Nous présentons une suite de protocoles standardisés d’enregistrement de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) à impulsion unique et appariée, avec des options pour les mesures d’amplitude conventionnelles et le suivi des seuils. Ce programme peut contrôler trois types différents de stimulateurs magnétiques et est conçu pour permettre à tous les tests d’être effectués facilement par un seul opérateur.
La plupart des paramètres de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) à impulsion unique (p. ex., seuil moteur, fonction stimulus-réponse, période de silence corticale) sont utilisés pour examiner l’excitabilité corticospinale. Les paradigmes de TMS à impulsions appariées (p. ex. inhibition intracorticale à intervalles courts et longs (SICI/LICI), facilitation intracorticale à intervalles courts (SICF) et inhibition afférente à courte et longue latence (SAI/LAI)) fournissent des informations sur les réseaux inhibiteurs et facilitateurs intracorticaux. Cela a longtemps été fait par la méthode TMS conventionnelle de mesure des changements dans la taille des potentiels évoqués par le moteur (MEPs) en réponse à des stimuli d’intensité constante. Une autre approche de suivi des seuils a récemment été introduite par laquelle l’intensité du stimulus pour une amplitude cible est suivie. L’utilité diagnostique du SICI de suivi des seuils dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA) a été démontrée dans des études antérieures. Cependant, le TMS de suivi des seuils n’a été utilisé que dans quelques centres, en partie en raison du manque de logiciels facilement disponibles, mais aussi peut-être en raison de l’incertitude quant à sa relation avec les mesures TMS conventionnelles à impulsion unique et appariée.
Une suite de programmes semi-automatiques pilotés par menu a été développée pour faciliter l’utilisation plus large des techniques TMS de suivi des seuils et pour permettre des comparaisons directes avec les mesures d’amplitude conventionnelles. Ceux-ci ont été conçus pour contrôler trois types de stimulateurs magnétiques et permettre l’enregistrement par un seul opérateur des protocoles TMS à impulsion unique et appariée courants.
Cet article montre comment enregistrer un certain nombre de protocoles TMS à impulsion unique et appariée sur des sujets sains et analyser les enregistrements. Ces protocoles TMS sont rapides et faciles à réaliser et peuvent fournir des biomarqueurs utiles dans différents troubles neurologiques, en particulier les maladies neurodégénératives telles que la SLA.
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) du cortex moteur est une méthode non invasive pour examiner la physiologie corticale et la physiopathologie de nombreuses affections neurologiques, y compris les maladies neurodégénératives1. Le cortex moteur primaire est stimulé à l’aide d’impulsions TMS supra-seuil pour produire une réponse motrice dans le muscle cible. Cette réponse est appelée potentiel évoqué par le moteur (MEP). TmS est un outil utile pour interroger les réseaux moteurs corticaux et potentiellement sous-corticaux2. La SMT à impulsion unique peut évaluer la réactivité corticale, le seuil moteur au repos (RMT), l’amplitude meP et la période de silence corticale (CSP)2. L’inhibition corticale peut être sondée à l’aide d’une SMT à impulsions appariées à des intervalles interstimulus (ISI) de 2-3 ms (SICI) ou ~100 ms (LICI)3,4,5.
Le SICI est médié par l’acide gamma-aminobutyrique (GABA)A et le LICI par les récepteurs GABAB comme l’indique leur pharmacologie4,5. Les circuits sous-jacents au SICF sont médiés en partie par les récepteurs glutamatergiques de l’acide N-méthyl-D-aspartique (NMDA)6,7. L’amplitude meP est réduite si la SMT est précédée d’une stimulation électrique d’un nerf sensoriel périphérique. Cet effet est appelé inhibition afférente et est connu sous le nom d’ISI lorsque l’ISI est d’environ 20-25 ms et de LAI à des ISI plus longs de 200-1000 ms entre la stimulation électrique du nerf périphérique et l’impulsion unique de TMS8,9,10. L’ISC est modulée par l’activité cholinergique11; cependant, le LAI est considérablement sous-étudié et les circuits neuronaux sous-jacents à ce phénomène ne sont pas clairs 10.
