Utilisant la stimulation magnétique transcrânienne à l'étude du système neuromusculaire de l'homme

L'objectif général de cette procédure est de réaliser une stimulation magnétique transcrânienne afin d'obtenir des potentiels évoqués moteurs, d'abord dans le muscle fléchisseur radial du carpe, puis dans les muscles érecteurs du rachis. Cela est réalisé en préparant tout d'abord la peau recouvrant les muscles respectifs pour des enregistrements électromyographiques, puis en positionnant biomécaniquement le sujet pour la stimulation magnétique transcrânienne.

Le point chaud est identifié comme la partie du site de stimulation au-dessus du cortex moteur qui provoque les potentiels moteurs évoqués les plus importants. L'étape suivante consiste à déterminer le seuil moteur. À ce stade, une stimulation magnétique transcrânienne en impulsions simples est réalisée afin de quantifier l'amplitude du potentiel moteur évoqué et la durée de la période silencieuse.

La stimulation magnétique transcrânienne à double impulsion est également réalisée afin de quantifier la facilitation intracorticale ainsi que l'inhibition intracorticale à court et à long intervalle. En fin de compte, les indices in vivo de l'excitabilité corticospinale et cortico-corticale chez l'humain peuvent être évalués par l'utilisation combinée de la stimulation magnétique transcrânienne et de l'électromyographie. En général, les personnes novices dans cette méthode peuvent éprouver des difficultés, car il peut s'avérer ardu de déduire et de comprendre les subtilités techniques de la SMT à partir d'une simple description écrite, et tenter d'apprendre par essais et erreurs lors d'expérimentations et de tests sur des sujets humains pose de nombreux obstacles, rendant difficile la démonstration des procédures.

En plus de moi, David Gus Jr., chercheur travaillant au sein de l'Institut ostéo-musculaire et neurologique de l'Ohio, participera à l'expérience. Avant de commencer l'expérience de stimulation magnétique transcrânienne (TMS), dépistez d'abord le sujet en suivant les directives de dépistage établies par l'Institut pour l'éducation et la recherche en matière de sécurité en résonance magnétique, en excluant les individus ayant des antécédents familiaux d'épilepsie ou de crises convulsives. Ensuite, placez des électrodes de surface sur les muscles FCU du sujet au niveau de l'avant-bras, en utilisant une configuration d'électrodes bipolaires.

Les électrodes doivent être placées longitudinalement au-dessus du muscle non rasé et sur une peau tressée. Placez également un bonnet roc pour marquer les emplacements de stimulation sur la tête. Demandez maintenant au sujet de s'asseoir avec le bras gauche reposant en position étendue dans un dynamomètre Biodex System Four.

Dans ce protocole, nous stimulerons le côté droit du cerveau, qui contrôle le bras gauche afin de stimuler les muscles FCR, en plaçant une bobine de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) en forme de 8 de 70 millimètres, tangentielle au cuir chevelu et orientée à 45 degrés par rapport à la ligne médiane, de sorte que le courant induit circule d'une région latérale postérieure vers une région médiale antérieure. Ensuite, déplacez légèrement la bobine TMS par de très petits incrémentations afin de déterminer l'emplacement de stimulation qui provoque le potentiel moteur évoqué le plus important pour le muscle FCR. Une fois cet emplacement identifié, marquez cette zone à l'aide d'une encre indélébile, soit sur le cuir chevelu, soit sur une coiffe similaire.

Quantifiez maintenant le seuil moteur pour le FCR en délivrant des impulsions uniques à des intensités de stimulation progressivement croissantes jusqu'à ce que les potentiels moteurs évoqués atteignent des amplitudes crête à crête supérieures à 50 microvolts dans plus de 50 % des essais. Pour examiner l'amplitude du potentiel moteur évoqué du FCR, appliquez une impulsion unique de SMT au point chaud précédemment déterminé à une intensité égale à 130 % du seuil moteur et calculez l'amplitude crête à crête. Ce résultat peut être normalisé par rapport au potentiel d'action musculaire composé maximal observé après une stimulation électrique supramaximale du nerf médian.

Lorsqu'une impulsion CMS du cortex est délivrée pendant une contraction musculaire, elle produit un potentiel moteur évoqué suivi d'une période de quiescence électrique avant la reprise de l'activité. Cela indique une inhibition cortico-corticospinale. On parle couramment de période silencieuse.

Pour quantifier la période silencieuse corticospinale du muscle fléchisseur radial du carpe (FCR), appliquez une impulsion unique de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) au point chaud à une intensité égale à 130 % du seuil moteur, tandis que le participant à l'étude effectue une contraction musculaire de flexion du poignet à 15 % de sa force maximale. Pour déterminer la facilitation intracorticale à l'aide de la SMT en double impulsion pour le muscle FCR, déterminez d'abord l'intensité du stimulus nécessaire pour évoquer un potentiel moteur compris entre 0,5 et 1 millivolt. Ensuite, appliquez une impulsion conditionnante subliminale, à 70 % du seuil moteur, 15 millisecondes avant une impulsion test supraliminale ; une impulsion conditionnante délivrée à cet intervalle de temps avant l'impulsion test augmentera, ou facilitera, l'amplitude du potentiel moteur évoqué par rapport à une impulsion unique non conditionnée de même intensité.

Ensuite, utilisez la TMS à double impulsion pour quantifier l'inhibition intracorticale à court intervalle en suivant la même procédure que celle décrite pour mesurer la facilitation intracorticale, à l'exception près que l'intervalle interstimulus entre les deux impulsions doit être réduit à trois millisecondes. L'impulsion conditionnante délivrée pendant cette période précédant l'impulsion test réduira ou inhibera l'amplitude du potentiel moteur évoqué davantage qu'une impulsion unique non conditionnée de même intensité. Pour quantifier l'inhibition intracorticale à long intervalle à l'aide de la TMS à double impulsion, délivrez deux impulsions test identiques supraliminaires séparées par 100 millisecondes.

