Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 26 s
Description: 学ぶ小児ロボットTMSを用いた運動皮質の非侵襲的マッピング手法。MRIニューロナビゲーションと統合し、脳損傷後の可塑性変化を安全かつ正確に評価するプロトコルを解説します。

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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。

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
<ol><li>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。</li>
</ol>2. 経頭蓋磁気刺激モータマッピング
<ol><li>ナビゲートされた TMS の MRI の準備
	<ol>
<li>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。</li>
		<li>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)。</li>
	</ol></li>
	<li>TMS ターゲット軌道
	<ol>
<li>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。</li>
		<li>[新規]、[スキン]、および [スキンの計算]を選択します。 機首と頭の上が含まれていることを確認します。</li>
		<li>[新規]と[完全な脳の曲線表示]を選択します。緑色の選択ボックスを脳の外側ではなく頭蓋骨の内側に囲みます。[曲線を計算]を選択します。剥離深さを4.0~6.0mmに調整します。</li>
		<li>[ランドマークを構成] を選択します。鼻の先端に4つのランドマークを配置し、鼻、および再構築された皮膚の両耳の切り欠き。解剖学に対応するランドマークに名前を付けます。</li>
		<li>曲線的な脳を表示するには、[ターゲット] タブを選択します。[新規]と [長方形のグリッド]を選択します。運動皮質の「ハンドノブ」の上に7mm間隔を持つ均一な12 x 12座標グリッドを配置します(前中央ジャイル)17。</li>
		<li>右側のターゲット位置決めツールを使用して、回転、傾き、曲率のグリッド位置を最適化します。グリッドポイントを軌道に変換し、ロボットがTMSコイルを配置するように導きます。彼らは脳の縦方向の裂け合いに45°であることを軌道の角度を調整します。</li>
		<li>SNAPツールを使用して、曲線脳を外挿し、軌道を最適化します。</li>
		<li>TMSロボットアームとシートを初期化して位置付けし、フォースセンサーテストを使用してフォースプレートセンサーをキャリブレーションします。</li>
	</ol></li>
	<li>モータ マッピングの参加者の準備
	<ol>
<li>参加者に安全アンケート18に記入してもらいます。</li>
		<li>参加者がロボットチェアに快適に座ったら、背もたれとネックレストを調整します。足が支えられていることを確認します。枕で腕と手を支え、マッピングセッションの間、手が安静位置にあることを確認します。 注:子供や青少年は、彼らの手をリラックス保つために、セッション全体を通してリマインダーが必要になります。</li>
		<li>目的の筋肉の上に皮膚をきれいにします。参加者の両手と前腕にAg/AgCl表面電極を配置し、4つの遠位前肢筋、1)最初の背中の相互同体(FDI)の腹、2)誘拐者ポリス・ブレビス(APB)、3)誘拐デジトリミ(ADM)、および4)手首を標的にする。エクステンソル(エクステンソルカルピウルナリス)。</li>
		<li>表面電極を筋電図(EMG)アンプとデータ集録システムで接続し、互換性のあるEMGソフトウェアを使用してデータ収集コンピュータにアンプを接続します。</li>
		<li>ランドマーク ポインターを使用して、参加者の頭の 4 つのランドマークを共同登録します。[検証] タブを使用して、参加者の頭部が正しく登録されていることを確認します。</li>
	</ol></li>
	<li>モータ マッピング TMS 強度の決定
	<ol>
<li>参加者の「ハンドノブ」に最も近いグリッドポイントを選択します。ロボットが保持する TMS コイルをこのターゲット位置に合わせるには、[ターゲットに合わせる]ボタンを選択します。で[連絡先]を選択します。接触力インジケーターを使用して、接触品質を監視します。インジケータが緑または黄色であることを確認します。 注:接触インジケータの赤い色は、参加者の頭にあまりにも多くの力があることを意味します。色がないということは、TMSコイルが参加者の頭部と接触していないことを意味します。このような場合は、フォースプレートの感度を調整します。</li>
		<li>参加者にロボットアームの範囲外に移動しないように指示します。参加者の手の筋肉がリラックスし、接触する前に残っていることを確認してください。</li>
		<li>参加者が移動してもコイルがターゲットの中央に置かれたままになるように、[整列]と[フォロー]を選択します。</li>
		<li>TMS マシンの TMS トリガー ボタンを使用して、最大刺激出力 (MSO) の 40 ~ 60% の強度で 5 ~ 10 TMS パルスを提供します。「ハンドノブ」を囲む5~6グリッドポイントにこの手順を繰り返します。</li>
		<li>左右の FDI 筋肉の最大かつ最も一貫性のある (ホットスポット) モータ呼び出し電位 (MEP) を与えるグリッド ポイントを決定します。</li>
		<li>5/10刺激でFDI筋で少なくとも50 μVのMEPを生成する最も低い強度として休止モータ閾値(RMT)を決定します。</li>
	</ol></li>
	<li>モータマッピング
	<ol>
<li>ホットスポットに最も近いグリッドポイントから始まり、1sの相互刺激で4つの単パルスTMSパルス(1 Hz)を送り、TMS強度は120%RMTです。応答性のグリッドポイントは、手の筋肉のいずれかで2/4 MEP>50 μVによって決定されます。</li>
		<li>隣接するグリッドポイントに移動し、上記の手順を繰り返します。</li>
		<li>応答しないポイント (マップの最初の境界領域) に到達するまで、応答ポイントに沿って直線的に続行します。</li>
		<li>マッピングを続行して、長方形グリッドの 4 方向すべてに境界線ポイントを設定します。</li>
		<li>オフライン分析のためのEMGソフトウェアを使用して、すべての筋肉からすべてのMEPを記録します。</li>
		<li>3~4グリッドポイントの後、[連絡オフ]を選択し、続行する準備が整うまで休憩を参加者に与えます。</li>
		<li>マッピングセッションを通して、参加者が快適であることを確認し、休憩が必要であることを確認するために、参加者と継続的にチェックインします。</li>
		<li>同じグリッドのハードコピーバージョンを使用して、シミュレーションの順序をタックして詳細な解析を行います。</li>
		<li>ここで説明するロボット TMS を使用した完全なマッピング、または手動で (この原稿では説明しません)。TMSロボットを使用している場合は、実験者が選択したグリッドポイントに移動します。ロボットは、ほぼリアルタイムで子供の頭の動きのために収容します。これにより、作業者の頭にコイルを手動で保持する技術者に関連する追加の動きが軽減されます。 注:TMSロボットを使用してマッピングする場合は、セッション中に常にロボットの横に実験者がいることを確認してください。ロボットが参加者の頭の上に置かれ、参加者が突然動くと、ロボットは頭に従おうとします。参加者が頭の動きを伴う動き、くしゃみ、傷、または活動を行う必要がある場合は、参加者の頭部がロボットの腕やTMSコイルに当たるのを防ぐために、ロボットアームを動かす必要があります。</li>
	</ol></li>
	<li>モータマップ作成
	<ol>
<li>カスタムメイドのコーディングスクリプトを使用して、3次元モーターマップを生成します(図2)。スクリプトの作成者に問い合わせください。</li>
		<li>応答性の高い軌道サイトを使用してモータ マップの面積と体積を計算します。重心(COG)を各座標位置のモータ表現の加重平均として計算します。 注: マップ領域は、グリッド間隔(7 mm)2に応答サイトの合計数を掛けた値として計算されます。マップ ボリュームは、各応答部位の平均 MEP 振幅を掛けたグリッド間隔の累積合計として計算されます。ユーザーフレンドリーなスクリプトのバージョンは、オープンソースとして一般の人々と共有するために開発されています。一方、対応する作成者に問い合わせ、スクリプトにアクセスしてください。</li>
	</ol></li>
</ol>3. 従来のtDCSおよびHD-tDCSアプリケーション
<ol><li>参加者を3つの介入グループ(シャム、従来のtDCS、HD-tDCS)のいずれかにランダム化します。</li>
	<li>参加者に左手(非支配的)を使用してパーデューペグボードテスト(PPT)を3回完了させ、ベースラインスコアを設定します。</li>
	<li>電極の品質を検査し、tDCSスポンジインサートとゴム電極の完全性を確認します。</li>
	<li>電源スイッチをONに切り替えて、従来の tDCS デバイスの電源を入れます。 メモ:低バッテリライトが点灯していないことを確認します。点灯している場合は、セッションを開始する前にバッテリを交換してください。<ol>
