Article de méthode

Effets de la Stimulation transcrânienne courant alternatif sur le Cortex moteur primaire par en ligne approche combinée avec la Stimulation magnétique transcrânienne

DOI :

10.3791/55839

⸱

23 septembre 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

Dans cet article

Résumé

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La Stimulation transcrânienne courant alternatif (TAC) permet la modulation de l’excitabilité corticale dans un mode de fréquence spécifique. Nous montrons ici une approche unique qui combine TAC en ligne avec la seule impulsion de Stimulation magnétique transcrânienne (TMS) afin de « sonder » excitabilité corticale au moyen du moteur des potentiels évoqués.

Résumé

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La Stimulation transcrânienne courant alternatif (TAC) est une technique de neuromodulatrices capable d’agir par l’intermédiaire de signaux électriques sinusoïdales dans une fréquence spécifique et à son tour modulent l’activité corticale oscillatoire en cours. Cette neurotool permet la mise en place d’un lien de causalité entre l’activité oscillatoire endogène et de comportement. La plupart des études TAC ont montré des effets en ligne des TAC. Cependant, on connaît les mécanismes d’action sous-jacente de cette technique en raison des artefacts sur les signaux de l’électroencéphalographie (EEG) induite par l’AC. Nous montrons ici une approche unique pour étudier les effets physiologiques en ligne de fréquence spécifique des TAC du cortex moteur primaire (M1) en utilisant la seule impulsion de Stimulation magnétique transcrânienne (TMS) pour détecter les modifications de l’excitabilité corticale. Dans notre configuration, la bobine TMS est placée sur l’électrode de TAC en moteur potentiels évoqués (les députés) sont recueillis pour tester les effets de la M1-TAC en cours. Jusqu’ici, cette approche a principalement été utilisée pour étudier des systèmes visuels et moteurs. Toutefois, la configuration actuelle de TAC-TMS peut ouvrir la voie à de nouvelles études des fonctions cognitives. Par conséquent, nous fournissons un guide étape par étape et vidéo lignes directrices pour la procédure.

Introduction

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La Stimulation transcrânienne électrique (tES) est une technique de neuromodulatrices qui permet la modification des États neurones à travers différentes formes d’ondes en cours1. Parmi les différents types de tES, transcrânienne Stimulation de courant alternatif (TAC) permet la livraison de sinusoïdales potentiels oscillatoires externes dans une gamme de fréquences spécifiques et la modulation de l’activité neurale physiologique sous-jacentes perceptuelle, 2de processus moteurs et cognitifs. À l’aide de TAC, il est possible d’enquêter sur d’éventuels liens de causalité entre l’activité oscillatoire endogène et processus cérébraux.

In vivo, il a été démontré que l’activité neurale de fortification est synchronisé à des fréquences différentes de conduite, suggérant que tir neuronale peut être entraîné par champs électriques appliqués3. Dans des modèles animaux, TAC sinusoïdale faible entraîne la fréquence déchargée du pool neuronale corticale généralisée4. Chez l’homme, TAC combiné avec en ligne l’électroencéphalographie (EEG) permet l’induction de l’effet dit de « Entraînement » sur l’activité oscillatoire endogène en interagissant avec les oscillations de cerveau dans une manière spécifique fréquence5. Cependant, combinant TAC avec des méthodes de neuro-imagerie pour une meilleure compréhension des mécanismes en ligne est toujours sujette à caution en raison des artefacts induite par l’AC6. En outre, il n’est pas possible d’enregistrer directement le signal EEG sur la zone stimulée cible sans utiliser une électrode annulaires qui est une solution douteuse7. Ainsi, il y a un manque d’études systématiques sur ce sujet.

Jusqu'à présent, il n’y a aucune preuve claire sur les effets durables des TAC après l’arrêt de la stimulation. Seules quelques études ont montré des séquelles faibles et incertaine des TAC sur le système moteur8. Preuve de l’EEG est d’ailleurs toujours pas clair sur les séquelles du TAC9. En revanche, la plupart des études de TAC a montré des effets en ligne10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18, qui sont difficiles à mesurer au niveau physiologique, en raison de contraintes techniques. Ainsi, l’objectif global de notre méthode est de fournir une autre approche pour tester les effets en ligne et dépendant de la fréquence des TAC sur le cortex moteur (M1) en livrant la seule impulsion de Stimulation magnétique transcrânienne (TMS). TMS permet aux chercheurs de « sonder » l’état physiologique du cortex moteur humain19. Par ailleurs, en enregistrant les potentiels évoqués-moteur (MEP) sur main controlatérale du sujet, nous puissions enquêter sur les effets de la TAC en cours11. Cette approche nous permet avec précision surveiller les changements excitabilité corticospinaux en mesurant l’amplitude MEP durant une stimulation électrique en ligne envoyée à des fréquences différentes d’une manière sans artefact. En outre, cette approche peut également tester les effets en ligne de toute autre forme d’onde de tES.

