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神经科学

Pruebas de estimulación magnética transcraneal convencionales y de seguimiento de umbrales para operación con una sola mano

Published: August 16, 2021
doi:
10.3791/62787
, , , , ,
1Department of Clinical Neurophysiology,Aarhus University Hospital, 2Central Clinical School, Faculty of Medicine and Health,University of Sydney, 3Department of Neurology,Gazi University Faculty of Medicine, 4Department of Neurology, Medical Academy,Lithuanian University of Health Sciences, 5Department of Clinical Neurophysiology, National Hospital for Neurology and Neurosurgery; Department of Clinical and Movement Neurosciences,UCL Queen Square Institute of Neurology, 6Department of Neuromuscular Diseases,UCL Queen Square Institute of Neurology

Summary

Presentamos un conjunto de protocolos estandarizados de grabación de estimulación magnética transcraneal (TMS) de pulso único y pareado, con opciones para mediciones de amplitud convencionales y seguimiento de umbrales. Este programa puede controlar tres tipos diferentes de estimuladores magnéticos y está diseñado para permitir que todas las pruebas sean realizadas convenientemente por un solo operador.

Abstract

La mayoría de los parámetros de estimulación magnética transcraneal (EMT) de pulso único (por ejemplo, umbral motor, función de estímulo-respuesta, período de silencio cortical) se utilizan para examinar la excitabilidad corticoespinal. Los paradigmas de EMT de pulso pareado (por ejemplo, inhibición intracortical de intervalo corto y largo (SICI/LICI), facilitación intracortical de intervalo corto (SICF) e inhibición aferente de latencia corta y larga (SAI/LAI)) proporcionan información sobre las redes inhibitorias y facilitadoras intracorticales. Esto se ha hecho durante mucho tiempo mediante el método TMS convencional de medir los cambios en el tamaño de los potenciales evocados por motor (MEP) en respuesta a estímulos de intensidad constante. Recientemente se ha introducido un enfoque alternativo de seguimiento de umbrales mediante el cual se realiza un seguimiento de la intensidad del estímulo para una amplitud objetivo. La utilidad diagnóstica del SICI de seguimiento de umbral en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) se ha demostrado en estudios previos. Sin embargo, el TMS de seguimiento de umbral solo se ha utilizado en unos pocos centros, en parte debido a la falta de software fácilmente disponible, pero también tal vez debido a la incertidumbre sobre su relación con las mediciones convencionales de TMS de pulso único y pareado.

Se ha desarrollado un conjunto de programas semiautomáticos basados en menús para facilitar el uso más amplio de las técnicas tmS de seguimiento de umbrales y para permitir comparaciones directas con mediciones de amplitud convencionales. Estos han sido diseñados para controlar tres tipos de estimuladores magnéticos y permitir el registro por un solo operador de los protocolos TMS comunes de pulso único y pareado.

Este documento muestra cómo registrar una serie de protocolos tmS de pulso único y pareado en sujetos sanos y analizar las grabaciones. Estos protocolos tmS son rápidos y fáciles de realizar y pueden proporcionar biomarcadores útiles en diferentes trastornos neurológicos, particularmente enfermedades neurodegenerativas como la ELA.

Introduction

La estimulación magnética transcraneal (EMT) de la corteza motora es un método no invasivo para examinar la fisiología cortical y la fisiopatología de muchas afecciones neurológicas, incluidas las enfermedades neurodegenerativas1. La corteza motora primaria se estimula utilizando pulsos de TMS suprarrestibles para producir una respuesta motora en el músculo objetivo. Esta respuesta se denomina potencial evocado por el motor (MEP). TMS sirve como una herramienta útil que interroga las redes motoras corticales y potencialmente subcorticales2. La EMT de pulso único puede evaluar la reactividad cortical, el umbral motor en reposo (RMT), la amplitud MEP y el período de silencio cortical (CSP)2. La inhibición cortical se puede sondear utilizando TMS de pulso pareado a intervalos interestímulos (ISI) de 2-3 ms (SICI) o ~ 100 ms (LICI)3,4,5.

