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Neuroscience

Medición del período de silencio contralateral inducido por la estimulación magnética transcraneal de pulso único para investigar la inhibición corticoespinal M1

Published: August 23, 2022 doi: 10.3791/64231
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 3,4, 1
1Neuromodulation Center and Center for Clinical Research Learning, Spaulding Rehabilitation Hospital and Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 2Universidad de Investigación para la Generación y Síntesis de Evidencia en Salud, Universidad San Ignacio de Loyola, 3Research and Development, Soterix Medical, 4City College of New York

Summary

La evaluación del período de silencio contralateral (cSP) es un biomarcador prometedor para indexar la excitabilidad cortical y la respuesta al tratamiento. Demostramos un protocolo para evaluar cSP destinado a estudiar la inhibición corticoespinal M1 de miembros superiores e inferiores.

Abstract

El período de silencio contralateral (cSP) es un período de supresión en la actividad muscular eléctrica de fondo capturada por electromiografía (EMG) después de un potencial evocado motor (MEP). Para obtener esto, un MEP es provocado por un pulso de estimulación magnética transcraneal (TMS) supraumbral entregado a la corteza motora primaria (M1) del músculo objetivo seleccionado, mientras que el participante proporciona una contracción muscular diana voluntaria estandarizada. El cSP es el resultado de mecanismos inhibitorios que ocurren después del MEP; Proporciona una amplia evaluación temporal de la inhibición espinal en su inicial ~ 50 ms, y la inhibición cortical después. Los investigadores han tratado de comprender mejor el mecanismo neurobiológico detrás del cSP para validarlo como un posible biomarcador diagnóstico, sustituto y predictivo para diferentes enfermedades neuropsiquiátricas. Por lo tanto, este artículo describe un método para medir M1 cSP de las extremidades inferiores y superiores, incluida una selección del músculo objetivo, la colocación de electrodos, el posicionamiento de la bobina, el método para medir la estimulación de la contracción voluntaria, la configuración de la intensidad y el análisis de datos para obtener un resultado representativo. Tiene el objetivo educativo de dar una guía visual para realizar un protocolo de cSP factible, confiable y reproducible para miembros inferiores y superiores y discutir los desafíos prácticos de esta técnica.

Introduction

El período de silencio (SP) es un período de silencio electromiográfico (EMG) que sigue un potencial evocado motor (MEP) inducido por la estimulación magnética transcraneal (TMS) aplicada durante la contracción muscular sostenida. El pulso TMS supraumbral se puede aplicar a la corteza motora primaria contralateral o ipsilateral (M1) del músculo objetivo desde el cual se registra la actividad EMG produciendo dos fenómenos: período de silencio contralateral (cSP) y período de silencio ipsilateral (iSP).

Aunque iSP y cSP comparten características similares, pueden reflejar componentes ligeramente diferentes. Se cree que el primero refleja la inhibición transcallosa y, por lo tanto, es completamente de origen cortical 1,2. Por el contrario, cSP se investiga como un posible sustituto de la inhibición corticoespinal, muy probablemente mediada por receptores B de ácido gamma-aminobutírico (GABA) dentro de M1 3,4,5.

Apoyando el papel de cSP en las vías mediadas por GABA, trabajos previos han encontrado un aumento en la duración de cSP después de la administración oral de componentes que mejoran GABA 5,6,7,8. Aún así, los procesos espinales también están involucrados en la alteración de su duración. La fase más temprana (<50 ms) del cSP se asocia con valores disminuidos del reflejo H3-a reflejo que es un producto de los neurocircuitos periféricos y que cuantifica la excitabilidad de las neuronas espinales9. Se cree que el procesamiento espinal está mediado por la activación de las células de Renshaw, la motoneurona después de la hiperpolarización y la inhibición postsináptica por las interneuronas espinales 10,11,12,13,14.

A pesar de la contribución espinal, la cSP resulta principalmente de la activación de neuronas inhibidoras corticales, que son responsables de generar la parte posterior de la cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16. En ese sentido, la primera parte de la duración de la cSP se ha asociado con mecanismos de inhibición espinal, mientras que los cSP largos requieren mecanismos inhibitorios corticales más grandes 3,13,17,18.

