آثار Transcranial التحفيز التيار المتردد في القشرة الحركية الأولية بنهج موحد على الإنترنت مع التحفيز المغناطيسي Transcranial

الهدف العام من هذا الإجراء هو تقييم تعديل التأثيرات المستمرة للتحفيز التياري المتردد عبر الجمجمة عن طريق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمي أحادي المسار من خلال نهج تركيبي متزامن ومبتكر. يُعد التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة تقنية تعديل عصبي تؤثر على الحالات العصبية من خلال أشكال موجية مختلفة للتيار، ويُستخدم بشكل شائع في علوم الأعصاب لاستقصاء الوظائف الحركية والمعرفية للدماغ.

تعتمد النهج الأكثر استخداماً على التحفيز بالتيار المستمر، والضوضاء العشوائية، والتحفيز بالتيار المتردد، والتي تملك القدرة على إحداث تغييرات في نشاط العصبونات. ويحدث ذلك داخل العصبونات وخارجها، مما يؤدي إلى تغيير جهد الغشاء أثناء الراحة، وبالتالي تعديل كفاءة التشابك العصبي. ويسمح TACS بتوصيل جهد تذبذبي خارجي جيبي ضمن نطاق ترددي محدد.

من خلال تحفيز ما يسمى بتأثير المزامنة على النشاط التذبذبي الداخلي. نقدم هنا طريقة جديدة تجمع بين التحفيز بالتيار المتردد عبر الجمجمة (TACS) والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (CMS) أحادي المسار أثناء التحفيز المستمر للقشرة الحركية الأولية. تسمح لنا هذه الطريقة باختبار تأثيرات التحفيز بالتيار المتردد المباشر على القشرة الحركية الأولية عن طريق قياس الجهد الحركي المستثار الناتج عن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) بنبضة واحدة.

سنقوم بعرض مجموعة كاملة من المعدات اللازمة لتشغيل بروتوكول TACS-TMS المدمج عبر الإنترنت من خلال تحفيز القشرة الحركية الأولية. وتتضمن قائمة المعدات جهاز تحفيز كهربائي يمكنه توليد تيار كهربائي متردد، مثل BrainStim، متصل بقطبين كهربائيين من الإسفنج المغمور في محلول ملحي بمساحة تتراوح بين خمسة إلى سبعة سنتيمترات.

من أجل تقليل الإحساس الجلدي، يتم إشباع الأقطاب الكهربائية تماماً بمحلول ملحي للحفاظ على المعاوقة دون 10 kiloOhm طوال جلسة التحفيز بأكملها. يوضع القطب المستهدف فوق فروة الرأس في المنطقة المقابلة لنقطة النشاط القصوى في القشرة الحركية الأولية باستخدام أحزمة مرنة محددة، بينما يوضع القطب المرجعي فوق الكتف في نفس الجانب باستخدام شريط لاصق فيما يُسمى بترتيب القطب أحادي القطب. وفي البشر، تعكس التذبذبات بترددات مختلفة سلوكيات وعمليات معرفية مختلفة تكمن وراء حالات متباينة من نشاط الشبكة العصبية.

كما تُقاس عادةً عن طريق تخطيط الدماغ الكهربائي أو تخطيط الدماغ المغناطيسي. تتراوح التذبذبات في الدماغ البشري من التذبذبات فائقة البطء إلى التذبذبات فائقة السرعة. وعادةً ما تكون موجودة في آن واحد، ويمكنها أن تعدل وتتفاعل مع بعضها البعض.

ومع ذلك، فإن الارتباط بين النشاط التذبذبي وعمليات الدماغ قد تم إثباته دائمًا من خلال الطرق الارتباطية. وبناءً على ذلك، لا تزال مسألة ما إذا كانت تذبذبات الدماغ تعكس بشكل مباشر الآليات الأساسية في معالجة المعلومات القشرية، أو أنها مجرد ظاهرة ثانوية، غير محلولة. ومن خلال استخدام TACS، يمكننا تعديل تذبذبات الدماغ سببياً بطريقة محددة التردد، وبالتالي التأثير على النشاط العصبي الفسيولوجي المرتبط بحالة الراحة، والعمليات الإدراكية والمعرفية.

لإعداد بروتوكول التحفيز التياري عبر الجمجمة (TCS) باستخدام جهاز BrainStim، تحقق أولاً من حالة البطارية. بعد ذلك، يتم التحكم في معاملات التحفيز بواسطة برنامجنا الخاص؛ بما في ذلك التردد، والمدة، وشكل التيار.