SICI está mediado por ácido gamma-aminobutírico (GABA)A y LICI por receptores GABAB según lo indicado por su farmacología4,5. El circuito subyacente al SICF está mediado en parte por receptores glutamatérgicos de ácido N-metil-D-aspártico (NMDA)6,7. La amplitud de MEP se reduce si la EMT está precedida por la estimulación eléctrica de un nervio sensorial periférico. Este efecto se denomina inhibición aferente y se conoce como SAI cuando el ISI es ~20-25 ms y el LAI a ISIs más largos de 200-1000 ms entre la estimulación eléctrica del nervio periférico y el pulso único de TMS8,9,10. La EFS es modulada por la actividad colinérgica11; sin embargo, la LAI está significativamente poco estudiada, y los circuitos neuronales subyacentes a este fenómeno no están claros 10.

Las amplitudes de MEP son variables, y las estimaciones de punto final en los métodos convencionales de TMS (cTMS) generalmente usan promedios aritméticos de 10 a 20 respuestas evocadas con una intensidad de estímulo fija. Un enfoque alternativo es el TMS de seguimiento de umbrales, descrito por primera vez hace más de 20 años12,13. En este caso, la intensidad de los estímulos sucesivos se varía para lograr una respuesta de amplitud objetivo fija. Tanto las técnicas convencionales como las de seguimiento de umbrales se pueden utilizar con diferentes ISI. En la primera versión de este enfoque aplicado a SICI, a saber, el seguimiento de umbral “en serie” (T-SICI), se utilizó un método de seguimiento similar al empleado en las pruebas de excitabilidad nerviosa: el “umbral” se estimó primero en un intervalo interestímulo (ISI) y luego se rastreó en serie en IS sucesivas. Este método ha sido ampliamente utilizado por un grupo y defendido como un biomarcador potencial para la ELA debido a su alta utilidad diagnóstica14,15,16,17. Sin embargo, sus hallazgos aún no han sido confirmados por ningún otro grupo de investigación14,15,16,17.

El enfoque en serie es eficiente cuando los umbrales de referencia son estables, como en los nervios periféricos. Sin embargo, cuando los umbrales fluctúan ampliamente, como es el caso de la excitabilidad corticoespinal, se ha encontrado que el seguimiento en serie tiene la desventaja de distorsionar seriamente la dependencia de ISI de SICI18. Por lo tanto, un paradigma alternativo de seguimiento de umbrales “paralelo” puede ser más apropiado para SICI (T-SICIp)18,19 y otros protocolos de pulsos pareados, en los que los umbrales se estiman de forma independiente, en paralelo, para diferentes ISI.

A pesar de su promesa, los métodos existentes de TMS aún no han sido aceptados en las clínicas como pruebas de diagnóstico confiables o biomarcadores en ensayos clínicos. Esto puede deberse a varias limitaciones de los métodos TMS existentes, como el consumo de tiempo, la demanda de operación manual y la baja reproducibilidad. Para ayudar a superar estas limitaciones, este documento describe un conjunto de protocolos TMS automatizados, rápidos, de pulso único y pareado recientemente desarrollados, diseñados para la operación con una sola mano y para permitir la comparación entre enfoques convencionales y seriales y paralelos de seguimiento de umbrales.

El equipo utilizado aquí incluye una máquina TMS, un estimulador de corriente constante bipolar lineal aislado, un eliminador de ruido para eliminar la interferencia eléctrica de 50-60 Hz, un amplificador de electromiografía y un sistema de adquisición de datos. El software es lo suficientemente versátil como para operar con otros amplificadores, estimuladores y condiciones de grabación.

