גירוי מוחי חשמלי לא פולשני לוויסות פעילות הנוירונים המוטוריים האנושיים

תקציר

מקור: Curado, M. et al., מונטאז'ים לא פולשניים של גירוי מוחי חשמלי לאפנון תפקוד מוטורי אנושי. J. Vis. Exp. (2016)

סרטון זה מדגים את ההגדרה והמנגנון של גירוי זרם ישר טרנס-גולגולתי (tDCS) לווסת את התפקוד המוטורי האנושי. על ידי הצבת האנודה מעל קליפת המוח המוטורית הראשונית והקתודה מעל האזור העל-אורביטלי הנגדי, הגירוי החשמלי הממוקד מגביר את הריגוש בקליפת המוח, משפר את פעילות הנוירונים המוטוריים ומשפר את הביצועים המוטוריים.

פרוטוקול

כל ההליכים הכוללים משתתפים אנושיים בוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות, הלאומיות והבינלאומיות לרווחת האדם ונבדקו על ידי מועצת הביקורת המוסדית המקומית.

1. סינון בטיחות

1. סנן את המשתתף לאיתור התוויות נגד פוטנציאליות לגירוי מוחי לא פולשני, למשל, באמצעות שאלונים.

2. לוקליזציה של קליפת המוח המוטורית המוטורית

1. של המשתתף באחת משתי גישות נפרדות: על ידי איתור הייצוג המוחי של השריר המעניין על ידי גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) פוטנציאל מעורר מוטורי (MEP), או על ידי איתור המיקום הסטנדרטי של קליפת המוח המוטורית הראשונית (M1) (C3/C4) על סמך המערכת הבינלאומית אלקטרואנצפלוגרמה (EEG) 10/20 עם סרט מדידה.
2. עבור הקלטת MEP המושרה על ידי TMS, בקשו מהמשתתף להסיר כל חפץ שעלול להיות מושפע מהשדה המגנטי TMS, כולל כרטיסי אשראי, טלפונים ניידים וחפצי מתכת באופן כללי.
3. בקשו מהמשתתף לשבת בנוחות.
4. ודא את החיבורים בין האלקטרומיוגרפיה (EMG) ampחיים יותר למחשב המשמש לתצורת האות ורכישתו בעת שימוש בממשק תוכנה.
5. הפעל את ה-EMG ampחיים יותר וחבר את כבלי האלקטרודות של EMG.
6. נקו את עור המשתתף על ידי שפשוף עדין עם משחת הכנת עור באזורי היד שבהם יוצבו האלקטרודות. הסר עודפים בעזרת כרית גזה נקייה.
7. חבר אלקטרודות משטח EMG במונטאז' בטן-גיד על שריר היד המעניין (למשל, M. abductor pollicis brevis של יד ימין) וחבר אלקטרודה קרקעית (למשל, על האמה). מטרת המחקר היא לקבוע באיזה שריר יד להשתמש.
   הערה: עבור אלקטרודות רב פעמיות יש צורך למרוח כמות קטנה של משחה מוליכה על משטח האלקטרודה לפני הצמדתה לעור המשתתף.
8. (שלב אופציונלי) הפעל את תוכנת ההקלטה לרכישת MEP אם רוצים אחסון נתוני MEP.
9. בדוק את ערכי העכבה של EMG. ודא שהעכבה היא < 20 קילו-אוהם.
10. הפעל את הממריץ המגנטי וטען את הקבל על ידי לחיצה על כפתור "הטעינה" המתאים.
11. הניחו סליל TMS בצורת שמונה על הקרקפת של המשתתף על הסדק הבין-המיספרי והעבירו אותו לאזור קליפת המוח המוטורית (סביב מיקומים C3/C4 של המערכת הבינלאומית EEG 10/20). החזק את סליל ה- TMS בזווית של 45 ° -50 ° המתייחסת לסדק הבין-המיספרי, כאשר הידית מכוונת לאחור, ומייצרת זרימת זרם קליפת המוח מאחור לקדמית.
