Method Article

発達中の脳における運動皮質の非侵襲的変調とロボットマッピング

DOI:

10.3791/59594

⸱

July 1st, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosciences, University of Calgary, 2Hotchkiss Brain Institute, University of Calgary, 3Cumming School of Medicine, University of Calgary, 4Department of Pediatrics, University of Calgary, 5Alberta Children's Hospital Research Institute, University of Calgary, 6Faculty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, 7Department of Clinical Neurosciences, University of Calgary

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

小児のモータ皮質の変調(tDCS、HD-tDCS)およびマッピング(ロボットTMS)のためのプロトコルを示す。

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

経頭蓋磁気刺激(TMS)で運動皮質をマッピングすると、運動皮質の生理学と可塑性を調知る可能性がありますが、小児には独特の課題があります。同様に、経頭蓋直流刺激(tDCS)は成人の運動学習を改善することができるが、最近では小児に適用されたばかりである。tDCSおよび高精細tDCS(HD-tDCS)のような新しい技術の使用は、発達中の脳における特別な方法論的考慮を必要とする。ロボットTMSモータマッピングは、特に発達中の脳において、マッピングのためのユニークな利点を与える可能性があります。ここでは、小児の運動皮質変調と運動マップを同時に探索できる2つの統合方法に対して、実用的で標準化されたアプローチを提供することを目指す。まず、ロボットTMSモータマッピングのプロトコルについて述述えます。モーター皮質を中心とした個別化されたMRIナビゲート12x12グリッドは、シングルパルスTMSを管理するロボットをガイドします。グリッド ポイントごとの平均モータ誘発電位(MEP)振幅は、マップ面積、体積、重心などの結果を持つ個々の手筋の 3D モーター マップを生成するために使用されます。両方の方法の安全性と許容度を測定するためのツールも含まれています。第二に、tDCSとHD-tDCSの両方を用いて、モータ皮質と運動学習を調節する。実験的なトレーニングパラダイムとサンプル結果について説明します。これらの方法は、小児における非侵襲的脳刺激の適用を進める。

Introduction

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非侵襲的な脳刺激は、人間の脳機能1、2の両方を測定し、調節することができます。最も一般的な標的は、運動体質であり、一部は即時かつ測定可能な生物学的出力(運動誘発電位)だけでなく、運動系の機能不全および障害をもたらす神経疾患の高い有病率によるものである。この大きな世界的な負担は、脳性麻痺などの小児に影響を与える状態の高い割合を含み、全世界で約1700万人に影響を与える生涯障害の主な原因3。この臨床的な関連性と神経刺激技術の多様かつ増加する能力にもかかわらず、発達中の脳のアプリケーションは、4を定義し始めている。小児における既存および新たな非侵襲的脳刺激法の改善された特徴付けは、発達中の脳における応用を進めるために必要とされる。

経頭蓋磁気刺激(TMS)は、成人の非侵襲的、痛みのない、十分に許容され、安全プロファイルのためにますます使用されている確立された神経生理学的ツールです。子供のTMSの経験は比較的限られているが、着実に増加している。TMSは、標的筋運動誘発電位(MEP)に反射された正味出力を有する脳内皮質神経集団の局所活性化を誘導する磁場を提供する。単一パルスTMSの系統的な適用は、生体内の運動皮質の地図を定義することができる。精液動物研究5と新しいヒトTMS<....

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Protocol

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このプロトコルに記載されているすべての方法は、カルガリー大学のコンジョイント健康研究倫理委員会(REB16-2474)によって承認されています。プロトコルについては、図1で説明します。

1. 非侵襲的な脳刺激禁忌

  1. 募集前にTMS15およびtDCS1の禁忌についてすべての参加者をスクリーニングします。

2. 経頭蓋磁気刺激モータマッピング

  1. ナビゲートされた TMS の MRI の準備
    1. 各参加者の構造MRI(T1)を取得します。MRIが得られない場合は、モントリオール神経学研究所のテンプレートMRIを使用してください。
    2. DICOM または NIFTI 形式の MRI ファイルをニューロナビゲーション ソフトウェアにインポートします (材料の表を参照)。
  2. TMS ターゲット軌道
    1. タブを使用して皮膚と完全な脳曲率を再構築するために神経ナビゲーションソフトウェアを使用してください。
    2. <....

