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Neuroscience

Medición del período de silencio contralateral inducido por la estimulación magnética transcraneal de pulso único para investigar la inhibición corticoespinal M1

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

La evaluación del período de silencio contralateral (cSP) es un biomarcador prometedor para indexar la excitabilidad cortical y la respuesta al tratamiento. Demostramos un protocolo para evaluar cSP destinado a estudiar la inhibición corticoespinal M1 de miembros superiores e inferiores.

Abstract

El período de silencio contralateral (cSP) es un período de supresión en la actividad muscular eléctrica de fondo capturada por electromiografía (EMG) después de un potencial evocado motor (MEP). Para obtener esto, un MEP es provocado por un pulso de estimulación magnética transcraneal (TMS) supraumbral entregado a la corteza motora primaria (M1) del músculo objetivo seleccionado, mientras que el participante proporciona una contracción muscular diana voluntaria estandarizada. El cSP es el resultado de mecanismos inhibitorios que ocurren después del MEP; Proporciona una amplia evaluación temporal de la inhibición espinal en su inicial ~ 50 ms, y la inhibición cortical después. Los investigadores han tratado de comprender mejor el mecanismo neurobiológico detrás del cSP para validarlo como un posible biomarcador diagnóstico, sustituto y predictivo para diferentes enfermedades neuropsiquiátricas. Por lo tanto, este artículo describe un método para medir M1 cSP de las extremidades inferiores y superiores, incluida una selección del músculo objetivo, la colocación de electrodos, el posicionamiento de la bobina, el método para medir la estimulación de la contracción voluntaria, la configuración de la intensidad y el análisis de datos para obtener un resultado representativo. Tiene el objetivo educativo de dar una guía visual para realizar un protocolo de cSP factible, confiable y reproducible para miembros inferiores y superiores y discutir los desafíos prácticos de esta técnica.

Introduction

El período de silencio (SP) es un período de silencio electromiográfico (EMG) que sigue un potencial evocado motor (MEP) inducido por la estimulación magnética transcraneal (TMS) aplicada durante la contracción muscular sostenida. El pulso TMS supraumbral se puede aplicar a la corteza motora primaria contralateral o ipsilateral (M1) del músculo objetivo desde el cual se registra la actividad EMG produciendo dos fenómenos: período de silencio contralateral (cSP) y período de silencio ipsilateral (iSP).

Aunque iSP y cSP comparten características similares, pueden reflejar componentes ligeramente diferentes. Se cree que el primero refleja la inhibición transcallosa y, por lo tanto, es completamente de origen cortical 1,2. Por el contrario, cSP se investiga como un posible sustituto de la inhibición corticoespinal, muy probablemente mediada por receptores B de ácido gamma-aminobutírico (GABA) dentro de M1 3,4,5.

Apoyando el papel de cSP en las vías mediadas por GABA, trabajos previos han encontrado un aumento en la duración de cSP después de la administración oral de componentes que mejoran GABA 5,6,7,8. Aún así, los procesos espinales también están involucrados en la alteración de su duración. La fase más temprana (<50 ms) del cSP se asocia con valores disminuidos del reflejo H3-a reflejo que es un producto de los neurocircuitos periféricos y que cuantifica la excitabilidad de las neuronas espinales9. Se cree que el procesamiento espinal está mediado por la activación de las células de Renshaw, la motoneurona después de la hiperpolarización y la inhibición postsináptica por las interneuronas espinales 10,11,12,13,14.

A pesar de la contribución espinal, la cSP resulta principalmente de la activación de neuronas inhibidoras corticales, que son responsables de generar la parte posterior de la cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16. En ese sentido, la primera parte de la duración de la cSP se ha asociado con mecanismos de inhibición espinal, mientras que los cSP largos requieren mecanismos inhibitorios corticales más grandes 3,13,17,18.