Protocol

NOTA: Todos los sujetos deben dar su consentimiento por escrito antes del examen, y el protocolo debe ser aprobado por la junta de revisión ética local apropiada. Todos los métodos descritos aquí fueron aprobados por el Comité Ético Científico Regional y la Agencia Danesa de Protección de Datos. El método TMS implica tres etapas: 1) preparación del sujeto, 2) registro del TMS y 3) análisis de los resultados. 1. Preparación de la asignatura Evalúe el historial médico de los sujetos y pregunte si el sujeto tiene epilepsia, un marcapasos o cualquier tipo de dispositivos / implantes metálicos en el cuerpo, y para los sujetos femeninos, si está embarazada. Instruya al sujeto en detalle sobre los exámenes e invítelo a dar su consentimiento por escrito. Informar al sujeto sobre la aplicación de estimulación magnética en el cuero cabelludo y que cada examen dura aproximadamente 10 min. Explique que la estimulación se escuchará como un sonido de clic y está destinada a evocar una contracción muscular y que algunos estímulos pueden sentirse ligeramente desagradables. Explique que la estimulación se puede apagar en cualquier momento si el sujeto se lo indica. Pídale al sujeto que use un gorro de natación. Limpiar la mano del sujeto contralateral al hemisferio estudiado. Coloque el electrodo de registro activo sobre el primer músculo interóseo dorsal (FDI) y el electrodo de referencia en la 2ª articulación metacarpofalángica. Coloque un electrodo de tierra en el dorso de la mano. Conecte los electrodos de grabación y de tierra al amplificador. Indique al sujeto que permanezca alerta pero relajado durante el examen. 2. Grabación TMS NOTA: La descripción a continuación se aplica al software específico y los instrumentos utilizados (consulte la Tabla de materiales); estos deberán adaptarse para otro hardware. Encienda el dispositivo TMS. Inicie el software de grabación semiautomatizado utilizando el protocolo para grabaciones TMS. Seleccione las opciones de ganancia y cierre en el menú (Tabla 1). Haga clic en Aceptar para continuar. Seleccione el protocolo CSP de las opciones principales. Coloque la bobina a aproximadamente 4 cm a la izquierda en la línea binauricular desde el vértice, con el mango apuntando 45° al plano parasagital para la inducción de corriente posterior-anterior. Aumente la intensidad del estímulo manualmente haciendo clic en la tecla Insertar hasta obtener un MEP. Mueva ligeramente la posición de la bobina mientras monitorea a los eurodiputados para encontrar el punto de acceso. Dibuje el contorno de la bobina en una gorra de natación una vez que se encuentre el punto de acceso para permitir el posicionamiento constante de la bobina. Haga clic en Aceptar para iniciar el protocolo de estimulación automatizada.NOTA: El registro continúa automáticamente, comenzando con la determinación del RMT a 200 μV. Indique al sujeto que mantenga una activación cómoda del músculo FDI para medir el umbral motor activo (AMT) para una respuesta de 200 μV. Haga clic en Aceptar para medir los períodos de silencio con o sin pausa entre los 3 grupos de 10 ciclos de estímulos hacia arriba y hacia abajo.NOTA: Para cada grupo de 10, el estímulo se incrementa de 0,8 a 1,6 × RMT200, a intervalos de 0,2, y luego se repite en el orden inverso. Dígale al sujeto que se relaje después del último estímulo y haga clic en Aceptar para volver al menú principal. Seleccione el protocolo SICI de las opciones principales. Seleccione los ISI planificados que se estudiarán en el menú Opciones SICI ISI y el número de estímulos en cada ISI en el menú Número de estímulos por ISI si no se utilizan los valores predeterminados. Seleccione el ASICI en el menú.NOTA: El registro continúa automáticamente, comenzando con la determinación del RMT a 200 μV y luego a 1000 μV. El registro SICI comienza automáticamente después de la determinación del RMT y continúa durante aproximadamente 10 min. El estímulo de prueba se fija en RMT1000 y los estímulos de acondicionamiento en el 70% de RMT200. Los siguientes ISI se seleccionan en un orden pseudoaleatorio: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 5 y 7 ms. Los estímulos de prueba sola se dan después de cada tres estímulos emparejados. Por lo tanto, cada estímulo emparejado se entrega 10 veces, haciendo un total de 120 estímulos. Asegúrese de que la posición de la bobina sea estable observando el contorno en el gorro de natación, MEP en la pantalla y las contracciones en el músculo durante la grabación. Cuando la pantalla vuelva automáticamente a las opciones del menú principal cuando se complete el protocolo, seleccione el TSICIp en el menú.NOTA: El registro continúa automáticamente, comenzando con la determinación del RMT a 200 μV y luego el registro SICI durante aproximadamente 10 min. RMT200 se rastrea continuamente disminuyendo el estímulo en un 1% de salida máxima del estimulador (MSO) si la respuesta es superior a 250 μV y aumentándola en un 1% si la respuesta es inferior a 160 μV. Los estímulos de prueba sola se alternan con estímulos pareados, y los estímulos emparejados se administran con ISI pseudoaleatorios: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 5 y 7 ms. Por lo tanto, se entregan un total de 120 estímulos, 10 veces para cada uno de los 9 estímulos emparejados y estímulos de prueba sola después de cada tres estímulos emparejados. Después de que la pantalla regrese automáticamente a las opciones del menú principal cuando se complete el protocolo, haga clic en Finalizar a menos que se ejecute otro protocolo. Termine la grabación haciendo clic en el botón Cerrar archivo y guardar datos . 3. Análisis TMS Inicie el programa de software de análisis para realizar los análisis sin conexión. Seleccione la grabación que se analizará y haga clic en el botón Aceptar . Seleccione la opción Crear archivo TMS MEM en el menú TMS para el análisis. Haga clic en Aceptar para guardar el archivo MEM. Haga clic en la opción Trazar TMS MEM / MEF del menú TMS para la comparación de la grabación del sujeto individual con un grupo de controles sanos. Haga clic en la 1ª opción en el menú de nombre de archivo MEF . Luego haga clic en el archivo MEF con el que se realizará la comparación de la lista de archivos MEF. Haga clic en la 1ª opción en el menú de nombre de archivo MEM . Luego haga clic en el archivo MEM con el que se realizará la comparación de la lista de archivos MEM. Superponga los archivos MEM y MEF utilizando diferentes opciones de intervalos de confianza del 95%, desviaciones estándar o errores estándar.

