Name: 개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 26 s
Description: 학습하세요 소아 TMS 로봇을 활용한 비침습적 모터 피질 매핑 방법을 통해 MRI 신경항법으로 정확도와 안전성을 높인 소아 뇌 기능 평가 기술을 익히세요.

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이 연구는 건강 연구의 캐나다 학회에 의해 지원 되었다.

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
<ol><li>모집 전에 TMS15 및 tDCS1에 대한 금기 사항이 있는 모든 참가자를 심사합니다.</li>
</ol>2. 경두개 자기 자극 모터 매핑
<ol><li>탐색된 TMS를 위한 MRI 준비
	<ol>
<li>각 참가자의 구조 MRI (T1)를 가져옵니다. MRI를 얻을 수없는 경우, 몬트리올 신경 학회에서 템플릿 MRI를 사용합니다.</li>
		<li>DICOM 또는 NIFTI 형식으로 MRI 파일을 신경 탐색 소프트웨어로 가져옵니다(재료 표참조).</li>
	</ol></li>
	<li>TMS 대상 궤적
	<ol>
<li>신경 네비게이션 소프트웨어를 사용하여 탭을 사용하여 스킨 및 전체 뇌 곡선을 재구성합니다.</li>
		<li>새' 스킨및 계산스킨을 선택 합니다. 머리의 코와 상단이 포함되어 있는지 확인합니다.</li>
		<li>새및 전체 뇌 곡선을선택합니다. 뇌 바깥쪽과 두개골 안쪽에 녹색 선택 상자를 둘러싸습니다. 곡선계산을선택합니다. 껍질 깊이를 4.0-6.0 mm로 조정합니다.</li>
		<li>랜드마크구성을 선택합니다. 코 끝, 나시온, 재건된 피부의 양쪽 귀 노치에 네 개의 랜드마크를 놓습니다. 해부학에 해당하는 랜드마크의 이름을 지정합니다.</li>
		<li>대상 탭을 선택하여 곡선 뇌를 봅니다. 새및 직사각형그리드를 선택합니다. 균일한 12 x 12 좌표 그리드를 모터 피질(precentral gyrus)의 "핸드노브"(precentral gyrus)(17)에걸쳐 재구성된 뇌의 표면에 7 mm 간격으로 놓는다.</li>
		<li>오른쪽에 있는 대상 위치 지정 도구를 사용하여 회전, 기울기 및 곡률에 대한 그리드 위치를 최적화합니다. 그리드 포인트를 궤도로 변환하여 로봇이 TMS 코일을 배치하도록 안내합니다. 궤도의 각도를 조정하여 뇌의 세로 균열에 45°가 되도록 합니다.</li>
		<li>SNAP 도구를 사용하여 궤적을 곡선형 뇌로 추정하고 최적화합니다.</li>
		<li>TMS 로봇 암과 시트를 웰컴 위치에 초기화하고 배치하고 힘 센서 테스트를사용하여 힘 플레이트 센서를 보정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>모터 매핑을 위한 참가자 준비
	<ol>
<li>참가자들에게 안전 설문지를 작성해 보라고18.</li>
		<li>참가자가 로봇 의자에 편안하게 앉으면 등받이와 목받침대를 조정합니다. 발이 지지되는지 확인합니다. 베개로 팔과 손을 지지하여 매핑 세션 동안 손이 휴식 위치에 있는지 확인합니다. 참고: 어린이와 청소년은 세션을 통해 손을 편안하게 유지하기 위해 미리 알림이 필요합니다.</li>
		<li>관심있는 근육을 통해 피부를 청소합니다. 참가자의 양손과 팔뚝에 Ag/AgCl 표면 전극을 놓고, 4개의 말단 앞다리 근육을 대상으로, 1) 첫 번째 등쪽 interosseous (FDI), 2) 납치자 pollicis brevis (APB), 3) 납치자 디지미니미 (ADM), 및 4) 손목을 대상으로 신전 (신근 카르피 척수).</li>
		<li>표면 전극을 EMG(전기 경해) 증폭기 및 데이터 수집 시스템과 연결하고 호환되는 EMG 소프트웨어로 증폭기를 데이터 수집 컴퓨터에 연결합니다.</li>
