Artículo de método

Efectos de la corriente alterna la estimulación transcraneal en la corteza de Motor primaria por Online enfoque combinado con la estimulación magnética transcraneal

DOI:

10.3791/55839

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23 de septiembre de 2017

 ,  , 
1School of Psychology, Centre for Cognition and Decision Making, National Research University Higher School of Economics, 2Department of Medicine, Surgery and Neuroscience, Unit of Neurology and Clinical Neurophysiology, Brain Investigation & Neuromodulation Lab. (Si-BIN Lab), Azienda Ospedaliera Universitaria of Siena, 3Department of Experimental Psychology, University of Oxford, 4Centre for Cognition and Decision Making, National Research University Higher School of Economics

En este artículo

Resumen

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Estimulación transcraneal de corriente alterna (TAC) permite la modulación de la excitabilidad cortical en forma de frecuencia específicos. A continuación os mostramos un enfoque único que combina TAC en línea con pulso único estímulo magnético de Transcranial (TMS) con el fin de "sondeo" excitabilidad cortical mediante potenciales evocados Motor.

Resumen

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Estimulación transcraneal de corriente alterna (TAC) es una técnica de neuromoduladoras capaces de actuar a través de formas de onda eléctricas sinusoidales de una frecuencia específica y a su vez modulan la actividad oscilatoria cortical permanente. Esta neurotool permite el establecimiento de un vínculo causal entre actividad oscilatoria endógena y el comportamiento. La mayoría de los estudios de TAC ha demostrado efectos en línea de TAC. Sin embargo, poco se sabe sobre los mecanismos subyacentes de la acción de esta técnica debido a los artefactos inducidos por la AC en señales de electroencefalografía (EEG). A continuación os mostramos un enfoque único para investigar en línea efectos fisiológicos de la frecuencia específica de TAC de la corteza motora primaria (M1) mediante el uso de pulso simple estímulo magnético de Transcranial (TMS) para cambios de excitabilidad cortical. En nuestra configuración, la bobina TMS se coloca sobre el electrodo de TAC mientras se recogen los potenciales evocados Motor (MEPs) para probar los efectos de los actual M1-TAC. Hasta ahora, este enfoque se ha utilizado principalmente para el estudio de los sistemas visuales y motor. Sin embargo, la configuración actual de la TAC-TMS puede allanar el camino para futuras investigaciones de funciones cognitivas. Por ello, ofrecemos un manual paso a paso y videos guías para el procedimiento.

Introducción

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Estimulación eléctrica transcraneal (tES) es una técnica de neuromoduladoras que permite la modificación de Estados neuronales a través de diferentes de formas de onda actuales1. Entre los diferentes tipos de tES, transcranial estímulo de corriente alterna (TAC) permite la entrega de sinusoidales externos potenciales oscilatorios en un determinado rango de frecuencias y la modulación de la actividad fisiológica de los nervios subyacente perceptual, procesos motores y cognitivos2. Uso de TAC, es posible investigar posibles relaciones causales entre la actividad oscilatoria endógena y procesos cerebrales.

In vivo, se ha demostrado que clavar actividad neuronal está sincronizado en diferentes frecuencias conducción, sugiriendo que la leña neuronal puede ser arrastrada por campos eléctricamente aplicada3. En modelos animales, débil TAC sinusoidal arrastra la frecuencia de descarga neuronal cortical generalizada de la piscina4. En los seres humanos, TAC combinada con online electroencefalograma (EEG) permite la inducción del llamado efecto de "Arrastre" en la actividad oscilatoria endógeno interactuando con las oscilaciones del cerebro en una manera específica de frecuencia de5. Sin embargo, combinando TAC con métodos de neuroimagen para una mejor comprensión de los mecanismos en línea es aún cuestionable debido a artefactos inducidos por AC6. Además, no es posible grabar directamente la señal de EEG sobre el área estimulada sin utilizar un electrodo de anillo que es una cuestionable solución7. Por lo tanto, es la falta de estudios sistemáticos sobre este tema.

Hasta ahora, no hay ninguna evidencia clara sobre los efectos duraderos de TAC después de la cesación del estímulo. Sólo unos pocos estudios han demostrado efectos débiles y confusas de TAC el sistema de motor8. Por otra parte, evidencia de EEG todavía no está claro acerca de los efectos secundarios del TAC9. Por otro lado, la mayoría estudios de TAC demostraron efectos en línea prominente10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18, que son difíciles de medir a un nivel fisiológico debido a limitaciones técnicas. Así, el objetivo general de nuestro método es proporcionar una alternativa para probar efectos online y dependiente de la frecuencia de la TAC en la corteza de motor (M1) mediante la entrega de pulso simple estímulo magnético de Transcranial (TMS). TMS permite a los investigadores para "sondear" el estado fisiológico de la corteza motora humana19. Por otra parte, mediante el registro de potenciales evocados motores (MEP) en la mano contralateral del sujeto, podemos investigar los efectos de los TAC permanente11. Este enfoque nos permite exactamente monitor de cambios en la excitabilidad corticoespinal midiendo amplitud MEP durante la estimulación eléctrica en línea en diferentes frecuencias en una manera libre de artefactos. Además, este enfoque también puede probar en línea efectos de cualquier otra forma de onda de tES.

