Name: Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 47 s
Description: Poznaj nieinwazyjną stymulację elektryczną mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka. Ta metoda pozwala lokalizować korę ruchową i prawidłowo umieszczać elektrody w badaniach nad neuroplastycznością.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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

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
<ol>
	<li>Przeprowadź przesiew uczestnika pod kątem potencjalnych przeciwwskazań do nieinwazyjnej stymulacji mózgu3, np. za pomocą kwestionariuszy25.</li>
</ol>
2. Lokalizacja kory ruchowej
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Poproś uczestnika o wygodne usiądźcie.</li>
	<li>W przypadku korzystania z interfejsu programowego zweryfikuj połączenia między wzmacniaczem EMG a komputerem służącym do konfiguracji i akwizycji sygnału.</li>
	<li>Włącz wzmacniacz EMG i podłącz kable elektrod EMG.</li>
	<li>Oczyść skórę uczestnika, delikatnie pocierając ją pastą do przygotowania skóry w obszarach dłoni, w których zostaną umieszczone elektrody. Nadmiar pasty usuń czystym gazikiem.</li>
	<li>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.</li>
	<li>(krok opcjonalny) Uruchom oprogramowanie rejestrujące do akwizycji MEP, jeśli pożądane jest przechowywanie danych MEP.</li>
	<li>Sprawdź wartości impedancji EMG. Upewnij się, że impedancja wynosi &#60; 20 kOhm.</li>
	<li>Włącz stymulator magnetyczny i naładuj kondensator, naciskając odpowiedni przycisk „charge”.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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&#160;między impulsami, aby uniknąć efektów stymulacji niskoczęstotliwościowej na pobudliwość mózgu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Oznacz pozycję hotspotu i orientację cewki nietrwałym markerem do skóry.</li>
	<li>W przypadku obustronnej stymulacji M1 powtórz kroki od 2.11 do 2.16 dla kończyny przeciwległej.</li>
</ol>
3. Przygotowanie elektrody NEBS
<ol>
	<li>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).</li>
	<li>Namocz woreczki gąbkowe z obu stron w izotonicznym roztworze NaCl, unikając jednak nadmiernego nasączenia, aby zapobiec powstawaniu mostków solnych lub skapywaniu roztworu na ochotnika.
	<ol>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Rozmieszczenie elektrod NEBS (Rysunek 1)
<ol>
	<li>Zlokalizuj oznaczenia na głowie wskazujące na tzw. hotspot kory ruchowej i odgarnij włosy wokół tego obszaru.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Użyj taśmy klejącej, aby przymocować koniec bandaża.</li>
	<li>Zabeziecz kable taśmą klejącą na szyi lub koszulce uczestnika.</li>
	<li>Podłącz kable elektrod do urządzenia NEBS.</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 2" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig2.jpg" /> 
Rysunek 2.&#160;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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig2large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
5. Stymulacja
<ol>
	<li>Włącz urządzenie do nieinwazyjnej stymulacji mózgu (NEBS).</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Rozpocznij stymulację. 
	Uwaga: Typowy czas trwania stymulacji wynosi około 10-20 min&#160;na podstawie doniesień badających zmiany pobudliwości kory (patrz sekcja wyników reprezentatywnych). Empirycznie maksymalny czas stymulacji ustalono na 40 min3.</li>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Zdezynfekuj elektrody i gąbki substancjami bezpiecznymi, takimi jak alkohol 40-50%. Następnie dokładnie wypłucz je w wodzie. Pozostaw materiały do wyschnięcia przed ich przechowywaniem.</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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 ...

