Method Article

Nicht-invasive Modulation und Robotik-Mapping von Motor Cortex im sich entwickelnden Gehirn

DOI:

10.3791/59594

⸱

July 1st, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosciences, University of Calgary, 2Hotchkiss Brain Institute, University of Calgary, 3Cumming School of Medicine, University of Calgary, 4Department of Pediatrics, University of Calgary, 5Alberta Children's Hospital Research Institute, University of Calgary, 6Faculty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, 7Department of Clinical Neurosciences, University of Calgary

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir demonstrieren Protokolle für die Modulation (tDCS, HD-tDCS) und Mapping (Robotik TMS) des Motorkortex bei Kindern.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Kartierung des motorischen Kortex mit transkranieller Magnetstimulation (TMS) hat das Potenzial, die Physiologie und Plastizität des Motorkortex zu hinterfragt, birgt aber einzigartige Herausforderungen bei Kindern. In ähnlicher Weise kann die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) das motorische Lernen bei Erwachsenen verbessern, wurde aber erst vor kurzem auf Kinder angewendet. Der Einsatz von tDCS und neu entstehenden Techniken wie High-Definition tDCS (HD-tDCS) erfordern besondere methodische Überlegungen im sich entwickelnden Gehirn. Die Robotik-TMS-Motorkartierung kann einzigartige Vorteile für die Kartierung bieten, insbesondere im sich entwickelnden Gehirn. Hier wollen wir einen praktischen, standardisierten Ansatz für zwei integrierte Methoden bieten, die in der Lage sind, gleichzeitig motorische Kortexmodulation und Motorkarten bei Kindern zu erforschen. Zunächst beschreiben wir ein Protokoll für die Robotik-TMS-Motorzuordnung. Individualisierte, MRT-navigierte 12x12-Gitter, die auf dem Motorkortex zentriert sind, führen einen Roboter zur Verwaltung von Einpuls-TMS. Mittlere motorisch evozierte Potential (MEP) Amplituden pro Rasterpunkt werden verwendet, um 3D-Motorkarten einzelner Handmuskeln mit Ergebnissen wie Kartenbereich, Volumen und Schwerpunkt zu generieren. Werkzeuge zur Messung der Sicherheit und Verträglichkeit beider Methoden sind ebenfalls enthalten. Zweitens beschreiben wir die Anwendung von tDCS und HD-tDCS, um den Motorkortex und das Motorlernen zu modulieren. Ein experimentelles Trainingsparadigma und Beispielergebnisse werden beschrieben. Diese Methoden werden die Anwendung der nicht-invasiven Hirnstimulation bei Kindern voranbringen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nicht-invasive Hirnstimulation kann sowohl die menschliche Gehirnfunktion messen als auch modulieren1,2. Das häufigste Ziel war der motorische Kortex, was zum Teil auf eine sofortige und messbare biologische Leistung (motorisch evozierte Potenziale) zurückzuführen ist, aber auch auf die hohe Prävalenz neurologischer Erkrankungen, die zu Funktionsstörungen und Behinderungen des Motorsystems führen. Diese große globale Krankheitslast umfasst einen hohen Anteil von Erkrankungen, von denen Kinder betroffen sind, wie z. B. zerebrale Lähmung, die Hauptursache für lebenslange Behinderungen, von denen weltweit etwa 17....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle in diesem Protokoll beschriebenen Methoden wurden von der Conjoint Health Research Ethics Board, University of Calgary (REB16-2474) zugelassen. Das Protokoll wird in Abbildung 1beschrieben.

1. Nichtinvasive Hirnstimulationskontraindikationen

  1. Prüfen Sie alle Teilnehmer vor der Einstellung auf Kontraindikationen für TMS15 und tDCS 1.

2. Transkranielle magnetische Stimulation Motor Mapping

  1. Vorbereiten der MRT für navigiertes TMS
    1. Erhalten Sie die strukturelle MRT (T1) jedes Teilnehmers. Wenn eine MRT nicht er....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mit den hier vorgestellten Methoden haben wir eine randomisierte, scheingesteuerte Interventionelle Studie8abgeschlossen. Rechtshänder (n = 24, 12-18 Jahre) ohne Kontraindikationen für beide Arten der nichtinvasiven Hirnstimulation wurden rekrutiert. Die Teilnehmer wurden in dieser Studie ausdrücklich ausgeschlossen, wenn auf neuropsychotrope Medikamente oder wenn sie nicht naiv zu tDCS waren. Es gab keine Aussteiger.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

TMS wurde auch in klinischen pädiatrischen Populationen erforscht, einschließlich perinataler Schlaganfall22 und Zerebralparese, wo TMS Motorkarten erfolgreich bei Kindern mit zerebraler Lähmung erstellt wurden, um Mechanismen der interventionellen Plastizität zu erforschen. Mit Hilfe eines etablierten Protokolls8wurden TMS-Motorkarten erfolgreich bei typischerweise entwickelnden Kindern gesammelt und werden derzeit in einer laufenden multizentrischen klinischen Studie für .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben keine Angaben.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Studie wurde von den Canadian Institutes of Health Research unterstützt.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1x1 SMARTscan StimulatorSoterix Medical Inc.
4x1 HD-tDCS AdapterSoterix Medical Inc.
Brainsight NeuronavigationRoge Resolutionhttps://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/
Elektrode aus KohlenstoffkautschukSoterix Medical Inc.
EASYpad ElektrodeSoterix Medical Inc.
EASYstrapsSoterix Medical Inc.
EMG-VerstärkerBortec Biomedicalhttp://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm
HD1 ElektrodenhalterSoterix Medical Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holderStandard Base HD-Elektrodenhalter für High Definition tES (HD-tES)
HD-ElektrodeSoterix Medical Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrodeSinterring HD-Elektrode.
HD-GelSoterix Medizin Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gelHD-GEL für High Definition tES (HD-tES)
Micro 1401 DatenerfassungssystemCambridge Electronics http://ced.co.uk/products/mic3in
Purdue PegboardLafayette Instrument Company
KochsalzlösungBaxter
Soterix Medical HD-CapSoterix Medical Inc.
TMS RoboterAxilium Roboticshttp://www.axilumrobotics.com/en/
TMS Stimulator und SpuleMagstim Inchttps://www.magstim.com/neuromodulation/
https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/devicehttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrodehttps://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypadhttps://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystraphttp://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.pagehttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
  2. Nitsche, M. A., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Robotic TMS Motor MappingTranscranial Magnetic StimulationTranscranial Direct Current StimulationHigh Definition tDCSMotor Evoked PotentialNeuronavigation MRI IntegrationEMG Data Acquisition3D Motor Map AnalysisPediatric Brain StimulationMotor Cortex Plasticity

Related Articles