Gebruik te maken van Transcranial Magnetic Stimulation aan de Human neuromusculaire systeem Study

Het algemene doel van deze procedure is het uitvoeren van transcraniale magnetische stimulatie om motorisch opgewekte potentialen op te wekken. Eerst in de musculus flexor carpi radialis en vervolgens in de musculus erector spinae. Dit wordt bereikt door eerst de huid boven de betreffende spieren voor te bereiden voor elektromyografische registraties en de proefpersoon biomechanisch te positioneren voor de transcraniale magnetische stimulatie.

De hotspot wordt geïdentificeerd als het deel van de stimulatieplaats boven de motorische cortex dat de grootste motorisch opgewekte potentialen teweegbrengt. De volgende stap is het bepalen van de motorische drempel. Op dit punt wordt single-pulse transcraniële magnetische stimulatie uitgevoerd om de amplitude van het motorisch opgewekte potentiaal en de duur van de stille periode te kwantificeren.

Paired-pulse transcraniële magnetische stimulatie wordt ook uitgevoerd om intracorticale facilitatie en intracorticale inhibitie met korte en lange intervallen te kwantificeren. Uiteindelijk kunnen in vivo-indicatoren van corticospinale en corticocorticale exciteerbaarheid bij mensen worden beoordeeld via gecombineerd gebruik van transcraniële magnetische stimulatie en electromyografie. Over het algemeen kunnen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat het lastig kan zijn om de subtiele technische aspecten van TMS enkel uit een schriftelijke beschrijving af te leiden en te begrijpen; bovendien brengt het simpelweg proberen te leren via een trial-and-errorbenadering bij experimenten met en testen van menselijke proefpersonen veel moeilijkheden en uitdagingen met zich mee bij het demonstreren van de procedures.

Naast mijzelf zal David Gus Jr. aanwezig zijn, een onderzoeker werkzaam bij het Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute. Screen de proefpersoon vóór aanvang van het TMS-experiment volgens de screeningsrichtlijnen van het Institute for Magnetic Resonance Safety Education and Research en sluit personen met een familiegeschiedenis van epilepsie of insulten uit. Plaats vervolgens oppervlakte-elektroden over de FCR-spieren van de onderarm van de proefpersoon met behulp van een bipolaire elektrodeconfiguratie.

De elektroden moeten longitudinaal over de ongeschoren spier en een gevlochten huid worden geplaatst. Plaats daarnaast een ROC-kap om de stimulatiepunten op het hoofd te markeren. Laat de proefpersoon vervolgens gaan zitten met de linkerarm in een gestrekte positie rustend in een Biodex system four dynamometer.

In dit protocol stimuleren we de rechterzijde van de hersenen, die de linkerarm aanstuurt, om de FCR-spieren te stimuleren. Plaats een 70 millimeter figuur-8 TMS-spoel tangentieel aan de hoofdhuid en in een hoek van 45 graden ten opzichte van de middellijn, zodat de geïnduceerde stroom in een latero-posterieure naar medio-anterieure richting vloeit. Verplaats vervolgens de TMS-spoel subtiel in zeer kleine stappen om de stimulatielocatie te bepalen die het grootste motorisch geëvoceerd potentiaal voor de FCR-spier oproept. Zodra deze is gelokaliseerd, wordt dit gebied met onuitwisbare inkt op de hoofdhuid of een passende kap gemarkeerd.

Kwantificeer nu de motorische drempel voor de FCR door enkelvoudige pulsen af te geven bij geleidelijk toenemende stimulatierintensiteiten, totdat de motorisch opgewekte potentialen een piek-tot-piekamplitude van meer dan 50 microvolts hebben in meer dan 50% van de trials. Om de amplitude van het motorisch opgewekte potentiaal van de FCR te onderzoeken, wordt een enkelvoudige TMS-puls afgegeven op de eerder bepaalde hotspot met een intensiteit gelijk aan 130% van de motorische drempel, waarna de piek-tot-piekamplitude wordt berekend. Deze uitkomst kan worden genormaliseerd ten opzichte van het maximale samengestelde spiervezelactiepotentiaal dat is waargenomen na supramaximale elektrische stimulatie van de nervus medianus.

