JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Protocol
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Automatische Übersetzung
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medizin

ניצול גירוי מגנטי Transcranial לחקר מערכת Neuromuscular האדם

Published: January 20, 2012
doi:
10.3791/3387
, ,
1Ohio Musculoskeletal and Neurological Institute (OMNI) and the Department of Biomedical Sciences,Ohio University

Summary

גירוי מגנטי Transcranial (TMS) הוא כלי פולשני לקבל תובנות על הפיזיולוגיה והתפקוד של מערכת העצבים האנושית. כאן, אנו מציגים טכניקות TMS שלנו ללמוד רגישות קליפת המוח של הגפה העליונה שרירי הגב התחתון.

Abstract

גירוי מגנטי Transcranial (TMS) כבר בשימוש במשך יותר מ -20 שנה 1, גדלה במהירות בעשור האחרון בפופולריות. בעוד השימוש TMS התרחב המחקר של מערכות ותהליכים רבים במהלך הזמן הזה, את הבקשה המקורית, ואולי אחד השימושים הנפוצים ביותר של TMS כרוכה בלימוד, פיזיולוגיה פלסטיות והתפקוד של המערכת התוקפת בני אדם. TMS הדופק יחיד להחיל את הקורטקס המוטורי שמרגש עצב פירמידליים transsynaptically 2 (איור 1) ואת התוצאות בתגובה electromyographic מדידים שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד להעריך את היושרה ואת רגישות בדרכי corticospinal בבני אדם 3. בנוסף, ההתקדמות גירוי מגנטי עכשיו מאפשר חלוקה של עירור קורטיקלי לעומת השדרה 4,5. לדוגמה, זיווג, הדופק TMS ניתן להשתמש כדי להעריך את המאפיינים ואת facilitatory מעכבות intracortical על ידי שילוב של מצבing הגירוי גירוי הבדיקה במרווחים שונים interstimulus 3,4,6-8. במאמר זה הווידאו נדגים את ההיבטים המתודולוגיים והטכניים של טכניקות אלה. באופן ספציפי, נדגים הדופק יחיד ו לזווג הדופק טכניקות TMS כפי שהוחל על Carpi מכופף radialis (FCR) שרירים, כמו גם את תפקידם ספינאה (ES) השרירים. במעבדה שלנו מחקרים השריר FCR כפי שהוא עניין במחקר שלנו על ההשפעות של חוסר תנועה היד יד יצוק על ביצועי השריר מופחת 6,9, ואנחנו המחקר השרירים ES בשל הרלוונטיות שרירים אלו קליני כפי שהוא מתייחס כאבי גב תחתון 8. עם זאת כאמור, יש לציין כי TMS שימש ללמוד שרירים רבים של היד ביד, ואת הרגליים, וצריך לחזר כי ההפגנות שלנו FCR ואת קבוצות השרירים ES נבחרו רק דוגמאות של TMS בשימוש ללמוד את התוקפת אדם המערכת.

Protocol

1. TMS יחיד מותאמים-Pulse של שרירי FCR ו ES בטיחות אמצעי זהירות בסיסיים: לפני ביצוע TMS בנושא אדם יש צורך המסך הראשון בהם אמצעי בטיחות בסיסיים כפי שהוא נוגע חשיפה לשדה מגנטי. במעבדה שלנו אנו פעל בהתאם להנחיות ההקרנה שנ?…

Discussion

המטרה הכללית של מאמר זה היא לספק מדענים ורופאים חשבון החזותי של המעבדות שלנו לשימוש של גירוי מגנטי transcranial. זאת, בנוסף מתן להדמיה של ניסויים אלה, להלן נדון בסוגיות בסיסיות שיש להביא בחשבון בעת ​​ביצוע TMS באופן זה, לספק סקירה קצרה של הפיזיולוגיה של התגובות TMS, וגם לדון ה…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו מומנה בחלקה על ידי מענק מטעם יסודות מורשת אוסטאופתי לפני הספירה קלארק. אנחנו רוצים מדינה תודה מיוחדת על מריסה גינלי על עזרתה ביצירת רבים של גרפיקה דמות.

