Artykuł metodologiczny

Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka

DOI:

10.3791/53367

⸱

4 lutego 2016

 ,  , 
1Department of Neurology, Albert Ludwigs University Freiburg

W tym artykule

Podsumowanie

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

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu może modulować funkcje i zachowanie kory mózgowej, zarówno w celach badawczych, jak i klinicznych. Protokół ten opisuje różne podejścia do stymulacji mózgu w celu modulacji ludzkiego układu motorycznego.

Streszczenie

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

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu (NEBS) jest używana do modulowania funkcji i zachowania mózgu, zarówno do celów badawczych, jak i klinicznych. W szczególności NEBS może być stosowany przezczaszkowo jako stymulacja prądem stałym (tDCS) lub stymulacja prądem przemiennym (tACS). Te typy stymulacji wywierają wpływ specyficzny dla czasu, dawki, a w przypadku tDCS na funkcje motoryczne i uczenie się umiejętności u zdrowych osób. Ostatnio tDCS jest stosowany w celu rozszerzenia terapii niepełnosprawności ruchowej u pacjentów z udarem lub zaburzeniami ruchowymi. Ten artykuł zawiera protokół krok po kroku do celowania w pierwszorzędową korę ruchową za pomocą tDCS i przezczaszkowej stymulacji losowym szumem (tRNS), specyficznej formy tACS wykorzystującej prąd elektryczny przyłożony losowo w określonym zakresie częstotliwości. Wyjaśniono konfigurację dwóch różnych montaży stymulacji. W obu montażach elektroda emitująca (anoda dla tDCS) jest umieszczona na głównej korze ruchowej będącej przedmiotem zainteresowania. W przypadku jednostronnej stymulacji kory ruchowej elektrodę odbiorczą umieszcza się na przeciwległym czole, podczas gdy w przypadku obustronnej stymulacji kory ruchowej elektrodę odbiorczą umieszcza się na przeciwległej pierwotnej korze ruchowej. Omówiono zalety i wady każdego montażu w zakresie modulacji pobudliwości kory mózgowej i funkcji motorycznych, w tym uczenia się, a także aspektów bezpieczeństwa, tolerancji i oślepienia.

Wprowadzenie

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

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu (NEBS), dostarczanie prądów elektrycznych do mózgu przez nienaruszoną czaszkę, może modyfikować funkcjonowanie i zachowanie mózgu 1-3. Aby zoptymalizować potencjał terapeutyczny strategii NEBS, nadal potrzebne jest zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw prowadzących do efektów neurofizjologicznych i behawioralnych. Standaryzacja aplikacji w różnych laboratoriach i pełna przejrzystość procedur stymulacji stanowi podstawę do porównywalności danych, co wspiera wiarygodną interpretację wyników i ocenę proponowanych mechanizmów działania. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) lub przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) różnią się parametrami przyłożonego prądu elektrycznego: tDCS składa się z jednokierunkowego stałego przepływu prądu między dwiema elektrodami (anodą i katodą)2-6, podczas gdy tACS wykorzystuje prąd przemienny przyłożony o określonej częstotliwości7. Przezczaszkowa stymulacja szumem losowym (tRNS) to specjalna forma tACS, która wykorzystuje prąd przemienny przyłożony o losowych częstotliwościach (np. 100-640 Hz), co skutkuje szybką zmianą intensywności stymulacji i usuwaniem efektów związanych z polaryzacją4,6,7. Polaryzacja ma znaczenie tylko wtedy, gdy ustawienie stymulacji obejmuje przesunięcie stymulacji, np. widmo szumu losowo zmieniające się wokół natężenia linii bazowej +1 mA (zwykle nieużywane). Na potrzeby tego artykułu skupimy się na pracach wykorzystujących efekty tDCS i tRNS na układ ruchowy, ściśle podążając za niedawną publikacją z naszego laboratorium6.