    הערה: שני סלילי TMS נפרדים משמשים ללוקליזציה של קליפת המוח המוטורית: דמות שמונה או סלילים עגולים. במידת האפשר, השתמש בסליל בצורת שמונה מכיוון שהוא מספק גירוי מוחי מוקדי יותר ואמינות רבה יותר של מדידות של ריגוש קליפת המוח.
12. כאשר הסטימולטור המגנטי נטען (גלוי בתצוגה), שחרר את הסטימולטור על ידי לחיצה על כפתור ההדק או על ידי דריכה על מתג כף הרגל או באופן אוטומטי על ידי תוכנה. לאחר מכן זה יעביר פולס TMS יחיד דרך סליל ה-TMS המחובר הממוקם על הקרקפת של המשתתף. הגדרות ברירת המחדל של דופק TMS (למשל, זמן עלייה של 100 מיקרומטר של הזרם המושרה וזמן דעיכה של 800 מיקרון עבור גירויים מונופאזיים; זמני דעיכה קצרים יותר עבור גירויים דו-פאזיים) הן ספציפיות למכשיר (קושחה).
13. התחל עם עוצמת גירוי נמוכה (למשל, הגדר את העוצמה ל-45% פלט באמצעות כפתור בקר עוצמת הגירוי בסטימולטור) וצפה ב-MEPs הנראים במגבר EMG.
    1. אם לא נראה MEP, הגדל את עוצמת הגירוי ב-2-5% צעדים עד ש-MEP נוכח בבירור (למשל, משרעת של 0.5-1 mV). חזור על הגירוי על ידי לחיצה על כפתור ההדק או הפעלת מתג כף הרגל אם אספקת הדופק אינה אוטומטית. הודע למשתתף שהגירוי יהיה מעט חזק יותר וכי צפויות תנועות גפיים, עוויתות בפנים ומצמוץ עיניים.
       הערה: קבע מרווח מינימלי של 5 שניות בין פולסים כדי למנוע השפעות גירוי בתדר נמוך על ריגוש המוח.
14. הזז את הסליל באופן רדיאלי בצעדים של 1 ס"מ סביב האתר המגורה בתחילה כדי למצוא את הנקודה עם תגובת ה-MEP הגדולה ביותר לאחר יישום פולסים בודדים של TMS. משם, התחל שוב להזיז את הסליל כדי לאבטח את "הנקודה החמה" (אזור קליפת המוח עם משרעת MEP מקסימלית).
    הערה: השימוש במכסה ראש (למשל, המשמש לסימוני רשת) להליך הלוקליזציה אינו מומלץ מכיוון שיש להסיר את המכסה לצורך מיקום אלקטרודות גירוי מוחי חשמלי לא פולשני (NEBS), ומיקום הנקודה החמה עלול ללכת לאיבוד.
15. הפחיתו את עוצמת הגירוי בכ-2% צעדים באמצעות כפתור בקר עוצמת הגירוי בסטימולטור (MEP עדיין חייב להיות נוכח). זה ימנע אי דיוק עקב גירוי על-מקסימלי. אשר מחדש את הנקודה החמה על ידי הזזת הסליל באופן רדיאלי בצעדים של 1 ס"מ סביב הנקודה החמה ובדיקת גודל MEP. הנקודה החמה עדיין צריכה להתאים למשרעת ה-MEP הגדולה והעקבית ביותר.
    הערה: בקש מהמשתתף לכווץ מרצונו את שריר העניין אם קשה למצוא את הנקודה החמה (למשל, אין MEP בעוצמות גירוי גבוהות). על ידי כך, עוצמת הגירוי הדרושה לעורר MEP פוחתת וייתכן שיהיה קל יותר לזהות אתרי גירוי רלוונטיים בקליפת המוח. אם משתמשים בשיטה זו, בקשו מהמשתתף להרפות את השריר לאחר מציאת אתר גירוי רלוונטי ולהתאים את עוצמת הגירוי כך שניתן יהיה למצוא MEPs אמינים כאשר השריר במנוחה. המשך למצוא את הנקודה החמה.
16. סמן את מיקום הנקודה החמה ואת כיוון הסליל עם סמן עור לא קבוע.
17. לגירוי M1 דו-צדדי, חזור על שלבים 2.11 עד 2.16 עבור הגפה הנגדית.