Por lo tanto, la cSP es un candidato prometedor a biomarcadores para la mala adaptación corticoespinal debida a trastornos neurológicos, mientras que las duraciones más significativas de la cSP reflejan potencialmente un aumento en la inhibición corticoespinal y viceversa 5,11. En consecuencia, trabajos anteriores han encontrado una asociación entre la duración de cSP y patologías como distonía, enfermedad de Parkinson, dolor crónico, accidente cerebrovascular y otras afecciones neurodegenerativas y psiquiátricas 19,20,21,22. Para ilustrar, en una cohorte de osteoartritis de rodilla, una mayor inhibición intracortical (indexada por cSP) se asoció con una edad más joven, mayor degeneración del cartílago y menor rendimiento cognitivo en la escala de evaluación cognitiva de Montreal23. Además, los cambios en el cSP también podrían indexar longitudinalmente la respuesta al tratamiento y la recuperación motora 24,25,26,27,28,29,30.

Tan prometedor como es el papel de cSP en el campo de la neuropsiquiatría, un aspecto desafiante de su evaluación es que puede ser demasiado sensible a las variaciones del protocolo. Por ejemplo, la duración de cSP (~100-300 ms)11 se distingue entre miembros superiores e inferiores. Salerno et al. encontraron una duración promedio de cSP de 121,2 ms (± 32,5) para el primer músculo interóseo dorsal (FDI) y 75,5 ms (± 21) para el músculo tibial anterior (AT), en una muestra de pacientes con fibromialgia31. Por lo tanto, la literatura transmite una miríada de divergencias en los parámetros utilizados para obtener cSP, lo que a su vez pone en peligro la comparabilidad entre los estudios y retrasa la traducción a la práctica clínica. Dentro de una población similar, los protocolos han sido heterogéneos con respecto a la configuración del pulso TMS supraumbral utilizado para estimular M1 y el músculo objetivo, por ejemplo. Además de eso, los investigadores no han informado adecuadamente los parámetros utilizados en sus protocolos.

Por lo tanto, el objetivo es proporcionar una guía visual sobre cómo aplicar un protocolo de cSP factible, confiable y fácilmente reproducible para evaluar la excitabilidad corticoespinal M1 de las extremidades superiores e inferiores y discutir los desafíos metodológicos prácticos de ese procedimiento. Además, para ayudar a ilustrar el razonamiento para la elección de los parámetros, realizamos una revisión no exhaustiva de la literatura en Pubmed / MEDLINE para identificar artículos publicados sobre cSP en poblaciones de dolor crónico y rehabilitación, utilizando el término de búsqueda: Rehabilitación (malla) o rehabilitación o dolor crónico o accidente cerebrovascular y términos como estimulación magnética transcraneal y pulso único o período de silencio cortical. No se definieron criterios de inclusión para la extracción, y los resultados agrupados se muestran en la Tabla 1 solo con fines ilustrativos.

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Protocol

Este protocolo implica la investigación en seres humanos y está en alianza con las directrices institucionales y éticas de los comités éticos locales y la Declaración de Helsinki. Se obtuvo el consentimiento informado de los sujetos para utilizar sus datos en el estudio.

1. Procedimientos preexperimentales

  1. Cribado de la asignatura. Examinar al sujeto para detectar implantes intracraneales, epilepsia, antecedentes de convulsiones y embarazo. Utilice las directrices del cuestionario para garantizar el cumplimiento de las precauciones de seguridad actualizadas32.
    1. La administración de pulsos electromagnéticos con TMS está contraindicada para individuos con implantes intracraneales de material ferromagnético, como metralla, clips de aneurisma o fragmentos de soldadura. Tome precauciones con las personas ante una mayor probabilidad de convulsiones.
    2. La evaluación de TMS no presenta ningún riesgo fetal para las mujeres embarazadas a las que se les aconseja tener una postura conservadora al tratar con esta población. Es seguro aplicar TMS en poblaciones pediátricas, proceder con precaución en ciertas etapas del desarrollo (es decir, cierre de la fontanela, maduración de la excitabilidad cortical y crecimiento del canal auditivo externo)33.
  2. Preparación de materiales. Para este procedimiento, aparte de los dispositivos TMS y EMG, tenga a su disposición un gorro de baño, almohadillas de alcohol (con la preparación de alcohol isopropílico al 70%), gel conductor y una computadora encendida con la configuración del software EMG y un dinamómetro apropiado para el músculo investigado (ver Tabla de materiales).
    NOTA: Los gorros de natación tienen la ventaja de ser la opción más barata y accesible que aún permite evaluaciones TMS confiables y reproducibles sin causar la incomodidad de marcar la cabeza de los sujetos.

