Summary

사용 하 여 발목 근육의 Corticospinal 통로의 양측 평가 Transcranial 자석 자극 탐색

Published: February 19, 2019
doi:

Summary

현재 프로토콜 설명 단일 펄스 transcranial 자석 자극 및 neuronavigation를 사용 하 여 나머지와 토 닉 자발적인 활성화 중 앞쪽에 tibialis soleus의 corticomotor 응답 동시, 양자 평가 시스템입니다.

Abstract

원심 다리 근육 corticospinal로, 인 간에 있는 주요 모터 하강 통로 중 하나입니다 통해 모터 피 질 영역에서 신경 입력을 수신 하 고 transcranial 자석 자극 (TMS)를 사용 하 여 평가 될 수 있다. 원심 다리 근육의 역할, 등 직 립 자세 동적 작업을 주어진 평가 및 이러한 근육의 기능을 기준으로 corticospinal 책자의 변조에 대 한 연구 관심이 점점 지난 10 년간에 등장 했습니다. 그러나, 이전 작업에 사용 되는 방법론 매개 덜 강력한 단면 및 경도 연구에서 결과의 해석 하는 연구를 통해 다양 한 있다. 따라서 다리 근육 corticomotor 응답 (CMR)의 평가 표준화 된 TMS 프로토콜의 사용 결과의 직접적인 비교에 대 한 연구와 동료 허용할 것 이다. 이 문서의 목적은 동시에 neuronavigation 시스템으로 단일 펄스 TM를 사용 하 여 두 주요 발목 대립 근육의 앞쪽에 tibialis와 soleus, 양자 CMR을 평가 하기 위해 유연성을 제공 하는 프로토콜을 제시. 현재 프로토콜은 시험된 근육 완전히 편안 하거나 이리저리 최대 자발적 수축 isometric의 정의 된 비율에 계약 하는 동안 적용 됩니다. Neuronavigation 시스템으로 각 과목의 구조상 MRI를 사용 하면 정확 하 고 정확한 위치는 코일의 다리 대뇌 피 질의 표현을 통해 평가 하는 동안. CMR 파생 측정의 불일치를 감안할 때,이 프로토콜 또한 자동화 된 알고리즘을 사용 하 여이 측정의 표준화 된 계산을 설명 합니다. 이 프로토콜은 직 립 자세 또는 동적 작업 동안 실시 하지, 하지만 그것은 양측 대립 또는 신경학 그대로 장애인 주제에 시너지, 다리 근육의 모든 쌍을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.

Introduction

Tibialis 앞쪽 (TA)와 soleus (SOL) 발목 반목 하는 근육 각각 더 낮은 다리의 앞쪽 및 후부 구획에 위치 하 고 있습니다. 두 근육은 uniarticular, dorsiflex plantarflex talocrural 합동, 각각1것을 따와 솔의 주요 기능 하는 동안. 또한, 솔은 근육2의 작은 여행으로 높은 강제로 생성 하도록 설계 된 중력 근육 반면 긴 근육 여행에 대 한 더 많은 기능과 힘 생산, 덜 중요 한 따입니다. 두 근육은 특히 관련 직 립 자세와 동적 작업 (예: 산책)3,4. 신경 제어에 관한 두 근육의 motorneuron 풀 하강 하는 통로5,6, 감각 드라이브의 다양 한 각도 뿐만 아니라 모터를 통해 뇌에서 신경 드라이브를 받습니다.

하강 하는 통로가 주요 모터는 기본, premotor 보충 모터 지역에서 유래 하 고 척추 motorneuron 풀7,8에 있는 corticospinal 관 이다. 인간에서는,이 관 (corticomotor 응답-CMR)의 기능 상태 평가 수 있다 수 feasibly transcranial 자석 자극 (TMS), 비-침략 적 뇌 자극 도구9,10를 사용 하 여. 도입 이후 TMS의 및 그들의 기능적 중요성 주어진 직 립 자세 작업과 걷는 동안, CMR의 TA와 솔 되었습니다 평가한 다양 한 동료와 작업11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,,2122,23 ,,2425,26,27,28,29,30,31,32 .

