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

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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-Reflexwerten^3-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 vermittelt^wird 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.

Protocol

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 Screening des Subjekts. Untersuchen Sie die Person auf intrakranielle Implantate, Epilepsie, Anfälle in der Vorgeschichte und Schwangerschaft. Ve…

Representative Results

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…

Discussion

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…

Materials

Alcohol pads	Medline		Preparation with 70% isopropyl alcohol
Conductive gel	Weaver and Company		Used on the electrode
Echo Pinch	JTECH medical	0902A302	Digital dynamometer.
Mega-EMG	Soterix Medical	NS006201	Digital multiple channel EMG with built in software.
MEGA-TMS coil	Soterix Medical	NS063201	8 shaped TMS coil
Mega-TMS stimulator	Soterix Medical	6990061	Single Pulse TMS
Neuro-MEP.NET	Soterix Medical		EMG software used to analyse the muscles eletrical activity.
Swim cap	Kiefer