Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka

13K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53367

⸱

4 lutego 2016

 ,  , 
1Department of Neurology, Albert Ludwigs University Freiburg

W tym artykule

Podsumowanie

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

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

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu (NEBS), polegająca na podawaniu prądów elektrycznych do mózgu przez nienaruszoną czaszkę, może modyfikować funkcje mózgu i zachowanie1-3. Aby zoptymalizować potencjał terapeutyczny strategii NEBS, wciąż konieczne jest zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw efektów neurofizjologicznych i behawioralnych. Standaryzacja aplikacji w różnych laboratoriach oraz pełna przejrzystość procedur stymulacji stanowią podstawę porównywalności danych, co wspiera wiarygodną interpretację wyników i ocenę proponowanych mechanizmów działania. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) lub przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym (tACS) różnią się parametrami stosowanego prądu elektrycznego: tDCS polega na jednokierunkowym, stałym przepływie prądu między dwiema elektrodami (anodą i katodą)2-6, podczas gdy tACS wykorzystuje prąd zmienny podawany z określoną częstotliwością7. Przezczaszkowa stymulacja szumem losowym (tRNS) jest szczególną formą tACS, w której prąd zmienny jest podawany z losowymi częstotliwościami (np. 100-640 Hz), co skutkuje szybko zmieniającymi się intensywnościami stymulacji i eliminuje efekty związane z polaryzacją4,6,7. Polaryzacja ma znaczenie tylko wtedy, gdy ustawienia stymulacji obejmują offset stymulacji, np. spektrum szumu losowo zmieniające się wokół bazowej intensywności +1 mA (zazwyczaj nie stosowane). Na potrzeby niniejszego artykułu skupimy się na pracach dotyczących efektów tDCS i tRNS w układzie ruchowym, ściśle kierując się niedawną publikacją z naszego laboratorium6.

Mechanizmy działania tRNS są jeszcze słabiej poznane niż w przypadku tDCS, lecz prawdopodobnie różnią się od nich. Teoretycznie, w koncepcji rezonansu stochastycznego, tRNS wprowadza do układu neuronalnego szum indukowany stymulacją, co może przynieść korzyści w przetwarzaniu sygnałów poprzez zmianę stosunku sygnału do szumu4,8,9. tRNS może przede wszystkim wzmacniać słabsze sygnały, a tym samym optymalizować aktywność mózgu specyficzną dla danego zadania (szum endogenny9). Anodalna tDCS zwiększa pobudliwość kory, co objawia się zmianą częstotliwości spontanicznych wyładowań neuronalnych10 lub zwiększeniem amplitudy potencjałów wywołanych ruchowo (MEP)2 , a efekty te utrzymują się od kilku minut do kilku godzin po zakończeniu stymulacji. Przewiduje się, że długotrwałe zwiększenie skuteczności synaptycznej, znane jako długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (LTP), przyczynia się do procesów uczenia się i zapamiętywania. Rzeczywiście, anodalna tDCS zwiększa skuteczność synaptyczną synaps kory ruchowej wielokrotnie aktywowanych przez słaby bodziec synaptyczny11. Zgodnie z tym, poprawa funkcji ruchowych/nabywanie umiejętności często ujawnia się tylko wtedy, gdy stymulacja jest stosowana równocześnie z treningiem ruchowym11-13, co sugeruje, że koaktywacja synaptyczna jest warunkiem koniecznym tego procesu zależnego od aktywności. Niemniej jednak nie wykazano związku przyczynowo-skutkowego między wzrostem pobudliwości kory (zwiększeniem częstotliwości wyładowań lub amplitudy MEP) z jednej strony, a poprawą skuteczności synaptycznej (LTP lub funkcją behawioralną, taką jak uczenie się motoryczne) z drugiej strony.