Podstawowe mechanizmy działania tRNS są jeszcze mniej zrozumiałe niż tDCS, ale prawdopodobnie różnią się od tego ostatniego. Teoretycznie, w ramach koncepcyjnych rezonansu stochastycznego, tRNS wprowadza do układu neuronalnego szum wywołany stymulacją, który może przynieść korzyści w przetwarzaniu sygnału poprzez zmianę stosunku sygnału do szumu4,8,9. TRNS może głównie wzmacniać słabsze sygnały, a tym samym optymalizować aktywność mózgu specyficzną dla zadania (szum endogenny9). Anodowy tDCS zwiększa pobudliwość kory mózgowej, na co wskazuje zmiana spontanicznej szybkości wypalania neuronów10 lub zwiększona amplituda motorycznego potencjału wywołanego (MEP)2, przy czym efekty utrzymują się dłużej niż czas stymulacji przez kilka minut do godzin. Uważa się, że długotrwały wzrost skuteczności synaptycznej, znany jako długoterminowe wzmocnienie, przyczynia się do uczenia się i pamięci. Rzeczywiście, anodowy tDCS zwiększa skuteczność synaptyczną synaps kory ruchowej wielokrotnie aktywowanych przez słaby sygnał synaptyczny11. W związku z tym, poprawa funkcji motorycznych / nabywania umiejętności często ujawnia się tylko wtedy, gdy stymulacja jest stosowana jednocześnie z treningiem motorycznym11-13, co również sugeruje koaktywację synaps jako warunek wstępny tego procesu zależnego od aktywności. Niemniej jednak nie wykazano związku przyczynowo-skutkowego między wzrostem pobudliwości korowej (wzrost szybkości wypalania lub amplitudy MEP) z jednej strony, a poprawą skuteczności synaps (LTP lub funkcji behawioralnych, takich jak uczenie się motoryczne) z drugiej strony.

NEBS stosowany do głównej kory ruchowej (M1) cieszy się coraz większym zainteresowaniem jako bezpieczna i skuteczna metoda modulacji funkcji motorycznych człowieka1. Efekty neurofizjologiczne i wyniki behawioralne mogą zależeć od strategii stymulacji (np. polaryzacji tDCS lub tRNS), wielkości elektrody i montażu 4-6,14,15. Oprócz czynników anatomicznych i fizjologicznych związanych z podmiotem, montaż elektrod znacząco wpływa na rozkład pola elektrycznego i może powodować różne wzorce rozprzestrzeniania się prądu w korze mózgowej 16-18. Oprócz natężenia przyłożonego prądu, o gęstości dostarczanego prądu decyduje wielkość elektrod3. Typowe montaże elektrod w badaniach ludzkiego układu ruchowego obejmują (ryc. 1): 1) anodowy tDCS jako jednostronna stymulacja M1 z anodą umieszczoną na interesującym M1 i katodą umieszczoną na przeciwległym czole; podstawową ideą tego podejścia jest regulacja w górę pobudliwości w interesującym M16,13,19-22; 2) anodowy tDCS jako obustronna stymulacja M1 (określana również jako stymulacja "dwupółkulowa" lub "podwójna") z anodą umieszczoną na interesującym M1 i katodą umieszczoną na przeciwległym M15,6,14,23,24; podstawową ideą tego podejścia jest maksymalizacja korzyści ze stymulacji poprzez regulację w górę pobudliwości w interesującym M1 przy jednoczesnej regulacji w dół pobudliwości w przeciwnej M1 (tj. modulacja hamowania międzypółkulowego między dwoma M1); 3) W przypadku tRNS zbadano tylko wyżej wymieniony jednostronny montaż stymulacji M1 4,6; dzięki temu montażowi stwierdzono działanie zwiększające działanie tRNS dla spektrum częstotliwości 100-640 Hz4. Wybór strategii stymulacji mózgu i montażu elektrod stanowi kluczowy krok dla skutecznego i niezawodnego wykorzystania NEBS w warunkach klinicznych lub badawczych. W tym miejscu szczegółowo opisano te trzy procedury NEBS stosowane w badaniach układu motorycznego człowieka oraz omówiono aspekty metodologiczne i koncepcyjne. Materiały do jednostronnych lub dwustronnych tDCS i jednostronnych tRNS są takie same (rysunek 2).

