Eine Methode zur schnellen Schätzung der Reizantworten einzelner Motoneurone des Menschen auf transkranielle magnetische und periphere elektrische Stimulation

Summary

An indirect quantification of stimulus-induced postsynaptic events at single human spinal motoneurons is possible, at least to some extent, by means of a cross-correlation of stimuli with the ongoing discharge of a single motor unit. Stimuli used in humans are usually peripheral electrical stimuli evoking a la EPSP and transcranial magnetic stimulation of the motor cortex inducing a corticomotoneuronal EPSP in the investigated motoneuron. In previous studies we have shown that abnormal responses may be recorded in patients with amyotrophic lateral sclerosis. The main disadvantage of the classical cross-correlation approach was the long recording time necessary to obtain the responses to both types of stimuli. Especially patients at advanced stages of the disease were unable to maintain a constant discharge rate of the investigated unit over a period long enough for classical cross-correlation. In this study we developed an alternative cross-correlation procedure aiming at the shortest recording time possible to obtain the desired information. The procedure employed (i) intensive use of the recharging time of the magnetic stimulator for on-line calculations and recording of the electrical response; (ii) use of a special high sensitivity protocol for stimulus application time; (iii) on-line statistical testing of response components allowing to stop the recording when statistical significance is reached. Almost two thirds (64 %) of 70 units investigated in normal subjects allowed a reasonable response estimate with just 40 stimuli or even less and thus rather short recording times were necessary.

Zusammenfassung

Beim Menschen ist es unmöglich, die Effekte, die bei Reizung eines einzelnen spinalen Motoneurons auftreten, durch direkte intrazelluläre Ableitung zu quantifizieren. Über eine Kreuzkorrelation zwischen wiederholten Reizen und dem Entladungsverhalten einzelner motorischer Einheiten ist es jedoch bis zu einem gewissen Grad möglich, indirekte Informationen über die postsynaptischen Ereignisse des entsprechenden spinalen Motoneurons zu erhalten. Die Reize, die bei Kreuzkorrelationsexperimenten beim Menschen Anwendung finden, sind üblicherweise elektrische Reize eines peripheren Nerven zur Generierung eines la-EPSP des entsprechenden Motoneurons oder transkranielle magnetische Reize, die ein kortiko-motoneuronales EPSP hervorrufen. In früheren Studien konnten wir deutliche Veränderungen dieses Antwortverhaltens bei Patienten mit einer Amyotrophischen Lateralsklerose dokumentieren. Der größte Nachteil bei diesen konventionell durchgeführten Kreuzkorrelationen war die lange Aufnahmezeit, die notwendig war, um die Antworten zu den untersuchten Einheiten auf beide Typen der Stimulation zu erhalten. Vielen Patienten war es nicht möglich, eine einzelne motorische Einheit lange genug willkürlich entladen zu lassen. Wir entwickelten daher eine Methode, die dieselbe Information über die Antwort eines einzelnen Motoneurons auf beide Typen der Stimulation in deutlich kürzerer Aufnahmezeit zuläßt. Die wesentlichen Punkte der Methode lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Ausnutzung der Ladezeit des magnetischen Stimulators zur Aufzeichnung der Antwort auf den elektrischen Reiz. 2. Ausnutzung einer spezifischen Reizlatenz in Bezug auf die Entladung der motorischen Einheit. 3. On-Iine-Darstellung mit statistischer Auswertung der Antwortfunktion, die es erlaubt, die Stimulusapplikation zu unterbrechen, wenn die Antworten auf beide Typen der Reizung eine statistische Signifikanz erreicht haben. Bei 64 Prozent der 70 untersuchten Einheiten konnte die Untersuchung bereits bei 40 oder weniger Reizen abgebrochen werden, ohne den Informationsgehalt einzuschränken.

Key words:

Transcranial magnetic stimulation - Peripheral nerve stimulation - Cross correlation - EPSP