Misurazione e manipolazione dei percorsi neurali funzionalmente specifici nel sistema motorio umano con stimolazione magnetica transcranica

Questa tecnica fornisce informazioni su come i circuiti cerebrali vanno storto, nei disturbi psichiatrici e neurologici. E come possiamo manipolare l'attività cerebrale per riparare questi circuiti disfunzionali per migliorare il comportamento. Attivando e inibendo direttamente l'eccitabilità cerebrale e i circuiti, questa tecnica consente di spostare l'attenzione neuro-scientifica dall'osservazione alla causalità e fornisce una comprensione più profonda del cervello e del comportamento.

La stimolazione cerebrale non invasiva può essere utilizzata sia per valutare che per trattare molti disturbi neurologici e può aiutare a migliorare diagnosi e terapie, sulla base di modelli più sofisticati di connessioni al comportamento cerebrale. Questo metodo può contrastare non solo i modelli di connettività alterati nel sistema motorio, ma anche nelle reti cognitive associate all'invecchiamento fisiologico, ai disturbi psichiatrici e neurologici. Dopo aver screening i partecipanti per la destrorsa ed eventuali controindicazioni a TMS e MENTO, informare ogni partecipante sugli obiettivi, le procedure e i rischi di studio approvati dal comitato di revisione istituzionale locale e ottenere il consenso scritto.

Per il posizionamento degli elettrodi EMG, far sedere comodamente il partecipante sulla sedia sperimentale, con entrambi i bracci sostenuti in una posizione rilassata e fornire un poggiamento del mento per mantenere il movimento della testa al minimo durante la stimolazione. Utilizzare un abrasivo delicato per pulire la pelle sul muscolo di interesse. Usando una disposizione dell'elettrodo del tendine del ventre, posiziona un elettrodo di cloruro d'argento argento usa e getta sul muscolo della pancia e un altro su un vicino punto di riferimento osseo come sito di riferimento su entrambe le mani del partecipante.

Quindi collegare un elettrodo di terra al processo stiloide dei proprietari, quindi controllare tra ogni elettrodo nella pelle per confermare un contatto completo. Posizionamento del nastro sulla superficie dell'elettrodo per migliorare il contatto della superficie cutanea in base alle esigenze. Prima della sessione TMS, caricare la risonanza magnetica strutturale dei partecipanti su un sistema di neuro-navigazione.

All'interno della scansione, posizionare un marcatore di traiettoria sulla manopola della mano il punto di riferimento anatomico che corrisponde a M-uno. Nel giro precentrale sinistro 45 gradi dalla linea sagittale media, e approssimativamente perpendicolare al solco centrale. Registrare e nominare il punto di riferimento anatomico, con il sistema di neuro-navigazione, e posizionare un secondo marcatore di traiettoria sull'area di interesse non motoria.

Quindi registrare e nominare la seconda posizione con il sistema di neuro-navigazione. In primo luogo, calibrare ogni bobina TMS con il blocco di calibrazione e posizionare il head tracker in modo sicuro sulla testa del partecipante in modo che il tracker sia in vista per tutta la durata dell'esperimento. Co-registrare i punti di riferimento anatomici sulla testa dei partecipanti, al sistema di neuro-navigazione.

Per localizzare e soglia con la bobina due, posizionare prima il centro della bobina sopra la posizione M-one bersaglio, per indurre una direzione di corrente posteriore-anteriore nel cervello. Per trovare la posizione ottimale per l'attivazione del muscolo bersaglio, fornire impulsi a M-one al 30% dell'uscita massima dello stimolatore delle macchine e osservare se la stimolazione erogata produce una contrazione muscolare. Determinare l'ampiezza del potenziale evocato dal motore registrato con gli elettrodi EMG dall'attività muscolare visualizzata dal sistema di acquisizione dati.

Se non si osserva un potenziale evocato dal motore o una contrazione muscolare visibile, continuare ad aumentare l'uscita dello stimolatore del 5%. Quando si osserva una risposta, abbassare l'intensità in modo graduale all'intensità più bassa, che produce almeno cinque risposte potenziali evocate dal motore su 10 con un'ampiezza di almeno 50 micro volt, mentre il partecipante è al passo per determinare la soglia del motore a riposo. Per localizzare e soglia con la bobina M-one, utilizzare la bobina M-one per determinare la posizione di stimolazione ottimale.

Determinare l'intensità dello stimolatore più bassa necessaria per generare potenziali evocati dal motore di almeno un millivolt, in cinque prove su 10 nel muscolo della mano bersaglio, quando il muscolo è completamente rilassato. Quindi contrassegnare e registrare la posizione della bobina M-one, all'interno del sistema di neuro-navigazione. Per il TMS a doppio sito quando il partecipante si trova nello stato di riposo, collegare la figura di bobine a forma di otto a due singoli stimolatori TMS.