figure-introduction-1
Rysunek 1. Montaże elektrod i kierunek prądu dla różnych strategii NEBS.(A) W przypadku jednostronnej anodycznej przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS), anoda jest wyśrodkowana nad główną korą ruchową będącą przedmiotem zainteresowania, a katoda umieszczona nad przeciwległym obszarem nadoczodołu. (B) W przypadku obustronnej stymulacji kory ruchowej anoda i katoda znajdują się nad jedną korą ruchową. Położenie anody określa korę ruchową będącą przedmiotem zainteresowania dla anodowego tDCS. (C) W przypadku jednostronnej przezczaszkowej stymulacji szumem losowym (tRNS), jedna elektroda znajduje się nad korą ruchową, a druga nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym. Przepływ prądu między elektrodami jest wskazywany czarną strzałką. Anoda (+, czerwona), katoda (-, niebieska), prąd przemienny (+/-, zielony). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Oświadczenie etyczne: Badania na ludziach wymagają pisemnej świadomej zgody uczestników przed przystąpieniem do badania. Uzyskanie zgody właściwej komisji bioetycznej przed rekrutacją uczestników. Upewnij się, że badania są zgodne z Deklaracją Helsińską. Przedstawione tutaj reprezentatywne wyniki (Rysunek 4) opierają się na badaniu przeprowadzonym zgodnie z Deklaracją Helsińską, zmienioną przez 59. ZgromadzenieOgólne WMA, Seul, październik 2008 r. i zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyki Uniwersytetu we Fryburgu. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed włączeniem do badania6.

1. Kontrola bezpieczeństwa

  1. Przebadaj uczestnika pod kątem potencjalnych przeciwwskazań do nieinwazyjnej stymulacji mózgu3, np. za pomocą kwestionariuszy25.