Materials

Name of the Equipment Company Catalogue number Comments (optional)
Transcranial Magnetic Stimulator 2002
Transcranial Magnetic Stimulator Bi-Stim2
Figure-Eight 70-mm coil
Double Cone Coil		 The Magstim Company NA TMS equipment (including coils)
Biodex System 4 Biodex NA Dynamometer
Biopac MP150 Data Acquisition System Biopac MP150WSW A-D converter for EMG and force
AcqKnowledge 4.0 Data acquisition software Biopac ACK100W  
Nikomed Trace 1 ECG electrodes Nikomed 2015 EMG electrodes
Constant Current Stimulator Digitimer DS7A Peripheral nerve stimulator
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 1, 1106-1107 (1985).
  2. Werhahn, K. J., et al. The effect of magnetic coil orientation on the latency of surface EMG and single motor unit responses in the first dorsal interosseous muscle. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 93, 138-146 (1994).
  3. Kobayashi, M., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation in neurology. Lancet. Neurol. 2, 145-156 (2003).
  4. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. J. Physiol. 586, 325-351 (2008).
  5. Taylor, J. L. Stimulation at the cervicomedullary junction in human subjects. Journal of Electromyography and Kinesiology: Official Journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology. 16, 215-223 (2006).
  6. Clark, B. C., Taylor, J. L., Hoffman, R. L., Dearth, D. J., Thomas, J. S. Cast immobilization increases long-interval intracortical inhibition. Muscle & Nerve. 42, 363-372 (2010).
  7. McGinley, M., Hoffman, R. L., Russ, D. W., Thomas, J. S., Clark, B. C. Older adults exhibit more intracortical inhibition and less intracortical facilitation than young adults. Exp. Gerontol. 45, 671-678 (2010).
  8. Goss, D. A., Thomas, J. S., Clark, B. C. Novel methods for quantifying neurophysiologic properties of the human lumbar paraspinal muscles. Journal of Neuroscience Methods. 194, 329-335 (2011).
  9. Clark, B., Issac, L. C., Lane, J. L., Damron, L. A., Hoffman, R. L. Neuromuscular plasticity during and following 3-weeks of human forearm cast immobilization. J. Appl. Physiol. 105, 868-878 (2008).
  10. Clark, B. C., Issac, L. C., Lane, J. L., Damron, L. A., Hoffman, R. L. Neuromuscular plasticity during and following 3 wk of human forearm cast immobilization. J. Appl. Physiol. 105, 868-878 (2008).
  11. Brasil-Neto, J. P., et al. Optimal focal transcranial magnetic activation of the human motor cortex: effects of coil orientation, shape of the induced current pulse, and stimulus intensity. J. Clin. Neurophysiol. 9, 132-136 (1992).
  12. Damron, L. A., Dearth, D. J., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 173, 121-128 (2008).
  13. McGinley, M. P., Clark, B. C. Transcranial magnetic stimulation and the human neuromuscular system. Horizons in Neuroscience Research. , (2012).
  14. Damron, L. A., Hoffman, R. L., Dearth, D. J., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic brain stimulation. J. Neurosci. Methods. 173, 121-128 (2008).
  15. Clark, B. C., Quick, A. Exploring the pathophysiology of Mal de Debarquement. J. Neurol. 258, 1166-1168 (2011).
  16. Ortu, E., Deriu, F., Suppa, A., Tolu, E., Rothwell, J. C. Effects of volitional contraction on intracortical inhibition and facilitation in the human motor cortex. J. Physiol. 586, 5147-5159 (2008).
  17. Dishman, J. D., Greco, D. S., Burke, J. R. Motor-evoked potentials recorded from lumbar erector spinae muscles: a study of corticospinal excitability changes associated with spinal manipulation. J. Manipulative. Physiol. Ther. 31, 258-270 (2008).
  18. Kuppuswamy, A. Cortical control of erector spinae muscles during arm abduction in humans. Gait. Posture. 27, 478-484 (2008).
  19. Strutton, P. H., Theodorou, S., Catley, M., McGregor, A. H., Davey, N. J. Corticospinal excitability in patients with chronic low back pain. J. Spinal. Disord. Tech. 18, 420-424 (2005).
  20. Taniguchi, S., Tani, T. Motor-evoked potentials elicited from human erector spinae muscles by transcranial magnetic stimulation. Spine (Philadelphia. 24, 154-157 (1999).
  21. Taniguchi, S., Tani, T., Ushida, T., Yamamoto, H. Motor evoked potentials elicited from erector spinae muscles in patients with thoracic myelopathy. Spinal. Cord. 40, 567-573 (2002).
  22. O’Connell, N. E., Maskill, D. W., Cossar, J., Nowicky, A. V. Mapping the cortical representation of the lumbar paravertebral muscles. Clin. Neurophysiol. 118, 2451-2455 (2007).
  23. Maeda, F., Pascual-Leone, A. Transcranial magnetic stimulation: studying motor neurophysiology of psychiatric disorders. Psychopharmacology (Berl). 168, 359-376 (2003).
  24. Ziemann, U. TMS and drugs. Clin. Neurophysiol. 115, 1717-1729 (2004).
  25. Tergau, F., et al. Complete suppression of voluntary motor drive during the silent period after transcranial magnetic stimulation. Exp. Brain. Res. 124, 447-454 (1999).
