Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

ההשפעות של גירוי זרם חילופין טראנס על קליפת המוח המוטורית הראשי על-ידי גישה משולבת מקוון עם גירוי מגנטי טראנס

Published: September 23, 2017 doi: 10.3791/55839
Automatic Translation
1,3, 4, 1,2
1School of Psychology, Centre for Cognition and Decision Making, National Research University Higher School of Economics, 2Department of Medicine, Surgery and Neuroscience, Unit of Neurology and Clinical Neurophysiology, Brain Investigation & Neuromodulation Lab. (Si-BIN Lab), Azienda Ospedaliera Universitaria of Siena, 3Department of Experimental Psychology, University of Oxford, 4Centre for Cognition and Decision Making, National Research University Higher School of Economics

Summary

טראנס זרם חילופין גירוי (טק) מאפשר את האפנון של דעתנית קורטיקלית באופן ספציפי בתדר. הנה אנחנו מראים גישה ייחודית המשלבת טק באינטרנט עם דופק אחת גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) על מנת "לחקור" דעתנית בקליפת המוח באמצעות מנוע פוטנציאל עורר.

Abstract

טראנס זרם חילופין גירוי (טק) היא טכניקה neuromodulatory מסוגל לפעול דרך sinusoidal ואת חשמל בתדר מסוים, בתורו לווסת בפעילות השוטפת מתנדנדות קורטיקלית. Neurotool זו מאפשרת הקמת קשר סיבתי בין התנהגות ופעילות מתנדנדות אנדוגני. רוב המחקרים טק הראו השפעות טק באינטרנט. עם זאת, מעט מאוד ידוע על מנגנוני הפעולה הבסיסית של טכניקה זו בשל הממצאים AC-induced על אותות אלקטרואנצפלוגרם (EEG). הנה אנחנו מראים גישה ייחודית לחקור תדר ספציפי באינטרנט ההשפעות הפיזיולוגיות של טק של קליפת מנוע ראשי (M1) על-ידי שימוש יחיד הדופק גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) כדי לחקור דעתנית קורטיקלית שינויים. בהגדרת שלנו, הגליל TMS מונחת על האלקטרודה טק בזמן פוטנציאל עורר מוטוריים (פיגל) נאספים כדי לבחון את ההשפעה של שוטף M1-טק. עד כה, נעשה שימוש בגישה זו בעיקר ללמוד את מערכות חזותי מוטורי. עם זאת, ההתקנה הנוכחית של טק-TMS יכול לסלול את הדרך עבור חקירות העתידי של תפקודים קוגניטיביים. לכן, אנו מספקים מדריך שלב אחר שלב והנחיות וידאו עבור ההליך.

Introduction

גירוי חשמלי של טראנס (מלון טס) היא טכניקה neuromodulatory מה שמאפשר את השינוי ממצבים עצביים שונים הנוכחי ואת1. בין סוגים שונים של מלון טס, טראנס זרם חילופין גירוי (טק) מאפשרת המסירה של sinusoidal פוטנציאל מתנדנדות חיצוני בטווח תדר מסוים, את מודולציה של פעילות עצבית פיזיולוגיים שבבסיס תפיסתי, מנוע תהליכים קוגניטיביים2. באמצעות טק, זה אפשרי לחקור קישורים סיבתי פוטנציאלי בין פעילות מתנדנדות אנדוגני תהליכים מוחיים.

