Effetti della stimolazione transcranica con corrente alternata la corteccia motoria primaria di approccio combinato Online con stimolazione magnetica transcranica

L'obiettivo generale di questa procedura è valutare la modulazione degli effetti in corso della stimolazione transcranica a corrente alternata mediante stimolazione transcranica a percorso magnetico transcranico a percorso singolo in un nuovo approccio combinato online. La stimolazione elettrica transcranica è una tecnica neuromodulatoria che influenza gli stati neuronali attraverso diverse forme d'onda di corrente. È comunemente usato nelle neuroscienze per studiare le funzioni motorie e cognitive del cervello.

Gli approcci più utilizzati si basano sulla stimolazione a corrente continua, sul rumore casuale e sulla stimolazione a corrente alternata, che sono in grado di indurre cambiamenti nell'attività neuronale. Sia all'interno che all'esterno dei neuroni, causando l'alterazione del potenziale di membrana a riposo e di conseguenza modificando l'efficienza sinaptica neuronale. I TACS ci consentono di fornire un potenziale oscillatorio esterno sinusoidale in una specifica gamma di frequenze.

Inducendo il cosiddetto effetto di trascinamento sull'attività oscillatoria endogena. Qui stiamo introducendo un nuovo metodo che combina TACS e CMS a percorso singolo durante la stimolazione continua della corteccia motoria primaria. Il metodo ci ha permesso di testare online gli effetti della stimolazione a corrente alternata sulla corteccia motoria primaria per mezzo di un singolo impulso TMS indotto da potenziale evocato motorio.

Mostreremo un intero set di apparecchiature necessarie per eseguire un protocollo combinato TACS-TMS online mediante stimolazione della corteccia motoria primaria. L'elenco delle apparecchiature comprende un dispositivo di stimolazione elettrica in grado di generare corrente elettrica alternata, ad esempio BrainStim. Collegato da elettrodi in spugna imbevuti di soluzione salina a due superfici, di dimensioni da cinque a sette centimetri.

Al fine di ridurre al minimo la sensazione cutanea, gli elettrodi sono completamente saturi con la soluzione salina per mantenere l'impedenza al di sotto di 10 kiloOhm durante l'intera sessione di stimolazione. L'elettrodo bersaglio viene posizionato sopra il cuoio capelluto corrispondente all'hotspot della corteccia motoria primaria utilizzando specifiche cinghie elastiche, mentre l'elettrodo di riferimento viene posizionato sopra la spalla omolaterale utilizzando del nastro adesivo in un cosiddetto montaggio monopolare. Negli esseri umani, le oscillazioni in diverse frequenze riflettono diversi comportamenti e processi cognitivi che sono alla base di diversi stati di attività della rete neurale.

Come tipicamente misurato mediante encefalografia o magneto-encefalografia. Le oscillazioni nel cervello umano vanno da oscillazioni ultra-lente a oscillazioni ultra-veloci. Di solito sono presenti contemporaneamente e possono modularsi e interagire tra loro.

Tuttavia, il legame tra l'attività oscillatoria e i processi cerebrali è sempre stato stabilito con metodi correlazionali. Pertanto, la questione se le oscillazioni cerebrali riflettano direttamente un meccanismo fondamentale nell'elaborazione dell'informazione corticale o solo un epifenomeno è ancora irrisolta. Utilizzando i TACS possiamo modulare causalmente le oscillazioni cerebrali in modo specifico per la frequenza e, a sua volta, influenzare l'attività neuronale fisiologica legata allo stato di riposo, ai processi percettivi e cognitivi.

Per configurare il protocollo TCS utilizzando il dispositivo BrainStim, controllare prima lo stato della batteria. Quindi i parametri di stimolazione vengono manipolati dal nostro software speciale. Frequenza, durata, forma della corrente.

E trasferito al dispositivo tramite connessione Bluetooth. Utilizzando il software, è possibile aprire una nuova sessione e gestire un nuovo protocollo o stimolazione. Ad esempio, il protocollo sarà denominato Beta.

Impostare la frequenza di stimolazione nel nostro caso sarà di 20Hz, sintonizzare la forma d'onda come sinusoidale e impostare la durata totale del protocollo di stimolazione, ad esempio 600 secondi. Infine, impostare l'intensità della stimolazione a 1 milliAmp mentre offset, fade in, fade out e fade è impostato a zero. Quindi, quando la funzione Bluetooth è attivata sul dispositivo, caricare il protocollo dal software allo stimolatore.

Quindi procedi verificando se il protocollo è stato trasferito correttamente al dispositivo. Ora passa alla parte TMS. Elettrodi di prima posizione per un EMG di superficie per misurare i potenziali di blocco del motore mediante TMS a impulso singolo.

Pulire la pelle con uno scrub detergente sotto tutti gli elettrodi per ottenere una bassa impedenza cutanea, inferiore a 10 kiloOhm. Qui abbiamo preso un primo muscolo interresso dorsale e abbiamo usato e usato un montaggio bipolare del tendine della pancia. Mettere l'elettrodo attivo sul muscolo, l'elettrodo di riferimento sull'osso, due centimetri distalmente e l'elettrodo di terra più prossimalmente sul braccio.

I potenziali di blocco del motore sono misurati da elettrodi di argento e cloruro di argento collegati all'amplificatore CC BrainAmp da una scatola di connessione. Stiamo utilizzando il navigatore TMS LocalEye del sistema di navigazione TMS senza cornice per ottenere il corretto posizionamento della bobina TMS. Per prima cosa posizioniamo i sensori di tracciamento sulla parte anteriore del partecipante.

