Estimulación Cerebral Eléctrica No Invasiva para Modular la Actividad de las Neuronas Motoras Humanas

Resumen

Fuente: Curado, M. et. al., Montajes de estimulación cerebral eléctrica no invasiva para la modulación de la función motora humana. J. Vis. Exp. (2016)

Este video demuestra la configuración y el mecanismo de la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) para modular la función motora humana. Al colocar el ánodo sobre la corteza motora primaria y el cátodo sobre el área supraorbitaria contralateral, la estimulación eléctrica dirigida aumenta la excitabilidad cortical, mejorando la actividad de las neuronas motoras y mejorando el rendimiento motor.

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran participantes humanos se han realizado de conformidad con las pautas institucionales, nacionales e internacionales para el bienestar humano y han sido revisados por la junta de revisión institucional local.

1. Detección de seguridad

1. Evalúe al participante en busca de posibles contraindicaciones para la estimulación cerebral no invasiva, por ejemplo, mediante el uso de cuestionarios.

2. Localización de la corteza motora

1. Localice la corteza motora de la mano del participante mediante uno de dos enfoques distintos: localizando la representación cerebral del músculo de interés mediante el potencial evocado motor (MEP) inducido por la estimulación magnética transcraneal (TMS), o localizando la posición estándar de la corteza motora primaria (M1) (C3/C4) basada en el sistema internacional de electroencefalograma (EEG) 10/20 con una cinta métrica.
2. Para la grabación de MEP inducida por TMS, pida al participante que retire cualquier objeto que pueda estar influenciado por el campo magnético de TMS, incluidas tarjetas de crédito, teléfonos móviles y objetos metálicos en general.
3. Pídale al participante que se siente cómodamente.
4. Verifique las conexiones entre el amplificador de electromiografía (EMG) y la computadora utilizada para la configuración y adquisición de señales cuando utilice una interfaz de software.
5. Encienda el amplificador EMG y conecte los cables de electrodos EMG.
6. Limpie la piel del participante frotando suavemente con pasta de preparación para la piel en las regiones de la mano donde se colocarán los electrodos. Retire el exceso con una gasa limpia.
7. Coloque electrodos de superficie EMG en un montaje de tendón abdominal en el músculo de la mano de interés (p. ej., M. abductor pollicis brevis de la mano derecha) y conecte un electrodo de tierra (p. ej., en el antebrazo). El propósito del estudio es determinar qué músculo de la mano usar.
   NOTA: Para electrodos reutilizables es necesario aplicar una pequeña cantidad de pasta conductora en la superficie del electrodo antes de adherirlo a la piel del participante.
8. (paso opcional) Inicie el software de grabación para la adquisición MEP si desea el almacenamiento de datos MEP.
9. Compruebe los valores de impedancia EMG. Asegúrese de que la impedancia sea < 20 kOhm.
10. Encienda el estimulador magnético y cargue el condensador presionando el botón de "carga" correspondiente.
11. Coloque una bobina TMS en forma de ocho en el cuero cabelludo del participante en la fisura interhemisférica y muévala al área de la corteza motora (alrededor de las posiciones C3 / C4 del sistema internacional EEG 10/20). Sostenga la bobina TMS en un ángulo de 45 ° -50 ° con referencia a la fisura interhemisférica, con el mango orientado hacia atrás, produciendo un flujo de corriente cortical de posterior a anterior.