2. Instrucciones apropiadas para los pacientes

  1. Explique los pasos básicos del procedimiento y cuánto tiempo tomará.
  2. Indique al participante que permanezca despierto pero que no realice actividades cognitivas que requieran atención y / o enfoque adicionales (por ejemplo, cálculos matemáticos, meditación, etc.) y anticipe que podría experimentar contracciones en la mano / mandíbula o efectos secundarios plausibles. Tales eventos pueden parecer inesperados para un sujeto inexperto y, por lo tanto, poner en peligro el procedimiento.
    NOTA: Las EMT de pulso único y pareado solo se han asociado con eventos adversos leves y transitorios, que incluyen dolor de cabeza, dolor local, dolor de cuello, dolor de muelas y parestesia. Las convulsiones son raras y no se han asociado otros eventos adversos graves33. Para mayor seguridad, se recomienda ofrecer tapones para los oídos, debido a la posibilidad de sonidos dañinos, y bloques de mordida para una posible contracción del masetero34.

3. Procedimientos experimentales (Figura 1)

  1. Seleccione el músculo para colocar los electrodos.
    1. Pídale al sujeto que ponga su mano sobre la mesa, en posición prona. Seleccione el músculo FDI, localizado entre el primer y segundo hueso metacarpiano. Para identificar la IED, pídale al sujeto que abduca su dedo índice contra la resistencia, manteniendo el resto de la mano quieta y acostada sobre la mesa, mientras palpa el área.
    2. Exponga el área seleccionada. Use una maquinilla de afeitar desechable para afeitar el área para mejorar el contacto del electrodo con la piel, si es necesario, y limpie el área con almohadillas de alcohol para eliminar los aceites de la piel y otros factores que podrían aumentar la impedancia. Certificar que hay piel libre para asegurar el contacto con el electrodo.
      NOTA: Si evalúa la actividad de las extremidades inferiores, use el músculo TA para la colocación de electrodos. Se localiza en el lado lateral de la tibia y se encuentra cerca de las superficies de la piel. Se puede identificar por la dorsiflexión del tobillo.
  2. Coloque los electrodos EMG de superficie
    1. Con el área expuesta y limpia, aplique el gel conductor a cada electrodo del canal para garantizar una buena impedancia.
    2. Coloque el electrodo negativo en el vientre del músculo FDI (el centro o la protuberancia más prominente del vientre muscular) y el positivo en la articulación interfalángica distal, con una distancia entre electrodos de al menos 1,5 cm. Coloque el electrodo de referencia (neutro) en la muñeca, sobre el proceso estiloides cubital.
      NOTA: La presencia de criterios de valoración motores, tendones musculares u otros músculos activos puede afectar la estabilidad de las grabaciones, por lo que es importante evitar estas localizaciones35. Para el músculo TA, los electrodos deben colocarse en un tercio de la línea que conecta la punta del peroné y la punta del maléolo medial. Proporcione una distancia de 20 mm entre el polo de cada electrodo y coloque el electrodo de referencia en el tobillo.
  3. Determinar la fuerza de contracción muscular requerida
    1. Utilice un dinamómetro de pellizco digital y un soporte piramidal cuadrangular para minimizar las distorsiones mecánicas y elevar la sensibilidad para contracciones mínimas.
    2. Coloque el dinamómetro entre el primer y segundo dedo con la ayuda del soporte piramidal. Asegúrese de que el tercero, cuarto y quinto dedos permanezcan quietos sobre la mesa, mientras que el 1º y2º generan las fuerzas del movimiento de pellizco.
    3. Con la posición fija, pida al participante que presione el dinamómetro con el dedo índice y el lado de la pirámide con el dedo índice, apretando el sistema dinamómetro-pirámide con su fuerza máxima y creando una fuerte contracción del músculo FDI.
    4. Usando ese valor como referencia, determine el 20% de la fuerza máxima. El participante debe practicar el mantenimiento del objetivo en el 20% de la contracción sostenida. Permitir variaciones del 15% al 25% de MVC.
      NOTA: Alternativamente, en caso de que no esté disponible un dinamómetro que pueda detectar la actividad muscular aislada que se está investigando, use la retroalimentación EMG para estandarizar la fuerza. El software de grabación medirá la amplitud máxima pico a pico que corresponde a la fuerza máxima del sujeto, y utilizando ese valor como referencia, determinará el 20% MVC. Los sujetos pueden recibir pistas visuales y / o auditivas de cuándo se alcanza el 20%.