		<li>랜드마크 포인터를 사용하여 참가자의 머리에 있는 4개의 랜드마크를 공동 등록합니다. 유효성 검사 탭을 사용하여 참가자의 머리가 제대로 등록되었는지 확인합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>모터 매핑 TMS 강도 결정
	<ol>
<li>참가자의 "손잡이"에 가장 가까운 그리드 포인트를 선택합니다. 대상에 정렬 단추를 선택하여 로봇이 보유한 TMS 코일을 이 대상 위치에 정렬합니다. 에 연락처를선택합니다. 접촉력 표시기를 사용하여 접촉 품질을 모니터링합니다. 표시등이 녹색 또는 노란색인지 확인합니다. 참고: 접촉 표시기의 빨간색은 참가자의 머리에 너무 많은 힘이 있음을 의미합니다. 색상이 없음은 TMS 코일이 참가자의 머리와 접촉하지 않는다는 것을 의미합니다. 이러한 경우 힘 플레이트 감도를 조정합니다.</li>
		<li>참가자에게 로봇 팔의 범위 밖으로 이동하지 않도록 지시합니다. 참가자의 손 근육이 이완되고 접촉 전에 여전히 남아 있는지 확인하십시오.</li>
		<li>참가자가 움직이면 코일이 대상의 가운데에 유지되도록 정렬 및 팔로우를 선택합니다.</li>
		<li>TMS 기계의 TMS 트리거 버튼을 사용하여 최대 자극기 출력(MSO) 사이의 강도로 5-10TMS 펄스를 전달합니다. "손잡이"를 둘러싼 5-6 그리드 포인트에 이 단계를 반복합니다.</li>
		<li>왼쪽 또는 오른쪽 FDI 근육에 대해 가장 크고 가장 일관된(핫스팟) 모터가 발생할 수 있는 전위(MEP)를 제공하는 그리드 포인트를 결정합니다.</li>
		<li>5/10 자극에서 FDI 근육에서 최소 50 μV의 MEP를 생성하는 가장 낮은 강도로 휴식 모터 임계값(RMT)을 결정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>모터 매핑
	<ol>
<li>핫스팟에 가장 가까운 그리드 포인트에서 시작하여 1초 의 인터시약과 120% RMT의 TMS 강도에서 4개의 단일 펄스 TMS 펄스(1Hz)를 제공합니다. 반응형 그리드 포인트는 손 근육의 2/4 MEP >50 μV에 의해 결정됩니다.</li>
		<li>인접한 그리드 포인트로 이동하고 위의 단계를 반복합니다.</li>
		<li>맵의 첫 번째 테두리 영역인 응답하지 않는 점에 도달할 때까지 반응하는 점을 따라 선형 방식으로 순차적으로 계속합니다.</li>
		<li>직사각형 그리드의 네 방향모두에 테두리 점을 설정하려면 매핑을 계속합니다.</li>
		<li>오프라인 분석을 위해 EMG 소프트웨어를 사용하여 모든 근육의 모든 MEP를 기록합니다.</li>
		<li>3-4 그리드 포인트 후, 접촉을 선택하고 참가자가 계속 할 준비가 될 때까지 휴식을 제공합니다.</li>
		<li>매핑 세션 내내 참가자가 편안하고/또는 휴식이 필요한지 확인하기 위해 참가자와 지속적으로 체크인하십시오.</li>
		<li>동일한 그리드의 하드 카피 버전을 사용하여 추가 해석을 위해 시뮬레이션 순서를 정착합니다.</li>
		<li>여기에 설명된 대로 로봇 TMS를 사용하여 또는 수동으로 매핑합니다(이 원고에 설명되지 않음). TMS 로봇을 사용하는 경우 실험자가 선택한 그리드 포인트로 이동합니다. 로봇은 거의 실시간으로 아이의 머리 움직임을 수용 할 것입니다. 이렇게 하면 기술자가 참가자의 머리에 코일을 수동으로 들고 있는 추가 움직임이 완화됩니다. 참고: TMS 로봇을 사용하여 매핑하는 경우 세션 중에 항상 로봇 옆에 실험자가 있는지 확인합니다. 로봇이 참가자의 머리에 놓여있고 참가자가 갑자기 움직이면 로봇은 머리를 따라가려고 합니다. 참가자가 머리의 움직임과 관련된 활동을 움직이거나 재채기하거나 긁거나 수행해야 하는 경우, 참가자의 머리가 로봇의 팔이나 TMS 코일에 부딪히지 않도록 로봇 팔을 이동해야 합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>모터 맵 생성
