Methodenartikel

Non-invasieve elektrische hersenstimulatie Montages voor Modulatie van Human Motor Function

DOI:

10.3791/53367

⸱

4 februari 2016

 ,  , 
1Department of Neurology, Albert Ludwigs University Freiburg

In dit artikel

Samenvatting

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

Niet-invasieve elektrische hersenstimulatie kunnen corticale functie en het gedrag, zowel voor onderzoek en klinische doeleinden te moduleren. Dit protocol beschrijft verschillende hersenstimulatie benaderingen voor de modulatie van de menselijke motoriek.

Samenvatting

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

Niet-invasieve elektrisch hersenstimulatie (NEBS) gebruikt om hersenfunctie en gedrag moduleren zowel voor onderzoeksdoeleinden en klinische doeleinden. In het bijzonder kan NEBS transcranially hetzij als directe stroom stimulatie (tDCS) of wisselstroom stimulatie (TAC's) worden toegepast. Deze types stimulatie oefenen tijd-, dosis- en in het geval van tDCS polariteit-specifieke effecten op de motorische functie en de vaardigheid leren bij gezonde proefpersonen. De laatste tijd heeft tDCS gebruikt voor de behandeling van motorische stoornissen bij patiënten met een beroerte of bewegingsstoornissen vergroten. Dit artikel geeft een stap-voor-stap protocol voor het richten van de primaire motorische cortex met tDCS en transcraniële ruis stimulatie (Trns), een specifieke vorm van TAC middels een elektrische stroom willekeurig aangebracht binnen een vooraf bepaald frequentiebereik. De opzet van twee verschillende stimulatie montages wordt uitgelegd. In beide montages de emitterende elektrode (de anode voor tDCS) wordt op de primaire motorische cortex plaats. Voorunilaterale motorische cortex stimulatie de ontvangende elektrode wordt op de contralaterale voorhoofd terwijl bilaterale motorische cortex stimulatie de ontvangende elektrode wordt op de tegenoverliggende primaire motorische cortex. De voor- en nadelen van elk montage voor de modulatie van corticale prikkelbaarheid en motorische functies waaronder het leren worden besproken, evenals de veiligheid, verdraagbaarheid en verblindende aspecten.

Inleiding

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

3 - niet-invasieve elektrische hersenstimulatie (NEBS), het toedienen van elektrische stromen naar de hersenen door middel van de intacte schedel, kan de hersenfunctie en gedrag 1 te wijzigen. Om het therapeutisch potentieel van NEBS strategieën inzicht in de onderliggende mechanismen die leiden tot neurofysiologische en gedragseffecten nog nodig optimaliseren. Standaardisatie van toepassing in verschillende laboratoria en volledige transparantie van de stimulatie procedures vormt de basis voor de vergelijkbaarheid van de gegevens die betrouwbare interpretatie van de resultaten en de evaluatie van de voorgestelde werkingsmechanismen ondersteunt. Gepulste elektromagnetische velden (tDCS) of transcraniële wisselstroom stimulatie (TAC's) verschillen door parameters van de toegepaste elektrische stroom: tDCS bestaat uit een in één richting een constante stroom tussen twee elektroden (anode en kathode) 2-6, terwijl de TAC's maakt gebruik van een wisselspanning toegepast bij een7 specifieke frequentie. Transcraniële ruis stimulatie (Trns) is een speciale vorm van TAC dat een wisselspanning aangebracht willekeurig frequenties gebruikt (bv., 100-640 Hz) resulteert in snel variërende stimulatie-intensiteiten en verwijderen van polariteit gerelateerde effecten 4,6,7. Polariteit slechts van belang indien de stimulatie instelling omvat een stimulatiekanaal te compenseren, bijvoorbeeld ruisspectrum willekeurig verandert rond 1 mA basislijn intensiteit (meestal niet gebruikt). Voor de toepassing van dit artikel zullen we ons richten op het werk met behulp tDCS en Trns effecten op het motorische systeem, op de voet na een recente publicatie van ons lab 6.

