The authors have no acknowledgements.

Die experimentellen Verfahren umrissen erhalten Institutional ethischen Zulassung und stehen im Einklang mit der Deklaration von Helsinki. Die Daten wurden von einem Vertreter Teilnehmer, der Kenntnis von den Verfahren war und gab sein schriftliches Einverständnis gesammelt. 1. Instrumentenaufbereitung <ol><li> Reinigen Sie die Haut an der Elektrode Ort durch Rasieren, und mit Alkohol zu niedrige Impedanz (&lt;5 kOhm) zu erhalten, entfernen Sie den Schmutz. </li><li> Stellen zwei AgCl Oberflächenelektroden (Aufzeichnungsdurchmesser von 10 mm) bei 2/3 der Strecke zwischen den medialen condylis des Femurs des Innenknöchels zur Soleusmuskel; auf der prominentesten Ausbuchtung der Muskel für den medialen gastrocnemius; bei 1/3 des Abstands entlang einer Linie zwischen dem Kopf des Wadenbeins und der Ferse zur lateralen Gastrocnemius; und 1/3 der Entfernung entlang einer Linie zwischen der Spitze der Fibula und der Spitze des Innenknöchels für den Tibialis anterior-Muskel mit einem interelectrode Abstand (Mitte zu Mitte) von 2 cm, nach den Empfehlungen SENIAM 30. Hinweis: Die Soleusmuskel Elektroden unter der distalen Insertion gastrocnemii Muskeln positioniert, um sicherzustellen, dass sie nicht die Aufnahme-Aktivität aus den Köpfen der gastrocnemii Muskeln (Übersprechen) werden. </li><li> Legen Sie eine Referenzelektrode in einer zentralen Position auf dem gleichen Schenkel (zwischen Stimulation und Ableitung Websites). </li><li> Stellen Sie die Höhe und die Tiefe des Stuhls auf eine Sprunggelenkwinkel von 90 ° (0 ° = volle Plantarflexion) zu erhalten, so dass die soleus und gastrocnemii Muskeln werden nicht gestreckt, und die H-Reflex nicht verändert 11,12. <ol><li> Stellen Sie die Kniewinkel bei 90 ° (0 ° = volle Kniestreckung) aufgrund der biarticular Natur der gastrocnemii Muskeln. Allerdings ist die optimale Fußgelenk-Winkel, um eine maximale willkürliche Drehmoment der Plantarflexoren zuführen (0 ° = full Plantarflexion) 26 70-80 °. Somit wird Fußgelenk-Winkel an der para hängenmeter von Interesse (elektrophysiologische gegen mechanische Aufnahmen). Hinweis: Unabhängig von der gewählten Anfangswinkel, muss konstant bleiben während des gesamten Experiments die neuromuskuläre Erregbarkeit 11,12,27,28 standardisieren. </li><li> Achten Sie insbesondere bei der Überwachung der Probanden Körperhaltung während des Tests auf konstante cortico-vestibulären Einflüsse auf die Erregbarkeit der Fuhrpark 29 aufrecht zu erhalten. </li></ol></li><li> Fest Gurt des Sprunggelenks auf eine Ergometer, mit der anatomischen Achse des Gelenks (externe Malleolus) mit der Drehachse des Ergometers 25 ausgerichtet ist. <ol><li> Haben das Thema Druck ausüben auf einer Fußplatte mit dem Ergometer angebracht, um Plantarflexor Drehmoment aufzunehmen. Halten den Fuß unbeweglich während des Experiments, so dass kleine Änderungen des Drehmoments festgestellt werden kann. </li></ol></li><li> Hinweis: Unter bestimmten Umständen kann die Ferse etwas abseits der Kraftmessplatte anzuheben, wenn der Fuß und Knöchel sind nicht besichert, die Le MayAnzeige an einer unvollständigen Übertragung des Drehmoments an die Platte, Fig. 3 stellt eine Beschreibung des Versuchsaufbaus. </li></ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig3.jpg" /> Abb. 3: Versuchsaufbau Klassische Versuchsaufbau Elektromyographie (EMG) und Drehmoment-Signale zu erfassen. <ol start="6"><li> Die Elektroden an den Verstärker mit Kabeln. </li><li> Stellen Sie die Abtastrate für Drehmoment und EMG-Messungen, um 2-5 kHz. Notieren Sie sich die EMG-Signals mit Hilfe eines Analog-zu-Digital (AD) Umwandlungssystem. Das Signal wird auf einem Monitor mit einem Datenerfassungssystem, das augenblicklich ergibt Werte mehrerer Parameter angezeigt (zB Maximalwert, Spitze-zu-Spitze-Amplitude, Dauer). Das Spektrum des EMG-Signals kann zwischen 5 Hz und 2 kHz-Frequenzen liegen, liegt aber meist zwischen 10 Hz und 1 kHz 31 enthalten ist. So müssen Abtastfrequenz hoch genug, um die Signalform dur bewahrening EMG-Aufzeichnung. Verstärken und EMG-Signale (Verstärkung = 500-100) unter Verwendung eines Bandbreitenfrequenz zwischen 10 Hz und 1 kHz 8,21,32 filtern. </li><li> Legen Sie die Anode für die elektrische Stimulation über der Patellasehne. </li><li> Ermitteln Sie die beste Stimulationsstelle des N. tibialis posterior, um eine optimale soleus H-Reflex für eine gegebene Intensität zu erhalten, mit einem Handheld-Kathodenkugelelektrode in der Kniekehle. Testen mehrerer Stimulationsstellen mit der Kathodenkugelelektrode, bis ein Maximalwert der H-Reflex erreicht ist. <ol><li> Nehmen tibialis anterior EMG-Aktivität, um sicherzustellen, dass der N. peronaeus nicht aktiviert ist, um Einfluss zu vermeiden vom Antagonisten Ia-Afferenzen 12. Stellen Sie die Impulsbreite bei 1 ms, um