Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Modulation der anhaltenden Effekte der transkraniellen Wechselstromstimulation mittels einwegiger transkranieller Magnetbahnstimulation in einem neuartigen kombinierten Online-Ansatz zu bewerten. Die transkranielle elektrische Stimulation ist eine neuromodulatorische Technik, die neuronale Zustände durch unterschiedliche Stromwellenformen beeinflusst. Es wird häufig in den Neurowissenschaften verwendet, um die motorischen und kognitiven Funktionen des Gehirns zu untersuchen.

Die am häufigsten verwendeten Ansätze basieren auf Gleichstromstimulation, zufälligem Rauschen und Wechselstromstimulation, die in der Lage sind, Veränderungen in der Neuronenaktivität zu induzieren. Sowohl innerhalb als auch außerhalb der Neuronen, was zu einer Veränderung des Ruhemembranpotentials und folglich zu einer Modifikation der neuronalen synaptischen Effizienz führt. TACS ermöglichen es uns, sinusförmiges externes Schwingungspotenzial in einem bestimmten Frequenzbereich zu liefern.

Durch Induktion des sogenannten Entrainment-Effekts auf die endogene oszillatorische Aktivität. Hier stellen wir eine neuartige Methode vor, die TACS und Single Path CMS während der laufenden Stimulation des primären motorischen Kortex kombiniert. Die Methode ermöglicht es uns, die Auswirkungen der Wechselstromstimulation auf den primären motorischen Kortex mittels Einzelpuls-TMS-induziertem motorisch evoziertem Potential online zu testen.

Wir werden eine ganze Reihe von Geräten zeigen, die für die Durchführung eines kombinierten Online-TACS-TMS-Protokolls durch Stimulation des primären motorischen Kortex erforderlich sind. Die Liste der Geräte umfasst ein elektrisches Stimulationsgerät, das elektrischen Wechselstrom erzeugen kann, zum Beispiel BrainStim. Verbunden durch zweiflächige, mit Kochsalzlösung getränkte Schwammelektroden mit einer Größe von fünf bis sieben Zentimetern.

Um das Hautgefühl zu minimieren, sind die Elektroden vollständig mit der Kochsalzlösung gesättigt, um die Impedanz während der gesamten Stimulationssitzung unter 10 KiloOhm zu halten. Die Zielelektrode wird mit Hilfe spezieller elastischer Bänder über die Kopfhaut, die dem primären Hotspot des motorischen Kortex entspricht, gelegt, während die Referenzelektrode mit Klebeband in einer sogenannten Monopolmontage über die ipsilaterale Schulter gelegt wird. Beim Menschen spiegeln Schwingungen in verschiedenen Frequenzen unterschiedliches Verhalten und kognitive Prozesse wider, die verschiedenen Zuständen der Aktivität neuronaler Netze zugrunde liegen.

Wie typischerweise durch Enzephalographie oder Magneto-Enzephalographie gemessen. Die Schwingungen im menschlichen Gehirn reichen von ultralangsamen bis hin zu ultraschnellen Schwingungen. Sie sind in der Regel gleichzeitig vorhanden und können modulieren und miteinander interagieren.

Der Zusammenhang zwischen oszillatorischer Aktivität und Hirnprozessen wurde jedoch immer durch Korrelationsmethoden hergestellt. Daher ist die Frage, ob die Oszillationen des Gehirns direkt einen grundlegenden Mechanismus der kortikalen Informationsverarbeitung widerspiegeln oder nur ein Epiphänomen sind, noch ungeklärt. Durch den Einsatz von TACS können wir die Schwingungen des Gehirns frequenzspezifisch kausal modulieren und damit die physiologische neuronale Aktivität beeinflussen, die mit dem Ruhezustand, den Wahrnehmungs- und kognitiven Prozessen verbunden ist.

Um das TCS-Protokoll mit dem BrainStim-Gerät einzurichten, überprüfen Sie zunächst den Batteriestatus. Dann werden die Stimulationsparameter durch unsere spezielle Software manipuliert. Frequenz, Dauer, Form des Stroms.

