Meten en manipuleren van functioneel specifieke neurale paden in het menselijk motorsysteem met transcraniële magnetische stimulatie

Deze techniek geeft inzicht in hoe hersencircuits misgaan, bij psychiatrische en neurologische aandoeningen. En hoe we hersenactiviteit kunnen manipuleren om deze disfunctionele circuits te herstellen om gedrag te verbeteren. Door de prikkelbaarheid en circuits van de hersenen direct te activeren en te remmen, maakt deze techniek het mogelijk om neurowetenschappelijke focus van observatie naar oorzakelijk verband te verschuiven en biedt een dieper begrip van de hersenen en het gedrag.

Niet-invasieve hersenstimulatie kan worden gebruikt om zowel neurologische aandoeningen te beoordelen als te behandelen en kan helpen bij het verbeteren van diagnoses en therapieën, gebaseerd op meer geavanceerde modellen van hersengedragsverbindingen. Deze methode kan niet alleen veranderde connectiviteitspatronen in het motorsysteem tegengaan, maar ook in cognitieve netwerken die verband houden met fysiologische veroudering, psychiatrische en neurologische aandoeningen. Na screening van deelnemers op rechtshandigheid en eventuele contra-indicaties voor TMS en MRI, informeer elke deelnemer over de studiedoelstellingen, procedures en risico's die zijn goedgekeurd door de lokale institutionele beoordelingscommissie en verkrijg schriftelijke toestemming.

Voor de plaatsing van de EMG-elektroden, laat de deelnemer comfortabel in de experimentele stoel zitten, met beide armen ondersteund in een ontspannen positie en zorgen voor een kinsteun om de hoofdbeweging tot een minimum te beperken tijdens de stimulatie. Gebruik een milde schuurmiddel om de huid schoon te maken over de spier van belang. Met behulp van een buikpees elektrode regeling, plaats een wegwerp zilver zilverchloride elektrode op de buikspier, en een ander op een nabijgelegen benige mijlpaal als referentiesite op beide handen van de deelnemer.

Sluit vervolgens een grondelektrode aan op het styloïdeproces van de eigenaren en controleer vervolgens tussen elke elektrode in de huid om een volledig contact te bevestigen. Het plaatsen van tape over het oppervlak van de elektrode om het contact met het huidoppervlak te verbeteren indien nodig. Upload de deelnemers voor de TMS-sessie naar een neuronavigatiesysteem.

Plaats in de scan een baanmarkering op de handknop van de anatomische oriëntatiepunt die overeenkomt met M-one. In de linker precentrale gyrus 45 graden van de mid sagittale lijn, en ongeveer loodrecht op de centrale sulcus. Noteer en noem de anatomische oriëntatiepunt, met het neuronavigatiesysteem, en plaats een tweede baanmarkering over het niet-motorische gebied van belang.

Neem dan de tweede locatie op en geef deze een naam met het neuronavigatiesysteem. Kalibreer eerst elke TMS-spoel met het kalibratieblok en plaats de hoofdtracker stevig op het hoofd van de deelnemer, zodat de tracker gedurende de duur van het experiment in beeld is. Co-registreer de anatomische oriëntatiepunten op het hoofd van de deelnemers, aan het neuronavigatiesysteem.

Om te lokaliseren en drempel met spoel twee, eerste positie het centrum van de spoel over het doel M-one locatie, om een achterste-voorste huidige richting in de hersenen te induceren. Om de optimale locatie voor activering van de doelspier te vinden, geef pulsen aan M-one op 30% van de maximale stimulatoroutput van de machines en observeer of de geleverde stimulatie een spiertrekking produceert. Bepaal de amplitude van het met de EMG-elektroden opgenomen potentieel van de spieractiviteit die door het gegevensacquisitiesysteem wordt weergegeven.

Als een motorisch opgeroepen potentieel of een zichtbare spiertrekking niet wordt waargenomen, blijven verhogen van de stimulator output met 5%stappen. Wanneer een reactie wordt waargenomen, verlaagt u de intensiteit op een stapsgewijze manier tot de laagste intensiteit, die ten minste vijf van de tien op motorische opgeroepen potentiële reacties met een amplitude van ten minste 50 microvoltitude produceert, terwijl de deelnemer op de hoogte is om de rustmotordrempel te bepalen. Om te lokaliseren en drempel met spoel M-one, gebruik maken van de M-one spoel om de optimale stimulatie locatie te bepalen.

Bepaal de laagste stimulatorintensiteit die nodig is om motorische potentiëlen van ten minste één millivolt te genereren, in vijf van de 10 proeven in de doelhandspier, wanneer de spier volledig ontspannen is. Markeer en noteer vervolgens de positie van de M-one spoel, binnen het neuronavigatiesysteem. Voor dual-site TMS wanneer de deelnemer zich in de rusttoestand bevindt, sluit u de figuur achtvormige spoelen aan op twee afzonderlijke TMS stimulatoren.