    NOTA: Se utilizan dos bobinas TMS distintas para la localización de la corteza motora: bobinas circulares o en forma de ocho. Si es posible, use una bobina en forma de ocho, ya que proporciona una estimulación cerebral más focal y una mayor confiabilidad de las mediciones de excitabilidad cortical.
12. Cuando el estimulador magnético esté cargado (visible en la pantalla), descargue el estimulador presionando el botón de disparo o pisando el interruptor de pie o automáticamente mediante un programa de software. Posteriormente, esto entregará un solo pulso TMS a través de la bobina TMS conectada colocada sobre el cuero cabelludo del participante. Los ajustes de pulso TMS predeterminados (por ejemplo, tiempo de subida de 100 μs de la corriente inducida y tiempo de caída de 800 μs para estímulos monofásicos; tiempos de caída más cortos para estímulos bifásicos) son específicos del dispositivo (firmware).
13. Comience con una intensidad de estimulación baja (por ejemplo, ajuste la intensidad al 45% de salida usando la perilla del controlador de intensidad de estimulación en el estimulador) y observe los MEP visibles en el amplificador EMG.
    1. Si no hay MEP visible, aumente la intensidad de la estimulación en pasos de 2-5% hasta que un MEP esté claramente presente (por ejemplo, amplitud de 0,5-1 mV). Repita la estimulación presionando el botón de disparo o activando el interruptor de pie si la administración de pulsos no está automatizada. Informe al participante que la estimulación será un poco más fuerte y que se esperan movimientos de las extremidades, espasmos faciales y parpadeos.
       NOTA: Establezca un intervalo mínimo de 5 segundos entre pulsos para evitar los efectos de la estimulación de baja frecuencia sobre la excitabilidad cerebral.
14. Mueva la bobina radialmente en pasos de 1 cm alrededor del sitio inicialmente estimulado para encontrar el punto con la mayor respuesta MEP después de la aplicación de pulsos TMS individuales. A partir de ahí, comience de nuevo a mover la bobina para asegurar el "punto caliente" (área cortical con amplitud máxima de MEP).
    NOTA: No se recomienda el uso de una tapa de cabeza (por ejemplo, utilizada para marcas de cuadrícula) para el procedimiento de localización, ya que la tapa debe retirarse para la colocación del electrodo de estimulación cerebral eléctrica no invasiva (NEBS) y se puede perder la posición del punto caliente.
15. Reduzca la intensidad de la estimulación en aproximadamente un 2% de pasos utilizando la perilla del controlador de intensidad de estimulación en el estimulador (MEP aún debe estar presente). Esto evitará la inexactitud debida a la estimulación supramáxima. Vuelva a confirmar el punto caliente moviendo la bobina radialmente en pasos de 1 cm alrededor del punto caliente y verificando el tamaño MEP. El punto caliente aún debe corresponder a la amplitud MEP más grande y consistente.
    NOTA: Pídale al participante que contraiga voluntariamente el músculo de interés si el punto caliente es difícil de encontrar (p. ej., no hay MEP presente a altas intensidades de estimulación). Al hacerlo, la intensidad de estimulación necesaria para provocar MEP disminuye y puede ser más fácil identificar los sitios de estimulación cortical relevantes. Si se utiliza este método, pida al participante que relaje el músculo después de encontrar un sitio de estimulación relevante y ajuste la intensidad de la estimulación para que se puedan encontrar MEP confiables cuando el músculo esté en reposo. Proceda a encontrar el punto de acceso.
16. Marque la posición del punto caliente y la orientación de la bobina con un marcador de piel no permanente.
17. Para la estimulación bilateral de M1, repita los pasos 2.11 a 2.16 para la extremidad contralateral.

