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Neurowissenschaften

M1 피질 척수 억제를 조사하기 위해 단일 펄스 경두개 자기 자극에 의해 유도된 반대쪽 침묵 기간 측정

Published: August 23, 2022
doi:
10.3791/64231
, , , , , , , , , , ,
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

반대쪽 침묵 기간(cSP) 평가는 피질 흥분성 및 치료 반응을 색인화하는 유망한 바이오마커입니다. 우리는 상지 및 하지의 M1 피질 척수 억제를 연구하기 위한 cSP를 평가하기 위한 프로토콜을 시연합니다.

Abstract

반대쪽 침묵 기간(cSP)은 운동 유발 전위(MEP) 후 근전도 검사(EMG)에 의해 포착된 배경 전기적 근육 활동을 억제하는 기간입니다. 이를 얻기 위해 MEP는 선택된 표적 근육의 일차 운동 피질(M1)에 전달되는 역치 경두개 자기 자극(TMS) 펄스에 의해 유도되는 반면, 참가자는 표준화된 자발적 표적 근육 수축을 제공합니다. cSP는 MEP 이후에 발생하는 억제 메커니즘의 결과입니다. 초기 ~50ms의 척추 억제와 이후의 피질 억제에 대한 광범위한 시간적 평가를 제공합니다. 연구자들은 cSP의 이면에 있는 신경생물학적 메커니즘을 더 잘 이해하여 다양한 신경정신병 질환에 대한 잠재적인 진단, 대리 및 예측 바이오마커로 검증하려고 노력했습니다. 따라서 본 논문에서는 대상 근육의 선택, 전극 배치, 코일 위치, 자발적 수축 자극 측정 방법, 강도 설정 및 대표적인 결과를 얻기 위한 데이터 분석을 포함하여 하지와 상지의 M1 cSP를 측정하는 방법을 설명합니다. 하지와 상지에 대해 실현 가능하고 신뢰할 수 있으며 재현 가능한 cSP 프로토콜을 수행하는 시각적 지침을 제공하고 이 기술의 실질적인 문제를 논의하는 교육 목표를 가지고 있습니다.

Introduction

침묵 기간(SP)은 지속적인 근육 수축 동안 적용된 경두개 자기 자극(TMS)에 의해 유도된 운동 유발 전위(MEP)를 따르는 근전도(EMG) 침묵 기간입니다. 역치상 TMS 펄스는 EMG 활동이 기록되는 표적 근육의 반대쪽 또는 동측 일차 운동 피질(M1)에 적용될 수 있으며, 이는 반대쪽 침묵 기간(cSP)과 동측 침묵 기간(iSP)의 두 가지 현상을 생성합니다.

iSP와 cSP는 유사한 기능을 공유하지만 약간 다른 구성 요소를 반영할 수 있습니다. 첫 번째는 transcallosal 억제를 반영하는 것으로 생각되므로 전적으로 피질기원 1,2. 반대로, cSP는 M1 3,4,5 내의 감마-아미노부티르산(GABA) B 수용체에 의해 매개될 가능성이 가장 높은 피질 척수 억제의 가능한 대리자로 조사됩니다.

GABA 매개 경로에서 cSP의 역할을 뒷받침하는 이전 연구에서는 GABA 강화 성분 5,6,7,8의 경구 투여 후 cSP 기간의 증가를 발견했습니다. 그러나 척추 과정은 또한 지속 시간을 변경하는 데 관여합니다. cSP의 초기 단계(<50ms)는 말초 신경 회로의 산물이며 척추 뉴런의 흥분성을 정량화하는 H-반사 값3-a 반사 감소와 관련이 있다9. 척추 처리는 Renshaw 세포의 활성화, 운동 뉴런 과분극 후 및 척추 중간 뉴런 10,11,12,13,14에 의한 시냅스 후 억제를 통해 매개되는 것으로 생각됩니다.

척추 기여에도 불구하고, cSP는 주로 cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16의 후반부를 생성하는 피질 억제 뉴런의 활성화로 인해 발생합니다. 그런 점에서, cSP 기간의 초기 부분은 척추 억제 메커니즘과 관련이 있는 반면, 긴 cSP는 더 큰 피질 억제 메커니즘을 요구합니다 3,13,17,18.

