Efeitos da estimulação da corrente alternada transcraniana no córtex Motor primário por on-line abordagem combinada com estimulação magnética transcraniana

O objetivo geral deste procedimento é avaliar a modulação dos efeitos contínuos da estimulação transcraniana de corrente alternada por meio da estimulação magnética transcraniana de caminho único em uma nova abordagem combinada online. A estimulação transcraniana elétrica é uma técnica neuromoduladora que afeta estados neuronais por meio de diferentes formas de onda de corrente. É comumente utilizada em neurociência para investigar funções motoras e cognitivas do cérebro.

As abordagens mais utilizadas baseiam-se na estimulação com corrente contínua, ruído aleatório e estimulação com corrente alternada, que são capazes de induzir alterações na atividade neuronal. Tanto no interior quanto no exterior dos neurônios, causando alteração do potencial de repouso da membrana e, consequentemente, modificando a eficiência sináptica neuronal. A ESTA permite entregar um potencial oscilatório externo senoidal em uma faixa específica de frequência.

Ao induzir o chamado efeito de sincronização na atividade oscilatória endógena. Aqui estamos apresentando um novo método que combina TACS e CMS de caminho único durante a estimulação contínua do córtex motor primário. O método nos permite testar, em tempo real, os efeitos da estimulação com corrente alternada no córtex motor primário por meio do potencial motor evocado induzido por TMS de pulso único.

Vamos mostrar um conjunto completo de equipamentos necessário para executar um protocolo combinado TACS-TMS online por meio da estimulação do córtex motor primário. A lista de equipamentos inclui um dispositivo de estimulação elétrica capaz de gerar corrente alternada elétrica, por exemplo, o BrainStim. Conectado por dois eletrodos superficiais de esponja embebidos em soro fisiológico, com tamanho entre cinco e sete centímetros.

Para minimizar a sensação cutânea, os eletrodos são completamente saturados com a solução salina para manter a impedância abaixo de 10 kiloOhm durante toda a sessão de estimulação. O eletrodo-alvo é posicionado sobre o couro cabeludo correspondente ao ponto quente do córtex motor primário utilizando tiras elásticas específicas, enquanto o eletrodo de referência é colocado sobre o ombro ipsilateral utilizando fita adesiva, em uma configuração denominada montagem monopolares. Em humanos, oscilações em diferentes frequências refletem diferentes comportamentos e processos cognitivos que sustentam distintos estados de atividade da rede neural.

Conforme normalmente medido por encefalografia ou por magnetoencefalografia. As oscilações no cérebro humano variam de oscilações ultra-lentas a ultra-rápidas. Elas geralmente estão presentes simultaneamente e podem se modular e interagir entre si.

No entanto, a ligação entre a atividade oscilatória e os processos cerebrais sempre foi estabelecida por métodos correlacionais. Portanto, a questão de saber se as oscilações cerebrais refletem diretamente mecanismos fundamentais no processamento cortical da informação, ou se são apenas um epifenômeno, ainda permanece sem resolução. Ao utilizar TACS, podemos modular causalmente as oscilações cerebrais de maneira específica à frequência e, por sua vez, influenciar a atividade neuronal fisiológica associada aos estados de repouso, bem como aos processos perceptuais e cognitivos.

Para configurar o protocolo TCS utilizando o dispositivo BrainStim, primeiramente verifique o status da bateria. Em seguida, os parâmetros de estimulação são ajustados por meio do nosso software especializado. Frequência, duração e forma da corrente.

E transferido para o dispositivo por conexão Bluetooth. Usando o software, abra uma nova sessão e configure um novo protocolo ou estímulo. Por exemplo, o protocolo será denominado Beta.

Defina a frequência de estimulação; no nosso caso, será de 20 Hz, ajuste a forma de onda para senoidal e defina a duração total do protocolo de estimulação, por exemplo, 600 segundos. Por fim, defina a intensidade da estimulação em 1 miliAmp, enquanto o offset, fade in, fade out e fade são definidos em zero. Em seguida, quando a função Bluetooth for ativada no dispositivo, envie o protocolo do software para o estimulador.

Em seguida, prossiga verificando se o protocolo foi transferido com sucesso para o dispositivo. Agora, passe para a parte do TMS. Primeiro, posicione os eletrodos para um EMG de superfície para medir os potenciais do bloqueio motor por meio de um pulso único de TMS.

Limpe a pele utilizando um esfoliante de limpeza sob todos os eletrodos para obter uma baixa impedância cutânea, abaixo de 10 kiloOhm. Aqui, utilizamos um músculo interósseo dorsal primeiro e empregamos uma montagem bipolar tendão-belo. Coloque o eletrodo ativo sobre o músculo, o eletrodo de referência sobre o osso, dois centímetros distalmente, e o eletrodo de terra mais proximalmente no braço.

Os potenciais de bloqueio motor são medidos por eletrodos de argento e cloreto de argento conectados ao amplificador BrainAmp DC por meio de uma caixa de conexão. Estamos utilizando o sistema de navegação TMS sem moldura LocalEye TMS Navigator para obter o posicionamento adequado da bobina TMS. Primeiro, colocamos os sensores de rastreamento na parte frontal do participante.