3. Preparación de electrodos NEBS

1. Conecte los cables a los electrodos de goma y coloque los electrodos dentro de las bolsas de esponja. Asegúrese de que el tamaño del electrodo y el tamaño de la bolsa de esponja coincidan. Los materiales están disponibles comercialmente en tamaños estándar (por ejemplo, 5x5 cm², 5x7 cm²).
2. Remoje las bolsas de esponja por ambos lados con una solución isotónica de cloruro de sodio (NaCl), pero evite remojar en exceso para evitar puentes de sal o goteo sobre el voluntario.
   1. Este paso es opcional: Para evitar fugas de solución de NaCl cuando se usan vendajes en lugar de bandas elásticas, coloque los electrodos y las bolsas de esponja dentro de las cubiertas de esponja de goma no conductoras.
      NOTA: Alternativamente, cubra el electrodo de goma con pasta conductora y colóquelo directamente sobre la cabeza del participante, es decir, no use bolsas de esponja o cubiertas de esponja de goma.

4. Colocación del electrodo NEBS (Figura 1)

1. Encuentre la(s) marca(s) de la cabeza que indica el punto caliente cortical motor y separe el cabello alrededor del área.
2. Para mejorar la conductancia, limpie la piel antes de la colocación del electrodo frotando suavemente el área de la piel alrededor de las marcas de la cabeza con un hisopo empapado con alcohol al 40-50% o pasta de preparación para la piel. ¡No rasques la piel! Retire el exceso con un hisopo y limpie el área nuevamente con una solución isotónica de NaCl. Seque el área después.
   NOTA: Asegúrese de que las marcas de la cabeza permanezcan visibles; comentario si es necesario.
3. Coloque un electrodo después de la marca de la cabeza para el M1 de interés (contralateral a la mano de interés). Ponga la esponja en contacto directo con la piel tanto como sea posible. Coloque el cable del electrodo hacia la espalda del participante para evitar molestias durante la estimulación y/o la ejecución de la tarea y para facilitar la conexión al dispositivo NEBS.
   NOTA: El pelo debajo del electrodo debe humedecerse. En caso de humectación excesiva del cabello, use papel o toallas de mano para absorber el exceso.
   NOTA: Para tDCS anódica, el electrodo colocado en el punto caliente cortical motor de interés (se desea aumentar la excitabilidad) corresponde al ánodo, generalmente conectado al cable rojo. El cátodo (generalmente conectado a un cable negro o azul) se coloca en el área supraorbitaria opuesta o M1 (ver más abajo). Convencionalmente, la colocación de los electrodos es la misma para la estimulación transcraneal con ruido aleatorio (tRNS), aunque en el protocolo clásico, no hay especificidad de polaridad debido al flujo de corriente alterna. La ubicación específica puede ser importante si la configuración de estimulación incluye una compensación de estimulación.
4. Para la estimulación unilateral M1, coloque el segundo electrodo (para tDCS anódico: el cátodo) sobre el área supraorbitaria contralateral (correspondiente al electrodo Fp2 en el sistema internacional EEG 10/20). Asegúrese de que el cable esté orientado hacia la parte posterior del participante.
5. Cubra la cabeza dos veces con un vendaje elástico circularmente en la dirección medio-lateral para estabilizar el electrodo M1, luego use el vendaje restante para cubrir la cabeza circularmente en la dirección anteroposterior para estabilizar ambos electrodos.
6. Use una cinta adhesiva para fijar el extremo del vendaje.
7. Asegure los cables con cinta adhesiva en el cuello o la camisa del participante.
8. Conecte los cables de electrodos al dispositivo NEBS.

5. Interruptor

1. de estimulación en el dispositivo NEBS.
2. Ajuste la configuración del dispositivo NEBS con respecto al tipo de estimulación (tDCS o tRNS), la intensidad (p. ej., 1 mA, 1,5 mA o 2 mA), la duración (p. ej., 10-40 min), el aumento y la disminución (tiempo entre el comienzo de la estimulación y la intensidad máxima, generalmente de 8 a 15 segundos) y factores adicionales relacionados con el tipo de estimulación (p. ej., espectro de frecuencia para tRNS).
   NOTA: Convencionalmente, la estimulación simulada incluye aumentar inmediatamente, seguido de disminuir. En consecuencia, el participante siente la estimulación, pero la duración de la estimulación no es suficiente para ejercer efectos duraderos en la función cerebral. Algunos dispositivos NEBS incluyen un modo de estudio que permite cegar al participante y al investigador ingresando un código de sujeto específico del estudio. El código determina la configuración de estimulación automáticamente. Alternativamente, un segundo experimentador puede establecer la configuración de estimulación en cada sesión y cubrir la pantalla del experimentador que realiza la estimulación.
3. Informe al participante sobre los posibles efectos secundarios asociados con NEBS. Los efectos adversos comunes incluyen picazón / hormigueo o sensación de ardor en la piel debajo de los electrodos, dolor de cabeza y malestar. La sensación de ardor puede ser un signo de mal contacto del electrodo con la piel.
4. Inicie la estimulación.
   NOTA: La duración común de la estimulación dura aproximadamente 10-20 minutos según los informes que investigan los cambios en la excitabilidad cortical (consulte la sección de resultados representativos). Empíricamente, la duración máxima de la estimulación se estableció en 40 min.
5. Verifique la continuidad de la estimulación durante el aumento y la estimulación. Si la impedancia es demasiado alta o los electrodos están en mal contacto con la piel, la estimulación puede terminar automáticamente.
   NOTA: En caso de que la impedancia sea demasiado alta o el participante informe un aumento de la incomodidad durante la estimulación, intente disminuir la impedancia, por ejemplo, fijando mejor los electrodos en los sitios de estimulación o agregando un medio conductor. La solución de NaCl se puede agregar usando una jeringa directamente en las esponjas después de su colocación en la cabeza.
   NOTA: Algunos dispositivos informan la impedancia durante toda la estimulación por razones de seguridad. El dispositivo NEBS puede apagarse si la impedancia alcanza un umbral específico (por ejemplo, 55 kOhms).

Resultados

Figura 1. Montajes de electrodos y dirección de corriente para distintas estrategias NEBS. (A) Para la estimulación de corriente continua transcraneal anódica unilateral (tDCS), el ánodo se centra sobre la corteza motora primaria de inter...

Materiales