eine optimale Aktivierung der Nervenfasern, insbesondere Afferenzen 10 bereitzustellen. </li></ol></li><li> Legen Sie eine selbstklebende AgCl Kathode an der Stelle der Stimulationsstelle zu konstanten Stimulus Zustand zu gewährleisten (zB Druck, orientation). Hinweis: Alle diese Parameter (Subjektposition, Elektroden Lage und Stimulationsstelle) nicht für die Beurteilung der verschiedenen elektrophysiologischen Messungen ändern. Nur die Intensität der Stimulation und die Bedingung (Rest gegen Kontraktion) variieren. </li></ol> 2. Prüfverfahren im Ruhezustand <ol start="1"><li> Weisen Sie den Betreff entspannt zu bleiben und seine / ihre Muskeln in Ruhe zu halten. </li><li> Stellen Sie die Stimulationsintensität, um eine maximale soleus H-Reflex-Amplitude (H max; üblichen Bereich: 20-50 mA) zu erhalten. Ein M-Welle der Soleusmuskel kann bei H max Intensität beobachtet werden. Anmerkung: Für wiederholte Messungen (zB vor und nach einer ermüdenden Protokoll), der optimalen Intensität ein H max Reaktion kann während der Sitzung variieren, um zu erhalten. Wie halten eine konstante Intensität kann zu einer Unterschätzung H max Amplitude führen, ist es empfehlenswert, dass der Experimentator reevaluates regelmäßig H maxIntensität 33. </li><li> Nehmen Sie ein Minimum von 3 soleus H-Reflexantworten zu dieser Intensität mit einem Mindestabstand von 3 Sek Nachaktivierung Vertiefung 34 zu vermeiden. Anmerkung: Obwohl die Aufzeichnung mehrere Antworten ist wegen der besonderen Empfindlichkeit der H-Reflex besser geeignet, kann eine einzelne Stimulations genug unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei dem Versuch, die Auswirkungen der raschen Erholung (zB während einer ermüdenden Protokoll) zu vermeiden. </li><li> Erhöhen Sie die Stimulationsintensität, um eine maximale soleus M-Wellenamplitude (M max; üblichen Bereich: 40-100 mA) zu erhalten. In der Regel stellen Sie die Schrittweite in Stimulationsintensität bei 2-4 mA, mit einem Abstand von 8-10 sec zwischen zwei Stimuli 12,35. Die gewünschte Intensität erreicht, wenn Mmax erreicht wird, und keine H-Reflexreaktion beobachtet werden kann. </li><li> Der Endwert Intensität auf 120-150% von Mmax Stimulusintensität, um sicherzustellen, dass die M-Welle erreicht ein Plateau der maximalen Wert. Dies intensiviertty wird als supra Intensität in den nachstehenden Anweisungen. </li><li> Halten konstanter Stimulationsintensität für soleus M-Wave-Aufnahmen während der gesamten Sitzung. </li><li> Nehmen Sie 3 soleus M-Wellen und 3 zugeordnet Zucken Drehmomente bei dieser Intensität. </li></ol> 3. Prüfverfahren Während willkürlichen Kontraktion <ol start="1"><li> Als Warm-up, ersucht den Patienten, 10 kurze und ermüdungsfreies submaximale Kontraktionen der Plantarflexoren durchzuführen, mit ein paar Sekunden Pause zwischen jedem der Kontraktionen. Am Ende der Aufwärm, werfen Sie einen Mindest 1 min Ruhe, alle ermüdenden Effekte 11 zu vermeiden. </li><li> Kontinuierlich Rekord Triceps surae EMG-Aktivität. Aufzeichnung soleus und gastrocnemii Muskulatur ermöglicht die Analyse des Verhaltens von verschiedenen Muskel Typologien für einen einzigen Stimulationsstelle 24. </li><li> Weisen Sie den Gegenstand eine isometrische maximalen willkürlichen Kontraktion (MVC) der Plantarflexoren durchzuführen. Das Thema muss so hart wie mög drückenBLE gegen das Ergometer durch Kontraktion seiner Plantarflexoren. Geben Sie eine visuelle Rückmeldung auf das Thema während der Anstrengung, und standardisierte verbale Ermutigung 19. Die MVC ist erreicht, wenn ein Plateau beobachtet. </li><li> Liefern Sie eine gepaart Stimulation (100 Hz Frequenz) auf supraIntensität während der Hochebene des MVC (lagert Dublett), und ein anderes gepaart Stimulation, wenn der Muskel entspannt sofort nach dem Zusammenziehen (potenziert Dublett), die freiwillige Aktivierungsgrad zu bewerten. Liefern diese gepaart Stimulation durch ein bestimmtes Gerät (zB Digitimer D185 Multipulse Stimulator) oder über ein Stimulationsprogramm mit einem einzigen Impuls Stimulator verbunden. </li><li> Weisen Sie den Betreff, um eine zweite MVC des Plantarflexor mit mindestens 1 min Pause zwischen jedem Versuch 11 durchzuführen. Wenn das Spitzendrehmoment von der zweiten Studie ist nicht innerhalb von 5% der ersten, müssen zusätzliche Prüfungen durchgeführt 36 werden. Die größte von Drehmoment erreichtGegenstand als MVC Drehmoment gemacht. </li></ol> 4. Datenanalyse <ol start="1"><li> Datenanalyse in Ruhe <ol><li> Wählen Sie ein Zeitfenster, einschließlich der EMG-Antwort mit dem Zucken im Ruhezustand (H-Welle oder M-Welle) verbunden. </li><li> Messen des Spitze-zu-Spitze-Amplitude von Spitze zu Spitze der Dauer und / oder der Bereich der Wellen (4A). Wenn die Amplitude nicht direkt durch die Software zur Verfügung gestellt, subtrahieren das Minimum auf