Stosowanie nieinwazyjnej stymulacji mózgu (NEBS) w obrębie pierwotnej kory ruchowej (M1) budzi coraz większe zainteresowanie jako bezpieczna i skuteczna metoda modulacji funkcji motorycznych u ludzi1. Efekty neurofizjologiczne i wyniki behawioralne mogą zależeć od strategii stymulacji (np. polaryzacji tDCS lub tRNS), rozmiaru elektrod oraz montażu4-6,14,15. Poza immanentnymi dla badanego czynnikami anatomicznymi i fizjologicznymi, montaż elektrod znacząco wpływa na rozkład pola elektrycznego i może prowadzić do różnych wzorców rozprzestrzeniania się prądu w korze16-18. Oprócz natężenia przyłożonego prądu, rozmiar elektrod determinuje dostarczaną gęstość prądu3. Typowe montaże elektrod w badaniach nad ludzkim układem ruchowym obejmują (Rycina 1): 1) anodalną tDCS jako jednostronną stymulację M1, w której anodę umieszcza się nad badaną korą M1, a katodę na przeciwległej stronie czoła; podstawową ideą tego podejścia jest zwiększenie pobudliwości w badanej korze M16,13,19-22; 2) anodalną tDCS jako obustronną stymulację M1 (określaną również jako stymulacja „bihemisferyczna” lub „podwójna”), w której anodę umieszcza się nad badaną korą M1, a katodę nad przeciwległą korą M15,6,14,23,24; podstawową ideą tego podejścia jest maksymalizacja korzyści ze stymulacji poprzez zwiększenie pobudliwości w badanej korze M1 przy jednoczesnym zmniejszeniu pobudliwości w przeciwległej korze M1 (tj. modulacja hamowania międzyhemisferycznego pomiędzy obiema korami M1); 3) w przypadku tRNS zbadano jedynie wspomniany wyżej montaż dla jednostronnej stymulacji M14,6; przy tym montażu efekty zwiększające pobudliwość tRNS stwierdzono dla widma częstotliwości 100-640 Hz4. Wybór strategii stymulacji mózgu i montażu elektrod stanowi krytyczny etap dla wydajnego i wiarygodnego zastosowania NEBS w warunkach klinicznych lub badawczych. W niniejszym opracowaniu szczegółowo opisano te trzy procedury NEBS stosowane w badaniach nad ludzkim układem ruchowym oraz omówiono aspekty metodologiczne i koncepcyjne. Materiały do jednostronnej lub obustronnej tDCS oraz jednostronnej tRNS są takie same (Rycina 2).

figure-introduction-1
Rycina 1. Układy elektrod i kierunek przepływu prądu dla różnych strategii NEBS. (A) W przypadku jednostronnej anodowej przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS), anodę umieszcza się centralnie nad badaną korą ruchową, a katodę nad przeciwległym obszarem nadorbitalnym. (B) W przypadku obustronnej stymulacji kory ruchowej, anodę i katodę umieszcza się po jednej nad każdą z kor ruchowych. Położenie anody określa korę ruchową poddaną stymulacji anodowej tDCS. (C) W przypadku jednostronnej przezczaszkowej stymulacji szumem losowym (tRNS), jedną elektrodę umieszcza się nad korą ruchową, a drugą nad przeciwległym obszarem nadorbitalnym. Przepływ prądu między elektrodami zaznaczono czarną strzałką. Anoda (+, czerwona), katoda (-, niebieska), prąd przemienny (+/-, zielony). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

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

Protokół

Oświadczenie etyczneBadania z udziałem ludzi wymagają pisemnej świadomej zgody uczestników przed przystąpieniem do badania. Przed rekrutacją uczestników należy uzyskać zgodę odpowiedniej komisji etycznej. Należy upewnić się, że badania są zgodne z Deklaracją Helsińską. Przedstawione tutaj reprezentatywne wyniki (Rycina 4) opierają się na badaniu przeprowadzonym zgodnie z Deklaracją Helsińską z poprawką z 59th Zgromadzenie Ogólne WMA w Seulu w październiku 2008 roku i zostało zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyki Uniwersytetu we Fryburgu. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed przystąpieniem do badania6.

