A method to estimate EMG crosstalk between two muscles based on the silent period following an H-reflex

The crosstalk phenomenon consists in recording the volume-conducted electromyographic activity of muscles other than that under study. This interference may impair the correct interpretation of the results in a variety of experiments. A new protocol is presented here for crosstalk assessment between two muscles based on changes in their electrical activity following a reflex discharge in one of the muscles in response to nerve stimulation. A reflex compound muscle action potential (H-reflex) was used to induce a silent period in the muscle that causes the crosstalk, called here the remote muscle. The rationale is that if the activity recorded in the target muscle is influenced by a distant source (the remote muscle) a silent period observed in the electromyogram (EMG) of the remote muscle would coincide with a decrease in the EMG activity of the target muscle. The new crosstalk index is evaluated based on the root mean square (RMS) values of the EMGs obtained in two distinct periods (background EMG and silent period) of both the remote and the target muscles. In the present work the application focused on the estimation of the degree of crosstalk from the soleus muscle to the tibialis anterior muscle during quiet stance. However, the technique may be extended to other pairs of muscles provided a silent period may be evoked in one of them. (C) 2009 IPEM. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Silent Period-Dentate, Edentulous, and Patients With Craniomandibular Dysfunction

Background: The record of electrical activity of elevator muscles in mandible is important for the evaluation of muscular potency and diagnosis of neuromuscular pathologies, which allows prevention and treatment. The aim of this study was to define silent periods (SPs) and the importance in dentistry and compare the SPs in masticatory muscles of dentate and edentulous patients wearing prosthesis considering the presence or absence of craniomandibular dysfunction (CMD).Materials and Methods: Literature review in PubMed database.Discussion: Silent periods are isolated pulses of transcranial magnetic stimulation in the primary motor cortex during voluntary muscular activity that generates an interruption of muscular activity for hundredths of milliseconds. The SP duration depends on the patient (dentate or edentulous), type of stimulus, and presence of CMD.Conclusions: The SP is higher in complete edentulous patients and in individuals with occlusal disharmonies than in dentate patients without CMDs. The treatment of CMDs through occlusal therapy decreases SP duration.

Silent Period of Masticatory Cycles in Dentate Subjects and Complete Denture Wearers

Purpose: The purpose of this study was to assess, through electromyographic activity (EMG), the silent period (SP) of masseter and anterior temporal muscles in dentate subjects (DS) and complete denture wearers (CDW).Materials and Methods: The evaluations were performed at the initial and final period of the mastication for the DS group. For the CDW group, the evaluations were performed at the initial period of mastication, with old complete dentures worn for more than 10 years (OCDW) and at the final period of the mastication with new complete dentures (NCDW), 5 months after rehabilitation. Twenty-four asymptomatic subjects (12 DS, 12 CDW) answered a questionnaire based on the Research Diagnostic Criteria for temporomandibular disorders. The CDW group answered the questionnaire before and after new denture insertion and after 5 months of rehabilitation. The SP of the muscles was recorded through EMG at the initial and final periods of mastication using artificial food (Optocal). The operator monitored 35 chewing cycles performed to grind the artificial food and selected eight open-close-clench-chewing cycles for the record.Results: The SP of the muscles analyzed with new complete dentures showed no statistical difference in comparison to the old dentures. There was a statistically significant difference in the SP between the CDW and DS groups for initial and final chewing.Conclusion: Lowered muscular capacity and ability reduced the SP of muscles after rehabilitation with NCDWs.

MASSETERIC ELECTROMYOGRAPHIC SILENT PERIOD DURATION IN PATIENTS WITH TEMPOROMANDIBULAR-JOINT DYSFUNCTION

1. The present study compared the duration of the electromyographic silent period (SP) of the masseter muscles elicited by chin-tapping in normal asymptomatic adults (N = 39) and in a group with symptoms of temporomandibular joint dysfunction (TMJD) (N = 31).2. EMG activity was recorded from right (RM) and left (LM) masseter muscles using bipolar surface electrodes coupled to a DISA 1500 EMG-System. During maximal clenching, ten taps were applied downwards to the chin with a reflex hammer.3. The mean SP durations obtained for the normal group were 25.45 +/- 4.20 ms (RM) and 25.33 +/- 4.18 ms (LM), whereas the TMJD group presented significantly greater values (P < 0.01, Student t-test) of 41.89 +/- 12.94 ms (RM) and 42.40 +/- 12.99 ms (LM). The upper limits of normality calculated for RM and LM were 32.36 ms and 31.21 ms, respectively. Eighty-four percent of patients with TMJD showed SP durations above these limits.4. The results indicate that the measurement of masseteric SP duration may be used as an objective diagnostic method of TMJ disorders, provided that borderline values are interpreted with caution along with clinical impressions.