den Maximalwerten. <ol><li> Für die Dauer, messen Sie den Zeitrahmen ausgehend von der maximalen Spitzen und endend mit dem minimalen Spitzen. Für den Bereich, Berechnen des Integrals des EMG-Signals ausgehend von dem Beginn der Kurven und endend mit dem Ende der Welle. Anmerkung: Spitze-zu-Spitze-Amplitude reflektieren kann: 1) die neuromuskuläre Übertragung, 2) Motoreinheit Aktionspotentialamplitude und / oder 3) zeitliche Dispersion der Motoreinheit Aktionspotential 37. M-Wellendauer spiegelt neuromuskuläre Ausbreitungs 37. </li></ol&gt; </li><li> Für mehrere Studien, berechnen Sie den Mittelwert der Wellen. Wenn der Durchschnitt nicht direkt von der Software mit Tabellenkalkulations-Software zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise die Formelfunktion in einem Tabellenkalkulationsprogramm), um diesen Wert von mehreren Versuchen (mindestens 3) zu berechnen. </li><li> Wählen Sie den Ruhe zucken. </li><li> Messung der Spitzendrehmoment mit dem ruhenden Zucken (4B) verbunden ist. </li><li> Für mehrere Studien, Berechnung der durchschnittlichen maximalen Drehmoment von der Ruhe zuckt. Wenn der Durchschnitt nicht direkt von der Software mit Tabellenkalkulations-Software zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise die Formelfunktion in einem Tabellenkalkulationsprogramm), um diesen Wert aus den verschiedenen Versuchen (mindestens 3) zu berechnen. </li><li> Wiederholen Sie diese in Nummer 4.1.2 für die anderen gewünschten Parameter (Kontraktionszeit oder Halb Relaxationszeit) beschriebenen Verfahren. Die Analyse der zuckenden Parametern liefert Hinweise auf die elektromechanischen Kopplung Effizienz 17. Insbesondere VertragIonen-Zeit liefert einen Index der Kontraktion Kinetik 8, die von der gewählten Muskelgruppe 38 verlassen können. </li><li> Berechnen Sie das Verhältnis zwischen dem maximalen Drehmoment und der Summe der M-Wellen unter Verwendung von Tabellenkalkulationsprogramm (zB Excel), um die elektromechanische Effizienz zu quantifizieren (P t / M). Da die mechanischen Reaktionen, die durch tibialis posterior Nervenstimulation evozierte entsprechen der Aktivierung des Triceps surae als Ganzes, Amplituden soleus und gastrocnemii M-Wellen müssen zusammenfassen 39. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig4.jpg" /> Abbildung 4: Erläuterung der elektrophysiologische und mechanische Reaktionen (A) Messung der Spitze-zu-Spitze-Amplitude (mV), Latenz (ms) und die Fläche (mV.ms) eines typischen M-Welle.. (B) Messung der Peak-twitch Drehmoment (Nm), Kontraktionszeit (ms) und die Halb Relaxationszeit (msec) eines Zucken. <ahref = &quot;https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52974/52974fig4highres.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <ol start="2"><li> Datenanalyse in Kontraktion <ol><li> Wählen Sie ein 500 ms Zeitfenster von soleus EMG-Aktivität während der Hochebene von MVC Drehmoment einschließlich der Spitzendrehmoment, nicht jedoch die Zeit zwischen der Stimulationsartefakt und Ende der Ruhephase der EMG. Die stille Periode entspricht der Unterdrückung der laufenden freiwilligen EMG-Aktivität nach Stimulation. </li><li> Wenn der quadratische Mittelwert (RMS) ist nicht direkt von der Software zur Verfügung gestellt, berechnen Sie die RMS-EMG-Aktivität zu quantifizieren, mit der folgenden Formel 40: RMS-EMG <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq1.jpg" /></li><li> Messung oder Berechnung des RMS von M max in Ruhe über die Laufzeit der Welle. </li><li> Berechnen Sie die RMS EMG / RMS Mmax Verhältnis mit Tabellenkalkulations-Software.RMS EMG Wert und RMS-Wert Mmax müssen aus dem gleichen Muskel ausgewählt werden. </li><li> Messung der maximalen Spitzendrehmoment MVC von der Grundlinie des Drehmoments im Ruhezustand auf den Maximalwert von MVC ohne überlagerte Drehmoment vom Dublett Stimulation (5) induziert. </li><li> Messung der lagert Drehmoment vom Dublett Stimulation während der MVC induziert, aus der fakultativen Drehmomentwert zu Beginn der Stimulation, um die Spitze der evozierten Reaktion (Abbildung 5). </li><li> Wählen Sie das potenziert Wams. </li><li> Messen Sie die maximale Drehmoment mit dem potenzierten Wams verbunden. </li><li> Berechnen Sie die freiwillige Aktivierungsniveau (VAL) anhand der folgenden Formel 40: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974eq2.jpg" /></li></ol></li></ol><img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig5.jpg" /> Figur 5: Messung überlagert undpotenziert Wams auf mechanisches Signal. Um das überlagerte Spitzendrehmoment (PTS) aufnehmen, wird die Stimulation Wams während der Hochebene von isometrischen Maximal willkürlichen Kontraktion (MVC) hervorgerufen. Um potenzierten Spitzendrehmoment (Pt P) aufzunehmen, wird die Stimulation Wams in Ruhe nach dem Offset von MVC hervorgerufen.