Fornire gli stimoli di prova su M-one con la bobina M-one e fornire gli stimoli condizionanti all'altra area di interesse con la bobina due. Determinare la percentuale dell'intensità massima di uscita dello stimolatore per lo stimolo di condizionamento per la bobina due come dimostrato. Per lo stimolo del test, utilizzare l'intensità precedentemente determinata che suscita ampiezze potenziali evocate dal motore di circa un millivolt nel muscolo della mano quiescente mirato e impostare l'intervallo interstimolo preciso tra il condizionamento e gli stimoli di prova.

Posizionare la bobina M-one sopra l'M-one sinistro e posizionarne due sull'altra area di interesse. Fornire gli stimoli di prova da soli prove con la bobina M-one. Per le prove di impulso accoppiate, fornire gli stimoli di condizionamento con bobina due seguita dagli stimoli di prova alla bobina M-one all'intervallo interstimolo predeterminato, utilizzando uno sweep di acquisizione dati di quattro secondi per ogni prova, seguito da un secondo intervallo inter-trial.

Per consegnare il programma agli impulsi TMS, utilizzare il pulsante di attivazione sulla macchina TMS per il software di controllo fornito oppure utilizzare lo script di codifica personalizzato dal controller esterno. Utilizzando il metodo descritto in precedenza, esaminare le interazioni funzionali tra diverse aree corticali interconnesse a M-one, ma durante la fase preparatoria di un compito che coinvolge la rete. Per fornire coppie ripetute di impulsi monofasici a due diverse aree corticali per brevi periodi utilizzando uno script di codifica su misura, generare 100 coppie di stimoli a 0,2 hertz per 8,3 minuti per stimolo.

Per la condizione sperimentale da cPAS a M-one, fornire il primo impulso di ogni coppia di stimoli sull'area non motoria con bobina due, prima di fornire il secondo impulso su M-one con la bobina M-one, con un intervallo interstimolo di cinque millisecondi. L'intensità dell'impulso per entrambe le bobine deve essere precedentemente determinata durante la soglia e la localizzazione. Dopo aver ottenuto misurazioni corticospinali di base con la bobina M-one, ottenere misurazioni corticospinali con la bobina M-one in momenti diversi dopo il cPAS, per esaminare il decorso del tempo dell'effetto indotto dal TMS sull'eccitabilità cerebrale.

Qui la dimensione di una risposta potenziale rappresentativa evocata dal motore ha suscitato nel primo muscolo interosseo dorsale dal TMS per un test incondizionato, o stimolo condizionato dalla corteccia parietale posteriore, mentre il partecipante era a riposo, o pianificando un obiettivo diretto afferrando l'azione a un oggetto come mostrato. A riposo, la corteccia parietale posteriore esercita un'influenza inibitoria sull'M-one ipsilaterale, come dimostra la diminuzione delle ampiezze mep, potenziata da uno stimolo condizionante sotto soglia consegnato su PPC, cinque millisecondi prima di una super soglia che testa lo stimolo su M-one. Durante la preparazione di un'azione di presa, questa spinta inibitoria netta a riposo dalla corteccia parietale posteriore, passa alla facilitazione.

La normalizzazione delle ampiezze potenziali evocate dal motore per testare gli stimoli da solo prove per ogni condizione, e la plottaggio come rapporto per l'ampiezza potenziale evocata dal motore rivelano che l'interazione M-one della corteccia parietale posteriore è stata facilitata dal riposo, quando si pianifica una presa diretta dall'oggetto. In queste analisi, si possono osservare i cambiamenti nelle ampiezze potenziali evocate dal motore durante la somministrazione del protocollo cPAS. Ampiezze potenziali evocate dal motore indotte dalla stimolazione accoppiata della corteccia parietale posteriore e M-one, gradualmente aumentate nel tempo durante il protocollo di stimolazione, suggerendo effetti plastici a livello della connessione parietale-motoria, neuroni corticospinali M-one o entrambi.

La dimensione delle ampiezze potenziali evocate dal motore è aumentata 10 minuti dopo il protocollo cPAS, suggerendo che l'eccitabilità motoria dopo gli effetti è stata indotta dopo la somministrazione delle coppie ripetute di stimoli corticali sulla corteccia parietale posteriore e sull'M-one. Questo protocollo può essere applicato ad altre regioni cerebrali o utilizzato in combinazione con l'imaging cerebrale per studiare la connettività corticale e il suo effetto sulla cognizione, la percezione sensoriale e l'umore. La standardizzazione di questi protocolli a doppia vista consentirà di migliorare la progettazione sperimentale e l'ottimizzazione delle terapie mirate.

Ridurre la morbilità e le menomazioni nei disturbi neurologici e psichiatrici.