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方案2 肌电图记录和分析方法

相关实验:神经系统磁刺激实验

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材料与仪器

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记录由磁刺激诱发的运动反射,方法和传统的肌电图记录方法类似(参见第二十六、二十七、三十一章)。然而,一些问题需要特别注意 t 磁刺激运动皮层引起的运动诱发电位(motor evoked potential,MEP),可以由表面电极贴在肌腹一肌腱处记录到。要事先减低电极和皮肤之间的电阻,具体方法是用乙醇棉球轻轻地擦拭皮肤。根据电极型号的不同,可能需要用导电糊。记录肌肉萎缩的病人,或者需要选择性地记录深层肌电,则要用到同轴针刺电极。主要的优势在于能够防±或者降低周围肌肉造成的信号串扰。针刺电极也用于记录单个运动单元。大多数记录中,需要用到标准的肌电放大-滤波器材。理想状态下,考虑到被试的人身安全和记录电极连接的放大器必须是光电隔离的。滤波参数可以相对宽一些(l~3000 Hz),也可以相对窄一些(100~2000 Hz) 以降低交流干扰(50 或 60 Hz),减少磁刺激产生的伪迹和其他非生物高频信号的干扰。为了避免刺激过程中磁场在电极上感应出大电压,电极应该绞在一起,或者被屏蔽。磁刺激感应出的电压可能会造成放大器饱和,要几十毫秒才能够去恢复,由此会损害记录的准确性。记录到的反应电压可以录制到磁带上,通常是录影带或者是数字的,随后分析,对于这种情况,必须要有进行在线观察的示波器; 或者数据可以直接被计算机采样和存储。采样率必须足够高,以防止混叠(详见第四十五章),通常在 4~5kHz 之间。最好显示刺激点前后一段时间以便能够确定刺激前肌肉电活动。记录上肢的运动诱发电位 MEP,通常分析刺激点后 50ms 时段内的波形;对下肢而言,通常取 100ms。可以取刺激前 50~200ms, 甚至更长的时间进行分析,但这取决于实验模式。如果要分析不应期,则要取刺激点后更长的时间段,取到 500ms~1s 之间。

对于诱发的反应,有几个参数可以测量。如果运动诱发电位 MEP 是简单的双极形式,可以用两个相反极性的波峰之间的峰-峰值表示,如图 33-3 的上部图形所示。同时,运动诱发电位 MEP 的区域面积可以通过滤波整流校正图形进行度量,如图 33-3 的中间图形所示。计算该区域面积的时候,必须注意,随着刺激强度的增加,肌电电位可能变成单极性并且反应期延长。这样的运动诱发电位 MEP 可能包含一部分运动单元的持续放电,要认识到这种电位的复杂性。更加精密的测量包括计算背景 EMG 与在自主收缩最强时得到的运动诱发电位 MEP 的区域面积比。另外一种方法是,刺激皮层产生的运动诱发电位 MEP 比上超大电流刺激周边神经系统诱发的反应电位,用这个比值代表运动诱发电位 MEP 的反应(M 波;参见第二十六章),运动诱发电位 MEP 的潜伏期设定为刺激呈现的时间到运动被诱发的时间。测量运动诱发电位 MEP 后的不应期 (silentperiod,SP), 可以以磁刺激点为起点,也可以以运动诱发电位 MEP 起始点或者结束点为起点,到肌肉恢复电活动结束,如图 33-3 下部中三个水平箭头所示。所有这些方法都无法表示抑制过程或者不应期的真实起点,不应期可能会和运动诱发电位 MEP 的某些成分同时开始。

由此看来,对于不应期的测量参数选择可能会有某种程度的不确定性。根据特定的参数设置,信号通常由屏幕上的鼠标对画好的反应轨迹线进行定位。这种测量方法依赖于实验人员的经验和所采用的标准。进一步说,精确测定反应的起点,继而能够精确地测量潜伏期是很困难的,强背景肌电信号引起的自主收缩伴随期间,使其不确定性很大。对于这种情况,叠加两个或者两个以上的可重复获得的波形,有助于正确的测定特定参数的临界上升点。另外一个解决办法是叠加平均几个刺激反应。这同时也能解决由于磁刺激弓丨起的肌电内源性畸变。

有几种方法检验单个运动单元(《-运动神经元)受到磁刺激后的放电特性,其中一种常用的方法是建立刺激后时同直方图(peristimulus time histogram,PSTH)(参见第十八章)。简要地说,在由轻微自主挛缩引起的运动神经元兴奋期间,重复给多次磁刺激,可以计算刺激和运动神经单元电位之间的互相关。这样一个互相关图包含了与刺激相关的运动神经元发放概率变化的信息,因此被作为探察刺激诱发的运动神经元兴奋或抑制的工具(Stephens et al.1976)。在 PSTH 中,运动单元的兴奋都表示为一个峰,抑制表示为一个谷(Gerstein and Kiang1960)。然而,并不是所有的兴奋都表现为峰,所有的抑制都表现为谷(Kirkwood1979)。一种有效的累加和(calculation of cumulatiue sums,CUSUM) 计算方法对「原始」PSTH 的分析进行了补充,但又源于 PSTH(Ellaway1978)。累加和法 CUSUM 对查找和统计确认神经元兴奋和抑制更为敏感 (Daveyetal.1986), 并且累加和法 CUSUM 可用于定量比较两个 PSTH 的波形(MilesetaL1989)。

如前所述,运动皮层对磁刺激的反应可以有几种方法表示。然而,对控制反应和控制时间的参数选择,仍旧需要慎重,尽管这些参数选择基于有效的假设。应该考虑如下几个问题:任何运动兴奋构成的背景噪声对所观察参数的影响,刺激强度和运动响应之同的输入一输出的运行点(Devanneetal.1997), 在肌电记录中对串扰的检测等、这些与两个重要的问题相联系:刺激大脑引发了什么样的兴奋?大脑的处理过程是在什么位置、又是怎样被激活的?

来源:丁香实验

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