In vivo, הוכח כי עולה פעילות עצבית מסונכרן בתדרים נהיגה שונים, רומז כי ירי עצביים יכולים להיות entrained על-ידי שדות יישומית חשמלית3. במודלים של בעלי חיים, חלש טק sinusoidal entrains תדירות משוחררים נרחבת בריכה העצבית בקליפת המוח4. בבני אדם, טק בשילוב עם אלקטרואנצפלוגרם מקוון (EEG) מאפשר את תנאי הגיוס של אפקט "Entrainment" כביכול על פעילות מתנדנדות אנדוגני על ידי אינטראקציה עם תנודות המוח באופן ספציפי בתדר5. שילוב טק עם שיטות דימות מוחי הבנה טובה יותר של המנגנונים באינטרנט זאת, עדיין בספק בגלל ממצאים AC-induced6. בנוסף, אין אפשרות לתעד את האות EEG מעל אזור המטרה מגורה ישירות ללא שימוש אלקטרודה טבעתי המהווה פתרון מפוקפק7. לפיכך, יש מחסור של מחקרים שיטתיים בנושא זה.

עד כה, יש אין ראיות ברורות על השפעות טק מתמשך לאחר הפסקת גירוי. רק מעט מחקרים הראו השפעות חלש ובלתי ברור של טק על המערכת המוטורית8. יתר על כן, ראיות EEG היא עדיין לא ברור על ההשפעות שלאחר טק9. מצד שני, רוב טק מחקרים הראו אפקטים בולטים באינטרנט10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18, אשר קשה למדוד ברמה פיזיולוגיים עקב אילוצים טכניים. לכן, המטרה הכוללת של השיטה שלנו היא לספק גישה חלופית כדי לבדוק את ההשפעות מקוון ולא תלוית תדירות של טק על קליפת המוח המוטורית (M1) על-ידי אספקת יחיד הדופק גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם). TMS מאפשר לחוקרים "לחקור" מצב פיזיולוגי קליפת המוח האנושי מנוע19. יתר על כן, על-ידי הקלטת מנוע עורר פוטנציאל (חבר הפרלמנט האירופי) מצד contralateral של הנושא, שנוכל לחקור את ההשפעות של טק מתמשך11. גישה זו מאפשרת לנו במדויק בצג שינויים ב דעתנית corticospinal על ידי מדידת חבר הפרלמנט האירופי משרעת במהלך גירוי חשמלי באינטרנט נמסרות בתדרים שונים בצורה נטולת החפץ. בנוסף, גישה זו באפשרותך לבדוק גם תופעות מקוון של כל גל אחרים של מלון טס.

להפגין את ההשפעות טק משולב-TMS, אנחנו נראה את הפרוטוקול על-ידי החלת 20 הרץ AC גירוי מעל ראשי קליפת המוח המוטורית (M1) תוך neuronavigated באינטרנט יחיד הדופק TMS מועבר וביניהם ידי רנדומלית בין 3 ל- 5 s כדי לבחון M1 דעתנית קורטיקלית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים אושרו על ידי ועדת האתיקה מחקר מקומיים של בית גבוה הספר לכלכלה (HSE), מוסקבה, בהסכמתו של כל המשתתפים.

הערה: המשתתפים חייבים לדווח ללא היסטוריה של התקני מתכת מושתל, מחלה נוירולוגית או פסיכיאטרית, שימוש בסמים או אלכוהוליזם. TMS משמש על פי הנחיות בטיחות האחרונה 20. נושאים חייב לקבל מידע מלא על מהות המחקר ולחתום טופס הסכמה מדעת לפני תחילת הניסוי. אנו מראים סדרה שלמה של ציוד הדרוש להפעלת הפרוטוקול באינטרנט-משולב טק-TMS על ידי גירוי של M1 דומיננטי ( איור 1; טבלה של חומרים).

1. המקום אלקטרומיוגרפיה (EMG) אלקטרודות במצרף בטן-גיד דו קוטבית

  1. לנקות את העור באמצעות קרצוף ניקוי תחת כל האלקטרודות כדי להשיג עכבה נמוכה (מתחת 10 kOhm).
  2. הנח את האלקטרודה EMG הפעיל הראשון הגבי interosseous לשריר (FDI), הפניה אלקטרודה על העצם 2 ס מ יש ו האלקטרודה הקרקע הציר הקרוב יותר על הזרוע

2. זיהוי המטרה עבור פרוטוקול גירוי

הערה: כאן, אנו משתמשים במערכת הניווט TMS frameless כדי להשיג מיקום מתאים של הסליל TMS.

