التحفيز الكهربائي للدماغ غير الغازي لتعديل نشاط الخلايا العصبية الحركية البشرية

الملخص

المصدر: Curado، M. et al.، مونتاج التحفيز الكهربائي للدماغ غير الغازي لتعديل الوظيفة الحركية البشرية. J. Vis. Exp. (2016)

يوضح هذا الفيديو إعداد وآلية تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS) لتعديل الوظيفة الحركية البشرية. من خلال وضع الأنود فوق القشرة الحركية الأولية والكاثود فوق المنطقة فوق الحجاج المقابلة ، يزيد التحفيز الكهربائي المستهدف من استثارة القشرة ، ويعزز نشاط الخلايا العصبية الحركية ويحسن الأداء الحركي.

البروتوكول

تم تنفيذ جميع الإجراءات التي تشمل المشاركين البشريين وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية والدولية لرعاية الإنسان وتم مراجعتها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية المحلية.

1. فحص السلامة

1. فحص المشارك بحثا عن موانع محتملة لتحفيز الدماغ غير الجراحي ، على سبيل المثال ، باستخدام الاستبيانات.

2. توطين القشرة الحركية

1. حدد موقع القشرة الحركية اليدوية للمشارك من خلال أحد نهجين متميزين: عن طريق تحديد موقع تمثيل الدماغ للعضلة ذات الأهمية عن طريق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) (TMS) ، أو عن طريق تحديد موضع القشرة الحركية الأولية القياسية (M1) (C3 / C4) بناء على النظام الدولي لمخطط كهربية الدماغ (EEG) 10/20 بشريط قياس.
2. لتسجيل الهندسة الكهربائية والميكانيكية الناجم عن TMS ، اطلب من المشارك إزالة أي جسم قد يتأثر بالمجال المغناطيسي TMS ، بما في ذلك بطاقات الائتمان والهواتف المحمولة والأشياء المعدنية بشكل عام.
3. اطلب من المشارك الجلوس بشكل مريح.
4. تحقق من التوصيلات بين مضخم كهربية العضل (EMG) والكمبيوتر المستخدم لتكوين الإشارة واكتساب الإشارات عند استخدام واجهة برنامج.
5. قم بتشغيل مضخم كهربية العضل وقم بتوصيل كبلات قطب كهربية العضل.
6. نظف جلد المشارك عن طريق فركه برفق بمعجون تحضير الجلد في مناطق اليد حيث سيتم وضع الأقطاب الكهربائية. قم بإزالة الفائض باستخدام وسادة شاش نظيفة.
7. قم بتوصيل أقطاب سطح مخطط كهربية العضل في مونتاج وتر البطن على عضلة اليد ذات الأهمية (على سبيل المثال ، M. abductor pollicis brevis من اليد اليمنى) وقم بتوصيل قطب أرضي (على سبيل المثال ، على الساعد). الغرض من الدراسة هو تحديد عضلة اليد التي يجب استخدامها.
   ملاحظة: بالنسبة للأقطاب الكهربائية القابلة لإعادة الاستخدام ، من الضروري وضع كمية صغيرة من المعجون الموصل على سطح القطب الكهربائي قبل ربطه بجلد المشارك.
8. (خطوة اختيارية) ابدأ تشغيل برنامج التسجيل للحصول على MEP إذا كان تخزين بيانات MEP مطلوبا.
9. تحقق من قيم مقاومة EMG. تأكد من أن المعاوقة < 20 كيلو أوم.
10. قم بتشغيل المحفز المغناطيسي وشحن المكثف بالضغط على زر "الشحن" المقابل.
11. ضع ملف TMS على شكل ثمانية على فروة رأس المشارك على الشق بين نصفي الكرة الأرضية وانقله إلى منطقة القشرة الحركية (حول المواضع C3 / C4 من النظام الدولي EEG 10/20). أمسك ملف TMS بزاوية 45 درجة -50 درجة مشار إليها إلى الشق بين نصف الكرة الأرضية ، مع توجيه المقبض للخلف ، مما ينتج عنه تدفق تيار قشري من الخلف إلى الأمام.