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Results

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ここで提示した方法を使用して、ランダム化された、シャム制御の介入試験8を完了しました。両方のタイプの非侵襲的な脳刺激に対する禁忌のない右利きの小児(n=24、12-18歳)を募集した。参加者は、神経向精神薬の場合、またはtDCSにナイーブではなかった場合、この研究で特に除外されました.ドロップアウトはありませんでした。

ロボットTMSモーターマップは、ベースラインモーターマップを取得し、非侵襲的な脳刺激と組み合わせた運動学習後の神経可塑性および皮質興奮性の変化を監視する潜在的なメカニズムとして機能するために得られた。上記の方法を用いて、すべての参加者は、6週間のフォローアップ(保持時間)で3つのロボットTMSモーターマップ、1)非侵襲的な脳刺激(シャム、tDCS、またはHD-tDCS)、2日目5日目(ポスト)、および3のベースラインを受け取りました。すべての参加者は、二半球モーターマッピングを受け取りまし.......

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Discussion

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TMSはまた、周産期脳卒中22および脳性麻痺を含む臨床小児集団においても探索され、そこでTMSモーターマップは脳性麻痺の小児で正常に作成され、介入可塑性のメカニズムを探索した。確立されたプロトコル8を使用して、TMSモーターマップは、一般的に発達している小児で正常に収集され、現在、周産期脳卒中および片麻痺性脳性麻痺を持つ小児のための進行中のマルチセンター臨床試験で収集されている(NCT03216837)。TMSモータマッピング法を記述すると、運動障害を持つ健康な小児および小児におけるプロトコルの複製およびさらなる適用が可能になる。

ロボットモーターのマッピングはTMSコイルの配置の正確さを改善し、手動技術23、24と比較されたときの人的ミスを減らす。この技術は、長いセッション12のための頭の動きと低い耐容性を増加させた小児集.......

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Disclosures

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著者は開示を持っていません。

Acknowledgements

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この研究は、カナダ保健研究所によって支援されました。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1x1 SMARTscan刺激装置Soterix Medical Inc.
4x1 HD-tDCSアダプターSoterix Medical Inc.
Brainsight Neuronavigation RogeResolutionhttps://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/
カーボンゴム電極Soterix Medical Inc.
https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode イージーパッド電極ソテリックスメディカル株式会社
https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad EASYstrapsソテリックスメディカル株式会社
筋電図アンプBortec Biomedicalhttp://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm
HD1 電極ホルダーSoterix Medical Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder高精細tES用標準ベースHD電極ホルダー(HD-tES)
HD電極ソテリックスメディカルhttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode焼結リングHD電極。
HD-Gelソテリックスメディカル株式会社https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gelHD-GEL for High Definition tES (HD-tES)
Micro 1401 データ収集システムケンブリッジエレクトロニクス http://ced.co.uk/products/mic3in
Purdue PegboardLafayette Instrument Company
生理食塩水バクスター
ソテリックスメディカル HD-Capソテリックスメディカル株式会社
TMSロボットAxilium Roboticshttp://www.axilumrobotics.com/en/
TMS Stimulator and CoilMagstim Inchttps://www.magstim.com/neuromodulation/
https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/devicehttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystraphttp://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.pagehttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
  2. Nitsche, M. A., et al.

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Tags

Robotic TMS Motor MappingTranscranial Magnetic StimulationTranscranial Direct Current StimulationHigh Definition tDCSMotor Evoked PotentialNeuronavigation MRI IntegrationEMG Data Acquisition3D Motor Map AnalysisPediatric Brain StimulationMotor Cortex Plasticity

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