2. Lokalizacja kory motorycznej

  1. Zlokalizuj korę ruchową ręki uczestnika za pomocą jednego z dwóch odrębnych podejść, lokalizując mózgową reprezentację mięśnia będącego przedmiotem zainteresowania za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) MEP lub lokalizując standardową pozycję M1 (C3/C4) w oparciu o międzynarodowy system EEG 10/20 za pomocą taśmy mierniczej26.
  2. W przypadku nagrywania MEP indukowanego przez TMS poproś uczestnika o usunięcie wszelkich przedmiotów, na które może wpływać pole magnetyczne TMS, w tym kart kredytowych, telefonów komórkowych i ogólnie metalowych przedmiotów.
  3. Poproś uczestnika, aby usiadł wygodnie.
  4. Sprawdź połączenia między wzmacniaczem EMG a komputerem używanym do konfiguracji i akwizycji sygnału w przypadku korzystania z interfejsu oprogramowania.
  5. Włącz EMG amplifier i podłącz elektrod EMG.
  6. Oczyść skórę uczestnika, delikatnie pocierając pastą do przygotowania skóry w obszarach dłoni, w których zostaną umieszczone elektrody. Usuń nadmiar za pomocą czystego gaziku.
  7. Przymocuj elektrody powierzchniowe EMG w montażu brzucha i ścięgna do interesującego nas mięśnia ręki (np. M. abductor pollicis brevis prawej ręki) i podłącz elektrodę uziemiającą (np. na przedramieniu). Cel badania określa, który mięsień ręki należy użyć.
    Uwaga: W przypadku elektrod wielokrotnego użytku konieczne jest nałożenie niewielkiej ilości pasty przewodzącej na powierzchnię elektrody przed przymocowaniem jej do skóry uczestnika.
  8. (krok opcjonalny) Uruchom oprogramowanie do nagrywania w celu akwizycji MEP, jeśli wymagane jest przechowywanie danych MEP.
  9. Sprawdź wartości impedancji EMG. Upewnij się, że impedancja wynosi < 20 kOhm.
  10. Włącz stymulator magnetyczny i naładuj kondensator, naciskając odpowiedni przycisk "ładowanie".
  11. Umieść cewkę TMS w kształcie ósemki na skórze głowy uczestnika na szczelinie międzypółkulowej i przenieś ją do obszaru kory ruchowej (wokół pozycji C3/C4 międzynarodowego systemu EEG 10/20). Trzymaj cewkę TMS pod kątem 45o-50 o w odniesieniu do szczeliny międzypółkulowej27,28, z uchwytem skierowanym do tyłu, wytwarzając korowy przepływ prądu od tyłu do przodu29,
    Uwaga: Do lokalizacji kory ruchowej używane są dwie odrębne cewki TMS: cewki ósemkowe lub okrągłe. Jeśli to możliwe, użyj cewki ósemkowej, ponieważ zapewnia ona większą stymulację ogniskową mózgu30 i większą wiarygodność pomiarów pobudliwości korowej31.
  12. Gdy stymulator magnetyczny jest naładowany (widoczny na wyświetlaczu), rozładuj stymulator albo naciskając przycisk spustowy, albo naciskając przełącznik nożny, albo automatycznie za pomocą oprogramowania. Spowoduje to następnie dostarczenie pojedynczego impulsu TMS przez podłączoną cewkę TMS umieszczoną nad skórą głowy uczestnika. Domyślne ustawienia impulsów TMS (np. czas narastania prądu indukowanego 100 μs i czas zaniku 800 μs dla bodźców jednofazowych; krótsze czasy zaniku dla bodźców dwufazowych) są specyficzne dla urządzenia (firmware).
  13. Zacznij od niskiej intensywności stymulacji (np. ustaw intensywność na 45% mocy za pomocą pokrętła regulatora intensywności stymulacji na stymulatorze) i obserwuj MEP widoczne na wzmacniaczu EMG.
    1. Jeśli nie jest widoczny żaden MEP, zwiększaj intensywność stymulacji w krokach co 2-5%, aż MEP będzie wyraźnie obecny (np. amplituda 0,5-1 mV). Powtórz stymulację, naciskając przycisk spustowy lub aktywując przełącznik nożny, jeśli dostarczanie impulsów nie jest automatyczne. Poinformuj uczestnika, że stymulacja będzie nieco silniejsza i że spodziewane są ruchy kończyn, drganie twarzy i mruganie oczami.
      Uwaga: Ustal minimalny odstęp 5 sekund między impulsami, aby uniknąć wpływu stymulacji o niskiej częstotliwości na pobudliwość mózgu.
  14. Przesuwaj cewkę promieniowo w krokach co 1 cm wokół początkowo stymulowanego miejsca, aby znaleźć miejsce o największej odpowiedzi MEP po zastosowaniu pojedynczych impulsów TMS. Stamtąd zacznij ponownie przesuwać cewkę, aby zabezpieczyć "gorący punkt" (obszar kory mózgowej o maksymalnej amplitudzie MEP).
    Uwaga: Nie zaleca się stosowania nasadki na głowę (np. używanej do oznaczania siatki) w procedurze lokalizacji, ponieważ nasadkę należy zdjąć w celu umieszczenia elektrody NEBS, a pozycja punktu zapalnego może zostać utracona.
  15. Zmniejsz intensywność stymulacji w krokach co około 2% za pomocą pokrętła regulatora intensywności stymulacji na stymulatorze (MEP musi być nadal obecny). Pozwoli to uniknąć niedokładności spowodowanej stymulacją supramaksymalną. Ponownie potwierdź gorący punkt, przesuwając cewkę promieniowo w krokach co 1 cm wokół hotspotu i sprawdzając rozmiar MEP. Hotspot powinien nadal odpowiadać największej i najbardziej spójnej amplitudzie MEP.
    Uwaga: Poproś uczestnika, aby dobrowolnie skurczył interesujący go mięsień, jeśli punkt zapalny jest trudny do znalezienia (np. brak MEP obecnego przy wysokiej intensywności stymulacji). W ten sposób zmniejsza się intensywność stymulacji potrzebna do wywołania MEP i może być łatwiej zidentyfikować odpowiednie miejsca stymulacji kory mózgowej. Jeśli ta metoda jest stosowana, poproś uczestnika o rozluźnienie mięśnia po znalezieniu odpowiedniego miejsca stymulacji i dostosowanie intensywności stymulacji tak, aby można było znaleźć wiarygodnych MEP, gdy mięsień jest w spoczynku. Kontynuuj, aby znaleźć hotspot.
  16. Zaznacz pozycję hotspotu i orientację cewki za pomocą nietrwałego markera do skóry.
  17. W przypadku obustronnej stymulacji M1 powtórz kroki od 2.11 do 2.16 dla kończyny przeciwległej.

