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Neuroscienze

Navegado de evaluación bilateral de las vías corticoespinales de los músculos del tobillo mediante estimulación magnética transcraneal

Published: February 19, 2019
doi:
10.3791/58944
, , , ,
1Department of Neurology,New York University School of Medicine, 2Department of Health Sciences and Research,Medical University of South Carolina, 3Department of Physical Therapy,University of Nevada Las Vegas, 4Department of Health Professions,Medical University of South Carolina, 5Ralph H. Johnson VA Medical Center, 6Department of Psychiatry,Medical University of South Carolina, 7Division of Physical Therapy,Medical University of South Carolina

Summary

El presente Protocolo describe la evaluación simultánea, bilateral de la respuesta corticomotor del sóleo y tibial anterior durante la activación voluntaria resto y tónico usando la estimulación magnética transcraneal solo pulso y neuronavegación sistema.

Abstract

Músculos de la pierna distal reciben entrada neural de áreas corticales del motor vía el tracto corticoespinal, que es uno de la vía descendente motor principal en los seres humanos y pueden evaluarse utilizando la estimulación magnética transcraneal (TMS). Dado el papel de los músculos distales de la pierna en vertical tareas posturales y dinámicas, como caminar, ha surgido un creciente interés en la investigación en la evaluación y modulación de los tractos corticoespinales en relación con la función de estos músculos en la última década. Sin embargo, parámetros metodológicos utilizados en trabajos previos han variado a través de estudios que la interpretación de los resultados de estudios transversales y longitudinales menos robusto. Por lo tanto, uso de un protocolo estandarizado de memorias de traducción específico para la evaluación de la respuesta de los músculos de la pierna corticomotor (CMR) permite la comparación directa de resultados a través de estudios y cohortes. El objetivo de este trabajo es presentar un protocolo que proporciona la flexibilidad para evaluar simultáneamente la CMR bilateral de dos músculos antagonistas principales del tobillo, el tibial anterior y el sóleo, usando solo pulso TMS con un sistema de Neuronavegación. El presente Protocolo es aplicable mientras que el músculo examinado completamente relajado o contraído isométrica en un porcentaje definido de máxima contracción voluntaria isométrica. Usando MRI estructural de cada sujeto con el sistema de Neuronavegación asegura la exacta y precisa colocación de la bobina sobre las representaciones corticales de pierna durante la evaluación. Dada la inconsistencia en CMR derivada medidas, este protocolo también describe un cálculo estandarizado de esas medidas mediante algoritmos automatizados. Aunque este Protocolo no se lleva a cabo durante las tareas posturales o dinámicas vertical, puede utilizarse para evaluar bilateralmente cualquier par de músculos de las piernas, antagónicos o sinérgicos, en sujetos neurológicamente intactos y deterioradas.

Introduction

Tibial anterior (TA) y soleus (SOL) son los músculos antagónicos tobillo situados en el compartimiento anterior y posterior de la pierna, respectivamente. Ambos músculos son uniarticular, mientras que la principal función de TA y SOL es dorsiflexión y plantarflex la articulación tibiotarsiana, respectivamente1. Por otra parte, TA es más funcional para las excursiones de mucho músculo y menos importante para la producción de fuerza, mientras que SOL es un músculo antigravedad diseñado para generar alta fuerza con pequeña excursión del músculo2. Ambos músculos son especialmente importantes durante las tareas postural y dinámica vertical (por ejemplo, caminar)3,4. Control neural, las piscinas del motorneuron de ambos músculos reciben unidad neural del cerebro vía el motor descendente vías5,6, además de diversos grados de unidad sensorial.

El motor principal descendente camino es el tracto corticoespinal, que origina de las áreas de motor primarias, premotora y suplementarias y termina en el espinal motorneuron piscinas7,8. En los seres humanos, el estado funcional de este tracto (corticomotor respuesta – CMR) puede ser factible evaluado usando la estimulación magnética transcraneal (TMS), una estimulación cerebral no invasiva herramienta9,10. Desde la introducción de la EMT y dada su significación funcional durante la tarea postural erguido y caminando, CMR de TA y SOL han sido evaluados en diferentes cohortes y tareas11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

En contraste con la evaluación de CMR en los músculos de la extremidad superior33, no se ha establecido ningún protocolo universal de TMS para la evaluación de CMR en los músculos de la extremidad inferior. Debido a la falta de un protocolo establecido y la gran variabilidad metodológica en los estudios anteriores (e.g., tipo de bobina, uso de Neuronavegación, nivel de activación tónica, prueba lateral y músculo, uso y cálculo de CMR mide, etcetera. ), la interpretación de los resultados a través de estudios y cohortes pueden ser engorroso, complicado e inexacto. Como las medidas son funcionalmente relevantes en diversas tareas de motor, permite a un protocolo establecido de memorias de traducción específico para bajar evaluación de CMR de extremidad motor neurólogos y científicos de rehabilitación evaluar sistemáticamente el CMR en estos músculos a través de sesiones y varias cohortes.

