Summary
Transcranial 교류 전류 자극 (공군) 주파수 관련 패션에 대뇌 피 질의 흥분의 변조를 허용 한다. 여기 우리가 "" 모터 되 살려 진 잠재력에 의해 대뇌 피 질의 흥분을 조사 하기 위해 온라인 공군이 단일 펄스 Transcranial 자석 자극 (TMS)와 결합 하는 독특한 접근 방식을 보여줍니다.
Abstract
Transcranial 교류 전류 자극 (공군)은 특정 주파수에서 정현파 전기 파형을 통해 행동에 지속적인 대뇌 피 질의 진동 활동을 조절 하는 neuromodulatory 기술. 이 neurotool 내 생 진동 활동 및 동작 사이의 인과 관계 링크의 설립을 허용 한다. 공군 연구의 대부분의 공군 온라인 효과 나타났습니다. 그러나, 작은 Electroencephalography (EEG) 신호에 AC 유도 유물 때문에이 기술의 기본 작업 메커니즘에 대 한 알려져 있다. 여기 우리는 대뇌 피 질의 흥분 변화를 단일 펄스 Transcranial 자석 자극 (TMS)를 사용 하 여 기본 모터 피 질 (M1)의 공군의 온라인 생리 주파수 특정 효과 조사 하는 독특한 접근 방식을 보여줍니다. 우리의 설치에서 TMS 코일 모터 되 살려 진 잠재력 (Mep)는 지속적인 M1-공군의 효과 테스트를 수집 하는 동안 공군 전극 위에 배치 됩니다. 지금까지,이 방법은 주로 시각과 모터 시스템을 공부 하 사용 되었습니다. 그러나, 현재 공군-TMS 설치 인지 기능의 미래 조사에 대 한 방법을 포장 수 있습니다. 따라서, 절차에 대 한 단계별 설명서 및 비디오 지침 서를 제공 우리.
Introduction
Transcranial 전기 자극 (tES) 다른 현재 파형1통해 신경 상태를 수정할 수 있게 하는 neuromodulatory 기술입니다. TES의 다른 종류 중에서 transcranial 교류 전류 자극 (공군) 특정 주파수 범위에서 정현파 외부 진동 잠재력의 배달 및 생리 적 신경 활동, 지 각 밑의 변조 가능 모터와 인지 과정2. 공군이 사용 하 여, 내 생 진동 활동 및 뇌 프로세스 사이의 잠재적인 인과 링크를 조사 가능 하다.
Vivo에서, 그것은 다른 운전 주파수, 신경 총 전기 적용된 분야3개입 될 수 있습니다 제안에 신경 활동을 요동 치고는 동기화 표시 되었습니다. 동물 모델에서 약한 정현파 공군이 광범위 한 대뇌 피 질의 신경 풀4의 출력된 주파수. 인간에서는, 온라인 Electroencephalography (EEG)와 결합 하는 공군 뇌 진동 주파수 별로5상호 작용에 의해 생 진동 활동에 소위 "유입" 효과의 유도를 허용 한다. 그러나, 온라인 메커니즘의 더 나은 이해에 대 한 neuroimaging 방법 공군 결합은 여전히 의심 때문에 AC 유도 유물6. 또한, 그것 불가능 직접 의심 솔루션7은 고리 모양의 전극 사용 하지 않고 자극된 대상 지역 뇌 파 신호를 기록 합니다. 따라서,이 주제에 대 한 체계적인 연구의 부족이 이다.
지금까지, 자극 정지 후 공군의 지속적인 효과 대 한 명확한 증거가 있다. 몇 가지 연구만 모터 시스템8공군의 약하고 불분명 효과 나타났습니다. 또한, 뇌 파 증거가 이다 공군9의 후유증에 대해 아직 명확 하지 않습니다. 다른 한편으로, 대부분의 공군 연구 보여주었다 저명한 온라인 효과10,11,12,13,,1415,16 , 17 , 18, 기술적 제약으로 인해 생리 적 수준에서 측정 하기 어려운. 따라서, 우리의 방법의 전반적인 목표 단일 펄스 Transcranial 자석 자극 (TMS)을 제공 함으로써 모터 피 질 (M1)에 공군의 온라인 및 주파수 의존 효과 테스트 하는 다른 접근을 제공 하는 것 이다. TMS 연구자를 "프로브" 인간 모터 코르 텍 스19의 생리 적 상태에 있습니다. 또한, 피사체의 contralateral 손에 모터 되 살려 진 잠재력 (MEP)를 기록 하 여 우리가 진행 중인 공군11의 효과 조사할 수 있습니다. 이 방법은 우리가 수 있습니다 정확 하 게 모니터 변경을 corticospinal 흥분에 유물-무료 패션에 다른 주파수에 전달 하는 온라인 전기 자극 중 MEP 진폭을 측정 하 여. 또한,이 방법은 또한 tES의 다른 파형의 온라인 효과 테스트할 수 있습니다.