  1. הצב את החיישנים מעקב על glabella בין הגבות ומעל האף של המשתתף-
  2. פתח את תוכנת המערכת ניווט. השתמש משתתפים בודדים ' מבני נתונים T1 דימות תהודה מגנטית (MRI) ולבצע רישום משותף של המשתתף ' ראשו וראש MRI תלת-ממד באמצעות מערכת ניווט.
  3. במדויק, למקם את הגליל מעל היד מנוע ראשי-האזור, שנקרא " כפתור מנוע " אזור ( איור 2).
  4. התחל החלת יחיד הדופק TMS ולבדוק פיגל; TMS מועבר על ידי ממריץ (ראה טבלה של חומרים) מחובר סליל סטנדרטי של 75 מ משל-שמונה. למקם " חמה " של M1 השמאלי, להחזיק את הגליל וצורניים לקרקפת, עם ידית הצבעה אחורה ולא רוחבית, בזווית ב 45 מעלות מן הציר הסאגיטלי קו האמצע של המשתתף ' זה הראש.
  5. לאחר נקודת ההתחברות (קרי, הנקודה הקרקפת העלאת פיגל-הסף מן contralateral בדק את שרירי היד) נמצא, לסמן אותה עם עיפרון כדי להקל על היישום של האלקטרודה היעד טק.

3. טק אלקטרודות הכנה

  1. לחבר 2 משטח ספוג ספוג תמיסת מלח אלקטרודות (גודל: 5 ס מ על 7 ס"מ) למכשיר גירוי, אשר ניתן להפיק חשמל זרם חילופין (למשל, Brainstim).
  2. על מנת למזער תחושה בעור, כל הזמן עיתוני האלקטרודות עם פתרון מלוחים כדי לשמור על impedances מתחת kOhm 10 לאורך המפגש שכל גירוי.

4. טק פרוטוקול הגדר

  1. כדי להגדיר את פרוטוקול טק באמצעות המכשיר ממריץ, קודם לבדוק את מצב הסוללה.
  2. באמצעות התוכנה, לפתוח הפעלה חדשה ולנהל פרוטוקול גירוי חדש.
    1. שם הפרוטוקול (למשל, " בטא ").
    2. להגדיר את התדירות של הגירוי (למשל 20 Hz).
    3. לבחור waveform (למשל, sinusoidal).
    4. הגדר את משך הזמן הכולל של פרוטוקול גירוי (למשל, 600 s)-
    5. בסופו של דבר, להגדיר את עוצמת גירוי (למשל, 1-תואר שני), להגדיר את היסט, עמעום, עמעום ולאחר שלב " 0 ".
      הערה: עיתוי קצת להתפוגג פנימה והחוצה הגירוי (כ-30 s) הציע ניתן, על מנת למנוע תופעות לוואי או חוסר נוחות neurosensory לנושא.
    6. להפעיל את המכשיר ' s " Bluetooth " לתפקד ולהעלות את פרוטוקול מתוך התוכנה ממריץ.

5. טק מונטאז אלקטרודות

  1. המקום " היעד " אלקטרודות על הקרקפת המתאים לנקודה המסומנת. המקום " הפניה " אלקטרודה מעבר לכתף חולשת באמצעות סרט דביק ספציפיים, ב " מונטאז monopolar " 21.
  2. להתאים בקפידה את הרצועה אלסטית הראשון בראש לגבי תנוחת הראש-חיישנים נוירו-ניווט. לאחר מכן, באמצעות הרצועה השנייה, לתקן את מיקום האלקטרודות היעד.
  3. ברגע ממוקמים טק אלקטרודות על הקרקפת, וגם על הכתף חולשת, ולקשר אותם אל ממריץ.
  4. לפני תחילת ההפעלה גירוי, להבטיח על-ידי בדיקה ויזואלית כי המיקום של האלקטרודה היעד ממורכזת לנקודה חמה מסומן.