3. הכנת אלקטרודות NEBS

1. חבר כבלים לאלקטרודות גומי והנח את האלקטרודות בתוך שקיות הספוג. ודא שגודל האלקטרודה וגודל שקית הספוג תואמים. החומרים זמינים מסחרית בגדלים סטנדרטיים (למשל, 5x5 ס"מ², 5x7 ס"מ²).
2. השרו שקיות ספוג משני הצדדים בתמיסת נתרן כלורי איזוטונית (NaCl), אך הימנעו מהשרייה מוגזמת כדי למנוע גשרי מלח או טפטוף על המתנדב.
   1. שלב זה הוא אופציונלי: כדי למנוע דליפה של תמיסת NaCl בעת שימוש בתחבושות במקום גומיות, הנח את האלקטרודות ושקיות הספוג בתוך כיסויי ספוג גומי לא מוליכים.
      הערה: לחלופין, כסו את אלקטרודת הגומי במשחה מוליכה והניחו אותה ישירות על ראש המשתתף, כלומר לא להשתמש בשקיות ספוג או כיסויי ספוג גומי.

4. מיקום אלקטרודות NEBS (איור 1)

1. מצא את סימוני הראש המציינים את הנקודה החמה בקליפת המוח המוטורית והפרד את השיער סביב האזור.
2. כדי לשפר את המוליכות, יש לנקות את העור לפני הנחת האלקטרודה על ידי שפשוף עדין של אזור העור סביב סימני הראש בעזרת ספוגית ספוגה ב-40-50% אלכוהול או משחה להכנת העור. אל תגרדו את העור! יש להסיר עודפים בעזרת מטוש ולנקות שוב את האזור בעזרת תמיסת NaCl איזוטונית. יבש את האזור לאחר מכן.
   הערה: ודא שסימוני הראש נשארים גלויים; הערה במידת הצורך.
3. הנח אלקטרודה אחת לאחר סימון הראש עבור ה-M1 המעניין (נגדית ליד העניין). הביאו את הספוג ככל האפשר למגע ישיר עם העור. הנח את כבל האלקטרודה לכיוון גבו של המשתתף כדי למנוע הפרעה במהלך גירוי ו/או ביצוע משימה וכדי להקל על החיבור למכשיר NEBS.
   הערה: השיער מתחת לאלקטרודה אמור להיות דamp. במקרה של הרטבת שיער מוגזמת, השתמש בנייר או במגבות ידיים כדי לספוג את העודפים.
   הערה: עבור tDCS אנודלי, האלקטרודה המונחת על הנקודה החמה של קליפת המוח המוטורית של העניין (רצוי הגברת הריגוש) תואמת את האנודה, המחוברת בדרך כלל לכבל האדום. הקתודה (המחוברת בדרך כלל לכבל שחור או כחול) ממוקמת על האזור העל-אורביטלי הנגדי או M1 (ראה להלן). באופן קונבנציונלי, מיקום האלקטרודות זהה לגירוי רעש אקראי טרנס-גולגולתי (tRNS), אם כי בפרוטוקול הקלאסי, אין ספציפיות קוטביות עקב זרימת זרם חילופין. מיקום ספציפי עשוי להיות חשוב אם הגדרות הגירוי כוללות קיזוז גירוי.
4. לגירוי חד צדדי של M1, הנח את האלקטרודה השנייה (עבור tDCS אנודלי: הקתודה) מעל האזור העל-אורביטלי הנגדי (המקביל לאלקטרודה Fp2 במערכת הבינלאומית EEG 10/20). ודא שהכבל מכוון לכיוון החלק האחורי של המשתתף.
5. כסו את הראש פעמיים בתחבושת אלסטית בכיוון הבינוני-צדדי כדי לייצב את האלקטרודה M1, ולאחר מכן השתמשו בתחבושת הנותרת כדי לכסות את הראש בצורה מעגלית בכיוון הקדמי-אחורי כדי לייצב את שתי האלקטרודות.
6. השתמש בסרט דבק כדי לתקן את קצה התחבושת.
7. אבטח את הכבלים עם סרט דבק על הצוואר או החולצה של המשתתף.
8. חבר כבלי אלקטרודות למכשיר NEBS.