  4. Identificación de la ubicación inicial para la búsqueda de puntos críticos
    1. Ponga un gorro de baño en la cabeza del sujeto. Todos los puntos de referencia estarán marcados en él.
    2. Mida la circunferencia sagital de la cabeza desde la nasión (el punto entre la frente y la nariz) hasta el inion (el punto más prominente en la región occipital). Divide ese valor por dos y marca ese punto medio en la cabeza.
    3. Marque la ubicación de la nasión del paciente, el inion, la hélice de los oídos externos derecho e izquierdo, y la cresta supraorbital derecha e izquierda. Esto es para certificar que la tapa no se ha deslizado durante el procedimiento, y / o que en futuros experimentos se colocará igualmente en la cabeza del paciente.
    4. Como se describió anteriormente, mida la distancia de trago a trago y agregue una marca a la mitad. Marque la intersección entre ellos, un punto identificado como el vértice (Cz).
    5. Desde el vértice, muévase 5 cm lateralmente en paralelo a la línea sagital media, en el lado contralateral al músculo seleccionado. Esta marca identifica aproximadamente el (M1), en el mismo nivel coronal que la corteza motora de la mano. Utilice este como el primer lugar para iniciar la búsqueda del punto de acceso.
    6. El punto caliente es el área de la corteza motora donde se detecta el umbral motor más bajo. Configure una intensidad baja (por ejemplo, 30% de la salida máxima del estimulador [MSO]) e inicie la búsqueda entregando múltiples pulsos al primer punto.
    7. Perseguir con pequeños incrementos de intensidad hasta identificar el estímulo más bajo que detecte una respuesta indexada por EMG (es decir, MEP). Para la entrega de los estímulos, incline la bobina en forma de ocho a 45 ° en relación con la línea sagital media con el mango apuntando hacia la parte posterior del paciente.
    8. Para asegurarse de que se identificó el mejor punto, muévase alrededor del primer punto y pruebe los siguientes ~ 3 MEP a 1 cm anterior, 1 cm lateral, 1 cm medial y 1 cm posterior a él. Repita este procedimiento tantas veces como sea necesario para una respuesta consistente; apégate al lugar que provoca el eurodiputado más grande36.
    9. Una vez que se encuentre el punto caliente, marque ese punto en la cabeza del paciente (gorro de baño). Utilice esta ubicación durante este experimento y las posibles visitas de seguimiento. Tenga cuidado para no causar molestias al sujeto debido a la presión adicional. Use ambas manos para apoyar la bobina en la cabeza del sujeto.
  5. Determinar el umbral motor en reposo (RMT)
    1. Estimar el umbral motor como la intensidad mínima requerida para promover un MEP de una amplitud mínima detectable (generalmente al menos 50-100 μV).
    2. Para determinar el umbral motor, aplique diez estímulos consecutivos en el punto caliente y seleccione la intensidad más baja que produjo un MEP con una amplitud pico a pico de al menos 50 μV en el músculo objetivo, en el 50% de los ensayos.
      NOTA: Este protocolo se puede hacer con el músculo objetivo en reposo (umbral motor en reposo [RMT]) o durante la contracción activa (umbral motor activo [AMT]). Ambos se pueden utilizar como referencias para los pulsos TMS supraumbral. La adquisición del AMT es más propensa a la variabilidad porque se basa en la estandarización de MVC, lo que puede ser un problema para estudios longitudinales con múltiples evaluaciones.
  6. Protocolo CSP
    1. Administrar estímulos supraumbral para provocar MEPs durante la contracción tónica voluntaria del músculo objetivo.
    2. Entregar 10 estímulos con la intensidad de estimulación (SI) del 120% del RMT con un período de 10 s entre ellos. Durante la aplicación de los estímulos, pida al paciente que mantenga el 20% de la contracción motora máxima del músculo objetivo, como se practica con el dinamómetro.
    3. Para garantizar la captura de todo el SP, certifique que la ventana de tiempo de EMG es lo suficientemente larga como para capturar hasta 400 ms de actividad de EMG. No es raro que los sujetos -dependiendo de la enfermedad que se esté estudiando- puedan requerir ISs más altos para que se obtenga un cSP exitoso.