6. זיהוי של נח מנוע הסף (RMT)

  1. מקום שהג סליל על פני האלקטרודה טק היעד בקפידה לכוונן את מיקום סליל לנקודה חמה ( איור 3) באמצעות מערכת ניווט נוירו-
  2. למדוד את RMT בהתאם לשלב המלכודת טק משולב-TMS (קרי, סליל TMS על פני האלקטרודה). באופן ספציפי, להתאים את עוצמת TMS לגבי העובי של האלקטרודה טק על מנת לבדוק אם RMT אמין.
    1. למדוד את RMT בנפרד, מוגדר כבית עוצמת המינימלי הנדרש כדי לגרום של חבר הפרלמנט האירופי בשריר FDI עם משרעת של 50 mV (שיא אל שיא) 5 מתוך 10 ניסויים 22.
  3. להגדיר את עוצמת הגירוי TMS ב 110% RMT כדי להתחיל את הפעלת ניסיוני.

7. ניתוח ניסיוני

  1. לפתוח את התוכנה EMG ולהתחיל הקלטה EMG-
  2. להתחיל את גירוי טק.
  3. במהלך הגירוי, מספקים פולסים יחיד TMS וביניהם ידי רנדומלית בין 3 ל 5 שניות.
  4. להבטיח כי בכל מפגש של הגירוי (למשל 20 הרץ טק גירוי ואחריו תדר פקד דמה/אחר) נמשך לא יותר מ 90 שניות במרווח הבין-הפעלה כ- 3 דקות, על מנת להימנע דחויים אפשרי השפעת שקדמו גירוי תדר/תנאי 11 , 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

העדויות הראשונות על גישה משולבת של טק/TMS הוצג על ידי קנאי. et al. בשנת 2010. במחקר זה, המחברים חלה טק מעל קליפת הראיה העיקרית (V1) והפגינו אפנון תדר ספציפי של דעתנית קורטיקלית חזותי נמדדת phosphene הנוצרות על-ידי TMS מקוון תפיסה15. גרסה מעודנת יותר של הפרוטוקול אומצה לחקור אפנון פיזיולוגיים של דעתנית motor cortex על ידי. Feurra et al. בשנת 2011. כדי לעשות זאת, מחברים אלה נרשם פיגל במהלך יחיד הדופק TMS בזמן מתמשך טק נמסר (איור 4). המחברים דיווחו על העדויות הראשונות סיבתי אפשרי entrainment של 20 הרץ גירוי של קצב אנדוגני בטא התבטלות M1 על ידי שיפור הפלט corticospinal אחרים תדרים שליטה, שליטה באתר (גירוי הקודקוד), שליטה הניסוי (ניסוי היקפיים עצב הגומד)11 (איור 5).

במחקר הבא, Feurra, משתפי פעולה הראה כי ההשפעות של טק הם לא רק תדר, אלא גם תלויי מדינה-13. באמצעות אותו בשילוב מונטאז, טק הוחלה על M1 תחת שני תנאים שונים: הדמיה מנוע ומנוחה (הנבדקים התבקשו לדמיין קמצוץ-כדי אחיזה תנועות). בקנה אחד עם ה הקודם ממצאים11, רק בטא גירוי (20 Hz) משופרת דעתנית קליפת מנוע העיקרית במצב מנוחה, ואילו במהלך הפעילות דימוי מוטורי שיפור ההשפעה היתה בולטת במהלך תטא (5 Hz) וגירוי אלפא (10 Hz). זה מיוצגים הראיות פיזיולוגיים הראשון של אפקט תלוית מצב טק.