Silent period in carpal tunnel syndrome

The silent period is a misunderstood electrophysiological phenomenon leading to several different hypotheses explaining its electrogenesis. It has been studied by different authors and different methodologies giving a wide variability of results, therefore an exact pattern of its normal values does not exist. This work was undertaken to define the normal morphology and duration of the silent period obtained by supramaximal stimulus of the median nerve, during maximum isometric effort of the abductor pollicis brevis muscle against resistance, using 20 adult volunteers without neurological alterations. The normal median duration was 104.6 milliseconds. The same methodology was applied to 20 hands from 20 patients with carpal tunnel syndrome. The silent period showed many types of morphological alterations, but the major alteration observed was a tendency to temporal elongation. No correlation between the severity of the carpal tunnel syndrome and the silent period alterations were observed.

The silent period in patients with chronic renal failure undergoing hemodialysis

Silent period was evaluated in 20 adult male patients with chronic renal failure undergoing hemodialysis. Readings were obtained by supramaximal stimulus to the median nerve, during maximum isometric effort of the abductor pollicis brevis muscle against resistance. Two types of abnormalities were observed, motor neuron hypoexcitability with elongated silent period, and motor neuron hyperexcitability with reduction or absence of silent period. Some abnormalities are probably linked with dialysis duration, but show no correlation to presence or absence of peripheral neuropathy. The silent period alterations described in this study could possibly correlate with some other clinical feature frequently seen in patients with chronic renal failure such as hypereflexia of the deep tendon reflexes.

Evaluation of silent period on masticatory cycles of different muscles in dentate oral contraceptives users and nonusers

The aim of this study was to evaluate the influence of oral contraceptive use on the silent period (SP) of anterior temporal and masseter muscles during the menstrual cycle. Totally, 28 women on reproductive age were selected including 15 nonusers of any hormone and 13 contraceptive users. All patients were dentate without muscular temporomandibular disorders. Electromyography (SP test) of the anterior temporal and masseter muscles was conducted every week during three consecutive menstrual cycles at 1(st) day of menstruation (P1), 7(th) day (P2), 14(th) day (P3) and 21(st) day (P4). The SP values in the anterior temporal and masseter muscles were measured at both sides. The SP values of the right side (13.49 ms) at P2 were significantly different compared to the left side (12.28 ms). However, there was no significant difference on the interactions among the three factors. It can be concluded that the SP values in healthy women in reproductive age may not be influenced by the menstrual cycle with similar results for both muscles.

Neuroprotective Effects of Diazepam, Carbamazepine, Phenytoin and Ketamine after Pilocarpine-induced Status Epilepticus

Cell damage and spatial localization deficits are often reported as long-term consequences of pilocarpine-induced status epilepticus. In this study, we investigated the neuroprotective effects of repeated drug administration after long-lasting status epilepticus. Groups of six to eight Wistar rats received microinjections of pilocarpine (2.4 mg/mu l, 1 mu l) in the right dorsal hippocampus to induce a status epilepticus, which was attenuated by thiopental injection (35 mg/kg, i.p.) 3 hrs after onset. Treatments consisted of i.p. administration of diazepam, ketamine, carbamazepine, or phenytoin at 4, 28, 52, and 76 hr after the onset of status epilepticus. Two days after the treatments, rats were tested in the Morris water maze and 1 week after the cognitive tests, their brains were submitted to histology to perform haematoxylin and eosin staining and glial fibrillary acidic protein (GFAP) immunofluorescence detection. Post-status epilepticus rats exhibited extensive gliosis and cell loss in the hippocampal CA1, CA3 (70% cell loss for both areas) and dentate gyrus (60%). Administration of all drugs reduced cell loss in the hippocampus, with best effects observed in brains slices of diazepam-treated animals, which showed less than 30% of loss in the three areas and decreased GFAP immunolabelling. Treatments improved spatial navigation during training trials and probe trial, with exception of ketamine. Interestingly, in the probe trial, only diazepam-treated animals showed preference for the goal quadrant. Our data point to significant neuroprotective effects of repeated administration of diazepam against status epilepticus-induced cell damage and cognitive disturbances.

Controlled study of 50-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation for the treatment of Parkinson disease.