	<ol>
<li>사용자 지정 코딩 스크립트를 사용하여 3차원 모터맵을 생성합니다(그림 2). 스크립트에 대 한 저자에 게 문의 합니다.</li>
		<li>반응형 궤적 사이트를 사용하여 모터 맵 면적 및 볼륨을 계산합니다. 각 좌표 위치의 모터 표현의 가중 평균으로 무게 중심(COG)을 계산합니다. 참고: 맵 영역은 그리드 간격(7mm)으로 계산되며 2에는 응답 응답 사이트의 총 수를 곱한 값입니다. 맵 볼륨은 각 반응형 사이트의 평균 MEP 진폭을 곱한 그리드 간격의 누적 합계로 계산됩니다. 사용자 친화적인 버전의 스크립트가 공개 소스로 일반 사용자와 공유하기 위해 개발되고 있습니다. 한편 스크립트에 액세스하려면 해당 작성자에게 문의하십시오.</li>
	</ol></li>
</ol>3. 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 응용 프로그램
<ol><li>참가자를 세 가지 개입 그룹 중 하나 (sham, 기존 tDCS, HD-tDCS) 중 하나에 무작위로 지정합니다.</li>
	<li>참가자가 자신의 기본 점수를 설정, 자신의 왼손 (비 지배적)를 사용하여 Purdue 페그 보드 테스트 (PPT)를 세 번 완료해야합니다.</li>
	<li>tDCS 스폰지 인서트와 고무 전극의 무결성을 확인하기 위해 전극 품질을 검사합니다.</li>
	<li>전원 스위치를 ON으로전환하여 기존 tDCS 장치를 켭니다. 참고: 배터리 부족 표시등이 켜지지 않았는지 확인합니다. 조명이 켜지면 세션을 시작하기 전에 배터리를 교체하십시오.<ol>
<li>기존의 또는 sham tDCS를 받는 참가자의 경우, 식염수로 25cm2 스폰지 전극 2개를 가볍게 담급니다. 전체 전극이 덮여 있지만 떨어지지 않았는지 확인하십시오. 고무 전극을 식염수에 적신 스폰지 전극에 넣고 각 전극을 tDCS 장치에 연결합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>신경 항법에서 표시된 핫스팟(오른쪽 M1)을 찾아 무독성 마커로 표시합니다. 각 tDCS, HD-tDCS 또는 sham 세션이 끝나면 핫스팟을 다시 표시하여 다음 날 볼 수 있도록 합니다.<ol>
<li>기존의 tDCS 또는 sham tDCS에 무작위로 배치하는 경우, 참가자의 표시된 핫스팟 (오른쪽 M1)에 25cm2 식염수 적신 스폰지 전극 하나를 놓고 양극 역할을합니다. 다른 25cm 2식염수 스폰지 전극을 음극을 나타내는 반대쪽 상구 부위에 놓는다. 경색 플라스틱 소아 "헤드밴드"를 사용하여 전극을 제자리에 고정하십시오. 참고: 전류를 분절시킬 수 있으므로 전극에서 식염수가 떨어지는 지 확인하십시오.</li>
		<li>sham 및 기존 tDCS 그룹에서 "최적의" 접접촉 품질을 보장합니다. 접촉 품질이 "최적이 아닌" 경우 스폰지 전극 아래에 소량의 식염수를 주입하거나 두피와 전극 사이에 최소한의 모발이 있는지 확인하십시오. 참고: 접점 표시등 품질의 절반 이상이 켜져 있을 때 "최적" 접점 품질이 달성됩니다. 접촉 표시등 표시등의 절반 미만이 켜져 있으면 접촉 품질이 최적이 아닙니다. 표시등 중 두 개 중 하나만 켜져 있으면 자극을 시작하지 마십시오.</li>
		<li>HD-tDCS 그룹에서, 비야마르, M.F., 외16을 참조하여 적절한 설정을 하십시오.</li>