The authors have nothing to disclose.

Perkutane Nervenstimulation ermöglicht die Quantifizierung der zahlreiche Merkmale des neuromuskulären Systems nicht nur die grundlegende Steuerung der neuromotorischen Funktion bei gesunden Menschen zu verstehen, aber auch um akute oder chronische Anpassungen durch Materialermüdung oder Ausbildung 17 zu analysieren. Dies ist sehr vorteilhaft insbesondere für ermüdend Protokolle, wo Messungen sind nach der Übung, so schnell wie möglich durchgeführt werden, um die Auswirkungen der raschen Wiedergewinnung 42 zu vermeiden. Obwohl zahlreiche Studien auf der Triceps surae Muskeln 24 fokussiert, kann die perkutane Nervenstimulation in anderen unteren Extremität (zB tibialis anterior 43,44, Quadrizeps-Muskeln 45,46) aufgebracht werden und der oberen Gliedmaßen Muskeln (zB Bizeps 32, M. flexor carpi radialis 47 , Fingermuskeln 48). Jedoch stellt Nervenstimulation Potenzial methodischen Einschränkungen für einige MUSCLes. Zum Beispiel kann den Erhalt einer H-Reflex von biceps brachii schwierig sein, im Ruhezustand 49 zu erhalten. Außerdem Stimulierung des N. musculocutaneus über den Plexus brachialis führt zur Kontraktion der beiden Agonist und Antagonist Muskeln 32, Induktion der fehlerhaften Bewertung der freiwilligen Aktivierungsniveau. Aufzeichnungs Nähe Muskeltätigkeit ermöglicht den Experimentator, um sicherzustellen, dass nur die Zielmuskel aktiviert, oder zumindest auf die Aktivierung dieser nahe gelegenen Muskeln begrenzen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben einige Autoren vorgeschlagen, dass die Stimulation über den Muskelbauch mit größeren Elektroden kann eine zuverlässige Methode, um M-Welle und zuckt 32,50 hervorrufen können. Allerdings kann die räumliche Organisation der axonalen Endäste innerhalb des Muskels zwischen Muskeln abweichen. Somit würde Motoreinheiten Aktivierung zwischen Nerven- und Muskelstimulation 51 variieren. Nervenstimulation aktiviert Motoreinheiten entsprechend der Größe Prinzip, während die Rekrutierung Um during direkte Muskelstimulation ist abhängig von der räumlichen Organisation der Muskelfasern unter den Stimulationselektroden 50. Monosynaptischen Aspekte der H-Reflex erlauben die zuverlässige Beurteilung der spinalen Erregbarkeit mit Nervenstimulation. Es muss jedoch darauf hingewiesen, dass Ia-Alpha-Motoneuronen Synapsen kann zahlreichen kortikale Einflüsse wie unterliegen Aufmerksamkeit 52, visuelle Umgebung 53, Kopfbewegungen 54 oder sogar Kieferbeißen 55 sein werden. Peripheren Faktoren können auch beeinflussen Antwortamplitude wie afferenten Rückmeldungen von Muskeldehnung 56. Die Haltung des Subjekts hat auch sorgfältig während der Experimente und durch experimentellen Sitzungen cortico-spinale Einflüsse zu minimieren 29 gesteuert werden. Darüber hinaus können Einarbeitungs Sitzungen Sessionsvariabilität zu reduzieren, vor allem für Anfänger Themen 57. Neben diesen physiologiCal Bedenken, Stimulation Eigenschaften (zB Intensität, Ort) können stark beeinflussen die Ergebnisse. Obwohl M max Reaktionen erreichen ein Plateau in der Nähe von maximaler Intensität, wird H max für eine bestimmte Intensität erreicht. Somit Stimulationsintensität zu erhalten Hmax ist anfälliger für Variabilität mit Bedingungen. Um gute Zuverlässigkeit unter unterschiedlichen Bedingungen (zB frische oder ermüdeten Muskeln) zu gewährleisten, sollten Reizintensität bis H max Intensität oder eingestellt werden, darunter, wenn die Reflexantwort liegt in der aufsteigenden Teil der Rekrutierung Kurve 58. Tatsächlich kann H-Reflexamplitude für Intensitäten über H max Intensität aufgrund der Kollision zwischen Rück und antidromic Salven (Abbildung 2, Nummer 3 &#39;und die Nummer 2) verändert werden. Es wird auch empfohlen, dass die H-Reflexamplitude zum M max Antwort (H / M max -Verhältnis) normalisiert werden. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren ermöglicht eine zuverlässige intes zu Fehlern und intraindividuelle Vergleiche 59. In Bezug auf die Ableiten der Art des Motorbefehl, obwohl die VAL-Technik hat sich gezeigt, eine zuverlässige Technik, um absteigend zu bewerten Befehle 40 und zentrale Ermüdung 19,60 Dieses Verfahren stellt einige Einschränkungen. Tatsächlich schlug einige Autoren, dass VAL überschätzt maximalen Muskelaktivierung 61-63. Es ist vielleicht nicht empfindlich genug, um Variationen in der Aktivierungsniveaus während der Wehen über 90% MVC 62 zu erkennen. Darüber hinaus ist die Verwendung von paarweisen Stimulation zu bewerten VAL können Beschwerden für Fächer 64 zu erhöhen. Trotz der Bewertung der maximalen willkürlichen Aktivierung dieser Methode sind die Informationen über cortico-spinalen Erregbarkeit. Transkranielle Magnetstimulation könnte verwendet werden, um Veränderungen auf diesem Niveau 65 zu beurteilen - 67. Die Verwendung der RMS-EMG / RMS <sub&gt; Mmax Verhältnis zu freiwilligen Aktivierung zu bewerten ist weniger empfindlich als das Zucken Interpolationstechnik aufgrund der größeren Antwortvariabilität. Tatsächlich kann RMS EMG / M max Verhältnis konstant bleiben, während die twitch Interpolationstechnik verdeutlicht eine signifikante Abnahme der Muskelaktivierung 68. Allerdings ermöglicht die RMS-EMG / RMS Mmax Verhältnis der Experimentator, um die Aktivierung der verschiedenen einzelnen Muskeln des gleichen Muskelgruppe (zB soleus mediale und laterale gastrocnemius gastrocnemius zur Trizeps Surae) 17 zu bewerten. Besondere Aufmerksamkeit sollte bei perkutanen Nervenstimulation hinsichtlich Stimulationsprotokoll und Datenanalyse getroffen werden, um Fehlinterpretationen zu vermeiden und um einen Vergleich zwischen unterschiedlichen Studien zu ermöglichen. Zahlreiche Autoren haben bereits etablierten methodische Empfehlungen zu erfassen und Daten aus perkutane elektrische Stimulation 20,29,34,59 analysieren.Insbesondere erscheinen Plantarflexoren zu sein eine schwierige Muskelgruppe maximal zu kontrahieren 69-71. Praxis ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer, vor allem in Bevölkerungsgruppen mit eingeschränkter neuromuskulären Funktion, in der Lage, ein hohes Maß an freiwilliger Aktivierung vor der experimentellen Erprobung 72,73. So wird MVC-abhängige Maßnahmen wie freiwillige Aktivierung fehlerhafte Werte, die wahrscheinlich spiegeln einen Mangel an Praxis oder eine unzureichende Anzahl von isometrischen MVC Versuche statt einer Beeinträchtigung oder Beschränkung der neuromuskulären Funktion darstellen. Eine Einarbeitung Sitzung sollte vor allen Studien unter Verwendung von perkutanen Nervenstimulation und / oder maximale Anstrengungen durchgeführt werden. Perkutane elektrische Nervenstimulation kann verwendet werden, um neuromuskuläre Plastizität nach akuter (Ermüdung) oder chronische (Ausbildung / Abtrainierens) Übungen zu bewerten. Zum Beispiel Aussätzigen et al. 74 beobachtet eine Abnahme centralen Aktivierung (freiwillige Aktivierungsniveau) und Muskelparameter (Peak Zucken, M-Welle) des Quadrizeps nach längerer Radfahren Übung. Im Anschluss an chronische Übung Duchateau und Hennegau 75 beobachtet unterschiedliche Wirkungen von isometrischen und dynamischen Trainings an Spitzen Zucken Drehmomenteigenschaften, was darauf hindeutet, dass der Skelettmuskulatur passt sich unterschiedlich auf die Art von Trainingsprogrammen. Elektrische Nervenstimulation ist auch nützlich, eine Online-Anpassung des neuromuskulären Systems während verschiedener Bedingungen, wie Haltung 27 oder einer gleichzeitigen mentalen Task 21 zu bewerten. Dieses Verfahren kann nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch in der klinischen Domäne 76 verwendet werden. In der Tat, elektrische Nervenstimulation verwendet wurde, um zentrale Antriebs bei älteren Menschen 77 und verschiedenen Erkrankungen wie Schlaganfall 78 oder Parkinson-Krankheit 79 zu untersuchen. Neuromuskuläre Plastizität auch bei pathologischen Populationen während der Therapie / retra bewertet werdenining Programm 80.