Wanneer een CMS-puls van de cortex wordt toegediend tijdens spiercontractie, produceert dit een gemodificeerd motorisch potentiaal, gevolgd door elektrische quiescentie voordat de activiteit hervat. Dit is indicatief voor cortico-corticospinale inhibitie. Dit wordt algemeen aangeduid als de silent period.

Om de corticospinale stille periode van de FCR te kwantificeren, wordt een enkele TMS-puls afgegeven op de hotspot met een intensiteit gelijk aan 130% van de motorische drempelwaarde, terwijl de proefpersoon een spiercontractie van polsflexie uitvoert op 15% van de maximale kracht. Om de intracorticale facilitatie voor de FCR-spier te bepalen met gepaarde-puls TMS, wordt eerst de stimulusintensiteit vastgesteld die nodig is om een motorisch geëvoceerd potentiaal op te wekken dat tussen 0,5 en 1 millivolt ligt. Vervolgens wordt een sub-drempelwaarde conditioneringspuls, 70% van de motorische drempelwaarde, 15 milliseconden vóór een supra-drempelwaarde testpuls afgegeven; een conditioneringspuls die in deze periode vóór de testpuls wordt afgegeven, zal de amplitude van het motorisch geëvoceerde potentiaal meer verhogen of faciliteren dan een enkele ongeconditioneerde puls van dezelfde intensiteit.

Gebruik vervolgens gepaarde-puls TMS om de kort-interval intracorticale inhibitie te kwantificeren met dezelfde procedure als beschreven voor het meten van intracorticale facilitatie, met uitzondering van het feit dat het interstimulusinterval tussen de twee pulsen moet worden teruggebracht naar 3 ms. De conditionerende puls die in deze tijdsperiode vóór de testpuls wordt toegediend, zal de amplitude van het motorisch geëvoceerd potentiaal sterker verminderen of inhiberen dan een enkele ongeconditioneerde puls van dezelfde intensiteit. Om de lang-interval intracorticale inhibitie met behulp van gepaarde-puls TMS te kwantificeren, worden twee identieke supradrempelwaarde-testpulsen toegediend die 100 ms van elkaar gescheiden zijn.

Hier zal voor de FCR-spier het motorisch opgewekt potentiaal geassocieerd met de tweede puls kleiner zijn of sterker worden geremd dan dat geassocieerd met de eerste. Volgende. Laat de proefpersonen voor de stimulatie van de mus erector spinae zitten in een draistoel met het dijbeen in een hoek van 90 graden ten opzichte van de romp, het onderbeen in ongeveer 45 graden ten opzichte van het dijbeen, de lumbale wervelkolom in een neutrale rechtopstaande houding en de hand rustend in de schoot voor de mus erector spinae. Gebruik voor de spieren een elektrodeopstelling die longitudinaal over de spieren is geplaatst op het wervelniveau L3 L5 op geschoren en geprepareerde huid om op een comfortabele manier de locatie voor corticale stimulatie van de mus erector spinae te bepalen.

Hier gebruiken we antropometrische metingen om het vertex van de schedel te identificeren, het snijpunt van de schedel in het sagittale vlak tussen het nasion en het inion en het coronale vlak tussen de trauss te vinden en dit te markeren als het vertex om de m. erector spinae te stimuleren. Er wordt een dubbele kegelvormige spoel gebruikt, die een grotere penetratiediepte heeft en daardoor de representatie van deze spieren dieper in de homunculus kan bereiken. Hier is de spoel zodanig gepositioneerd dat de stroom in een anterieur-posterieure richting vloeit.