    ملاحظة: يتم استخدام ملفين متميزين TMS لتوطين القشرة الحركية: الشكل ثمانية أو الملفات الدائرية. إذا أمكن ، استخدم ملفا على شكل ثمانية لأنه يوفر المزيد من التحفيز البؤري للدماغ وموثوقية أكبر لقياسات الاستثارة القشرية.
12. عندما يتم شحن المحفز المغناطيسي (مرئي على الشاشة) ، قم بتفريغ المحفز إما بالضغط على زر الزناد أو عن طريق الضغط على مفتاح القدم أو تلقائيا بواسطة برنامج سيؤدي ذلك لاحقا إلى توصيل نبضة TMS واحدة من خلال ملف TMS المتصل الموضوع فوق فروة رأس المشارك. إعدادات نبضة TMS الافتراضية (على سبيل المثال ، وقت ارتفاع 100 ميكرو ثانية للتيار المستحث ووقت اضمحلال 800 ميكرو ثانية للمنبهات أحادية الطور ؛ أوقات اضمحلال أقصر للمنبهات ثنائية الطور) خاصة بالجهاز (البرامج الثابتة).
13. ابدأ بكثافة تحفيز منخفضة (على سبيل المثال ، اضبط الكثافة على 45٪ من الإخراج باستخدام مقبض التحكم في شدة التحفيز على المحفز) وراقب MEPs المرئية على مضخم كهربية العضل.
    1. إذا لم يكن MEP مرئيا، فقم بزيادة شدة التحفيز في 2-5٪ من الخطوات حتى يكون MEP موجودا بوضوح (على سبيل المثال، سعة 0.5-1 مللي فولت). كرر التحفيز بالضغط على زر الزناد أو تنشيط مفتاح القدم إذا لم يكن توصيل النبض آليا. أبلغ المشارك أن التحفيز سيكون أقوى قليلا وأنه من المتوقع حدوث حركات الأطراف وارتعاش الوجه ووميض العين.
       ملاحظة: حدد فاصلا زمنيا لا يقل عن 5 ثوان بين النبضات لتجنب تأثيرات التحفيز منخفض التردد على استثارة الدماغ.
14. حرك الملف شعاعيا في خطوات 1 سم حول الموقع المحفز في البداية للعثور على البقعة ذات الاستجابة الأكبر للهندسة الكهربائية والميكانيكية بعد تطبيق نبضات TMS المفردة. من هناك ، ابدأ مرة أخرى في تحريك الملف لتأمين "النقطة الساخنة" (المنطقة القشرية ذات السعة القصوى للهندسة الكهربائية والميكانيكية).
    ملاحظة: لا ينصح باستخدام غطاء الرأس (على سبيل المثال ، المستخدم لعلامات الشبكة) لإجراء التوطين نظرا لأنه يجب إزالة الغطاء لوضع قطب التحفيز الكهربائي للدماغ غير الجراحي (NEBS) ، وقد يتم فقد موضع النقطة الساخنة.
15. قلل من شدة التحفيز في حوالي 2٪ من الخطوات باستخدام مقبض التحكم في شدة التحفيز على المحفز (يجب أن يظل MEP موجودا). سيؤدي ذلك إلى تجنب عدم الدقة بسبب التحفيز فوق الأقصى. أعد تأكيد النقطة الساخنة عن طريق تحريك الملف شعاعيا في خطوات 1 سم حول النقطة الساخنة والتحقق من حجم الهندسة الكهربائية والميكانيكية. يجب أن تظل النقطة الساخنة تتوافق مع سعة الشراكة الكهربائية والميكانيكية الأكبر والأكثر اتساقا.
    ملاحظة: اطلب من المشارك أن ينقبض طواعية على العضلة ذات الأهمية إذا كان من الصعب العثور على النقطة الساخنة (على سبيل المثال ، لا توجد MEP موجودة في شدة تحفيز عالية). من خلال القيام بذلك ، يتم تقليل شدة التحفيز اللازمة لاستنباط التحفيز القشري وقد يكون من الأسهل تحديد مواقع التحفيز القشري ذات الصلة. إذا تم استخدام هذه الطريقة ، فاطلب من المشارك إرخاء العضلات بعد العثور على موقع تحفيز ذي صلة وضبط شدة التحفيز بحيث يمكن العثور على أعضاء البرلمان الأوروبي الموثوق بهم عندما تكون العضلات في حالة راحة. تابع للعثور على نقطة الاتصال.
16. ضع علامة على موضع النقطة الساخنة واتجاه الملف باستخدام علامة جلد غير دائمة.
17. للتحفيز الثنائي M1 ، كرر الخطوات من 2.11 إلى 2.16 للطرف المقابل.

