Artigo de método

Estimulação por interferência temporal guiada por ressonância magnética do núcleo cerebelar fastigial em pacientes com AVC para equilíbrio

DOI:

10.3791/70982

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15 de maio de 2026

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1Rehabilitation Medicine Center and Institute of Rehabilitation Medicine, West China Hospital, Sichuan University, 2Key Laboratory of Rehabilitation Medicine in Sichuan Province, West China Hospital, Sichuan University, 3The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering of Ministry of Education, Institute of Health and Rehabilitation Science, School of Life Science and Technology, Xi’an Jiaotong University

Neste artigo

Resumo

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Esse protocolo descreve uma abordagem padronizada de estimulação por interferência temporal guiada por ressonância magnética e por imagem, projetada para direcionar seletivamente o núcleo fastigial cerebelar em pacientes com AVC. Ao possibilitar a neuromodulação cerebelar profunda anatomicamente precisa e reprodutível, esse método busca aprimorar o controle postural e a recuperação do equilíbrio.

Resumo

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Problemas motores e de equilíbrio nos membros inferiores são disfunções comuns após AVC. Embora a estimulação cerebral não invasiva tenha mostrado potencial como complemento à neuroreabilitação, ela permanece limitada a regiões corticais superficiais, em vez de alvos cerebrais profundos como o núcleo fastigial cerebeloso, que contribui para o controle da postura e coordenação motora. A estimulação por interferência temporal representa uma estratégia emergente para estimulação cerebral não invasiva visando estruturas neurais profundas. Ele entrega dois campos elétricos de alta frequência com frequências portadoras ligeiramente diferentes através do couro cabeludo. Modelos computacionais e estudos experimentais iniciais sugerem que a estimulação por interferência temporal pode modular preferencialmente alvos profundos enquanto reduz a estimulação dos tecidos superficiais. Neste estudo, introduzimos um protocolo padronizado guiado por imagem para estimulação por interferência temporal do núcleo cerebelar fastigial em pacientes com AVC. O protocolo combina imagens de ressonância magnética estrutural de alta resolução, modelagem individualizada do campo elétrico e otimização computacional para projetar montagens de eletrodos específicas para cada sujeito focadas no núcleo fastigial cerebelar. Esse protocolo fornece uma estrutura reprodutível para o estudo da neuromodulação cerebelar profunda e pode apoiar futuros estudos mecanicistas e de reabilitação de disfunção motora e de equilíbrio pós-AVC.

Introdução

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Distúrbios motores e de equilíbrio dos membros inferiores estão entre as disfunções mais comuns após o AVC. Essas deficiências continuam sendo grandes desafios para a reabilitação clínica. Apesar dos avanços nas estratégias convencionais de reabilitação, a recuperação do controle postural e da marcha muitas vezes é incompleta. A estimulação cerebral não invasiva (NIBS) tem sido investigada como uma abordagem promissora para a recuperação do AVC. Estudos clínicos, incluindo ensaios clínicos randomizados, sugerem que técnicas como estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS) podem melhorar as pontuações de Fugl-Meyer dos membros inferiores e a balança de equilíbrio em pacientes com AVC crônico, modulando redes neurais envolvidas no controlemotor 1,2,3.

O cerebelo é central para o controle e equilíbrio postural, com o núcleo fastigial (FN) servindo como um núcleo crítico de saída profunda. A FN recebe estímulos sensoriais do sistema vestibular e da medula espinhal, regulando a atividade muscular do tronco e dos membros proximais por meio das vias vestibuloespinhal eretículo-espinhal 4. Por meio dessas conexões, a FN contribui para a estabilidade do corpo tanto em estados estáticos quanto dinâmicos, como a caminhada. Achados pré-clínicos em modelos animais mostraram que a estimulação direta da FN pode promover a recuperação neurológica, reduzir a lesão cerebral isquêmica e apoiar a neuroplasticidade 5,6,7,8. Esses achados apoiam a FN como um alvo biologicamente relevante, mas não estabelecem eficácia em humanos. No entanto, essa abordagem é invasiva e exigiria cirurgia em humanos, com riscos potenciais incluindo hemorragia, infecção e complicações relacionadas ao hardware.