Representative Results

Los siguientes resultados se obtuvieron en un sujeto sano. La RMT para una respuesta de pico a pico de 200 μV (RMT200) o 1000 μV (RMT1000) se detectó mediante una regla de seguimiento ‘4→2→1’ y una regresión logarítmica como se describió anteriormente18. El RMT200 fue 52.1% MSO, y el RMT1000 fue 59.8% MSO. Todas las opciones de TMS de pulso emparejado se pueden determinar en los modos de amplitud, seguimiento de umbral paralelo y seguimiento de umbral en serie. Aquí, solo se resumirán los modos de seguimiento de umbral de amplitud y paralelo. En consecuencia, los ISI, el número de estímulos en cada ISI y el nivel de intensidad del estímulo para los estímulos de condicionamiento se pueden seleccionar en el Menú. Aquí, solo describimos las opciones predeterminadas para estos. La Figura 1 muestra la configuración, incluida la estimulación con una bobina de figura de ocho, la grabación con electrodos de superficie, la computadora con el software instalado, la máquina TMS, el eliminador de ruido para eliminar la interferencia eléctrica de 50-60 Hz, el estimulador de corriente constante bipolar lineal aislado, el amplificador de electromiografía y un sistema de adquisición de datos. La Figura 2 muestra SICI como A-SICI (Figura 2A) y T-SICI paralelo (Figura 2B) como se describe en la sección de protocolo. La Figura 3 muestra LICI como A-LICI (Figura 3A) y T-LICI paralelo (Figura 3B). Para A-LICI, después de encontrar el punto caliente, el programa determina RMT1000 y establece estímulos de prueba y acondicionamiento a esta amplitud. Los estímulos de prueba solo se administran como cada 4º estímulo, y los estímulos de acondicionamiento + prueba a intervalos de 50, 100, 150, 200, 250 y 300 ms se entregan pseudoaleatoriamente. Diez estímulos se entregan en cada ISI. Del mismo modo, para T-LICI, se entregan 10 pulsos emparejados en los mismos 6 ISI que para A-LICI de 50 a 300 ms, y se rastrean los umbrales para RMT200, mientras que el estímulo de acondicionamiento se establece en el 120% del RMT200 rastreado. La Figura 4 muestra SICF como A-SICF (Figura 4A) y T-SICF paralelo (Figura 4B). Para A-SICF, después de encontrar el punto de acceso, el programa determina RMT50 y RMT1000. Los estímulos de prueba se establecen en RMT1000 y los estímulos de acondicionamiento al 90% de RMT50. El rango de ISIs es de 1 a 4.9 por 0.3 ms. Los estímulos de prueba sola se entregan como cada 4º o 5º estímulo, y los 14 estímulos de condicionamiento + prueba se entregan en orden pseudoaleatorio. En cuanto a A-SICF, T-SICF se mide a 14 ISI de 1 a 4,9 ms, y el umbral se rastrea con 10 pulsos emparejados en cada ISI. La Figura 5 muestra sai como A-SAI (Figura 5A) y T-SAI paralelo (Figura 5B). Los protocolos SAI implican estimular las aferencias somatosensoriales en el nervio y registrar los efectos en el MEP excitado ~ 20 ms más tarde. Esta latencia MEP (‘N20’) es importante para el momento de los estímulos. El programa pide al usuario que seleccione la latencia de un rango (16-23 ms) o que la especifique si está fuera de este rango. Para determinar la latencia N20, se puede realizar un potencial evocado somatosensorial convencional, o se pueden utilizar controles de laboratorio corregidos por edad y altura. Para el A-SAI, primero se determina la intensidad del estímulo eléctrico para un potencial de acción muscular compuesto de 1 mV (EMT1000). Luego, se encuentra el punto caliente para la estimulación magnética y se determina RMT1000. Luego, el programa combina estímulos magnéticos y eléctricos con ISIs de N20-2 a N20 + 12 ms. Los estímulos de prueba sola se dan como cada 4º estímulo, mientras que los estímulos de condicionamiento + prueba se dan en orden pseudoaleatorio. Para T-SAI similar a A-SAI, se determina primero EMT1000. Luego, la estimulación cambia al estímulo magnético, y el punto caliente se determina de la manera habitual. A continuación, el programa determina RMT200 de una manera similar a los otros protocolos de seguimiento. Además, el programa se ejecuta directamente en el seguimiento de SAI, con el ISI entre el