<li>従来またはシャムtDCSを受け取る参加者のために、軽く生理生理塩水で25 cm2スポンジ電極を2つ浸します。電極全体が覆われているが、滴り落ちていないことを確認します。生理生理生理にゴム電極を挿入し、各電極をtDCS装置に接続します。</li>
	</ol></li>
	<li>ニューロナビゲーションを使用してマークされたホットスポット(右M1)を見つけ、非毒性マーカーでマークします。各 tDCS、HD-tDCS、またはシャム セッションの終了時に、ホットスポットを次の日に表示できるように再度マークします。<ol>
<li>従来のtDCSまたはシャムtDCSにランダム化した場合は、参加者のマークされたホットスポット(右M1)の上に25cm2の生理食液浸したスポンジ電極を1つ置き、陽極として機能します。他の25 cm2生理生殖水浸しスポンジ電極をカソードを表す反対方眼窩領域に置きます。軽いプラスチック小児科の「ヘッドバンド」を使用して、電極を所定の位置に保持します。 注: 電流をシャントする可能性があるため、電極から生理生理が滴り落ちていないことを確認します。</li>
		<li>シャムおよび従来のtDCSグループでは、「最適な」接触品質を確保します。接触品質が「最適でない」場合は、スポンジ電極の下に少量の生理食液を注入するか、頭皮と電極の間に最小限の毛があることを確認してください。 注:接触インジケータライトの品質の半分以上が点灯している場合、「最適な」接触品質が達成されます。接触インジケーターライトの半分未満が点灯している場合、接触品質は最適ではありません。インジケーターライトの 2 つのうちの 1 つだけが点灯している場合は、刺激を開始しないでください。</li>
		<li>HD-tDCSグループでは、適切なセットアップについては、ヴィラマール、M.F.、ら16を参照してください。</li>
		<li>HD-tDCS グループで、デバイスを[スキャン]設定に設定して、各電極のインピーダンスを確認します。インピーダンスが1つの「品質単位」の下にあり、前述の19、20であることを確認してください。接触品質が悪い場合は、電極を取り外し、電極の接触を妨げる毛髪がないことを確認し、頭皮と電極の間に連続的な電極柱が存在することを確認します。必要に応じて、より多くの電極ゲルを適用します。</li>
	</ol></li>
	<li>tDCS および HD-tDCS デバイスをアノード モンタージュ設定、1 mA 電流強度、および 20 分の継続時間に設定します。</li>
	<li>参加者が快適に座っていることを確認し、彼らが経験する可能性のある感覚(かゆみやヒリヒリ感など)を理解していることを確認します。不快感を感じた場合や質問がある場合は、参加者に伝えなさい。<ol>
<li>従来の tDCS および HD-tDCS グループでは、トグルが[アクティブ]に設定されていることを確認します。 注: シャム グループの場合、トグルは[シャム"に設定する必要があります。この設定は、参加者から非表示にする必要があります。</li>
		<li>デバイスのスタートボタンを押して刺激を開始します。継続時間が 20 分に設定され、強度が 1 mA に設定されていることを確認します。 注:従来のtDCSおよびHD-tDCSグループでは、電流は30s~1 mAを超えて上昇し、20分間続きます。シャムtDCSグループでは、電流は30sから1 mAに上昇し、すぐに30sを超えて傾斜します。</li>
	</ol></li>
	<li>5分、10分、15分、20分で、参加者に左手を使って3回PPTを完了しさせる。</li>
	<li>20 分後、強度が 0 mA に下がった後、デバイスの電源を切ります。 注:従来のtDCSまたはHD-tDCSのいずれかを受け取った参加者のために、マシンは自動的に20分で0 mAに傾斜します。シャムtDCSを受け取った参加者のために、マシンは自動的に30 sから1 mAに上がり、すぐに20分で30s以上の0 mAに傾斜します。</li>
	<li>参加者の頭から電極を取り外します。</li>
	<li>シャムおよび従来のtDCS群の場合は、スポンジ内部から黒色の電極を取り出し、通常の水道水でスポンジ電極をすすぎます。<ol>
<li>HD-tDCSグループでは、プラスチック製電極ホルダー上部を取り外し、電極を取り外します。参加者の頭から電極キャップを取り外します。電極ホルダー内のゲルをすすいで下します。わずかに湿ったペーパータオルで電極をきれいにします。乾いたペーパータオルで電極を拭き取り、残りのゲルを取り除きます。</li>
	</ol></li>
	<li>各刺激セッションの後、すべての参加者に経頭蓋直流刺激副作用と耐容性アンケートを完了してもらいます。</li>
	<li>参加者に左手を使ってPPTを3回完了しさせる。<ol>
<li>参加者に翌日に戻し、非侵襲的な脳刺激(シャム、tDCS、またはHD-tDCS)と運動学習(PPT)を組み合わせた4日間(合計5日間)を返しさせる。2~4日目に手順3.2-3.13を繰り返します。5日目に、参加者に非侵襲的な脳刺激(シャム、tDCSまたはHD-tDCS)から始めさ(ステップ3.2-3.13を繰り返す)。休憩後(刺激を受けてから45分~1.5時間)、ロボットTMSモータマッピングを開始します(ステップ2.3-2.5.8)。 注: すべての参加者は、評価間の休憩に同じ分数を受け取りました。</li>
		<li>6週間後、非侵襲的な脳刺激を受けずにPPTを戻して実行してもらいます(ステップ3.2、ロボットTMSモーターマッピング(ステップ2.5.8))。</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Woods, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technical+guide+to+tDCS%2C+and+related+non-invasive+brain+stimulation+tools%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools.</a> Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).</li>
<li>Nitsche, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facilitation+of+implicit+motor+learning+by+weak+transcranial+direct+current+stimulation+of+the+primary+motor+cortex+in+the+human%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cognitive+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Facilitation of implicit motor learning by weak transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex in the human.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 15 (4), 619-626 (2003).</li>
<li>Oskoui, M., Coutinho, F., Dykeman, J., Jetté, N., Pringsheim, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+update+on+the+prevalence+of+cerebral+palsy%3A+a+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Medicine+%26+Child+Neurology%22%5BJournal%5D)">An update on the prevalence of cerebral palsy: a systematic review and meta-analysis.</a> Developmental Medicine & Child Neurology. 55 (6), 509-519 (2013).</li>
<li>Zewdie, E., Kirton, A. TMS Basics: Single and Paired Pulse Neurophysiology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZewdie%2C+E+%22Pediatric+Brain+Stimulation%3A+Mapping+and+Modulating+the+Developing+Brain%22">Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain</a>. , 475(2016).</li>