OBJECTIVE: To investigate the safety and efficacy of 50-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) in the treatment of motor symptoms in Parkinson disease (PD). BACKGROUND: Progression of PD is characterized by the emergence of motor deficits that gradually respond less to dopaminergic therapy. rTMS has shown promising results in improving gait, a major cause of disability, and may provide a therapeutic alternative. Prior controlled studies suggest that an increase in stimulation frequency might enhance therapeutic efficacy. METHODS: In this randomized, double blind, sham-controlled study, the authors investigated the safety and efficacy of 50-Hz rTMS of the motor cortices in 8 sessions over 2 weeks. Assessment of safety and clinical efficacy over a 1-month period included timed tests of gait and bradykinesia, Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS), and additional clinical, neurophysiological, and neuropsychological parameters. In addition, the safety of 50-Hz rTMS was tested with electromyography-electroencephalogram (EMG-EEG) monitoring during and after stimulation. RESULTS: The authors investigated 26 patients with mild to moderate PD: 13 received 50-Hz rTMS and 13 sham stimulation. The 50-Hz rTMS did not improve gait, bradykinesia, and global and motor UPDRS, but there appeared a short-lived "on"-state improvement in activities of daily living (UPDRS II). The 50-Hz rTMS lengthened the cortical silent period, but other neurophysiological and neuropsychological measures remained unchanged. EMG/EEG recorded no pathological increase of cortical excitability or epileptic activity. There were no adverse effects. CONCLUSION: It appears that 50-Hz rTMS of the motor cortices is safe, but it fails to improve motor performance and functional status in PD. Prolonged stimulation or other techniques with rTMS might be more efficacious but need to be established in future research.

Prognostic value of cortically induced motor evoked activity by TMS in chronic stroke: caveats from a very revealing single clinical case

Background: We report the case of a chronic stroke patient (62 months after injury) showing total absence of motor activity evoked by transcranial magnetic stimulation (TMS) of spared regions of the left motor cortex, but near-to-complete recovery of motor abilities in the affected hand. Case presentation: Multimodal investigations included detailed TMS based motor mapping, motor evoked potentials (MEP), and Cortical Silent period (CSP) as well as functional magnetic resonance imaging (fMRI) of motor activity, MRI based lesion analysis and Diffusion Tensor Imaging (DTI) Tractography of corticospinal tract (CST). Anatomical analysis revealed a left hemisphere subinsular lesion interrupting the descending left CST at the level of the internal capsule. The absence of MEPs after intense TMS pulses to the ipsilesional M1, and the reversible suppression of ongoing electromyographic (EMG) activity (indexed by CSP) demonstrate a weak modulation of subcortical systems by the ipsilesional left frontal cortex, but an inability to induce efficient descending volleys from those cortical locations to right hand and forearm muscles. Functional MRI recordings under grasping and finger tapping patterns involving the affected hand showed slight signs of subcortical recruitment, as compared to the unaffected hand and hemisphere, as well as the expected cortical activations. Conclusions: The potential sources of motor voluntary activity for the affected hand in absence of MEPs are discussed. We conclude that multimodal analysis may contribute to a more accurate prognosis of stroke patients.

Intrahemispheric dysfunction in primary motor cortex without corpus callosum: a transcranial magnetic stimulation study

Affiliation: Département de Psychologie, Université de Montréal

Role of corticospinal influences in post-stroke spasticity

Chez les personnes post-AVC (Accident Vasculaire Cérébral), spasticité, faiblesse et toute autre coactivation anormale proviennent de limitations dans la régulation de la gamme des seuils des réflexes d'étirement. Nous avons voulu savoir si les déficits dans les influences corticospinales résiduelles contribuaient à la limitation de la gamme des seuils et au développement de la spasticité chez les patients post-AVC. La stimulation magnétique transcranienne (SMT) a été appliquée à un site du cortex moteur où se trouvent les motoneurones agissant sur les fléchisseurs et extenseurs du coude. Des potentiels évoqués moteurs (PEM) ont été enregistrés en position de flexion et d'extension du coude. Afin d'exclure l'influence provenant de l'excitabilité motoneuronale sur l'évaluation des influences corticospinales, les PEM ont été suscités lors de la période silencieuse des signaux électromyographiques (EMG) correspondant à un bref raccourcissement musculaire juste avant l'enclenchement de la SMT. Chez les sujets contrôles, il y avait un patron réciproque d'influences corticospinales (PEM supérieurs en position d'extension dans les extenseurs et vice-versa pour les fléchisseurs). Quant à la plupart des sujets post-AVC ayant un niveau clinique élevé de spasticité, la facilitation corticospinale dans les motoneurones des fléchisseurs et extenseurs était supérieure en position de flexion (patron de co-facilitation). Les résultats démontrent que la spasticité est associée à des changements substantiels des influences corticospinales sur les motoneurones des fléchisseurs et des extenseurs du coude.