De onderliggende werkingsmechanismen van Trns zelfs minder begrepen dan van tDCS maar waarschijnlijk anders dan de laatste. Theoretisch, in het conceptuele kader van stochastische resonantie Trns introduceert-stimulatie veroorzaakte lawaai tot een neuronale systeem dat een signaal processing voordeel kunnen bieden door het veranderen van the signaal-ruisverhouding 4,8,9. TRNS kan overwegend versterken zwakkere signalen en kon dus taakspecifieke hersenactiviteit (endogene lawaai 9) te optimaliseren. Anodische tDCS verhoogt corticale prikkelbaarheid aangegeven door wijziging van de spontane neuronale vuursnelheid 10 of verhoogde motor evoked potential (MEP) amplitudes 2 met de gevolgen outlasting de stimulering duur van minuten tot uren. Langdurige toename in synaptische werkzaamheid bekend als langetermijnpotentiëring wordt gedacht dat ze bijdragen aan leren en geheugen. Inderdaad, anodische tDCS verhoogt synaptische werkzaamheid van de motor corticale synapsen herhaaldelijk geactiveerd door een zwakke synaptische ingang 11. Overeenkomstig, wordt verbeterd motorische functie / aanleren van vaardigheden vaak onthuld alleen als stimulatie is co-aangebracht met motor training 11-13, ook suggereert synaptische co-activering als een voorwaarde van deze activiteit-afhankelijk proces. Toch causaliteit tussen de verhogingen in cortical prikkelbaarheid (verhoging van de vuursnelheid of MEP amplitude) aan de ene kant en een verbeterde synaptische werkzaamheid (LTP of gedragsproblemen functie zoals motorisch leren) aan de andere kant is niet aangetoond.

NEBS toegepast op de primaire motorische cortex (M1) is toenemende belangstelling als veilige en effectieve methode aangetrokken voor de menselijke motoriek 1 moduleren. Neurofysiologische effecten en ontwikkelingsuitkomst kan afhangen van de stimulatiestrategie (bijvoorbeeld tDCS polariteit of Trns), elektrodengrootte en montage 4 - 6,14,15. Naast subject inherente anatomische en fysiologische factoren de elektrode montage aanzienlijk beïnvloedt elektrische veldverdeling en kunnen leiden tot verschillende patronen van huidige verspreiding binnen de cortex 16-18. Naast de intensiteit van de aangelegde stroom de grootte van de elektroden bepaalt de stroomdichtheid afgeleverd 3. Gemeenschappelijke elektrode montagesin menselijke bewegingsapparaat studies omvatten (Figuur 1): 1) anodische tDCS eenzijdige M1 stimulatie met de anode gepositioneerd M1-plaats en de kathode geplaatst op de contralaterale voorhoofd; het basisidee van deze aanpak is opregulatie van prikkelbaarheid in de M1 van belang 6,13,19 - 22; 2) anodische tDCS bilaterale M1 stimulatie (ook wel "bihemispheric" of "dual" stimulatie) bij de anode geplaatst op de M1 van belang en de kathode geplaatst op de contralaterale M1 5,6,14,23,24; Het basisidee van deze benadering is het maximaliseren stimulatie voordelen van opwaartse regulatie van exciteerbaarheid in de M1 plaats terwijl neerwaarts reguleren van exciteerbaarheid in de tegengestelde M1 (dwz modulatie van interhemisferische remming tussen de twee M1S); 3) Voor Trns, alleen de hierboven genoemde eenzijdige M1 stimulatie montage is geweest bestuderen enated 4,6; deze montage exciteerbaarheid veredelingseffecten Trns hebben gevonden frequentiespectrum van 100-640 Hz 4. De keuze van de hersenstimulatie strategie en de elektrode montage vormt een cruciale stap voor een efficiënt en betrouwbaar gebruik van NEBS in klinische of research instellingen. Hier deze drie NEBS procedures worden in detail beschreven, zoals gebruikt in de menselijke motoriek studies en methodologische en conceptuele aspecten komen aan bod. Materialen voor unilaterale of bilaterale tDCS en unilaterale Trns hetzelfde (figuur 2).

figure-introduction-1
Figuur 1. elektrode montages en de huidige richting voor verschillende NEBS strategieën. (A) voor eenzijdige anodische gepulste elektromagnetische velden (tDCS), zal de anode gecentreerd over de primaire motorische cortex van de rente en de kathode geplaatst over tHij contralaterale supra-orbitale gebied. (B) voor de bilaterale motorische cortex stimulatie, anode en kathode bevinden zich elk meer dan één motor cortex. De positie van de anode is bepalend voor de motorische cortex van belang zijn voor anodische tDCS. (C) voor eenzijdige transcraniële ruis stimulatie (Trns), een elektrode bevindt zich op de motorische cortex en de andere elektrode op de contralaterale supra-orbitale gebied. De stroomloop tussen de elektroden is aangegeven door de zwarte pijl. Anode (+, rood), de kathode (-, blauw), Wisselstroom (+/-, groen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

Ethiek statement: Human studies vereisen schriftelijke toestemming van de deelnemers vóór de studie. Verkrijgen van goedkeuring door de relevante ethische commissie voor werving van deelnemers. Zorg ervoor dat studies zijn in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki. De vertegenwoordiger van de bevindingen hier gerapporteerd (figuur 4) zijn gebaseerd op een studie uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki gewijzigd door de 59 e Algemene Vergadering, Seoul, oktober 2008 en door de lokale ethische commissie van de universiteit van Freiburg goedgekeurd. Alle proefpersonen gaven schriftelijk toestemming voor de studie 6.