estímulo eléctrico y el estímulo de prueba magnética aumentado en pasos de 1 ms de N20-2 a N20 + 12 ms. La Figura 6 muestra LAI como A-LAI (Figura 6A) y T-LAI paralela (Figura 6B). Los protocolos LAI para registrar la inhibición aferente de intervalo largo son los mismos que para SAI, excepto que debido a que los intervalos son mucho más largos (200 a 1000 ms, en pasos de 100 ms), el intervalo N20 no se tiene en cuenta y no es necesario ingresar. Figura 1: La configuración. La configuración incluye la estimulación con una bobina de figura de ocho, la grabación con electrodos de superficie, la computadora con el software instalado, la máquina TMS, el eliminador de ruido para eliminar la interferencia eléctrica de 50-60 Hz, el estimulador de corriente constante bipolar lineal aislado, el amplificador de electromiografía y un sistema de adquisición de datos. Abreviatura: TMS = estimulación magnética transcraneal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: A-SICI y T-SICI trazados en función de intervalos interestímulos de 1 ms a 7 ms. (A) A-SICI trazados como la amplitud de la respuesta condicionada como porcentaje de control. (B) T-SICI trazado como cambios de umbral (inhibición como porcentaje de control). Abreviaturas: A-SICI = amplitud de inhibición intracortical de intervalo corto; T-SICI = cambios de umbral en la inhibición intracortical de intervalo corto; MEP = potencial evocado por motor; RMT = umbral del motor en reposo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: A-LICI y T-LICI trazados en función de intervalos interestímulos de 1 ms a 300 ms. (A) A-LICI trazados como la amplitud de la respuesta condicionada como porcentaje de control. (B) T-LICI trazado como cambios de umbral (inhibición como porcentaje del control). Abreviaturas: A-SICI = amplitud de inhibición intracortical de intervalo corto; T-SICI = cambios de umbral en la inhibición intracortical de intervalo corto; MEP = potencial evocado por motor; RMT = umbral del motor en reposo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4: A-SICF y T-SICF trazados en función de intervalos interestímulos de 1 ms a 4,9 ms. (A) A-SICF trazado como la amplitud de la respuesta condicionada como porcentaje de control. (B) T-SICF trazado como cambios de umbral (inhibición como porcentaje del control). Abreviaturas: A-SICF = amplitud de la facilitación intracortical de intervalo corto; T-SICF = cambios de umbral en la facilitación intracortical a intervalos cortos; MEP = potencial evocado por motor; RMT = umbral del motor en reposo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5: A-SAI y T-SAI trazados en función de intervalos interestímulos de 20 ms a 35 ms. (A) A-SAI trazados como la amplitud de la respuesta condicionada como porcentaje de control. (B) T-SAI trazados como cambios de umbral (inhibición como porcentaje del control). Abreviaturas: A-SAI = amplitud de inhibición aferente de latencia corta; T-SAI = cambios de umbral en la inhibición aferente de latencia corta; MEP = potencial evocado por motor; RMT = umbral del motor en reposo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 6: A-LAI y T-LAI trazados en función de intervalos interestímulos de 200 ms a 1000 ms. (A) A-LAI trazados como la amplitud de la respuesta condicionada como porcentaje de control. (B) T-LAI trazados como cambios de umbral (inhibición como porcentaje del control). Abreviaturas: A-LAI = amplitud de inhibición aferente de larga latencia; T-LAI = cambios de umbral en la inhibición aferente de latencia larga; MEP = potencial evocado por motor; RMT = umbral del motor en reposo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Tabla 1: Los protocolos TMS disponibles en el software. Abreviaturas: TMS = estimulación magnética transcraneal; SICI = Inhibición intracortical de intervalo corto; SICF = Facilitación intracortical a intervalos cortos; LICI = Inhibición intracortical a intervalo largo; SAI = Inhibición aferente de latencia corta; LAI = Inhibición aferente de latencia larga; μV = microvoltio. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Discussion