		<li>HD-tDCS 그룹에서 장치를 스캔 설정으로 설정하여 각 전극의 임피던스를 확인합니다. 임피던스가 1 "품질 단위" 미만인지 확인하고 이전에설명한 19,20. 접촉 품질이 좋지 않은 경우, 전극을 제거하고 전극의 접촉을 방해하는 머리카락이 없는지, 두피와 전극 사이에 연속컬처컬럼이 존재하는지 확인한다. 필요한 경우, 전극 겔을 더 바르는다.</li>
	</ol></li>
	<li>tDCS 및 HD-tDCS 장치를 양극 몽타주 설정, 1 mA 전류 강도 및 20분 지속 시간으로 설정합니다.</li>
	<li>참가자가 편안하게 앉아 있는지 확인하고 그들이 경험할 수있는 가능한 감각 (예 : 가려움증이나 따끔 거림)을 이해하십시오. 참가자에게 불편함을 느끼거나 질문이 있는 경우 의사소통을 하도록 상기시킨다.<ol>
<li>기존의 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서토글이 활성으로 설정되어 있는지 확인합니다. 참고: 샴 그룹의 경우 토글을 Sham로 설정해야 합니다. 이 설정은 참가자에게 숨겨져 있어야 합니다.</li>
		<li>장치의 시작 버튼을 눌러 자극을 시작합니다. 지속 시간이 20분으로 설정되어 있고 강도가 1mA로 설정되어 있는지 확인합니다. 참고: 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서는 전류가 30초에서 1mA 이상으로 증가하고 20분 동안 계속됩니다. sham tDCS 그룹에서는 전류가 30s에서 1 mA 이상으로 증가하고 즉시 30 s 이상으로 진입합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>5분, 10분, 15분, 20분에 참가자가 왼손으로 PPT를 세 번 완료합니다.</li>
	<li>20분 후 강도가 0mA로 내려가는 것을 마친 후 장치를 끕니다. 참고: 기존 tDCS 또는 HD-tDCS를 받는 참가자의 경우 기기가 자동으로 20분에서 0mA까지 램프가 됩니다. sham tDCS를 받는 참가자의 경우, 기계는 자동으로 30초에서 1mA 이상으로 올라가고 20분동안 30mA 이상0mA로 즉시 진입합니다.</li>
	<li>참가자의 머리에서 전극을 제거합니다.</li>
	<li>sham 및 기존 tDCS 그룹의 경우 스폰지 내부에서 검은 색 전극을 제거하고 스폰지 전극을 일반 수돗물로 헹구십시오.<ol>
<li>HD-tDCS 그룹에서 플라스틱 전극 홀더 상단을 벗고 전극을 제거합니다. 참가자의 머리에서 전극 캡을 제거합니다. 전극 홀더에 젤을 헹시다. 약간 젖은 종이 타월로 전극을 청소합니다. 마른 종이 타월로 전극을 닦아 남은 젤을 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>각 자극 세션 이후에 모든 참가자에게 경두개 직접 전류 자극 부작용 및 내약성 설문지를 작성하게 하십시오.</li>
	<li>참가자들이 왼손으로 PPT를 세 번 완료해 보라고 한다.<ol>
<li>참가자들이 모터 학습(PPT)과 짝을 이루는 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)을 위해 다음 날 과 또 다른 4일 연속(총 5일) 돌아오게 한다. 2-4일에 3.2-3.13단계를 반복합니다. 5일째에 참가자들은 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)(단계 3.2-3.13이 반복됩니다)으로 시작하십시오. 휴식 후 (자극을 받은 후 45 분 - 1.5 시간), 로봇 TMS 모터 매핑을 시작합니다 (단계 2.3-2.5.8). 참고: 모든 참가자는 평가 간 휴식 시간에 대해 동일한 시간(분)을 받았습니다.</li>
		<li>6 주 후, 참가자들에게 비침습적 뇌 자극을받지 않고 PPT를 반환하고 수행하도록 초대합니다 (3.2 단계 다음에 로봇 TMS 모터 매핑 (단계 2.5.8)).</li>
	</ol></li>
</ol>

