Nieinwazyjna modulacja i robotyczne mapowanie kory ruchowej w rozwijającym się mózgu

Nasz protokół zakłada wykorzystanie pierwszego na świecie robota pediatrycznego TMS do mapowania kory ruchowej u zdrowych dzieci, a także u dzieci, które doznały wczesnych urazów mózgu, takich jak udar okołoporodowy. Protokół integruje obrazowanie MRI z neuronawigacją, co pozwala nam pozyskiwać mapy ze zwiększoną dokładnością i precyzją, skracając czas sesji mapowania. Pomaga wyeliminować błędy ludzkie oraz zwiększa bezpieczeństwo i tolerancję dla młodych pacjentów.

Mapowanie motoryczne nie jest jeszcze wykorzystywane do celów diagnostycznych ani prognostycznych, jednak jest to nowatorska technika, która mierzy, w jaki sposób mózg zmienia się i przeprogramowuje po wystąpieniu uszkodzenia mózgu lub po interwencji. Podobne techniki z różnymi celami można zastosować do mapowania obszarów językowych. Mapowanie językowe i motoryczne może być ważne w planowaniu przedoperacyjnym.

Zacznij od użycia zakładek w oprogramowaniu do neuronawigacji, aby zrekonstruować skórę i cały łuk mózgu. Wybierz nową, karnację i karnację obliczeniową. Upewnij się, że nos i czubek głowy są dołączone.

Następnie wybierz nowy i pełny krzywoliniowy mózgu. Zamknij zielone pole wyboru na zewnątrz mózgu, ale wewnątrz czaszki. Wybierz opcję Oblicz krzywoliniowe.

Dostosuj głębokość odrywania od 4,0 do 6,0 milimetrów. Wybierz opcję Konfiguruj punkty orientacyjne. Umieść cztery punkty orientacyjne na czubku nosa, nasionach i nacięciach obu uszu zrekonstruowanej skóry.

Nazwij punkty orientacyjne odpowiadające ich anatomii. Wybierz zakładkę celu, aby wyświetlić krzywoliniowy mózg. Wybierz nową i prostokątną siatkę.

Umieść jednolite siatki współrzędnych 12 na 12 w odstępach siedmiu milimetrów na powierzchni zrekonstruowanego mózgu nad gałką kory ruchowej. Następnie użyj narzędzia do pozycjonowania celu po prawej stronie, aby zoptymalizować pozycjonowanie siatki pod kątem obrotu, pochylenia i krzywizny. Przekształć punkty siatki w trajektorie, które poprowadzą robota do ustawienia cewki TMS.

Dostosuj kąt trajektorii tak, aby wynosił 45 stopni do szczeliny podłużnej lub mózgu. Użyj narzędzia przyciągania, aby ekstrapolować i optymalizować trajektorie do krzywoliniowego mózgu. Na koniec zainicjuj i ustaw ramię i siedzenie robota TMS w pozycji powitalnej i skalibruj czujnik płytki siłowej za pomocą testu czterech czujników.

Zacznij od odprowadzenia uczestnika do sali testowej i poproszenia go o wypełnienie kwestionariusza bezpieczeństwa. Następnie posadź uczestnika na krześle robota i wyreguluj oparcie i podpórkę pod szyję. Upewnij się, że ich stopy są podparte.

Podeprzyj ramiona i dłonie poduszkami podczas sesji mapowania. Oczyść skórę nad interesującym Cię mięśniem. Umieść elektrody powierzchniowe srebrno-srebrno-chlorkowe na obu dłoniach i przedramionach uczestnika, celując w cztery dystalne mięśnie kończyn przednich.

Brzuch pierwszego grzbietowego międzykostnego, odwodziciel pollicis brevis, odwodziciel palcowy minimi i prostownik nadgarstka. Podłącz amplifier do komputera zbierającego dane z kompatybilnym oprogramowaniem EMG. Następnie elektrody powierzchniowe do wzmacniacza elektromiografii lub EMG i systemu akwizycji danych, upewniając się, że elektroda uziemiająca jest również podłączona.

Zarejestruj cztery punkty orientacyjne na głowie uczestnika za pomocą wskaźników punktów orientacyjnych i użyj zakładki walidacji, aby upewnić się, że głowa uczestnika jest prawidłowo zarejestrowana. Następnie wybierz punkt siatki znajdujący się najbliżej gałki uczestnika. Wybierz przycisk wyrównania do celu, aby wyrównać cewkę TMS trzymaną przez robota do tej lokalizacji docelowej.

