Ipsilaterale Antworten im M. biceps brachii nach fokaler magnetischer Stimulation des motorischen Kortex

Summary

Focal TMS of the motor cortex evokes corticospinally mediated responses in contralateral muscles and EMG effects in ipsilateral upper limb muscles. The aim of the study was to characterize ipsilateral responses m the biceps brachii muscle (BB) and to compare with ipsilateral EMC effects in the first dorsal interosseus muscle (FDI). In 20 normal subjects and one patient with agenesis of the corpus callosum the motor cortices of both hemispheres were stimulated. EMC activity was recorded bilaterally with surface electrodes from FDI and BB. Stimulation was performed during strong tonic muscle contraction, stimulus intensity was set to 1.5 fold of threshold at rest (n = 10, group A) or to a higher intensity of 80 % of maximum stimulator output, i.e. about 1.8 times the response threshold (n = 10, group B). In all subjects corticospinally mediated contralateral excitatory responses occurred in FDI and BB (FDI: latency 21.7 ± 1.5 ms, amplitude 6.5 ± 1.7 mV; BB: latency 11.5 ± 1.2 ms, amplitude 8.7 ± 4.4 mV; n = 40). All healthy adults had an ipsilateral inhibition of tonic EMG activity in the FDI (latency 37.4 ±2.1 ms; duration 24.6 ± 5.7 ms; n = 40), which was not present in the patient. In the BB ipsilateral excitatory responses occurred in 33/40 muscles of normal subjects and in the patient. These responses had a higher threshold, longer onset latency and smaller amplitude compared to contralateral excitatory responses and were more dependent on facilitation by tonic contraction. According to their latency, ipsilateral BB responses could be attributed to two different types: short latency responses (group A: latency 17.8 ± 2.1 ms, amplitude 1.3 ± 1.2 mV; group B: latency 18.1 ± 1.9 ms, amplitude 1.2 ± 0.8 mV) and long latency responses (group B: latency 45.8 ± 4.6 ms, amplitude 0.5 ± 0.3 mV). The results show that in normal subjects TMS can elicit ipsilateral excitatory responses in preactivated BB, which are probably mediated by ipsilaterally projecting oligosynaptic and/or slowly conducting pathways.

Zusammenfassung

Mit der fokalen transkraniellen magnetischen Kortexstimulation (TMS) des motorischen Kortex werden neben kortikospinal vermittelten kontralateralen Muskelantworten auch ipsilaterale EMG-Effekte in Muskeln der oberen Extremität ausgelöst. Ziel der Untersuchung war es, ipsilaterale EMG-Antworten im M. biceps brachii (BB) zu untersuchen und mit denen im M. interosseus dorsalis I (ID) zu vergleichen. 20 gesunde Probanden und eine Patientin mit Balkenagenesie wurden mit der TMS während tonischer Muskelkontraktion mit dem 1,5fachen der Reizschwelle (n = 10, Gruppe A) und mit einer höheren Reizstärke von 80 % der maximalen Reizstärke, entsprechend demca.1,8fachen der Reizschwelle (n = 10, Gruppe B) untersucht. Bei allen Probanden traten kortikospinal vermittelte kontralaterale Antworten im ID und BB auf (ID: Latenz 21,7 ± 1,5 ms, Amplitude 6,5 ± 1,7 mV; BB: Latenz 11,5 ± 1,2 ms, Amplitude 8,7 ± 4,4 mV n = 40). Im ipsilateralen ID trat bei allen gesunden Probanden eine transkallosale Inhibition tonischer Muskelkontraktion auf (Latenz: 37,4 ± 2,1 ms; Dauer: 24,6 ± 5,7 ms; n = 40), nicht hingegen bei der Patientin mit Balkenagenesie. Im ipsilateralen BB traten in 33/40 Muskeln gesunder Probanden und bei der Patientin exzitatorische Antworten auf. Sie hatten im Vergleich zu den kontralateralen Antworten im BB eine etwa doppelt so hohe Reizschwelle, eine längere Latenzzeit, geringere Amplitude und waren stärker von einer Fazilitierung durch Muskelkontraktion abhängig. Aufgrund ihrer Latenz waren zwei Typen von ipsilateralen Antworten zu unterscheiden: Antworten mit kurzer Latenz (Gruppe A: Latenz 17,8 ± 2,1 ms, Amplitude 1,3 ± 1,2 mV; Gruppe B: Latenz 18,1 ± 1,9 ms, Amplitude 1,2 ± 0,8 mV) und Antworten mit langer Latenz (Gruppe B: Latenz 45,8 ± 4,6 ms, Amplitude 0,5 ± 0,3 mV). Die Ergebnisse zeigen, dass mit der TMS bei gesunden Erwachsenen im tonisch kontrahierten BB ipsilaterale Antworten ausgelöst werden können, die über ipsilaterale oligosynaptische und/oder langsam leitende kortikospinale Bahnen vermittelt werden.

Key words:

Transcranial magnetic stimulation - Ipsilateral motor responses - Healthy subjects