Estimulação Elétrica Cerebral Não Invasiva para Modular a Atividade do Neurônio Motor Humano

Resumo

Fonte: Curado, M. et. al., Montagens de estimulação elétrica cerebral não invasivas para modulação da função motora humana. J. Vis. Exp. (2016)

Este vídeo demonstra a configuração e o mecanismo da estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) para modular a função motora humana. Ao colocar o ânodo sobre o córtex motor primário e o cátodo sobre a área supraorbital contralateral, a estimulação elétrica direcionada aumenta a excitabilidade cortical, aumentando a atividade do neurônio motor e melhorando o desempenho motor.

Protocolo

Todos os procedimentos envolvendo participantes humanos foram realizados em conformidade com as diretrizes institucionais, nacionais e internacionais para o bem-estar humano e foram revisados pelo conselho de revisão institucional local.

1. Triagem de segurança

1. Rastreie o participante quanto a possíveis contra-indicações para estimulação cerebral não invasiva, por exemplo, usando questionários.

2. Localização do córtex motor

1. Localize o córtex motor da mão do participante por uma das duas abordagens distintas: localizando a representação cerebral do músculo de interesse por estimulação magnética transcraniana (EMT) induzida por potencial evocado motor (MEP) ou localizando a posição padrão do córtex motor primário (M1) (C3 / C4) com base no sistema internacional de eletroencefalograma (EEG) 10/20 com uma fita métrica.
2. Para gravação MEP induzida por TMS, peça ao participante para remover qualquer objeto que possa ser influenciado pelo campo magnético TMS, incluindo cartões de crédito, telefones celulares e objetos de metal em geral.
3. Peça ao participante para se sentar confortavelmente.
4. Verifique as conexões entre o amplificador de eletromiografia (EMG) e o computador usado para configuração e aquisição de sinal ao usar uma interface de software.
5. Ligue o amplificador EMG e conecte os cabos do eletrodo EMG.
6. Limpe a pele do participante esfregando suavemente com pasta de preparação de pele nas regiões da mão onde os eletrodos serão colocados. Remova o excesso com uma gaze limpa.
7. Conecte eletrodos de superfície EMG em uma montagem de tendão da barriga no músculo da mão de interesse (por exemplo, M. abdutor curto do polegar da mão direita) e conecte um eletrodo de aterramento (por exemplo, no antebraço). O objetivo do estudo é determinar qual músculo da mão usar.
   NOTA: Para eletrodos reutilizáveis, é necessário aplicar uma pequena quantidade de pasta condutora na superfície do eletrodo antes de fixá-lo na pele do participante.
8. (etapa opcional) Inicie o software de gravação para aquisição MEP se o armazenamento de dados MEP for desejado.
9. Verifique os valores de impedância EMG. Certifique-se de que a impedância seja < 20 kOhm.
10. Ligue o estimulador magnético e carregue o capacitor pressionando o botão "carregar" correspondente.
11. Coloque uma bobina TMS em forma de oito no couro cabeludo do participante na fissura inter-hemisférica e mova-a para a área do córtex motor (em torno das posições C3 / C4 do sistema internacional EEG 10/20). Segure a bobina TMS em um ângulo de 45 ° -50 ° em relação à fissura inter-hemisférica, com a alça orientada para trás, produzindo um fluxo de corrente cortical de posterior para anterior.
