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Discriminative Utility of Transcranial Magnetic Stimulation-Derived Markers of Cortical Excitability for Transient Ischemic Attack

Published online by Cambridge University Press:  12 April 2021

Jodi D. Edwards*
Affiliation:
University of Ottawa Heart Institute School of Epidemiology and Public Health, University of Ottawa
Jennifer K. Ferris
Affiliation:
Brain Behaviour Laboratory, Department of Physical Therapy, University of British Columbia, Vancouver, Canada
Fuqiang Gao
Affiliation:
LC Campbell Cognitive Neurology Research Unit, Sunnybrook Health Sciences Centre, Toronto, Canada Hurvitz Brain Sciences Program, Sunnybrook Research Institute, University of Toronto, Canada
Kie Honjo
Affiliation:
LC Campbell Cognitive Neurology Research Unit, Sunnybrook Health Sciences Centre, Toronto, Canada Hurvitz Brain Sciences Program, Sunnybrook Research Institute, University of Toronto, Canada
Lara A. Boyd
Affiliation:
Brain Behaviour Laboratory, Department of Physical Therapy, University of British Columbia, Vancouver, Canada
*
Correspondence to: Jodi Edwards, University of Ottawa Heart Institute, 40 Ruskin Street, Ottawa, Ontario, Canada K1Y 4W7. Email: jedwards@ottawaheart.ca
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Abstract:

Background:

Several guidelines currently recommend acute diffusion weighted imaging (DWI) for the detection of ischemia in transient ischemic attack (TIA). However, DWI hyperintensities resolve early and only 30%–50% with clinically defined TIA show acute DWI positivity. A recent meta-analysis reported an unexplained 7-fold variation in DWI positivity in TIA across studies, concluding that DWI does not provide a consistent basis for defining ischemia. Intracortical excitability, measured using transcranial magnetic stimulation (TMS), has previously been shown to be altered after TIA and associated with ABCD2 scores; however, whether altered cortical excitability is associated with clinical and DWI-based definitions of TIA remains unclear.

Methods:

Individuals with TIA symptoms (N = 23; mean age = 61 ± 12) were prospectively recruited and underwent DWI and paired-pulse TMS. Multivariate linear regression was used to estimate associations between TMS-derived excitability thresholds, and clinical TIA diagnosis, and imaging-based evidence of cerebral ischemia (DWI positivity). Area under the curve (AUC) analyses was used to compare the discriminability of TMS-derived thresholds and clinical TIA diagnoses.

Results:

Thresholds for intracortical inhibition in the TIA-unaffected hemisphere were significantly associated with the clinical diagnosis of TIA. No associations between TMS-derived thresholds and DWI positivity were observed. TMS thresholds showed low-moderate discriminability and values differed by age (65+) and sex.

Conclusions:

In this small sample, TMS-derived markers of intracortical excitability were associated with clinical TIA diagnoses but not DWI positivity. Our results provide preliminary evidence for the potential discriminative utility of TMS for the diagnosis of TIA and highlight the need for future work in larger cohorts.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Utilité des marqueurs de l’excitabilité corticale dérivés de la stimulation magnétique transcrânienne dans des cas de patients victimes d’un accident ischémique transitoire.

Contexte :

Plusieurs lignes directrices recommandent à l’heure actuelle des IRM de diffusion pour détecter en phase aiguë des accidents ischémiques transitoires (AIT). Cependant, les hyper-signaux de cette technique d’imagerie médicale se résorbent rapidement et seulement 30 à 50 % des cas d’AIT bien définis sur le plan clinique satisfont en phase aiguë au seuil de positivité des IRM. À ce sujet, une méta-analyse récente a signalé une variation inexpliquée de 7 points du seuil de positivité des IRM de diffusion parmi différentes études, ce qui l’a amené à conclure que cette modalité diagnostique ne représente pas un outil fiable pour confirmer la présence d’un AIT. Dans le passé, on a déjà montré comment l’excitabilité intra-corticale, mesurée au moyen de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT), pouvait être altérée à la suite d’un AIT et associée à des scores obtenus à l’échelle ABCD2. Cela dit, la question de savoir si l’excitabilité corticale altérée peut être associée aux diagnostics cliniques et aux observations des IRM de diffusion quant aux AIT n’a toujours pas été tranchée.