עד כה, זה בשילוב ניגש כבר נהגה המשך מחקר תפקודו של קליפת המוח המוטורית (טבלה 1). גוארה, משתפי פעולה אפלייד טק-TMS, באמצעות גישה דומה, כדי להראות כמה ספציפית מעגלים interneuronal מגיבים הגירוי וכשאשר תדר מנוע (20 Hz) ותדר תהודה ממונע (7 Hz). הם הראו כי גירוי 20 הרץ ביטל את ההשפעה של שימוש השהיה קצרה מביא עיכוב (SAI), ללא קשר לשלב של הגירוי. מעניין, שינויים glutamatergic intracortical ההנחיה (ICF) וניגוד GABAAergic מרווח קצר intracortical (SICI) היו ספציפיות שלב23.

Figure 1
איור 1: רשימת החומרים הדרושים לגירוי טק בו זמנית. תמיסת מלח, מכשיר שליטה, רצועות גומי, ספוגים (טק), טק כבלים חוטים של אלקטרודות, מזרקים, סרט דביק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : Neuronavigation במהלך פרוטוקול טק-TMS. הצלב האדום מציין של TMS שינן חם-נקודה על קליפת המוח המוטורית העיקרי. הצלב הלבן חופפים מציין מקוון מיצוב של הסליל TMS במהלך הפרוטוקול, כסימן של הכיוון הנכון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : טק-TMS על הקרקפת של הנושא- יש להציב את הגליל TMS על פני האלקטרודה טק היעד. החוקר צריך לשמור על המיקום של הסליל לפי נקודות הציון neuronavigation של נקודת ההתחברות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: ייצוג סכמטי של הנבחנים באמצעות הגישה טק באינטרנט-TMS. אלקטרודות () אדום ("יעד") ממוקמים על הקרקפת המכסים קליפת המוח המוטורית השמאלי ואת קליפת נכון הקודקוד (P4 מיקום של המערכת EEG הבינלאומי 10-20). האלקטרודה כחול ("הפניה") ממוקמת בקו האמצע התואם PZ (10-20 מערכת EEG הבינלאומית) מיקום (מצרף דו קוטבית/cephalic). ראוי לציין, האלקטרודה הפניה של ההצעה הנוכחית מושם על הכתף חולשת (מצרף monopolar), בעוד P4 משמש כאתר שליטה. (b) Neuronavigated TMS: הסליל נערך על האלקטרודה ספוג, מניחים מעל M1 השמאלי. המשולשים צבעוניים מציינים את המשוב המקוון של העקירה סליל היעד המדויק של, עם סובלנות של 2 מ מ (איור זה שונה מ- Feurra. et al., 2011)11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5 : תוצאות נציג. () ממוצע משרעת חבר הפרלמנט האירופי הפך יומן (קווי שגיאה מציינות שגיאה סטנדרטית) ערכים (נתונים גולמיים) שהושג דרך תנאים ניסויים שונים. רק טק נמסר מטווח בטא (20 Hz) על קליפת המוח המוטורית מגביר את הפלט corticospinal לעומת כל שאר התנאים (בסיסית, הרץ 5, 10 הרץ, 40 הרץ ו 20 הרץ על קליפת הקודקוד). כוכבית (*) מציינת הבדל משמעותי של 20 הרץ גירוי לגבי כל התנאים האחרים. (b) האחוז משתנה מול הבסיס של raw ערכים משרעת של חבר הפרלמנט האירופי, (איור זה שונה מ- Feurra. et al., 2011)11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