1. Veiligheid Screening

  1. Het scherm van de deelnemer voor potentiële contra-indicaties voor de niet-invasieve hersenstimulatie 3, bijv. Door middel van vragenlijsten 25.

2. Motor Cortex Localization

  1. Zoek de deelnemer de hand motorische cortex door een van de twee diinstinct benaderingen, door het lokaliseren van de hersenen representatie van de spier van rente door transcraniële magnetische stimulatie (TMS) geïnduceerde MEP, of door het lokaliseren van de standaard M1-stand (C3 / C4) op basis van de EEG 10/20 internationale systeem met een meetlint 26 .
  2. Voor-TMS-geïnduceerde MEP opname vragen de deelnemer om een ​​object dat kan worden beïnvloed door TMS magnetisch veld, met inbegrip van creditcards, mobiele telefoons en metalen voorwerpen in het algemeen te verwijderen.
  3. Vraag de deelnemer om comfortabel te zitten.
  4. Controleer de verbindingen tussen EMG versterker en de computer wordt gebruikt voor signaal configuratie en overname bij gebruik van een software-interface.
  5. Zet de EMG versterker en sluit EMG elektrodekabels.
  6. huid schoon deelnemer door zachtjes te wrijven met de huid voorbereiding deeg in de regio's van de hand waar de elektroden wordt geplaatst. Verwijder overtollig met schoon gaasje.
  7. Bevestig EMG oppervlakte-elektroden in een buik-pees montage op de hand spier vanbelang (bv., M. abductor pollicis brevis van de rechterhand) en sluit een massa-elektrode (bijv., op de voorarm). Het doel van de studie bepaalt welke handspier gebruikt.
    Opmerking: Bij herbruikbare elektroden is het noodzakelijk om een kleine hoeveelheid geleidende pasta op het elektrodeoppervlak toepassen voordat u deze op de huid van de deelnemer.
  8. (Optionele stap) Start de opnamesoftware voor MEP acquisitie als MEP gegevensopslag is gewenst.
  9. Controleer de EMG impedantiewaarden. Zorg ervoor dat de impedantie <20 kOhm.
  10. Zet de magnetische stimulator en opladen van de condensator door op de corresponderende "charge" knop.
  11. Plaats een figuur-van-acht TMS spoel op de deelnemer hoofdhuid op de interhemisferische spleet en verplaats het naar de motorische cortex gebied (rond de posities C3 / C4 van de EEG 10/20 internationale systeem). Houd de TMS spoel bij een 45 o -50 o hoek gerelateerd aan het interhemisferische fissure 27,28, met het handvat naar achteren gericht, waardoor een corticale stroom van posterior naar anterior 29.
    Opmerking: Twee verschillende TMS spoelen worden gebruikt voor de motorische cortex lokalisatie: cijfer-van-acht of cirkelvormige spoelen. Gebruik indien mogelijk een figuur-van-acht coil omdat het zorgt voor meer centraal hersenstimulatie 30 en een grotere betrouwbaarheid van de metingen van de corticale prikkelbaarheid 31.
  12. Wanneer de magnetische stimulator is opgeladen (zichtbaar op het scherm), ontladen van de stimulator, hetzij door het indrukken van de trigger knop of door intensivering op de voet schakelaar of automatisch door een software programma. Dit zal vervolgens zorgen voor een enkele TMS puls via de aangesloten TMS spoel geplaatst over de hoofdhuid van de deelnemer. Default TMS puls-instellingen (bijv., 100 ps stijgtijd van de geïnduceerde stroom en 800 microseconden vervaltijd voor monofasische stimuli; kortere decay tijden voor de tweefasige stimuli) zijn specifiek voor het apparaat (firmware).
  13. Begin met een lage stimulatie-intensiteit (bijv., Stel de intensiteit tot 45% uitvoer via de stimulatie-intensiteit controller knop op de stimulator) en let op Europarlementsleden zichtbaar op de EMG versterker.
    1. Als er geen MEP zichtbaar is verhoging van de stimulatie-intensiteit in 2-5% stappen tot een MEP duidelijk aanwezig is (bv., 0,5-1 mV amplitude). Herhaal stimulatie door te drukken op de trigger knop of het activeren van de voet switch als puls levering niet is geautomatiseerd. Informeer de deelnemer dat de stimulatie iets sterker zal zijn en dat de bewegingen van de ledematen, gezicht twitch en in het oog knippert worden verwacht.
      Opmerking: Stel een minimum interval van 5 sec tussen de pulsen te lage frequentie stimulatie-effecten op de hersenen prikkelbaarheid te voorkomen.
  14. Beweeg de spoel radiaal in 1 cm stappen rond de aanvankelijk gestimuleerd site naar de plek met de grootste MEP respons na het aanbrengen van enkele TMS pulsen te vinden. Van daar, begin dan opnieuw verplaatsen van de spoel te beveiligende "hotspot" (corticale gebied met maximale MEP amplitude).
    Opmerking: Het gebruik van een kopkap (bijv., Voor net markeringen) voor de lokalisatie procedure wordt afgeraden, omdat de dop moet worden verwijderd NEBS elektrodeplaatsing en hotspot positie verloren gaan.
  15. Verlaag de stimulatie-intensiteit in ongeveer 2% -stappen met behulp van de stimulatie-intensiteit controller knop op de stimulator (MEP moet nog aanwezig zijn). Dit onnauwkeurigheden voorkomen door supramaximale stimulatie. Herbevestigen de hotspot door de spoel radiaal bewegend in 1 cm stappen rond de hotspot en het controleren op MEP grootte. De hotspot moet nog steeds overeenkomen met de grootste en meest consistente MEP amplitude.
    Opmerking: Vraag de deelnemer om vrijwillig het contract van de spier van belang als de hotspot is moeilijk te vinden (bijv., Geen MEP aanwezig bij hoge stimulatie-intensiteiten). Hierdoor de stimulatie-intensiteit nodig wekken MEP verminderden het kan makkelijker zijn om relevante corticale stimulatie sites te identificeren. Als deze methode wordt gebruikt, vraagt ​​de deelnemer naar de spieren te ontspannen na het vinden van een relevante stimulatie plaats en stel de stimulatie-intensiteit, zodat betrouwbare leden van het EP kan worden gevonden wanneer de spier in rust. Ga verder met de hotspot te vinden.
  16. Markeer de hotspot positie en spoel oriëntatie niet-permanente huid marker.
  17. Voor bilaterale M1 stimulatie, herhaalt u stap 2,11-2,16 voor de contralaterale ledemaat.

