Non-invasive Magnetomyography using Optically Pumped Magnetometers (OPM) - Characteristics of the Muscle Action potential

Zusammenfassung Das Muskelaktionspotenzial ist ein Aktionspotential, die an der neuromuskularen Endplatte entsteht und sich uber die Muskelfasern ausbreitet. Mittels der Magnetomyografie (MMG) ist es moglich, die Ausbreitung des Muskelaktionspotenzials entlang des Muskels nachzuverfolgen. Obwohl die Methode der MMG seit 1970 bekannt ist, konnte sie bisher wegen physikalischer Limitationen nicht weiterverfolgt werden. Diese Limitationen konnten in den letzten Jahren durch die technische Entwicklung von sogenannten optisch gepumpten Magnetometern (OPM) gro ss tenteils uberwunden werden, sodass man jetzt untersuchen kann, ob die MMG als eine neue oder zusatzliche neurophysiologische Methode sinnvoll angewendet werden kann. Wesentliche Vorteile der MMG bestehen darin, dass sie vollig kontaktlos und referenzfrei ist, eine raumliche Darstellung erlaubt und die magnetischen Signale nicht durch Haut oder Fettgewebe abgeschwacht werden. Die folgende Studie untersucht daher ein grundlegendes physiologisches Phanomen: Das Muskelaktionspotential nach der Auslosung eines Muskeleigenreflexes. Hierdurch wird eine allgemeine Einfuhrung in die sich gegenwartig etablierende Methode der MMG ermoglicht. Dabei wird gezeigt, dass die MMG nicht nur zusatzliche Informationen im Sinne einer raumlichen Darstellung ermoglicht, sondern auch neue und noch unbekannte Signale erfassen kann, die Ausdruck der Muskelkontraktion selbst sein konnten. Abstract The muscle action potential is an action potential that originates at the neuromuscular endplate and propagates along the muscle fibers. Using magnetomyography (MMG), it is possible to measure the propagation of the muscle action potential along the muscle. Although the method of MMG has been known since 1970, it could not be pursued due to physical limitations. These limitations have been largely overcome in recent years by the technical development of so-called optically pumped magnetometers (OPM), so that it can now be investigated whether MMG can serve as a new or additional neurophysiological method. The main advantages of MMG are that it is completely contactless and reference-free, allows spatial visualization, and the magnetic signals are not attenuated by skin or adipose tissue. The following study therefore investigates a basic physiological phenomenon - the muscle action potential after triggering a muscle intrinsic reflex - and introduces the general reader to the currently emerging method of MMG. We show that MMG not only provides additional information in terms of spatial representation, but also captures new and yet unknown signals that could be correlates of muscle contraction itself.

Automated summary

The muscle action potential, measured using MMG, overcomes physical limitations with the development of OPM technology, allowing for spatial visualization, contactless and reference-free measurements. Studying muscle action potential after triggering muscle reflexes with MMG reveals new signals potentially related to muscle contraction.