Perkutane elektrische Nervenstimulation wird weithin verwendet, um die neuromuskuläre Funktion 1 zu bewerten. Das Grundprinzip besteht aus Induktion einer elektrischen Stimulus zu einer peripheren motorischen Nerven, um eine Muskelkontraktion hervorzurufen. Mechanische (Drehmomentmessung) und elektrophysiologische (elektromyographische Aktivität) Reaktionen werden gleichzeitig aufgezeichnet. Drehmoment an der betrachteten gemeinsame aufgezeichnet ist, wird unter Verwendung eines Ergometers bewertet. Elektromyographischen (EMG) Signal aufgezeichnet unter Verwendung von Oberflächenelektroden wurde gezeigt, dass die Aktivität des Muskels 2 stellen. Diese nicht-invasive Methode ist nicht schmerzhaft und leichter als intramuskuläre Aufnahmen realisiert. Sowohl monopolare als auch bipolare Elektroden verwendet werden. Die monopolaren Elektrodenkonfiguration wurde gezeigt empfindlicher auf Änderungen der Muskeltätigkeit 3, die kleine Muskeln nützlich sein kann ist. Jedoch haben bipolare Elektroden gezeigt wirksamer bei der Verbesserung des Signal-Rausch-r zu seintio 4 und werden am häufigsten als ein Verfahren zum Aufzeichnen und zur Quantifizierung Motoreinheit Aktivität verwendet. Die nachfolgend beschriebene Methodik wird auf bipolare Aufnahmen konzentrieren. EMG-Aktivität ein Indikator für die Wirksamkeit und die Integrität des neuromuskulären Systems. Die Verwendung von perkutanen Nervenstimulation bietet weitere Einblicke in die neuromuskuläre Funktion, dh Änderungen an Muskel-, Wirbelsäulen oder supra spinaler Ebene (Abbildung 1). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig1.jpg" /> Abb. 1: Übersicht über die neuromuskuläre Messungen STIM: Nervenstimulation. EMG: Elektromyographie. VAL: Freiwillige Aktivierungsniveau. RMS: Root Mean Square. M max: Maximal M-Wellen-Amplitude. Im Ruhezustand wird die Verbindung Muskelaktionspotential, auch als M-Welle, ist die kurze Latenzzeiten Reaktion nach Reizartefakt beobachtet und stellt erregbaren Muskelmasse durch die direkte activ<html> ation von Motoraxonen die zur Muskel (Abbildung 2, Nummer 3). M-Wellenamplitude steigt mit der Intensität bis zum Erreichen einer Hochebene von seinem Maximalwert. Diese Antwort, die so genannte M max, stellt die Synchron Summierung aller unter den Oberflächen-EMG-Elektroden 5 aufgezeichneten Motoreinheiten und / oder Muskelfaser Aktionspotentiale. Die Entwicklung der Spitze-zu-Spitze-Amplitude oder Wellenbereich verwendet wird, um Änderungen der neuromuskulären Transmission 6 identifizieren. Veränderungen der mechanischen Reaktionen mit dem M-Welle, dh Spitzen Zucken Drehmoment / Kraft, verbunden sind, können aufgrund von Veränderungen im Muskel Erregbarkeit und / oder innerhalb der Muskelfasern 7 sein. Die Assoziation von M max Amplitude und Spitzen Zucken Drehmomentamplitude (Pt / M-Verhältnis) liefert einen Index von elektromechanischen Wirkungsgrad des Muskel 8, dh mechanische Reaktion für eine gegebene elektrische Motorbefehl. 52974 / 52974fig2.jpg &quot;/&gt; Abb. 2: Motor und reflexive Pfade durch Nervenstimulation aktiviert elektrische Stimulation eines gemischten (Motor / sensorische) Nerven (STIM) induziert eine Depolarisation der beiden Motor Axon und Ia afferenten Brand. Depolarisation Ia Afferenzen Richtung des Rückenmarks aktiviert ein alpha Motoneuronen, die wiederum ruft eine H-Reflex-Reaktion (Bahn 1 + 2 + 3). In Abhängigkeit von der Reizstärke, Motor Axon Depolarisation evoziert eine direkte muskuläre Antwort: M-Welle (Weg 3). Bei maximaler M-Wellenintensität wird ein antidrome Strom auch generiert (3 &#39;) und kollidiert mit Reflex volley (2). Diese Kollision teilweise oder vollständig bricht den H-Reflex auf. Der H-Reflex ist eine elektrophysiologische Reaktion verwendet, um Veränderungen in der Ia-α Motoneuron Synapse 9 beurteilen. Dieser Parameter kann im Ruhezustand oder während der freiwilligen Kontraktionen bewertet werden. H-Reflex stellt eine Variante des Dehnungsreflex (Abbildung 2, number 1-3). Der H-Reflex aktiviert Motoreinheiten monosynaptisch von Ia afferente Bahnen 10,11 rekrutiert, und kann eine periphere und zentrale Einflüsse 12 unterzogen werden. Das Verfahren erinnert an einen H-Reflex ist bekannt, dass eine hohe intraindividuelle Zuverlässigkeit Rücken Erregbarkeit in Ruhe 13,14 und während isometrische Kontraktionen 15 zu beurteilen haben. Während einer willkürlichen Kontraktion, kann der Betrag der freiwilligen neuronalen Antrieb mit der Amplitude des EMG-Signals beurteilt werden, mit Hilfe der Root Mean Square Allgemeinen quantifiziert (RMS). RMS-EMG wird häufig verwendet, ein Mittel zur Quantifizierung der Erregung des Motorsystems während einer willkürlichen Kontraktion (Abbildung 1). Wegen der intra- und interindividuelle Variabilität 16 hat RMS EMG zur Verwendung der EMG während eines muskelspezifischen maximalen willkürlichen Kontraktion (RMS EMGmax) aufgezeichnet normalisiert werden. Darüber hinaus, weil Änderungen in EMG-Signal be aufgrund von Veränderungen am peripheren Ebene, die Normalisierung unter Verwendung eines peripheren Parameter, wie beispielsweise M-Welle erforderlich ist, um nur die zentrale Komponente des EMG-Signals zu beurteilen. Dies kann durch Dividieren der RMS-EMG durch die maximale Amplitude oder der Effektivwert Mmax der M-Welle durchgeführt werden. Normalisierung mit RMS Mmax (dh RMS EMG / RMS Mmax) ist die bevorzugte Methode, da sie berücksichtigt die mögliche Änderung der M-Wellendauer 17. Motor Befehle können auch durch die Berechnung der freiwilligen Aktivierungsniveau (VAL) ausgewertet werden. Diese Methode verwendet das Zucken Interpolationstechnik 18 durch Überlagerung einer elektrischen Stimulation an M max Intensität während einer maximalen willkürlichen Kontraktion. Das zusätzliche Drehmoment durch die Stimulierung der Nerven hervorgerufen wird, um eine gleich Nervenstimulation in entspannter potenziert Muskel 19 erzeugte Kontrollzuckungsstärke verglichen. Um maximale VAL, das ursprüngliche Zucken interpo bewertenvon Merton 18 beschrieben lation Technik beinhaltet einen einzelnen Stimulus über einen willkürlichen Kontraktion interpoliert. Kürzlich wurde die Verwendung von paarweisen Stimulation immer beliebter geworden, da die hervorgerufenen Drehmoment Inkrementen größer sind, leichter erkannt und weniger variabel gegenüber dem Einzelstimulationsantworten 20. VAL liefert einen Index der Leistungsfähigkeit des Zentralnervensystems bis maximal aktivieren die arbeitenden Muskeln 21. Derzeit VAL ausgewertet mit dem Zucken Interpolationstechnik ist das wertvollste Methode zur Beurteilung der Höhe der Muskelaktivierung 22. Darüber hinaus ist das maximale Drehmoment beurteilt Verwendung eines Ergometers die richtig studiert Festigkeitsprüfung Parameter erhoben der Einsatz in Forschung und klinischen Einrichtungen 23. Elektrische Nervenstimulation kann in einer Vielzahl von Muskelgruppen (zB Ellbogenbeuger, Handgelenk Flexoren, Kniestrecker, Plantarflexoren) verwendet werden. Allerdings macht Nerven Zugänglichkeit derTechnik schwierig in einigen Muskelgruppen. Die Plantarflexoren, insbesondere Triceps surae (soleus und gastrocnemii) Muskeln, werden häufig in der Literatur 24 untersucht. In der Tat sind diese Muskeln in der Fortbewegung beteiligt sind, rechtfertigt ihre besonderen Interesse. Der Abstand zwischen den Stimulationsstelle und Aufzeichnungselektroden erlaubt die Identifizierung der verschiedenen hervorgerufenen Wellen des Triceps surae Muskeln. Die oberflächliche Teil des N. tibialis posterior in der Kniekehle und die große Anzahl von Spindeln erleichtern die Reflexreaktionen im Vergleich zu anderen Muskeln 24 aufzuzeichnen. Aus diesen Gründen konzentriert sich die aktuell präsentierten Reflex Methodik auf der Triceps surae Gruppe von Muskeln (soleus und gastrocnemius). Das Ziel des Protokolls ist es daher, perkutan Nervenstimulationstechnik zu beschreiben, die neuromuskuläre Funktion im Trizeps Surae untersuchen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Biodex dynamometer</td>
			<td>Biodex Medical System Inc., New York, USA</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.biodex.com/">www.biodex.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MP150 Data Acquisition System</td>
			<td>Biopac Systems Inc., Goleta, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acknowledge 4.1.0 software</td>
			<td>Biopac Systems Inc., Goleta, USA</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.biopac.com/">www.biopac.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DS7A constant current high voltage stimulator</td>
			<td>Digitimer, Hertfordshire, UK</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.digitimer.com/">www.digitimer.com</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver chloride surface electrodes</td>
			<td>Control Graphique Medical, Brie-Comte-Robert, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the Biodex to the MP150</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the Digitimer to the MP150</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Cable for connecting the MP150 to the computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of neuromuscular function using percutaneous electrical nerve stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