결합 된 공군-TMS 효과 보여, 우리가 표시 됩니다 프로토콜 기본 모터 피 질 (M1)를 통해 20 Hz AC 자극을 적용 하 여 온라인 neuronavigated 단일 펄스 TMS 전달 5 3에서 임의의 간격으로 산재 하는 동안 s m 1을 테스트 하려면 대뇌 피 질의 흥분입니다.
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Protocol
모든 절차 동의 모든 참가자에서는 높은 정경 대학 (HSE), 모스크바의 지역 연구 윤리 위원회에 의해 승인 했다.
참고: 참가자 이식된 금속 장치, 신경 또는 정신 질환, 약물 남용 또는 알코올 중독의 역사를 보고 해야 합니다. TMS는 20 가장 최근의 안전 지침 따라 사용 됩니다. 주제는 실험을 시작 하기 전에 특성 연구 및 로그인 정보 동의서의 완벽 하 게 통보 해야 합니다. 우리 장비 지배적인 M1의 자극에 의해 결합 된 온라인 공군-TMS 프로토콜을 실행 하는 데 필요한의 전체 집합을 표시 ( 그림 1; 자료의 테이블).
1. 바이 폴라 배 힘 줄 몽타주에 장소 전도 (EMG) 전극
- (아래 10 kOhm) 낮은 피부 임피던스를 달성 하기 위해 모든 전극에서 청소 스크럽을 사용 하 여 피부를 청소.
- 뼈에 첫 등 상호 (FDI) 근육에 활성 EMG 전극, 기준 전극 배치 2 cm distally 및 지상 전극에 올리다에 더 proximally
2. 자극 프로토콜에 대 한 목표를 식별
참고: 여기, 우리를 사용 하 여 frameless TMS 탐색 시스템 TMS 코일의 적절 한 위치 달성.
- Glabella 미간 및 참가자의 코 위에 위에 추적 센서를 놓습니다.
- 는 네비게이션 시스템 소프트웨어를 엽니다. 개별 참가자를 사용 하 여 ' 구조 T1 자기 공명 영상 (MRI) 데이터는 참가자의 공동 등록을 수행 하 고 ' s 머리와 네비게이션 시스템을 통해 3D MRI 머리.
- 정확 하 게, 기본 모터 손을-영역, 코일을 배치는 소위 " 모터 손잡이 " 지역 ( 그림 2).
- 단일 펄스 TMS를 적용 시작 하 고 테스트 하는 MEPs; TMS는 자극에 의해 전달 되는 표준 숫자의 8 75 m m 코일에 연결 (테이블의 자료를 참조). 지역화 하는 " 핫스팟 " 왼쪽된 m 1의 개최 코일, 두 피에 접선 핸들 가리키는 뒤로, 옆으로, 참가자의 중간 화살 축에서 45 ° 각도 ' s 머리.
- 핫스팟 (즉, 두 피 포인트 도출 MEPs는 contralateral 임계값에서 검사 손 근육)이 발견 되 면 공군 대상 전극의 응용 프로그램을 촉진 하기 위하여 연필로 표시.
3. 공군 전극 준비
- 연결 2 표면 식 염 수에 젖은 스폰지 전극 (크기: 5 cm x 7 cm) 자극 장치는 교류 전류 (예: Brainstim)를 생성할 수 있습니다.
- 피부 감각을 최소화 하기 위해 지속적으로 자극은 전체 세션에 걸쳐 10 kOhm 아래 임피던스를 유지 하는 염 분 해결책 전극 포화.
4. 프로토콜 설정 공군
- 자극 장치를 사용 하 여 공군 프로토콜을 설정 하려면 먼저 배터리 상태를 확인 하십시오.