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Representative Results

Después de seguir el procedimiento paso a paso, la administración de un pulso TMS supraumbral (120% del RMT) provocará un MEP observable en el registro EMG del músculo objetivo, y un período posterior de supresión de la actividad EMG de fondo de aproximadamente 150 ms a 300 ms (Figura 2). A partir de ese patrón EMG, es posible calcular las métricas de cSP. Los resultados más informados son la duración (en el rango de ms) del PE relativo y absoluto. El SP relativo se mide desde el inicio de la MEP hasta la reaparición de la actividad de EMG. Una alternativa es utilizar la salida estimulada por motor amplificado (MSO = 120% de RMT, según el protocolo) para establecer el inicio de SP relativa. Dado que no se puede conocer el verdadero inicio a nivel de red, seleccione el inicio MEP como punto de partida inicial para aumentar la fiabilidad experimental13. Por otro lado, el SP absoluto puede medirse desde el final del MEP hasta el inicio de la reaparición de la actividad voluntaria de EMG. Por ejemplo, utilizando un registro de la actividad EMG en reposo del sujeto como referencia para la comparación cualitativa. Esos parámetros temporales pueden identificarse manualmente o utilizando software automatizado37.

Una cuestión metodológica fundamental para el cálculo preciso de los CSP es la definición de la reaparición de la actividad de fondo del GG. Aquí se pueden explorar dos enfoques: el primero es usar el cálculo de ensayos individuales. En este caso, el cálculo se basa en una medida de prueba por prueba, utilizando cada registro para calcular la duración de cSP. Luego, se puede calcular e informar una media (o mediana) de los ensayos individuales. El segundo enfoque es el uso de ensayos múltiples rectificados. Para este enfoque, todos los ensayos serán rectificados, y luego tienen que ser promediados y superpuestos entre sí. Luego, utilizando las trazas rectificadas y promediadas, calcule la duración de cSP utilizando marcas temporales promedio. La principal ventaja de este método es su precisión y la identificación más fácil de la reaparición de la actividad voluntaria de EMG en relación con el nivel de EMG tónico basal36. El uso de promedio rectificado es ventajoso porque es más comparable y reduce la variabilidad entre sujetos.

Es importante mencionar que la duración del cSP puede prolongarse como una función sigmoide de intensidad de estímulo38, pero apenas se ve afectada por el grado de contracción intencional del músculo diana39. Además, las amplitudes de MEP aumentan con los aumentos en las intensidades de estímulo. Kojima et al. demostraron que estos aumentos en la amplitud de MEP (secundarios a aumentos en la intensidad) también se acompañan de aumentos en la duración de cSP40. Este comportamiento es esperado ya que se cree que la duración de MEP y cSP está influenciada por factores comunes38. Estos factores comunes parecen estar presentes en todo el tracto espinal cortical y no en la unidad motora; ya que los aumentos en la intensidad del estímulo aumentan ambos, pero los aumentos en la contracción muscular no afectan la duración del cSP.