1. Przegląd zasad bezpieczeństwa

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

2. Lokalizacja kory ruchowej

  1. Zlokalizuj korę ruchową ręki uczestnika jedną z dwóch odrębnych metod: poprzez zlokalizowanie reprezentacji mózgowej badanego mięśnia za pomocą MEP wywołanych przez przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS) lub poprzez zlokalizowanie standardowej pozycji M1 (C3/C4) na podstawie międzynarodowego systemu EEG 10/20 przy użyciu centymetra krawieckiego26.
  2. W przypadku rejestracji MEP wywołanych przez TMS poproś uczestnika o usunięcie wszelkich przedmiotów, na które pole magnetyczne TMS może oddziaływać, w tym kart kredytowych, telefonów komórkowych i metalowych przedmiotów w ogóle.
  3. Poproś uczestnika o wygodne usiądźcie.
  4. W przypadku korzystania z interfejsu programowego zweryfikuj połączenia między wzmacniaczem EMG a komputerem służącym do konfiguracji i akwizycji sygnału.
  5. Włącz wzmacniacz EMG i podłącz kable elektrod EMG.
  6. Oczyść skórę uczestnika, delikatnie pocierając ją pastą do przygotowania skóry w obszarach dłoni, w których zostaną umieszczone elektrody. Nadmiar pasty usuń czystym gazikiem.
  7. Przymocuj powierzchniowe elektrody EMG w montażu brzuch-ścięgno na badanym mięśniu dłoni (np. m. odwodzący krótki kciuka prawej ręki) i podłącz elektrodę uziemiającą (np. na przedramieniu). Cel badania determinuje, który mięsień dłoni należy wykorzystać.
    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 rejestrujące do akwizycji MEP, jeśli pożądane 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 „charge”.
  11. Umieść cewkę TMS w kształcie ósemki na skórze głowy uczestnika na bruździe między półkulami i przesuń ją do obszaru kory ruchowej (okolice pozycji C3/C4 międzynarodowego systemu EEG 10/20). Trzymaj cewkę TMS pod kątem 45o-50o względem bruzdy między półkulami27,28, z uchwytem skierowanym do tyłu, co wytworzy przepływ prądu korowego z kierunku tylnego do przedniego29.
    Uwaga: Do lokalizacji kory ruchowej stosuje się dwa rodzaje cewek TMS: cewki w kształcie ósemki lub cewki okrągłe. Jeśli to możliwe, należy użyć cewki w kształcie ósemki, ponieważ zapewnia ona bardziej ogniskową stymulację mózgu30 i większą niezawodność pomiarów pobudliwości kory31.
  12. Gdy stymulator magnetyczny zostanie naładowany (widoczne na wyświetlaczu), rozładuj stymulator, naciskając przycisk wyzwalający, naciskając przełącznik nożny lub automatycznie za pomocą programu komputerowego. Spowoduje to dostarczenie pojedynczego impulsu TMS poprzez podłączoną cewkę TMS umieszczoną na skórze głowy uczestnika. Domyślne ustawienia impulsu TMS (np. czas narastania indukowanego prądu 100 µs i czas zaniku 800 µs dla bodźców monofazowych; krótsze czasy zaniku dla bodźców bifazowych) są specyficzne dla urządzenia (oprogramowania układowego).
  13. Zacznij od niskiej intensywności stymulacji (np. ustaw intensywność na 45% wyjścia za pomocą pokrętła kontrolera intensywności stymulacji na stymulatorze) i obserwuj MEP widoczne na wzmacniaczu EMG.