Zunehmender Reizstärke führt zu einer unterschiedlichen Entwicklung der Reaktionsamplituden zwischen H- und M-Wellen. Im Ruhezustand einen Maximalwert erreicht die H-Reflex, bevor sie von EMG-Signal völlig abwesend, während M Wellen schrittweise bis zum Erreichen einer Hochebene auf maximale Intensität erhöht (siehe Abbildung 4 eine graphische Darstellung der M-Welle und 6 für die Evolution der M-Wellen und H-Reflex mit Intensität). Für M. soleus, ist die Latenz zwischen dem Reizbeginn und M-Welle etwa 10 msec (4A) und in der Regel zwischen 25 und 40 ms für die H-Welle. Jedoch wird die Verzögerung zwischen den Muskelgruppen und des Subjekts Schenkellänge oder Gesamthöhe aufgrund der Entfernung zwischen der Stimulationsstelle und den Muskel zu variieren. Bei Stimulierung bei M-max Intensität wird eine maximale Spitzendrehmoment Zucken zu beachten (4B). M-Wellen, H-Reflexe und Spitzen Zucken Drehmomente in Abhängigkeit von dem abweichen<html> Zustand. Zum Beispiel neigen diese Parameter während der willkürlichen Kontraktion zu erhöhen und zu verringern, in Gegenwart von Ermüdungs ​​17. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/52974/52974fig6.jpg" /> Abbildung 6: Typische Rekrutierungskurven in Ruhe Amplituden der Reflexantworten (H-Reflex, weiße runde) und direkte Muskelreaktionen (M-Welle, schwarze runde) mit zunehmender Reizstärke.. Bodenplatten präsentieren typische Spuren an vier progressiv erhöht Intensitäten (von A nach B). (A) schwache Intensität und erinnert nur eine H-Reflexantwort. (B) Intensity Bereitstellung der maximalen H-Wellen-Amplitude (H max). (C) Bei Intensität, die H max, die Kollision zwischen antidromic und Reflex Salven induziert eine Abnahme der H Antwortamplitude. (D) Bei M max Intensität, wird H-Reflex völlig aufgehoben und M-Welle ein Plateau erreicht.iles / ftp_upload / 52.974 / 52974fig6highres.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Maximale VAL während einer MVC ausgewertet. 5 zeigt eine überlagerte Drehmoment durch elektrische Reizung während der MVC induziert. Die Wirkung durch Stimulation induzierte ein unvollständiges Einstellung von Motoreinheiten und / oder einer submaximalen Entladungsfrequenz der Motoreinheiten, und somit ein Defizit an freiwilligen Aktivierung (den Effekt der Stimulation in der Mitte der Abbildung 5). Wie frühere Parameter variiert maximale VAL unter der Bedingung (zB Höhe der Kontraktion, Müdigkeit) 21 je. Diese verschiedenen Techniken wurden zuvor validiert. In der Tat zeigten die jüngsten Studien eine gute Zuverlässigkeit für M-Welle und die zugehörige Spitzen Zucken Drehmoment 22, H-Reflex-14 und maximal 41 VAL.

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Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

Beurteilung der neuromuskulären Funktion Mit Perkutane elektrische Nervenstimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

21.7K Aufrufe.  Univ. Bourgogne Franche–Comté. We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). 