- 소프트웨어를 사용 하 여 새 세션을 열고 새로운 자극 프로토콜 관리.
- 프로토콜 이름을 (예를 들어, " 베타 ").
- 자극의 주파수를 설정 (예: 20 Hz).
- 파형 (예를 들어, 정현파)를 선택 하십시오.
- 자극 프로토콜 (예: 600 s)의 총 시간 설정.
- 마지막으로, 자극 (예를 들어, 1 mA)의 강도, 오프셋 설정, 페이드 인, 페이드 아웃, 그리고에서 단계 " 0 ".
참고: 자극에 밖으로 퇴색 하기 약간 타이밍 (약 30 s) 주제에 대 한 어떤 불리 한 또는 불편 neurosensory 효과 피하기 위해 제안 될 수 있습니다. - 장치 활성화 ' s " 블루투스 " 기능 및 업로드는 자극 하는 소프트웨어에서 프로토콜.
5. 공군 전극 몽타주
- 장소는 " 대상 " 표시 된 지점에 해당 하는 두 피에 전극. 장소는 " 참조 " 전극에 특정 스티커 테이프를 사용 하 여 동측 어깨는 " monopolar 몽타주 " 21.
- 신중 하 게 신경 탐색 머리 센서 위치에 관하여 머리에 첫 번째 탄성 끈을 조정합니다. 그런 다음 두 번째 결박을 사용 하 여 대상 전극 위치 수정.
- 공군 전극을 두 피에와 동측 어깨에 배치 됩니다, 일단 연결 하는 자극에.
- 자극 세션의 시작 하기 전에 확인 검사 하 여 대상 전극의 위치는 가운데에 표시 된 핫스팟에.
6. 휴식 모터 임계값 (RMT) 식별
- 장소는 TM 대상 공군 전극 위에 코일과 신중 하 게 신경 네비게이션 시스템을 사용 하 여 핫스팟 ( 그림 3)을 통해 코일 위치를 조정.
- 측정은 RMT 적절 하 게 결합 된 공군-TMS 설치 (즉, 전극에 TMS 코일). 특히, 안정적인 RMT에 대 한 확인 하기 위해 공군 전극의 두께 관하여 TMS 강도 조정.
- 는 RMT를 개별적으로 측정, 그것은 50의 진폭으로 FDI 근육에서 MEP를 유도 하는 데 필요한 최소 강도로 정의 mV (피크-피크) 5 10 재판 22.
- 실험 세션 시작은 RMT의 110%에 TMS 자극의 강도 설정.
7. 실험 절차
- EMG 소프트웨어를 열고 EMG 녹음 시작.
- 공군 자극 시작.
- 자극, 동안 5 초 3에서 임의의 간격으로 산재 하는 TMS 단일 펄스 제공.
- 보장을 자극 (예를 들어, 20 Hz 공군 자극 이어서 가짜/다른 컨트롤 주파수)의 각 세션 지속 간 세션 간격 90 초 더 이상 약 3 분의 가능한 carryover 효과 피하기 위하여는 선행 하는 자극 주파수/조건 11 , 13.
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Representative Results
공군/TMS 결합 방식의 첫 번째 증거는 금 정 외. 2010에서에 표시 됩니다. 그 연구에서 저자 기본 시각 피 질 (v 1 이나)에 공군을 적용 하 고 온라인 TMS-유도 phosphene 인식15측정 시각 대뇌 피 질의 흥분의 특정 주파수 변조를 설명 했다. 더 세련 된 버전의 프로토콜 2011 Feurra 그 외 여러분 에 의해 모터 피 질 흥분의 생리 적 변조를 조사 하기 위해 채택 되었다. 이렇게 하려면이 저자 기록 했다 MEPs 동안 단일 펄스 TMS 동안 지속적인 공군 (그림 4)를 전달 했다. 저자 다른 제어 주파수, 제어 사이트 (정수 리 자극) 및 제어 corticospinal 출력을 강화 하 여 M1의 내 생 공회전 베타 리듬의 20 Hz의 가능한 유입의 첫 번째 원인 증거를 보고 실험 (주변 척 골 신경 실험)11 (그림 5).