Lever de teststimuli via M-one met de M-one spoel en lever de conditioneringsstimuli naar het andere interessegebied met spoel twee. Bepaal het percentage van de maximale stimulator output intensiteit voor de conditionering stimulus voor spoel twee zoals aangetoond. Voor de test stimulus, gebruik maken van de eerder bepaalde intensiteit die motor-opgeroepen potentiële amplitudes van ongeveer een millivolt in de beoogde rustige handspier ontlokt, en stel de precieze interstimulus interval tussen de conditionering en test stimuli.

Plaats de M-one spoel over de linker M-one en positie spoel twee over het andere gebied van belang. Lever de teststimuli alleen proeven met de M-one spoel. Voor de gepaarde pulsproeven, leveren de conditionering stimuli met spoel twee gevolgd door de test stimuli naar de M-one spoel op de vooraf bepaalde interstimulus interval, met behulp van een vier seconden data acquisition sweep voor elke proef, gevolgd door een tweede inter-trial interval.

Als u het programma wilt leveren aan TMS-pulsen, gebruikt u de triggerknop op de TMS-machine voor de meegeleverde besturingssoftware of gebruikt u het op maat gemaakte coderingsscript van de externe controller. Met behulp van de eerder beschreven methode, onderzoeken de functionele interacties tussen verschillende corticale gebieden verbonden met M-one, maar tijdens de voorbereidende fase van een taak die het netwerk bezighoudt. Om herhaalde paren monofasische pulsen te leveren aan twee verschillende corticale gebieden over korte perioden met behulp van een op maat gemaakt coderingsscript, genereert u 100 paar stimuli op 0,2 hertz gedurende 8,3 minuten per stimulus.

Voor de experimentele OCMW naar M-one voorwaarde, leveren de eerste puls van elk stimulipaar over de niet-motorische gebied met spoel twee, alvorens de tweede puls over M-one met de M-one spoel, met een interstimulus interval van vijf milliseconden. Pulsintensiteit voor beide spoelen, moet eerder worden bepaald tijdens drempels en lokalisatie. Na het verkrijgen van baseline corticospinale metingen met de M-one spoel, verkrijgen corticospinale metingen met de M-one spoel op verschillende tijdstippen na ocs, om de tijdsloop van de TMS geïnduceerde effect op de prikkelbaarheid van de hersenen te onderzoeken.

Hier de grootte van een representatieve motor-opgeroepen potentiële reactie ontlokte in de eerste dorsale interosseous spier door TMS voor een ongeconditioneerde test, of geconditioneerde stimulus van de achterste pariëtale cortex, terwijl de deelnemer in rust was, of het plannen van een doel gericht grijpen actie om een object zoals getoond. In rust oefent de achterste pariëtale cortex een remmende invloed uit op ipsilaterale M-one, zoals blijkt uit de afname van mep-amplitudes, versterkt door een onderdrempelstimulus die over PPC wordt geleverd, vijf milliseconden voorafgaand aan een superdrempeltest stimulus over M-one. Tijdens de voorbereiding van een greepactie, deze netto remmende aandrijving in rust van de achterste pariëtale cortex, overschakelen naar facilitering.

Normalisatie van de motor-opgeroepen potentiële amplitudes om stimuli alleen proeven voor elke aandoening te testen, en plotten als een verhouding voor motor-opgeroepen potentiële amplitude blijkt dat de achterste pariëtale cortex M-one interactie werd vergemakkelijkt van rust, bij het plannen van een object gericht greep. In deze analyse kunnen de veranderingen in de door motor opgeroepen potentiële amplitudes tijdens de toediening van het OCMW-protocol worden waargenomen. Motor-opgeroepen potentiële amplitudes veroorzaakt door gepaarde stimulatie van de achterste pariëtale cortex en M-een, geleidelijk toegenomen in de tijd tijdens de stimulatie protocol, wat suggereert plastic effecten op het niveau van de pariëtale-motorische verbinding, M-een corticospinale neuronen of beide.

De grootte van de motor-opgeroepen potentiële amplitudes steeg 10 minuten na het OCMW-protocol, wat suggereert dat motorische prikkelbaarheid na effecten werden veroorzaakt na toediening van de herhaalde paren van corticale stimuli over de achterste pariëtale cortex en de M-one. Dit protocol kan worden toegepast op andere hersengebieden of worden gebruikt in combinatie met hersenbeeldvorming om corticale connectiviteit en het effect ervan op cognitie, zintuiglijke waarneming en stemming te bestuderen. Het standaardiseren van deze dual sight protocollen, zal verbeteringen in experimenteel ontwerp en de optimalisatie van gerichte therapieën mogelijk maken.

Het verminderen van morbiditeit en stoornissen in neurologische en psychiatrische stoornissen.