経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

この手順の全体的な目標は、新しいオンライン複合アプローチで、単一経路経頭蓋磁気経路刺激による経頭蓋交流刺激の進行中の影響の変調を評価することです。経頭蓋電気刺激は、さまざまな電流波形を通じてニューロンの状態に影響を与える神経調節技術です。これは、脳の運動機能と認知機能を調査するために神経科学で一般的に使用されます。

最もよく使用されるアプローチは、直流刺激、ランダムノイズ、および交流刺激に基づいており、ニューロンの活動に変化を誘発することができます。ニューロンの内側と外側の両方で、静止膜電位の変化を引き起こし、その結果、ニューロンのシナプス効率を変化させます。TACSは、特定の周波数範囲で正弦波の外部振動電位を供給することを可能にします。

内因性振動活性に対するいわゆる同調効果を誘発することにより。ここでは、一次運動野の継続的な刺激中にTACSとシングルパスCMSを組み合わせる新しい方法を紹介します。この方法により、単一パルスTMS誘導運動誘発電位により、一次運動皮質に対するオンライン交流刺激効果をテストできます。

一次運動皮質の刺激により、オンラインの複合TACS-TMSプロトコルを実行するために必要な機器のセット全体を示します。機器のリストには、BrainStimなどの電気交流電流を生成できる電気刺激装置が含まれています。5〜7センチメートルのサイズの2面生理食塩水に浸したスポンジ電極で接続されています。

皮膚の感覚を最小限に抑えるために、電極は生理食塩水で完全に飽和させ、刺激セッション全体を通じてインピーダンスを10キロオーム未満に保ちます。標的電極は、特定の弾性ストラップを使用して一次運動皮質ホットスポットに対応する頭皮の上に配置され、参照電極は、いわゆるモノポールモンタージュで粘着テープを使用して同側の肩の上に配置されます。人間では、異なる周波数の振動は、ニューラルネットワーク活動のさまざまな状態の根底にある異なる行動と認知プロセスを反映しています。

通常、脳波学または脳磁図法によって測定されます。人間の脳の振動は、超低速の振動から超高速の振動までさまざまです。通常、同時に存在し、互いに変調して相互作用することができます。

しかし、振動活動と脳のプロセスとの関連性は、常に相関法によって確立されてきました。したがって、脳の振動が皮質情報処理の基本的なメカニズムを直接反映しているのか、それとも単なるエピフェノメナなのかという問題は未だ解決されていません。TACSを用いることで、脳の振動を周波数特異的に因果的に調節し、ひいては安静状態、知覚、認知プロセスに関連する生理学的神経活動に影響を与えることができます。

BrainStimデバイスを使用してTCSプロトコルを設定するには、まずバッテリーの状態を確認します。その後、刺激パラメータは当社の特別なソフトウェアによって操作されます。周波数、持続時間、電流の形状。

そして、Bluetooth接続でデバイスに転送されます。ソフトウェアを使用して、新しいセッションを開き、新しいプロトコルまたは刺激を管理します。たとえば、プロトコルの名前は Beta になります。

この場合、刺激の周波数を20Hzに設定し、波形を正弦波として調整し、刺激プロトコルの合計時間(たとえば600秒)を設定します。最後に、刺激の強度を1mAmpに設定し、オフセット、フェードイン、フェードアウト、フェードをゼロに設定します。次に、デバイスでBluetooth機能がアクティブになったら、ソフトウェアから刺激装置にプロトコルをアップロードします。

次に、プロトコルがデバイスに正常に転送されたかどうかを確認します。次に、TMSの部分に移ります。シングルパルスTMSによってモーターロック電位を測定するための表面EMG用の最初の電極。

すべての電極の下にあるクリーニングスクラブを使用して皮膚をきれいにし、10キロオーム未満の低い皮膚インピーダンスを達成します。ここでは、最初の背側縦筋を採取し、双極性腹部腱モンタージュを使用しました。筋肉にアクティブ電極を、骨に参照電極を、遠位に2センチメートル、アームの近位に接地電極を置きます。

モーターロック電位は、コネクタボックスによってBrainAmp DCアンプに接続された塩化アルジェンタム電極であるargentumによって測定されます。フレームレスTMSナビゲーションシステムLocalEye TMSナビゲーターを使用して、TMSコイルの適切な位置決めを実現しています。まず、トラッキングセンサーを参加者の前面に配置します。