3. NEBS elektrode Voorbereiding

  1. Sluit de kabels aan rubber elektroden en plaats de elektroden in de spons zakken. Zorg ervoor dat de elektrode grootte en toilettas grootte doen match. Zijn commercieel verkrijgbaar in standaardmaten (bijv., 5x5 cm 2, 5x7 cm 2).
  2. Soak spons zakken aan beide zijden met een isotone NaCl-oplossing, maar vermijd overmatige inweken zout bruggen voorkomen of druppelen op de vrijwilliger.
    1. Deze stap is optional: Om lekkage van NaCl oplossing te voorkomen bij het gebruik van verbanden in plaats van elastiekjes, plaats de elektroden en spons zakken in niet-geleidende rubber spons covers.
      Let op: U kunt ook betrekking hebben op de rubber elektrode met geleidende pasta en leg ze direct op het hoofd van de deelnemer, dat wil zeggen, niet met behulp van spons zakken of rubber spons covers.

4. NEBS Elektrodeplaatsing (figuur 1)

  1. Vind het hoofd markering (s) met vermelding van de motor corticale hotspot en scheiden het haar rond het gebied.
  2. Ter verbetering van geleiding reinigen van de huid voor plaatsing van de elektroden door zachtjes te wrijven de huid rond het hoofd noteringen met een wattenstaafje gedrenkt in 40-50% alcohol of voorbereiding van de huid plakken. Maak geen krassen op de huid! Verwijder het teveel met een wattenstaafje en schone omgeving opnieuw met isotone NaCl-oplossing. Droog het gebied achteraf.
    Opmerking: Zorg ervoor dat de kop markering (s) zichtbaar blijven; opmerking als nodig.
  3. Plaats de ene elektrode naar aanleiding van de kop markering voor de M1 van belang (contralateraal aan de kant van de rente). Breng de spons zoveel mogelijk in direct contact met de huid. Plaats de elektrode kabel in de richting van de rug van de deelnemer op verstoring tijdens de stimulatie en / of uitvoering van de taak te voorkomen en om de verbinding met de NEBS apparaat te verlichten.
    Opmerking: Het haar onder de elektrode moet vochtig te krijgen. In het geval van overbeharing bevochtigen, gebruik maken van papier of handdoeken om het overtollige te absorberen.
    Opmerking: Bij anodische tDCS, de elektrode die op de motor corticale hotspot plaats (toename van prikkelbaarheid gewenst) overeenkomt met de anode, gewoonlijk verbonden met de rode kabel. De kathode (meestal verbonden met een zwart of blauw kabel) is geplaatst op de tegenovergestelde supraorbitale gebied of M1 (zie hieronder). Conventioneel elektrodeplaatsing is hetzelfde voor Trns, ofschoon in de klassieke protocol geen polariteit specificiteit door de afwisselende current flow. Specifieke plaatsing kan van belang zijn als de stimulatie-instellingen omvatten een stimulatie te compenseren.
  4. Voor eenzijdige M1 stimulatie plaats de tweede elektrode (voor anodische tDCS: de kathode) over de contralaterale supra-orbitale gebied (overeenkomend met Fp2 elektrode in de EEG 10/20 internationale systeem). Zorg ervoor dat de kabel is gericht op de achterkant van de deelnemer.
  5. Voor bilaterale M1 stimulatie Sla stap 4.4. Plaats de tweede elektrode (voor anodische tDCS: de kathode) aan de tegenoverliggende M1 volgens de kop markering ipsilaterale het onderdeel gebruikt in de studie. Zorg ervoor dat de kabel is gericht op de achterkant van de deelnemer.
  6. Bedek het hoofd tweemaal met een elastische bandage circulair in de medio-laterale richting de M1 elektrode te stabiliseren, gebruik dan de resterende bandage om het hoofd circulair te dekken in de anterior-posterior richting beide elektroden te stabiliseren.
  7. Gebruik plakband op het einde van de Bandag vast te stellene.
  8. Zet de kabels met plakband op de hals of een overhemd van de deelnemer.
  9. Sluit de elektrode kabels aan op de NEBS apparaat.

figure-protocol-1
Figuur 2. Materialen gebruikt voor NEBS protocollen. Conventionele materialen die worden gebruikt in niet-invasieve elektrische hersenstimulatie protocollen zijn onder andere een NEBS apparaat, elektrodekabels, geleidend rubber elektroden, geperforeerde spons zakken, rubber spons deksel (optioneel), isotone NaCl-oplossing en verbandmiddelen. Gelieve klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Stimulatie