Por lo tanto, el objetivo de este protocolo es describir la evaluación bilateral de TA y SOL CMR solo pulso sistema TMS y Neuronavegación. En contraste con anteriores trabajos, este protocolo tiene como objetivo maximizar el rigor de los procedimientos experimentales, adquisición de datos y análisis de datos mediante el empleo de factores metodológicos que optimicen la validez y la duración del experimento y estandarizar el CMR evaluación de estos dos músculos de la extremidad inferiores. Dado que el CMR de un músculo depende de si el músculo está completamente relajado o es parcialmente activa, este protocolo describe cómo la TA y SOL CMR pueden evaluarse durante resto y tónico activación voluntaria (TVA). Las siguientes secciones describen completamente el presente Protocolo. Por último, datos representativos se presentan y discuten. El protocolo descrito aquí se deriva de Agudelo et al. 201832.

Protocol

Todos los procedimientos experimentales presentados en este protocolo han sido aprobados por la Junta de revisión institucional local y están de acuerdo con la declaración de Helsinki. 1. consentimiento de proceso y seguridad cuestionarios Antes de cualquier experimento, explicar cada tema del aim(s) del estudio, los principales procedimientos experimentales y cualquier posibles factores de riesgo asociados a participar en el estudio. Después de responder a cualquier pregunta o p…

Representative Results

Figuras 2-4 presentan los datos de un representante varón de 31 año de edad neurológicamente intacto con altura y un peso de 178 cm y 83 kg, respectivamente. Figura 2 presenta los focos bilaterales y RMT de cada músculo de tobillo. Utilizando el punto situado en el centro de la zona de la pierna en cada hemisferio (ver cuadros en la figura 1B), la intensidad del 45% MSO bilateral fue utilizado para la caza del punto caliente. La ubicación…

Discussion

Dado el interés emergente en cómo la corteza de motor contribuye al control motor de músculos de la pierna durante tareas dinámicas en diversas cohortes, se necesita un protocolo estandarizado de TMS que describe la evaluación completa de estos músculos. Por lo tanto, por primera vez, el presente Protocolo proporciona procedimientos metodológicos estandarizados en la evaluación bilateral de los dos músculos antagónicos de tobillo, SOL y TA, durante los dos Estados del músculo (resto y TVA) utilizando un solo p…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores agradecen a Dr. Jesse C. Dean para ayudar con el desarrollo metodológico y proporcionando información sobre el proyecto del manuscrito. Este trabajo fue apoyado por una VA carrera desarrollo Premio 2 RR & D N0787-W (MGB), un premio de desarrollo institucional de la nacional Instituto de General ciencias médicas del NIH grant número P20-GM109040 (SAK) y P2CHD086844 (SAK). El contenido no representa las opiniones del Departamento de asuntos de veteranos o el gobierno de Estados Unidos.

Materials

2 Magstim stimulators (Bistim module) The Magstim Company Limited; Whitland, UK Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
Adaptive parameter estimation by sequential testing (PEST) for TMS http://www.clinicalresearcher.org/software.htm Used to determine motor thresholds.
Amplifier Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA MA-300 Used to amplify EMG data.
Data Aqcuisition Unit Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA Micro 1401 Used to aqcuire EMG data.
Double cone coil The Magstim Company Limited; Whitland, UK PN: 9902AP Used to elicit bilateral motor evoked potentials in tibialis anterior and soleus muscles.
Polaris Northen Digital Inc.; Waterloo, Ontario, Canada Used to track the reflectiive markers located on subject tracker and coil tracker.
Signal Cambridge Electronics Design Limited; Cambridge, UK version 6 Used to collect motor evoked potentials during rest and TVA.
Single double differential surface EMG electrodes Motion Lab Systems; Baton Rouge, LN, USA MA-411 Used to record EMG signals.
TMS Frameless Stereotaxy Neuronavigation Sytem Brainsight 3, Rouge Research,
Montreal, Canada		 Used to navigate coil position during TMS assessment.
Walker boot Mountainside Medical Equipment, Marcy, NY Used to stabilize ankle joint.
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Charalambous, C. C., Liang, J. N., Kautz, S. A., George, M. S., Bowden, M. G. Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (144), e58944, doi:10.3791/58944 (2019).
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