Serie: Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Studying Synaptic Vesicle Pools using Photoconversion of Styryl Dyes

The fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane (exocytosis) is a required step in neurotransmitter release and neuronal communication. The vesicles are then retrieved from the plasma membrane (endocytosis) and grouped together with the general pool of vesicles within the nerve terminal, until they undergo a new exo- and endocytosis cycle (vesicle recycling). These processes have been studied using a variety of techniques such as electron microscopy, electrophysiology recordings, amperometry and capacitance measurements. Importantly, during the last two decades a number of fluorescently labeled markers emerged, allowing optical techniques to track vesicles in their recycling dynamics. One of the most commonly used markers is the styryl or FM dye 1; structurally, all FM dyes contain a hydrophilic head and a lipophilic tail connected through an aromatic ring and one or more double bonds (Fig. 1B). A classical FM dye experiment to label a pool of vesicles consists in bathing the preparation (Fig. 1Ai) with the dye during the stimulation of the nerve (electrically or with high K+). This induces vesicle recycling and the subsequent loading of the dye into recently endocytosed vesicles (Fig. 1Ai-iii). After loading the vesicles with dye, a second round of stimulation in a dye-free bath would trigger the FM release through exocytosis (Fig. 1Aiv-v), process that can be followed by monitoring the fluorescence intensity decrease (destaining).

Although FM dyes have contributed greatly to the field of vesicle recycling, it is not possible to determine the exact localization or morphology of individual vesicles by using conventional fluorescence microscopy. For that reason, we explain here how FM dyes can also be used as endocytic markers using electron microscopy, through photoconversion. The photoconversion technique exploits the property of fluorescent dyes to generate reactive oxygen species under intense illumination. Fluorescently labeled preparations are submerged in a solution containing diaminobenzidine (DAB) and illuminated. Reactive species generated by the dye molecules oxidize the DAB, which forms a stable, insoluble precipitate that has a dark appearance and can be easily distinguished in electron microscopy 2,3. As DAB is only oxidized in the immediate vicinity of fluorescent molecules (as the reactive oxygen species are short-lived), the technique ensures that only fluorescently labeled structures are going to contain the electron-dense precipitate. The technique thus allows the study of the exact location and morphology of actively recycling organelles.

FM dyes have been of invaluable help in the understanding of synaptic dynamics. FMs are normally followed under the fluorescent microscope during different stimulation conditions. However, photoconversion of FM dyes combined with electron microscopy allows the visualization of distinct synaptic vesicle pools, among other ultrastructure components, in synaptic boutons.

Studium synaptischer Vesikel Pools mit Photokonversion Styrylfarbstoffe

The fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane (exocytosis) is a required step in neurotransmitter release and neuronal communication. The ...

Forschung

Neurowissenschaften

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS display abnormalities in the expression of FMR1 - a protein required for typical, healthy neural development.3 Recent data has suggested that the loss of this protein can cause the cortex to be hyperexcitable thereby affecting overall patterns of neural plasticity.4,5
In addition, Fragile X shows a strong comorbidity with autism: in fact, 30% of children with FXS are diagnosed with autism, and 2 - 5% of autistic children suffer from FXS.6
Transcranial Magnetic Stimulation (a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses 7,8) represents a unique method of exploring plasticity and the manifestations of FXS within affected individuals. More specifically, Theta-Burst Stimulation (TBS), a specific stimulatory protocol shown to modulate cortical plasticity for a duration up to 30 minutes after stimulation cessation in healthy populations, has already proven an efficacious tool in the exploration of abnormal plasticity.9,10 
Recent studies have shown the effects of TBS last considerably longer in individuals on the autistic spectrum - up to 90 minutes.11 This extended effect-duration suggests an underlying abnormality in the brain's natural plasticity state in autistic individuals - similar to the hyperexcitability induced by Fragile X Syndrome.
In this experiment, utilizing single-pulse motor-evoked potentials (MEPs) as our benchmark, we will explore the effects of both intermittent and continuous TBS on cortical plasticity in individuals suffering from FXS and individuals on the Autistic Spectrum.

In this article, we examine the effects of Theta-Burst TMS stimulation on cortical plasticity in individuals suffering from Fragile X syndrome and individuals on the autistic spectrum.

TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

Nerve Excitability Assessment in Chemotherapy-induced Neurotoxicity

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. Chemotherapy-induced peripheral neuropathy produces symptoms of numbness and paraesthesia in the limbs and may progress to difficulties with fine motor skills and walking, leading to functional impairment. In addition to producing troubling symptoms, chemotherapy-induced neuropathy may limit treatment success leading to dose reduction or early cessation of treatment. Neuropathic symptoms may persist long-term, leaving permanent nerve damage in patients with an otherwise good prognosis3. As chemotherapy is utilised more often as a preventative measure, and survival rates increase, the importance of long-lasting and significant neurotoxicity will increase.
There are no established neuroprotective or treatment options and a lack of sensitive assessment methods. Appropriate assessment of neurotoxicity will be critical as a prognostic factor and as suitable endpoints for future trials of neuroprotective agents. Current methods to assess the severity of chemotherapy-induced neuropathy utilise clinician-based grading scales which have been demonstrated to lack sensitivity to change and inter-observer objectivity4. Conventional nerve conduction studies provide information about compound action potential amplitude and conduction velocity, which are relatively non-specific measures and do not provide insight into ion channel function or resting membrane potential. Accordingly, prior studies have demonstrated that conventional nerve conduction studies are not sensitive to early change in chemotherapy-induced neurotoxicity4-6. In comparison, nerve excitability studies utilize threshold tracking techniques which have been developed to enable assessment of ion channels, pumps and exchangers in vivo in large myelinated human axons7-9.
Nerve excitability techniques have been established as a tool to examine the development and severity of chemotherapy-induced neurotoxicity10-13. Comprising a number of excitability parameters, nerve excitability studies can be used to assess acute neurotoxicity arising immediately following infusion and the development of chronic, cumulative neurotoxicity. Nerve excitability techniques are feasible in the clinical setting, with each test requiring only 5 -10 minutes to complete. Nerve excitability equipment is readily commercially available, and a portable system has been devised so that patients can be tested in situ in the infusion centre setting. In addition, these techniques can be adapted for use in multiple chemotherapies.
In patients treated with the chemotherapy oxaliplatin, primarily utilised for colorectal cancer, nerve excitability techniques provide a method to identify patients at-risk for neurotoxicity prior to the onset of chronic neuropathy. Nerve excitability studies have revealed the development of an acute Na+ channelopathy in motor and sensory axons10-13. Importantly, patients who demonstrated changes in excitability in early treatment were subsequently more likely to develop moderate to severe neurotoxicity11. However, across treatment, striking longitudinal changes were identified only in sensory axons which were able to predict clinical neurological outcome in 80% of patients10. These changes demonstrated a different pattern to those seen acutely following oxaliplatin infusion, and most likely reflect the development of significant axonal damage and membrane potential change in sensory nerves which develops longitudinally during oxaliplatin treatment10. Significant abnormalities developed during early treatment, prior to any reduction in conventional measures of nerve function, suggesting that excitability parameters may provide a sensitive biomarker.