Para demostrar los efectos combinados de TAC-TMS, mostramos el protocolo mediante la aplicación alterna de 20 Hz de estimulación en la corteza motora primaria (M1) mientras neuronavigated en línea solo pulso TMS se entrega entremezclado por intervalos al azar de 3 a 5 s para probar M1 excitabilidad cortical.

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Protocolo

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todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité de ética de investigación local de la escuela superior de economía (HSE), Moscú, con el consentimiento de todos los participantes.

Nota: los participantes no deben reportar ninguna historia de dispositivos metálicos implantados, enfermedad neurológica o psiquiátrica, abuso de drogas o alcoholismo. TMS se utiliza según el más reciente de directrices de seguridad 20. Temas deben estar plenamente informados de la naturaleza de la investigación y muestra un formulario de consentimiento informado antes de comenzar el experimento. Mostramos un conjunto de equipos necesarios para ejecutar el protocolo TAC-TMS en línea combinado por el estímulo de la M1 dominante ( figura 1; Tabla de materiales).

1. electrodos de lugar la electromiografía (EMG) en un montaje Bipolar de vientre-tendón

  1. limpiar la piel con un exfoliante de limpieza bajo los electrodos para lograr la impedancia de la piel baja (por debajo de 10 kOhm).
  2. Coloque el electrodo de referencia electrodo de EMG activo en el músculo interosseous dorsal primera de la (IED) sobre el hueso 2 cm distal y el electrodo de tierra más proximalmente en el brazo

2. Identificando el objetivo para el protocolo de estimulación

Nota: aquí, utilizamos el sistema de navegación sin marco de TMS para lograr un posicionamiento adecuado de la bobina TMS.

  1. Coloque los sensores de seguimiento sobre la glabela entre las cejas y por encima de la nariz de la participante.
  2. Abra el software de sistema de navegación. Utilizar los participantes individuales ' datos estructurales de T1 la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI) y realizar un co-registro del participante ' s y un cabezal de MRI 3D mediante el sistema de navegación.
  3. Con precisión, coloque la bobina en el mano-área motora primario, el así llamado " perilla motor " región ( figura 2).
  4. Empezar a aplicar solo pulso TMS y prueba los diputados; TMS es entregada por un estimulador (véase Tabla de materiales) conectado a una bobina de 75 mm estándar de figura de ocho. Para localizar el " punto " de la M1 izquierda, sostenga la bobina tangencial en el cuero cabelludo, con el mango apuntando hacia atrás y lateralmente, en ángulo a 45° del eje de la línea media sagital del participante ' cabeza.
  5. Una vez que se encuentra el punto de acceso (es decir, el punto del cuero cabelludo descubrimiento los eurodiputados en el umbral de la contralateral examinaron los músculos de la mano), marcarlo con un lápiz para facilitar la aplicación del electrodo blanco TAC.

3. TAC preparación de electrodos

  1. Connect 2 electrodos de superficie de esponja empapada en solución salina (tamaño: 5 cm x 7 cm) para el dispositivo de estimulación, que puede generar corriente eléctrica (por ejemplo, Brainstim).
  2. Con el fin de minimizar la sensación de la piel, constantemente saturan los electrodos con una solución salina para mantener impedancias por debajo de 10 kOhm a lo largo de la sesión de estimulación todo.

4. TAC protocolo Set Up

  1. para configurar el protocolo de TAC utilizando el dispositivo estimulador, primero Compruebe el estado de la batería.
  2. Uso del software, abrir una nueva sesión y administrar un nuevo protocolo de estimulación.
    1. Nombre del Protocolo (por ejemplo, " Beta ").
    2. Ajustar la frecuencia del estímulo (por ejemplo, 20 Hz).
    3. Elija la forma de onda (por ejemplo sinusoidal).
    4. Fijar la duración total del Protocolo de estimulación (por ejemplo, 600 s).
    5. Finalmente, ajustar la intensidad del estímulo (por ejemplo, 1 mA), set offset, fundidos, se descoloran hacia fuera y fase en " 0 ".
      Nota: un poco de tiempo a desvanecerse y la estimulación (alrededor de 30 s) puede ser sugerida, para evitar efectos neurosensoriales adversos o incómodos para el tema.
    6. Activar el dispositivo de ' s " Bluetooth " funcionar y cargar el protocolo desde el software para el estimulador.

5. TAC montaje de electrodos

  1. lugar el " destino " electrodo sobre el cuero cabelludo correspondiente al punto marcado. Lugar la " referencia " electrodo sobre el hombro ipsilateral utilizando cinta adhesiva específica, en un " montaje monopolar " 21.
  2. Ajuste cuidadosamente la primera correa elástica en la cabeza con respecto a la posición de la cabeza-sensores de neuro-navegación. Entonces, usando la segunda correa, fijar la posición de electrodo blanco.
  3. Una vez TAC los electrodos se colocan en el cuero cabelludo y en el hombro ipsilateral, unirlos con el estimulador.
  4. Antes del inicio de la sesión de estimulación, asegurar mediante inspección visual que posición del electrodo objetivo está centrado sobre el punto de acceso marcado.

