Denne protokollen beskriver prosessen for å utføre en nevrofysiologisk vurdering av de nedre ekstremitetsmusklene, tibialis fremre og soleus, i stående stilling ved hjelp av TMS hos personer etter hjerneslag. Denne posisjonen gir større sannsynlighet for å fremkalle en TMS-respons etter hjerneslag og muliggjør bruk av redusert stimulatorkraft under nevrofysiologiske vurderinger.
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er et vanlig verktøy som brukes til å måle oppførselen til motorkretser i sunne og nevrologisk svekkede populasjoner. TMS brukes mye til å studere motorstyring og responsen på nevrorehabilitering av øvre ekstremiteter. TMS har imidlertid blitt mindre brukt i studiet av postural og gangspesifikk motorstyring med lavere ekstremitet. Den begrensede bruken og de ekstra metodiske utfordringene ved TMS-vurderinger med lavere ekstremitet har bidratt til mangel på konsistens i TMS-prosedyrer med lavere ekstremiteter i litteraturen. Inspirert av den reduserte evnen til å registrere TMS-motor med lavere ekstremitet fremkalte potensialer (MEP), beskriver denne metodologiske rapporten trinn for å muliggjøre TMS-vurderinger etter hjerneslag i en stående holdning. Den stående holdningen gjør det mulig å aktivere det nevromuskulære systemet, noe som reflekterer en tilstand som er mer lik systemets tilstand under posturale og gåoppgaver. Ved hjelp av to-topp kraftplater instruerte vi deltakerne om å fordele vekten likt mellom deres paretiske og ikke-paretiske ben. Det ble gitt visuelle tilbakemeldinger på deltakernes vektfordeling. Ved hjelp av bildeveiledningsprogramvare leverte vi enkle TMS-pulser via en dobbel kjeglespole til deltakernes lesjonerte og ikke-lesjonerte halvkule og målte den kortikomotoriske responsen til paretiske og ikke-paretiske tibialis fremre og soleusmuskler. Å gjøre vurderinger i stående stilling økte TMS-responsraten og tillot bruk av lavere stimuleringsintensiteter sammenlignet med standard sitte-/hvilestilling. Utnyttelse av denne TMS-protokollen kan gi en felles tilnærming for å vurdere kortikomotorisk respons etter hjerneslag når nevrorehabilitering av posturale og ganghemminger er av interesse.
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er et instrument som brukes til å måle oppførselen til nevrale kretser. De fleste TMS-undersøkelser med fokus på studiet av motorstyring/ytelse er utført i øvre ekstremiteter. Ubalansen mellom de øvre og nedre ekstremitetsstudiene skyldes blant annet de ekstra utfordringene med å måle kortikomotorisk respons (CMR) med lavere ekstremitet. Noen av disse metodologiske hindringene inkluderer de mindre kortikale representasjonene av de nedre ekstremitetsmusklene i motor cortex og den dypere plasseringen av representasjonene i forhold til hodebunnen1. I populasjoner med nevrologisk skade er det også flere hindringer til stede. For eksempel viser omtrent halvparten av individene etter hjerneslag ingen respons på TMS i ro i nedre ekstremitetsmuskler2,3. Mangelen på post-stroke respons på TMS er selv sett når pasienter opprettholde noen volitional kontroll av musklene, noe som indikerer minst en delvis intakt kortikospinal kanal.
Mangelen på målbare TMS-responser med vedlikeholdt motorisk funksjon bidrar til vår reduserte forståelse av postural og gangspesifikk motorstyring og nevrofysiologiske effekter av nevrorehabilitering. Imidlertid er noen av utfordringene med lavere ekstremitet etter hjerneslag nevrofysiologiske vurderinger blitt overvunnet. For eksempel kan en dobbel-kjegle spole brukes til pålitelig å aktivere nedre ekstremitet motoneuroner som ligger dypt i interhemispheric fissure1. Dobbeltkjeglespolen produserer et større og sterkere magnetfelt som trenger dypere inn i hjernen enn den mer brukte figuren av åtte spole4. En annen metodologisk endring som kan implementeres for å øke responsen på TMS, måler CMR under en liten frivillig sammentrekning5. Generelt utføres denne sammentrekningen på et forhåndsbestemt nivå av enten maksimalt frivillig felles dreiemoment eller maksimal elektromyografisk (EMG) muskelaktivitet. Perifer nervestimulering kan også brukes til å fremkalle en maksimal muskelrespons, og den registrerte EMG av denne responsen kan brukes til å sette målrettet frivillig aktivering av muskelen.