Métodos tradicionais de NIBS, como a estimulação transcraniana por corrente contínua (tDCS) e a rTMS, modulam principalmente as regiões corticais superficiais e fornecem seletividade espacial limitada para targes cerebelososprofundos 7. A estimulação por interferência temporal (TI) foi proposta como uma alternativa não invasiva para modular essas estruturas maisprofundas 9. Introduzida pelo grupo de Grossman, essa abordagem aplica múltiplas correntes de quilohertz pelo couro cabeludo para gerar um campo elétrico modulado em amplitude nocérebro 9,10. De forma crítica, essa modulação não se limita a regiões profundas, mas está distribuída por toda a cabeça, com sua magnitude variando de acordo com a configuração do eletrodo e a anatomiaindividual 9,11. Estudos computacionais e estudos iniciais em humanos sugerem que a modulação de pico pode ser deslocada para estruturas mais profundas de forma mais eficaz do que a estimulação transcraniana convencional10,12. Enquanto os primeiros modelos de camundongos sugeriam ativação neuronal direta nohipocampo 9. Estudos subsequentes também apoiaram o potencial da estimulação do TI para modular a função motora humana 13,14,15. O princípio básico dessa técnica é ilustrado na Figura 1. No entanto, os mecanismos subjacentes precisos, o grau alcançável de seletividade e a eficácia clínica definitiva da estimulação por interferência temporal continuam sendo objeto de investigação ativa. Estudos em humanos têm estendido cada vez mais esses achados para ambientes clínicos. Especificamente, a estimulação do TI demonstrou potencial para melhorar a memória ao direcionar o hipocampo em idosos saudáveis e pacientes com distúrbioscognitivos. Na disfunção motora, também foi relatado que ele modula o estriado e melhora a aprendizagem motora e acoordenação 16. Embora esses achados sejam animadores, os mecanismos subjacentes, o grau de seletividade e a eficácia clínica a longo prazo da estimulação do TI permanecem incertos.

Embora a estimulação TI forneça uma abordagem baseada em modelagem para alvos profundos, vários desafios importantes permanecem para a aplicação humana. Neste protocolo, a variabilidade anatômica individual é abordada usando ressonância magnética estrutural de alta resolução para construir modelos de cabeça específicos para cada sujeito. A colocação dos eletrodos é otimizada por meio de modelagem computacional de campo para melhorar o direcionamento do núcleo profundo cerebelar, limitando a exposição superficial. A segurança é abordada por estimulação padronizada baseada em imagem, parâmetros pré-definidos de estimulação e monitoramento rotineiro durante a estimulação. Assim, essa abordagem fornece uma estrutura reprodutível e individualizada para a neuromodulação cerebelar profunda. O objetivo é fornecer uma base para futuras pesquisas mecanicistas e reabilitação direcionada da disfunção motora e do equilíbrio pós-AVC.

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Protocolo

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A aprovação do protocolo do estudo foi obtida do Conselho de Revisão Institucional (IRB) ou do Comitê de Ética. Todos os procedimentos do estudo envolvendo participantes humanos foram conduzidos em estrita conformidade com os princípios éticos estabelecidos na Declaração de Helsinque.

1. Triagem dos Participantes

  1. Revise o histórico médico da participante para excluir contraindicações, incluindo gravidez, epilepsia, dispositivos metálicos ou eletrônicos implantados (por exemplo, corpos estranhos metálicos intracranianos, marcapassos cardíacos, implantes cocleares, etc.), hipertensão intracraniana, tumores intracranianos ou lesões cutâneas nos locais de colocação de eletrodos. Além disso, exclua participantes com doença cardíaca, hepática ou renal grave que possa limitar a tolerância ao estudo; aqueles com transtornos psiquiátricos, como depressão maior ou esquizofrenia; e indivíduos com defeitos cranianos serãoexcluídos 17, 18, 19.
  2. Avalie os fatores de precaução aplicando um questionário padronizado de triagem de segurança da estimulação cerebral não invasiva antes da sessão, incluindo lesão cerebral recente ou o uso de medicamentos que possam afetar a excitabilidade neural (por exemplo, anticonvulsivantes)19.
  3. Obtenha consentimento informado por escrito de todos os participantes após fornecer informações abrangentes sobre os objetivos do estudo, procedimentos, riscos e benefícios potenciais, alternativas e direitos dos participantes, incluindo a natureza voluntária da participação e o direito de desistir a qualquer momento sem quaisquer consequências.