Und per Bluetooth-Verbindung auf das Gerät übertragen. Mit der Software können Sie eine neue Sitzung öffnen und ein neues Protokoll oder eine neue Stimulation verwalten. Zum Beispiel wird das Protokoll als Beta bezeichnet.

Stellen Sie die Stimulationsfrequenz ein, in unserem Fall beträgt sie 20 Hz, stimmen Sie die Wellenform auf sinusförmig ab und stellen Sie die Gesamtdauer des Stimulationsprotokolls ein, z. B. 600 Sekunden. Stellen Sie schließlich die Intensität der Stimulation auf 1 Milliampere ein, während Offset, Fade-In, Fade-Out und Fade auf Null eingestellt sind. Wenn dann die Bluetooth-Funktion auf dem Gerät aktiviert ist, laden Sie das Protokoll von der Software auf den Stimulator hoch.

Überprüfen Sie dann, ob das Protokoll erfolgreich auf das Gerät übertragen wurde. Wechseln Sie nun zum TMS-Teil. Erste Stelle Elektroden für ein Oberflächen-EMG zur Messung von Motorsperrpotentialen mittels Einzelimpuls-TMS.

Reinigen Sie die Haut mit einem Reinigungspeeling unter allen Elektroden, um eine niedrige Hautimpedanz von unter 10 KiloOhm zu erreichen. Hier haben wir einen ersten dorsalen Interressus-Muskel genommen und eine bipolare Bauchsehnenmontage verwendet und verwendet. Legen Sie die aktive Elektrode auf den Muskel, die Referenzelektrode auf den Knochen, zwei Zentimeter distal und die geschliffene Elektrode proximal auf den Arm.

Die Messung der Motorsperrpotentiale erfolgt über Argentum, Argentumchlorid-Elektroden, die über eine Anschlussbox mit dem BrainAmp DC-Verstärker verbunden sind. Wir verwenden das rahmenlose TMS-Navigationssystem LocalEye TMS Navigator, um die korrekte Positionierung der TMS-Spule zu erreichen. Zuerst platzieren wir die Tracking-Sensoren auf der Vorderseite des Teilnehmers.

Für die TMS-Stimulation verwenden wir einen magnetischen Stimulator in einem biphasischen Regime und eine H-förmige 75 Millimeter schwenkende rote Stimulationsspule. Verwenden Sie dann das Video des strukturellen T-One-MRT des Teilnehmers und führen Sie eine aktuelle Darstellung des Kopfes des Teilnehmers im 3-D-MRT-Kopfmodell mit dem Navigationssystem durch. Positionieren Sie danach die Spule genau über dem primären Motorbereich des Kopfes, dem sogenannten Motorknopfbereich.

Beginnen Sie dann mit dem Testen des Single-Pass-TMS-Motorverriegelungspotenzials. Sobald ein optimaler Hotspot für die kortikale Darstellung des untersuchten Handmodells gefunden ist, wird dieser Ort für die anschließende Platzierung der TCS-Zielelektrode markiert. Stellen Sie den ersten elastischen Gurt am Kopf vorsichtig in Bezug auf die Position der Kopfmitte ein.

Nehmen Sie dann mit dem zweiten Streifen die Position der Zielelektrode ein. Sobald die TCS-Elektroden sowohl am Schädel als auch an der ipsilateralen Schulter platziert sind, verbinden Sie sie mit dem Stimulator. Stellen Sie vor Beginn der Stimulationssitzung sicher, dass die Position der Zielelektrode durch Sichtprüfung über dem markierten Hotspot zentriert ist.

Platzieren Sie dann die TMS-Spule über den TCS-Elektroden, indem Sie Intensität und Orientierung mittels Neuronavigation neu einstellen, um den Hotspot wieder zu finden. In diesem Stadium wird das Verfahren der Ruhemodellschwelle für diese neue kombinierte TCS-TMS-Montage unter Berücksichtigung der Dicke der Zielelektrode berechnet. Stellen Sie die Intensität der Stimulation entlang des Experiments auf 110 % der motorischen Ruheschwelle ein.