<li>Nudo, R. J., Milliken, G. W., Jenkins, W. M., Merzenich, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use-dependent+alterations+of+movement+representations+in+primary+motor+cortex+of+adult+squirrel+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Use-dependent alterations of movement representations in primary motor cortex of adult squirrel monkeys.</a> The Journal of Neuroscience. 16 (2), 785-807 (1996).</li>
<li>Friel, K. M., Gordon, A. M., Carmel, J. B., Kirton, A., Gillick, B. T. Pediatric Issues in Neuromodulation: Safety, Tolerability and Ethical Considerations. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFriel%2C+KM+%22Pediatric+Brain+Stimulation%3A+Mapping+and+Modulating+the+Developing+Brain%22">Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain</a>. , 475(2016).</li>
<li>Nudo, R. J., Plautz, E. J., Frost, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+adaptive+plasticity+in+recovery+of+function+after+damage+to+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+%26+Nerve%22%5BJournal%5D)">Role of adaptive plasticity in recovery of function after damage to motor cortex.</a> Muscle & Nerve. 24 (8), 1000-1019 (2001).</li>
<li>Grab, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+TMS+mapping+of+motor+cortex+in+the+developing+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Robotic TMS mapping of motor cortex in the developing brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2018).</li>
<li>Bikson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+of+Transcranial+Direct+Current+Stimulation%3A+Evidence+Based+Update+2016%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016.</a> Brain Stimulation. 9 (5), 641-661 (2016).</li>
<li>Kessler, S. K., Minhas, P., Woods, A. J., Rosen, A., Gorman, C., Bikson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dosage+considerations+for+transcranial+direct+current+stimulation+in+children%3A+a+computational+modeling+study%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Dosage considerations for transcranial direct current stimulation in children: a computational modeling study.</a> PloS One. 8 (9), e76112(2013).</li>
<li>Ciechanski, P., Carlson, H. L., Yu, S. S., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+Transcranial+Direct-Current+Stimulation-Induced+Electric+Fields+in+Children+and+Adults%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Modeling Transcranial Direct-Current Stimulation-Induced Electric Fields in Children and Adults.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 12, 268(2018).</li>
<li>Ciechanski, P., Kirton, A. Transcranial Direct-Current Stimulation (tDCS): Principles and Emerging Applications in Children. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCiechanski%2C+P+%22Pediatric+Brain+Stimulation%3A+Mapping+and+Modulating+the+Developing+Brain%22">Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain</a>. , 475(2016).</li>
<li>Kirton, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+direct+current+stimulation+for+children+with+perinatal+stroke+and+hemiparesis%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Transcranial direct current stimulation for children with perinatal stroke and hemiparesis.</a> Neurology. 88 (3), 259-267 (2017).</li>
<li>Cole, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+High-Definition+and+Conventional+Transcranial+Direct-Current+Stimulation+on+Motor+Learning+in+Children%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Effects of High-Definition and Conventional Transcranial Direct-Current Stimulation on Motor Learning in Children.</a> Front Neurosci. , (2018).</li>
<li>Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Screening+questionnaire+before+TMS%3A+an+update%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Screening questionnaire before TMS: an update.</a> Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686(2011).</li>
<li>Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technique+and+considerations+in+the+use+of+4x1+ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-tDCS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> Journal of Visualized Experiments. (77), e50309(2013).</li>
<li>Yousry, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localization+of+the+motor+hand+area+to+a+knob+on+the+precentral+gyrus.+A+new+landmark%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark.</a> Brain. 120 (Pt 1), 141-157 (1997).</li>