    1. Jeśli MEP nie jest widoczne, zwiększaj intensywność stymulacji w krokach 2-5%, aż MEP będzie wyraźnie obecne (np. amplituda 0,5-1 mV). Powtarzaj stymulację, naciskając przycisk wyzwalający lub aktywując przełącznik nożny, jeśli dostarczanie impulsów nie jest zautomatyzowane. Poinformuj uczestnika, że stymulacja będzie nieco silniejsza i że spodziewane są ruchy kończyn, drgania twarzy i mruganie oczami.
      Uwaga: Ustal minimalny odstęp 5 sec między impulsami, aby uniknąć efektów stymulacji niskoczęstotliwościowej na pobudliwość mózgu.
  14. Przesuwaj cewkę promieniście w krokach 1 cm wokół początkowo stymulowanego miejsca, aby znaleźć punkt z największą odpowiedzią MEP po zastosowaniu pojedynczych impulsów TMS. Następnie zacznij ponownie przesuwać cewkę, aby precyzyjnie wyznaczyć „hotspot” (obszar kory o maksymalnej amplitudzie MEP).
    Uwaga: Stosowanie czepka (np. używanego do oznaczeń siatki) w procedurze lokalizacji nie jest zalecane, ponieważ czepek musi zostać zdjęty w celu umieszczenia elektrod NEBS, a pozycja hotspotu może zostać utracona.
  15. Zmniejsz intensywność stymulacji w krokach około 2% za pomocą pokrętła kontrolera intensywności stymulacji na stymulatorze (MEP nadal musi być obecne). Pozwoli to uniknąć niedokładności wynikających ze stymulacji supramaksymalnej. Ponownie potwierdź położenie hotspotu, przesuwając cewkę promieniście w krokach 1 cm wokół hotspotu i sprawdzając wielkość MEP. Hotspot nadal powinien odpowiadać największej i najbardziej stabilnej amplitudzie MEP.
    Uwaga: Jeśli hotspot jest trudny do znalezienia (np. brak MEP przy wysokich intensywnościach stymulacji), poproś uczestnika o dobrowolny skurcz badanego mięśnia. Dzięki temu intensywność stymulacji potrzebna do wywołania MEP ulegnie zmniejszeniu, a identyfikacja odpowiednich miejsc stymulacji korowej może być łatwiejsza. Jeśli zastosowano tę metodę, poproś uczestnika o rozluźnienie mięśnia po znalezieniu odpowiedniego miejsca stymulacji i dostosuj intensywność stymulacji tak, aby można było uzyskać wiarygodne MEP, gdy mięsień jest w spoczynku. Następnie przystąp do wyznaczania hotspotu.
  16. Oznacz pozycję hotspotu i orientację cewki nietrwałym markerem 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 kable do gumowych elektrod, a następnie umieść elektrody w woreczkach gąbkowych. Upewnij się, że rozmiar elektrod odpowiada rozmiarowi woreczków gąbkowych. Materiały są dostępne w sprzedaży w standardowych rozmiarach (np. 5x5 cm2, 5x7 cm2).
  2. Namocz woreczki gąbkowe z obu stron w izotonicznym roztworze NaCl, unikając jednak nadmiernego nasączenia, aby zapobiec powstawaniu mostków solnych lub skapywaniu roztworu na ochotnika.
    1. Ten krok jest opcjonalny: aby zapobiec wyciekowi roztworu NaCl podczas stosowania bandażu zamiast gumek recepturek, umieść elektrody i woreczki gąbkowe w nieprzewodzących gumowych osłonach gąbkowych.
      Uwaga: Alternatywnie można pokryć gumową elektrodę pastą przewodzącą i umieścić ją bezpośrednio na głowie uczestnika, tj. bez użycia woreczków gąbkowych lub gumowych osłon gąbkowych.

