Stimulation cérébrale électrique non invasive pour moduler l’activité des motoneurones humains

Résumé

Source : Curado, M. et. al., Montages de stimulation cérébrale électrique non invasive pour la modulation de la fonction motrice humaine. J. Vis. Exp. (2016)

Cette vidéo montre la configuration et le mécanisme de la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) pour moduler la fonction motrice humaine. En plaçant l’anode sur le cortex moteur primaire et la cathode sur la zone supraorbitaire controlatérale, la stimulation électrique ciblée augmente l’excitabilité corticale, améliorant l’activité des motoneurones et améliorant les performances motrices.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des participants humains ont été effectuées conformément aux directives institutionnelles, nationales et internationales en matière de bien-être humain et ont été examinées par le comité d’examen institutionnel local.

1. Dépistage de l’innocuité

1. Dépistage chez le participant des contre-indications potentielles à la stimulation cérébrale non invasive, par exemple à l’aide de questionnaires.

2. Localisation du cortex moteur Localisez

1. le cortex moteur de la main du participant par l’une des deux approches distinctes suivantes : en localisant la représentation cérébrale du muscle d’intérêt par potentiel évoqué moteur (MEP) induit par stimulation magnétique transcrânienne (TMS), ou en localisant la position standard du cortex moteur primaire (M1) (C3/C4) sur la base du système international d’électroencéphalogramme (EEG) 10/20 à l’aide d’un ruban à mesurer.
2. Pour l’enregistrement MEP induit par TMS, demandez au participant de retirer tout objet susceptible d’être influencé par le champ magnétique TMS, y compris les cartes de crédit, les téléphones portables et les objets métalliques en général.
3. Demandez au participant de s’asseoir confortablement.
4. Vérifiez les connexions entre l’amplificateur d’électromyographie (EMG) et l’ordinateur utilisé pour la configuration et l’acquisition du signal lors de l’utilisation d’une interface logicielle.
5. Allumez l’amplificateur EMG et connectez les câbles d’électrodes EMG.
6. Nettoyez la peau du participant en frottant doucement avec de la pâte de préparation pour la peau dans les régions de la main où les électrodes seront placées. Enlevez l’excédent à l’aide d’un tampon de gaze propre.
7. Fixez des électrodes de surface EMG dans un montage ventre-tendon sur le muscle de la main d’intérêt (par exemple, M. abductor pollicis brevis de la main droite) et connectez une électrode de terre (par exemple, sur l’avant-bras). Le but de l’étude est de déterminer quel muscle de la main utiliser.
   REMARQUE : Pour les électrodes réutilisables, il est nécessaire d’appliquer une petite quantité de pâte conductrice sur la surface de l’électrode avant de la fixer à la peau du participant.
8. (étape facultative) Démarrez le logiciel d’enregistrement pour l’acquisition MEP si le stockage des données MEP est souhaité.
9. Vérifiez les valeurs d’impédance EMG. Assurez-vous que l’impédance est < 20 kOhm.
10. Allumez le stimulateur magnétique et chargez le condensateur en appuyant sur le bouton « charge » correspondant.
11. Placez une bobine TMS en forme de huit sur le cuir chevelu du participant sur la fissure interhémisphérique et déplacez-la vers la zone du cortex moteur (autour des positions C3/C4 du système international EEG 10/20). Tenez la bobine TMS à un angle de 45 ° à 50 ° par rapport à la fissure interhémisphérique, avec la poignée orientée vers l’arrière, produisant un flux de courant cortical de l’arrière vers l’antérieur.