  1. Schakel de NEBS apparaat.
  2. Pas de instellingen NEBS apparaat met betrekking tot het type stimulatie (tDCS of Trns), intensiteit (bijv., 1 mA, 1,5 mA of 2 mA), de duur (bv., 10-40 min), ramping omhoog en omlaag (tijd tussen het begin van de stimulatie en maximale intensiteit, meestal 8-15 sec), en andere factoren die verband houden met de stimulatie (bijv, frequentiespectrum voor Trns).
    Let op: Conventioneel, sham stimulatie omvat ramping up onmiddellijk gevolgd door ramping naar beneden. Dienovereenkomstig heeft de deelnemer de sensatie van de stimulatie, maar de duur van de stimulatie is niet voldoende om blijvende effecten op hersenfunctie uitoefenen. Sommige NEBS apparaten zijn voorzien van een studie-modus die verblinding van deelnemer en onderzoeker stelt door het invoeren van een studie specifiek onderwerp code. De code bepaalt stimulatie-instellingen automatisch. Als alternatief kan een tweede experimentator de stimulatie-instellingen in elke sessie ingesteld en hebben betrekking op het display van de onderzoeker het uitvoeren van de stimulatie.
  3. Informeer de deelnemer over de mogelijke bijwerkingen geassocieerd met NEBS. Voorkomende bijwerkingen zijn onder andere jeuk / tintelingen of een branderig gevoel unonderaf de elektroden, hoofdpijn en ongemak 32. Brandend gevoel kan een teken zijn van een slechte elektrode contact met de huid.
  4. Start de stimulatie.
    Let op: de duur Common stimulatie duurt ongeveer 10-20 min op basis van verslagen onderzoeken van veranderingen in corticale prikkelbaarheid (zie representatieve resultaten sectie). Empirisch, werd de maximale duur van de stimulatie ingesteld op 40 min 3.
  5. Controleer op de continuïteit van de stimulatie tijdens het aanlopen en stimulatie. Als impedantie is te hoog of elektroden zijn in slechte contact met de huid, kan de stimulatie automatisch beëindigd.
    Noot: Indien de impedantie te hoog of deelnemersrapporten toenemende ongemak tijdens de stimulatie proberen impedantie door verlagen bijvoorbeeld beter fixeren van de elektrodes op het stimuleren sites of toevoeging geleidend medium. NaCl oplossing worden toegevoegd door een spuit rechtstreeks in de sponzen na plaatsing on het hoofd.
    Opmerking: Uit veiligheidsoverwegingen sommige apparaten melden de impedantie gedurende de stimulatie. De NEBS apparaat kan uitgeschakeld als impedantie een bepaalde drempel bereikt (bijv., 55 kOhm).
  6. Als NEBS wordt co-aangebracht met de uitvoering van een motorische taak, start het testen / training na stimulatie wordt opgevoerd en de deelnemer voelt comfortabel met stimulatie. In het geval dat de studie niet voorzien van een motorische taak tijdens de stimulatie, zorg ervoor dat de deelnemer blijft zitten en wakker tijdens de stimulatie periode, en wacht tot stimulatie voorbij is.
  7. Neem contact op met de deelnemer voor de bijwerkingen van de stimulatie, bijv. Door het uitdelen van een gestandaardiseerde vragenlijst 32 of rechtstreeks vragen van de deelnemer. In het geval van studies waaronder meerdere dagen van de stimulatie, kennis te nemen van de eventuele bijwerkingen tussen dagen.