다음 연구에서 Feurra 및 공동 작업자 뿐만 아니라 주파수 뿐만 아니라 상태 종속적13공군의 효과 나타났다. 사용 하 여 동일한 몽타주를 결합, 공군 2 개의 다른 조건 하에서 m 1에 적용 된: 휴식과 모터 이미지 (과목 핀치에 그립의 움직임을 상상 하도록 요청 했다). 이전 연구 결과11라인만 베타 자극 (20 Hz) 동안 모터 이미지 작업 하는 동안 향상 효과 저명한 세타 (5 Hz)와 알파 (10hz) 자극 하는 동안 휴식, 기본 모터 피 질 흥분을 향상. 이 공군에 의해 종속 상태 효과의 첫 번째 생리 적 증거를 표현.
날짜 하려면, 결합이 접근 되었습니다 더 모터 피 질 (표 1)의 기능을 연구 하는 데 사용. Guerra 공동 작업자는 자극에 반응을 어떻게 특정 interneuronal 회로 보여 유사한 접근을 사용 하 여 적용된 공군-TMS, 모터 주파수 (20 Hz)와 비 모터 공명 주파수 (7 Hz) 배달. 그들은 20 Hz 자극 자극의 위상에 해 짧은 대기 시간 성의 억제 (사이)의 효과 폐지 했다. 흥미롭게도, glutamatergic intracortical 촉진 (ICF)에 GABAAergic 짧은 간격 intracortical 억제 (SICI) 변화 단계 관련23이었다.
그림 1: 동시 공군 자극에 대 한 필요한 자료의 목록. 염 분 해결책, 제어 장치, 신축성 스트랩 스폰지 (공군), 공군 케이블 와이어 및 전극, 주사기, 끈끈한 테이프. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 공군 TMS 프로토콜 중 Neuronavigation. 적십자 기억된 TMS 기본 모터 피 질에 핫 스폿 나타냅니다. 겹치는 백색 십자가 온라인 위치 TMS 코일의 프로토콜을 동안 올바른 방향 표시로 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 공군-TMS의 두 피에. TMS 코일 대상 공군 전극에 배치 되어야 합니다. 조사는 핫스팟의 neuronavigation 좌표에 따라 코일의 위치를 유지 해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 온라인 공군-TMS 접근을 사용 하 여 실험 디자인의 도식 대표. (한) 레드 ("대상") 전극 overlying 왼쪽된 모터 피 질와 오른쪽 정수 리 피 질 (10-20 국제 뇌 파 시스템의 P4 위치)에 배치 됩니다. 블루 ("참조") 전극에 해당 하는 PZ 중간에 배치 됩니다 (10-20 국제 뇌 파 시스템) 위치 (바이 폴라/두 부 몽타주). 메모의 현재 제안의 참조 전극 동측 어깨 (monopolar 몽타주)에 배치 됩니다 p 4는 컨트롤 사이트로 사용 하는 동안. (b) Neuronavigated TMS: 코일 위에 왼쪽된 M1 스폰지 전극에 개최 됩니다. 색깔된 삼각형 표시 (이 그림 수정 되었습니다 Feurra 그 외 여러분, 2011에서에서) 2 m m의 공차와 정확한 대상에서 코일 변위의 온라인 피드백11. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 대표적인 결과. (한) 평균 로그 변환 MEP 진폭 (오차 막대 나타내는 표준 오차) 값 (원시 데이터) 다른 실험 조건을 통해 얻은. 모터 피 질에 베타 범위 (20 Hz)에서 공군만 모든 다른 조건 (기준선, 5 Hz, 10 Hz, 40 Hz, 정수 리 피 질에 20 Hz) 대 corticospinal 출력을 증가 합니다. 별표 (*)는 다른 모든 조건에 관하여 20 Hz의 상당한 차이 나타냅니다. (b) 비율 (이 그림 수정 되었습니다 Feurra 그 외 여러분, 2011에서에서) 원시 MEP 진폭 값의 초기 대 변경11. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 저자 | 작업 | 주파수 | 강도 |
표 1: 다른 조건을 통해 기본 모터 피 질에 공군이 효과. 주파수, 강도, 자극 및 결과의 대뇌 피 질의 사이트.