Wybierz opcję Kontakt włączony. Monitoruj jakość styku za pomocą wskaźnika siły nacisku i upewnij się, że wskaźnik jest zielony lub żółty. Poinstruuj uczestnika, aby nie wychodził poza zakres ramienia robota.

Upewnij się, że mięśnie dłoni uczestnika są rozluźnione i pozostają nieruchome przed kontaktem. Wybierz opcję wyrównaj i podążaj, aby cewka pozostała wyśrodkowana na celu, jeśli uczestnik się poruszy. Użyj przycisku spustowego TMS na maszynie TMS, aby dostarczyć od pięciu do 10 impulsów TMS o intensywności od 40 do 60% maksymalnej mocy stymulatora.

Na koniec określ punkt siatki, który daje największy i najbardziej spójny potencjał wywołany silnikiem dla lewego lub prawego mięśnia FDI. Określ spoczynkowy próg motoryczny jako najniższą intensywność, która wytwarza i MEP co najmniej 50 mikrowoltów w mięśniu BIZ w pięciu na 10 stymulacji. Zacznij od dostarczenia czterech impulsów TMS z pojedynczym impulsem w odstępie jednej sekundy i intensywności 120% RMT w punkcie siatki zbliżającym się do hotspotu.

Następnie powtórz czynność w sąsiednim punkcie siatki. Kontynuuj sekwencyjnie w sposób liniowy wzdłuż responsywnych punktów, aż do osiągnięcia punktu, który nie odpowiada, który wyznacza pierwszy region graniczny mapy. Następnie kontynuuj mapowanie, aby ustalić punkty graniczne we wszystkich czterech kierunkach prostokątnej siatki.

Nagrywaj wszystkie MEP ze wszystkich mięśni za pomocą oprogramowania EMG do analizy offline. Po trzech do czterech punktach siatki wybierz opcję wyłącz kontakt i daj uczestnikowi przerwę, aż poczuje się gotowy do kontynuowania. Następnie użyj papierowej wersji tych samych siatek, aby śledzić kolejność stymulacji w celu dalszej analizy.

Pełne mapowanie za pomocą zrobotyzowanego TMS. Na koniec użyj niestandardowego skryptu kodowania, aby wygenerować mapy silników 3D dostępne po skontaktowaniu się z autorem. Obliczaj obszar i objętość mapy motorycznej za pomocą responsywnych lokalizacji trajektorii.

Oblicz środek ciężkości jako średnią ważoną reprezentacji motorycznych każdego położenia współrzędnych. Wyniki te wskazały, że tDCS i HD-tDCS poprawiły tempo uczenia się w ciągu pięciu dni treningu. Grupy aktywne interwencyjne miały większą poprawę średniego dziennego wyniku PPT lewej ręki w czwartym i piątym dniu w porównaniu z pozorowanym.

Metodologia ta została powielona z poprzedniego badania, a zestawy danych zostały połączone. Dane replikacyjne wykazały podobne wyniki, tak że nastąpił znaczny wzrost tempa uczenia się obserwowany w grupie tDCS i HD-tDCS w porównaniu z grupą pozorowaną. Zaplanowanie zabiegu jest równie ważne, jak jego wykonanie.

Siatki i trajektorie powinny być starannie nałożone na rezonans magnetyczny. W przypadku korzystania z szablonów mózgowych należy pobrać wiele próbek z głowy uczestnika. Procedurę tę można wykonać przed i po interwencji, aby odpowiedzieć na wynikającą z tego zmianę mapy motorycznej.

Przeprowadzenie oceny zgodnie z tą procedurą może wskazać związek między pomiarami mapy motorycznej a wynikami funkcji. Korzystając z tego protokołu, naukowcy mogą nauczyć się, jak dokładnie, terminowo i bezpiecznie generować mapy motoryczne u dzieci korzystających z robotycznego TMS. Dużym wyzwaniem jest prowadzenie robota i ustawienie go optymalnie w obszarach docelowych.

Trajektorie muszą być dokładnie określone. Ćwiczenie wyrównywania cewki z wieloma kombinacjami parametrów nachylenia i obrotu pomaga zoptymalizować projekt trajektorii cewki. Żadne z narzędzi nie jest niebezpieczne.

Ważne jest, aby stale obserwować robota, gdy dotyka głowy uczestnika, ponieważ robot będzie reagował na wszelkie ruchy głowy.