4. Rozmieszczenie elektrod NEBS (Rysunek 1)

  1. Zlokalizuj oznaczenia na głowie wskazujące na tzw. hotspot kory ruchowej i odgarnij włosy wokół tego obszaru.
  2. Aby poprawić przewodnictwo, przed umieszczeniem elektrod oczyść skórę, delikatnie przecierając obszar wokół oznaczeń na głowie gazikiem nasączonym 40-50% alkoholem lub pastą do przygotowania skóry. Nie drap skóry! Usuń nadmiar gazikiem, a następnie ponownie oczyść obszar roztworem izotonicznym NaCl. Następnie osusz ten obszar.
    Uwaga: Upewnij się, że oznaczenia na głowie pozostały widoczne; w razie potrzeby nanieś je ponownie.
  3. Umieść jedną elektrodę zgodnie z oznaczeniem na głowie dla interesującego obszaru M1 (po stronie przeciwległej do badanej dłoni). Dostosuj gąbkę tak, aby w jak największym stopniu stykała się bezpośrednio ze skórą. Poprowadź kabel elektrody w stronę pleców uczestnika, aby uniknąć zakłóceń podczas stymulacji i/lub wykonywania zadania oraz aby ułatwić podłączenie do urządzenia NEBS.
    Uwaga: Włosy pod elektrodą powinny być wilgotne. W przypadku nadmiernego zawilgotnienia włosów użyj ręcznika papierowego lub bawełnianego, aby wchłonąć nadmiar płynu.
    Uwaga: W przypadku anodalnej tDCS elektroda umieszczona na interesującym hotspotcie kory ruchowej (gdzie pożądany jest wzrost pobudliwości) odpowiada anodzie, zazwyczaj podłączonej do czerwonego kabla. Katoda (zazwyczaj podłączona do czarnego lub niebieskiego kabla) jest umieszczana w przeciwległym obszarze nadoczodołowym lub na M1 (patrz poniżej). Konwencjonalnie rozmieszczenie elektrod jest takie samo dla tRNS, choć w klasycznym protokole nie ma specyfiki polarności ze względu na zmienny przepływ prądu. Specyficzne rozmieszczenie może być istotne, jeśli ustawienia stymulacji obejmują offset stymulacji.
  4. W przypadku jednostronnej stymulacji M1 umieść drugą elektrodę (w anodalnej tDCS: katodę) nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym (odpowiadającym elektrodzie Fp2 w międzynarodowym systemie EEG 10/20). Upewnij się, że kabel jest skierowany w stronę pleców uczestnika.
  5. W przypadku obustronnej stymulacji M1 pomiń krok 4.4. Umieść drugą elektrodę (w anodalnej tDCS: katodę) na przeciwległym obszarze M1, zgodnie z oznaczeniem na głowie po stronie ipsilateralnej do kończyny wykorzystywanej w badaniu. Upewnij się, że kabel jest skierowany w stronę pleców uczestnika.
  6. Owiń głowę dwukrotnie elastycznym bandażem okrężnie w kierunku medio-lateralnym, aby ustabilizować elektrodę M1, a następnie użyj pozostałej części bandaża, aby owinąć głowę okrężnie w kierunku anterior-posterior, stabilizując obie elektrody.
  7. Użyj taśmy klejącej, aby przymocować koniec bandaża.
  8. Zabeziecz kable taśmą klejącą na szyi lub koszulce uczestnika.
  9. Podłącz kable elektrod do urządzenia NEBS.

figure-protocol-1
Rysunek 2. Materiały wykorzystywane w protokołach NEBS. Standardowe materiały stosowane w protokołach nieinwazyjnej elektrycznej stymulacji mózgu obejmują urządzenie NEBS, kable elektrod, przewodzące elektrody gumowe, perforowane worki z gąbką, gumową osłonę z gąbki (opcjonalnie), izotoniczny roztwór NaCl oraz bandaż. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