Afin de démontrer les effets combinés des TAC-TMS, nous montrerons le protocole en appliquant une stimulation à 20 Hz AC sur le cortex moteur primaire (M1) tout en neuronavigated en ligne seule impulsion TMS est livré entrecoupée par des intervalles aléatoires de 3 à 5 s pour tester M1 excitabilité corticale.

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Protocole

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toutes les procédures ont été approuvées par le Comité d’éthique de recherche locaux de l’école supérieure d’économie (HSE), Moscou, avec le consentement de tous les participants.

Remarque : les Participants ne doivent déclarer aucun antécédent de dispositifs métalliques implantés, de maladies neurologiques ou psychiatriques, de toxicomanie ou d’alcoolisme. TMS est utilisé selon le plus récent de directives sécurité 20. Sujets doivent être pleinement informés de la nature de la recherche et signe un formulaire de consentement éclairé avant de commencer l’expérience. Nous montrons un ensemble des équipements nécessaires à l’exécution du protocole en ligne-combinés TAC-TMS par la stimulation de la M1 dominante ( Figure 1 ; Table des matières).

1. Place électromyographie (EMG) électrodes dans un Montage de ventre-tendon bipolaire

  1. nettoyer la peau en utilisant un gommage nettoyage sous toutes les électrodes pour atteindre l’impédance de la peau faible (inférieure à 10 kOhm).
  2. Placer l’électrode EMG active sur la première dorsal muscle interosseux (IED), électrode de référence sur l’OS 2 cm dans la partie distale et l’électrode de terre plus proximale sur l’ARM.

2. Identifier la cible du protocole de Stimulation

Remarque : ici, nous utilisons le système de navigation de TMS sans cadre pour atteindre un positionnement correct de la bobine TMS.

  1. Placer les capteurs de suivi sur la glabelle entre les sourcils et le nez du participant.
  2. Ouvrir le logiciel de système de navigation. Utiliser des participants individuels ' données structurales de T1 imagerie par résonance magnétique (IRM) et effectuez un enregistrement Co du participant ' s la tête et une tête de MRI 3D via le système de navigation.
  3. Avec précision, placer la bobine sur la main-zone moteur principale, la soi-disant " bouton moteur " région ( Figure 2).
  4. Commencer à appliquer une impulsion unique TMS et tester les députés ; TMS est livré par un stimulateur (voir Table des matières) relié à une bobine standard de 75 mm de-huit. Pour localiser la " hotspot " de la M1 gauche, tenez la bobine tangentielle sur le cuir chevelu, avec la poignée pointant vers l’arrière et latéralement, incliné à 45° de l’axe sagittal de la ligne médiane du participant ' tête de s.
  5. Une fois trouvé le point d’accès (c.-à-d. le point de cuir chevelu élicitrices députés au seuil de la controlatérale examiné les muscles de la main), marquer avec un crayon pour faciliter l’application de l’électrode de cible de TAC.

3. TAC préparation des électrodes

  1. Connect 2 électrodes de surface éponge imbibée d’une solution saline (taille : 5 cm x 7 cm) à l’appareil de stimulation, qui peuvent générer le courant alternatif (par exemple, Brainstim).
  2. Afin de réduire la sensation de la peau, constamment saturer les électrodes avec une solution saline pour garder les impédances au-dessous de 10 kOhm tout au long de la séance de stimulation tout.

4. TAC protocole Set Up

  1. pour configurer le protocole TAC à l’aide de l’appareil stimulateur, tout d’abord vérifier l’état de la batterie.
  2. En utilisant le logiciel, ouvrez une nouvelle session et gérer un nouveau protocole de stimulation.
    1. Nom du protocole (par exemple, " Beta ").
    2. Définit la fréquence de la stimulation (par exemple, 20Hz).
    3. Choisir la forme d’onde (par exemple, sinusoïdale).
    4. Régler la durée totale du protocole de stimulation (par exemple, 600 s).
    5. Enfin, régler l’intensité de la stimulation (par exemple, 1 mA), régler l’écart, se décolorent, fondu et de phase à " 0 ".
      Remarque : un petit délais par fade in et out la stimulation (environ 30 s) peuvent être suggérées, afin d’éviter des effets neurosensoriels indésirables ou mal à l’aise pour le sujet.
    6. Activer le périphérique ' s " Bluetooth " fonctionner et télécharger le protocole du logiciel au stimulateur.

5. TAC électrodes Montage

  1. lieu le " cible " électrodes sur le cuir chevelu correspondant au point marqué. Place du " Référence " électrode par-dessus l’épaule homolatérale à l’aide de ruban adhésif spécifique, dans un " montage monopolaire " 21.
  2. Ajuster soigneusement la première sangle élastique sur la tête en ce qui concerne la position de tête-capteurs de neuro-navigation. Puis, en utilisant la deuxième courroie, fixer la position d’électrode de cible.
  3. Une fois que le TAC électrodes sont placées sur le cuir chevelu et sur l’épaule homolatérale, connectez-les au stimulateur.
  4. Avant le début de la séance de stimulation, assurent par une inspection visuelle que la position de l’électrode de cible est centrée sur le hotspot marqué.