La medición TMS, tal como está programada en el software de grabación, es un procedimiento altamente automatizado. Sin embargo, se requiere especial atención para obtener resultados confiables. En la etapa de grabación, es importante garantizar una respuesta MEP consistente sobre el punto caliente y luego mantener la bobina en la misma posición en relación con el cráneo del sujeto durante toda la grabación. Como la vigilancia tiene una influencia prominente en la excitabilidad cortical20, se necesita un cuidado especial para mantener al sujeto relajado pero alerta.

Para mantener al sujeto alerta, se deben plantear preguntas cortas regularmente. Además, el examinador debe vigilar las contracciones musculares para determinar si el músculo objetivo está siendo estimulado. Además, el examinador debe supervisar la pantalla para observar si la amplitud del MEP o los cambios de umbral están indicando algún desplazamiento de la bobina, además de verificar el contorno en el gorro de natación. Si la bobina ha sido desplazada, el usuario debe intentar reemplazarla en posición usando el dibujo. Si esto falla, la grabación debe reiniciarse. La influencia del desplazamiento de la bobina se minimiza en estos protocolos por el orden pseudoaleatorio de los ISI y por dar un estímulo de prueba sola después de cada conjunto de tres estímulos emparejados. Otra forma de permitir que la posición de una bobina TMS se rastree en tiempo real es mediante un sistema de neuronavegación. Esos sistemas están disponibles comercialmente y son eficaces; sin embargo, el alto costo limita su uso. Tenga en cuenta que aquí no se proporcionan datos sobre pacientes con ELA u otros trastornos neurodegenerativos. Pueden surgir desafíos adicionales en estos pacientes, como bajas amplitudes debido a la pérdida de neuronas motoras periféricas, actividad espontánea e inexcitabilidad.

Todos los protocolos de este estudio (pulso único y pareado) se llevaron a cabo con una bobina de figura de ocho (Magstim, bobina remota D70) conectada a un módulo Bistim2 . Esto se hizo para mantener una fuerza comparable de campo magnético entre los protocolos, ya que el estímulo se atenúa al pasar por el módulo Bistim. El sistema se configuró en el modo Independent Bistim Triggering que permite la activación externa individual de las dos unidades Magstim 2002 . Para los protocolos de pulso único, la intensidad de una de las unidades se estableció en 0% MSO. Las grabaciones se realizan utilizando un protocolo de grabación, que es parte de un programa de software. Para los otros tipos de estimuladores magnéticos, solo se requiere una unidad.