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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 ...

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 순 출력으로 뇌의 피질 신경 인구의 국소 활성화를 유도하는 자기장을 전달합니다(MEP). 단일 펄스 TMS의 체계적인 적용은 생체 내 모터 피질의 맵을 정의할 수 있다. 정액 동물 연구5 및 신흥 인간 TMS 연구6 모터지도 피질 신경 가소성의 메커니즘을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다 방법을 보여 주었다. 탐색 된 모터 매핑은 기능적 피질 영역을 심문하기 위해 인간의 모터 피질을 매핑하는 데 사용되는 TMS 기술입니다. 모터 맵의 변화는 인간 모터 시스템의 플라스틱변화와 관련이 있다 7. 최근 로봇 TMS 기술의 발전으로 모터 매핑 효율성과 정확도를 개선할 수 있는 새로운 기회가 생생했습니다. 우리 그룹은 최근 로봇 TMS 모터 매핑이 실현 가능하고 효율적이며 어린이8에서잘 견딜 수 있음을 입증했습니다.
경두개 직접 전류 자극 (tDCS)은 피질 흥분성을 이동하고 인간의 행동을 조절 할 수있는 비 침습적 인 뇌 자극의 한 형태입니다. 성인 (>10,000 과목)에서 tDCS의 효과를 검토하는 연구의 무리가 있었다 하지만 미만 2% 연구의개발 뇌에 초점을 맞추고있다 9. 소아 응용 프로그램에 성인 증거의 번역은 복잡 하 고 수정 된 프로토콜 어린이 복잡 한 차이 인해 필요. 예를 들어, 우리와 다른 사람들은 아이들이 성인10,11에비해 더 크고 강한 전기장을 경험한다는 것을 보여주었습니다. 어린이에게 tDCS 메서드의 표준화는 안전하고 일관된 응용 프로그램을 보장하고 복제를 개선하며 필드를 발전시키는 데 중요합니다. 어린이 모터 학습 변조 tDCS의 경험은 제한적이지만12증가 . 특정 뇌성 마비 인구에 tDCS의 번역 응용은 후기 단계 임상 시험을 향해 진행되고 있다13. 고화질 tDCS(HD-tDCS)를 통해 더 많은 초점 자극을 위한 노력은 단지14명의아이들에서 처음으로 공부되었습니다. 우리는 HD-tDCS가 건강한 아이들에 있는 전통적인 tDCS와 모터 학습에 있는 유사한 개선을 생성한다는 것을 보여주었습니다14. HD-tDCS 방법을 설명하면 어린이에서 이러한 프로토콜을 복제하고 추가로 적용 할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>1x1 SMARTscan 자극기</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device</tr><tr><td>4x1 HD-tDCS 어댑터</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1</tr><tr><td>Brainsight Neuronavigation</td><td>Roge Resolution</td><td>https://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/</td><td></td></tr> <tr><td>탄소고무전극</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode</tr><tr><td>EASYpad 전극</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad</tr><tr><td>EASYstraps</td><td>소테릭스 메디컬 Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap</tr><tr><td>EMG 증폭기</td><td>Bortec Biomedical</td><td>http://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm</td><td></td></tr><tr><td>HD1 전극 홀더</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder</td><td>고화질 tES(HD-tES)용 표준 베이스 HD 전극 홀더</td></tr> <tr><td></td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode</td><td>소결 링 HD 전극.</td></tr><tr><td>HD-Gel</td><td>Soterix Medical Inc. (HD-젤 소테릭스 메디컬)</td><td></td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel 고화질 tES(HD-tES)용 HD-GEL,</td></tr> <tr><td>Micro 1401 데이터 수집 시스템,</td><td>Cambridge Electronics 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>Saline solution</td><td>, Baxter</td><td></td><td></td>http://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.page</tr><tr><td>Soterix Medical HD-Cap</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap</tr><tr><td>TMS Robot</td><td>Axilium Robotics</td><td>http://www.axilumrobotics.com/en/</td><td></td></tr> <tr><td>TMS 자극기 및 코일</td><td>Magstim Inc</td><td>https://www.magstim.com/neuromodulation/</td><td></td></tr></tbody></table>