6. Identifier le seuil moteur au repos (RMT)

  1. lieu le TMS de bobine sur l’électrode de TAC de cible et ajuster soigneusement la position de la bobine sur le hotspot ( Figure 3) en utilisant le système neuro-navigation.
  2. Mesure la RMT en conséquence à la configuration de combinés TAC-TMS (c.-à-d., TMS bobine sur l’électrode). Plus précisément, régler l’intensité TMS en ce qui concerne l’épaisseur de l’électrode de TAC afin de vérifier un RMT fiable.
    1. Mesurer la RMT séparément, il se définit comme l’intensité minimale requise pour induire un député dans le muscle de l’IDE avec une amplitude de 50 mV (crête à crête) dans 5 des 10 essais 22.
  3. La valeur de l’intensité de la stimulation de TMS à 110 % de la RMT afin de démarrer la session expérimentale.

7. procédure expérimentale

  1. Ouvrez le logiciel EMG et commencer l’enregistrement de l’EMG.
  2. Commencer la stimulation TAC.
  3. Pendant la stimulation, fournir des impulsions unique TMS entrecoupées par des intervalles aléatoires de 3 à 5 secondes.
  4. Veiller à ce que chaque session de la stimulation (par exemple, 20Hz TAC stimulation suivie par une fréquence de sham/un autre contrôle) dure pas plus de 90 secondes, avec un intervalle de Inter-session environ 3 minutes, afin d’éviter tout effet de report possible de la précédant la stimulation fréquence/condition 11 , 13.

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Résultats

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La première preuve d’une approche combinée de TAC/TMS a été diffusée par Kanai et coll. en 2010. Dans cette étude, les auteurs TAC sur le cortex visuel primaire (V1) et démontré une modulation de fréquence spécifique de l’excitabilité corticale visuelle mesurée par en ligne induite par le TMS phosphene perception15. Une version plus raffinée du protocole a été adoptée afin d’étudier une modulation physiologique de l’excitabilité du cortex moteur par Feurra...

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Discussion

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Cette approche représente une occasion unique de tester directement en ligne effets des TAC du cortex moteur primaire en mesurant corticospinaux sortie par les députés d’enregistrement. Toutefois, la mise en place de la bobine TMS sur l’électrode de TAC représente une étape essentielle qui doit être effectuée avec précision. Par conséquent, nous suggérons d’abord expérimentateurs trouver un point cible par simple impulsion TMS, puis marquent sur le cuir chevelu et, seulement après cela, placer l’électrode de TAC sur le h...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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Cette étude a été financée par la Fondation de la Science russe accorde (numéro de contrat : 17-11-01273). Merci à Andrey Afanasov et ses collègues du Centre multifonctionnel d’Innovation télévision Technics (Université nationale de la recherche, école supérieure d’économie, Moscou, Russie) pour l’enregistrement vidéo et montage vidéo.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
BrainStim, stimulateur transcrânien haute résolutionE.M.S., Bologne, ItalieEMS-BRAINSTIM
Paire de câbles de 1,5m pour la connexion d’électrodes conductrices en siliconeE.M.S., Bologne, ItalieEMS-CVBS15
Électrodes conductrices réutilisables en silicone 50x50mmE.M.S., Bologne, ItalieFIA-PG970/2
Éponge spontex réutilisable pour électrode 50x100mmE.M.S., Bologne, ItalieFIA-PG916S
Courroies en caoutchouc &ndash ; 75 cmE.M.S., Bologne, ItalieFIA-ER-PG905/8
Bouton en plastique non traumatiqueE.M.S., Bologne, ItalieFIA-PG905/99
BrainstimE.M.S., Bologne, Italie
MagPro X100 MagOption - stimulateur magnétique transcrânienMagVenture, Farum, Danemark9016E0731
Bobine en forme de 8 MC-B65-HO-2MagVenture, Farum, Danemark9016E0462
Chaise avec repose-nuqueMagVenture, Farum, Danemark9016B0081
Localite TMS Navigator - Plate-forme de navigation, édition PremiumLocalite, GmbH, Allemagne21223
Localite TMS Navigator - Logiciel basé sur l’IRM, importation de données pour l’IRM morphologique (DICOM, NifTi)Localite, GmbH, Allemagne10226
MagVenture 24.8 Coil tracker, Geom 1Localite, GmbH, Allemagne5221
Fils d’électrode pour EMG de surface  ; EBNeuro, Italie  ;6515
Électrodes de surface pour EEG/EMG  ; EBNeuro, Italie  ;6515
BrainAmp ExG amplificateur - amplificateur bipolaireBrain Products, GmbH, Allemagne
  ; Enregistreur BrainVision 1.21.0004  ;Brain Products, GmbH, Allemagne
Nuprep Skin Prep Gel  ;Weaver and Company, États-Unis
Seringues
Ruban
NaCl solution
adhésif

Références

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