    NOTA: Duas bobinas TMS distintas são usadas para localização do córtex motor: bobinas em forma de oito ou circulares. Se possível, use uma bobina em forma de oito, pois fornece mais estimulação cerebral focal e maior confiabilidade das medições da excitabilidade cortical.
12. Quando o estimulador magnético estiver carregado (visível no visor), descarregue o estimulador pressionando o botão de gatilho ou pisando no pedal ou automaticamente por um programa de software. Posteriormente, isso fornecerá um único pulso TMS através da bobina TMS conectada colocada sobre o couro cabeludo do participante. As configurações padrão de pulso TMS (por exemplo, tempo de subida de 100 μs da corrente induzida e tempo de decaimento de 800 μs para estímulos monofásicos; tempos de decaimento mais curtos para estímulos bifásicos) são específicas do dispositivo (firmware).
13. Comece com baixa intensidade de estimulação (por exemplo, defina a intensidade para 45% da saída usando o botão do controlador de intensidade de estimulação no estimulador) e observe os MEPs visíveis no amplificador EMG.
    1. Se nenhum MEP estiver visível, aumente a intensidade da estimulação em etapas de 2-5% até que um MEP esteja claramente presente (por exemplo, amplitude de 0,5-1 mV). Repita a estimulação pressionando o botão de disparo ou ativando o pedal se a entrega do pulso não for automatizada. Informe ao participante que a estimulação será um pouco mais forte e que movimentos dos membros, espasmos faciais e piscar de olhos são esperados.
       NOTA: Estabeleça um intervalo mínimo de 5 segundos entre os pulsos para evitar efeitos de estimulação de baixa frequência na excitabilidade cerebral.
14. Mova a bobina radialmente em passos de 1 cm ao redor do local inicialmente estimulado para encontrar o local com a maior resposta MEP após a aplicação de pulsos únicos de TMS. A partir daí, comece novamente movendo a bobina para proteger o "ponto quente" (área cortical com amplitude máxima de MEP).
    NOTA: O uso de uma tampa de cabeça (por exemplo, usada para marcações de grade) para o procedimento de localização não é recomendado, pois a tampa precisa ser removida para a colocação do eletrodo de estimulação elétrica cerebral não invasiva (NEBS), e a posição do ponto de acesso pode ser perdida.
15. Reduza a intensidade da estimulação em aproximadamente 2% em etapas usando o botão do controlador de intensidade de estimulação no estimulador (o MEP ainda deve estar presente). Isso evitará imprecisão devido à estimulação supramáxima. Reconfirme o ponto de acesso movendo a bobina radialmente em passos de 1 cm ao redor do ponto de acesso e verificando o tamanho do MEP. O hotspot ainda deve corresponder à maior e mais consistente amplitude de MEP.
    NOTA: Peça ao participante para contrair voluntariamente o músculo de interesse se o hotspot for difícil de encontrar (por exemplo, nenhum MEP presente em altas intensidades de estimulação). Ao fazer isso, a intensidade de estimulação necessária para eliciar o MEP diminui e pode ser mais fácil identificar locais de estimulação cortical relevantes. Se este método for usado, peça ao participante para relaxar o músculo depois de encontrar um local de estimulação relevante e ajustar a intensidade da estimulação para que MEPs confiáveis possam ser encontrados quando o músculo estiver em repouso. Prossiga para encontrar o ponto de acesso.
16. Marque a posição do ponto quente e a orientação da bobina com um marcador de pele não permanente.
17. Para estimulação M1 bilateral, repita as etapas 2.11 a 2.16 para o membro contralateral.

