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Neuroscience

M1皮質脊髄抑制の検討のための単一パルス経頭蓋磁気刺激による対側沈黙期間の測定

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

対側沈黙期間(cSP)評価は、皮質の興奮性と治療反応を指標とする有望なバイオマーカーです。上肢と下肢のM1皮質脊髄抑制を研究することを目的としたcSPを評価するためのプロトコルを示します。

Abstract

対側沈黙期間(cSP)は、運動誘発電位(MEP)後の筋電図(EMG)によって捕捉されたバックグラウンド電気筋活動の抑制期間です。これを得るために、MEPは、選択された標的筋肉の一次運動皮質(M1)に送達される閾値超経頭蓋磁気刺激(TMS)パルスによって誘発され、参加者は標準化された自発的な標的筋収縮を提供する。cSPは、MEPの後に発生する阻害メカニズムの結果です。これは、最初の~50ミリ秒での脊椎抑制、およびその後の皮質阻害の幅広い時間的評価を提供します。研究者は、cSPの背後にある神経生物学的メカニズムをよりよく理解して、さまざまな神経精神疾患の潜在的な診断、代理、および予測バイオマーカーとしてcSPを検証しようとしました。そこで本稿では、下肢と上肢のM1 cSPの測定方法について、対象筋肉の選択、電極の配置、コイルの位置決め、随意収縮刺激の測定方法、強度設定、代表的な結果を得るためのデータ解析などについて述べる。下肢と上肢に対して実行可能で信頼性が高く、再現可能なcSPプロトコルを実行する際の視覚的なガイドラインを提供し、この技術の実際的な課題について議論するという教育目的があります。

Introduction

沈黙期間(SP)は、持続的な筋肉収縮中に適用される経頭蓋磁気刺激(TMS)によって誘発される運動誘発電位(MEP)に続く筋電図(EMG)の沈黙期間です。閾値を超えるTMSパルスは、EMG活動が記録されている標的筋肉の対側または同側の一次運動皮質(M1)に適用することができ、対側沈黙期間(cSP)と同側沈黙期間(iSP)の2つの現象をもたらします。

iSPとcSPは同様の機能を共有していますが、わずかに異なるコンポーネントを反映している場合があります。1つ目は経脳梁阻害を反映していると考えられており、したがって完全に皮質起源であると考えられています1,2。逆に、cSPは皮質脊髄阻害の代用物として調査されており、M1 3,4,5内のγ-アミノ酪酸(GABA)B受容体によって媒介される可能性が最も高いです。

GABA媒介経路におけるcSPの役割を裏付けるように、以前の研究では、GABA増強成分の経口投与後のcSP持続時間の増加が見出されている5,6,7,8。それでも、脊髄突起もその持続時間の変化に関与しています。cSPの初期の段階(<50ミリ秒)は、H反射値の低下に関連しています3-末梢神経回路の産物であり、脊髄ニューロンの興奮性を定量化する反射9。脊髄プロセシングは、レンショー細胞の活性化、過分極後の運動ニューロン、および脊髄介在ニューロン10,11,12,13,14によるシナプス後抑制を介して媒介されると考えられている。

脊髄の寄与にもかかわらず、cSPは主に皮質抑制性ニューロンの活性化に起因し、cSPの後半部分(50-200ミリ秒)の生成に関与する3,10,13,15,16。その点で、cSP持続時間の初期の部分は脊椎抑制メカニズムと関連しているのに対し、長いcSPはより大きな皮質抑制メカニズムを要求しています3,13,17,18。

したがって、cSPは神経障害による皮質脊髄不適応の有望なバイオマーカー候補ですが、より有意なcSP持続時間は皮質脊髄抑制の増加を反映している可能性があり、逆もまた同様です5,11。したがって、以前の研究では、cSP持続時間と、ジストニア、パーキンソン病、慢性疼痛、脳卒中、およびその他の神経変性および精神医学的状態などの病状との関連が見出されています19,20,21,22。説明するために、変形性膝関節症コホートでは、モントリオール認知評価尺度23において、より高い皮質内抑制(cSPによって指標化)が若年、より大きな軟骨変性、およびより低い認知能力と関連していた。さらに、cSPの変化は、治療応答および運動回復を縦断的に指標化することもできる24、25、26、27、28、29、30。

神経精神医学分野におけるcSPの役割は有望ですが、その評価の困難な側面は、プロトコルの変動に敏感すぎる可能性があることです。たとえば、cSP持続時間(~100-300ミリ秒)11は、上肢と下肢で区別できます。Salernoらは、線維筋痛症患者のサンプルで、第1背骨間筋(FDI)で121.2ミリ秒(±32.5)、前脛骨筋(TA)で75.5ミリ秒(±21)の平均cSP持続時間を発見しました31。したがって、文献は、cSPを引き出すために使用されるパラメーターの無数の相違を伝え、その結果、研究間の比較可能性が危険にさらされ、臨床診療への翻訳が遅れます。同様の集団内では、プロトコルは、例えば、M1および標的筋肉を刺激するために使用される閾値超閾値TMSパルス設定に関して異質であった。その上、研究者はプロトコルで使用されているパラメータを適切に報告していません。

したがって、目標は、上肢と下肢のM1皮質脊髄興奮性を評価するために、実行可能で信頼性が高く、簡単に再現可能なcSPプロトコルを適用する方法に関する視覚的なガイドラインを提供し、その手順の実際的な方法論的課題について議論することです。また、パラメータの選択の理由を説明するために、Pubmed/MEDLINEに関する非網羅的な文献レビューを実施し、検索語:リハビリテーション(メッシュ)またはリハビリテーションまたは慢性疼痛または脳卒中、および経頭蓋磁気刺激、単一パルスまたは皮質沈黙期間などの用語を使用して、慢性疼痛およびリハビリテーション集団におけるcSPに関する発表論文を特定した。抽出のための包含基準は定義されておらず、プールされた結果は説明のみを目的として 表1 に表示されています。

Protocol

この議定書は、人間を対象とする研究を含み、地元の倫理委員会の制度的および倫理的ガイドラインおよびヘルシンキ宣言と一致しています。インフォームドコンセントは、研究でデータを使用するために被験者から得られました。 1.実験前の手順 被験者のスクリーニング。頭蓋内インプラント、てんかん、発作の病歴、妊娠について被験者をスク?…

Representative Results

段階的な手順を実行した後、閾値を超えるTMSパルス(RMTの120%)の送達により、標的筋肉のEMG記録で観察可能なMEPが引き出され、その後のバックグラウンドEMG活動が約150ミリ秒から300ミリ秒抑制されます(図2)。そのEMGパターンから、cSPメトリックを計算することができます。最も報告される結果は、相対SPと絶対SPの期間(ミリ秒の範囲)です。相対SPは、MEPの開始からEMG活動?…

Discussion

MEP と SP を引き出すためのデフォルトの SI は、母集団によって異なります。80%RMTという低い強度は、健康な個体においてcSPを誘発することが示されている39が、依然として健康な集団および罹患集団の両方に関する研究では、150%RMTという高い強度が使用されている49,50,51。この不均一性の原因は標的集団?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

受信確認はありません。

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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