5. מתג גירוי

1. במכשיר NEBS.
2. התאם את הגדרות מכשיר ה-NEBS לגבי סוג הגירוי (tDCS או tRNS), עוצמה (למשל, 1 mA, 1.5 mA או 2 mA), משך (למשל, 10-40 דקות), עלייה וירידה (הזמן בין תחילת הגירוי לעוצמה המקסימלית, בדרך כלל 8-15 שניות), וגורמים נוספים הקשורים לסוג הגירוי (למשל, ספקטרום תדרים עבור tRNS).
   הערה: באופן קונבנציונלי, גירוי דמה כולל הגברה מיידית, ואחריה ירידה. בהתאם לכך, המשתתף מרגיש את הגירוי, אך משך הגירוי אינו מספיק כדי להפעיל השפעות מתמשכות על תפקוד המוח. חלק ממכשירי NEBS כוללים מצב מחקר המאפשר עיוורון של המשתתף והחוקר על ידי הזנת קוד נושא ספציפי למחקר. הקוד קובע את הגדרות הגירוי באופן אוטומטי. לחלופין, נסיין שני עשוי להגדיר את הגדרות הגירוי בכל מפגש ולכסות את התצוגה מהנסיין המבצע את הגירוי.
3. יידע את המשתתף על תופעות לוואי אפשריות הקשורות ל-NEBS. תופעות לוואי נפוצות כוללות גירוד/עקצוץ בעור או תחושת צריבה מתחת לאלקטרודות, כאבי ראש ואי נוחות. תחושת הצריבה עשויה להיות סימן למגע לקוי של אלקטרודות עם העור.
4. התחל את הגירוי.
   הערה: משך הגירוי הנפוץ נמשך כ-10-20 דקות בהתבסס על דיווחים החוקרים שינויים בריגוש קליפת המוח (ראה סעיף תוצאות מייצגות). מבחינה אמפירית, משך הגירוי המקסימלי נקבע ל-40 דקות.
5. בדוק את המשכיות הגירוי במהלך הגברה וגירוי. אם העכבה גבוהה מדי או שהאלקטרודות נמצאות במגע גרוע עם העור, הגירוי עלול להסתיים באופן אוטומטי.
   הערה: במקרה שהעכבה גבוהה מדי או שהמשתתף מדווח על אי נוחות גוברת במהלך הגירוי, נסו להפחית את העכבה על ידי, למשל, קיבוע טוב יותר של האלקטרודות באתרי הגירוי או הוספת מדיום מוליך. ניתן להוסיף תמיסת NaCl על ידי שימוש במזרק ישירות בספוגים לאחר הנחתם על הראש.
   הערה: מכשירים מסוימים מדווחים על העכבה לאורך הגירוי מטעמי בטיחות. מכשיר ה-NEBS עשוי להיסגר אם העכבה מגיעה לסף מסוים (למשל, 55 קילו-אוהם).

תוצאות

איור 1. מונטאז'ים של אלקטרודות וכיוון נוכחי לאסטרטגיות NEBS מובהקות. (A) עבור גירוי זרם ישר טרנס-גולגולתי אנודלי חד-צדדי (tDCS), האנודה מרוכזת מעל קליפת המוח המוטורית הראשונית המעניינת והקתודה ממוקמת מעל האזור העל-אורביטלי הנגדי. ...

חומרים