    Opmerking: Voor de beoordeling van de werkzaamheid verblindende, vragen de deelnemer na elke stimulatie Session om te raden welke stimulatie type (sham / conditie) de deelnemer onderging. Als de onderzoeker ook wordt verblind, kan de onderzoeker ook rekening mee zijn gok met betrekking tot de deelnemer stimulatie type. Vergelijk antwoorden met de feitelijke stimulatie soort om te beoordelen van de juiste gissingen 33 controleren.
  8. Desinfecteren elektroden en sponzen met ongevaarlijke stoffen zoals 40-50% alcohol. Spoel in water achteraf. Laat materialen drogen voordat u het opbergt.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Om de effecten van NEBS op het menselijk motor systeem te onderzoeken is het belangrijk om de juiste uitkomst maatregelen te overwegen. Een voordeel van het motorsysteem is de toegankelijkheid van de corticale representaties van elektrofysiologische gereedschappen. Motor opgewekte potentialen worden vaak gebruikt als een indicator van motor corticale prikkelbaarheid. Na het aanbrengen van 9 of meer minuten anodisch tDCS bij een stroomdichtheid van 29 uA / cm 2, wordt motor cor...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Dit protocol beschrijft typische materialen en procedurele stappen voor de modulatie van de hand motorische functie en vaardigheden te leren met behulp van NEBS, specifiek unilaterale en bilaterale M1 stimulatie voor anodische tDCS en eenzijdige Trns. Voor het kiezen van een bepaalde NEBS protocol voor een menselijke motoriek studie, bijv. In het kader van motorisch leren, methodologische aspecten (veiligheid, verdraagbaarheid, verblindende) als conceptuele aspecten (montage of de huidige soort specifieke effec...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

MC en JR worden gesteund door de Duitse Research Foundation (DFG RE 2740 / 3-1).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
NEBS device (DC Stimulator plus)Neuroconn
ElektrodenkabelNeuroconn
Geleidende rubberelektrodenNeuroconn5x5 cm
Geperforeerde sponszakkenNeuroconn5x5 cm
Niet-geleidende rubberen sponsdekkingAmrex-ZetronFG-02-A103Rubber pad 3"*3"
NaCl isotone oplossing B. Braun Melsungen AG A1151Ecoflac, 0,9%
Katoenen crêpe-verbandPaul Hartmann AG9310048x5m, textiele elasticiteit
Plaster (Leukofix)BSN medical02122-002,5cm*5m
HuidvoorbereidingspastaWeaver10-30
Magnetische stimulatorMagstim3010-00Magstim 200
EMG geleidende pastaGE Medical Systems217083
EMG bipolaire elektrodenbijv. Natus Medical Inc. Viking 4 
EMG versterkerbijv. Natus Medical Inc. Viking 4 
Kabel voor EMG-signaaloverdrachtbijv. Natus Medical Inc. Viking 4
Data-acquisitie-eenheid Cambridge Electronic Design (CED)MK1401-3AD-converter
Computer voor signaalregistratie en offline analyse
Signaal 4.0.9Cambridge Electronic Design (CED)Software
Niet-permanente huidmarkerEdding80201 mm, blauw