TMS刺激には、二相領域の磁気刺激装置とH字型75mmスイングレッド刺激コイルを使用しています。次に、参加者の構造 T-one MRI のビデオを使用して、ナビゲーション システムによる 3 次元 MRI 頭部モデルで参加者の頭部の現在の図式化を行います。その後、コイルをヘッドの一次モーター領域、いわゆるモーターノブ領域に正確に配置します。

次に、シングルパスTMSモーターロック電位のテストを開始します。調査したハンドモデルの皮質表現に最適なホットスポットが見つかると、この位置はその後のTCSターゲット電極の配置にマークされます。ヘッドの最初の伸縮性ストラップをヘッドセンターの位置に対して慎重に調整します。

次に、2番目のストライプでターゲット電極の位置を取ります。TCS電極を頭蓋骨と同側肩の両方に配置したら、それらを刺激装置への接続に進みます。刺激セッションを開始する前に、目視検査により、ターゲット電極の位置がマークされたホットスポットの中心にあることを確認してください。

次に、ホットスポットを再度見つけるために、ニューロナビゲーションを使用して強度と向きを再調整することにより、TMSコイルをTCS電極の上に置きます。この段階では、ターゲット電極の厚さを考慮に入れて、この新しい組み合わせTCS-TMSモンタージュの静止モデルしきい値の方法。実験に沿った刺激の強度を、安静時の運動閾値の110%に設定します。

TCSのほとんどの研究は、顕著なオンライン効果を示しましたが、同時に、刺激中止後のTCSの長期的な効果についての明確な証拠はまだありません。文献では、オンラインTCSを使用した人に比べて後遺症が弱く不明瞭であった研究はほとんどなかった。EGの証拠は、TCSの後遺症についても明確ではありません。

インビボでは、活動のスパイクが異なる駆動周波数と同期していることが示され、ニューロンの発火が電気的に印加された磁場によって同調できることが示唆されました。したがって、動物モデルでは、弱い正弦波TCSは、広範囲にわたる皮質ニューロンパルスの放電周波数を同調させます。ヒトでは、最近の証拠は、オンラインTCSがEGシグネチャーに同調効果を誘発できることを示しました。

しかし、TCS EGアプローチは、第一にAC誘発アーチファクトのため、第二に、刺激された領域のEG信号を直接捕捉することが実際には不可能であるため、まだ疑問があります。このような組み合わせTCS−TMSモンタージュは、一次運動皮質のプローブシングルパスTMSとして使用することにより、皮質脊髄出力に対するオンライン周波数特異的TCS効果を特に感覚運動系について観察することを可能にする。したがって、20Hzの電気刺激プロトコルを開始しながら、3秒から5秒までのランダムな間隔でオンラインTMSシングルパルスを配信します。

たとえば、オンラインの20Hz TCS中のモーターロック電位振幅の増加を、10Hzまたは偽の刺激に対して示すことができます。この写真は、TMSコイルをターゲットTCS電極の上に配置する実験計画の例を示しています。この実験では、左運動皮質と右頭頂葉に赤色電極を装着

青色の参照電極は、1020国際EGシステムのPZ位置に対応する正中線上に配置されています。コイルは、左の運動皮質の上に配置されたスポンジ電極に保持されます。対象とするヒトの運動皮質は、約20Hzで活動しています。

頻繁に共同研究を行った人々は、20Hzで刺激が加えられた場合の皮質脊髄の興奮性のオンライン増加を示すことにより、ヒトの安静時20Hz活動の重要な証拠を提供しました。グラフ上のY軸は、TCS刺激が進行中にTMSシングルパルスによって測定された平均MEP振幅を表しています。X軸は、さまざまな刺激周波数を表します。

運動皮質に20Hzで送達されたTCSのみが皮質脊髄出力を増加させた。一方、刺激が他の周波数や頭頂葉の他の刺激に及ぼす影響はありませんでした。これは、TACSとTMSを組み合わせたアプローチで測定された運動皮質に対するTCSのオンライン周波数特異的効果の最初の証拠でした。

TMSとTACSの使用を組み合わせる根拠は、それらが伝える異なる情報にあります。運動誘発電位を反対側の手で一次運動皮質に記録することにより、進行中のTCSのアーチファクトフリー効果を確認できます。これにより、さまざまな周波数で送達される電気刺激中の運動誘発電位による皮質興奮性の変化を、アーチファクトのない方法で正確に監視することができます。

この新しいアプローチは、他の形態の経頭蓋電気刺激のオンライン効果をテストするために使用できます。