Méthodes :

Des individus aux prises avec des symptômes d’AIT (n= 23 ; âge moyen = 61 ± 12) ont été recrutés de manière prospective et ont subi une IRM de diffusion et une SMT par paire d’impulsions (paired-pulse TMS). Nous avons ensuite fait appel à la méthode de régression linéaire multivariée pour estimer les associations entre les seuils d’excitabilité corticale dérivés de la SMT, les diagnostics cliniques d’AIT et les preuves d’une ischémie cérébrale révélées par les seuils de positivité d’une IRM de diffusion. Nous avons aussi utilisé des analyses en fonction de l’aire sous la courbe (under the curve analyses) pour comparer la capacité de discrimination des seuils d’excitabilité corticale en comparaison avec les diagnostics cliniques d’AIT.

Résultats :

Les seuils d’inhibition intra-corticale dans l’hémisphère cérébral non-affecté par un AIT ont été associés de façon notable à un diagnostic clinique d’AIT. Qui plus est, aucune association entre les seuils d’excitabilité corticale dérivés de la SMT et les seuils de positivité d’une IRM de diffusion n’a été observée. Ces seuils dérivés de la SMT ont en outre montré une capacité de discrimination faible à modérée et des valeurs différant selon l’âge (65 +) et le sexe.

Conclusions :

Dans ce petit échantillon, les marqueurs de l’excitabilité intra-corticale dérivés de la SMT ont été associés à des diagnostics cliniques d’AIT mais pas aux seuils de positivité des IRM de diffusion. Ces résultats fournissent ainsi des preuves préliminaires de l’utilité potentielle discriminatoire de la SMT dans le diagnostic des AIT et soulignent la nécessité de travaux futurs menés avec des cohortes plus importantes.

Information

Type
Original Article
Copyright
© The Author(s), 2021. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1: MR Imaging and TMS data from a representative subject with clinically diagnosed TIA at 14 d postsymptom onset. (A-B) DWI (A) and FLAIR (B) sequences rated DWI negative for acute ischemia by study neuroradiologists. (C) TMS-derived metrics of short-interval intracortical inhibition (SICI) show differences in the threshold for inhibition in the TIA-affected and TIA-unaffected hemispheres. Plots are median amplitudes of motor-evoked potentials (MEPs) in the abductor pollicis brevis (APB) muscle at tested conditioning stimulus (%CS) intensities. Thresholds for SICI are indexed by the red circle, with the numerical value representing %CS intensity at threshold. Higher thresholds indicate reduced intracortical inhibition (i.e., as shown in the TIA-unaffected hemisphere in Panel C), because a greater intensity of TMS stimulation is required to evoke an inhibitory cortical response.

Figure 1

Table 1: Demographic and clinical characteristics of individuals presenting with symptoms of TIA (N = 23), overall and by clinical TIA diagnosis and imaging-based confirmation of cerebral ischemia; p-value for between-group comparisons

Figure 2

Table 2. Associations between clinical and imaging classifications of TIA and thresholds for intracortical inhibition and facilitation in TIA-affected and TIA-unaffected cortical hemispheres; multivariate linear regression

Figure 3

Table 3. Receiver operating characteristic (ROC) analyses comparing clinical TIA diagnoses (gold standard) to the classification of TIA using thresholds for SICI and ICF in TIA-affected and TIA-unaffected hemispheres; AUC values, standard errors and 95% confidence intervals

Supplementary material: File

Edwards et al. supplementary material

Table S1

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