Ici, pour le muscle FCR, le potentiel moteur évoqué associé à la deuxième impulsion sera plus faible ou davantage inhibé que celui associé à la première. Ensuite, pour la stimulation du muscle élévateur de la colonne vertébrale, placer les sujets assis sur une chaise pivotante, avec la cuisse à 90 degrés par rapport au tronc, la jambe inférieure à environ 45 degrés par rapport à la cuisse, la colonne lombaire en posture neutre et droite, et les mains posées sur les genoux pour le muscle élévateur du rachis. Pour les muscles, utiliser une disposition d'électrodes placée longitudinalement au-dessus des muscles au niveau vertébral L3-L5, sur une peau rasée et nettoyée, afin de localiser confortablement la zone de stimulation corticale du muscle élévateur du rachis.

Ici, nous utilisons des mesures anthropométriques pour identifier le vertex du crâne, trouver l'intersection du crâne dans le plan sagittal entre le nasion et l'Ian et dans le plan coronal entre le trauss, puis marquer ce point comme vertex pour stimuler les muscles érecteurs du rachis. Nous utilisons une bobine en double cône, qui offre une profondeur de pénétration plus importante et peut ainsi atteindre la représentation de ces muscles située plus profondément dans l'homunculus. Ici, la bobine est positionnée de manière à ce que le courant circule dans un sens antérieur vers postérieur.

La bobine est ici modifiée sur mesure avec un système de fixation laser afin de nous aider à repositionner ultérieurement la bobine à double cône pour déterminer le seuil moteur des muscles élévateurs de la colonne vertébrale. La méthode précédemment décrite pour le membre supérieur ne doit pas être utilisée, car la stimulation des muscles du dos n'est pas bien tolérée. Commencez plutôt le protocole de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) en délivrant une impulsion unique initiale à 50 % de la sortie maximale du stimulateur afin de déterminer si cette intensité de stimulus est supérieure ou inférieure au seuil moteur.

Pour examiner l'amplitude du potentiel moteur évoqué des muscles élévateurs de la colonne vertébrale, appliquez une seule impulsion de SMT au vertex à une intensité de 40 ou 50 % supérieure à l'intensité seuil sous-motrice. Ces potentiels moteurs évoqués ne peuvent pas être normalisés, car les nerfs périphériques innervant les muscles ES ne sont pas accessibles à la stimulation électrique. Il convient de noter que lors de la stimulation du groupe musculaire ES, plusieurs autres groupes musculaires sont également stimulés de manière visible et marquée de façon concomitante, notamment les muscles des membres inférieurs, qui sont représentés dans la même région générale de l'homoncule.

Pour utiliser la TMS à double impulsion afin de déterminer la facilitation intracorticale du groupe musculaire des muscles élévateurs de la colonne vertébrale, l'intensité de l'impulsion conditionnante doit être réglée au seuil moteur subliminal observé, soit à 40 % ou 50 % de la sortie du stimulateur, tandis que l'intensité de l'impulsion test doit être fixée à 40 % au-dessus du seuil moteur subliminal, correspondant à 80 % ou 90 % de la sortie du stimulateur. Ensuite, pour quantifier l'inhibition intracorticale à court intervalle, appliquez la même procédure que celle décrite pour mesurer la facilitation intracorticale, à l'exception du fait que l'intervalle interstimulus entre les deux impulsions doit être réduit à trois millisecondes. Une fois l'expérience terminée, aidez à retirer les électrodes et la calotte, et n'oubliez pas de remercier le sujet pour sa participation.

Les tracés EMG observés ici représentent la réponse du potentiel moteur évoqué à des intensités de stimulation croissantes, exprimées en pourcentage de la sortie du stimulateur (so). Notez qu'aux faibles intensités, de très petits PAM ont été évoqués, mais qu'à 32 % so, un PAM a été obtenu atteignant le seuil moteur. La période silencieuse est observée lorsqu'un sujet effectue une légère contraction et qu'une stimulation unique est appliquée au cortex moteur.

La première partie de la période silencieuse est due à une inhibition de la moelle épinière, et la partie ultérieure est attribuée à une inhibition corticale, spécifiquement aux récepteurs GABA B. Ici, nous observons la variation de l'amplitude des potentiels moteurs évoqués lors d'une stimulation magnétique transcrânienne en double impulsion, mesurée sur le muscle fléchisseur radial du carpe, permettant d'évaluer l'inhibition intracorticale à court intervalle, ou SICI, et la facilitation intracorticale, ou ICF. Et ici, nous voyons un exemple d'enregistrements EMG des muscles érecteurs du rachis et la mesure de l'inhibition intracorticale à court intervalle et de la facilitation intracorticale.

Enfin, voici un exemple de mesure de l'inhibition intracorticale à intervalle long, ou LICI. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment réaliser une TMS en impulsion simple et en impulsion jumelée appliquée au muscle fléchisseur radial du carpe, ainsi qu'à la musculature érectile de la colonne vertébrale. À noter que ces démonstrations sur ces groupes musculaires constituent uniquement des exemples choisis d'utilisation de la TMS pour étudier le système neuromusculaire humain.

N'oubliez pas que le travail avec des sujets humains peut exposer la santé individuelle à des risques. Il est important de s'assurer qu'il est sans danger pour une personne d'être exposée à un champ magnétique intense, et il convient toujours d'agir avec précaution lors de la réalisation de cette procédure.