<li>Garvey, M. A., Mall, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+magnetic+stimulation+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Transcranial magnetic stimulation in children.</a> Clinical Neurophysiology. 119 (5), 973-984 (2008).</li>
<li>Borckardt, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pilot+study+investigating+the+effects+of+fast+left+prefrontal+rTMS+on+chronic+neuropathic+pain%5BTitle%5D)+AND+%22Pain+Medicine+%28Malden%2C+Mass.%29%22%5BJournal%5D)">A pilot study investigating the effects of fast left prefrontal rTMS on chronic neuropathic pain.</a> Pain Medicine (Malden, Mass.). 10 (5), 840-849 (2009).</li>
<li>Villamar, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focal+modulation+of+the+primary+motor+cortex+in+fibromyalgia+using+4%C3%971-ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-tDCS%29%3A+immediate+and+delayed+analgesic+effects+of+cathodal+and+anodal+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Pain%22%5BJournal%5D)">Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4×1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation.</a> The Journal of Pain. 14 (4), 371-383 (2013).</li>
<li>Ciechanski, P., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+Direct-Current+Stimulation+Can+Enhance+Motor+Learning+in+Children%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Transcranial Direct-Current Stimulation Can Enhance Motor Learning in Children.</a> Cerebral Cortex. 27 (5), 2758-2767 (2017).</li>
<li>Kirton, A., Andersen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+stimulation+and+constraint+for+hemiparesis+after+perinatal+stroke%3A+The+PLASTIC+CHAMPS+trial%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Paediatric+Neurology%22%5BJournal%5D)">Brain stimulation and constraint for hemiparesis after perinatal stroke: The PLASTIC CHAMPS trial.</a> European Journal of Paediatric Neurology. 19 (S1), S10(2015).</li>
<li>Ginhoux, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+custom+robot+for+Transcranial+Magnetic+Stimulation%3A+First+assessment+on+healthy+subjects%5BTitle%5D)+AND+%222013+35th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society+%28EMBC%29%22%5BJournal%5D)">A custom robot for Transcranial Magnetic Stimulation: First assessment on healthy subjects.</a> 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 5352-5355 (2013).</li>
<li>Grau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conscious+brain-to-brain+communication+in+humans+using+non-invasive+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Conscious brain-to-brain communication in humans using non-invasive technologies.</a> PloS One. 9 (8), e105225(2014).</li>
<li>Julkunen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+estimating+cortical+motor+representation+size+and+location+in+navigated+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Methods for estimating cortical motor representation size and location in navigated transcranial magnetic stimulation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 232, 125-133 (2014).</li>
<li>van de Ruit, M., Perenboom, M. J., Grey, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TMS+brain+mapping+in+less+than+two+minutes%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">TMS brain mapping in less than two minutes.</a> Brain Stimulation. 8 (2), 231-239 (2015).</li>
<li>Dundas, J. E., Thickbroom, G. W., Mastaglia, F. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perception+of+comfort+during+transcranial+DC+stimulation%3A+effect+of+NaCl+solution+concentration+applied+to+sponge+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Perception of comfort during transcranial DC stimulation: effect of NaCl solution concentration applied to sponge electrodes.</a> Clinical Neurophysiology. 118 (5), 1166-1170 (2007).</li>
<li>Alam, M., Truong, D. Q., Khadka, N., Bikson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+and+polarity+precision+of+concentric+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-tDCS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Spatial and polarity precision of concentric high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> Physics in Medicine and Biology. 61 (12), 4506-4521 (2016).</li>
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著者は開示を持っていません。