    REMARQUE : Deux bobines TMS distinctes sont utilisées pour la localisation du cortex moteur : en forme de huit ou en spirales circulaires. Si possible, utilisez une bobine en forme de huit car elle fournit une stimulation cérébrale plus focale et une plus grande fiabilité des mesures de l’excitabilité corticale.
12. Lorsque le stimulateur magnétique est chargé (visible à l’écran), déchargez le stimulateur soit en appuyant sur le bouton de déclenchement, soit en appuyant sur la pédale, soit automatiquement à l’aide d’un logiciel. Celui-ci délivrera ensuite une seule impulsion TMS à travers la bobine TMS connectée placée sur le cuir chevelu du participant. Les paramètres d’impulsion par défaut du TMS (par exemple, temps de montée de 100 μs du courant induit et temps de décroissance de 800 μs pour les stimuli monophasiques ; temps de décroissance plus courts pour les stimuli biphasiques) sont spécifiques à l’appareil (micrologiciel).
13. Commencez par une faible intensité de stimulation (par exemple, réglez l’intensité à 45 % à l’aide du bouton du contrôleur d’intensité de stimulation sur le stimulateur) et surveillez les MEP visibles sur l’amplificateur EMG.
    1. Si aucun MEP n’est visible, augmentez l’intensité de la stimulation par pas de 2 à 5 % jusqu’à ce qu’un MEP soit clairement présent (par exemple, une amplitude de 0,5 à 1 mV). Répétez la stimulation en appuyant sur le bouton de déclenchement ou en activant la pédale si l’administration du pouls n’est pas automatisée. Informez le participant que la stimulation sera légèrement plus forte et que des mouvements des membres, des contractions faciales et des clignements d’yeux sont attendus.
       REMARQUE : Établissez un intervalle minimum de 5 secondes entre les impulsions pour éviter les effets de stimulation à basse fréquence sur l’excitabilité cérébrale.
14. Déplacez la bobine radialement par pas de 1 cm autour du site initialement stimulé pour trouver l’endroit avec la plus grande réponse MEP après l’application d’impulsions TMS uniques. À partir de là, recommencez à déplacer la bobine pour sécuriser le « point chaud » (zone corticale avec amplitude MEP maximale).
    REMARQUE : L’utilisation d’un capuchon de tête (par exemple, utilisé pour les marquages de grille) pour la procédure de localisation n’est pas recommandée car le capuchon doit être retiré pour le placement d’électrodes de stimulation cérébrale électrique non invasive (NEBS), et la position du point chaud peut être perdue.
15. Réduisez l’intensité de la stimulation par pas d’environ 2 % à l’aide du bouton du contrôleur d’intensité de stimulation sur le stimulateur (le MEP doit toujours être présent). Cela évitera les imprécisions dues à la stimulation supramaximale. Reconfirmez le point d’accès en déplaçant la bobine radialement par pas de 1 cm autour du point d’accès et en vérifiant la taille MEP. Le point chaud doit toujours correspondre à l’amplitude MEP la plus grande et la plus constante.
    REMARQUE : Demandez au participant de contracter volontairement le muscle d’intérêt si le point chaud est difficile à trouver (par exemple, aucun MEP n’est présent à des intensités de stimulation élevées). Ce faisant, l’intensité de la stimulation nécessaire pour provoquer la MEP est diminuée et il peut être plus facile d’identifier les sites de stimulation corticale pertinents. Si cette méthode est utilisée, demandez au participant de détendre le muscle après avoir trouvé un site de stimulation pertinent et d’ajuster l’intensité de la stimulation afin que des MEP fiables puissent être trouvés lorsque le muscle est au repos. Poursuivez votre recherche du point d’accès.
16. Marquez la position du point chaud et l’orientation de la bobine avec un marqueur cutané non permanent.
17. Pour la stimulation bilatérale M1, répétez les étapes 2.11 à 2.16 pour le membre controlatéral.