وتم نقلها إلى الجهاز عبر اتصال Bluetooth. باستخدام البرنامج، افتح جلسة جديدة وقم بإدارة بروتوكول أو تحفيز جديد. على سبيل المثال، سيتم تسمية البروتوكول باسم Beta.

اضبط تردد التحفيز، وفي حالتنا هذه سيكون 20Hz، واضبط شكل الموجة ليكون جيبياً (sinusoidal)، ثم حدد المدة الإجمالية لبروتوكول التحفيز، على سبيل المثال 600 ثانية. وأخيراً، اضبط شدة التحفيز عند 1 milliAmp، بينما يتم ضبط الإزاحة (offset)، والتدرج في الصعود (fade in)، والتدرج في الهبوط (fade out)، والتلاشي (fade) عند الصفر. بعد ذلك، وعند تفعيل وظيفة البلوتوث في الجهاز، قم بتحميل البروتوكول من البرنامج إلى المحفز.

ثم تابع بالتحقق مما إذا كان قد تم نقل البروتوكول بنجاح إلى الجهاز. انتقل الآن إلى جزء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). أولاً، قم بوضع أقطاب تخطيط كهربائية العضلات السطحية (surface EMG) لقياس جهود القفل الحركي بواسطة تحفيز مغناطيسي عبر الجمجمة بنبضة واحدة.

نظف الجلد باستخدام مقشر تنظيف تحت جميع الأقطاب الكهربائية لتحقيق ممانعة جلدية منخفضة، أقل من 10 kiloOhm. في هذه التجربة، اخترنا العضلة المأبضية الظهرية الأولى واستخدمنا تركيباً ثنائي القطب لوتر البطن. ضع القطب النشط على العضلة، والقطب المرجعي على العظم، على مسافة سنتيمترين من الناحية القاصية، والقطب الأرضي في وضعية أكثر دانية على الذراع.

تُقاس جهود قفل المحرك بواسطة أقطاب الفضة وكلوريد الفضة المتصلة بمضخم BrainAmp DC عبر صندوق توصيل. نحن نستخدم نظام الملاحة TMS بدون إطارات LocalEye TMS navigator لتحقيق الموضع الصحيح لملف TMS. أولاً، نضع مستشعرات التتبع في مقدمة المشارك.

لتحفيز TMS، نستخدم محفزًا مغناطيسيًا بنظام ثنائي الطور وملف تحفيز أحمر متأرجح على شكل حرف H بمقاس 75 مليمتر. ثم باستخدام فيديو التصوير بالرنين المغناطيسي التركيبي T-one للمشارك، نقوم بإجراء توضيح حالي لرأس المشارك في نموذج الرأس ثلاثي الأبعاد MRI عبر نظام الملاحة. بعد ذلك، يتم وضع الملف بدقة فوق المنطقة الحركية الأولية من الرأس، وهي المنطقة المسماة بمنطقة العقدة الحركية (motor knob region).

ثم ابدأ باختبار إمكانات قفل محرك TMS في تمريرة واحدة. وبمجرد العثور على النقطة الساخنة المثالية للتمثيل القشري لنموذج اليد المدروس، يتم تحديد هذا الموقع لوضع قطب TCS المستهدف لاحقاً. اضبط الحزام المرن الأول على الرأس بعناية بالنسبة لموضع مركز الرأس.

ثم حدد موضع القطب المستهدف باستخدام الشريط الثاني. وبمجرد وضع أقطاب TCS على كل من الجمجمة والكتف في نفس الجانب، انتقل إلى توصيلها بالمحفز. وقبل بدء جلسة التحفيز، تأكد من خلال الفحص البصري أن موضع القطب المستهدف يتمركز فوق النقطة الساخنة المحددة.

ثم ضع ملف TMS فوق أقطاب TCS من خلال إعادة ضبط الشدة والتوجيه باستخدام الملاحة العصبية من أجل العثور على النقطة الساخنة مرة أخرى. في هذه المرحلة، يتم تحديد عتبة النموذج الساكن لهذه التركيبة المدمجة الجديدة من TCS-TMS مع مراعاة سمك القطب المستهدف. اضبط شدة التحفيز طوال التجربة عند 110% من عتبة المحرك الساكن الخاصة بهم.

أظهرت معظم دراسات تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (TCS) تأثيرات ملحوظة أثناء التحفيز، وفي الوقت ذاته، لا يزال هناك نقص في الأدلة الواضحة حول التأثيرات طويلة الأمد لـ TCS بعد توقف التحفيز. وقد أظهرت دراسات قليلة فقط في الأدبيات العلمية آثاراً لاحقة ضعيفة وغير واضحة فيما يتعلق بأولئك الذين خضعوا لـ TCS أثناء التحفيز. كما أن الأدلة المتعلقة بالتحفيز الكهربائي للجلفانيك (EG) ليست واضحة بشأن الآثار اللاحقة لـ TCS أيضاً.

