Variabilität motorisch evozierter Potentiale: Vergleich zwischen drei kleinen Handmuskeln

Summary

The size of motor evoked potentials (MEP) produced by transcranial magnetic stimulation (TCMS) varies considerably even with constant stimulus conditions. In experiment 1 we investigated whether this variability occurs in several muscles synchronously. In 20 healthy subjects we delivered 42 consecutive stimuli with a figure-8-coil centered over the hand area of the motor cortex. Stimulus intensity was 110 % of the individually determined motor threshold. The stimuli were delivered at a constant frequency of 5/min. We recorded simultaneously from small hand muscles (APB; FDI; ADM) with the subject being at rest. For each muscle we calculated the change of MEP-amplitude from one stimulus to the next and correlated these changes between the respective muscles. We almost exclusively found positive correlations, the value of which, however, showed considerable inter- and intraindividual variability. The mean value of the correlation coefficients was +0.4, but they varied between -0.2 and +0.88. As the positive correlation shows, the muscles had the tendency to react similarly, but they also reacted independently of each other. We suggest that the fluctuations in the excitability level of motoneurones are caused by synchronizing and desynchronizing influences.

In a second experiment we examined the variability of the amplitudes with differing preinnervation and stimulus intensity. In 5 healthy volunteers we delivered 3 series of 42 stimuli and recorded the responses from the first dorsal interosseus muscle (FDI). In the first series stimulus intensity was 110 % of the motor threshold, determined with the relaxed muscle, recordings were obtained from the relaxed FDI. In the second series stimulus intensity was the same, but recordings were now obtained from the preinnervated muscle. This was the same in the third series, but stimulus intensity was now 110 % of the threshold obtained from the preinnervated muscle. The responses varied significantly more in the first than in the second series. Variability in the third series was lower than in the first, but higher than in the second series, the differences were weakly significant. Preinnervation renders the input that neurones supplying the muscle receive more constant. Variable input decreases and so does the variability of the muscle responses. Preinnervation has a stronger influence on the excitability of neurones than does increasing the intensity of the magnetic stimuli.

Zusammenfassung

Auch unter konstanten Reizbedingungen variieren bei der transkraniellen Magnetstimulation die Amplituden motorisch evozierter Potentiale stark. In Experiment 1 untersuchten wir, ob diese Variabilität in verschiedenen Muskeln synchron abläuft. Dazu verabreichten wir zwanzig gesunden Probanden mit einer über der Hand region des Motorkortex plazierten Doppelspule jeweils 42 Stimuli. Die Reizstärke betrug 110 % der motorischen Reizschwelle, die Reizfrequenz lag bei 5/min. Die Ableitung erfolgte parallel vom entspannten M. abductor pollicis brevis, M. interosseus dorsalis I und M. abductor digiti minimi. Wir ermittelten für jeden Muskel die Amplitudenänderungen zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Reizen und korrelierten diese zwischen den einzelnen Muskeln. Es ergaben sich fast ausschließlich positive Korrelationen, deren Höhe aber inter- und intraindividuell stark variierte. Die Korrelationskoeffizienten lagen durchschnittlich bei +0,4, schwankten aber im Bereich von -0,2 bis +0,88. Die Muskeln hatten die Tendenz, gleichartig zu reagieren, verhielten sich aber auch unabhängig voneinander. Wir erklären diese Ergebnisse damit, daß die Exzitabilitätsschwankungen der Motoneurone sowohl synchronisierenden als auch desynchronisierenden Einflüssen unterliegen.

In Experiment 2 untersuchten wir die Variabilität der Amplituden bei unterschiedlicher Vorspannung. Wir verabreichten fünf gesunden Probanden drei Serien ä 42 Stimuli und leiteten die Antworten vom M. interosseus dorsalis I ab. In der ersten Versuchsreihe betrug die Reizstärke 110 % des bei entspanntem Muskel ermittelten Schwellenwertes, der Muskel war während der Ableitung entspannt. In der zweiten Versuchsreihe blieb die Reizstärke konstant, die Ableitung erfolgte vom vorgespannten Muskel. Auch im dritten Durchgang war der Muskel vorgespannt, die Reizstärke betrug jetzt 110 % des bei Vorspannung ermittelten Schwellenwertes. Die Streuung der Antworten war im ersten Versuchsdurchgang signifikant höher als im zweiten. Im dritten Durchgang war sie schwach signifikant niedriger als im ersten und schwach signifikant höher als im zweiten Durchgang. Durch die Vorspannung erhalten die den Muskel versorgenden Neurone konstante Zuflüsse, die variablen Zuflüsse verringern sich und die Streuung der Antworten nimmt ab. Dabei hat die Vorspannung einen stärkeren Einfluß auf die Erregbarkeit der Neurone als die Erhöhung der Stärke der Magnetstimuli.

Key words:

Magnetic stimulation - Motor evoked potentials - Physiology - Variability of amplitudes