Medición y manipulación de vías neuronales funcionalmente específicas en el sistema motor humano con estimulación magnética transcraneal

Esta técnica proporciona una visión de cómo los circuitos cerebrales van mal, en trastornos psiquiátricos y neurológicos. Y cómo podemos manipular la actividad cerebral para reparar estos circuitos disfuncionales para mejorar el comportamiento. Mediante la activación e inhibición directa de la excitabilidad cerebral y los circuitos, esta técnica permite el cambio de enfoque neurocientífico de la observación a la causalidad, y proporciona una comprensión más profunda del cerebro y el comportamiento.

La estimulación cerebral no invasiva se puede utilizar para evaluar y tratar muchos trastornos neurológicos y puede ayudar a mejorar los diagnósticos y terapias, basados en modelos más sofisticados de conexiones de comportamiento cerebral. Este método no sólo puede contrarrestar los patrones de conectividad alterados en el sistema motor, sino también en las redes cognitivas asociadas con el envejecimiento fisiológico, trastornos psiquiátricos y neurológicos. Después de examinar a los participantes para la mano derecha y cualquier contraindicación a TMS y RMN, informe a cada participante sobre los objetivos del estudio, procedimientos y riesgos aprobados por la junta de revisión institucional local y obtenga el consentimiento por escrito.

Para la colocación de los electrodos EMG, haga que el participante se siente cómodamente en la silla experimental, con ambos brazos apoyados en una posición relajada y proporcionar un reposa barbilla para mantener el movimiento de la cabeza al mínimo durante la estimulación. Usa un abrasivo suave para limpiar la piel sobre el músculo de interés. Usando una disposición de electrodo de tendón del vientre, coloque un electrodo de cloruro de plata desechable en el músculo del vientre, y otro en un punto de referencia óseo cercano como un sitio de referencia en ambas manos del participante.

A continuación, conecte un electrodo de tierra al proceso estiloide de los propietarios, luego compruebe entre cada electrodo en la piel para confirmar un contacto completo. Colocar cinta sobre la superficie del electrodo para mejorar el contacto de la superficie de la piel según sea necesario. Antes de la sesión TMS, cargue la resonancia magnética estructural de los participantes a un sistema de neuronavegación.

Dentro de la exploración, coloque un marcador de trayectoria en la perilla de la mano del punto de referencia anatómico que corresponde a M-one. En el giro precentral izquierdo 45 grados de la línea sagital media, y aproximadamente perpendicular al sulcus central. Registre y nombre el punto de referencia anatómico, con el sistema de neuronavegación, y coloque un marcador de segunda trayectoria sobre el área no motora de interés.

A continuación, registre y nombre la segunda ubicación con el sistema de neuronavegación. Primero, calibra cada bobina TMS con el bloque de calibración, y coloca el rastreador de cabeza firmemente en la cabeza del participante para que el rastreador esté a la vista durante toda la duración del experimento. Co-registrar los puntos de referencia anatómicos en la cabeza de los participantes, al sistema de neuro-navegación.

Para localizar y umbral con la bobina dos, primero coloque el centro de la bobina sobre la ubicación M-uno objetivo, para inducir una dirección de corriente posterior-anterior en el cerebro. Para encontrar la ubicación óptima para la activación del músculo objetivo, entregue pulsos a M-one al 30% de la salida máxima del estimulador de las máquinas, y observe si la estimulación entregada produce una contracción muscular. Determinar la amplitud del potencial evocado por motor registrado con los electrodos EMG a partir de la actividad muscular mostrada por el sistema de adquisición de datos.

Si no se observa un potencial evocado por motor o una contracción muscular visible, continúe aumentando la producción del estimulador en incrementos de 5%. Cuando se observa una respuesta, reduzca la intensidad de manera escalonada a la intensidad más baja, que produce al menos cinco de cada 10 respuestas potenciales evocadas por motor con una amplitud de al menos 50 micro voltios, mientras que el participante está al día para determinar el umbral motor en reposo. Para localizar y umbral con la bobina M-one, utilice la bobina M-one para determinar la ubicación óptima de la estimulación.

Determinar la menor intensidad del estimulador necesario para generar potenciales evolucionados motores de al menos un milivoltios, en cinco de 10 ensayos en el músculo de la mano objetivo, cuando el músculo está completamente relajado. A continuación, marque y registre la posición de la bobina M-one, dentro del sistema de neuronavegación. Para TMS de doble sitio cuando el participante está en el estado de reposo, conecte la figura bobinas de ocho formas a dos estimuladores TMS individuales.

