittleren Punkt auf dem Kopf. Markieren Sie die Position der Nasion, des Inions, der Helix des rechten und linken Ohrs sowie des rechten und linken supraorbitalen Kamms des Patienten.Messen Sie den Abstand von Tragus zu Tragus und fügen Sie auf halbem Weg eine Markierung hinzu. Markieren Sie den Schnittpunkt zwischen ihnen, einen Punkt, der als Scheitelpunkt identifiziert wird. Bewegen Sie sich vom Scheitelpunkt aus fünf Zentimeter seitlich parallel zur mittleren Sagittallinie auf der kontralateralen Seite zum ausgewählten Muskel.Diese Markierung identifiziert den M1 auf der gleichen koronalen Ebene wie den motorischen Kortex der Hand. Verwenden Sie dies als ersten Punkt, um die Suche nach dem Hotspot zu starten. Der Hotspot ist der Bereich des motorischen Kortex, in dem die niedrigste motorische Schwelle erkennbar ist.Stellen Sie eine niedrige Intensität ein und starten Sie die Suche, indem Sie mehrere Impulse an den ersten Punkt senden. Verfolgen Sie mit kleinen Intensitätsschritten, bis Sie den niedrigsten Stimulus identifiziert haben, der eine Elektromyographie- oder EMG-indizierte Reaktion erkennt. Um die Reize abzugeben, winkeln Sie die Achterspirale in einem Winkel von 45 Grad zur mittleren Sagittallinie, wobei der Griff zum Gesäß des Patienten zeigt.Um sicherzustellen, dass der beste Punkt identifiziert wird, bewegen Sie sich um den ersten Punkt herum und testen Sie die folgenden drei motorisch evozierten Potentiale oder MEPs jeweils einen Zentimeter anterior, lateral und posterior. Sobald der Hotspot identifiziert ist, markieren Sie die Stelle im Kopf des Patienten. Verwenden Sie diesen Ort während des Experiments und der möglichen Folgebesuche.Verwenden Sie beide Hände, um die Spule auf dem Kopf des U-Bootes zu stützen. Um als Nächstes die motorische Ruheschwelle oder RMT zu bestimmen, wenden Sie 10 aufeinanderfolgende Stimuli am Hotspot an und wählen Sie die niedrigste Intensität aus, die in 50 % der Versuche einen MEP mit einer Peak-to-Peak-Amplitude von mindestens 50 Mikrovolt auf den Zielmuskel erzeugt hat. Geben Sie für die kontralaterale Stillphase oder CSP die 10 überschwelligen Stimuli mit der Stimulationsintensität von 120 % der RMT mit einem Abstand von 10 Sekunden dazwischen ab, um MEPs während der tonischen willkürlichen Kontraktion des Zielmuskels hervorzurufen.Bitten Sie den Patienten während der Stimulation, 20% der maximalen motorischen Kontraktion des Zielmuskels beizubehalten. Um die gesamte Ruhephase oder SP zu erfassen, vergewissern Sie sich, dass das EMG-Zeitfenster lang genug ist, um bis zu 400 Millisekunden Aktivität zu erfassen. Die Abgabe einer supraschwelligen transkraniellen Magnetstimulation oder eines TMS-Pulses führte zu einem beobachtbaren MEP in der EMG-Aufzeichnung des Zielmuskels und einer anschließenden Periode der Hintergrund-EMG-Aktivitätsunterdrückung von etwa 150 bis 300 Millisekunden.Der relative SP wird vom MEP-Start bis zum Wiederauftreten der EMG-Aktivität gemessen. Im Gegensatz dazu wird der absolute SP vom Ende des MEP bis zum Beginn des Wiederauftretens der freiwilligen EMG-Aktivität gemessen. Die Stimulusintensität, die zur Auslösung von MEP verwendet wird, wirkt sich direkt auf die CSP-Metriken aus und kann aufgrund von Unterschieden in den Studienpopulationen variieren.Überprüfen Sie, ob frühere erfolgreiche Experimente in der interessierenden Grundgesamtheit durchgeführt wurden, um eine Standardisierung zu ermöglichen.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Ein neuer Ansatz zur Dokumentation Phosphenes durch TMS induzierte

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

Forschung

Neurowissenschaften

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

Die Kombination TMS und fMRT dem Standard-Modus Netzwerk Untersuchen

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 ...

Extracting Visual Evoked Potentials from EEG Data Recorded During fMRI-guided Transcranial Magnetic Stimulation

Extrahieren von visuell evozierten Potentiale von EEG-Daten aufzeichnen Während fMRI-geführte Transkranielle Magnetstimulation

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an effective method for establishing a causal link between a cortical area and cognitive/neurophysiological ...

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

Mess Spinal Präsynaptische Hemmung bei Mäusen durch Spinalgan Mögliche Aufnahme<em&gt; In Vivo</em

Presynaptic inhibition is one of the most powerful inhibitory mechanisms in the spinal cord. The underlying physiological mechanism is a depolarization of ...

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

Die Verwendung von magnetischen Resonanzspektroskopie als Werkzeug für die Messung der Bi-hemisphärische transkranielle elektrische Stimulation Auswirkungen auf primären motorischen Kortex Metabolism

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

Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

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

Online-transkranielle Magnetstimulation Protokoll zur Messung der kortikalen Physiologie Reaktion Hemmung zugeordnet

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

Kombinierte Transcranial magnetische Anregung und Elektroenzephalographie des dorsolateralen präfrontalen Kortex

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Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation

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 ...

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

Messung und Manipulation funktionell spezifischer neuronaler Bahnen im menschlichen Motorsystem mit transkranieller Magnetstimulation

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