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Reis, J., Fritsch, B. Modulation of motor performance and motor learning by transcranial direct current stimulation. Curr Opin Neurol. 24 (6), 590-596 (2011).
  2. Nitsche, M., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 527 (3), 633-639 (2000).
  3. Nitsche, M. A., Cohen, L. G., et al. Transcranial direct current stimulation: State of the art. Brain Stimul. 1 (3), 206-223 (2008).
  4. Terney, D., Chaieb, L., Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. J Neurosci. 28 (52), 14147-14155 (2008).
  5. Kidgell, D. J., Goodwill, A. M., Frazer, A. K., Daly, R. M. Induction of cortical plasticity and improved motor performance following unilateral and bilateral transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex. BMC Neurosci. 14 (1), 64(2013).
  6. Prichard, G., Weiller, C., Fritsch, B., Reis, J. Brain Stimulation Effects of Different Electrical Brain Stimulation Protocols on Subcomponents of Motor Skill Learning. Brain Stimul. 7 (4), 532-540 (2014).
  7. Antal, A., Paulus, W., Hunter, M. A. Transcranial alternating current stimulation ( tACS ). Front Hum Neurosci. 7, 1-4 (2013).
  8. Collins, J. J., Chow, C. C., Imhoff, T. T. Stochastic resonance without tuning. Nature. 376 (6537), 236-238 (1995).
  9. Miniussi, C., Harris, J. A., Ruzzoli, M. Modelling non-invasive brain stimulation in cognitive neuroscience. Neurosci Biobehav Rev. 37 (8), 1702-1712 (2013).
  10. Bindman, L. J., Lippold, O. C., Redfearn, J. W. the Action of Brief Polarizing Currents on the Cerebral Cortex of the Rat (1) During Current Flow and (2) in the Production of Long-Lasting After-Effects. J Physiol. 172, 369-382 (1964).
  11. Fritsch, B., Reis, J., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: Potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).
  12. Galea, J. M., Celnik, P. Brain polarization enhances the formation and retention of motor memories. J Neurophysiol. 102 (1), 294-301 (2009).
  13. Reis, J., Fischer, J. T., Prichard, G., Weiller, C., Cohen, L. G., Fritsch, B. Time- but Not Sleep-Dependent Consolidation of tDCS-Enhanced Visuomotor Skills. Cereb Cortex. (1), 1-9 (2013).
  14. Saiote, C., Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. Combining functional magnetic resonance imaging with transcranial electrical stimulation. Front Hum Neurosci. 7 (8), 435(2013).
  15. Sehm, B., Kipping, J., Schäfer, A., Villringer, A., Ragert, P. A Comparison between Uni- and Bilateral tDCS Effects on Functional Connectivity of the Human Motor Cortex. Front Hum Neurosci Neurosci. 7 (4), 183(2013).
  16. Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clin Neurophysiol. 121 (12), 2165-2171 (2010).
  17. Bikson, M., Rahman, a, Datta, a Computational Models of Transcranial Direct Current Stimulation. Clin EEG Neurosci. 43 (3), 176-183 (2012).
  18. Opitz, A., Paulus, W., Will, A., Thielscher, A. Determinants of the electric field during transcranial direct current stimulation. Neuroimage. 109, 140-150 (2015).
  19. Nitsche, M., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57 (10), 1899-1901 (2001).
  20. Reis, J., Schambra, H. M., et al. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (5), 1590-1595 (2009).
  21. Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M. -F., Nitsche, M. a Partially non-linear stimulation intensity-dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. J Physiol. 591 (7), 1987-2000 (2013).
  22. Wiethoff, S., Hamada, M., Rothwell, J. C. Variability in response to transcranial direct current stimulation of the motor cortex. Brain Stimul. 7 (3), 468-475 (2014).
  23. Mordillo-Mateos, L., Turpin-Fenoll, L., et al. Effects of simultaneous bilateral tDCS of the human motor cortex. Brain Stimul. 5 (3), 214-222 (2012).
  24. Tazoe, T., Endoh, T., Kitamura, T., Ogata, T. Polarity Specific Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Interhemispheric Inhibition. PLoS One. 9 (12), e114244(2014).
  25. Keel, J. C., Smith, M. J., Wassermann, E. M. A safety screening questionnaire for transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 112, 720(2000).
  26. Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309(2013).
  27. Brasil-Neto, J. P., Cohen, L. G., Panizza, M., Nilsson, J., Roth, B. J., Hallett, M. Optimal focal transcranial magnetic activation of the human motor cortex: effects of coil orientation, shape of the induced current pulse, and stimulus intensity. J Clin Neurophysiol. 9 (1), 132-136 (1992).
  28. Mills, K., Boniface, S., Schubert, M. Magnetic brain stimulation with a double coil: the importance of coil orientation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 85 (1), 17-21 (1992).