5. Stymulacja

  1. Włącz urządzenie do nieinwazyjnej stymulacji mózgu (NEBS).
  2. Skonfiguruj ustawienia urządzenia NEBS dotyczące rodzaju stymulacji (tDCS lub tRNS), natężenia (np. 1 mA, 1,5 mA lub 2 mA), czasu trwania (np. 10-40 min), czasu narastania i opadania sygnału (czas od rozpoczęcia stymulacji do osiągnięcia maksymalnego natężenia, zazwyczaj 8-15 s) oraz dodatkowych parametrów związanych z rodzajem stymulacji (np. widmo częstotliwości dla tRNS).
    Uwaga: Konwencjonalnie stymulacja pozorowana (sham) obejmuje fazę narastania sygnału, po której natychmiast następuje faza opadania. Dzięki temu uczestnik ma odczucie stymulacji, ale czas jej trwania jest niewystarczający do wywarcia trwałych efektów na funkcje mózgu. Niektóre urządzenia NEBS posiadają tryb badawczy, który umożliwia zaślepienie uczestnika i badacza poprzez wprowadzenie kodu przypisanego do badanego. Kod ten automatycznie określa ustawienia stymulacji. Alternatywnie, drugi eksperymentator może ustawić parametry stymulacji w każdej sesji i zasłonić wyświetlacz przed osobą przeprowadzającą procedurę.
  3. Poinformuj uczestnika o potencjalnych skutkach ubocznych związanych z NEBS. Typowe niepożądane efekty obejmują świąd/mrowienie skóry lub uczucie pieczenia pod elektrodami, ból głowy oraz dyskomfort32. Uczucie pieczenia może świadczyć o słabym kontakcie elektrod ze skórą.
  4. Rozpocznij stymulację.
    Uwaga: Typowy czas trwania stymulacji wynosi około 10-20 min na podstawie doniesień badających zmiany pobudliwości kory (patrz sekcja wyników reprezentatywnych). Empirycznie maksymalny czas stymulacji ustalono na 40 min3.
  5. Kontroluj ciągłość stymulacji podczas narastania sygnału oraz w trakcie jej trwania. Jeśli impedancja jest zbyt wysoka lub elektrody mają słaby kontakt ze skórą, stymulacja może zostać automatycznie przerwana.
    Uwaga: W przypadku zbyt wysokiej impedancji lub zgłaszania przez uczestnika narastającego dyskomfortu podczas stymulacji, należy spróbować obniżyć impedancję, np. poprzez lepszą fiksację elektrod w miejscach stymulacji lub dodanie medium przewodzącego. Roztwór NaCl można dodać za pomocą strzykawki bezpośrednio do gąbek po ich umieszczeniu na głowie.
    Uwaga: Ze względów bezpieczeństwa niektóre urządzenia monitorują impedancję przez cały czas trwania stymulacji. Urządzenie NEBS może wyłączyć się, jeśli impedancja osiągnie określony próg (np. 55 kOhms).
  6. Jeśli NEBS jest stosowany równocześnie z wykonywaniem zadania motorycznego, rozpocznij testowanie/trening po fazie narastania sygnału, gdy uczestnik poczuje się komfortowo ze stymulacją. W przypadku badań, które nie obejmują zadania motorycznego podczas stymulacji, upewnij się, że uczestnik pozostaje w pozycji siedzącej i jest rozbudzony w całym okresie stymulacji, a następnie poczekaj do jej zakończenia.
  7. Sprawdź u uczestnika wystąpienie skutków ubocznych stymulacji, np. poprzez przekazanie ustandaryzowanego kwestionariusza32 lub bezpośrednie zapytanie uczestnika. W przypadku badań obejmujących stymulację przez wiele dni, odnotuj wszelkie możliwe skutki uboczne występujące pomiędzy dniami.
    Uwaga: W celu oceny skuteczności zaślepienia, poproś uczestnika po każdej sesji stymulacji o wskazanie, jaki rodzaj stymulacji (pozorowana/warunkowa) został zastosowany. Jeśli eksperymentator również jest zaślepiony, może on również zapisać swoje przypuszczenie dotyczące rodzaju stymulacji uczestnika. Porównaj odpowiedzi z faktycznym rodzajem stymulacji, aby zweryfikować odsetek poprawnych odpowiedzi33.
  8. Zdezynfekuj elektrody i gąbki substancjami bezpiecznymi, takimi jak alkohol 40-50%. Następnie dokładnie wypłucz je w wodzie. Pozostaw materiały do wyschnięcia przed ich przechowywaniem.

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

Wyniki

Aby zbadać wpływ NEBS na ludzki układ ruchowy, ważne jest zastosowanie odpowiednich miar wyników. Jedną z zalet układu ruchowego jest dostępność reprezentacji korowych za pomocą narzędzi elektrofizjologicznych. Potencjały wywołane ruchowo są często wykorzystywane jako wskaźnik pobudliwości kory ruchowej. Po zastosowaniu anodowej tDCS przez 9 lub więcej minut przy gęstości prądu 29 µA/cm2, pobudliwość kory ruchowej wzrasta przez co najmniej 30 min u większości zdrowych ocho...

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

Dyskusja

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

  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

Tagi

przezczaszkowa stymulacja prądem stałymprzezczaszkowa stymulacja szumem losowympierwotna kora ruchowamontaż rozmieszczenia elektrodjednostronna stymulacja ruchowaobustronna stymulacja ruchowapotencjały wywołane ruchowoprzezczaszkowa stymulacja magnetycznamodulacja pobudliwości kory mózgowej
Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.