따라서 cSP는 신경 장애로 인한 피질 척수 부적응에 대한 유망한 바이오마커 후보인 반면, 더 중요한 cSP 기간은 잠재적으로 피질 척수 억제의 증가를 반영하며 그 반대의 경우도마찬가지입니다 5,11. 따라서, 이전 연구에서는 cSP 기간과 근긴장이상, 파킨슨병, 만성 통증, 뇌졸중 및 기타 신경퇴행성 및 정신과적 상태와 같은 병리 사이의 연관성을 발견했다 19,20,21,22. 예를 들어, 무릎 골관절염 코호트에서 더 높은 피질 내 억제(cSP에 의해 지수화됨)는 몬트리올 인지 평가 척도23에서 더 어린 나이, 더 큰 연골 변성 및 더 낮은 인지 능력과 관련이 있었습니다. 또한, cSP 변화는 종단적으로 치료 반응 및 운동 회복을 지표화할 수 있습니다(24,25,26,27,28,29,30).

신경정신의학 분야에서 cSP의 역할이 유망하지만, 평가의 어려운 측면은 프로토콜 변형에 너무 민감할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, cSP 지속 시간(~100-300ms)11은 상지와 하지로 구별할 수 있습니다. Salerno et al. 섬유근육통 환자의 샘플에서 제1 등쪽 골간근(FDI)의 경우 평균 cSP 기간이 121.2ms(± 32.5), 전경골근(TA)의 경우 75.5ms(± 21)임을 발견했습니다31. 따라서 문헌은 cSP를 유도하는 데 사용되는 매개변수에서 무수히 많은 차이를 전달하며, 이는 차례로 연구 전반에 걸친 비교 가능성을 위태롭게 하고 임상 실습으로의 번역을 지연시킵니다. 예를 들어, 유사한 집단 내에서 프로토콜은 M1 및 표적 근육을 자극하는 데 사용되는 역치 TMS 펄스 설정과 관련하여 이질적이었습니다. 게다가 연구원들은 프로토콜에 사용된 매개변수를 제대로 보고하지 못했습니다.

따라서 목표는 상지 및 하지의 M1 피질 척수 흥분성을 평가하기 위해 실현 가능하고 신뢰할 수 있으며 쉽게 재현할 수 있는 cSP 프로토콜을 적용하는 방법에 대한 시각적 지침을 제공하고 해당 절차의 실질적인 방법론적 과제를 논의하는 것입니다. 또한 매개변수 선택에 대한 이유를 설명하는 데 도움이 되도록 Pubmed/MEDLINE에 대한 비철저한 문헌 검토를 수행하여 검색 용어를 사용하여 만성 통증 및 재활 인구에서 cSP에 대한 출판된 논문을 식별했습니다: Rehabilitation(Mesh) 또는 재활 또는 만성 통증 또는 뇌졸중 및 경두개 자기 자극 및 단일 펄스 또는 피질 침묵 기간과 같은 용어. 추출에 대한 포함 기준은 정의되지 않았으며 통합 결과는 설명 목적으로만 표 1 에 표시됩니다.

Protocol

이 프로토콜은 인간 대상에 대한 연구를 포함하며 지역 윤리위원회의 제도적 및 윤리적 지침 및 헬싱키 선언과 제휴합니다. 연구에서 데이터를 사용하기 위해 피험자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다. 1. 실험 전 절차 주제의 스크리닝. 두개내 임플란트, 간질, 발작 병력 및 임신에 대해 피험자를 선별합니다. 설문지 지침을 사용하여 최신 안전 예?…

Representative Results

단계별 절차를 따른 후 역치 TMS 펄스(RMT의 120%)를 전달하면 대상 근육의 EMG 기록에서 관찰 가능한 MEP를 유도하고 이후 약 150ms에서 300ms의 배경 EMG 활동 억제 기간을 유도합니다(그림 2). 해당 EMG 패턴에서 cSP 메트릭을 계산할 수 있습니다. 가장 많이 보고된 결과는 상대 및 절대 SP의 기간(ms 범위)입니다. 상대적 SP는 MEP 시작부터 EMG 활동의 재발까지 측정됩니다. 한 가지 대안은 …

Discussion

MEP 및 SP를 유도하는 기본 SI는 모집단에 따라 달라질 수 있습니다. 80% RMT의 낮은 강도는 건강한 사람에게서 cSP를 유발하는 것으로 나타났으며39, 여전히 건강한 인구와 질병에 걸린 인구 모두에 대한 연구에서는 150% RMT의 높은 강도를 사용했습니다 49,50,51. 이러한 이질성의 원인은 표적 모집단의 특성에 내재되…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

승인이 없습니다.

Materials

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
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Rebello-Sanchez, I., Parente, J., Pacheco-Barrios, K., Marduy, A., Pimenta, D. C., Lima, D., Slawka, E., Cardenas-Rojas, A., Rosa, G. R., Nazim, K., Datta, A., Fregni, F. Measuring Contralateral Silent Period Induced by Single-Pulse Transcranial Magnetic Stimulation to Investigate M1 Corticospinal Inhibition. J. Vis. Exp. (186), e64231, doi:10.3791/64231 (2022).
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