Para a estimulação por EMT, estamos utilizando um estimulador magnético em um regime bifásico e uma bobina de estimulação em forma de H com 75 milímetros de diâmetro. Em seguida, utilizando o vídeo da ressonância magnética estrutural T1 do participante, realiza-se uma representação atualizada da cabeça do participante no modelo tridimensional da cabeça por meio do sistema de navegação. Após isso, posiciona-se com precisão a bobina sobre a área motora primária da cabeça, a chamada região do botão motor.

Em seguida, comece a testar os potenciais de bloqueio motor de TMS de passagem única. Uma vez encontrado um ponto quente ideal para a representação cortical do modelo de mão estudado, essa localização é marcada para o posicionamento subsequente do eletrodo-alvo de TCS. Ajuste cuidadosamente a primeira tira elástica na cabeça com relação à posição do centro da cabeça.

Em seguida, posicione o eletrodo-alvo com a segunda faixa. Uma vez que os eletrodos de TCS estejam posicionados tanto no crânio quanto no ombro ipsilateral, prossiga conectando-os ao estimulador. Antes de iniciar a sessão de estimulação, certifique-se de que a posição do eletrodo-alvo esteja centralizada sobre o ponto quente marcado mediante inspeção visual.

Em seguida, posicione a bobina de EST sobre os eletrodos de ESTC reajustando a intensidade e a orientação utilizando neuro-navegação, a fim de localizar novamente o ponto de máxima resposta. Nesta etapa, determine o método do limiar de repouso para essa nova montagem combinada de ESTC-EST, levando em consideração a espessura do eletrodo-alvo. Defina a intensidade da estimulação ao longo do experimento em 110% do limiar motor de repouso dos participantes.

A maioria dos estudos sobre TCS mostrou efeitos online proeminentes; ao mesmo tempo, ainda não há evidências claras sobre os efeitos duradouros do TCS após a cessação da estimulação. Apenas alguns poucos estudos na literatura mostraram efeitos residuais fracos e pouco claros em comparação com aqueles que utilizaram TCS online. A evidência de EG também não é clara quanto aos efeitos residuais do TCS.

In vivo, demonstrou-se que o aumento na atividade é sincronizado com diferentes frequências de estímulo, sugerindo que a descarga neuronal pode ser sincronizada por campos elétricos aplicados. Assim, em modelos animais, a TCS senoidal fraca sincroniza a frequência de descarga do pulso neuronal cortical difuso. Em humanos, evidências recentes mostraram que a TCS em tempo real pode induzir um efeito de sincronização na assinatura do EG.

No entanto, a abordagem TCS EG ainda é questionável, primeiramente devido aos artefatos induzidos pela CA e, em segundo lugar, porque não é praticamente possível capturar diretamente o sinal EG da área estimulada. Tal montagem combinada TCS-TMS permite observar, especialmente para o sistema sensorimotor, os efeitos específicos de frequência do TCS em tempo real na saída corticoespinhal, utilizando como sonda pulsos únicos de TMS aplicados ao córtex motor primário. Assim, inicie o protocolo de estimulação elétrica de 20 Hz enquanto aplica pulsos únicos de TMS em tempo real intercalados por intervalos aleatórios, de três a cinco segundos.

Por exemplo, podemos mostrar o aumento das amplitudes do potencial de bloqueio motor durante a TCS online em 20 Hz em relação à estimulação em 10 Hz ou simulada. Nesta imagem, você pode ver um exemplo do delineamento experimental em que a bobina de TMS é posicionada sobre o eletrodo-alvo de TCS. Neste experimento, os eletrodos vermelhos-alvo são colocados sobre o córtex motor esquerdo e o córtex parietal direito.

O eletrodo de referência azul é colocado na linha média correspondente à posição PZ do sistema internacional 1020 de EG. A bobina é mantida sobre o eletrodo de esponja colocado sobre o córtex motor esquerdo. O córtex motor humano abordado apresenta uma atividade de aproximadamente 20 Hz.

Colaboradores frequentes forneceram a evidência crucial de atividade de 20 Hz em repouso em humanos, demonstrando o aumento em tempo real da excitabilidade corticoespinal enquanto a estimulação era aplicada em 20 Hz. No gráfico, o eixo Y representa a amplitude média do potencial evocado motor medida por pulso único de TMS durante a estimulação TCS contínua. O eixo X representa diferentes frequências de estimulação.

Apenas a TCS aplicada a 20 Hz na córtex motora aumentou a saída corticoespinal. Já não houve efeito da estimulação em outras frequências ou com a estimulação da córtex parietal. Esta foi a primeira evidência de um efeito específico de frequência em tempo real da TCS na córtex motora, medido por meio da abordagem combinada de TACS e TMS.

A justificativa para combinar o uso de TMS e TACS reside nas diferentes informações que eles transmitem. Ao registrar potenciais motores evocados na mão contralateral à córtex motor primário, podemos verificar os efeitos livres de artefatos da TCS em curso. Isso nos permite monitorar com precisão alterações na excitabilidade cortical por meio de potenciais motores evocados durante a estimulação elétrica aplicada em diferentes frequências, de maneira livre de artefatos.

Essa nova abordagem pode ser utilizada para testar o efeito online de quaisquer outras formas de estimulação elétrica transcraniana.