3. إعداد القطب الكهربائي NEBS:

1. قم بتوصيل الكابلات بأقطاب مطاطية وضع الأقطاب الكهربائية داخل أكياس الإسفنج. تأكد من تطابق حجم القطب الكهربائي وحجم الكيس الإسفنجي. المواد متوفرة تجاريا بأحجام قياسية (على سبيل المثال ، 5 × 5 سم² ، 5 × 7 سم²).
2. انقع الأكياس الإسفنجية على كلا الجانبين بمحلول كلوريد الصوديوم متساوي التوتر (NaCl) ، ولكن تجنب النقع المفرط لمنع جسور الملح أو التنقيط على المتطوع.
   1. هذه الخطوة اختيارية: لمنع تسرب محلول كلوريد الصوديوم عند استخدام الضمادات بدلا من الأربطة المطاطية ، ضع الأقطاب الكهربائية والأكياس الإسفنجية داخل أغطية إسفنجية مطاطية غير موصلة.
      ملاحظة: بدلا من ذلك ، قم بتغطية القطب المطاطي بمعجون موصل وضعه مباشرة على رأس المشارك ، أي عدم استخدام أكياس الإسفنج أو أغطية الإسفنج المطاطي.

4. وضع القطب الكهربائي NEBS (الشكل 1) ابحث

1. عن علامة (علامات) الرأس التي تشير إلى النقطة الساخنة القشرية الحركية وافصل الشعر حول المنطقة.
2. لتحسين التوصيل ، نظف الجلد قبل وضع القطب الكهربائي عن طريق فرك منطقة الجلد حول علامات الرأس برفق بمسحة مبللة بالكحول بنسبة 40-50٪ أو معجون تحضير الجلد. لا تخدش الجلد! قم بإزالة الفائض بمسحة ونظف المنطقة مرة أخرى باستخدام محلول كلوريد الصوديوم متساوي التوتر. جفف المنطقة بعد ذلك.
   ملاحظة: تأكد من بقاء علامة (علامات) الرأس مرئية. لاحظ إذا لزم الأمر.
3. ضع قطبا كهربائيا واحدا بعد علامة الرأس ل M1 محل الاهتمام (على النقيض من يد الاهتمام). اجعل الإسفنجة قدر الإمكان على اتصال مباشر بالجلد. ضع كابل القطب الكهربائي باتجاه ظهر المشارك لتجنب الإزعاج أثناء التحفيز و / أو تنفيذ المهمة ولتسهيل الاتصال بجهاز NEBS.
   ملاحظة: يجب أن يصبح الشعر الموجود أسفل القطب رطبا. في حالة الترطيب المفرط للشعر ، استخدم مناشف الورق أو اليد لامتصاص الفائض.
   ملاحظة: بالنسبة إلى tDCS الأنودية ، يتوافق القطب الكهربائي الموجود على النقطة الساخنة القشرية للمحرك ذات الأهمية (زيادة الاستثارة مطلوبة) مع الأنود ، وعادة ما يكون متصلا بالكابل الأحمر. يتم وضع الكاثود (عادة ما يتم توصيله بكابل أسود أو أزرق) على المنطقة فوق الحجاج المقابلة أو M1 (انظر أدناه). تقليديا ، يكون وضع القطب هو نفسه بالنسبة لتحفيز الضوضاء العشوائية عبر الجمجمة (tRNS) ، على الرغم من أنه في البروتوكول الكلاسيكي ، لا توجد خصوصية قطبية بسبب تدفق التيار المتردد. قد يكون الموضع المحدد مهما إذا تضمنت إعدادات التحفيز إزاحة التحفيز.
4. للتحفيز أحادي الجانب M1 ، ضع القطب الثاني (بالنسبة إلى tDCS الأنودي: الكاثود) فوق المنطقة فوق المدارية المقابلة (المقابلة للقطب الكهربائي Fp2 في النظام الدولي EEG 10/20). تأكد من توجيه الكابل نحو الجزء الخلفي من المشارك.
5. قم بتغطية الرأس مرتين بضمادة مرنة بشكل دائري في الاتجاه الوسطي الجانبي لتثبيت القطب الكهربائي M1 ، ثم استخدم الضمادة المتبقية لتغطية الرأس بشكل دائري في الاتجاه الأمامي الخلفي لتثبيت كلا القطبين.
6. استخدم شريطا لاصقا لإصلاح نهاية الضمادة.
7. قم بتأمين الكابلات بشريط لاصق على رقبة المشارك أو قميصه.
8. قم بتوصيل كبلات القطب الكهربائي بجهاز NEBS.