لقد ثبت في الجسم الحي أن الارتفاع المفاجئ في النشاط يتزامن مع ترددات محفزة مختلفة، مما يشير إلى أن الإطلاق العصبي يمكنما جذبُه بواسطة مجالات كهربائية مسلطة. وبناءً على ذلك، فإن التحفيز القشري عبر الجمجمة (TCS) الجيبي الضعيف في النماذج الحيوانية يجذب تردد التفريغ للنبضات العصبية القشرية واسعة الانتشار. وفي البشر، أظهرت الأدلة الحديثة أن تطبيق TCS المباشر يمكن أن يسبب تأثير جذب على بصمة تخطيط الدماغ (EG).

ومع ذلك، لا يزال نهج تحفيز التيار المتردد عبر الجمجمة (TCS EG) موضع تساؤل، أولاً بسبب الشوائب الناتجة عن التيار المتردد، وثانياً لأنه من غير الممكن عملياً التقاط إشارة EG للمنطقة المحفزة بشكل مباشر. يسمح هذا المونتاج المدمج بين TCS وTMS بمراقبة تأثيرات TCS المحددة للتردد والمباشرة على المخرجات القشرية النخاعية، خاصة في الجهاز الحسي الحركي، وذلك باستخدام تحفيز مغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) بنبضة واحدة على القشرة الحركية الأولية كَمِسبار. وبناءً على ذلك، ابدأ بروتوكول التحفيز الكهربائي بتردد 20Hz مع إرسال نبضات TMS فردية مباشرة يتخللها فترات زمنية عشوائية تتراوح من ثلاث إلى خمس ثوانٍ.

على سبيل المثال، يمكننا إظهار الزيادة في سعات جهد القفل الحركي أثناء تحفيز التيار السطحي (TCS) بتردد 20Hz مقارنة بـ 10Hz أو التحفيز الوهمي. يمكنك رؤية مثال لتصميم التجربة في هذه الصورة حيث يتم وضع ملف التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) فوق قطب تحفيز التيار السطحي (TCS) المستهدف. يتم وضع الأقطاب الحمراء المستهدفة في هذه التجربة على القشرة الحركية اليسرى والقشرة الجدارية اليمنى.

يتم وضع القطب المرجعي الأزرق على الخط المتوسط المقابل للموقع PZ وفقاً لنظام EG الدولي 1020. يتم تثبيت الملف على قطب إسفنجي موضوع فوق القشرة الحركية اليسرى. وتظهر القشرة الحركية البشرية المستهدفة نشاطاً بتردد يبلغ حوالي 20Hz.

قدم متعاونون دائمون دليلاً حاسماً على وجود نشاط بتردد 20Hz في حالة الراحة لدى البشر، وذلك من خلال إظهار الزيادة الآنية في استثارة المسار القشري الشوكي أثناء تطبيق التحفيز بتردد 20Hz. يمثل المحور Y في الرسم البياني متوسط سعة MEP المقاسة بواسطة نبضة واحدة من TMS أثناء استمرار تحفيز TCS. أما المحور X فيمثل ترددات تحفيز مختلفة.

أدى التحفيز عبر الجمجمة (TCS) الذي تم تقديمه بتردد 20Hz على القشرة الحركية فقط إلى زيادة المخرجات القشرية الشوكية. وفي المقابل، لم يكن هناك تأثير للتحفيز عند ترددات أخرى أو عند تحفيز القشرة الجدارية. وكانت هذه أول دليل على وجود تأثير محدد التردد أثناء التشغيل (online) للـ TCS على القشرة الحركية، والذي تم قياسه عبر نهج مشترك يجمع بين TACS وTMS.

تكمن الأساس المنطقي للجمع بين استخدام TMS وTACS في اختلاف المعلومات التي ينقلها كل منهما. فمن خلال تسجيل الجهود المحرضة حركياً في اليد المقابلة للقشرة الحركية الأولية، يمكننا التحقق من تأثيرات TCS المستمرة دون تداخلات اصطناعية. وهذا يتيح لنا مراقبة التغيرات في الاستثارة القشرية بدقة عن طريق الجهود المحرضة حركياً أثناء التحفيز الكهربائي المقدم بترددات مختلفة وبطريقة خالية من التداخلات الاصطناعية.

يمكن استخدام هذا النهج الجديد لاختبار التأثير المباشر لأي أشكال أخرى من التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة.