Nieinwazyjne montaże elektrycznej stymulacji mózgu do modulacji funkcji motorycznych człowieka
February 4th, 2016
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.
Ogólnym celem tej procedury jest wykazanie lokalizacji pierwszorzędowej kory ruchowej i prawidłowego rozmieszczenia elektrod do elektrycznej stymulacji mózgu w celu modulacji układu motorycznego. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neuroplastyczności, poprzez ukierunkowaną modulację sieci mózgowych, które poprawiają funkcje motoryczne lub przeciwdziałają niepełnosprawności ruchowej. Główną zaletą nieunikowej elektrycznej stymulacji mózgu jest to, że można ją łatwo zastosować nawet jako technikę przyłóżkową, bez wywoływania bólu lub dyskomfortu.
Ta metoda stymulacji mózgu może zapewnić wgląd w funkcję układu motorycznego. Można go również zastosować do innych obszarów zainteresowania, takich jak kora przedczołowa lub kora wzrokowa. Wizualna demonstracja lokalizacji docelowych obszarów kory mózgowej i rozmieszczenia elektrod ma kluczowe znaczenie dla powodzenia tych eksperymentów.
W przeciwnym razie przepływ prądu elektrycznego może nie dotrzeć do zamierzonych obszarów mózgu, co spowoduje brak efektu lub nieoczekiwane wyniki. Zacznij od poproszenia uczestnika, aby usiadł wygodnie na krześle. Oczyść skórę uczestnika, wcierając pastę przygotowawczą w obszary dłoni, w których zostaną umieszczone elektrody.
Usuń nadmiar za pomocą czystego gaziku. Przymocuj elektrody powierzchniowe elektromiografii lub EMG w montażu ścięgna brzucha do interesującego Cię mięśnia ręki i podłącz elektrodę uziemiającą. Następnie włącz stymulator magnetyczny i naładuj kondensator, naciskając odpowiedni przycisk ładowania.
Umieść cewkę TMS z ósemką na skórze głowy uczestnika w okolicy kory ruchowej. Trzymaj cewkę TMS pod kątem od 45 do 50 stopni, w odniesieniu do szczeliny międzypółkulowej, z uchwytem skierowanym do tyłu. Gdy stymulator magnetyczny jest naładowany, rozładuj stymulator, naciskając przycisk spustu, naciskając przełącznik nożny lub automatycznie za pomocą oprogramowania.
Następnie zacznij od niskiej intensywności stymulacji i obserwuj potencjały wywołane silnika lub MEP, widoczne na wzmacniaczu EMG. Jeśli nie jest widoczny żaden MEP, zwiększaj intensywność stymulacji, aż MEP będzie wyraźnie obecny. Powtórz stymulację, naciskając przycisk spustu.
Przesuwaj cewkę promieniowo, w krokach co jeden centymetr, wokół początkowo stymulowanego miejsca, aby znaleźć miejsce o największej odpowiedzi MEP, po zastosowaniu pojedynczych impulsów TMS. Stamtąd ponownie zacznij przesuwać cewkę, aby zabezpieczyć gorący punkt. Na koniec zaznacz pozycję gorącego punktu i orientację cewki za pomocą nietrwałego markera do skóry.
Podłącz do gumowych elektrod i umieść elektrody w workach z gąbką. Upewnij się, że rozmiar elektrody i rozmiar worka z gąbką są zgodne. Namocz woreczki z biszkoptem po obu stronach izotonicznym roztworem chlorku sodu, ale unikaj nadmiernego namaczania, aby zapobiec tworzeniu się mostków solnych lub kapaniu na ochotnika.
Następnie znajdź oznaczenia na głowie wskazujące gorący punkt kory ruchowej i oddziel włosy wokół tego obszaru. Aby poprawić przewodność, oczyść skórę przed umieszczeniem elektrody wacikiem nasączonym 40 do 50 procentami alkoholu lub pastą do przygotowania skóry. Usuń nadmiar wacikiem i ponownie oczyść obszar izotonicznym roztworem chlorku sodu.
Następnie osusz obszar. Umieść jedną elektrodę na głowie, oznaczając obszar kory ruchowej zainteresowania i utrzymuj gąbkę w bezpośrednim kontakcie ze skórą tak bardzo, jak to możliwe. W przypadku jednostronnej stymulacji umieść drugą elektrodę nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym.
Alternatywnie, w przypadku stymulacji obustronnej, umieść drugą elektrodę na przeciwległej korze ruchowej, podążając za głową oznaczającą ipsilateralnie do kończyny użytej w badaniu. Umieść wszystkie elektrod w kierunku pleców uczestników, aby uniknąć zakłóceń podczas stymulacji i ułatwić połączenie z nieinwazyjną elektryczną stymulacją mózgu lub dowolnym urządzeniem BS. Następnie należy dwukrotnie przykryć głowę bandażem elastycznym, okrężnie w kierunku przyśrodkowo-bocznym, aby ustabilizować elektrodę M1.
Użyj pozostałego bandaża, aby przykryć głowę okrężnie w kierunku przednim i tylnym, aby ustabilizować obie elektrody. Użyj taśmy klejącej, aby przymocować koniec bandaża, a zabezpiecz taśmą klejącą na szyi lub koszuli uczestnika. Na koniec podłącz elektrod do dowolnego urządzenia BS.
Zacznij od włączenia dowolnego urządzenia BS. Dostosuj dowolne ustawienia urządzenia BS, dotyczące typu stymulacji, intensywności, czasu trwania, zwiększania i zmniejszania oraz spektrum częstotliwości dla przezczaszkowej stymulacji losowego hałasu. Następnie poinformuj uczestnika o potencjalnych skutkach ubocznych związanych z jakimkolwiek BS. Następnie rozpocznij stymulację i sprawdź ciągłość stymulacji podczas zwiększania głośności i przez cały czas trwania sesji.