  26. Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Clin. Neurophysiol. 115, 255-266 (2004).
  27. Iles, J. F., Pisini, J. V. Cortical modulation of transmission in spinal reflex pathways of man. J. Physiol. 455, 425-446 (1992).
  28. Gandevia, S. C., Petersen, N., Butler, J. E., Taylor, J. L. Impaired response of human motoneurones to corticospinal stimulation after voluntary exercise. J. Physiol. 521 (Pt. 3), 749-759 (1999).
  29. Hallett, M. Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron. 55, 187-199 (2007).
  30. Damron, L. A., Dearth, D. J., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Quantification of the corticospinal silent period evoked via transcranial magnetic stimulation. J. Neurosci. Methods. 173, 121-128 (2008).
  31. Cantello, R. Applications of transcranial magnetic stimulation in movement disorders. J. Clin. Neurophysiol. 19, 272-293 (2002).
  32. Chen, R. The clinical diagnostic utility of transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin. Neurophysiol. 119, 504-532 (2008).
  33. Edwards, M. J., Talelli, P., Rothwell, J. C. Clinical applications of transcranial magnetic stimulation in patients with movement disorders. Lancet. Neurol. 7, 827-840 (2008).
  34. Terao, Y., Ugawa, Y. Basic mechanisms of TMS. J. Clin. Neurophysiol. 19, 322-343 (2002).
  35. McDonnell, M. N., Orekhov, Y., Ziemann, U. The role of GABA(B) receptors in intracortical inhibition in the human motor cortex. Exp. Brain. Res. 173, 86-93 (2006).
  36. Perez-de-Sa, V., et al. High brain tissue oxygen tension during ventilation with 100% oxygen after fetal asphyxia in newborn sheep. Pediatr. Res. 65, 57-61 (2009).
  37. Anand, S., Hotson, J. Transcranial magnetic stimulation: neurophysiological applications and safety. Brain. Cogn. 50, 366-386 (2002).
  38. Chen, R. Depression of motor cortex excitability by low-frequency transcranial magnetic stimulation. Neurology. 48, 1398-1403 (1997).
  39. Tokay, T., Holl, N., Kirschstein, T., Zschorlich, V., Kohling, R. High-frequency magnetic stimulation induces long-term potentiation in rat hippocampal slices. Neurosci. Lett. 461, 150-154 (2009).
  40. Taylor, J. L., Gandevia, S. C. Noninvasive stimulation of the human corticospinal tract. J. Appl. Physiol. 96, 1496-1503 (2004).
  41. Martin, P. G., Hudson, A. L., Gandevia, S. C., Taylor, J. L. Reproducible measurement of human motoneuron excitability with magnetic stimulation of the corticospinal tract. J. Neurophysiol. 102, 606-613 (2009).
  42. Cohen, L. G., Bandinelli, S., Findley, T. W., Hallett, M. Motor reorganization after upper limb amputation in man. A study with focal magnetic stimulation. Brain. 114 (Pt. 114 1B), 615-627 (1991).
  43. Penfield, W., Boldrey, E. Somatic motor and sensory representation in cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain. 60, 389-443 (1937).
  44. Sohn, Y. H., Hallett, M. Motor evoked potentials. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 15, 117-131 (2004).
  45. Thickbroom, G. W., Mastagliam, F. L., Pascual-Leone, A. . Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. , (2002).
  46. Wolf, S. L., Butler, A. J., Alberts, J. L., Kim, M. W. Contemporary linkages between EMG, kinetics and stroke rehabilitation. J. Electromyogr. Kinesiol. 15, 229-239 (2005).
  47. Butler, A. J., Wolf, S. L. Putting the brain on the map: use of transcranial magnetic stimulation to assess and induce cortical plasticity of upper-extremity movement. Phys. Ther. 87, 719-736 (2007).
  48. Curra, A. Transcranial magnetic stimulation techniques in clinical investigation. Neurology. 59, 1851-1859 (2002).
  49. Nudo, R. J. Plasticity. NeuroRx. 3, 420-427 (2006).
  50. Rossini, P. M., Dal Forno, G. Integrated technology for evaluation of brain function and neural plasticity. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am. 15, 263-306 (2004).
  51. Lefaucheur, J. P. Methods of therapeutic cortical stimulation. Neurophysiol. Clin. 39, 1-14 (2009).
  52. Tyvaert, L., et al. The effect of repetitive transcranial magnetic stimulation on dystonia: a clinical and pathophysiological approach. Neurophysiol. Clin. 36, 135-143 (2006).
  53. Webster, B. R., Celnik, P. A., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation in stroke rehabilitation. NeuroRx. 3, 474-481 (2006).

Tags

Transcranial Magnetic StimulationTMSHuman Neuromuscular SystemPyramidal NeuronsElectromyographic ResponseCorticospinal TractIntracortical Facilitatory And Inhibitory PropertiesFlexor Carpi RadialisErector SpinaeWrist-hand Cast Immobilization

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Goss, D. A., Hoffman, R. L., Clark, B. C. Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System. J. Vis. Exp. (59), e3387, doi:10.3791/3387 (2012).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image