6. Identificar el umbral Motor de reclinación (RMT)

  1. lugar del TMS de la bobina sobre el electrodo de TAC blanco y ajuste cuidadosamente la posición de la bobina sobre el hotspot ( figura 3) mediante el sistema de neuro-navegación.
  2. Medir la RMT en consecuencia a la configuración combinada de TAC-TMS (es decir, bobina de TMS sobre el electrodo). En concreto, ajustar la intensidad de la TMS en relación con el grosor del electrodo TAC para verificar un RMT confiable.
    1. Medir individualmente la RMT, se define como la intensidad mínima requerida para inducir un MEP en el músculo de la IED con una amplitud de 50 mV (pico a pico) en 5 de cada 10 ensayos 22.
  3. Ajustar la intensidad del estímulo de TMS en el 110% de la RMT para iniciar la sesión experimental.

7. procedimiento experimental

  1. Abra el software de EMG y empezar la grabación de la EMG.
  2. Comenzar la estimulación TAC.
  3. Durante la estimulación, entregar pulsos solo TMS entremezclados por intervalos al azar de 3 a 5 segundos.
  4. Asegurarse de que cada sesión de estimulación (p. ej., estimulación de 20 Hz del TAC seguida por la frecuencia de control tratamiento simulado y otro) dura no más de 90 segundos con un intervalo inter-sesión alrededor de 3 minutos, para evitar los efectos de la posible prórroga de la anterior estimulación frecuencia/condición 11 , 13.

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Resultados

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La primera evidencia de un enfoque combinado de TAC/TMS fue demostrada por Kanai et al. , 2010. En ese estudio, los autores aplican la TAC sobre la corteza visual primaria (V1) y demostraron una modulación de frecuencia-específicas de la excitabilidad cortical visual medida por fosfeno TMS-inducida en línea percepción15. Una versión más refinada del protocolo fue adoptada para investigar una modulación fisiológica de la excitabilidad de la corteza motora p...

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Discusión

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Este enfoque representa una oportunidad única para probar directamente en línea efectos de TAC de la corteza primaria del motor mediante la medición de salida corticoespinal a través de los diputados la grabación. Sin embargo, la colocación de la bobina TMS sobre el electrodo de la TAC representa un paso fundamental que debe realizarse con precisión. Por lo tanto, en primer lugar sugerimos experimentadores buscar un punto de destino de pulso simple TMS, luego marcan sobre el cuero cabelludo y, solamente después de eso, c...

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Este estudio fue apoyado por la Fundación rusa de la ciencia concesión (contrato número: 17-11-01273). Agradecimiento especial a Andrey Afanasov y colegas del centro multifuncional de la innovación técnica de televisión (Universidad Nacional de la investigación, escuela superior de economía, Moscú, Federación de Rusia) para grabación de vídeo y edición de vídeo.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
BrainStim, estimulador transcraneal de alta resoluciónE.M.S., Bolonia, ItaliaEMS-BRAINSTIM
Par de cables de 1,5 m para la conexión de electrodos conductores de siliconaE.M.S., Bolonia, ItaliaEMS-CVBS15
Electrodos de silicona conductora reutilizables 50x50mmE.M.S., Bolonia, ItaliaFIA-PG970/2
Esponja spontex reutilizable para electrodo 50x100mmE.M.S., Bolonia, ItaliaFIA-PG916S
Cinturones de goma – 75 cmE.M.S., Bolonia, ItaliaFIA-ER-PG905/8
Botón de plástico no traumáticoE.M.S., Bolonia, ItaliaFIA-PG905/99
BrainstimE.M.S., Bolonia, Italia
MagPro X100 MagOption - estimulador magnético transcranealMagVenture, Farum, Dinamarca9016E0731
Bobina de 8 formas MC-B65-HO-2MagVenture, Farum, Dinamarca9016E0462
Silla con reposacabezasMagVenture, Farum, Dinamarca9016B0081
Localite TMS Navigator - Plataforma de navegación, edición PremiumLocalite, GmbH, Alemania21223
Localite TMS Navigator - Software basado en RM, importación de datos para RM morfológica (DICOM, NifTi)Localite, GmbH, Alemania10226
MagVenture 24.8 Coil tracker, Geom 1Localite, GmbH, Alemania5221
Alambres de electrodos para EMG de superficie  EBNeuro, Italia  6515
Electrodos de superficie para EEG/EMG  EBNeuro, Italia  6515
Amplificador BrainAmp ExG - amplificador bipolar Brain Products, GmbH, Alemania
  Grabadora BrainVision 1.21.0004 Brain Products, GmbH, Alemania
Nuprep Skin Prep Gel Weaver and Company, EE. UU.
Jeringas
Cinta
solución
adhesiva de NaCl

Referencias

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Motor Evoked PotentialsCortical ExcitabilityFrequency Specific EffectsTACS TMS ProtocolElectroencephalography ArtifactsSinusoidal Waveform Stimulation

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