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Neurociência

Valutazione bilaterale delle vie Corticospinal dei muscoli della caviglia utilizzando navigato la stimolazione magnetica transcranica

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

Il presente protocollo descrive la valutazione simultanea, bilaterale della risposta corticomotoria del soleo e tibiale anteriore durante l’attivazione volontaria resto e tonico usando una stimolazione magnetica transcranica di singolo impulso e la neuronavigazione sistema.

Abstract

I muscoli delle gambe distale ricevano input neurali da aree corticali motorie attraverso il tratto corticospinale, che è uno del pathway discendente motore principale in esseri umani e possono essere valutati utilizzando la stimolazione magnetica transcranica (TMS). Dato il ruolo dei muscoli delle gambe distale in verticale attività posturale e dinamica, come camminare, un crescente interesse di ricerca nella valutazione e nella modulazione dei tratti corticospinal riguardante la funzione di questi muscoli è emersa nell’ultimo decennio. Tuttavia, i parametri metodologici utilizzati nel precedente lavoro hanno variato attraverso gli studi facendo l’interpretazione dei risultati da studi trasversali e longitudinali meno robusto. Di conseguenza, uso di un protocollo standardizzato di TMS specifico per la valutazione della risposta di corticomotoria dei muscoli delle gambe (CMR) permetterà per un confronto diretto dei risultati attraverso gli studi e le coorti. L’obiettivo di questa carta è di presentare un protocollo che fornisce la flessibilità necessaria per valutare simultaneamente la CMR bilaterale dei muscoli antagonisti a due principali alla caviglia, il tibiale anteriore e il soleo, utilizzo singolo impulso TMS con un sistema di neuronavigazione. Il presente protocollo è applicabile, mentre il muscolo esaminato è completamente rilassato o isometricamente contratto a una percentuale definita di massima contrazione isometrica volontaria. Usando MRI strutturale di ogni oggetto con il sistema di neuronavigazione garantisce accurato e preciso posizionamento della bobina sopra le rappresentazioni corticali gamba durante la valutazione. Dato l’incoerenza nelle misure di CMR derivato, questo protocollo descrive anche un calcolo standardizzato di queste misure utilizzando algoritmi automatizzati. Anche se questo protocollo non è condotto durante attività posturale o dinamica verticale, può essere utilizzato per valutare bilateralmente qualsiasi coppia di muscoli delle gambe, o antagonisti o sinergici, in soggetti sia normali e cerebrolesi.

Introduction

Tibiale anteriore (TA) e soleo (SOL) sono i muscoli antagonistici caviglia situati nel vano anteriore e posteriore della parte inferiore della gamba, rispettivamente. Entrambi i muscoli sono uniarticular, mentre la funzione principale di TA e SOL è a dorsiflettere e plantarflex il giunto talocrural, rispettivamente1. Inoltre, TA è più funzionale per le escursioni lungo muscolo e meno importante per la produzione di forza, mentre SOL è un muscolo antigravità progettato per generare alta forza con piccola escursione del muscolo2. Entrambi i muscoli sono particolarmente rilevanti durante verticale attività posturale e dinamica (ad es., camminare)3,4. Per quanto riguarda controllo neurale, le piscine di motoneurone di entrambi i muscoli ricevono unità neurali dal cervello tramite il motore discendente vie5,6, oltre a vari gradi di unità sensoriale.

Il motore principale scendendo via è il tratto corticospinale, che proviene dalle zone motore primarie, premotorie e supplementari e termina nel motoneurone spinale piscine7,8. In esseri umani, lo stato funzionale di questo tratto (corticomotoria risposta – CMR) può essere valutato concretamente utilizzando la stimolazione magnetica transcranica (TMS), stimolazione cerebrale non invasiva strumento9,10. Dall’introduzione di TMS e dato loro significato funzionale durante attività posturale in posizione verticale e camminare, CMR di TA e SOL sono stati valutati in varie coorti e attività11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,27,28,29,30,31,32 .