3. Préparation des électrodes NEBS

1. Connectez les câbles aux électrodes en caoutchouc et placez les électrodes à l’intérieur des sacs d’éponge. Assurez-vous que la taille de l’électrode et la taille du sac éponge correspondent. Les matériaux sont disponibles dans le commerce dans des tailles standard (par exemple, 5x5 cm², 5x7 cm²).
2. Trempez les sacs d’éponge des deux côtés avec une solution isotonique de chlorure de sodium (NaCl), mais évitez de les tremper excessivement pour éviter les ponts de sel ou les gouttes sur le volontaire.
   1. Cette étape est facultative : Pour éviter les fuites de solution de NaCl lors de l’utilisation de bandages au lieu d’élastiques, placez les électrodes et les sacs d’éponge à l’intérieur de couvercles d’éponge en caoutchouc non conducteurs.
      REMARQUE : Alternativement, couvrez l’électrode en caoutchouc avec de la pâte conductrice et placez-la directement sur la tête du participant, c’est-à-dire sans utiliser de sacs d’éponge ou de housses d’éponge en caoutchouc.

4. Placement de l’électrode NEBS (Figure 1)

1. Trouvez le(s) marque(s) de la tête indiquant le point chaud cortical moteur et séparez les cheveux autour de la zone.
2. Pour améliorer la conductance, nettoyez la peau avant de placer l’électrode en frottant doucement la zone de la peau autour des marques de la tête avec un écouvillon imbibé d’alcool à 40-50 % ou de pâte de préparation pour la peau. Ne grattez pas la peau ! Retirez l’excédent à l’aide d’un coton-tige et nettoyez à nouveau la zone avec une solution isotonique de NaCl. Séchez la zone par la suite.
   REMARQUE : Assurez-vous que le(s) marquage(s) de la tête restent visibles ; Remarque si nécessaire.
3. Placez une électrode en suivant le marquage de la tête pour la M1 d’intérêt (controlatérale à la main d’intérêt). Mettez l’éponge autant que possible en contact direct avec la peau. Placez le câble de l’électrode vers le dos du participant pour éviter de le perturber lors de la stimulation et/ou de l’exécution de la tâche et pour faciliter la connexion à l’appareil NEBS.
   REMARQUE : Les cheveux sous l’électrode doivent devenir humides. En cas d’humidification excessive des cheveux, utilisez du papier ou des essuie-mains pour absorber l’excédent.
   REMARQUE : Pour la tDCS anodale, l’électrode placée sur le point chaud cortical moteur d’intérêt (augmentation de l’excitabilité souhaitée) correspond à l’anode, généralement reliée au câble rouge. La cathode (généralement reliée à un câble noir ou bleu) est placée sur la zone supraorbitale opposée ou M1 (voir ci-dessous). Conventionnellement, le placement des électrodes est le même pour la stimulation transcrânienne par bruit aléatoire (tRNS), bien que dans le protocole classique, il n’y ait pas de spécificité de polarité due au flux de courant alternatif. Un placement spécifique peut être important si les paramètres de stimulation incluent un décalage de stimulation.
4. Pour une stimulation unilatérale M1, placez la deuxième électrode (pour la tDCS anodale : la cathode) sur la zone supra-orbitaire controlatérale (correspondant à l’électrode Fp2 dans le système international EEG 10/20). Assurez-vous que le câble est orienté vers l’arrière du participant.
5. Couvrez la tête deux fois avec un bandage élastique circulairement dans le sens médio-latéral pour stabiliser l’électrode M1, puis utilisez le bandage restant pour couvrir la tête circulairement dans le sens antéro-postérieur pour stabiliser les deux électrodes.
6. Utilisez un ruban adhésif pour fixer l’extrémité du pansement.
7. Fixez les câbles avec du ruban adhésif sur le cou ou la chemise du participant.
8. Connectez les câbles d’électrode à l’appareil NEBS.

5. Interrupteur de stimulation

1. sur l’appareil NEBS.
2. Ajustez les paramètres de l’appareil NEBS en fonction du type de stimulation (tDCS ou tRNS), de l’intensité (par exemple, 1 mA, 1,5 mA ou 2 mA), de la durée (par exemple, 10 à 40 min), de l’augmentation et de la diminution de la puissance (temps entre le début de la stimulation et l’intensité maximale, généralement de 8 à 15 secondes) et d’autres facteurs liés au type de stimulation (par exemple, le spectre de fréquence pour le tRNS).
   REMARQUE : Traditionnellement, la stimulation simulée comprend une montée en puissance immédiate, suivie d’une réduction progressive. En conséquence, le participant ressent la stimulation, mais la durée de la stimulation n’est pas suffisante pour exercer des effets durables sur la fonction cérébrale. Certains appareils NEBS incluent un mode d’étude qui permet de mettre en aveugle le participant et l’investigateur en saisissant un code de sujet spécifique à l’étude. Le code détermine automatiquement les paramètres de stimulation. Alternativement, un deuxième expérimentateur peut régler les paramètres de stimulation dans chaque session et couvrir l’affichage de l’expérimentateur qui effectue la stimulation.
3. Informez le participant des effets secondaires potentiels associés à la NEBS. Les effets indésirables courants comprennent des démangeaisons/picotements cutanés ou une sensation de brûlure sous les électrodes, des maux de tête et de l’inconfort. La sensation de brûlure peut être le signe d’un mauvais contact des électrodes avec la peau.
4. Démarrez la stimulation.
   REMARQUE : La durée de stimulation courante dure environ 10 à 20 minutes sur la base de rapports examinant les changements de l’excitabilité corticale (voir la section des résultats représentatifs). Empiriquement, la durée maximale de stimulation a été fixée à 40 min.
5. Vérifiez la continuité de la stimulation pendant la montée en puissance et la stimulation. Si l’impédance est trop élevée ou si les électrodes sont en mauvais contact avec la peau, la stimulation peut se terminer automatiquement.
   REMARQUE : Si l’impédance est trop élevée ou si le participant signale une gêne croissante pendant la stimulation, essayez de diminuer l’impédance, par exemple en fixant mieux les électrodes sur les sites de stimulation ou en ajoutant un milieu conducteur. La solution de NaCl peut être ajoutée à l’aide d’une seringue directement dans les éponges après leur mise en place sur la tête.
   REMARQUE : Certains appareils signalent l’impédance tout au long de la stimulation pour des raisons de sécurité. Le dispositif NEBS peut s’éteindre si l’impédance atteint un seuil spécifique (par exemple, 55 kOhms).

Résultats

Figure 1. Montages d’électrodes et direction actuelle pour des stratégies NEBS distinctes. (A) Pour la stimulation transcrânienne anodale unilatérale à courant continu (tDCS), l’anode est centrée sur le cortex moteur primaire d’...

Matériaux