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...

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研究6は、運動マップが皮質神経可塑性のメカニズムを知らせるのにどのように役立するかを示している。ナビゲートされたモータマッピングは、機能的皮質領域を調べるために人間の運動皮質をマッピングするために使用されるTMS技術です。モータマップの変化は、人間のモータシステム7のプラスチック変化に関連している。ロボットTMS技術の最近の進歩は、モータマッピングの効率と精度を向上させる新しい機会をもたらしました。私たちのグループは最近、ロボットTMSモーターマッピングが子供8で実現可能で、効率的で、十分に許容であることを実証しました。
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、皮質興奮性をシフトし、人間の行動を調節することができる非侵襲的な脳刺激の一形態である。成人におけるtDCSの効果を調べる研究は多数行われている(>10,000人の被験者)が、研究の2%未満が発達する脳9に焦点を当てている。小児科のアプリケーションへの成人の証拠の翻訳は複雑であり、子供の複雑な違いのために修正されたプロトコルが必要です。例えば、私たちと他の人は、子供たちが大人10、11に比べて大きく、より強い電界を経験することを示しています。子どものtDCSメソッドの標準化は、安全で一貫性のあるアプリケーションを確保し、レプリケーションを改善し、フィールドを進めるために重要です。小児における運動学習変調tDCSの経験は限られているが、増加する12.特定の脳性麻痺集団へのtDCSの翻訳アプリケーションは、後期臨床試験13に向けて進んでいる。高精細tDCS(HD-tDCS)を介して適用されるより多くの焦点刺激への努力は、子供14で初めて研究されたばかりです。我々は、HD-tDCSが健康な子供の従来のtDCSと同様の改善を生み出す14.HD-tDCS メソッドを記述すると、子におけるレプリケーションや、このようなプロトコルのさらなる適用が可能になります。

<table><tbody><tr><td>1x1 SMARTscan刺激装置</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device</tr><tr><td>4x1 HD-tDCSアダプター</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1</tr><tr><td>Brainsight Neuronavigation Roge</td><td>Resolution</td><td>https://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/</td><td></td></tr> <tr><td>カーボンゴム電極</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode イージーパッド電極</td><td>ソテリックスメディカル株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad EASYstraps</td><td>ソテリックスメディカル株式会社</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap</tr><tr><td>筋電図アンプ</td><td>Bortec Biomedical</td><td>http://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm</td><td></td></tr><tr><td>HD1 電極ホルダー</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder</td><td>高精細tES用標準ベースHD電極ホルダー(HD-tES)</td></tr><tr><td>HD電極</td><td>ソテリックスメディカル</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode</td><td>焼結リングHD電極。</td></tr><tr><td>HD-Gel</td><td>ソテリックスメディカル株式会社</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel</td><td>HD-GEL for High Definition tES (HD-tES)</td></tr><tr><td>Micro 1401 データ収集システム</td><td>ケンブリッジエレクトロニクス http://ced.co.uk/products/mic3in</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Purdue Pegboard</td><td>Lafayette Instrument Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>生理食塩水</td><td>バクスター</td><td></td><td></td>http://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.page</tr><tr><td>ソテリックスメディカル HD-Cap</td><td>ソテリックスメディカル株式会社</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap</tr><tr><td>TMSロボット</td><td>Axilium Robotics</td><td>http://www.axilumrobotics.com/en/</td><td></td></tr> <tr><td>TMS Stimulator and Coil</td><td>Magstim Inc</td><td>https://www.magstim.com/neuromodulation/</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

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。

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...

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。

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

私たちのプロトコルは、健康な子供や周産期脳卒中などの早期脳損傷を持っていた子供たちに運動皮質をマッピングするために、世界で最初の小児TMSロボットを使用することを含みます。プロトコルは、MRIイメージングをニューロナビゲーションと統合し、精度と精度を向上させ、マッピングセッション時間を短縮することを可能にします。それは人的ミスを除去するのに役立ち、若い患者のための安全および耐容性を高める。モーターマッピングはまだ診断や予後の目的には使用されていませんが、脳への損傷が発生した後、または介入後に脳がどのように変化し、再配線するかを測定する新しい技術です。言語領域のマッピングには、ターゲットが異なる同様の手法を使用できます。言語と運動のマッピングは、手術前の計画に重要です。まず、神経ナビゲーションソフトウェアのタブを使用して、皮膚と完全な脳曲線を再構築します。新しいスキン、および計算スキンを選択します。鼻と頭の上が含まれていることを確認します。次に、新しい完全な脳曲線を選択します。脳の外側の緑色の選択ボックスを囲みますが、頭蓋骨の内側に入れます。計算曲線を選択します。ピールの深さを 4.0 ~ 6.0 ミリメートルに調整します。ランドマークの構成を選択します。鼻の先端に4つのランドマークを置き、鼻、および再建された皮膚の両耳のノッチ。その解剖学に対応するランドマークに名前を付けます。ターゲットのタブを選択して曲線脳を表示します。新しい矩形グリッドを選択します。運動皮質のハンドノブの上に再構築された脳の表面に7ミリメートル間隔を持つ12の座標グリッドを12で均一に置きます。次に、右側のターゲット位置ツールを使用して、グリッドの位置を回転、傾斜、曲率に最適化します。グリッドポイントを軌道に変換し、ロボットがTMSコイルを配置するように導きます。軌道の角度を調整して、縦方向の裂け目や脳に45度になるようにします。スナップツールを使用して、曲線脳への軌道を推定し最適化します。最後に、TMSロボットアームとシートを初期化して位置を指定し、4つのセンサテストを使用してフォースプレートセンサーをキャリブレーションします。まず、参加者を試験室にエスコートし、安全アンケートに記入してもらいます。次に、参加者をロボットチェアに座させ、背もたれと首の休息を調整します。足がサポートされていることを確認します。マッピングセッション中に枕で腕と手をサポートします。目的の筋肉の上に皮膚をきれいにします。4つの遠位前肢筋肉を対象とする参加者の両手と前腕に銀銀表面電極を置きます。最初の背びき間間、拉致器の花粉症のブレビス、拉致器ディジティミニミ、および手首の伸長の腹。互換性のあるEMGソフトウェアを使用して、アンプをデータ収集コンピュータに接続します。次に、電図、またはEMG、増幅器およびデータ集録システムに表面電極が、接地電極も同様に接続されていることを確認する。ランドマーク ポインタを使用して参加者の頭上の 4 つのランドマークを共同登録し、検証タブを使用して、参加者のヘッドが適切に登録されていることを確認します。次に、参加者の手ノブに最も近いグリッドポイントを選択します。ターゲットに合わせるボタンを選択して、ロボットが保持するTMSコイルをこのターゲット位置に位置合わせします。[連絡先] を選択します。接触力インジケータを使用して接触品質を監視し、インジケータが緑色または黄色であることを確認します。ロボットアームの範囲外に移動しないように参加者に指示します。参加者の手の筋肉がリラックスしていることを確認し、接触する前にまだ残ります。位置合わせを選択して、参加要素が移動した場合にコイルがターゲットの中心に留まったままになるようにします。TMS マシンの TMS トリガー ボタンを使用して、最大 40 ~ 60% の最大刺激装置出力の間の強度で 5 ~ 10 TMS パルスを供給します。最後に、左または右の FDI 筋肉に最大かつ最も一貫した運動誘発電位を与えるグリッド ポイントを決定します。10回の刺激のうち5回でFDI筋肉中に少なくとも50マイクロボルトのMEPを生成する最低強度として休息運動閾値を決定する。まず、1秒の刺激で4つの単一パルスTMSパルスを供給し、グリッドポイントで120%RMTの強度がホットスポットに閉じます。次に、隣接するグリッド点で繰り返します。応答しないポイントに到達するまで、応答性のポイントに沿って直線的に連続して続けます。次に、マッピングを続行して、矩形グリッドの4つの方向すべてにボーダーポイントを確立します。オフライン解析のためにEMGソフトウェアを使用して、すべての筋肉からすべてのMEPを記録します。3 ~ 4 つのグリッド ポイントの後で、[接触] を選択し、続行する準備が整うまで参加者に休憩を与えます。次に、同じグリッドのハードコピーバージョンを使用して、さらに分析するために刺激順序を追跡します。ロボット TMS を使用してマッピングを完了します。最後に、カスタム作成されたコーディング スクリプトを使用して、著者に連絡して利用可能な 3D モータ マップを生成します。応答性の軌道部位を使用して、モーターマップ面積と体積を計算します。各座標位置のモーター表現の重心を重み付け平均として計算します。これらの結果は、tDCSとHD-tDCSが5日間のトレーニングで学習速度を改善したことを示した。アクティブな介入グループは、シャムと比較して4日目と5日目の1日平均左手PPTスコアの大幅な改善を持っていました。この方法論は、以前の研究から複製され、データセットが組み合わされました。複製データは、同様の結果を示し、tDCS群およびHD-tDCS群で観察された学習率が、シャム群と比較して有意に増加した。手順の計画は、手順の実行と同じくらい重要です。グリッドと軌道は、MRI上に慎重にオーバーレイする必要があります。脳テンプレートを使用する場合は、参加者の頭から複数のサンプルを採取する必要があります。この手順は、結果として得られるモーターマップの変更に答えるために、介入前および介入後に完了することができます。この手順に従って評価を行うことは、モーターマップメジャーと機能結果の関係を示すことができます。このプロトコルを使用して、研究者はロボットTMSを使用して子供たちに正確かつタイムリーに、そして安全にモーターマップを生成する方法を学ぶことができます。主な課題は、ロボットを導き、目標領域を最適に整列させることです。軌道は正確に事前に決められなければならない。傾きと回転パラメータの複数の組み合わせでコイルアライメントを練習することで、コイルの軌道設計を最適化できます。どの機器も危険ではありません。ロボットは、頭の動きに反応するので、参加者の頭に触れながら常に観察することが重要です。

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

出典: Curado, M. et al., Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montage for Modulation of Human Motor Function.J. Vis. 経験。(2016年)このビデオは、人間の運動機能を調節するための経頭蓋直流刺激 (tDCS)...

ヒトの運動ニューロン活動を調節するための非侵襲的電気脳刺激

直立運動課題中の脳活動を監視することは、運動障害の神経源を調査する際に大きな価値があります。ここでは、機能的な近赤外分光法と、4種類の運動課題における筋肉および運動学的活動の継続的なモニタリングを組み合わせたプロトコルを実演します。...

運動課題中に同時キネマとEMGの監視と感覚運動の脳領域の機能的近赤外分光法

非侵襲的電気脳刺激は、両方の研究および臨床目的のために、皮質機能と動作を調節することができます。このプロトコルは、人間の運動系の調節のための異なる脳刺激的なアプローチについて説明します。...

人間の運動機能の調節のための非侵襲的電気脳刺激モンタージュ

停止信号課題のコース全体で経頭蓋磁気刺激による興奮性と運動反応抑制タスク中に一次運動皮質の抑制を定量化する実験について述べる.

反応抑制に関連する皮質の生理学を測定するためのオンラインの経頭蓋磁気刺激プロトコル

この記事では、個々の神経外科患者の重要な認知機能をサポートする脳の領域を識別するために設計されたマルチモーダル脳マッピングプログラムの概要を提供します。...

ロチェスター大学医療センターにおける翻訳脳マッピング:パーソナライズされた脳マッピングによる心の維持

この記事では、経頭蓋磁気刺激を用いて機能的に特異的な神経経路を測定し、強化するための新しいアプローチについて説明します。これらの高度な非侵襲的な脳刺激方法論は、脳と行動の関係を理解し、脳障害を治療するための新しい治療法の開発のための新しい機会を提供することができます。...

経頭蓋磁気刺激によるヒト運動系における機能的特異的神経経路の測定と操作

ナビゲートされた反復経頭蓋磁気刺激は、音声関連の皮質領域をマッピングするための非常に効率的な非侵襲的ツールです。脳外科手術の設計に役立ち、手術中に行われる直接皮質刺激をスピードアップします。本報告では,術前の評価・研究のために音声皮質マッピングを確実に行う方法について述べる.

音声皮質マッピングのためのナビゲート反復経頭蓋磁気刺激の研究デザイン

皮質ネットワークの脳波記録(TMS-EEG)マッピングと組み合わせたパーソナライズされた経頭蓋磁気刺激のための新しいプロトコルで、複数の磁気共鳴画像法(MRI)データモダリティによって通知されます。...

リアルタイム皮質ネットワークマッピングのためのニューロイメージングガイド下TMS-EEG

このプロトコルは、神経ナビゲーションおよびロボットシステムを用いて実験的課題において、背外側および背内側前頭前野に対する反復経頭蓋磁気刺激をより正確かつ効果的に行う方法を提供します。この結果に基づき、今後のオンライン刺激研究において重要な示唆が示唆されています。...

認知意思決定における背内側皮質および背外側前頭前野のオンライン経頭蓋磁気刺激および認知的不協和

ここでは、nTMSと拡散テンソルイメージング(DTI)に基づく皮質脊髄路(CST)再建を組み合わせた運動マッピングの標準化プロトコルを説明します。このプロトコルは再現性が高く、臨床的に実現可能であり、日常的な臨床ワークフローに容易に統合できるため、運動経路評価、神経可塑性研究、リハビリテーション計画のための堅牢で価値ある枠組みを提供します。...

ナビゲーション経頭蓋磁気刺激を用いた機能的運動マッピングの標準化プロトコル

学ぶ小児ロボットTMSを用いた運動皮質の非侵襲的マッピング手法。MRIニューロナビゲーションと統合し、脳損傷後の可塑性変化を安全かつ正確に評価するプロトコルを解説します。

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

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