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Discussion
이 방법은 직접 녹음 하는 MEPs 통해 corticospinal 출력을 측정 하 여 기본 모터 피 질의 공군의 온라인 결과 테스트 하는 독특한 기회를 나타냅니다. 그러나, 공군이 전극에 TMS 코일의 배치는 정확 하 게 수행 해야 하는 중요 한 단계를 나타냅니다. 따라서, 우리 첫째로 좋을 경험 단일 펄스 TMS, 여 대상 포인트를 찾을 다음 두 피에 표시 고, 핫스팟을 통해 공군 전극 배치만 그 후. 또한, neuronavigation 시스템의 가용성 결정적인 단일 펄스 TM에 대 한 최적의 대상 포인트의 지역화를 지원합니다. 절차를 시작 하기 전에 참가자 tES24 및 TMS20어떤 금기는 없습니다 확인 하십시오.
또한, 두께 TMS 코일 아래 공군 전극의 위치는 표준 절차에 관하여 다른 RMT 발생할 수 있습니다. 따라서, TMS 코일이 이미 공군 전극 위에 있을 때에 RMT를 측정 하는 것이 중요 하다.
TMS 공군 온라인 접근 기초 연구와 임상 응용 프로그램에 대 한 기술적 진보를 나타냅니다. 이후 공군 증거의 대부분 효과 저명한 동안 자극의 후 보이고 있다,이 이렇게 테스트 온라인 주파수-특정 효능 진전, 등 모터 질병을 가진 환자에 유용할 수 있습니다. dystonia, 파 킨 슨 병, 및 기타 모터 질병
지금까지, 결합 된 이렇게 모터를 조사 하는 데 사용 했다 고 시각 피 질11,15를 처리 합니다. 그러나, 공군 자체 메모리 및 결정 등의 인지 기능을 향상 시키기 위해 신뢰할 수 있는 기술 표시 했다14,,1625,,2627만들기. 미래에 다른 주파수를 조작 하 고 다양 한 피 질 영역을 대상으로 하 여 반복적인 TMS (rTMS) 공군이 함께 결합의 가능성 소위 "neuroenhancement"의 메커니즘을 조사 하는 데 도움이 있습니다. 마찬가지로, 그것은 이미 cTBS 적용 된 경우에 연속 세타 버스트 자극 (cTBS), 같은 꽃무늬 TMS 프로토콜 공군의 조합 향상 된 소성 효과 결과 표시 했다 공군 부과 활성화의 피크와 위상 28. 또한, rTMS 임상 도구로 사용 하는 반면 그와 함께 공군 이어질 수 있는 neurorehabilitation에 대 한 새로운 임상 방법의 개발.
이 문서는 m 1의 자극에 초점을 맞추고, 있지만 다른 대뇌 피 질의 영역 결합 된이 방식을 사용 하 여 대상이 수 있습니다. 그러나, 인간 모터 체계의 자극만 측정 가능한 모터 갖는 잠재력 (Mep) 시리즈와 cortico 척추 방비를 내림차순의 복합 신호를 나타내는 contralateral 측면에서 주변 근육에서 기록으로 이어질 수 있습니다. 다른 발전기29 다른 한편으로, 다른 전극 배포 수 반하는 양국 공군 단일 펄스 TMS 함께 왼쪽과 오른쪽 m 1을 사용 하 여 온라인 간 반구형 효과 조사 하기 위해 다양 한 기회를 제공할 수 있습니다. 또한, 측정 반응 시간 (RT)와 정확도 의해 온라인 공군-TMS 접근 행동 작업 하는 동안 다른 대뇌 피 질의 영역을 대상으로 사용할 수 있습니다. 공군-TMS 접근 인간 모터 기능;의 조사에 대 한 유물 없는 방법론을 제공 하는 한편으로, 다른 한편으로, 공군-뇌 파 접근 다양 한 대뇌 피 질의 영역, 하지만 여전히 내부 신호 기록 유물의 더 많은 수를 대상으로 서로 다른 인지 프로세스의 신경 상호의 연구에 대 한 더 많은 가능성을 제공할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 연구는 러시아 과학 재단에 의해 지원 되었다 부여 (계약 번호: 17-11-01273). 안드레이 Afanasov와 비디오 녹화 및 비디오 편집을 위한 텔레비전 기술 (국립 연구 대학, 더 높은 경제학, 모스크바, 러시아)에 대 한 다기능 혁신 센터에서 동료 특별.
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 |
References
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