Die meisten TCS-Studien zeigten deutliche Online-Effekte, gleichzeitig gibt es immer noch keine eindeutigen Beweise für lang anhaltende Effekte von TCS nach Beendigung der Stimulation. Nur wenige Studien in der Literatur zeigten schwache und unklare Nachwirkungen in Bezug auf diejenigen, die Online-TCS nutzten. Auch die Evidenz für TCS-Nachwirkungen ist nicht eindeutig.

In vivo konnte gezeigt werden, dass der Aktivitätsanstieg mit unterschiedlichen Antriebsfrequenzen synchronisiert ist, was darauf hindeutet, dass das neuronale Feuern durch elektrisch angelegte Felder mitgerissen werden kann. So nimmt ein schwaches sinusförmiges TCS in Tiermodellen die Entladungsfrequenz des weit verbreiteten kortikal-neuronalen Impulses mit. Neuere Erkenntnisse beim Menschen zeigten, dass Online-TCS einen Entrainment-Effekt auf die EG-Signatur induzieren kann.

Der TCS-EG-Ansatz ist jedoch immer noch fragwürdig, zum einen wegen der AC-induzierten Artefakte und zum anderen, weil es praktisch nicht möglich ist, das EG-Signal des stimulierten Bereichs direkt zu erfassen. Eine solche kombinierte TCS-TMS-Montage ermöglicht es, speziell für das sensomotorische System die online-frequenzspezifischen TCS-Effekte auf den kortikalen Spinalausgang zu beobachten, indem als Sonde Single-Pass-TMS des primären motorischen Kortex verwendet wird. Starten Sie also das 20-Hz-Elektrostimulationsprotokoll, während Sie Online-TMS-Einzelimpulse liefern, die von zufälligen Intervallen von drei bis fünf Sekunden

Zum Beispiel können wir die Zunahme der Amplituden des Motorsperrpotentials während der Online-20Hz-TCS im Vergleich zu 10Hz- oder Scheinstimulation zeigen. Auf diesem Bild sehen Sie ein Beispiel für den Versuchsaufbau, bei dem die TMS-Spule über der TCS-Zielelektrode platziert wird. Dieses Experiment zielt auf rote Elektroden ab, die auf dem linken motorischen Kortex und dem rechten parietalen Kortex platziert werden.

Die blaue Referenzelektrode wird auf der Mittellinie platziert, die der PZ-Position des internationalen EG-Systems 1020 entspricht. Die Spule wird auf der Schwammelektrode gehalten, die über dem linken motorischen Kortex platziert ist. Der angesprochene menschliche motorische Kortex hat eine Aktivität bei etwa 20Hz.

Häufige Kollaborateure lieferten den entscheidenden Beweis für die 20Hz-Aktivität in Ruhe beim Menschen, indem sie die Online-Zunahme der kortikospinalen Erregbarkeit zeigten, während die Stimulation bei 20Hz angewendet wurde. In der Grafik stellt die Y-Achse die mittlere MEP-Amplitude dar, die mit einem TMS-Einzelimpuls gemessen wurde, während die TCS-Stimulation im Gange war. Die X-Achse stellt unterschiedliche Stimulationsfrequenzen dar.

Nur TCS, das mit 20 Hz auf dem motorischen Kortex abgegeben wurde, erhöhte die kortikospinale Leistung. Während es keinen Einfluss der Stimulation auf andere Frequenzen oder eine andere Stimulation des parietalen Kortex gab. Dies war der erste Nachweis für einen online-frequenzspezifischen Effekt von TCS auf den motorischen Kortex, gemessen mit TACS, TMS combined approach.

Der Grund für die Kombination der Verwendung von TMS und TACS liegt in unterschiedlichen Informationen, die sie vermitteln. Durch die Aufzeichnung von motorisch evozierten Potentialen an der kontralateralen Hand zum primären motorischen Kortex können wir die artefaktfreien Effekte des laufenden TCS überprüfen. Dies ermöglicht es uns, Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit durch motorisch evozierte Potentiale während der elektrischen Stimulation, die bei verschiedenen Frequenzen abgegeben werden, artefaktfrei zu überwachen.

Dieser neue Ansatz kann verwendet werden, um die Online-Wirkung aller anderen Formen der transkraniellen Elektrostimulation zu testen.