개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑

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

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.

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...

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

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

우리의 프로토콜은 건강한 아이들에 있는 모터 피질을 지도하기 위하여 세계 최초의 소아 TMS 로봇을 사용하고 또한 주산기 치기와 같은 초기 두뇌 상해가 있던 아이들에서 관련시킵니다. 프로토콜은 MRI 이미징과 신경 탐색을 통합하여 정확도와 정밀도가 향상된 맵을 획득하여 매핑 세션 시간을 줄일 수 있습니다. 그것은 인간의 오류를 제거하는 데 도움이 그것은 젊은 환자에 대한 안전과 내성을 증가.모터 매핑은 진단 또는 예후 목적을 위해 아직 사용되지 않습니다, 그러나, 뇌에 손상이 발생한 후 또는 개입 후 뇌가 어떻게 변화하고 다시 와이어를 측정하는 새로운 기술이다. 서로 다른 대상이 있는 유사한 기술을 언어 영역 매핑에 사용할 수 있습니다. 언어 및 모터 매핑은 수술 전 계획에 중요할 수 있습니다.신경 탐색 소프트웨어의 탭을 사용하여 피부와 전체 뇌 곡선을 재구성합니다. 새로운 피부, 컴퓨팅 스킨을 선택합니다. 머리의 코와 상단이 포함되어 있는지 확인합니다.그런 다음 새롭고 완전한 뇌 곡선을 선택합니다. 뇌 바깥에 녹색 선택 상자를 둘러싸지만 두개골 내부를 둘러싸습니다. 계산 곡선을 선택합니다.껍질 깊이를 4.0 ~6.0밀리미터로 조정합니다. 구성 랜드마크를 선택합니다. 코, 네이션, 그리고 재건 된 피부의 양쪽 귀의 노치의 끝에 네 개의 랜드 마크를 놓습니다.해부학에 해당하는 랜드마크의 이름을 지정합니다. 대상탭을 선택하여 곡선 뇌를 봅니다. 새 직사각형 그리드를 선택합니다.균일 한 12 by 12 좌표 격자를 7 밀리미터 간격으로 재구성 된 뇌의 표면에 모터 피질의 손 손잡이 위에 놓습니다. 다음으로 오른쪽의 대상 포지셔닝 도구를 사용하여 회전, 기울기 및 곡률에 대한 그리드 포지셔닝을 최적화합니다. 그리드 포인트를 궤도로 변환하여 로봇이 TMS 코일을 배치하도록 안내합니다.궤적의 각도를 조정하여 세로 균열 이나 뇌에 45도 되도록 조정합니다. 스냅 도구를 사용하여 궤적을 경전뇌로 추정하고 최적화합니다. 마지막으로 TMS 로봇 팔과 시트를 초기화하고 배치하여 위치를 환영하고 4개의 센서 테스트를 사용하여 힘 판 센서를 보정합니다.먼저 참가자를 시험실로 안내하고 안전 설문지를 작성합니다. 그런 다음 로봇 의자에 참가자를 앉히고 등받이와 목 받침대를 조정합니다. 발이 지원되는지 확인합니다.매핑 세션 동안 베개로 팔과 손을 지원합니다. 관심있는 근육에 피부를 청소하십시오. 4개의 탈구 앞다리 근육을 대상으로 하는 참가자의 양팔과 팔뚝에 은은 염화물 표면 전극을 놓습니다.첫 번째 등간 interosseous의 배, 납치자 pollicis brevis, 납치자 디지털 미니미, 손목 엑스텐서. 앰프를 호환 되는 EMG 소프트웨어와 함께 컴퓨터를 수집 하는 데이터에 연결 합니다. 다음으로, 표면 전극은 전동, 또는 EMG, 증폭기 및 데이터 수집 시스템으로, 지상 전극도 연결되어 있는지 확인합니다.랜드마크 포인터를 사용하여 참가자의 머리에 있는 네 개의 랜드마크를 공동 등록하고 유효성 검사 탭을 사용하여 참가자 헤드가 제대로 등록되었는지 확인합니다. 