3. Preparação do eletrodo NEBS

1. Conecte os cabos aos eletrodos de borracha e coloque os eletrodos dentro dos sacos de esponja. Certifique-se de que o tamanho do eletrodo e o tamanho do saco de esponja correspondam. Os materiais estão disponíveis comercialmente em tamanhos padrão (por exemplo, 5x5 cm², 5x7 cm²).
2. Mergulhe os sacos de esponja em ambos os lados com solução isotônica de cloreto de sódio (NaCl), mas evite imersão excessiva para evitar pontes de sal ou gotejamento no voluntário.
   1. Esta etapa é opcional: Para evitar vazamento de solução de NaCl ao usar bandagens em vez de elásticos, coloque os eletrodos e bolsas de esponja dentro de tampas de esponja de borracha não condutoras.
      NOTA: Alternativamente, cubra o eletrodo de borracha com pasta condutora e coloque-o diretamente na cabeça do participante, ou seja, não usando bolsas de esponja ou tampas de esponja de borracha.

4. Colocação do eletrodo NEBS (Figura 1)

1. Encontre a(s) marcação(ões) da cabeça indicando o ponto de acesso cortical motor e separe o cabelo ao redor da área.
2. Para melhorar a condutância, limpe a pele antes da colocação do eletrodo, esfregando suavemente a área da pele ao redor das marcas da cabeça com um cotonete embebido em álcool 40-50% ou pasta de preparação da pele. Não arranhe a pele! Remova o excesso com um cotonete e limpe a área novamente com solução isotônica de NaCl. Seque a área depois.
   NOTA: Certifique-se de que a(s) marcação(ões) da cabeça permaneça(m) visível(is); observação se necessário.
3. Coloque um eletrodo seguindo a marcação da cabeça para o M1 de interesse (contralateral à mão de interesse). Coloque a esponja o máximo possível em contato direto com a pele. Coloque o cabo do eletrodo voltado para as costas do participante para evitar perturbações durante a estimulação e/ou execução da tarefa e para facilitar a conexão com o dispositivo NEBS.
   NOTA: O cabelo abaixo do eletrodo deve ficar úmido. Em caso de umedecimento excessivo dos cabelos, use papel ou toalhas de mão para absorver o excesso.
   OBS: Para ETCC anódica, o eletrodo colocado no hotspot cortical motor de interesse (é desejado aumento da excitabilidade) corresponde ao ânodo, geralmente conectado ao cabo vermelho. O cátodo (geralmente conectado a um cabo preto ou azul) é colocado na área supraorbital oposta ou M1 (veja abaixo). Convencionalmente, a colocação do eletrodo é a mesma para a estimulação transcraniana de ruído aleatório (tRNS), embora no protocolo clássico não haja especificidade de polaridade devido ao fluxo de corrente alternada. O posicionamento específico pode ser importante se as configurações de estimulação incluírem um deslocamento de estimulação.
4. Para estimulação unilateral de M1, coloque o segundo eletrodo (para ETCC anódica: o cátodo) sobre a área supraorbital contralateral (correspondente ao eletrodo Fp2 no sistema internacional EEG 10/20). Certifique-se de que o cabo esteja orientado para a parte de trás do participante.
5. Cubra a cabeça duas vezes com uma bandagem elástica circularmente na direção médio-lateral para estabilizar o eletrodo M1 e, em seguida, use a bandagem restante para cobrir a cabeça circularmente na direção ântero-posterior para estabilizar os dois eletrodos.
6. Use uma fita adesiva para fixar a extremidade do curativo.
7. Prenda os cabos com fita adesiva no pescoço ou na camisa do participante.
8. Conecte os cabos do eletrodo ao dispositivo NEBS.

5. Estimulação

1. Ligue o dispositivo NEBS.
2. Ajuste as configurações do dispositivo NEBS em relação ao tipo de estimulação (tDCS ou tRNS), intensidade (por exemplo, 1 mA, 1.5 mA ou 2 mA), duração (por exemplo, 10-40 min), aumento e redução (tempo entre o início da estimulação e a intensidade máxima, normalmente 8-15 seg) e fatores adicionais relacionados ao tipo de estimulação (por exemplo, espectro de frequência para tRNS).
   OBSERVAÇÃO: Convencionalmente, a estimulação simulada inclui aumentar imediatamente, seguido de diminuição. Assim, o participante sente a estimulação, mas a duração da estimulação não é suficiente para exercer efeitos duradouros na função cerebral. Alguns dispositivos NEBS incluem um modo de estudo que permite o cegamento do participante e do investigador inserindo um código de assunto específico do estudo. O código determina as configurações de estimulação automaticamente. Alternativamente, um segundo experimentador pode definir as configurações de estimulação em cada sessão e cobrir a exibição do experimentador que conduz a estimulação.
3. Informe o participante sobre os possíveis efeitos colaterais associados ao NEBS. Os efeitos adversos comuns incluem coceira/formigamento na pele ou sensação de queimação sob os eletrodos, dor de cabeça e desconforto. A sensação de queimação pode ser um sinal de mau contato do eletrodo com a pele.
4. Inicie a estimulação.
   NOTA: A duração comum da estimulação dura aproximadamente 10-20 min com base em relatórios que investigam alterações na excitabilidade cortical (consulte a seção de resultados representativos). Empiricamente, a duração máxima da estimulação foi definida em 40 min.
5. Verifique a continuidade da estimulação durante o aumento e a estimulação. Se a impedância for muito alta ou os eletrodos estiverem em mau contato com a pele, a estimulação pode terminar automaticamente.
   NOTA: Caso a impedância seja muito alta ou o participante relate desconforto crescente durante a estimulação, tente diminuir a impedância, por exemplo, fixando melhor os eletrodos nos locais de estimulação ou adicionando um meio condutor. A solução de NaCl pode ser adicionada usando uma seringa diretamente nas esponjas após sua colocação na cabeça.
   NOTA: Alguns dispositivos relatam a impedância durante toda a estimulação por razões de segurança. O dispositivo NEBS pode desligar se a impedância atingir um limite específico (por exemplo, 55 kOhms).

Resultados

Figura 1. Montagens de eletrodos e direção de corrente para estratégias NEBS distintas. (A) Para estimulação transcraniana anódica unilateral por corrente contínua (ETCC), o ânodo é centrado sobre o córtex motor primário de interesse e o ...

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