2. Aquisição e Processamento de Dados de Ressonância Magnética para Segmentação

  1. Posicione o participante em posição supina dentro do scanner de ressonância magnética, garantindo a estabilização da cabeça usando almofadas de espuma para minimizar o movimento.
    ATENÇÃO: Risco de ressonância magnética. Certifique-se de que todos os objetos metálicos sejam removidos do participante antes de entrar na sala de ressonância magnética para evitar perigos de projéteis. Proteja a claustrofobia e forneça proteção auditiva adequada para mitigar o ruído do scanner.
  2. Adquira imagens estruturais de alta resolução ponderadas em T1 que cobrem toda a cabeça, incluindo o couro cabeludo. O campo de visão deve se estender pelo menos 10 mm além dos limites da cabeça nos planos sagital, coronal eaxial 20. A resolução da imagem deve ser ajustada para 1 mm isotrópica, com uma relação sinal-ruído de no mínimo 20.
    NOTA: A ressonância magnética ponderada T1 é obrigatória para todos os participantes. Imagens suplementares ponderadas em T2 devem ser obtidas quando a ressonância magnética ponderada em T1 for insuficiente para visualização confiável das interfaces do tecido da fossa posterior, espaços do líquido cefalorraquidiano ou limites de lesão/cavidade. A tomografia computorizada suplementar deve ser obtida apenas quando a segmentação do crânio baseada em ressonância magnética for inadequada para a construção precisa do modelo.
  3. Prepare os dados de ressonância magnética ponderados T1 garantindo que os arquivos estejam no formato padrão NIfTI (.nii) e importando os dados para uma plataforma computacional de modulação cerebral por meio da interface designada para upload. Usamos a plataforma de modulação cerebral (conforme detalhado na Tabela de Materiais) para realizar modelagem do tecido cerebral inteiro e determinar automaticamente protocolos de estimulação a partir das imagens de ressonância magnética dos participantes.
  4. Geração Individualizada de Modelos de Cabeça e Cérebro
    1. Primeiro, selecione a função "Build Model" no menu de modelagem dentro da plataforma computacional. Use o fluxo de trabalho padrão de pré-processamento do software para corrigir automaticamente a inhomogeneidade da intensidade e realizar transformações de coordenadas espaciais nos dados da ressonânciamagnética 21.
    2. Segundo, segmente as imagens de ressonância magnética ponderadas em T1 dos participantes em seis tipos de tecido distintos (couro cabeludo, crânio, líquido cefalorraquidiano, substância branca, substância cinzenta e cavidade) usando os mapas de probabilidade padrão do software padrão de neuroimagem22.
    3. Inspecione visualmente as imagens segmentadas fatia por fatia para verificar a precisão das delimitações dos limites tecidos. Em seguida, atribua os seguintes valores de condutividade a cada tipo de tecido respectivo para os cálculos de elementos finitos: couro cabeludo (0,0002 S/m), crânio (0,0202 S/m), líquido cefalorraquidiano (2 S/m), substância branca (0,064 S/m), substância cinzenta (0,103 S/m) e cavidade (2,5e-14 S/m)23.
    4. Terceiro, o sistema de eletrodos EEG 10-10 foi registrado nos modelos do couro cabeludo. Quarto, uma malha tetraédrica de elementos finitos foi gerada usando iso2mesh24.
    5. Por fim, o solucionador de elementos finitos GetDP foi empregado para calcular a intensidade do campo elétrico em cada eletrodo de estimulação sob a unidade de intensidade, resultando na matriz de campo elétrico anteriorLeadfield 25. Resultado esperado: um modelo 3D específico para cada participante com tecidos segmentados, posições de eletrodos e malha de elementos finitos.
  5. Definição de Coordenadas Alvo e Registro Espacial
    1. Navegue até os campos de entrada de coordenadas dentro da interface da ferramenta de direcionamento da plataforma computacional. Digite manualmente as coordenadas específicas padrão do espaço MNI para o núcleo cerebelar fastigial (FN) nas respectivas caixas de texto X, Y e Z (por exemplo, entrada [2, -55, -29] para a FN direita e [-5, -55, -30] para a FN esquerda).
    2. Execute o módulo automatizado de registro espacial da plataforma. Esse algoritmo registra primeiro de forma não linear a imagem de ressonância magnética ponderada em T1 do participante no modelo padrão de cabeça dos atlas não lineares ICBM 152 (2009).
    3. Permita que o software aplique automaticamente uma transformação espacial não linear inversa. Essa etapa mapeia as coordenadas alvo MNI pré-definidas de volta ao espaço T1 nativo do participante, gerando com sucesso coordenadas FN personalizadas dentro do modelo cerebral individualizado para as simulações subsequentes do campo elétrico.
  6. Montagem de Eletrodos e Otimização de Correntes
    1. Avalie o resultado final da modelagem gerado pelo algoritmo de otimização. Aceite o resultado da modelagem apenas se o software devolver uma montagem válida de eletrodos, a amplitude prevista do envelope FN exceder o nível de referência de modelagem pré-definido, e o hotspot estiver visualmente centrado ou imediatamente adjacente ao alvo FN individualizado.
    2. Classifique o resultado como subótimo (e ajuste parâmetros para recalcular, se necessário) se a intensidade da FN permanecer abaixo desse nível de referência, se o envelope parecer espacialmente difuso ou se o ponto quente for deslocado em direção às regiões cerebelares ou occipitaissuperficiais 26.
    3. Defina os parâmetros de otimização do TI, incluindo as coordenadas alvo FN predefinidas, restrições atuais e modo de otimização de focalidade. Aceite o resultado de otimização somente se o software apresentar uma montagem válida com posições de eletrodos, amplitudes de corrente específicas do canal e um mapa de campo simulado mostrando a intensidade máxima prevista do envelope em ou próximo ao alvo FN. No presente manuscrito, um exemplo representativo de modelo padrão de cabeça é mostrado para ilustração de fluxo de trabalho (Figura 2).
    4. Avalie o resultado final da modelagem gerado pelo algoritmo de otimização. Aceite o resultado da modelagem apenas se o software devolver uma montagem válida de eletrodos, a amplitude prevista do envelope FN exceder o nível de referência de modelagem pré-definido, e o hotspot estiver visualmente centrado ou imediatamente adjacente ao alvo FN individualizado.
    5. Classifique o resultado como subótimo (e ajuste parâmetros para recalcular se necessário) se a intensidade da FN permanecer abaixo desse nível de referência, se o envelope parecer espacialmente difuso ou se o ponto quente for deslocado em direção às regiões cerebelares ou occipitais superficiais.

3. Preparação e Colocação da Tampa de Eletrodos

  1. Meça a circunferência da cabeça do participante, desde a crista da testa até a protuberância occipital, usando uma fita métrica flexível.
  2. Instale eletrodos circulares de borracha na tampa de 72 posições em locais determinados pelos resultados individualizados de modelagem de campoelétrico 27.
  3. Sente o participante confortavelmente em posição ereta, com suporte adequado para a cabeça para minimizar o movimento durante a estimulação.
  4. Posicione a tampa do eletrodo de acordo com o sistema internacional EEG 10–20, garantindo alinhamento preciso com a linha nasion–íon e os marcos pré-auriculares bilaterais. Ajuste a tensão da tampa para garantir um ajuste seguro sem compressãoexcessiva 28.
  5. Identifique os sítios dos eletrodos alvo através dos suportes vazios da tampa dos eletrodos. Separe o cabelo em cada local específico usando a ponta de madeira de um cotonete para expor totalmente o couro cabeludo abaixo. Aplique uma pequena quantidade de pasta abrasiva na ponta do algodão, insira-a pelo suporte vazio e esfregue suavemente a pele exposta em movimentos circulares para remover a pele morta superficial e reduzir a impedância.
    ATENÇÃO: Risco de Preparação do Couro Cabeludo. Aplique a pasta abrasiva com cuidado para evitar abrasão excessiva da pele, que pode aumentar o risco de dor, queimaduras ou infecções durante a estimulação.
  6. Injete gel condutor em cada eletrodo até que haja contato adequado com o couro cabeludo.
  7. Os participantes são randomizados para grupos de estímulo ativo de TI ou controle simulado usando randomização em blocos. O duplo cego é implementado: os participantes recebem estimulação simulada imitando o protocolo ativo, e os experimentadores que realizam avaliações ficam cegos quanto à alocação de grupos.