Con esta discusión, es posible concluir que la intensidad del estímulo y la contracción muscular deben considerarse cuidadosamente durante el análisis y la interpretación de los hallazgos. El cSP se caracteriza por un aumento lineal debido al SI, pero luego se alcanza una meseta a altas intensidades; Este patrón es muy variable entre los sujetos39, ya que podrían tener pendientes únicas y diferentes intensidades de meseta. Un análisis alternativo podría incluir la evaluación del cSP durante intensidades progresivamente aumentadas para realizar una curva de entrada-salida (I/O), y luego el cSP se puede obtener utilizando la intensidad a la que la curva I/O alcanza la meseta41,42. Finalmente, dado que el cSP se ve afectado por cualquier actividad o exposición que pueda producir excitabilidad cortical y cambios de inhibición, se recomienda evaluar y registrar los factores de confusión generales en el análisis. Por ejemplo, utilizando una lista de verificación de informes para experimentos TMS43.

Interpretación de cSP
La prueba TMS en el presente estudio se utilizó para mostrar la implementación de un biomarcador factible y versátil de la inhibición de M1. En general, cuanto mayor es la duración del SP, se observa una mayor inhibición corticoespinal M144. Sin embargo, varios factores deben ser considerados para su interpretación. En primer lugar, el cSP se define tanto por procesos espinales como cortico-subcorticales45. Los componentes espinales representan aproximadamente los primeros 50 ms46. La duración restante está altamente influenciada por mecanismos corticales como la inhibición de las interneuronas M1 y otras aferencias inhibitorias dentro de M1 (de regiones subcorticales y otras cortezas), mediadas principalmente por neuronas B GABAérgicas después de una importante activación cortical que provocó MEPs6. Se ha sugerido que el papel de esta inhibición es prevenir movimientos no deseados y mantener el control motor47. En segundo lugar, los factores conductuales y cognitivos pueden afectar la duración de la CSP, así como los trastornos neuropsiquiátricos motores y no motores45,48. Debido a esta naturaleza dual de cSP, sus valores deben interpretarse dentro del contexto del experimento (población objetivo y el uso de tareas concomitantes de control motor).

Figure 1
Figura 1: Pasos experimentales. 1. Colocación de electrodos en el vientre del músculo FDI 2. Posicionamiento del dinamómetro entre los dedos. 3. Contracción voluntaria del músculo diana para probar la estandarización del 20% MVC 4. Mediciones de la cabeza y pulsos TMS para la identificación del punto caliente y el RMT (estímulos más bajos que provocan una MEP de al menos 50 mV en cinco de cada diez ensayos) 5. Protocolo CSP, consistente de 10 pulsos con 120% RMT espaciado por 10s, durante la contracción muscular sostenida. En la figura central inferior, el pequeño rectángulo rojo representa un solo pulso TMS y divide el estímulo pre-TMS (contracción muscular sostenida y actividad EMG de fondo) y el registro de cSP. CSP se considera desde el inicio del MEP hasta la reaparición de la actividad basal de EMG, representada dentro del rectángulo azul. En el rectángulo amarillo, se muestra la latencia MEP. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: MEP en el registro EMG del músculo objetivo. En el eje X, milisegundos (ms), y el eje Y, milivoltios (mV) de la señal EMG. De izquierda a derecha: la línea roja indica la actividad muscular eléctrica de fondo antes del MEP, posteriormente, después de observar el efecto eléctrico del pulso TMS, es seguido por el potencial evocado por el motor. Después del MEP, hay una supresión de la señal EMG conocida como SP. Puede ser relativo, contando el intervalo desde el comienzo de la onda MEP hasta el retorno de la actividad de fondo EMG o SP absoluto, contando el intervalo desde el final del MEP hasta el retorno de la onda de fondo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El IS predeterminado para obtener MEP y SP puede variar según la población. Se ha demostrado que intensidades tan bajas como 80% RMT provocan cSP en individuos sanos39, aún así los estudios en poblaciones sanas y enfermas han utilizado intensidades tan altas como 150% RMT 49,50,51. Aunque esta fuente de heterogeneidad puede ser inherente a la naturaleza de la población objetivo, no debe descuidarse ya que diferentes IS han demostrado que independientemente (independientemente de la fuerza de contracción muscular) dictan el período de actividad silenciosa de EMG después del MEP39,49,52. Los TMR del 110% al 120% han obtenido con éxito SP en una amplia gama de poblaciones, sin dejar de ser tolerables para los participantes53,54. Sin embargo, el TMR del 110% podría ser limítrofe, ya que los IS inferiores al 110% no han logrado provocar SP o SP provocados con una duración inferior a 50 ms39, lo que podría representar únicamente componentes espinales en lugar de corticales o corticoespinales de la inhibición M1. Además, los IS más altos se asocian con una disminución de la focalidad de la estimulación y un aumento del malestar del paciente, especialmente en poblaciones enfermas con RMT más altos55, en las que altos porcentajes de estímulos supraumbrales podrían corresponder a una salida cercana al máximo del estimulador. Esto puede poner en peligro la adhesión de los participantes al protocolo utilizado56. A pesar de que el uso de 120% RMT parece ser la configuración de SI más segura y adecuada en general, los investigadores deben estandarizar el SI verificando experimentos exitosos previos realizados en la población de interés. La normalización entre poblaciones similares es importante para facilitar aún más la agrupación de estadísticas.