3. Przygotowanie elektrody NEBS

  1. Podłącz do gumowych elektrod i umieść elektrody w workach z gąbką. Upewnij się, że rozmiar elektrody i rozmiar torby z gąbką są zgodne. Materiały są dostępne w handlu w standardowych rozmiarach (np. 5x5 cm2, 5x7 cm2).
  2. Namocz torebki z biszkoptem po obu stronach izotonicznym roztworem NaCl, ale unikaj nadmiernego namaczania, aby zapobiec tworzeniu się mostków solnych lub kapaniu na ochotnika.
    1. Ten krok jest opcjonalny: Aby zapobiec wyciekowi roztworu NaCl podczas używania bandaży zamiast gumek, umieść elektrody i worki z gąbką w nieprzewodzących gumowych osłonach z gąbki.
      nuta: Alternatywnie należy pokryć elektrody gumowe pastą przewodzącą i umieścić je bezpośrednio na głowie uczestnika, tj. nie używając woreczków z gąbki lub gumowych osłon z gąbki.

4. Umiejscowienie elektrod NEBS (Rysunek 1)

  1. Znajdź oznaczenia na głowie wskazujące gorący punkt kory ruchowej i oddziel włosy wokół tego obszaru.
  2. Aby poprawić przewodność, oczyść skórę przed umieszczeniem elektrody, delikatnie pocierając obszar skóry wokół oznaczeń głowy wacikiem nasączonym 40-50% alkoholem lub pastą do przygotowania skóry. Nie drap skóry! Usuń nadmiar wacikiem i ponownie oczyść obszar izotonicznym roztworem NaCl. Następnie osusz obszar.
    nuta: Upewnij się, że oznaczenia głowy pozostają widoczne; W razie potrzeby należy zwrócić uwagę.
  3. Umieść jedną elektrodę zgodnie z oznaczeniem głowicy dla interesującego M1 (przeciwlegle do interesującej nas wskazówki). Umieść gąbkę tak bardzo, jak to możliwe, w bezpośrednim kontakcie ze skórą. Umieść elektrody w kierunku pleców uczestnika, aby uniknąć zakłóceń podczas stymulacji i/lub wykonywania zadania oraz ułatwić połączenie z urządzeniem NEBS.
    nuta: Włosy poniżej elektrody powinny być wilgotne. W przypadku nadmiernego nawilżenia włosów należy użyć papieru lub ręczników do rąk, aby wchłonąć nadmiar.
    nuta: W przypadku anodowego tDCS elektroda umieszczona na gorącym punkcie kory silnikowej będącym przedmiotem zainteresowania (pożądane jest zwiększenie pobudliwości) odpowiada anodzie, zwykle podłączonej do czerwonego. Katoda (zwykle podłączona do czarnego lub niebieskiego) jest umieszczana w przeciwległym obszarze nadoczodołowym lub M1 (patrz poniżej). Konwencjonalnie rozmieszczenie elektrod jest takie samo dla tRNS, chociaż w klasycznym protokole nie ma specyficzności polaryzacji ze względu na przepływ prądu przemiennego. Określone umiejscowienie może być ważne, jeśli ustawienia stymulacji obejmują przesunięcie stymulacji.
  4. W celu jednostronnej stymulacji M1 należy umieścić drugą elektrodę (dla anodowego tDCS: katodę) nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym (odpowiadającym elektrodzie Fp2 w międzynarodowym systemie EEG 10/20). Upewnij się, że jest skierowany w stronę tyłu uczestnika.
  5. W przypadku obustronnej stymulacji M1 pomiń krok 4.4. Umieść drugą elektrodę (dla anody tDCS: katodę) na przeciwległym M1, podążając za oznaczeniem głowy ipsilateralnie do kończyny użytej w badaniu. Upewnij się, że jest skierowany w stronę tyłu uczestnika.
  6. Przykryj głowę dwukrotnie bandażem elastycznym okrężnie w kierunku środkowo-bocznym, aby ustabilizować elektrodę M1, a następnie użyj pozostałego bandaża, aby przykryć głowę okrężnie w kierunku przednim-tylnym, aby ustabilizować obie elektrody.
  7. Użyj taśmy klejącej, aby przymocować koniec bandaża.
  8. Zabezpiecz taśmą klejącą na szyi lub koszuli uczestnika.
  9. Podłącz elektrod do urządzenia NEBS.