Una limitación del método TMS es la variabilidad. Estudios previos mostraron que la variabilidad interindividual es mayor que la variabilidad intradía o interdiaria en un mismo sujeto19,21. Se debe prestar atención a la estandarización del método y a eliminar posibles errores técnicos que puedan afectar la confiabilidad. TMS no se puede utilizar en ciertas condiciones, como pacientes con un marcapasos o epilepsia. Deben seguirse las normas internacionales de seguridad22. Además, se pueden esperar ligeras molestias, especialmente si se utiliza una bobina circular23. Sin embargo, la incomodidad es a menudo mínima y no es necesario causar la interrupción del examen.

Los métodos descritos en este manuscrito están automatizados tanto para grabaciones como para análisis en comparación con los métodos existentes. Esto permite que las grabaciones sean realizadas por un solo operador, y el operador no necesita interferir con nada más que mantener la bobina en el mismo lugar. Cada protocolo ha sido diseñado para tomar ~ 10 minutos, lo que hace posible ejecutar varios protocolos en una hora, el tiempo que probablemente tomará para un protocolo con los métodos manuales existentes. Los estímulos magnéticos se entregan cada 4 s en este estudio; sin embargo, otros dispositivos magnéticos permiten una estimulación más rápida, lo que permite reducir la duración de la grabación de cada protocolo a menos de 5 minutos. El software descrito aquí también permite la selección de diferentes ISI, números de estímulos para cada ISI y nivel de estímulo de condicionamiento. Un avance importante del método descrito aquí es una función de cierre, que elimina automáticamente los rastros cuando el sujeto no está relajado.

En conclusión, los métodos descritos aquí pueden proporcionar información invaluable para comprender los mecanismos subyacentes de varios trastornos cerebrales, particularmente trastornos neurodegenerativos, como la ELA, y pueden tener valor diagnóstico. Se necesitan más estudios para diferentes poblaciones de pacientes y grupos más grandes para determinar el valor diagnóstico de las medidas de EMT convencionales y de seguimiento de umbrales, y si estas medidas pueden usarse como biomarcadores para trastornos neurodegenerativos. Los estudios que registran TMS en diferentes músculos y extremidades superiores e inferiores también están justificados.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudio fue apoyado financieramente principalmente por las dos subvenciones de la Fundación Lundbeck (número de subvención R290-2018-751) y el Fondo de Investigación Independiente de Dinamarca (número de subvención: 9039-00272B).

Materials

50 Hz Noise Eliminator Digitimer Ltd Humbug
Analogue-to-Digital Converter National Instruments NI-6221
Recording program Digitimer Ltd (copyright University College London) QtracS.EXE
TMS recording protocol Digitimer Ltd (copyright QTMS Science) QTMSG-12 recording protocol
Disposable surface recording electrodes AMBU Ambu® BlueSensor NF
Figure-of-8 coil Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK Magstim® D70 Remote Coil
Isolated EMG amplifier Digitimer Ltd D440
Isolated linear bipolar constant-current stimulator Digitimer Ltd DS5
TMS device Magstim Co. Ltd, Whiteland, Wales, UK Magstim® 2002 stimulators (2 MagStim units are required )
Analysis and plotting program Digitimer Ltd (copyright University College London) QtracP.EXE
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References