Les amplitudes meP sont variables, et les estimations des critères d’évaluation dans les méthodes TMS conventionnelles (cTMS) utilisent généralement des moyennes arithmétiques de 10 à 20 réponses évoquées avec une intensité de stimulus fixe. Une autre approche est le TMS de suivi des seuils, décrit pour la première fois il y a plus de 20 ans12,13. Dans ce cas, l’intensité des stimuli successifs est variée pour obtenir une réponse d’amplitude cible fixe. Les techniques conventionnelles et de suivi des seuils peuvent être utilisées avec différents ISI. Dans la première version de cette approche appliquée au SICI, à savoir le suivi des seuils « sérieux » (T-SICI), une méthode de suivi similaire à celle utilisée dans les tests d’excitabilité nerveuse a été utilisée: le « seuil » a d’abord été estimé à un intervalle interstimulus (ISI), puis suivi en série à des ISI successifs. Cette méthode a été largement utilisée par un groupe et préconisée comme biomarqueur potentiel de la SLA en raison de son utilité diagnostique élevée14,15,16,17. Cependant, leurs résultats n’ont pas encore été confirmés par un autre groupe de recherche14,15,16,17.
L’approche sérielle est efficace lorsque les seuils de référence sont stables, comme dans les nerfs périphériques. Cependant, lorsque les seuils fluctuent considérablement, comme c’est le cas pour l’excitabilité corticospinale, le suivi en série présente l’inconvénient de fausser gravement la dépendance à l’ISI de SICI18. Par conséquent, un autre paradigme de suivi des seuils « parallèle » peut être plus approprié pour SICI (T-SICIp)18,19 et d’autres protocoles d’impulsions appariées, dans lesquels les seuils sont estimés indépendamment, en parallèle, pour différents ISI.
Malgré leurs promesses, les méthodes TMS existantes n’ont pas encore été acceptées dans les cliniques comme tests de diagnostic fiables ou biomarqueurs dans les essais cliniques. Cela peut être dû à plusieurs limitations des méthodes TMS existantes, telles que la consommation de temps, la demande d’opération manuelle et la faible reproductibilité. Pour aider à surmonter ces limitations, ce document décrit une suite de protocoles TMS automatisés, rapides, à impulsion unique et appariées récemment développés, conçus pour un fonctionnement à une seule main et pour permettre la comparaison entre les approches conventionnelles et sérielles et parallèles de suivi des seuils.
L’équipement utilisé ici comprend une machine TMS, un stimulateur bipolaire isolé à courant constant, un éliminateur de bruit pour éliminer les interférences électriques de 50 à 60 Hz, un amplificateur d’électromyographie et un système d’acquisition de données. Le logiciel est suffisamment polyvalent pour fonctionner avec d’autres amplificateurs, stimulateurs et conditions d’enregistrement.
La mesure TMS, telle que programmée dans le logiciel d’enregistrement, est une procédure hautement automatisée. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour obtenir des résultats fiables. Au stade de l’enregistrement, il est important d’assurer une réponse MEP cohérente sur le point chaud, puis de maintenir la bobine dans la même position par rapport au crâne du sujet tout au long de l’enregistrement. Comme la vigilance a une influence importante sur l’excitabilité corticale20, des soins particuliers sont nécessaires pour garder le sujet détendu mais alerte.
Pour garder le sujet alerte, de courtes questions doivent être posées régulièrement. De plus, l’examinateur doit garder un œil sur les contractions musculaires pour vérifier si le muscle cible est stimulé. En outre, l’examinateur doit surveiller l’écran pour observer si l’amplitude du MEP ou les changements de seuil indiquent un déplacement de la bobine, en plus de vérifier le contour du bonnet de bain. Si la bobine a été déplacée, l’utilisateur doit essayer de la remplacer en position à l’aide du dessin. Si cela échoue, l’enregistrement doit être redémarré. L’influence du déplacement de la bobine est minimisée dans ces protocoles par l’ordre pseudo-aléatoire des ISI et en donnant un stimulus de test seul après chaque ensemble de trois stimuli appariés. Une autre façon de permettre de suivre la position d’une bobine TMS en temps réel consiste à utiliser un système de neuronavigation. Ces systèmes sont disponibles dans le commerce et efficaces; cependant, le coût élevé limite leur utilisation. Veuillez noter qu’aucune donnée n’est fournie ici sur les patients atteints de SLA ou d’autres troubles neurodégénératifs. Des défis supplémentaires peuvent survenir chez ces patients, tels que de faibles amplitudes dues à la perte de motoneurone périphérique, à une activité spontanée et à une inexcitabilité.
