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Neuroscience

Misurazione del periodo di silente controlaterale indotto dalla stimolazione magnetica transcranica a impulso singolo per studiare l'inibizione corticospinale 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 valutazione del periodo di silente controlaterale (cSP) è un biomarcatore promettente per indicizzare l’eccitabilità corticale e la risposta al trattamento. Dimostriamo un protocollo per valutare cSP destinato allo studio dell’inibizione corticospinale M1 degli arti superiori e inferiori.

Abstract

Il periodo di silente controlaterale (cSP) è un periodo di soppressione dell’attività muscolare elettrica di fondo catturata dall’elettromiografia (EMG) dopo un potenziale evocato motorio (MEP). Per ottenere ciò, un MEP viene suscitato da un impulso di stimolazione magnetica transcranica (TMS) sovrasoglia erogato alla corteccia motoria primaria (M1) del muscolo bersaglio selezionato, mentre il partecipante fornisce una contrazione muscolare bersaglio volontaria standardizzata. Il cSP è il risultato di meccanismi inibitori che si verificano dopo il MEP; Fornisce un’ampia valutazione temporale dell’inibizione spinale nella sua iniziale ~ 50 ms e dell’inibizione corticale dopo. I ricercatori hanno cercato di comprendere meglio il meccanismo neurobiologico alla base del cSP per convalidarlo come potenziale biomarcatore diagnostico, surrogato e predittivo per diverse malattie neuropsichiatriche. Pertanto, questo articolo descrive un metodo per misurare M1 cSP degli arti inferiori e superiori, inclusa una selezione del muscolo bersaglio, il posizionamento degli elettrodi, il posizionamento della bobina, il metodo di misurazione della stimolazione della contrazione volontaria, l’impostazione dell’intensità e l’analisi dei dati per ottenere un risultato rappresentativo. Ha l’obiettivo educativo di fornire una linea guida visiva nell’esecuzione di un protocollo cSP fattibile, affidabile e riproducibile per gli arti inferiori e superiori e discutere le sfide pratiche di questa tecnica.

Introduction

Il periodo di silenzio (SP) è un periodo di silenzio elettromiografico (EMG) che segue un potenziale motorio evocato (MEP) indotto dalla stimolazione magnetica transcranica (TMS) applicata durante la contrazione muscolare sostenuta. L’impulso TMS soprasoglia può essere applicato alla corteccia motoria primaria controlaterale o omolaterale (M1) del muscolo bersaglio da cui viene registrata l’attività EMG producendo due fenomeni: periodo di silente controlaterale (cSP) e periodo di silente omolaterale (iSP).

Anche se iSP e cSP condividono caratteristiche simili, possono riflettere componenti leggermente diversi. Si ritiene che il primo rifletta l’inibizione transcallosa e quindi sia interamente di origine corticale 1,2. Al contrario, cSP è studiato come un possibile surrogato dell’inibizione corticospinale, molto probabilmente mediata dai recettori B dell’acido gamma-aminobutirrico (GABA) all’interno di M1 3,4,5.

A sostegno del ruolo di cSP nelle vie mediate da GABA, lavori precedenti hanno riscontrato un aumento della durata del cSP dopo somministrazione orale di componenti potenzianti il GABA 5,6,7,8. Tuttavia, i processi spinali sono anche coinvolti nell’alterare la sua durata. La fase precedente (<50 ms) del cSP è associata a valori ridotti del riflesso H3-a che è un prodotto dei neurocircuiti periferici e che quantifica l’eccitabilità dei neuroni spinali9. Si ritiene che l’elaborazione spinale sia mediata attraverso l’attivazione delle cellule di Renshaw, la post-iperpolarizzazione del motoneurone e l’inibizione postsinaptica da parte degli interneuroni spinali 10,11,12,13,14.

Nonostante il contributo spinale, cSP deriva principalmente dall’attivazione dei neuroni inibitori corticali, che sono responsabili della generazione della parte successiva del cSP (50-200 ms)3,10,13,15,16. A tale riguardo, la prima parte della durata della cSP è stata associata a meccanismi di inibizione spinale, mentre i cSP lunghi richiedono meccanismi inibitori corticali più grandi 3,13,17,18.