  1. Rawji, V., Latorre, A., Sharma, N., Rothwell, J. C., Rocch, L. On the use of TMS to investigate the pathophysiology of neurodegenerative diseases. Frontiers in Neurology. 11, 584664 (2020).
  2. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  3. Ziemann, U., Rothwell, J. C., Ridding, M. C. Interaction between intracortical inhibition and facilitation in human motor cortex. Journal of Physiology. 496, 873-881 (1996).
  4. Ziemann, U., Tergau, F., Wischer, S., Hildebrandt, J., Paulus, W. Pharmacological control of facilitatory I-wave interaction in the human motor cortex. A paired transcranial magnetic stimulation study. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 109 (4), 321-330 (1998).
  5. Premoli, I., et al. Short-interval and long-interval intracortical inhibition of TMS-evoked EEG potentials. Brain Stimulation. 11 (4), 818-827 (2018).
  6. Ilic, T. V., et al. Short-interval paired-pulse inhibition and facilitation of human motor cortex: the dimension of stimulus intensity. Journal of Physiology. 545 (1), 153-167 (2002).
  7. Peurala, S. H., Muller-Dahlhaus, J. F., Arai, N., Ziemann, U. Interference of short-interval intracortical inhibition (SICI) and short-interval intracortical facilitation (SICF). Clinical Neurophysiolology. 119 (10), 2291-2297 (2008).
  8. Tokimura, H., et al. Short latency inhibition of human hand motor cortex by somatosensory input from the hand. Journal of Physiology. 523, 503-513 (2000).
  9. Chen, R., Corwell, B., Hallett, M. Modulation of motor cortex excitability by median nerve and digit stimulation. Experimental Brain Research. 129 (1), 77-86 (1999).
  10. Turco, C. V., et al. long-latency afferent inhibition; uses, mechanisms and influencing factors. Brain Stimululation. 11 (1), 59-74 (2018).
  11. Di Lazzaro, V., et al. Effects of lorazepam on short latency afferent inhibition and short latency intracortical inhibition in humans. Journal of Physiolology. 564, 661-668 (2005).
  12. Fisher, R. J., Nakamura, Y., Bestmann, S., Rothwell, J. C., Bostock, H. Two phases of intracortical inhibition revealed by transcranial magnetic threshold tracking. Experimental Brain Research. 143 (2), 240-248 (2002).
  13. Awiszus, F., Feistner, H., Urbach, D., Bostock, H. Characterisation of paired-pulse transcranial magnetic stimulation conditions yielding intracortical inhibition or I-wave facilitation using a threshold-hunting paradigm. Experimental Brain Research. 129 (2), 317-324 (1999).
  14. Vucic, S., Kiernan, M. C. Novel threshold tracking techniques suggest that cortical hyperexcitability is an early feature of motor neuron disease. Brain. 129, 2436-2446 (2006).
  15. Vucic, S., et al. Utility of threshold tracking transcranial magnetic stimulation in ALS. Clinical Neurophysiolology Practice. 3, 164-172 (2018).
  16. Vucic, S., Kiernan, M. C. Axonal excitability properties in amyotrophic lateral sclerosis. Clinical Neurophysiolology. 117 (7), 1458-1466 (2006).
  17. Vucic, S., Howells, J., Trevillion, L., Kiernan, M. C. Assessment of cortical excitability using threshold tracking techniques. Muscle Nerve. 33 (4), 477-486 (2006).
  18. Tankisi, H., et al. Short-interval intracortical inhibition as a function of inter-stimulus interval: Three methods compared. Brain Stimululation. 14 (1), 22-32 (2021).
  19. Samusyte, G., Bostock, H., Rothwell, J., Koltzenburg, M. Short-interval intracortical inhibition: Comparison between conventional and threshold-tracking techniques. Brain Stimululation. 11 (4), 806-817 (2018).
  20. Noreika, V., et al. Alertness fluctuations when performing a task modulate cortical evoked responses to transcranial magnetic stimulation. Neuroimage. 223, 117305 (2020).
  21. Boroojerdi, B., Kopylev, L., Battaglia, F., et al. Reproducibility of intracortical inhibition and facilitation using the paired-pulse paradigm. Nerve. 23 (10), 1594-1597 (2000).
  22. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiolology. 132 (1), 269-306 (2021).
  23. Ørskov, S., et al. Comparison of figure-of-8 and circular coils for threshold tracking transcranial magnetic stimulation measurements. Neurophysiologie Clinique. 51 (2), 153-160 (2021).

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Tankisi, H., Howells, J., Cengiz, B., Samusyte, G., Koltzenburg, M., Bostock, H. Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation. J. Vis. Exp. (174), e62787, doi:10.3791/62787 (2021).
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