מחברים פעילות תדירות עוצמת
td > מיקום אלקטרודות תוצאות Feurra. et al., 2011 מדידות של corticospinal דעתנית-rest הרץ 5-10 הרץ, הרץ 20, 40 הרץ 1 אמא שמאל M1, קליפת הקודקוד, עצב הגומד 20 הרץ גדל לגודל פיגל-rest Feurra. et al., 2013 מדידות של corticospinal דעתנית מנוחה ובעת הדמיה מנוע הרץ 5-10 הרץ, הרץ 20, 40 הרץ 1 אמא M1 השמאלי 20 הרץ שהגדלת פיגל גודל במנוחה בעוד 5 ו- 10 הרץ גדל פיגל גודל במהלך הדמיה מנוע Cancelli. et al., 2015 מדידות של corticospinal דעתנית-rest 20 הרץ 2.2 mA דו צדדיים M1 הבדלים דעתנית קורטיקלית שיפור ביחס אלקטרודות אישית, שאינה אישית Guerra. et al., 2016 מדידות של corticospinal דעתנית-rest 7 הרץ, 20 הרץ 1 אמא M1 השמאלי 20 הרץ טק מאופנן SICI, ICF, סאי

טבלה 1: טק השפעות על קליפת המוח המוטורית הראשי דרך תנאים שונים. תדירות, בעוצמה, אתר קורטיקלית של גירוי ותוצאות...

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

גישה זו מהווה הזדמנות ייחודית לבחון השפעות מקוון טק של קליפת המוח המוטורית ראשי ישירות על ידי מדידת פלט corticospinal דרך פיגל הקלטה. עם זאת, המיקום של הסליל TMS על פני האלקטרודה טק מייצגת צעד קריטי כי יש לבצע במדויק. לכן, אנחנו קודם כל מציעים ניסויים מצא את נקודת היעד על ידי יחיד הדופק TMS, ולאחר מכן לסמן אותה על הקרקפת ומניחים, רק לאחר מכן, האלקטרודה טק לנקודה חמה. יתר על כן, הזמינות של מערכת neuronavigation תומך בצורה מכרעת לוקליזציה של נקודת היעד המיטבי עבור יחיד הדופק TMS. לפני תחילת ההליך, ודא כי המשתתף אין כל התוויות נגד מלון טס24 ו TMS20.

בנוסף, עובי והמיקום של האלקטרודה טק תחת הסליל TMS יכול להוביל RMT שונים לגבי תהליך סטנדרטי. לכן, חשוב למדוד את RMT כאשר הסליל TMS ממוקם כבר על האלקטרודה טק.

הגישה מקוון TMS-טק מייצגת ניתן לקבל מקדמה טכנית של מחקר בסיסי וגם יישומים קליניים. מאחר ורוב הראיות טק הראו כי תופעות בולטות במהלך ואחרי לא הפסקת הגירוי, גישה זו עשוי להיות שימושי לבדוק את תדירות ספציפי באינטרנט השפעות מועילות על חולים עם מחלות מוטוריות, כגון רעד חיוני, פוקאלית, מחלת פרקינסון ומחלות אחרות מוטוריים.

עד כה, גישה משולבת זו שימש לחקור מנוע ומעבד קורטקס ויזואלי11,15. עם זאת, טק עצמה הוצגה להיות טכניקה אמין כדי לשפר תפקודים קוגניטיביים כגון memory וההחלטה עושה14,16,25,26,27. בעתיד, האפשרות של שילוב חוזרות TMS (rTMS) יחד עם טק על-ידי מניפולציה תדרים שונים והיעדים אזורים קורטיקליים שונים עשוי לעזור כדי לחקור את המנגנונים של מה שמכונה "neuroenhancement". באופן דומה, זה היה כבר הוכיח כי שילוב של טק עם פרוטוקול TMS בדוגמת, כגון גירוי פרץ רציפה תטא (cTBS), הביאו אפקט פלסטיות משופרת רק כאשר cTBS הוחל בפאזי עם הפסגה של הפעלת שהטיל טק 28. יתר על כן, הואיל rTMS משמש ככלי קליני, השילוב שלו עם טק עלולה להוביל להתפתחות של שיטה קליניים חדשים neurorehabilitation.