Entregue los estímulos de prueba sobre M-one con la bobina M-one, y entregue los estímulos de acondicionamiento a la otra área de interés con la bobina dos. Determinar el porcentaje de la intensidad de salida del estimulador máximo para el estímulo de acondicionamiento para la bobina dos como se ha demostrado. Para el estímulo de prueba, utilice la intensidad previamente determinada que provoca amplitudes potenciales evocadas por el motor de aproximadamente un milivoltios en el músculo de la mano en reposo objetivo, y establezca el intervalo de interestimulo preciso entre los estímulos de acondicionamiento y prueba.

Coloque la bobina M-one sobre la M-uno izquierda y coloque la bobina dos sobre la otra área de interés. Entregue los estímulos de prueba solo con la bobina M-one. Para los ensayos de pulso emparejados, entregue los estímulos de acondicionamiento con la bobina dos seguidos de los estímulos de prueba a la bobina M-one en el intervalo de interestimulo predeterminado, utilizando un barrido de adquisición de datos de cuatro segundos para cada ensayo, seguido de un segundo intervalo entre pruebas.

Para entregar el programa a los pulsos TMS, utilice el botón del activador en la máquina TMS para el software de control suministrado, o utilice el script de codificación hecho a medida del regulador externo. Utilizando el método descrito anteriormente, examine las interacciones funcionales entre diferentes áreas corticales interconectadas con M-one, pero durante la fase preparatoria de una tarea que involucra a la red. Para entregar pares repetidos de pulsos monofásicos a dos áreas corticales diferentes durante períodos cortos utilizando un script de codificación hecho a medida, genere 100 pares de estímulos a 0,2 hercios durante 8,3 minutos por estímulo.

Para la condición experimental de cPAS a M-one, entregue el primer pulso de cada par de estímulos sobre el área no motora con la bobina dos, antes de entregar el segundo pulso sobre M-uno con la bobina M-one, con un intervalo de interestimulo de cinco milisegundos. La intensidad del pulso para ambas bobinas, debe determinarse previamente durante el umbral y la localización. Después de obtener las mediciones corticospinales basales con la bobina M-one, obtener mediciones corticospinales con la bobina M-one en diferentes momentos después de cPAS, para examinar el curso de tiempo del efecto inducido por TMS sobre la excitabilidad cerebral.

Aquí el tamaño de una respuesta potencial provocada por motor representativo provocó en el primer músculo interososo dorsal por TMS para una prueba no condicionada, o estímulo condicionado de la corteza parietal posterior, mientras el participante estaba en reposo, o la planificación de un objetivo dirigido acción de agarre a un objeto como se muestra. En reposo, la corteza parietal posterior ejerce una influencia inhibitoria sobre el M-one ipsilateral, como lo demuestra la disminución de las amplitudes del MEP, potenciada por un estímulo de acondicionamiento de sub-umbral entregado sobre PPC, cinco milisegundos antes de un estímulo de prueba de super umbral sobre M-one. Durante la preparación de una acción de agarre, esta unidad de inhibidor de la red en reposo de la corteza parietal posterior, cambiar a la facilitación.

La normalización de las amplitudes potenciales evocadas por el motor a los ensayos de ensayo solos para cada condición, y el trazado como una relación para la amplitud potencial evocada por motor revelan que la interacción posterior de la corteza parietal M-uno se facilitó del reposo, al planificar un objetivo dirigido agarre. En estos análisis, se pueden observar los cambios en las amplitudes potenciales evocadas por motor durante la administración del protocolo cPAS. Las amplitudes potenciales evocadas a motor inducidas por la estimulación emparejada de la corteza parietal posterior y la M-uno, aumentaron gradualmente con el tiempo durante el protocolo de estimulación, sugiriendo efectos plásticos a nivel de la conexión parietal-motor, neuronas corticospinales M-one o ambas.

El tamaño de las amplitudes potenciales evocadas por el motor aumentó 10 minutos después del protocolo cPAS, lo que sugiere que la excitabilidad motora después de los efectos se indujo después de la administración de los pares repetidos de estímulos corticales sobre la corteza parietal posterior y el M-uno. Este protocolo se puede aplicar a otras regiones del cerebro o utilizarse junto con imágenes cerebrales para estudiar la conectividad cortical y su efecto sobre la cognición, la percepción sensorial y el estado de ánimo. La estandarización de estos protocolos de doble visión, permitirá mejoras en el diseño experimental y la optimización de terapias dirigidas.

Reducción de la morbilidad y deficiencias en trastornos neurológicos y psiquiátricos.