This abstract describes a novel method to assess the development of neurotoxicity in patients receiving chemotherapy treatment. While conventional assessment methods are limited in their ability to detect early changes in nerve function, nerve excitability techniques provide early identification of patients at risk of severe neurotoxicity and insight into pathophysiology.

Nervenerregbarkeit Assessment in Chemotherapie-induzierte Neurotoxizität

Chemotherapy-induced neurotoxicity is a serious consequence of cancer treatment, which occurs with some of the most commonly used chemotherapies1,2. ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted deaf subjects1-6. Nonetheless, sound coding with current CIs has poor frequency and intensity resolution due to broad current spread from each electrode contact activating a large number of SGNs along the tonotopic axis of the cochlea7-9. Optical stimulation is proposed as an alternative to electrical stimulation that promises spatially more confined activation of SGNs and, hence, higher frequency resolution of coding. In recent years, direct infrared illumination of&#160;the cochlea has been used to evoke responses in the auditory nerve10. Nevertheless it requires higher energies than electrical stimulation10,11 and uncertainty remains as to the underlying mechanism12. Here we describe a method based on optogenetics to stimulate SGNs with low intensity blue light, using transgenic mice with neuronal expression of channelrhodopsin 2 (ChR2)13 or virus-mediated expression of the ChR2-variant CatCh14. We used micro-light emitting diodes (&#181;LEDs) and fiber-coupled lasers to stimulate ChR2-expressing SGNs through a small artificial opening (cochleostomy) or the round window. We assayed the responses by scalp recordings of light-evoked potentials (optogenetic auditory brainstem response: oABR) or by microelectrode recordings from the auditory pathway and compared them with acoustic and electrical stimulation.

Cochlear implants (CIs) enable hearing by direct electrical stimulation of the auditory nerve. However, poor frequency and intensity resolution limits the quality of hearing with CIs. Here we describe optogenetic stimulation of the auditory nerve in mice as an alternative strategy for auditory research and developing future CIs.

Optogenetische Stimulation des Hörnervs

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle Integration von Low-Cost-Sensoren mit einem Neuromuskuläre Elektrostimulation System zur Post-Stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

Transkranielle elektrische Hirnstimulation in Alert Nagetiere

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a closed-loop event-triggered manner. Although many studies are focusing on the possible benefits and side-effects of TES in healthy and pathologic brains, there are still many fundamental open questions regarding the mechanism of action of the stimulation. Therefore, there is a clear need for a robust and reproducible method to test the acute and the chronic effects of TES in rodents. TES can be combined with regular behavioral, electrophysiological, and imaging techniques to investigate neuronal networks in vivo. The implantation of transcranial stimulation electrodes does not impose extra constraints on the experimental design while it offers a versatile, flexible tool to manipulate brain activity. Here we provide a detailed, step-by-step protocol to fabricate and implant transcranial stimulation electrodes to influence brain activity in a temporally constrained manner for months.

This detailed protocol describes transcranial stimulation electrode placement on the temporal bone in order to investigate the short- and long-term effects of transcranial electrical stimulation in freely moving rats.

Chronische Transkraniellen Elektrostimulation und Intracortical Aufnahme bei Ratten

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans and can be assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Given the role of distal leg muscles in upright postural and dynamic tasks, such as walking, a growing research interest in the assessment and modulation of the corticospinal tracts relative to the function of these muscles has emerged in the last decade. However, methodological parameters used in previous work have varied across studies making the interpretation of results from cross-sectional and longitudinal studies less robust. Therefore, use of a standardized TMS protocol specific to the assessment of leg muscles&#39; corticomotor response (CMR) will allow for direct comparison of results across studies and cohorts. The objective of this paper is to present a protocol that provides the flexibility to simultaneously assess the bilateral CMR of two main ankle antagonistic muscles, the tibialis anterior and soleus, using single pulse TMS with a neuronavigation system. The present protocol is applicable while the examined muscle is either fully relaxed or isometrically contracted at a defined percentage of maximum isometric voluntary contraction. Using each subject&#39;s structural MRI with the neuronavigation system ensures accurate and precise positioning of the coil over the leg cortical representations during assessment. Given the inconsistency in CMR derived measures, this protocol also describes a standardized calculation of these measures using automated algorithms. Though this protocol is not conducted during upright postural or dynamic tasks, it&#160;can be used to assess bilaterally any pair of leg muscles, either antagonistic or synergistic, in both neurologically intact and impaired subjects.

The present protocol describes the simultaneous, bilateral assessment of the corticomotor response of the tibialis anterior and soleus during rest and tonic voluntary activation using a single pulse transcranial magnetic stimulation and neuronavigation system.

Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Laboratory Administration of Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation (taVNS): Technique, Targeting, and Considerations

Non-invasive vagus nerve stimulation (VNS) may be administered via a novel, emerging neuromodulatory technique known as transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS). Unlike cervically-implanted VNS, taVNS is an inexpensive and non-surgical method used to modulate the vagus system. taVNS is appealing as it allows for rapid translation of basic VNS research and serves as a safe, inexpensive, and portable neurostimulation system for the future treatment of central and peripheral disease. The background and rationale for taVNS is described, along with electrical and parametric considerations, proper ear targeting and attachment of stimulation electrodes, individual dosing via determination of perception threshold (PT), and safe administration of taVNS.

Laboratory Administration of Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation taVNS: Technique, Targeting, and Considerations

A methodological description of the technique, potential targets, and proper administration of transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS) on the human ear is described.

Labor-Administration der transkutane auricularis Vagusnerv-Stimulation (TaVNS): Technik, Targeting und Überlegungen

Non-invasive vagus nerve stimulation (VNS) may be administered via a novel, emerging neuromodulatory technique known as transcutaneous auricular vagus ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, causal evidence of brain area activation leading to a behavior is often left missing. Transcranial direct current stimulation (tDCS), which can temporarily alter brain cortical excitability and activity, is a noninvasive neurophysiological tool used to study causal relationships in the human brain. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is a noninvasive brain stimulation (NIBS) technique that produces a more focal current compared to conventional tDCS. Traditionally, the stimulation location has been roughly determined through the 10-20 EEG system, because determining precise stimulation points can be difficult. This protocol uses a 3D digitizer with HD-tDCS to increase accuracy in determination of stimulation points. The method is demonstrated using a 3D digitizer for more accurate localization of stimulation points in the right temporo-parietal junction (rTPJ).

Presented here is a protocol to achieve higher accuracy in determination of stimulation location combining a 3D digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.

Stimulationspositionsbestimmung mit einem 3D-Digitizer mit high-Definition Transkranialer Gleichstromstimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...