למרות המאמר ממוקדת גירוי של M1, עשויות להיות ממוקדות אזורים קורטיקליים אחרים גישה משולבת זו. עם זאת, רק גירוי של מערכת המנוע עלול להוביל מדיד מנוע לפוטנציאלים (פיגל) הוקלט מהשרירים היקפיים בצד contralateral המייצגים אות המורכב מסידרה של יורד cortico-שדרתית מטחי עם גנרטורים שונות29. מצד שני, פריסות אלקטרודה אחרים עשויים להציע הזדמנויות שונות כדי לחקור תופעות בין-hemispheric מקוון על-ידי משתמשים והמצוות טק דו צדדיים M1 ימינה ושמאלה עם יחיד-הדופק TMS. בנוסף, הגישה טק באינטרנט-TMS עשוי לשמש למטרה אזורים קורטיקליים שונים במהלך משימה התנהגותית על ידי מדידת זמני תגובה (RT) ודיוק. מצד אחד, הגישה טק-TMS מציעה מתודולוגיה ללא החפץ עבור חקירת פונקציות מוטוריות האנושי; מצד שני, בגישה טק EEG עשוי להציע יותר אפשרויות לחקר ה"מפה עצבית של תהליכים קוגניטיביים שונים על ידי מיקוד מגוון של אזורים קורטיקליים, אבל עדיין עם מספר רב יותר של חפצים בתוך הקלטות אות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי קרן המדע הרוסי הענק (חוזה מספר: 17-11-01273). תודה אנדריי Afanasov ועמיתיו מהמרכז חדשנות רב תכליתיים עבור טלוויזיה טכניקה (אוניברסיטת מחקר לאומי, גבוה בבית הספר לכלכלה, מוסקבה, רוסיה) עבור הקלטת וידאו ועריכת וידאו מיוחדת.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BrainStim, high-resolution transcranial stimulator E.M.S., Bologna, Italy EMS-BRAINSTIM
Pair of 1,5m cables for connection of conductive silicone electrodes E.M.S., Bologna, Italy EMS-CVBS15
Reusable conductive silicone electrodes 50x50mm E.M.S., Bologna, Italy FIA-PG970/2
Reusable spontex sponge for electrode 50x100mm E.M.S., Bologna, Italy FIA-PG916S
Rubber belts – 75 cm E.M.S., Bologna, Italy FIA-ER-PG905/8
Plastic non traumatic button E.M.S., Bologna, Italy FIA-PG905/99
Brainstim E.M.S., Bologna, Italy
MagPro X100 MagOption - transcranial magnetic stimulator MagVenture, Farum, Denmark 9016E0731
8-shaped coil MC-B65-HO-2 MagVenture, Farum, Denmark 9016E0462
Chair with neckrest MagVenture, Farum, Denmark 9016B0081
Localite TMS Navigator - Navigation platform, Premium edition Localite, GmbH, Germany 21223
Localite TMS Navigator - MR-based software, import data for morphological MRI (DICOM, NifTi) Localite, GmbH, Germany 10226
MagVenture 24.8 coil tracker, Geom 1 Localite, GmbH, Germany 5221
Electrode wires for surface EMG  EBNeuro, Italy  6515
Surface Electrodes for EEG/EMG  EBNeuro, Italy  6515
BrainAmp ExG amplifier - bipolar amplifier  Brain Products, GmbH, Germany
 BrainVision Recorder 1.21.0004  Brain Products, GmbH, Germany
Nuprep Skin Prep Gel  Weaver and Company, USA
Syringes
Sticky tape
NaCl solution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Priori, A. Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability. Clin. Neurophysiol. 114 (4), 589-595 (2003).
  2. Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes. Front Hum. Neurosci. 7, 279 (2013).
  3. Frohlich, F., McCormick, D. A. Endogenous electric fields may guide neocortical network activity. Neuron. 67 (1), 129-143 (2010).
  4. Ozen, S., et al. Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats. J. Neurosci. 30 (34), 11476-11485 (2010).
  5. Helfrich, R. F., et al. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr. Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
  6. Bergmann, T. O., Karabanov, A., Hartwigsen, G., Thielscher, A., Siebner, H. R. Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: Current approaches and future perspectives. Neuroimage. 140, 4-19 (2016).
  7. Feher, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). J. Vis. Exp. (107), e53527 (2016).
  8. Antal, A., et al. Comparatively weak after-effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) on cortical excitability in humans. Brain Stimul. 1 (2), 97-105 (2008).