그런 다음 참가자의 핸드노브에 가장 가까운 그리드 지점을 선택합니다. 대상 버튼에 정렬을 선택하여 로봇이 보유한 TMS 코일을 이 대상 위치에 정렬합니다.연락처를 선택합니다. 접촉 력 표시기를 사용하여 접촉 품질을 모니터링하고 표시등이 녹색 또는 노란색인지 확인합니다. 참가자에게 로봇 팔의 범위를 벗어나지 말라고 지시한다.참가자의 손 근육이 완화되었는지 확인하고 접촉 하기 전에 여전히 남아 있습니다. 참가자가 이동하는 경우 코일이 대상에 중앙으로 유지되도록 정렬 및 팔로우를 선택합니다. TMS 기계의 TMS 트리거 버튼을 사용하여 최대 자극기 출력40~60% 사이의 강도로 5~10TMS 펄스를 제공합니다.마지막으로, 왼쪽 또는 오른쪽 FDI 근육에 대한 가장 크고 일관된 모터가 불러올 가능성을 제공하는 그리드 점을 결정합니다. 휴식 모터 임계값을 10자극 중 5개에서 FDI 근육에서 최소 50마이크로볼트의 생성 및 MEP의 가장 낮은 강도로 결정합니다. 먼저 1초의 인터자극으로 4개의 단일 펄스 TMS 펄스를 전달하고 그리드 지점에서 120% RMT의 강도가 핫스팟으로 닫힙습니다.그런 다음 인접한 그리드 지점에서 반복합니다. 응답하지 않는 지점에 도달할 때까지 반응지점을 따라 선형 방식으로 순차적으로 계속하여 맵의 첫 번째 보더 영역을 지정합니다. 그런 다음 직사각형 그리드의 네 방향 모두에 보더 포인트를 설정하기 위해 매핑을 계속합니다.오프라인 분석을 위해 EMG 소프트웨어를 사용하여 모든 근육의 모든 MEP를 기록합니다. 3~4개의 그리드 포인트 가 끝나면 연락처를 선택하고 참가자가 계속 할 준비가 될 때까지 휴식을 취하십시오. 다음으로 동일한 그리드의 하드 카피 버전을 사용하여 추가 분석을 위해 자극 순서를 추적합니다.로봇 TMS를 사용하여 완벽한 매핑을 완료합니다. 마지막으로 사용자 지정 만든 코딩 스크립트를 사용하여 작성자에게 연락하여 사용할 수 있는 3D 모터 맵을 생성합니다. 반응형 궤적 사이트를 사용하여 모터 맵 영역과 볼륨을 계산합니다.각 좌표 위치의 모터 표현의 가중치 평균으로 무게 중심을 계산합니다. 이러한 결과는 tDCS와 HD-tDCS가 5일간의 학습 률을 향상시킨 것으로 나타났습니다. 적극적인 내정간섭 단은 sham에 비해 4일과 5일에 매일 평균 왼손 PPT 점수에 있는 더 큰 개선이 있었습니다.이 방법론은 이전 연구에서 복제되었으며 데이터 집합이 결합되었습니다. 복제 데이터는 가짜 그룹에 비해 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서 관찰되는 학습 비율이 현저한 증가가 있었다는 것과 유사한 결과를 입증했습니다. 절차를 계획하는 것은 절차를 수행하는 것만큼 중요합니다.그리드와 궤적은 MRI에 신중하게 오버레이되어야 합니다. 뇌 템플릿을 사용하는 경우 참가자 머리에서 여러 샘플을 채취해야 합니다. 이 절차는 결과 모터 맵 변경에 응답하기 위해 사전 및 사후 개입을 완료할 수 있습니다.이 절차에 따라 평가를 수행하면 모터 맵 측정값과 기능 결과 간의 관계를 나타낼 수 있습니다. 이 프로토콜을 사용하여 연구원은 로봇 TMS를 사용하는 어린이의 모터 맵을 정확하고 시기 쉽게 생성하는 방법을 배울 수 있습니다. 주요 과제는 로봇을 안내하고 목표 영역을 최적으로 조정하는 것입니다.궤적은 정확하게 미리 결정되어야 합니다. 기울기 및 회전 파라미터의 여러 조합으로 코일 정렬을 연습하면 코일 궤적 설계를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 어떤 기기도 위험하지 않습니다.로봇이 머리 의 움직임에 반응하기 때문에 참가자의 머리를 만지는 동안 로봇을 지속적으로 관찰하는 것이 중요합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