위 말단 근육33CMR의 평가, 달리 아니 보편적인 TMS 프로토콜 낮은 말단 근육에 CMR의 평가 대 한 설립 되었습니다. 만든된 프로토콜 및 이전 연구에서 큰 방법론 다양성의 부족 (예를 들어, 코일의 종류, neuronavigation, 토 닉 활성화, 테스트 측면 근육의 레벨의 사용 사용 하 고 계산 CMR의 측정, 등. ), 전체 결과의 해석 연구 및 동료, 복잡 한, 복잡 하 고 정확 하지 않은 될 수 있습니다. 측정값은 기능적으로 다양 한 모터 작업에 관련 된, 만든된 TMS 프로토콜 특정 말단 CMR 평가 낮은 모터 신경 및 재활 과학자에 걸쳐 이러한 근육 CMR를 체계적으로 평가 하면 세션 그리고 다양 한 동료입니다.

따라서,이 프로토콜의 목적은 TA 및 단일 펄스 TM과 neuronavigation 시스템을 사용 하 여 솔 CMR의 양자 평가 설명 하기 위해. 이전 작품, 달리이 프로토콜 유효성과 실험의 기간을 최적화 하는 방법 론 적 요소를 채용 하 여 실험 절차, 데이터 수집 및 데이터 분석의 경직을 극대화 하는 CMR 표준화 목표 이러한 두 더 낮은 말단 근육의 평가입니다. 그 근육의 CMR 근육은 완전히 또는 부분적으로 활성화 여부에 따라,이 프로토콜 어떻게 따와 솔 CMR 나머지와 토 닉 자발적인 활성화 (TVA) 중 평가 될 수 있다 설명 합니다. 다음 섹션에서는 철저 하 게 현재 프로토콜을 설명 합니다. 마지막으로, 대표적인 데이터 제시 하 고 논의 될 것입니다. 여기에 설명 된 프로토콜 Charalambous 외. 201832에서 파생 됩니다.

Protocol

이 프로토콜에서 제공 하는 모든 실험 절차 현지 기관 검토 위원회에 의해 승인 되며 헬싱키 선언에 따라. 1. 동의 과정 및 안전 설문 각 과목 설명 이전에 어떤 실험 연구, 주요 실험 절차 및 연구에 참여와 관련 된 잠재적인 위험 요인의 aim(s). 대답 후 질문이 나 주제를 할 수 있습니다, 동의 과정을 인정 하 고 동의 양식에 서명 하는 과목을 부탁 드립니다. MRI<sup…

Representative Results

그림 2-4 현재 데이터는 대표적인 신경학 그대로 31 년 오래 된 남성에서 178 cm 및 83 킬로그램의 무게와 높이 각각. 그림 2 는 양국과 각 발목 근육의 RMT를 선물 한다. 각 반구에서 다리 영역의 중앙에 위치한 자리를 사용 하 여 ( 그림 1B에서 사각형 참조), MSO 양측 핫 스폿을 사냥에 사용 된 45%의 강도. 각 근육에 대 한 핫스폿 위치 반구, 사이 …

Discussion

다양 한 동료에 동적 작업 동안 모터 피 질 다리 근육의 모터 제어에 기여 하는 방법에 새로운 관심을 감안할 때,이 근육의 철저 한 평가 설명 하는 표준화 된 TMS 프로토콜 필요 합니다. 따라서, 처음으로, 현재 프로토콜 표준화 방법론 절차 제공 두 발목 반목 하는 근육, 솔과 TA, 양자 평가에 두 근육 상태 (나머지 및 TVA) 동안 사용 하 여 단일 펄스 TM neuronavigation.

대표적인 결과 …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자 박사 제시 C. 딘 방법론 개발을 돕는 원고 초안에 피드백을 제공 하 고 감사 합니다. 이 작품은 버지니아 경력 개발 상 2 RR & D N0787 W (MGB), 제도적 개발 수상 국립 과학 연구소에서의 일반 의료 보조금 번호 P20-GM109040 (SAK) NIH의 및 P2CHD086844 (SAK)에 의해 지원 되었다. 콘텐츠는 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다.

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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