Tous les protocoles de cette étude (impulsion unique et appariée) ont été réalisés avec une bobine de huit (Magstim, D70 Remote coil) connectée à un module Bistim2 . Cela a été fait pour maintenir une force de champ magnétique comparable entre les protocoles, car le stimulus est atténué lors du passage à travers le module Bistim. Le système a été réglé sur le mode de déclenchement Bistim indépendant permettant le déclenchement externe individuel des deux unités Magstim 2002 . Pour les protocoles à impulsion unique, l’intensité de l’une des unités a été réglée sur 0 % d’OSM. Les enregistrements sont effectués à l’aide d’un protocole d’enregistrement, qui fait partie d’un logiciel. Pour les autres types de stimulateurs magnétiques, une seule unité est nécessaire.
Une limitation de la méthode TMS est la variabilité. Des études antérieures ont montré que la variabilité interindividuelle est plus élevée que la variabilité intrajournalière ou interjournalière sur le même sujet19,21. Il convient de prêter attention à la normalisation de la méthode et d’éliminer les éventuelles erreurs techniques pouvant affecter la fiabilité. La SMT ne peut pas être utilisée dans certaines conditions telles que les patients atteints d’un stimulateur cardiaque ou l’épilepsie. Les règles internationales de sécurité doivent être suivies22. De plus, un léger inconfort peut être attendu, en particulier si une bobine circulaire23 est utilisée. Cependant, l’inconfort est souvent minime et ne doit pas nécessairement provoquer l’arrêt de l’examen.
Les méthodes décrites dans ce manuscrit sont automatisées à la fois pour les enregistrements et les analyses par rapport aux méthodes existantes. Cela permet aux enregistrements d’être effectués par un seul opérateur, et l’opérateur n’a pas besoin d’interférer avec autre chose que de garder la bobine au même endroit. Chaque protocole a été conçu pour prendre ~ 10 min, ce qui permet d’exécuter plusieurs protocoles en une heure, le temps que prendra probablement pour un protocole avec les méthodes manuelles existantes. Les stimuli magnétiques sont délivrés toutes les 4 s dans cette étude; cependant, d’autres dispositifs magnétiques permettent une stimulation plus rapide, ce qui permet de réduire la durée d’enregistrement de chaque protocole à moins de 5 minutes. Le logiciel décrit ici permet également de sélectionner différents ISI, le nombre de stimuli pour chaque ISI et le niveau de stimulus de conditionnement. Une avancée majeure de la méthode décrite ici est une fonction de contrôle, qui supprime automatiquement les traces lorsque le sujet n’est pas détendu.
En conclusion, les méthodes décrites ici peuvent fournir des informations précieuses pour comprendre les mécanismes sous-jacents de plusieurs troubles cérébraux, en particulier les troubles neurodégénératifs, tels que la SLA, et peuvent avoir une valeur diagnostique. D’autres études sont nécessaires pour différentes populations de patients et des groupes plus importants afin de déterminer la valeur diagnostique des mesures TMS conventionnelles et de suivi des seuils, et si ces mesures peuvent effectivement être utilisées comme biomarqueurs pour les troubles neurodégénératifs. Des études enregistrant la SMT dans différents muscles et les membres supérieurs et inférieurs sont également justifiées.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été soutenue financièrement principalement par les deux subventions de la Fondation Lundbeck (numéro de subvention R290-2018-751) et du Fonds de recherche indépendant du Danemark (numéro de subvention: 9039-00272B).
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 |