4. Configuração do Sistema de Estimulação TI e Ajuste de Parâmetros

  1. Conecte a tampa do eletrodo ao dispositivo de estimulação TI, que deve suportar no mínimo dois canais de estimulaçãoindependentes 29.
  2. Abra a interface de controle do dispositivo e navegue até o menu de configuração dos parâmetros de estimulação. Digite manualmente as frequências portadoras em seus respectivos campos de entrada: ajuste o Canal 1 para 2,000 kHz e o Canal 2 para 2,005 kHz para obter uma frequência de envelope de 5 Hz.
    1. Localize os campos de entrada da amplitude da corrente dentro da interface. Use os controles da interface para inserir as amplitudes de corrente otimizadas específicas para o Canal 1 e Canal 2 exatamente conforme geradas pela plataforma computacional.
    2. Compare visualmente a tela da interface com o relatório de otimização exportado para verificar todas as configurações. Confirme que ambos os canais aparecem como "ativos" e que todos os parâmetros de entrada estão corretamente listados no painel de controle principal antes de prosseguir.
  3. Ative o monitoramento de impedância no dispositivo de estimulação e ajuste os contatos dos eletrodos até que todas as impedâncias do canal caiam abaixo de 8 kΩ30. Se a impedância permanecer acima de 8 kΩ, repita a preparação do couro cabeludo e ajuste o contato do eletrodo antes de continuar.
  4. Realize uma breve fase pré-estimulação para avaliar a tolerância dos participantes.
    ATENÇÃO: Risco de Estimulação Elétrica. Sempre inicie a estimulação em baixa intensidade e aumente gradualmente para evitar choques ou sofrimento repentinos.
  5. Se necessário, ajuste proporcionalmente a amplitude da corrente mantendo o equilíbrio relativo entre os canais. Prossiga para a sessão formal somente se o participante não relatar desconforto intolerável. Se ocorrer desconforto moderado ou severo, reduza a corrente proporcionalmente entre canais ou pare a estimulação. As configurações de estimulação para as condições ativas e simuladas estão resumidas na Tabela 1.

5. Procedimento de Estimulação

  1. Antes de iniciar a estimulação, instrua o participante a permanecer sentado silenciosamente, minimizando movimentos da cabeça e do corpo. Após confirmar todos os parâmetros de estimulação, inicie a sessão formal de estimulação selecionando "Iniciar" na interface do dispositivo. Formas de onda sinusoidais são enviadas por ambos os canais para gerar interferência temporal na FN cerebelar.
  2. Monitore continuamente as impedâncias dos eletrodos via interface do dispositivo para garantir que permaneçam dentro dos limites operacionais seguros. Antes de iniciar a sessão, instrua o participante a relatar espontaneamente quaisquer efeitos adversos ou desconforto, como sensações inesperadas de formigamento ou dor de cabeça, a qualquer momento durante a estimulação.
    ATENÇÃO: Risco de Estimulação Elétrica. A estimulação elétrica traz risco de queimaduras no couro cabeludo ou dor excessiva.
  3. Pause imediatamente ou termine a estimulação se a impedância do eletrodo exceder 8 kΩ ou se o participante relatar desconfortosevero 31.
  4. Ao concluir a sessão de estimulação, encerre a estimulação selecionando "Parar", remova cuidadosamente a tampa do eletrodo, limpe o couro cabeludo com água e inspecione a pele em busca de sinais de irritação.

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Resultados

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Exemplo de Modelagem de Campo Elétrico
Para avaliar se o fluxo de trabalho individualizado guiado por ressonância magnética poderia alcançar o objetivo do estudo de direcionar a estimulação por interferência temporal em direção ao núcleo fastigial cerebelar (FN), resultados representativos foram analisados em sequência lógica desde a geração do modelo até a localização do campo. Dados de ressonância magnética ponderados em T1 de alta resolução foram segmentados com su...

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Discussão

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Visão metodológica e considerações chave de implementação
Este estudo apresenta um protocolo padronizado para a modulação não invasiva da FN cerebelosa utilizando estimulação individualizada do TI. Ao integrar ressonância magnética estrutural de alta resolução, modelagem computacional de campo elétrico e uma interface de estimulação multicanal, o protocolo proposto permite o direcionamento anatomicamente informado e preciso da FN. Essa abordagem estabelece uma nova estrutura metodológ...

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Divulgações

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Os autores declaram não haver interesses concorrentes.

Agradecimentos

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Os autores não têm agradecimentos.

Programa Chave de Apoio à Pesquisa e Desenvolvimento do Escritório de Ciência e Tecnologia de Chengdu (2024-YF05-00988-SN)

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tampa de Eletrodos de 72 canaisSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaTampa de eletrodo de 72 pontos para estimulação cerebral
Gel condutorNão aplicávelNão aplicávelGel para melhorar o contato eletrodo-pele
Fita métrica flexívelNão aplicávelNão aplicávelUsado para medir a circunferência da cabeça para encaixe de tampa de eletrodos  
Plataforma de software NervioWebSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaPlataforma experimental online de modulação cerebral
Estimulador NervioX-1000Suzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaSistema de estimulação cerebral profunda não invasivo
Gel de preparação para pele NuprepTecelão e CompanhiaAurora, CO, EUAPasta abrasiva para limpeza da pele para aumentar a condutividade

Referências

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