5. مفتاح التحفيز

1. على جهاز NEBS.
2. اضبط إعدادات جهاز NEBS فيما يتعلق بنوع التحفيز (tDCS أو tRNS) ، والشدة (على سبيل المثال ، 1 مللي أمبير ، أو 1.5 مللي أمبير ، أو 2 مللي أمبير) ، والمدة (على سبيل المثال ، 10-40 دقيقة) ، والتكثيف لأعلى ولأسفل (الوقت بين بداية التحفيز والشدة القصوى ، عادة 8-15 ثانية) ، والعوامل الإضافية المتعلقة بنوع التحفيز (على سبيل المثال ، طيف التردد ل tRNS).
   ملاحظة: تقليديا ، يشمل التحفيز الوهمي التكثيف على الفور ، متبوعا بالتكثيف. وفقا لذلك ، يشعر المشارك بالتحفيز ، لكن مدة التحفيز ليست كافية لممارسة تأثيرات دائمة على وظائف الدماغ. تتضمن بعض أجهزة NEBS وضع دراسة يسمح بتعمية المشارك والباحث عن طريق إدخال رمز موضوع خاص بالدراسة. يحدد الرمز إعدادات التحفيز تلقائيا. بدلا من ذلك ، قد يقوم المجرب الثاني بضبط إعدادات التحفيز في كل جلسة وتغطية الشاشة من المجرب الذي يجري التحفيز.
3. أبلغ المشارك بالآثار الجانبية المحتملة المرتبطة ب NEBS. تشمل الآثار الضارة الشائعة حكة الجلد / الوخز أو الإحساس بالحرقان تحت الأقطاب الكهربائية والصداع وعدم الراحة. قد يكون الإحساس بالحرقان علامة على ضعف ملامسة القطب الكهربائي للجلد.
4. ابدأ التحفيز.
   ملاحظة: تستمر مدة التحفيز الشائعة حوالي 10-20 دقيقة بناء على التقارير التي تبحث في التغيرات في استثارة القشرة القشرية (انظر قسم النتائج التمثيلية). من الناحية التجريبية ، تم ضبط الحد الأقصى لمدة التحفيز على 40 دقيقة.
5. تحقق من استمرارية التحفيز أثناء التكثيف والتحفيز. إذا كانت المعاوقة عالية جدا أو كانت الأقطاب الكهربائية على اتصال سيئ بالجلد ، فقد ينتهي التحفيز تلقائيا.
   ملاحظة: في حالة ارتفاع المعاوقة أو أبلغ المشارك عن زيادة الانزعاج أثناء التحفيز ، حاول تقليل المقاومة عن طريق ، على سبيل المثال ، تثبيت الأقطاب الكهربائية بشكل أفضل في مواقع التحفيز أو إضافة وسيط موصل. يمكن إضافة محلول كلوريد الصوديوم باستخدام حقنة مباشرة في الإسفنج بعد وضعها على الرأس.
   ملاحظة: تبلغ بعض الأجهزة عن المعاوقة طوال فترة التحفيز لأسباب تتعلق بالسلامة. قد يتم إيقاف تشغيل جهاز NEBS إذا وصلت المعاوقة إلى عتبة محددة (على سبيل المثال ، 55 كيلو أوم).

النتائج

فئة الشكل = 'image image-style-align-center image_resized' style='display: table؛ margin-left: auto؛ margin-right: auto ؛ width: 75٪ ؛ '>

الشكل 1. مونتاج القطب الكهربائي والاتجاه الحالي لاستراتيجيات NEBS المميزة. (أ) بالنسبة لتحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة الأنود أحادي الجانب (tDCS) ، يتركز الأنود فوق القشرة الحركية الأولية ذات الأهمية ويتم وضع الكاثود فوق الم...

المواد