脳卒中後の下肢筋の神経生理学的評価
Summary
このプロトコルは、脳卒中後の人々においてTMSを用いた立ち位置における下肢筋、脛節前およびソレウスの神経生理学的評価を行うプロセスを説明する。この位置は、脳卒中後のTMS応答を引き出す可能性が高く、神経生理学的評価中に刺激力を低下させる。
Abstract
経頭蓋磁気刺激(TMS)は、健康で神経学的に障害のある集団における運動回路の挙動を測定するために使用される一般的なツールです。TMSは、運動制御および上肢の神経リハビリテーションへの応答を研究するために広く使用されています。しかし、TMSは下肢姿勢と歩行特異的な運動制御の研究ではあまり利用されていません。下肢TMS評価の限定的な使用と追加の方法論的課題は、文献内の下肢TMS手順における一貫性の欠如に寄与している。低い四肢TMSモータ呼び起電度(MEP)を記録する能力の低下に触発され、この方法論的レポートは、立っている姿勢で脳卒中後のTMS評価を可能にするステップを詳述しています。立ち姿勢は、姿勢および歩行作業中にシステムの状態に似た状態を反映して、神経筋系の活性化を可能にする。デュアルトップフォースプレートを使用して、パレティック脚と非パレティック脚の間で体重を均等に分配するよう参加者に指示しました。参加者の体重分布の視覚的フィードバックを提供した。画像誘導ソフトウェアを用いて、ダブルコーンコイルを介して単一のTMSパルスを参加者の病変および非病変半球に送達し、パレティックおよび非パレティック・ティシアリス前筋肉およびソレウス筋のコルチコ運動応答を測定した。立ち位置で評価を行うことで、TMS応答速度が上昇し、標準の座り/休養位置と比較して低刺激強度を使用することができました。このTMSプロトコルの利用は、姿勢障害および歩行障害の神経リハビリテーションが関心がある場合に、脳卒中後の下肢コルチコ運動応答を評価するための共通のアプローチを提供することができる。
Introduction
経頭蓋磁気刺激(TMS)は、神経回路の挙動を測定するために使用される装置です。モータ制御/性能の研究に焦点を当てたTMS調査の大半は、上肢で行われています。上肢と下肢の間の不均衡は、下肢コルチコ運動応答(CMR)を測定する際の追加の課題の一部によるものです。これらの方法論的障害のいくつかは、運動皮質内の下肢筋のより小さな皮質表現および頭皮1に対する表現のより深い位置を含む。神経損傷を有する集団では、追加のハードルも存在する。例えば、脳卒中後の約半数は、下肢筋2,3において安静時のTMSに対する応答を示さない。TMSに対する脳卒中後の応答の欠如は、患者が筋肉の何らかの意志制御を維持する場合にも見られ、少なくとも部分的に無傷のコルチコ脊髄管を示す。
運動機能を維持した測定可能なTMS応答の欠如は、脳卒中後の姿勢および歩行特異的な運動制御と神経リハビリテーションの神経生理学的効果に対する理解の低下に寄与する。しかし、脳卒中後の神経生理学的評価の下肢の課題のいくつかは克服されてきた。例えば、二重コーンコイルを使用して、半球裂目1の深部に位置する下肢モトニューロンを確実に活性化することができる。ダブルコーンコイルは、より一般的に使用される8個のコイル4よりも脳の奥深くに浸透するより大きく、より強い磁場を生成します。TMSに対する応答性を高めるために実施できるもう一つの方法論的変化は、わずかな自主的収縮5の間にCMRを測定する。一般的に、この収縮は、最大自主関節トルクまたは最大電気的筋電図(EMG)筋肉活性のいずれかの所定のレベルで行われる。末梢神経刺激はまた、最大の筋肉応答を引き出すために使用することができ、この応答の記録されたEMGは、筋肉の標的自発的活性化を設定するために使用することができる。
アクティブな筋肉収縮中に脳卒中後のTMS評価を行うことは、等角線タスクが機能的な活動(例えば、物体の把握/保持)を模倣することができる上肢でかなり一般的です。対照的に、歩行は皮質、皮質下、および脊髄構造を介して複数の筋肉群の両側活性化を通じて達成され、重力の影響に抵抗するために姿勢筋活性化を必要とする。この活性化状態は、アイソメトリック収縮を生じる単離された筋肉を測定する際には反映されない可能性が高い。姿勢と歩行特異的な運動制御を理解するために向けられたいくつかの以前の研究は、参加者が6、7、8および立っている9、10、11、12、13、14、15を歩いている間にTMSパルスを提供しました.直立位置におけるCMRの測定は、姿勢および歩行運動制御ネットワークの姿勢筋および皮質下の構成要素の活性化を可能にする。現在までに、脳卒中後の個人で立ち位置TMS評価を行ったという報告はない。
この研究は、CMRポストストロークの立ちTMS評価のために、立っているTMSメソッド6、7、8、9、10、11、12、13、14、15の既存の文献体に基づいて構築された標準化された方法論を提案する。この方法論は、姿勢欠損および歩行特異的運動制御後の研究グループによって利用され、TMS手順のより大きな一貫性を確立する。この方法論的調査の目的は、中等度の歩行障害を有する脳卒中後の個人において、立ち位置TMS評価が可能かどうかを判断することであった。我々は、立ち位置で評価を行うことは、1)測定可能な応答(運動誘発電位、MEP)を引き出す可能性を高め、2)立ちTMS評価を行うために使用される刺激器の力/強度は、通常行われた座り/休息評価のそれよりも低くなると仮定した。このプロトコルの完成と普及は、脳卒中後の姿勢および歩行特異的運動制御の神経生理学的側面と神経リハビリテーションの影響をより深く理解することにつながる可能性があると考えています。
Protocol
Representative Results
Discussion
実験プロトコルは、ほとんどの参加者によって十分に許容されていました。1人の個体は、既存の膝の痛みを伴う糖尿病性合併症および整形外科の問題に二次的に存在する褥瘡潰瘍のために立ち上がったTMS評価を完了することができなかった。脚からの体重の積み降ろし量は最小限でした。しかし、TMSパルスの適用中に測定された、平均してわずかに大きな下向きの力があった。これは、頭皮…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、ブライアン・シンス氏とアサ・チェスナット夫人が参加者の採用とデータ収集に貢献したことを認めたい。
このプロジェクトの資金は、NIH国立リハビリテーション神経変調センター(HD086844)の技術開発賞と、ベテラン事務リハビリテーション研究開発キャリア開発賞1(RX003126)と功労賞(RX002665)によって提供されました。
この報告書の内容は、米国退役軍人省、米国国立衛生研究所、または米国政府の見解を表すものではありません。
Materials
| Data Acquisition Software | MathWorks | MatLab | The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal) |
| Double-cone coil | Magstim | D110 | Double-cone coil for TMS pulse delivery |
| Dual force plate | Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) | Dual-top Accusway | Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently. |
| Dual-pulse TMS | Magstim | Bistim 200 | Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications |
| EMG pre-amplifiers | Motion Labs Inc | MA-422 | Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes |
| EMG system | Motion Labs Inc | MA400 | EMG system for data collection |
| Neuronavigation System | Rogue Research | Brainsight | Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software. |
| Recruitment Database | N/A | N/A | Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies. |
| TMS unit (x2) | Magstim | Magstim 200 | Delivers TMS pulses |
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