  9. Struber, D., Rach, S., Neuling, T., Herrmann, C. S. On the possible role of stimulation duration for after-effects of transcranial alternating current stimulation. Front Cell Neurosci. 9, 311 (2015).
  10. Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, (2011).
  11. Feurra, M., et al. Frequency-dependent tuning of the human motor system induced by transcranial oscillatory potentials. J. Neurosci. 31 (34), 12165-12170 (2011).
  12. Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, (2011).
  13. Feurra, M., et al. State-dependent effects of transcranial oscillatory currents on the motor system: what you think matters. J. Neurosci. 33 (44), 17483-17489 (2013).
  14. Feurra, M., Galli, G., Pavone, E. F., Rossi, A., Rossi, S. Frequency-specific insight into short-term memory capacity. J. Neurophysiol. 116 (1), 153-158 (2016).
  15. Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds. Clin. Neurophysiol. 121 (9), 1551-1554 (2010).
  16. Polania, R., Moisa, M., Opitz, A., Grueschow, M., Ruff, C. C. The precision of value-based choices depends causally on fronto-parietal phase coupling. Nat. Commun. 6, 8090 (2015).
  17. Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr. Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
  18. Santarnecchi, E., et al. Individual differences and specificity of prefrontal gamma frequency-tACS on fluid intelligence capabilities. Cortex. 75, 33-43 (2016).
  19. Dayan, E., Censor, N., Buch, E. R., Sandrini, M., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation: from physiology to network dynamics and back. Nat. Neurosci. 16 (7), 838-844 (2013).
  20. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin. Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  21. Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum. Neurosci. 9, 54 (2015).
  22. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clin.Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  23. Guerra, A., et al. Phase Dependency of the Human Primary Motor Cortex and Cholinergic Inhibition Cancelation During Beta tACS. Cereb. Cortex. 26 (10), 3977-3990 (2016).
  24. Fertonani, A., Ferrari, C., Miniussi, C. What do you feel if I apply transcranial electric stimulation? Safety, sensations and secondary induced effects. Clin. Neurophysiol. 126 (11), 2181-2188 (2015).
  25. Feurra, M., Galli, G., Rossi, S. Transcranial alternating current stimulation affects decision making. Front Syst.Neurosci. 6, 39 (2012).
  26. Marshall, L., Helgadottir, H., Molle, M., Born, J. Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).
  27. Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task. Front Neurosci. 6, (2012).
  28. Goldsworthy, M. R., Vallence, A. M., Yang, R., Pitcher, J. B., Ridding, M. C. Combined transcranial alternating current stimulation and continuous theta burst stimulation: a novel approach for neuroplasticity induction. Eur. J. Neurosci. 43 (4), 572-579 (2016).
  29. Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Exp. Brain Res. 233 (3), 679-689 (2015).

Tags

מדעי המוח 127 הנושא טק TMS קליפת מנוע העיקרית פעילות מתנדנדות דומייה טק-TMS מלון טס neuromodulation תדירות ביתא 20 הרץ
ההשפעות של גירוי זרם חילופין טראנס על קליפת המוח המוטורית הראשי על-ידי גישה משולבת מקוון עם גירוי מגנטי טראנס
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Shpektor, A., Nazarova, M., Feurra,… More

Shpektor, A., Nazarova, M., Feurra, M. Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (127), e55839, doi:10.3791/55839 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter