Method Article

개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑

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

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

우리는 어린이의 모터 피질의 변조 (tDCS, HD-tDCS) 및 매핑 (로봇 TMS)에 대한 프로토콜을 보여줍니다.

Abstract

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

경두개 자기 자극 (TMS)로 모터 피질을 매핑하는 것은 모터 피질 생리학 및 가소성을 심문 할 수있는 잠재력을 가지고 있지만 어린이에게는 독특한 도전을 수반합니다. 유사하게, 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)는 성인에서 모터 학습을 향상시킬 수 있지만 최근에는 어린이에게 적용되었습니다. tDCS와 고화질 tDCS(HD-tDCS)와 같은 새로운 기술을 사용하려면 뇌 발달에 특별한 방법론적 고려 사항이 필요합니다. 로봇 TMS 모터 매핑은 특히 개발 중인 뇌에서 매핑에 고유한 이점을 부여할 수 있습니다. 여기에서, 우리는 동시에 아이들의 모터 피질 변조 및 모터 지도를 탐구할 수 있는 2개의 통합된 방법에 대한 실용적이고 표준화된 접근을 제공하는 것을 목표로 합니다. 먼저 로봇 TMS 모터 매핑프로토콜을 설명합니다. 모터 피질을 중심으로 한 개별화된 MRI 탐색 형 12x12 그리드는 단일 펄스 TMS를 투여하는 로봇을 안내합니다. 그리드 포인트당 평균 모터 발생 전위(MEP) 진폭은 맵 영역, 볼륨 및 무게 중심을 포함한 결과를 가진 개별 손 근육의 3D 모터 맵을 생성하는 데 사용됩니다. 두 방법의 안전성과 내약성을 측정하는 도구도 포함되어 있습니다. 둘째, 우리는 모터 피질과 모터 학습을 조절하기 위해 tDCS와 HD-tDCS의 응용 프로그램을 설명합니다. 실험 교육 패러다임 및 샘플 결과를 설명합니다. 이러한 방법은 어린이의 비 침습적 뇌 자극의 적용을 앞설 것입니다.

Introduction

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

비침습적 뇌 자극은 인간의 뇌 기능을 측정하고 조절할 수 있습니다1,2. 가장 일반적인 표적은 모터 피질, 부분적으로 즉각적이고 측정 가능한 생물학 출력 (모터 를 불러 일으킨 잠재력)뿐 아니라 모터 시스템 기능 장애 및 무력귀착되는 신경질병의 높은 보급 때문이었습니다. 질병의 이 큰 글로벌 부담은 뇌성 마비와 같은 아이들에 영향을 미치는 조건의 높은 비율을 포함합니다,세계전반 약 1,700만 명의 사람들을 영향을 미치는 일생 무력의 주요한 원인 3. 이 임상 관련성및 신경 자극 기술의 다양하고 증가하는 용량에도 불구하고, 개발 뇌의 응용 프로그램은단지정의되기 시작했다 4. 아이들에 있는 기존 그리고 새로운 비침범성 두뇌 자극 방법의 향상된 특성은 발전 두뇌에 있는 응용을 전진하기 위하여 요구됩니다.

경두개 자기 자극 (TMS)은 성인의 비 침습적, 통증없는, 잘 용납되고 안전 프로필에 점점 더 많이 사용되는 잘 확립 된 신경 생리학적 도구입니다. 아이들에 있는 TMS 경험은 상대적으로 한정되고 그러나 꾸준히 증가합니다. TMS는 표적 근육 모터에 반영된....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

이 프로토콜에 설명 된 모든 방법은 캘거리 대학 (REB16-2474)의 합동 건강 연구 윤리 위원회에 의해 승인되었습니다. 프로토콜은 그림 1에설명되어 있습니다.

1. 비침습적 뇌 자극 금기 사항

  1. 모집 전에 TMS15 및 tDCS1에 대한 금기 사항이 있는 모든 참가자를 심사합니다.

2. 경두개 자기 자극 모터 매핑

  1. 탐색된 TMS를 위한 MRI 준비
    1. 각 참가자의 구조 MRI (T1)를 가져옵니다. MRI를 얻을 수없는 경우, 몬트리올 신경 학회에서 템플릿 MRI를 사용합니다.
    2. DICOM 또는 NIFTI 형식으로 MRI 파일을 신경 탐색 소프트웨어로 가져옵니다(재료 표참조).
  2. TMS 대상 궤적
    1. 신경 네비게이션 소프트웨어를 사용하여 탭을 사용하여 스킨 및 전체 뇌 곡선을 재구성합니다.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

여기에 제시 된 방법을 사용하여, 우리는 무작위, 가짜제어 중재 재판 8을 완료했다. 오른손잡이 어린이 (n = 24 세, 12-18 세)는 두 가지 유형의 비 침습적 뇌 자극에 대한 금기 사항이없는 모집되었습니다. 참가자는 특히 신경 정신병 약물에 또는 그들은 tDCS순진하지 않은 경우이 연구에서 제외되었다. 탈락은 없었다.

로봇 TMS 모터 맵은 기준모터 맵을 획득하고 비침습적 뇌 자극과 짝을 이루는 모터 학습 후 신경가소성 및 피질 흥분성 변화를 모니터링하는 잠재적메커니즘역할을 하기 위해 얻어졌다. 위에서 설명한 방법을 사용하여, 모든 참가자는 6주 후속 조치(보존 시간)에서 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS) 이전에 3개의 로봇 TMS 모터 맵, 1) 기준선을 받았다. 모든 참가자는 양대 형.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

TMS는 또한 임상 소아 인구에서 탐구되었습니다, 주산기 뇌졸중을 포함22 뇌성 마비, 여기서 TMS 모터지도는 성공적으로 중재 가소성의 메커니즘을 탐구하기 위해 뇌성 마비를 가진 아이들에서 만들어졌다. 확립된 프로토콜8을 사용하여, TMS 모터 지도는 전형적으로 발달하는 아이들에서 성공적으로 집합되고, 현재 주산기 뇌졸중및 편마비 뇌성 마비를 가진 아이들을 위한 지속적인 다중 센터 임상 시험에서 집합되고 있습니다 NCT03216837). TMS 모터 매핑 방법을 설명하면 운동 장애가있는 건강한 어린이와 어린이의 프로토콜을 복제하고 추가로 적용 할 수 있습니다.

로봇 모터 매핑은 TMS 코일 배치 정확도를 향상시키고 수동 기술23,24에비해 사람의 실수를 줄입니다. 이 기술은 긴 세션12에 .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

저자는 아무런 공개가 없습니다.

Acknowledgements

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

이 연구는 건강 연구의 캐나다 학회에 의해 지원 되었다.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1x1 SMARTscan 자극기Soterix Medical Inc.
4x1 HD-tDCS 어댑터Soterix Medical Inc.
Brainsight NeuronavigationRoge Resolutionhttps://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/
탄소고무전극Soterix Medical Inc.
EASYpad 전극Soterix Medical Inc.
EASYstraps소테릭스 메디컬 Inc.
EMG 증폭기Bortec Biomedicalhttp://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm
HD1 전극 홀더Soterix Medical Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder고화질 tES(HD-tES)용 표준 베이스 HD 전극 홀더
Soterix Medical Inc.https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode소결 링 HD 전극.
HD-GelSoterix Medical Inc. (HD-젤 소테릭스 메디컬)https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel 고화질 tES(HD-tES)용 HD-GEL,
Micro 1401 데이터 수집 시스템,Cambridge Electronics http://ced.co.uk/products/mic3in
Purdue Pegboard,Lafayette Instrument Company
Saline solution, Baxter
Soterix Medical HD-CapSoterix Medical Inc.
TMS RobotAxilium Roboticshttp://www.axilumrobotics.com/en/
TMS 자극기 및 코일Magstim Inchttps://www.magstim.com/neuromodulation/
https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/devicehttps://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrodehttps://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypadhttps://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap,http://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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

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

Related Articles