Pertanto, cSP è un promettente biomarcatore candidato per il disadattamento corticospinale dovuto a disturbi neurologici, mentre durate più significative di cSP riflettono potenzialmente un aumento dell’inibizione corticospinale e viceversa 5,11. Di conseguenza, lavori precedenti hanno trovato un’associazione tra la durata del cSP e patologie come distonia, morbo di Parkinson, dolore cronico, ictus e altre condizioni neurodegenerative e psichiatriche 19,20,21,22. Per illustrare, in una coorte di osteoartrosi del ginocchio, una maggiore inibizione intracorticale (come indicizzato da cSP) è stata associata a età più giovane, maggiore degenerazione della cartilagine e minori prestazioni cognitive nella scala di valutazione cognitiva di Montreal23. Inoltre, le variazioni della cSP potrebbero anche indicizzare longitudinalmente la risposta al trattamento e il recupero motorio 24,25,26,27,28,29,30.

Per quanto promettente sia il ruolo del cSP nel campo della neuropsichiatria, un aspetto impegnativo della sua valutazione è che può essere troppo sensibile alle variazioni del protocollo. Ad esempio, la durata del cSP (~100-300 ms)11 è distinguibile tra arti superiori e inferiori. Salerno et al. hanno trovato una durata media del cSP di 121,2 ms (± 32,5) per il primo muscolo interosseo dorsale (FDI) e 75,5 ms (± 21) per il muscolo tibiale anteriore (TA), in un campione di pazienti con fibromialgia31. Pertanto, la letteratura trasmette una miriade di divergenze nei parametri utilizzati per ottenere cSP, che a sua volta mette a repentaglio la comparabilità tra gli studi e ritarda la traduzione nella pratica clinica. All’interno di una popolazione simile, i protocolli sono stati eterogenei per quanto riguarda l’impostazione dell’impulso TMS sopra soglia utilizzata per stimolare M1 e il muscolo bersaglio, per esempio. Inoltre, i ricercatori non sono riusciti a riportare correttamente i parametri utilizzati nei loro protocolli.

Pertanto, l’obiettivo è quello di fornire una linea guida visiva su come applicare un protocollo cSP fattibile, affidabile e facilmente riproducibile per valutare l’eccitabilità corticospinale M1 degli arti superiori e inferiori e discutere le sfide metodologiche pratiche di tale procedura. Inoltre, per aiutare a illustrare il ragionamento per la scelta dei parametri, abbiamo condotto una revisione della letteratura non esaustiva su Pubmed / MEDLINE per identificare articoli pubblicati su cSP nelle popolazioni di dolore cronico e riabilitazione, utilizzando il termine di ricerca: Riabilitazione (Mesh) o riabilitazione o dolore cronico o ictus e termini come stimolazione magnetica transcranica e singolo impulso o periodo di silenzio corticale. Non sono stati definiti criteri di inclusione per l’estrazione e i risultati aggregati sono visualizzati nella tabella 1 solo a scopo illustrativo.

Protocol

Questo protocollo prevede la ricerca su soggetti umani ed è in alleanza con le linee guida istituzionali ed etiche dei comitati etici locali e la Dichiarazione di Helsinki. Il consenso informato è stato ottenuto dai soggetti per l’utilizzo dei loro dati nello studio. 1. Procedure pre-sperimentali Screening del soggetto. Screening del soggetto per impianti intracranici, epilessia, storia di convulsioni e gravidanza. Utilizzare le linee guida del questionario per gar…

Representative Results

Dopo aver seguito la procedura passo-passo, l’erogazione di un impulso TMS sopra soglia (120% della RMT) susciterà un MEP osservabile nella registrazione EMG del muscolo bersaglio e un successivo periodo di soppressione dell’attività EMG di fondo di circa 150 ms a 300 ms (Figura 2). Da quel modello EMG, è possibile calcolare le metriche cSP. Gli esiti più riportati sono la durata (nell’intervallo di ms) dell’SP relativo e assoluto. L’SP relativo viene misurato dall’inizio del MEP alla ri…

Discussion

Il SI predefinito per suscitare MEP e SP può variare in base alla popolazione. Intensità fino all’80% RMT hanno dimostrato di suscitare cSP in individui sani39, ancora studi su popolazioni sane e malate hanno usato intensità fino al 150% RMT 49,50,51. Sebbene questa fonte di eterogeneità possa essere inerente alla natura della popolazione target, non dovrebbe essere trascurata in quanto diversi SI han…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nessun riconoscimento.

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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