Å utføre TMS-vurdering etter hjerneslag under aktiv muskelkontraksjon er ganske vanlig i de øvre ekstremitetene der isometriske oppgaver kan etterligne funksjonelle aktiviteter, for eksempel å gripe / holde objekter. I motsetning oppnås turgåing gjennom bilateral aktivering av flere muskelgrupper via kortikale, subkortiske og ryggmargsstrukturer og krever postural muskelaktivering for å motstå effekten av tyngdekraften. Denne aktiveringstilstanden gjenspeiles sannsynligvis ikke når du måler isolerte muskler som produserer en isometrisk sammentrekning. Flere tidligere studier rettet mot å forstå postural og gangspesifikk motorstyring har levert TMS-pulser mens deltakerne gikk6,7,8 ogstående 9,10,11,12,13,14,15 . Målingen av CMR i oppreist stilling gjør det mulig å aktivere posturale muskler og subkortiske komponenter i posturale og gangmotorstyringsnettverk. Til dags dato har det ikke vært noen rapporter om å utføre stående TMS-vurderinger hos enkeltpersoner etter hjerneslag.
Denne studien foreslår en standardisert metodikk, bygget på den eksisterende litteraturen av stående TMS-metoder6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, for stående TMS-vurdering av CMR etter hjerneslag. Denne metodikken kan benyttes av forskningsgrupper som studerer, men ikke begrenset til, posturale underskudd og gangspesifikk motorisk kontroll etter hjerneslag og etablerer større konsistens av TMS-prosedyrer. Hensikten med denne metodologiske undersøkelsen var å avgjøre om stående TMS-vurderinger er gjennomførbare hos personer etter hjerneslag med moderate ganghemminger. Vi antok at å utføre vurderinger i stående stilling ville 1) øke sannsynligheten for å fremkalle en målbar respons (motorindusert potensial, MEP) og 2) at stimulatorkraften / intensiteten som brukes til å utføre stående TMS-vurderinger, ville være lavere enn for de vanligvis utførte sitte- / hvilevurderingene. Vi tror at vellykket gjennomføring og utbredt bruk av denne protokollen kan føre til en større forståelse av de nevrofysiologiske aspektene ved postural postural og gangspesifikk motorisk kontroll og effekten av nevrorehabilitering.
Den eksperimentelle protokollen ble godt tolerert av de fleste deltakerne. En person var ikke i stand til å fullføre den stående TMS-evalueringen på grunn av eksisterende decubitus sår sekundært til diabetiske komplikasjoner og ortopediske problemer som involverer eksisterende knesmerter. Mengden lasting / lossing av kroppsvekt fra beina var minimal. Imidlertid var det i gjennomsnitt en litt større nedadgående kraft målt under påføring av TMS-pulsene. Dette skyldes sannsynligvis vekten av spolen og det nedadg?…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å anerkjenne Mr. Brian Cence og Mrs. Alyssa Chestnut for deres bidrag til deltakerrekruttering og datainnsamling.
Støtten til dette prosjektet ble delvis gitt av en teknisk utviklingspris fra NIH National Center for Neuromodulation for Rehabilitation (NM4R) (HD086844) og av Veteran’s Affairs Rehabilitation Research and Development Career Development Award 1 (RX003126) og Merit Award (RX002665).
Innholdet i denne rapporten representerer ikke synspunktene til det amerikanske veterandepartementet, US National Institutes of Health eller USAs regjering.
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 |