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Neuroscience

Navegou de avaliação bilateral das vias corticoespinhal dos músculos do tornozelo utilizando estimulação magnética transcraniana

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

O presente protocolo descreve a avaliação simultânea, bilateral da resposta corticomotor do sóleo e tibial anterior durante a ativação voluntária resto e tônico, usando uma estimulação magnética de transcranial de pulso único e neuronavigation sistema.

Abstract

Os músculos da perna distal recebem entrada neural do motor áreas corticais através do trato corticoespinhal, que é um do caminho descendente motor principal em seres humanos e podem ser avaliados usando a estimulação magnética transcraniana (TMS). Dado o papel dos músculos da perna distal em tarefas posturais e dinâmicas na posição vertical, como caminhar, um crescente interesse de pesquisa em avaliação e modulação do trato corticoespinhal em relação a função destes músculos surgiu na última década. No entanto, parâmetros metodológicos utilizados em trabalhos anteriores têm variado através de estudos, fazendo com que a interpretação dos resultados de estudos transversais e longitudinais menos robusto. Portanto, o uso de um protocolo padronizado de TMS específico para a avaliação da resposta de corticomotor dos músculos da perna (CMR) permitirá comparação direta dos resultados através de estudos e coortes. O objetivo deste trabalho é apresentar um protocolo que fornece a flexibilidade para avaliar simultaneamente a CMR bilateral dos dois músculos tornozelo principal antagonista, o tibial anterior e sóleo, usando o pulso único TMS com um sistema de neuronavigation. O presente protocolo é aplicável enquanto o músculo examinado é totalmente relaxado ou isometricamente contraiu um percentual definido de contração voluntária isométrica máxima. Usar ressonância magnética do cada sujeito com o sistema neuronavigation garante exatos e precisos de posicionamento da bobina sobre as representações corticais da perna durante a avaliação. Dada a inconsistência na CMR derivado medidas, este protocolo descreve também um cálculo padronizado destas medidas usando algoritmos automatizados. Embora este protocolo não é conduzido durante tarefas posturais ou dinâmicas na posição vertical, ele pode ser usado para avaliar bilateralmente qualquer par de músculos da perna, ou antagônicos ou sinérgicos, em indivíduos neurologicamente intactos e prejudicados.

Introduction

Tibial anterior (TA) e sóleo (SOL) são músculos antagónicos do tornozelo, localizados no compartimento anterior e posterior da perna, respectivamente. Ambos os músculos são uniarticular, enquanto a principal função do TA e o SOL é dorsiflex e plantarflex articulação talocrural, respectivamente1. Além disso, TA é mais funcional para excursões de músculo longo e menos importante para a produção de força, Considerando que o SOL é um músculo de antigravidade projetado para gerar força elevada com pequena excursão do músculo2. Ambos os músculos são especialmente relevantes durante tarefas de postural e dinâmica vertical (por exemplo, andar)3,4. Em matéria de controlo neural, as piscinas motorneuron de ambos os músculos recebem unidade neural do cérebro através do motor decrescente5,vias6, além de vários graus de unidade sensorial.

O motor principal, descendo o caminho é o trato corticoespinhal, que origina as áreas motor primárias, cortéx e complementares e termina no espinhal motorneuron piscinas7,8. Em humanos, o estado funcional deste trato (corticomotor resposta – CMR) pode ser viável avaliado utilizando estimulação magnética transcraniana (TMS), uma estimulação cerebral não-invasiva ferramenta9,10. Desde a introdução da TMS e dada a sua importância funcional durante tarefas postural na posição vertical e andando, CMR de TA e SOL foram avaliadas em várias tarefas e coortes11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23 ,24,25,26,,27,28,29,30,31,32 .

Em contraste com a avaliação da CMR na extremidade superior músculos33, nenhum protocolo universal de TMS foi estabelecido para a avaliação da CMR, nos músculos da baixo-extremidade. Devido à falta de um protocolo estabelecido e a grande variabilidade metodológica através de estudos anteriores (por exemplo, o tipo de bobina, uso de neuronavigation, nível de ativação tônica, testes de lado e músculo, usar e medidas de cálculo da CMR, etc. ), a interpretação dos resultados através de estudos e coortes podem ser complicado, complicado e impreciso. Como as medidas são funcionalmente relevantes em várias tarefas motoras, um protocolo estabelecido de TMS específico para reduzir a avaliação de extremidade CMR permitirá neurocientistas motor e cientistas de reabilitação avaliar sistematicamente a CMR nestes músculos através sessões e várias coortes.

Portanto, o objetivo do presente protocolo é descrever a avaliação bilateral de TA e SOL CMR usando sistema TMS e neuronavigation de pulso único. Em contraste com o trabalho anterior, este protocolo visa maximizar o rigor dos procedimentos experimentais, aquisição de dados e análise de dados empregando fatores metodológicos que otimizam a validade e a duração do experimento e padronizar a CMR avaliação destes dois músculos de extremidade inferior. Dado que a CMR de um músculo depende do músculo é totalmente relaxado ou é parcialmente ativado, este protocolo descreve como o TA e o SOL CMR podem ser avaliada durante a ativação voluntária do resto e tônico (TVA). As seções a seguir descreverá minuciosamente o presente protocolo. Finalmente, dados representativos serão apresentados e discutidos. O protocolo descrito aqui é derivado que em Charalambous et al . 201832.

Protocol

Todos os procedimentos experimentais apresentados no presente protocolo tenham sido aprovados pelo Conselho de revisão institucional local e estão em conformidade com a declaração de Helsinque. 1. autorização de processo e questionários de segurança Antes de qualquer experiência, explica a cada sujeito a aim(s) do estudo, os principais procedimentos experimentais e quaisquer potenciais fatores de risco associados participaram do estudo. Depois de responder a quaisquer quest?…

Representative Results

Figuras 2-4 apresentam dados de um homem de 31 ano de idade neurologicamente representativo com altura e peso de 178 cm e 83 kg, respectivamente. A Figura 2 apresenta os focos bilaterais e RMT de cada músculo do tornozelo. Usar o ponto localizado no centro da área de perna em cada hemisfério (ver quadrados na figura 1B), a intensidade de 45% MSO bilateralmente foi usado para a caça de ponto quente. A localização do ponto de acesso para c…

Discussion

Dado o interesse emergente em como o córtex motor contribui para o controle motor dos músculos da perna durante tarefas dinâmicas em várias coortes, é necessário um protocolo padronizado de TMS que descreve a avaliação completa destes músculos. Portanto, pela primeira vez, o presente protocolo fornece procedimentos metodológicos padronizados na avaliação bilateral de dois músculos do tornozelo antagônicas, SOL e TA, durante dois Estados de músculo (descanso e TVA) usando um único pulso TMS com neuronaviga…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores agradecer Dr. Jesse C. Dean para ajudar com o desenvolvimento metodológico e fornecer feedback sobre um rascunho do manuscrito. Este trabalho foi apoiado por um RR de prêmio-2 de desenvolvimento de carreira VA & D N0787-W (MGB), um prêmio de desenvolvimento institucional do Instituto Nacional de General Medical Ciências, do NIH sob número de concessão P20-GM109040 (SAK) e P2CHD086844 (SAK). O conteúdo não representa a opinião do departamento de assuntos de veteranos ou o governo dos 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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