De spoel is hier aangepast met een laserbevestigingssysteem om ons te helpen bij het subsequent herpositioneren van de dubbele kegelvormige spoel om de motorische drempel voor de musculus erector spinae te bepalen. De eerder gedemonstreerde methode voor de bovenste ledematen mag niet worden gebruikt, aangezien stimulatie van de rugspieren niet goed wordt getolereerd. Begin het TMS-protocol in plaats daarvan met het afgeven van een initiële enkele puls op 50% van de maximale stimulatoroutput om vast te stellen of deze stimulusintensiteit boven of onder de motorische drempel ligt.

Om de amplitude van het motorisch geëvoceerde potentiaal van de m. erector spinae te onderzoeken, wordt een enkele TMS-puls toegediend op de vertex met een intensiteit van 40 of 50% boven de submotorische drempelintensiteit. Deze motorisch geëvoceerde potentialen kunnen niet worden genormaliseerd, omdat de perifere zenuwen die de ES-spieren innerveren niet toegankelijk zijn voor elektrische stimulatie. Er moet op worden gemerkt dat bij stimulatie van de ES-spiergroep ook verschillende andere spiergroepen gelijktijdig zichtbaar en drastisch worden gestimuleerd, waaronder de spieren van de onderste extremiteit, die binnen dezelfde algemene regio van de homunculus zijn vertegenwoordigd.

Om gepaarde-puls-TMS te gebruiken voor het bepalen van de intracorticale facilitatie voor de musculus erector spinae-spiergroep, moet de intensiteit van de conditioneringspuls worden ingesteld op de waargenomen submotorische drempel. Deze intensiteit bedraagt 40% of 50% van de output van de stimulator, en de intensiteit van de testpuls moet worden ingesteld op 40% boven het submotorische drempelniveau, wat neerkomt op 80% of 90% van de output van de stimulator. Om vervolgens de intracorticale inhibitie met kort interval te kwantificeren, dient dezelfde procedure te worden gevolgd als beschreven voor het meten van de intracorticale facilitatie, met als uitzondering dat het interstimulusinterval tussen de twee pulsen moet worden teruggebracht naar drie milliseconden. Wanneer het experiment is voltooid, help dan bij het verwijderen van de elektroden en de cap en bedank de proefpersoon voor de deelname.

De hier getoonde EMG-sporen representeren de motorisch opgewekte potentiaalrespons op geleidelijk toenemende stimulusintensiteiten, weergegeven als een percentage van de maximale stimulatoroutput (so). Merk op dat er bij de lagere intensiteiten zeer kleine MEP's werden opgewekt, maar dat er bij 32%so een MEP werd opgewekt die de motorische drempel bereikte. De stille periode wordt waargenomen wanneer een proefpersoon een lichte contractie uitvoert en er een enkele stimulus op de motorische cortex wordt toegepast.

Het eerste deel van de stille periode is te wijten aan inhibitie van het ruggenmerg, en het laatste deel wordt toegeschreven aan corticale inhibitie, specifiek aan GABA B-receptoren. Hier zien we de verandering in de grootte van de motorisch opgewekte potentialen bij gepaarde-puls TMS van de FCR-spier; de meting van de short-interval intracorticale inhibitie (SICI) en de intracorticale facilitatie (ICF) is zichtbaar. En hier zien we een voorbeeld van EMG-sporen van de m. erector spinae en de meting van short-interval intracorticale inhibitie en intracorticale facilitatie.

Ten slotte zien we hier een voorbeeldmeting van long interval intracortical inhibition of LICI. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe single pulse en paired pulse TMS moeten worden uitgevoerd, zoals toegepast op de musculus flexor carpi radialis, evenals de musculus erector spinae. Merk op dat deze demonstraties in deze spiergroepen slechts geselecteerde voorbeelden zijn van TMS dat wordt gebruikt om het menselijke neuromusculaire systeem te bestuderen.

Vergeet niet dat werken met menselijke proefpersonen de gezondheid van individuen in gevaar kan brengen. Het is belangrijk om vast te stellen of het veilig is voor een persoon om aan een sterk magnetisch veld te worden blootgesteld, en er moet altijd voorzichtigheid in acht worden genomen bij het uitvoeren van deze procedure.