In contrasto con la valutazione della CMR in muscoli del superiore-estremità33, nessun protocollo universale di TMS è stato stabilito per la valutazione della CMR in muscoli del basso-estremità. A causa della mancanza di un protocollo stabilito e la grande variabilità metodologica nell’ambito degli studi precedenti (ad esempio, tipo di bobina, uso di neuronavigazione, livello di attivazione tonica, test lato e muscoli, utilizzare e calcolo della CMR misura, ecc. ), l’interpretazione dei risultati attraverso studi e coorti possono essere ingombrante, complicati e imprecise. Come le misure sono funzionalmente rilevanti in vari compiti motori, un protocollo TMS stabilito specifico per abbassare la valutazione dell’estremità del CMR permetterà motori neuroscienziati e riabilitazione scienziati di valutare sistematicamente il CMR in questi muscoli attraverso sessioni e varie coorti.

Pertanto, l’obiettivo del presente protocollo è di descrivere la valutazione bilaterale di TA e SOL CMR utilizzando il sistema TMS e Neuronavigazione singolo impulso. A differenza di precedenti lavori, questo protocollo mira a massimizzare il rigore delle procedure sperimentali, acquisizione dati e analisi dei dati con l’ausilio di fattori metodologici che ottimizzano la validità e la durata dell’esperimento e standardizzare il CMR valutazione di questi due muscoli dell’arto inferiore. Dato che la CMR di un muscolo dipende se il muscolo è completamente rilassato o parzialmente è attivato, questo protocollo descrive come il TA e SOL CMR può essere valutata durante l’attivazione volontaria resto e tonico (TVA). Le seguenti sezioni descriveranno accuratamente il presente protocollo. Infine, dati rappresentativi saranno presentati e discussi. Il protocollo descritto qui è derivato da quella in Charalambous et al 201832.

Protocol

Tutte le procedure sperimentali presentate in questo protocollo sono state approvate dal locale Institutional Review Board e sono in conformità con la dichiarazione di Helsinki. 1. consenso processo e sicurezza questionari Prima di qualsiasi esperimento, spiegare a ciascun soggetto persegue dello studio, le principali procedure sperimentali e qualsiasi potenziali fattori di rischio associati partecipano allo studio. Dopo aver risposto alle domande o preoccupazioni che possono avere …

Representative Results

Figure 2-4 presentano i dati da un rappresentanza maschio 31 anni neurologico intatto con altezza e peso di 178 cm e 83 kg, rispettivamente. Figura 2 presenta i punti caldi bilaterale e RMT di ogni muscolo della caviglia. Utilizza il posto che si trova al centro della zona delle gambe in ogni emisfero (vedere piazze in Figura 1B), l’intensità del 45% MSO bilateralmente è stato usato per la caccia di hot spot. La posizione del punto caldo per…

Discussion

Dato l’interesse emergente come la corteccia motoria contribuisce al controllo motore dei muscoli delle gambe durante le attività dinamiche in varie coorti, è necessario un protocollo standardizzato di TMS che descrive la valutazione approfondita di questi muscoli. Di conseguenza, per la prima volta, il presente protocollo fornisce procedure metodologiche standardizzate sulla valutazione bilaterale dei due muscoli antagonistici della caviglia, SOL e TA, durante due stati di muscolo (riposo e TVA) utilizzando un singolo…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori ringraziano il Dr. Jesse C. Dean per aiutare con lo sviluppo metodologico e fornire commenti e suggerimenti su una bozza del manoscritto. Questo lavoro è stato supportato da un RR di premio-2 VA lo sviluppo di carriera & D N0787-W (MGB), un istituzionale Development Award dal National Institute of General Medical Sciences del NIH sotto concessione numero P20-GM109040 (SAK) e P2CHD086844 (SAK). Il contenuto non rappresentano le opinioni di Department of Veterans Affairs o di governo degli Stati Uniti.

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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