El experimento se realiza típicamente usando un solo SI, pero algunos estudios han investigado las respuestas de cSP en más de una configuración de estímulo 53,57,58,59,60. En el contexto de condiciones sin fisiopatología clara o literatura previa, o en las que la comprensión del comportamiento de SP es el objetivo del estudio, se recomienda trazar cSP contra intensidades de estímulo crecientes posteriores (es decir, un incremento del 10% en una curva de estímulo-respuesta sigmoidea)42. En ese caso, el investigador debe considerar agregar al protocolo descansos para evitar la fatiga muscular. Aunque todavía contradictorio, hay una cantidad considerable de evidencia de que los cSP no están influenciados por el nivel de contracción muscular 39,61,62; Sin embargo, se ve afectado por la fatiga muscular63,64,65,66. Un valor de 20% de contracción voluntaria máxima (MVC) ha demostrado consistentemente que provoca con éxito SP con menos probabilidades de inducir fatiga60,67,68,69.

Otro parámetro significativo que puede contribuir a la heterogeneidad de los resultados de cSP en la literatura es el músculo seleccionado para evaluar cSP después de los estímulos de TMS. Los estudios han encontrado que diferentes músculos pueden reclutar redes de neuronas motoras distintivas, que a su vez tendrán efectos divergentes de cSP. Esto es cierto no solo para la musculatura de las extremidades superiores frente a las inferiores, sino también para los músculos proximales y distales de la misma extremidad. Por ejemplo, en dos estudios separados, Van Kuijk y sus colegas han transmitido una sensibilidad más significativa a los parámetros de TMS, como cSP, en los músculos distales de las extremidades superiores en comparación con los músculos proximales70,71. Y aunque esta diferencia no siempre ha sido estadísticamente significativa71, sigue siendo notable y puede contribuir a resultados heterogéneos. Además, una diferencia significativa en las respuestas de cSP en los músculos de las extremidades superiores e inferiores también se ha denotado en estudios sobre fatiga, con miembros superiores que transportan SP 30% más largos que miembros inferiores72. Por lo tanto, para reducir la heterogeneidad en los resultados de cSP, es importante estandarizar el músculo en el que se evaluará la evaluación de cSP, ya que algunos son más sensibles a los estímulos de TMS que otros. Por lo tanto, diferentes músculos pueden cambiar drásticamente las especificidades y la interpretación del procedimiento. Para ilustrar, cSP también se utiliza para evaluar la excitabilidad cortical en músculos más profundos, como las unidades motoras laríngeas. La aplicación del protocolo cSP a estas estructuras conlleva desafíos únicos. Un ejemplo es el de la corteza motora laríngea; el sitio de estimulación de este protocolo está cerca del electrodo EMG, lo que puede aumentar el número de artefactos que requieren ajustes en el amplificador EMG73. Además, se necesitan electrodos de aguja que penetran en la piel para medir la actividad EMG de estos músculos, lo que dificulta la colocación y, si es necesario, la reasignación de los electrodos, así como el cambio de la interpretación de los resultados. Por lo tanto, una limitación de este trabajo metodológico es que su alcance se limita a ilustrar un protocolo para miembros superiores e inferiores, y que abarca, por ejemplo, el campo que explora la cSP como marcador de inhibición corticobulbar o condiciones psiquiátricas.

