Conditioning stimulation techniques for enhancement of transcranially elicited evoked motor responses

SummaryIntroductionIn spite of the use of multipulse, transcranial electrical stimulation (TES) is still insufficient in a subgroup of patients to elicit motor-evoked potentials during intraoperative neurophysiological monitoring (IONM). Classic facilitation methods used in awake patients are precluded under general anaesthesia. Conditioning techniques can be used in this situation.ObjectiveTo present clinical experimental data and models of motor-neuron (MN) excitability for homonymous and heteronymous conditioning and discuss their applications in IONM.Material and methodsData were obtained in a prospective study on multipulse TES-conditioning of the monosynaptic H-reflex and double multipulse TES.DiscussionThe principle of facilitation by conditioning stimulation is to apply a test stimulus when motor neurons (MNs) have been made maximally excitable by a conditioning stimulus. Both conditioning and test stimuli recruit separate populations of MNs. The overlapping fraction of MNs controls the efficacy of facilitation. Heteronymous conditioning stimulation, which is performed at a different site from the test stimulus, is illustrated by the TES-conditioned H-reflex (HR). Autonomous conditioning stimulation, which is performed at the same stimulation site, is illustrated by double-train TES (dt-TES). The facilitating curves obtained by conditioning stimulation are often 3-modal and show peaks of facilitation at short intertrain intervals (S-ITIs) of 10 ms and between 15 and 20 ms and at longer intertrain intervals (L-ITI) of over 100 ms. The facilitation curves from HR and dt-TES are not always identical since different αMN pools are involved. Dt-TES is often successful in neurologically impaired patients whereas facilitation of the HR can be used when conditioned by TES at subthreshold levels allowing continuous IONM without movement in the surgical field. Alternatively, facilitation by conditioning from peripheral-nerve stimulation can be used for selective transmission of subthreshold TES motor responses to peripheral muscles, permitting motor-monitoring by a so-called selective motor-gating technique.ConclusionsFacilitation techniques offer many possibilities in IONM by enhancing low-amplitude TES–MEP responses. They can also selectively enhance responses in a few muscle groups for the reduction of movement.

RésuméIntroductionMême en utilisant des trains de stimuli, la stimulation électrique transcrânienne (SET) s’avère insuffisante chez certains patients pour obtenir des réponses motrices dans le cadre du monitorage opératoire (IOM). Les méthodes de facilitation utilisées chez les sujets éveillés sont inutilisables lors de l’anesthésie. On peut alors recourir aux techniques de conditionnement.ButLe but de cette étude est de présenter des données cliniques expérimentales et des modèles d’excitabilité motoneuronale (MN) lors de conditionnements homonymes ou hétéronymes, montrer leurs applications en IOM.Matériel et méthodesÉtudes prospectives du conditionnement du réflexe H par une SET au moyen de trains de stimuli et des SET au moyen de doubles trains (dT-SET).DiscussionLes techniques de conditionnement consistent à appliquer un stimulus test lorsque l’excitabilité des MN a été maximalisée au moyen d’un stimulus conditionnant. Les deux stimuli recrutent différentes populations de MN dont le degré de chevauchement détermine l’efficacité de la facilitation. Un exemple de conditionnement hétéronyme (où les deux types de stimuli sont appliqués en deux endroits différents) est le conditionnement du réflexe H par une SET. Les dT-SET constituent un exemple de conditionnement homonyme (où les deux stimuli sont appliqués au même endroit). Les courbes de facilitation sont souvent trimodales avec des pics de facilitation pour des intervalles interstimuli soit courts (10 millisecondes et entre 15 et 25 millisecondes), soit longs (> 100 millisecondes). Les courbes de facilitation du réflexe H et des dT-SET ne sont pas toujours identiques, des pools différents de MN étant mis en jeu. La dT-SET est souvent utile chez les patients neurologiques alors que la facilitation du réflexe H par une SET infraliminaire est utile pour réaliser un IOM sans induire de mouvements dans le champ opératoire. Enfin, les techniques de « gating selectif » consistent à conditionner des SET au moyen de stimulations nerveuses périphériques, ce qui permet d’obtenir des réponses à des SET infraliminaires au niveau de groupes musculaires précis.ConclusionsLes techniques de facilitation par conditionnement appliquées à l’IOM permettent d’augmenter l’amplitude des réponses aux SET. Elles permettent également la stimulation de groupes musculaires sélectifs et de diminuer ainsi les mouvements globaux du patient.