figure-protocol-1
Rysunek 2. Materiały wykorzystywane w protokołach NEBS. Konwencjonalne materiały stosowane w nieinwazyjnych protokołach elektrycznej stymulacji mózgu obejmują urządzenie NEBS, elektrodowe, przewodzące elektrody gumowe, perforowane worki z gąbki, gumową osłonę z gąbki (opcjonalnie), izotoniczny roztwór NaCl i bandaże. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

5. Stymulacja

  1. Włącz urządzenie NEBS.
  2. Dostosuj ustawienia urządzenia NEBS pod kątem typu stymulacji (tDCS lub tRNS), intensywności (np. 1 mA, 1,5 mA lub 2 mA), czasu trwania (np. 10-40 min), zwiększania i zmniejszania (czas między rozpoczęciem stymulacji a maksymalną intensywnością, zwykle 8-15 sekund) oraz dodatkowych czynników związanych z typem stymulacji (np. spektrum częstotliwości dla tRNS).
    nuta: Konwencjonalnie, stymulacja pozorowana obejmuje natychmiastowe zwiększanie prędkości, a następnie zmniejszanie. W związku z tym uczestnik ma wrażenie stymulacji, ale czas trwania stymulacji nie jest wystarczający, aby wywrzeć trwały wpływ na funkcjonowanie mózgu. Niektóre urządzenia NEBS zawierają tryb badania, który umożliwia zaślepienie uczestnika i badacza poprzez wprowadzenie kodu konkretnego tematu badania. Kod automatycznie określa ustawienia stymulacji. Alternatywnie, drugi eksperymentator może ustawić ustawienia stymulacji w każdej sesji i zakryć wyświetlacz przed eksperymentatorem prowadzącym stymulację.
  3. Poinformuj uczestnika o potencjalnych skutkach ubocznych związanych ze stosowaniem NEBS. Częste działania niepożądane obejmują swędzenie/mrowienie skóry lub pieczenie pod elektrodami, ból głowy i dyskomfort32. Uczucie pieczenia może być oznaką słabego kontaktu elektrody ze skórą.
  4. Rozpocznij stymulację.
    nuta: Typowy czas trwania stymulacji trwa około 10-20 minut na podstawie doniesień badających zmiany w pobudliwości kory mózgowej (patrz sekcja z reprezentatywnymi wynikami). Empirycznie maksymalny czas trwania stymulacji ustalono na 40min3.
  5. Sprawdź ciągłość stymulacji podczas zwiększania i stymulacji. Jeśli impedancja jest zbyt wysoka lub elektrody mają zły kontakt ze skórą, stymulacja może zakończyć się automatycznie.
    nuta: W przypadku, gdy impedancja jest zbyt wysoka lub uczestnik zgłasza narastający dyskomfort podczas stymulacji, postaraj się zmniejszyć impedancję poprzez np. lepsze zamocowanie elektrod w miejscach stymulacji lub dodanie medium przewodzącego. Roztwór NaCl można dodawać za pomocą strzykawki bezpośrednio do gąbek po ich umieszczeniu na głowie.
    nuta: Ze względów bezpieczeństwa niektóre urządzenia podają impedancję podczas całej stymulacji. Urządzenie NEBS może się wyłączyć, jeśli impedancja osiągnie określony próg (np. 55 kOhm).
  6. Jeśli NEBS jest stosowany jednocześnie z wykonywaniem zadania motorycznego, rozpocznij testowanie/trening po zwiększeniu stymulacji i poczuciu komfortu przez uczestnika podczas stymulacji. W przypadku, gdy badanie nie obejmuje zadania motorycznego podczas stymulacji, upewnij się, że uczestnik pozostaje w pozycji siedzącej i przytomnej w okresie stymulacji i poczekaj, aż stymulacja się zakończy.
  7. Skonsultuj się z uczestnikiem pod kątem skutków ubocznych stymulacji, np. rozdając standaryzowany kwestionariusz32 lub bezpośrednio pytając uczestnika. W przypadku badań obejmujących wielodniową stymulację, należy zwrócić uwagę na wszelkie możliwe działania niepożądane między dniami.
    nuta: Aby ocenić skuteczność zaślepienia, poproś uczestnika po każdej sesji stymulacji, aby odgadł, jaki rodzaj stymulacji (pozorowany/stanowy) przeszedł uczestnik. Jeśli eksperymentator jest również zaślepiony, eksperymentator może również zanotować swoje przypuszczenia dotyczące rodzaju stymulacji uczestnika. Porównaj odpowiedzi z rzeczywistym typem stymulacji, aby zweryfikować wskaźnik poprawnych domysłów33.
  8. Dezynfekuj elektrody i gąbki substancjami bezpiecznymi, takimi jak 40-50% alkoholu. Następnie dokładnie spłucz w wodzie. Pozostaw materiały do wyschnięcia przed przechowywaniem.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Aby zbadać wpływ NEBS na ludzki układ motoryczny, ważne jest rozważenie odpowiednich mierników wyników. Jedną z zalet układu motorycznego jest dostępność reprezentacji korowych przez narzędzia elektrofizjologiczne. Motoryczne potencjały wywołane są często używane jako wskaźnik pobudliwości kory ruchowej. Po zastosowaniu 9 lub więcej minut anodowego tDCS przy gęstości prądu 29 μA/cm2, pobudliwość kory ruchowej zwiększa się przez co najmniej 30 minut u większości zdrowych ochotni...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Protokół ten opisuje typowe materiały i kroki proceduralne do modulacji funkcji motorycznych ręki i uczenia się umiejętności za pomocą NEBS, w szczególności jednostronnej i dwustronnej stymulacji M1 dla anodowego tDCS oraz jednostronnego tRNS. Przed wyborem konkretnego protokołu NEBS do badania układu motorycznego człowieka, np. w kontekście uczenia się motorycznego, należy wziąć pod uwagę aspekty metodologiczne (bezpieczeństwo, tolerancja, zaślepienie), a także aspekty koncepcyjne (montaż lub wpływ specyficzny ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