  29. Rothwell, J., Hallett, M., Berardelli, A., Eisen, A., Rossini, P., Paulus, W. Magnetic stimulation motor evoked potentials. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 52, 97-103 (1999).
  30. Ueno, S., Tashiro, T., Harada, K. Localized stimulation of neural tissues in the brain by means of a paired configuration of time-varying magnetic fields. J Appl Phys. 64 (10), 5862-5864 (1988).
  31. Fleming, M. K., Sorinola, I. O., Newham, D. J., Roberts-Lewis, S. F., Bergmann, J. H. M. The effect of coil type and navigation on the reliability of transcranial magnetic stimulation. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 20 (5), 617-625 (2012).
  32. Brunoni, A. R., Amadera, J., Berbel, B., Volz, M. S., Rizzerio, B. G., Fregni, F. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int J Neuropsychopharmacol. 14 (8), 1133-1145 (2011).
  33. Palm, U., Reisinger, E., et al. Brain Stimulation Evaluation of Sham Transcranial Direct Current Stimulation for Randomized, Placebo-Controlled Clinical Trials. Brain Stimul. 6 (4), 690-695 (2013).
  34. Sehm, B., Schäfer, A., et al. Dynamic modulation of intrinsic functional connectivity by transcranial direct current stimulation. J Neurophysiol. 108 (12), 3253-3263 (2012).
  35. Nitsche, M. A., Schauenburg, A., et al. Facilitation of implicit motor learning by weak transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex in the human. J Cogn Neurosci. 15 (4), 619-626 (2003).
  36. Antal, A., Begemeier, S., Nitsche, M. A., Paulus, W. Prior state of cortical activity influences subsequent practicing of a visuomotor coordination task. Neuropsychologia. 46 (13), 3157-3161 (2008).
  37. Kang, E. K., Paik, N. J. Effect of a tDCS electrode montage on implicit motor sequence learning in healthy subjects. Exp Transl Stroke Med. 3 (1), 4(2011).
  38. Kantak, S. S., Mummidisetty, C. K., Stinear, J. W. Primary motor and premotor cortex in implicit sequence learning - Evidence for competition between implicit and explicit human motor memory systems. Eur J Neurosci. 36 (5), 2710-2715 (2012).
  39. Nissen, M. J., Bullemer, P. Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cogn Psychol. 19 (1), 1-32 (1987).
  40. Stagg, C. J., Jayaram, G., Pastor, D., Kincses, Z. T., Matthews, P. M., Johansen-berg, H. Polarity and timing-dependent effects of transcranial direct current stimulation in explicit motor learning. Neuropsychologia. 49 (5), 800-804 (2011).
  41. Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., Paulus, W. Safety aspects of transcranial direct current stimulation concerning healthy subjects and patients. Brain Res Bull. 72 (4-6), 208-214 (2007).
  42. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin Neurophysiol. 117 (4), 845-850 (2006).
  43. Baudewig, J., Nitsche, M. A., Paulus, W., Frahm, J. Regional modulation of BOLD MRI responses to human sensorimotor activation by transcranial direct current stimulation. Magn Reson Med. 45 (2), 196-201 (2001).
  44. Venkatakrishnan, A., Sandrini, M. Combining transcranial direct current stimulation and neuroimaging: novel insights in understanding neuroplasticity. J Neurophysiol. 107 (1), 1-4 (2012).
  45. Neuling, T., Wagner, S., Wolters, C. H., Zaehle, T., Herrmann, C. S. Finite-element model predicts current density distribution for clinical applications of tDCS and tACS. Frontiers in Psychiatry. 3, 1-10 (2012).
  46. Bikson, M., Rahman, A. Origins of specificity during tDCS anatomical, activity-selective, and input-bias mechanisms. Front Hum Neurosci. 7, 1-5 (2013).
  47. Truong, D. Q., Hüber, M., et al. Brain Stimulation Clinician Accessible Tools for GUI Computational Models of Transcranial Electrical Stimulation BONSAI and SPHERES. Brain Stimul. 7 (4), 521-524 (2014).
  48. Caparelli-Daquer, E. M., Zimmermann, T. J., et al. A Pilot Study on Effects of 4x1 High-Definition tDCS on Motor Cortex Excitability. Proc Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc EMBS. , 735-738 (2012).
  49. Kuo, H. I., Bikson, M., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 x 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain Stimul. 6 (4), 644-648 (2013).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Transcraniale gelijkstroomstimulatieTranscraniale willekeurige ruisstimulatiePrimaire motorische cortexElektrodeplaatsingsmontageUnilaterale motorische stimulatieBilaterale motorische stimulatieGemotoriseerde opgeroepen potentialenTranscraniale magnetische stimulatieModulatie van corticale exciteerbaarheid

Gerelateerde artikelen