Por lo tanto, la cSP es un candidato prometedor a biomarcadores para la mala adaptación corticoespinal debida a trastornos neurológicos, mientras que las duraciones más significativas de la cSP reflejan potencialmente un aumento en la inhibición corticoespinal y viceversa 5,11. En consecuencia, trabajos anteriores han encontrado una asociación entre la duración de cSP y patologías como distonía, enfermedad de Parkinson, dolor crónico, accidente cerebrovascular y otras afecciones neurodegenerativas y psiquiátricas 19,20,21,22. Para ilustrar, en una cohorte de osteoartritis de rodilla, una mayor inhibición intracortical (indexada por cSP) se asoció con una edad más joven, mayor degeneración del cartílago y menor rendimiento cognitivo en la escala de evaluación cognitiva de Montreal23. Además, los cambios en el cSP también podrían indexar longitudinalmente la respuesta al tratamiento y la recuperación motora 24,25,26,27,28,29,30.

Tan prometedor como es el papel de cSP en el campo de la neuropsiquiatría, un aspecto desafiante de su evaluación es que puede ser demasiado sensible a las variaciones del protocolo. Por ejemplo, la duración de cSP (~100-300 ms)11 se distingue entre miembros superiores e inferiores. Salerno et al. encontraron una duración promedio de cSP de 121,2 ms (± 32,5) para el primer músculo interóseo dorsal (FDI) y 75,5 ms (± 21) para el músculo tibial anterior (AT), en una muestra de pacientes con fibromialgia31. Por lo tanto, la literatura transmite una miríada de divergencias en los parámetros utilizados para obtener cSP, lo que a su vez pone en peligro la comparabilidad entre los estudios y retrasa la traducción a la práctica clínica. Dentro de una población similar, los protocolos han sido heterogéneos con respecto a la configuración del pulso TMS supraumbral utilizado para estimular M1 y el músculo objetivo, por ejemplo. Además de eso, los investigadores no han informado adecuadamente los parámetros utilizados en sus protocolos.

Por lo tanto, el objetivo es proporcionar una guía visual sobre cómo aplicar un protocolo de cSP factible, confiable y fácilmente reproducible para evaluar la excitabilidad corticoespinal M1 de las extremidades superiores e inferiores y discutir los desafíos metodológicos prácticos de ese procedimiento. Además, para ayudar a ilustrar el razonamiento para la elección de los parámetros, realizamos una revisión no exhaustiva de la literatura en Pubmed / MEDLINE para identificar artículos publicados sobre cSP en poblaciones de dolor crónico y rehabilitación, utilizando el término de búsqueda: Rehabilitación (malla) o rehabilitación o dolor crónico o accidente cerebrovascular y términos como estimulación magnética transcraneal y pulso único o período de silencio cortical. No se definieron criterios de inclusión para la extracción, y los resultados agrupados se muestran en la Tabla 1 solo con fines ilustrativos.

Protocol

Este protocolo implica la investigación en seres humanos y está en alianza con las directrices institucionales y éticas de los comités éticos locales y la Declaración de Helsinki. Se obtuvo el consentimiento informado de los sujetos para utilizar sus datos en el estudio. 1. Procedimientos preexperimentales Cribado de la asignatura. Examinar al sujeto para detectar implantes intracraneales, epilepsia, antecedentes de convulsiones y embarazo. Utilice las directri…

Representative Results

Después de seguir el procedimiento paso a paso, la administración de un pulso TMS supraumbral (120% del RMT) provocará un MEP observable en el registro EMG del músculo objetivo, y un período posterior de supresión de la actividad EMG de fondo de aproximadamente 150 ms a 300 ms (Figura 2). A partir de ese patrón EMG, es posible calcular las métricas de cSP. Los resultados más informados son la duración (en el rango de ms) del PE relativo y absoluto. El SP relativo se mide desde el i…

Discussion

El IS predeterminado para obtener MEP y SP puede variar según la población. Se ha demostrado que intensidades tan bajas como 80% RMT provocan cSP en individuos sanos39, aún así los estudios en poblaciones sanas y enfermas han utilizado intensidades tan altas como 150% RMT 49,50,51. Aunque esta fuente de heterogeneidad puede ser inherente a la naturaleza de la población objetivo, no debe descuidarse y…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Sin reconocimientos.

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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