MC i JR są wspierane przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG RE 2740/3-1).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Urządzenie NEBS (DC Stimulator plus)Neuroconn
elektrodNeuroconn
Elektrody przewodzące z gumyNeuroconn5x5 cm
Perforowane worki gąbkoweNeuroconn5x5 cm
Nieprzewodząca gumowa osłona z gąbkiAmrex-ZetronFG-02-A103Gumowa podkładka 3"*3"
Roztwór izotoniczny NaCl B. Braun Melsungen AG A1151Ecoflac, 0,9%
Bandaż z krepy bawełnianejPaul Hartmann AG9310048x5m, elastyczność tekstylna
Taśma klejąca (Leukofix)BSN medical02122-002,5cm*5m
Pasta do przygotowania skóryWeaver10-30
Stymulator magnetycznyMagstim3010-00Magstim 200
EMG pasta przewodzącaGE Medical Systemy217083
elektrod bipolarnych EMG, np. Natus Medical Inc. Viking 4 
Wzmacniacz EMGnp. Natus Medical Inc. Viking 4 
do transmisji sygnału EMG, np. Natus Medical Inc. Viking 4
Jednostka akwizycji danych Cambridge Electronic Design (CED)MK1401-3Konwerter AD
Komputer do rejestracji sygnału i analizy
Signal 4.0.9Cambridge Electronic Design (CED)Oprogramowanie
nietrwały marker do skóryEdding80201 mm, niebieski
offline

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

przezczaszkowa stymulacja pr dem sta ymprzezczaszkowa stymulacja szumem losowympierwotna kora ruchowamonta rozmieszczenia elektrodjednostronna stymulacja ruchowaobustronna stymulacja ruchowapotencja y wywo ane ruchowoprzezczaszkowa stymulacja magnetycznamodulacja pobudliwo ci kory m zgowej

Powiązane artykuły