Jeśli którykolwiek BS jest stosowany jednocześnie z wykonywaniem zadania motorycznego, rozpocznij testowanie po zwiększeniu stymulacji i po tym, jak uczestnik poczuje się komfortowo ze stymulacją. Na koniec, po zakończeniu sesji stymulacji, zdezynfekuj elektrody i gąbki 40 do 50 procentami alkoholu. Następnie dokładnie spłucz w wodzie i pozostaw materiały do wyschnięcia przed przechowywaniem.
Protokół ten opisuje wiele podejść do nieinwazyjnej elektrycznej stymulacji mózgu, do modulacji ludzkiego układu motorycznego. Tutaj przebieg pobudliwości korowej w czasie jest pokazany w ciągu 90 minut po stymulacji pierwszorzędowej kory ruchowej. Należy zauważyć, że TRNS wywiera podobny wpływ na pobudliwość kory mózgowej w porównaniu z TDCS.
W ciągu trzech dni treningu motorycznego, zdolności motoryczne znacznie wzrastają z czasem, w grupie kontrolnej Sham, i są dodatkowo wzmacniane przez każdą strategię BS. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak zlokalizować pierwszorzędową korę ruchową za pomocą TMS i umieścić elektrody dla różnych dowolnych montaży BS. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu 10 do 15 minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.
Nie zapominaj, że praca z magnetyczną i elektryczną stymulacją mózgu może być szkodliwa, jeśli jest stosowana niewłaściwie, a przed wykonaniem tej procedury należy zawsze przeprowadzić kontrolę bezpieczeństwa uczestników.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół opisuje zastosowanie nieinwazyjnej stymulacji elektrycznej mózgu w celu modulacji ludzkiego układu ruchowego. Podkreśla znaczenie prawidłowego umieszczenia elektrod dla skutecznej stymulacji oraz potencjalne zastosowania zarówno w badaniach jak i w środowisku klinicznym.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Badania kliniczne
- Neuroplastyczność
Tło
- Stymulację elektryczną mózgu można wykorzystać do wpływania na funkcje kory mózgowej.
- Ta technika jest nieinwazyjna i może być wykonana przy łożu pacjenta.
- Jest używana do badania i poprawy funkcji ruchowych.
- Rozumienie umiejscowienia elektrod jest kluczowe dla sukcesu wyniku.
Cel badania
- Wykazanie lokalizacji pierwotnego kory motorycznej.
- Upewnienie się o prawidłowym umieszczeniu elektrod stymulujących.
- Zbadanie wpływu stymulacji na niepełnosprawności ruchowe.
Stosowane metody
- Nieinwazyjne techniki stymulacji elektrycznej mózgu.
- Lokalizacja docelowych obszarów kory.
- Demonstracje wizualne umiejscowienia elektrod.
- Ocena modulacji funkcji ruchowych.
Główne wyniki
- Skuteczna modulacja układu ruchowego poprzez ukierunkowaną stymulację.
- Zdobyte wglądy w funkcjonowanie kory motorycznej.
- Potencjalne zastosowania w leczeniu niepełnosprawności ruchowych.
- Wykazana łatwość stosowania techniki.
Wnioski
- Nieinwazyjna stymulacja elektryczna mózgu jest skuteczna w zastosowaniach badawczych i klinicznych.
- Prawidłowe umiejscowienie elektrod jest niezbędne dla sukcesu modulacji.
- Ta metoda może poprawić zrozumienie neuroplastyczności.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) enables targeted modulation of motor cortex excitability, supporting mechanistic de-risking in early discovery of neuromodulatory interventions. By establishing reliable electrode placement protocols, the method enhances predictive confidence in target engagement for motor function pathways. This facilitates translational continuity from target validation to preclinical modeling of motor rehabilitation strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of motor cortex causality in motor skill learning and neuroplasticity mechanisms.
- Operational Value: Provides a standardized, reproducible approach for targeting primary motor cortex with tDCS or tRNS montages.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable motor evoked potential (MEP) readouts to assess cortical excitability changes.
- Operational Value: Supports assay readiness through reliable, blinded stimulation delivery across unilateral and bilateral montages.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models non-invasive neuromodulation effects relevant to motor disability therapeutics.
- Operational Value: Enables dose- and time-dependent effect characterization for go/no-go decisions in preclinical advancement.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing a non-invasive tool for motor system target engagement and functional validation prior to compound screening.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of motor cortex involvement in skill acquisition and network modulation.
- Screening: Delivers standardized neuromodulation to prepare biological systems for compound evaluation in motor function assays.
- Analytics: Provides MEP amplitude and latency as quantitative dependent variables for comparing stimulation conditions.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical continuity by modeling stimulation effects analogous to clinical neuromodulation approaches.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuromodulation platform applicable across motor cortex-dependent discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in motor pathway validation through precise cortical targeting.
- Operational Value: Ensures reproducibility via standardized electrode placement and stimulation parameters.
- Strategic Value: Improves go/no-go confidence by de-risking target engagement assumptions in motor function projects.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuromodulatory candidates based on target validation rigor.
Implementation Considerations
- Requires expertise in TMS-guided motor cortex localization and EEG/EMG setup.
- Depends on stimulator hardware capable of tDCS, tACS, and tRNS output with precise intensity control.
- Necessitates cross-team standardization of skin preparation, electrode impedance, and montage documentation.
- Involves adaptation considerations for different head anatomies and hair density affecting electrode contact.
- Includes safety monitoring for skin irritation and participant comfort during prolonged sessions.