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).
<img alt="Rycina 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> 
Rycina 1.&#160;Układy elektrod i kierunek przepływu prądu dla różnych strategii NEBS.&#160;(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). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Urządzenie NEBS (DC Stimulator plus)</td><td>Neuroconn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>elektrod</td><td>Neuroconn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elektrody przewodzące z gumy</td><td>Neuroconn</td><td></td><td>5x5 cm</td></tr><tr><td>Perforowane worki gąbkowe</td><td>Neuroconn</td><td></td><td>5x5 cm</td></tr><tr><td>Nieprzewodząca gumowa osłona z gąbki</td><td>Amrex-Zetron</td><td>FG-02-A103</td><td>Gumowa podkładka 3"*3"</td></tr><tr><td>Roztwór izotoniczny NaCl&nbsp;</td><td>B. Braun Melsungen AG&nbsp;</td><td>A1151</td><td>Ecoflac, 0,9%</td></tr><tr><td>Bandaż z krepy bawełnianej</td><td>Paul Hartmann AG</td><td>931004</td><td>8x5m, elastyczność tekstylna</td></tr><tr><td>Taśma klejąca (Leukofix)</td><td>BSN medical</td><td>02122-00</td><td>2,5cm*5m</td></tr><tr><td>Pasta do przygotowania skóry</td><td>Weaver</td><td>10-30</td><td></td></tr><tr><td>Stymulator magnetyczny</td><td>Magstim</td><td>3010-00</td><td>Magstim 200</td></tr><tr><td>EMG pasta przewodząca</td><td>GE Medical Systemy</td><td>217083</td><td></td></tr><tr><td>elektrod bipolarnych EMG</td><td>, np. Natus Medical Inc. Viking 4&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wzmacniacz EMG</td><td>np. Natus Medical Inc. Viking 4&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>do transmisji sygnału EMG</td><td>, np. Natus Medical Inc. Viking 4</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Jednostka akwizycji danych&nbsp;</td><td>Cambridge Electronic Design (CED)</td><td>MK1401-3</td><td>Konwerter AD</td></tr><tr><td>Komputer do rejestracji sygnału i analizy</td><td></td><td></td><td></td>offline</tr><tr><td>Signal 4.0.9</td><td>Cambridge Electronic Design (CED)</td><td></td><td>Oprogramowanie</td></tr><tr><td>nietrwały marker do skóry</td><td>Edding</td><td>8020</td><td>1 mm, niebieski</td></tr></tbody></table>

nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

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.

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&#160;u większości zdrowych ocho...

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.

Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zademonstrowanie lokalizacji pierwotnej kory ruchowej oraz prawidłowego rozmieszczenia elektrod do elektrycznej stymulacji mózgu w celu modulacji układu ruchowego. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neuroplastyczności poprzez celowaną modulację sieci mózgowych, co pozwala na poprawę funkcji motorycznych lub przeciwdziałanie niepełnosprawności ruchowej. Główną zaletą nieinwazyjnej elektrycznej stymulacji mózgu jest łatwość jej zastosowania, nawet jako technika przyłóżkowa, bez wywoływania bólu czy dyskomfortu.Ta metoda stymulacji mózgu może dostarczyć wiedzy na temat funkcjonowania układu ruchowego. Można ją również zastosować w innych interesujących obszarach, takich jak kora przedczołowa lub kora wzrokowa. Wizualna demonstracja lokalizacji docelowych obszarów kory oraz rozmieszczenia elektrod jest kluczowa dla sukcesu tych eksperymentów.W przeciwnym razie przepływ prądu elektrycznego może nie dotrzeć do zamierzonych obszarów mózgu, co doprowadzi do braku efektu lub nieoczekiwanych wyników. Rozpocznij od poproszenia uczestnika o wygodne usadzenie się na krześle. Oczyść skórę uczestnika, wcierając pastę preparacyjną w obszary dłoni, w których zostaną umieszczone elektrody.Nadmiar usuń czystym gazikiem. Przymocuj powierzchniowe elektrody do elektromiografii (EMG) w układzie brzuch-ścięgno na badanym mięśniu dłoni, a następnie podłącz elektrodę uziemiającą. Następnie włącz stymulator magnetyczny i naładuj kondensator, naciskając odpowiedni przycisk ładowania.Umieść cewkę TMS w kształcie ósemki na skórze głowy uczestnika, w obszarze kory ruchowej. Trzymaj cewkę TMS pod kątem od 45 do 50 stopni względem szczeliny między półkulami, z rączką skierowaną do tyłu. Po naładowaniu stymulatora magnetycznego, wyzwól impuls, naciskając przycisk spustowy, używając przełącznika nożnego lub automatycznie za pomocą programu komputerowego.Następnie należy rozpocząć od niskiej intensywności stymulacji i obserwować potencjały wywołane ruchowo, czyli MEP, widoczne na wzmacniaczu EMG. Jeśli MEP nie jest widoczny, należy zwiększać intensywność stymulacji do momentu wyraźnego pojawienia się MEP. Powtórzyć stymulację, naciskając przycisk wyzwalacza.Przesuwaj cewkę promieniście, w odstępach jednego centymetra, wokół początkowo stymulowanego miejsca, aby po zastosowaniu pojedynczych impulsów TMS odnaleźć punkt z najsilniejszą odpowiedzią MEP. Następnie zacznij ponownie przesuwać cewkę, aby precyzyjnie wyznaczyć tzw. hot spot. Na koniec zaznacz pozycję hot spotu oraz orientację cewki za pomocą niezmywalnego markera skórnego.Podłącz kable do gumowych elektrod, a następnie umieść elektrody w woreczkach z gąbką. Upewnij się, że rozmiar elektrody odpowiada rozmiarowi woreczka z gąbką. Nasącz woreczki z gąbką z obu stron izotonicznym roztworem chlorku sodu, unikając jednak nadmiernego nasączenia, aby zapobiec powstawaniu mostków solnych lub ściekaniu roztworu na ochotnika.Następnie zlokalizuj oznaczenia na głowie wskazujące na „hot spot” kory ruchowej i rozdziel włosy wokół tego obszaru. Aby poprawić przewodnictwo, oczyść skórę przed umieszczeniem elektrod za pomocą tamponu nasączonego 40- do 50% alkoholem lub pastą do przygotowania skóry. Usuń nadmiar tamponem, a następnie ponownie oczyść ten obszar izotonicznym roztworem chlorku sodu.Następnie osusz ten obszar. Umieść jedną elektrodę na zaznaczeniu na głowie odpowiadającym obszarowi kory ruchowej, którym interesujemy się w badaniu, i dbaj o to, aby gąbka pozostawała w bezpośrednim kontakcie ze skórą w możliwie największym stopniu. W przypadku stymulacji jednostronnej umieść drugą elektrodę nad przeciwległym obszarem nadbrwiowym.Alternatywnie, w przypadku stymulacji obustronnej, należy umieścić drugą elektrodę na przeciwległej korze ruchowej, zgodnie z oznaczeniem głowy po stronie ipsilateralnej do kończyny wykorzystywanej w badaniu. Wszystkie kable elektrod należy skierować w stronę pleców uczestnika, aby uniknąć zakłóceń podczas stymulacji i ułatwić podłączenie do urządzenia do nieinwazyjnej elektrycznej stymulacji mózgu lub dowolnego urządzenia BS. Następnie należy dwukrotnie owinąć głowę bandażem elastycznym, okrążając ją w kierunku mediolateralnym, aby ustabilizować elektrodę M1.Pozostałą część bandaża należy owinąć wokół głowy w kierunku przednio-tylnym, aby ustabilizować obie elektrody. Końcówkę bandaża należy przymocować taśmą klejącą, a kable zabezpieczyć taśmą klejącą na szyi lub koszulce uczestnika. Na koniec należy podłączyć kable elektrod do dowolnego urządzenia BS.Zacznij od włączenia urządzenia BS. Dostosuj ustawienia urządzenia BS w zakresie rodzaju stymulacji, natężenia, czasu trwania, narastania i opadania sygnału oraz widma częstotliwości dla przezczaszkowej stymulacji szumem losowym. Następnie poinformuj uczestnika o potencjalnych skutkach ubocznych związanych z BS. Następnie rozpocznij stymulację i sprawdź ciągłość stymulacji podczas narastania sygnału oraz w trakcie całej sesji.Jeśli BS jest stosowany jednocześnie z wykonywaniem zadania ruchowego, rozpocznij testy po zwiększeniu natężenia stymulacji i gdy uczestnik poczuje się komfortowo z przebiegiem stymulacji. Na koniec, po zakończeniu sesji stymulacji, zdezynfekuj elektrody i gąbki alkoholem o stężeniu od 40 do 50%. Następnie dokładnie opłucz je w wodzie i pozostaw materiały do wyschnięcia przed ich przechowywaniem.Niniejszy protokół opisuje wiele podejść do nieinwazyjnej stymulacji elektrycznej mózgu w celu modulacji ludzkiego układu ruchowego. Przedstawiono tutaj przebieg czasowy pobudliwości kory w ciągu 90 minut po stymulacji pierwotnej kory ruchowej. Należy zauważyć, że TRNS wywołuje podobne efekty w zakresie pobudliwości kory jak TDCS.W ciągu trzech dni treningu motorycznego umiejętności motoryczne znacząco poprawiają się w czasie w grupie kontrolnej Sham, a każda z strategii BS dodatkowo zwiększa ten efekt. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak zlokalizować pierwotną korę ruchową za pomocą TMS oraz jak rozmieszczać elektrody dla różnych montaży BS. Po opanowaniu ta technika może zostać wykonana w czasie od 10 do 15 minut, pod warunkiem prawidłowego przeprowadzenia procedury.Należy pamiętać, że praca ze stymulacją magnetyczną i elektryczną mózgu może być szkodliwa w przypadku niewłaściwego zastosowania, dlatego przed przeprowadzeniem tej procedury zawsze należy wykonać badanie przesiewowe uczestników pod kątem bezpieczeństwa.

non-invasive-electrical-brain-stimulation-montages-for-modulation

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest nieinwazyjnym narzędziem służącym do badania fizjologii i funkcji ludzkiego układu nerwowego. W niniejszym materiale przedstawiamy nasze techniki TMS wykorzystywane do badania pobudliwości korowej mięśni kończyny górnej oraz mięśni lędźwiowych.

Wykorzystanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego

Źródło: Kuhn, Y. i wsp. Hamowanie wewnątrzkorowe w obrębie pierwotnej kory ruchowej może być modulowane poprzez zmianę skupienia uwagi. J. Vis. Exp. (2017)Ten film pokazuje zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) do modulowania aktywności neuronów ruchowych i pomiaru reakcji mięśni za pomocą elektromiografii (EMG). Przedstawiono w nim kroki lokalizowania hotspotu motorycznego, określania progów stymulacji i oceny wpływu podprogowego TMS (subTMS) na hamowanie kory mózgowej.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna do modulowania odpowiedzi mięśni u ludzi

Źródło: Curado, M. et al., Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka. J. Vis. Exp. (2016)Ten film pokazuje konfigurację i mechanizm przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) do modulacji funkcji motorycznych człowieka. Umieszczając anodę nad pierwszorzędową korą ruchową, a katodę nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym, ukierunkowana stymulacja elektryczna zwiększa pobudliwość kory mózgowej, zwiększając aktywność neuronów ruchowych i...

Nieinwazyjna elektryczna stymulacja mózgu w celu modulowania aktywności ludzkich neuronów ruchowych

Jednopulsowa przezczaszkowa stymulacja magnetyczna nad główną korą ruchową, neuronawigacja i rejestracja aktywności elektromiograficznej mięśni dłoni zostały wykorzystane w tym badaniu do zbadania pobudliwości korowo-rdzeniowej, podczas gdy uczestnicy obserwowali sekwencje działań.

Modulacja pobudliwości korowo-rdzeniowej podczas obserwacji działania

Ten artykuł ma na celu opisanie podstawowego protokołu łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z pomiarami spektroskopii magnetycznego rezonansu protonowego (1H-MRS) w celu zbadania wpływu obustronnej stymulacji na metabolizm pierwotnej kory ruchowej.

Zastosowanie spektroskopii rezonansu magnetycznego jako narzędzia do pomiaru wpływu przezczaszkowej stymulacji elektrycznej na pierwotny metabolizm kory ruchowej

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, elektromiografia i przechwytywanie ruchu 3D są powszechnie stosowanymi nieinwazyjnymi technikami badania funkcji nerwowo-mięśniowych u ludzi. W tym artykule opisujemy protokół, który synchronicznie próbkuje dane generowane przez wszystkie trzy z tych narzędzi wraz z unikalnym dodatkiem prezentacji bodźców rzeczywistości wirtualnej i informacji zwrotnych.

Wielofunkcyjny zestaw do badania kontroli motorycznej człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, elektromiografii, przechwytywania ruchu i rzeczywistości wirtualnej

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) pozwala na modulację pobudliwości kory mózgowej w sposób specyficzny dla częstotliwości. Tutaj pokazujemy unikalne podejście, które łączy tACS online z jednopulsową przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) w celu "zbadania" pobudliwości kory mózgowej za pomocą motorycznych potencjałów wywołanych.

Wpływ przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym na pierwotną korę ruchową metodą online z przezczaszkową stymulacją magnetyczną

Pokazujemy protokoły modulacji (tDCS, HD-tDCS) i mapowania (TMS robota) kory ruchowej u dzieci.

Nieinwazyjna modulacja i robotyczne mapowanie kory ruchowej w rozwijającym się mózgu

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Opracowanie skutecznego systemu interfejsu mózg-maszyna-(BMI) do przywracania i rehabilitacji dwunożnej lokomocji wymaga dokładnego dekodowania intencji użytkownika.  W tym miejscu przedstawiamy nowatorski protokół eksperymentalny i technikę zbierania danych do jednoczesnego nieinwazyjnego nabywania aktywności neuronalnej, aktywności mięśni i kinematyki całego ciała podczas różnych zadań i warunków lokomocyjnych.

Jednoczesna elektroencefalografia skóry głowy (EEG), elektromiografia (EMG) i segmentalny zapis inercyjny całego ciała do multimodalnego dekodowania neuronalnego

Poznaj nieinwazyjną stymulację elektryczną mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka. Ta metoda pozwala lokalizować korę ruchową i prawidłowo umieszczać elektrody w badaniach nad neuroplastycznością.

Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka

Przeglądaj więcej filmów