출처: Curado, M. et. al., 인간 운동 기능 조절을 위한 비침습적 전기 뇌 자극 몽타주. J. Vis. 경험. (2016년)이 비디오는 인간의 운동 기능을 조절하기 위한 경두개 직류 자극(tDCS)의 설정 및 메커니즘을 보여줍니다. 양극을 일차 운동 피질 위에 배치하고 음극을 반대쪽 안와상 영역 위에 배치함으로써 표적 전기 자극은 피질 흥분성을 증가시켜 운동 뉴런 활동을 향상시키며 운동 성능을 향상시킵니다.

인간 운동 뉴런 활동을 조절하기 위한 비침습적 전기 뇌 자극

직립 운동 작업 중 뇌 활동을 모니터링하는 것은 운동 장애의 신경 원인을 조사할 때 큰 가치가 있습니다. 여기에서는 기능적 근적외선 분광법과 4가지 유형의 운동 작업 중 근육 및 운동학적 활동의 지속적인 모니터링을 결합한 프로토콜을 보여줍니다.

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

비 침습 뇌 전기 자극은 모두 연구와 임상 목적으로 대뇌 피질의 기능과 동작을 조절 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 인간 모터 시스템의 조절을위한 다양한 뇌 자극 방법을 설명한다.

인간의 운동 기능의 변조를위한 비 침습 뇌 전기 자극 몽타주

우리는 흥분 그리고 모터 응답 억제 작업 동안 기본 모터 피 질 억제 중지 신호 작업의 과정을 통해 Transcranial 자석 자극을 사용 하 여 계량 하는 실험적인 절차를 설명 합니다.

대뇌 생리학 응답 억제와 관련 된 측정을 위한 온라인 Transcranial 자석 자극 프로토콜

이 문서는 개별 신경 외과 환자에서 중요한 인지 기능을 지원하는 뇌영역을 식별하도록 설계된 다중 모달 뇌 매핑 프로그램의 개요를 제공합니다.

로체스터 대학 의료 센터의 번역 뇌 매핑: 개인화된 뇌 매핑을 통해 마음 보존

이 기사에서는 경두개 자기 자극을 통해 기능적으로 특정 신경 경로를 측정하고 강화하는 새로운 접근법을 설명합니다. 이러한 고급 비침습적 뇌 자극 방법론은 뇌-행동 관계의 이해와 뇌 질환을 치료하는 새로운 치료법의 개발을 위한 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.

경두개 자기 자극을 통해 인간 모터 시스템의 기능적으로 특정신경 경로 측정 및 조작

탐색된 반복적 경두개 자기 자극은 음성 관련 피질 영역을 매핑하기 위한 매우 효율적인 비침습적 도구입니다. 뇌 수술을 설계하는 데 도움이 되며 수술 중에 수행되는 직접적인 피질 자극을 가속화합니다. 이 보고서는 수술 전 평가 및 연구를 위해 언어 피질 매핑을 안정적으로 수행하는 방법을 설명합니다.

음성 피질 매핑을 위한 탐색된 반복적 경두개 자기 자극을 위한 연구 설계

다중 자기 공명 영상(MRI) 데이터 양식에 의해 정보를 얻은 대뇌파 네트워크의 뇌파검사(TMS-EEG) 매핑과 결합된 맞춤형 경두개 자기 자극을 위한 새로운 프로토콜입니다.

실시간 피질 네트워크 매핑을 위한 신경영상 유도 TMS-EEG

이 프로토콜은 신경내비게이션 및 로봇 시스템을 이용한 실험적 작업 중 배측 및 배측측 전전두엽 피질에 대한 반복적인 경두개골 자기 자극을 보다 정밀하고 효과적으로 제시합니다. 결과에 따르면 향후 온라인 자극 연구에 중요한 시사점을 제시합니다.

인지 의사결정과 인지 부조화에서 배측 및 배외측 전두엽 피질의 온라인 반복 경두개 자기 자극

여기서는 nTMS와 확산 텐서 영상(DTI) 기반 피질척수로(CST) 재건을 결합한 운동 매핑 표준화 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 재현 가능하고 임상적으로 실현 가능하며 일상적인 임상 업무 흐름에 쉽게 통합되어 운동 경로 평가, 신경가소성 연구, 재활 계획에 대한 견고하고 가치 있는 틀을 제공합니다.

내비게이션 경두개골 자기 자극을 이용한 기능적 운동 매핑을 위한 표준화된 프로토콜

학습하세요 소아 TMS 로봇을 활용한 비침습적 모터 피질 매핑 방법을 통해 MRI 신경항법으로 정확도와 안전성을 높인 소아 뇌 기능 평가 기술을 익히세요.

개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑

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