Contrôle cortico-spinal des mouvements volontaires du coude

Il existe plusieurs théories du contrôle moteur, chacune présumant qu’une différente variable du mouvement est réglée par le cortex moteur. On trouve parmi elles la théorie du modèle interne qui a émis l’hypothèse que le cortex moteur programme la trajectoire du mouvement et l’activité électromyographique (EMG) d’une action motrice. Une autre, appelée l’hypothèse du point d’équilibre, suggère que le cortex moteur établisse et rétablisse des seuils spatiaux; les positions des segments du corps auxquelles les muscles et les réflexes commencent à s’activer. Selon ce dernier, les paramètres du mouvement sont dérivés sans pré-programmation, en fonction de la différence entre la position actuelle et la position seuil des segments du corps. Pour examiner de plus près ces deux théories, nous avons examiné l’effet d’un changement volontaire de l’angle du coude sur les influences cortico-spinales chez des sujets sains en employant la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par-dessus le site du cortex moteur projetant aux motoneurones des muscles du coude. L’état de cette aire du cerveau a été évalué à un angle de flexion du coude activement établi par les sujets, ainsi qu’à un angle d’extension, représentant un déplacement dans le plan horizontal de 100°. L’EMG de deux fléchisseurs du coude (le biceps et le muscle brachio-radial) et de deux extenseurs (les chefs médial et latéral du triceps) a été enregistrée. L’état d’excitabilité des motoneurones peut influer sur les amplitudes des potentiels évoqués moteurs (MEPs) élicitées par la TMS. Deux techniques ont été entreprises dans le but de réduire l’effet de cette variable. La première était une perturbation mécanique qui raccourcissait les muscles à l'étude, produisant ainsi une période de silence EMG. La TMS a été envoyée avec un retard après la perturbation qui entraînait la production du MEP pendant la période de silence. La deuxième technique avait également le but d’équilibrer l’EMG des muscles aux deux angles du coude. Des forces assistantes ont été appliquées au bras par un moteur externe afin de compenser les forces produites par les muscles lorsqu’ils étaient actifs comme agonistes d’un mouvement. Les résultats des deux séries étaient analogues. Un muscle était facilité quand il prenait le rôle d’agoniste d’un mouvement, de manière à ce que les MEPs observés dans le biceps fussent de plus grandes amplitudes quand le coude était à la position de flexion, et ceux obtenus des deux extenseurs étaient plus grands à l’angle d’extension. Les MEPs examinés dans le muscle brachio-radial n'étaient pas significativement différents aux deux emplacements de l’articulation. Ces résultats démontrent que les influences cortico-spinales et l’activité EMG peuvent être dissociées, ce qui permet de conclure que la voie cortico-spinale ne programme pas l’EMG à être générée par les muscles. Ils suggèrent aussi que le système cortico-spinal établit les seuils spatiaux d’activation des muscles lorsqu’un segment se déplace d’une position à une autre. Cette idée suggère que des déficiences dans le contrôle des seuils spatiaux soient à la base de certains troubles moteurs d’origines neurologiques tels que l’hypotonie et la spasticité.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

Étude des interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles de l'épaule et du tronc dans le cortex moteur primaire.

Après un accident vasculaire cérébral (AVC), 30% des personnes ont une atteinte de la fonction motrice du membre supérieur. Un des mécanismes pouvant intervenir dans la récupération motrice après un AVC est la réorganisation des interactions interhémisphériques. À ce jour, la plupart des études se sont intéressées aux interactions entre les représentations des muscles de la main. Or la réalisation de mouvements de la main nécessite une coordination précise des muscles proximaux de l’épaule et le maintien d’une stabilité assurée par les muscles du tronc. Cependant, il existe peu d’informations sur le contrôle interhémisphérique de ces muscles. Ainsi, l’objectif de cette étude était de caractériser les interactions entre les représentations corticales des muscles proximaux (Deltoïde antérieur (DA)), et axiaux (Erecteur spinal (ES L1)) chez le sujet sain et de les comparer avec les interactions interhémisphériques entre les représentations des muscles distaux (1er interosseux dorsal (FDI)). Deux techniques de stimulation magnétique transcrânienne ont été utilisées pour évaluer ces interactions. La stimulation du cortex moteur ipsilatéral évoque une période de silence ipsilatérale (iSP)-reflétant l’inhibition interhémiphérique-dans le FDI et le DA. Dans ES L1, l’iSP est précédée d’une facilitation. Le paradigme de l’impulsion pairée démontre aussi la présence d’inhibition interhémisphérique dans les trois muscles. Ces résultats suggèrent un patron distinct d’interactions réciproques entre les représentations des muscles distaux, proximaux et axiaux qui peut être expliqué à la fois par des changements d’excitabilité au niveau cortical et sous-cortical. Ces résultats pourraient servir de bases normatives afin d’évaluer les changements survenant suite à un AVC.