En ese sentido, la búsqueda bibliográfica apoya que la FDI es el músculo diana más comúnmente utilizado para estudiar la inhibición corticoespinal M1 del miembro superior. Las razones incluyen pero no se limitan a su representación cortical superficial y grande en la corteza motora, el umbral motor más bajo para la estimulación y la simplicidad para realizar su contracción aislada y sostenida, así como el posicionamiento de los electrodos73,74. Para los miembros inferiores, el uso del músculo TA es más frecuente, probablemente debido a su mayor representación cortical en comparación con otros músculos de las piernas75. Además, la facilidad de aislarse de la actividad de grandes grupos musculares que componen la musculatura de las extremidades inferiores juega un papel importante. A pesar de la importancia de la rehabilitación de las extremidades inferiores (LL) en el campo, menos estudios utilizan el MEP LL dados sus desafíos particulares. La región anatómica cerebral del LL es más medial y más profunda en la fisura interhemisférica en comparación con las extremidades superiores. Sin embargo, el uso de la Neuronavegación ha mejorado la precisión de los estímulos 36, mientras que el uso de una bobina de doble cono se ha dirigido con éxito a las regiones LL, incluyendo el músculo TA, mostrando menor LL MT que otros tipos de bobina 76,77,78,79, y siendo actualmente la recomendación estándar para apuntar a LL 36,44. Sin embargo, el uso de tecnologías modernas de navegación debe contemplarse paralelamente a la viabilidad del protocolo. Jung et al. (2010) no revelaron diferencias significativas en la variabilidad y reproducibilidad de MEP entre la navegación TMS y TMS no navegada, que alcanzan un nivel de rendimiento comparable80. El uso de TMS no navegado puede ser más rentable en circunstancias específicas (es decir, recursos limitados) y, por lo tanto, fue el enfoque preferido para este protocolo que tiene como objetivo demostrar una evaluación de cSP factible, fácil y reproducible.

Dado el uso prometedor y versátil de cSP como biomarcador de inhibición corticoespinal en diferentes trastornos neurológicos, es esencial proporcionar a los investigadores un protocolo de cSP factible, reproducible y aún confiable para miembros superiores e inferiores. Destacamos que solo unos pocos músculos pudieron ser representados en el experimento, lo que lleva a la ausencia de investigación de cSP para la inhibición corticobulbar. Además, los resultados de la búsqueda no exhaustiva proporcionada en la Tabla 1 no son un intento de resumir los datos existentes, sino más bien ilustrar parte de la lógica detrás de la elección de parámetros y conocimientos, por lo tanto, realizada sin rigor científico. Con suerte, este documento metodológico ayudará a los investigadores a avanzar en la investigación de cSP como un biomarcador para la inhibición corticoespinal M1.

Tabla 1: Diferentes parámetros utilizados en los protocolos cSP. Se extrajeron datos de experimentos de cSP de 117 artículos diferentes. Los resultados se informan si el paradigma se utilizó en experimentos ≥2, de lo contrario se reunieron dentro de otros. †Incluye artículos que no informaron sobre el método de estandarización o que informaron que no aplicaban la estandarización. Abreviaturas: MVC = contracción voluntaria máxima. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

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Disclosures

Abhishek Datta es CEO, cofundador y CTO de Soterix Medical Inc., y Kamran Nazin es Director de Producto de la misma compañía. Soterix Medical Inc. proporcionó el material utilizado en la realización de esta publicación en video. Los autores restantes declaran no tener intereses financieros en conflicto.

Acknowledgments

Sin reconocimientos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Neurociencia Número 186
Medición del período de silencio contralateral inducido por la estimulación magnética transcraneal de pulso único para investigar la inhibición corticoespinal M1
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