Per la stimolazione TMS utilizziamo uno stimolatore magnetico in regime bifasico e una bobina di stimolazione rossa oscillante da 75 millimetri a forma di H. Quindi utilizzando il video della risonanza magnetica T-one strutturale del partecipante ed eseguire un'illustrazione corrente della testa del partecipante nel modello 3D della testa MRI dal sistema di navigazione. Successivamente, posizionare accuratamente la bobina sull'area del motore primario della testa, la cosiddetta regione della manopola del motore.

Quindi iniziare a testare i potenziali di blocco del motore TMS a passaggio singolo. Una volta trovato un hotspot ottimale per la rappresentazione corticale del modello di mano studiato, questa posizione viene contrassegnata per il successivo posizionamento dell'elettrodo target TCS. Regolare con cura la prima cinghia elastica sulla testa rispetto alla posizione del centro della testa.

Quindi prendere la posizione dell'elettrodo target con la seconda striscia. Una volta posizionati gli elettrodi TCS sia sul cranio che sulla spalla omolaterale, procedere a collegarli allo stimolatore. Prima di iniziare la sessione di stimolazione, assicurarsi che la posizione dell'elettrodo target sia centrata sul punto caldo contrassegnato mediante ispezione visiva.

Quindi posizionare la bobina TMS sopra gli elettrodi TCS regolando nuovamente l'intensità e l'orientamento utilizzando la neuronavigazione per ritrovare l'hotspot. In questa fase, metodo della soglia del modello a riposo per questo nuovo montaggio combinato TCS-TMS tenendo conto dello spessore dell'elettrodo target. Impostare l'intensità della stimolazione lungo l'esperimento al 110% della soglia motoria a riposo.

La maggior parte degli studi TCS ha mostrato effetti online prominenti, allo stesso tempo, non ci sono ancora prove chiare sugli effetti duraturi del TCS dopo la cessazione della stimolazione. Solo pochi studi in letteratura hanno mostrato postumi deboli e poco chiari rispetto a coloro che hanno utilizzato il TCS online. Anche le prove EG non sono chiare sugli effetti collaterali del TCS.

In vivo è stato dimostrato che il picco di attività è sincronizzato con diverse frequenze di guida, suggerendo che l'attivazione neuronale può essere trascinata da campi applicati elettricamente. Pertanto, nei modelli animali, un TCS sinusoidale debole trascina la frequenza di scarica dell'impulso cortico-neuronale diffuso. Nell'uomo, recenti evidenze hanno dimostrato che il TCS online può indurre un effetto di trascinamento sulla firma EG.

Tuttavia, l'approccio TCS EG è ancora discutibile, in primo luogo a causa degli artefatti indotti dalla corrente alternata e in secondo luogo perché non è praticamente possibile catturare direttamente il segnale EG dell'area stimolata. Tale montaggio combinato TCS-TMS consente di osservare, soprattutto per il sistema sensomotorio, gli effetti specifici della TCS sulla frequenza online sulla produzione spinale corticale utilizzando come sonda la TMS a passaggio singolo della corteccia motoria primaria. Pertanto, avvia il protocollo di stimolazione elettrica a 20 Hz mentre invii singoli impulsi TMS online intervallati da intervalli casuali, da tre a cinque secondi.

Ad esempio, possiamo mostrare l'aumento delle ampiezze del potenziale di blocco motorio durante il TCS online a 20 Hz rispetto alla stimolazione a 10 Hz o sham. In questa immagine si può vedere un esempio del disegno sperimentale in cui la bobina TMS è posizionata sopra l'elettrodo TCS target. Questo esperimento ha come target gli elettrodi rossi sono posizionati sulla corteccia motoria sinistra e sulla corteccia parietale destra.

L'elettrodo di riferimento blu è posizionato sulla linea mediana corrispondente alla posizione PZ del sistema EG internazionale 1020. La bobina è tenuta sull'elettrodo spugna posto sopra la corteccia motoria sinistra. La corteccia motoria umana a cui ci si rivolge ha un'attività a circa 20Hz.

Frequenti collaboratori hanno fornito la prova cruciale dell'attività a 20Hz a riposo negli esseri umani, mostrando l'aumento online dell'eccitabilità cortico-spinale mentre la stimolazione è stata applicata a 20Hz. Sul grafico, l'asse Y rappresenta l'ampiezza media del MEP misurata dal singolo impulso TMS mentre la stimolazione TCS era in corso. L'asse X rappresenta diverse frequenze di stimolazione.

Solo il TCS erogato a 20Hz sulla corteccia motoria ha aumentato l'output corticospinale. Mentre non c'era alcun effetto della stimolazione su altre frequenze o altre stimolazioni della corteccia parietale. Questa è stata la prima prova di un effetto specifico della frequenza online del TCS sulla corteccia motoria misurato mediante l'approccio combinato TACS, TMS.

La logica della combinazione dell'uso di TMS e TACS risiede nelle diverse informazioni che trasmettono. Registrando i potenziali evocati motori sulla mano controlaterale alla corteccia motoria primaria, possiamo verificare gli effetti privi di artefatti del TCS in corso. Questo ci permette di monitorare con precisione i cambiamenti nell'eccitabilità corticale da parte dei potenziali evocati motori durante la stimolazione elettrica erogata a diverse frequenze in modo privo di artefatti.

Questo nuovo approccio può essere utilizzato per testare l'effetto online di qualsiasi altra forma di stimolazione elettrica transcranica.