Name: Modulação não invasiva e mapeamento robótico do córtex motor no cérebro em desenvolvimento (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 26 s
Description: Aprenda a mapear o córtex motor em crianças usando o primeiro robô pediátrico de TMS do mundo com neuronavegação por ressonância magnética. Este método não invasivo melhora a precisão e segurança para pacientes jovens.

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Este estudo foi apoiado pelos institutos canadenses de pesquisa em saúde.

Todos os métodos descritos neste protocolo foram aprovados pelo Conselho de ética em pesquisa em saúde conjunta da Universidade de Calgary (REB16-2474). O protocolo é descrito na Figura 1.
1. contraindicações de estimulação cerebral não invasiva
<ol><li>Tela todos os participantes para contra-indicações para TMS15 e tDCS1 antes do recrutamento.</li>
</ol>2. mapeamento de motor de estimulação magnética transcraniana
<ol><li>Preparando MRI para TMS navegado
	<ol>
<li>Obter a RM estrutural de cada participante (T1). Se um MRI é inalcançável, use um modelo MRI do Instituto Neurológico de Montreal.</li>
		<li>Importe o arquivo de MRI no formato de DICOM ou de NIfTI ao software do neuronavegação (veja tabela dos materiais).</li>
	</ol></li>
	<li>Trajetórias alvo TMS
	<ol>
<li>Use o software do neuronavegação para reconstruir a pele e o cérebro cheio curvilinear usando as abas.</li>
		<li>Selecione novapele, pelee computação. Assegure-se de que o nariz e a parte superior da cabeça estejam incluídos.</li>
		<li>Selecione novo, e curvilinear cérebro completo. Coloque a caixa de seleção verde fora do cérebro, mas dentro do crânio. Selecione computar curvilinear. Ajuste a profundidade da casca para 4,0-6,0 mm.</li>
		<li>Selecione Configurar pontos de referência. Coloque quatro pontos de referência na ponta do nariz, Nasion, e os entalhes de ambas as orelhas da pele reconstruída. Nomeie os marcos correspondentes à sua anatomia.</li>
		<li>Selecione a guia targets para visualizar o cérebro curvilíneo. Selecione novoe grade retangular. Coloque o uniforme 12 x 12 grades de coordenadas com espaçamento de 7 mm na superfície do cérebro reconstruído sobre o "manípulo" do córtex motor (giro PreCentral)17.</li>
		<li>Use a ferramenta de posicionamento de destino à direita para otimizar o posicionamento da grade para rotação, inclinação e curvatura. Converta os pontos de grade em trajetórias que guiarão o robô para posicionar a bobina TMS. Ajuste o ângulo das trajetórias para que eles sejam 45 ° para a fissura longitudinal do cérebro.</li>
		<li>Use a ferramenta snap para extrapolar e otimizar as trajetórias para o cérebro curvilíneo.</li>
		<li>Inicialize e posicione o braço e o assento do robô TMS à posição bem-vinda e calibre o sensor da placa de força usando o teste do sensor da força.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparando o participante para o mapeamento do motor
	<ol>
<li>Os participantes preenchem um questionário de segurança18.</li>
		<li>Uma vez que os participantes sentados confortavelmente na cadeira do robô, ajustar o encosto e neckrest. Assegure-se de que seus pés sejam apoiados. Apoie os braços e as mãos com travesseiros para garantir que suas mãos estejam em uma posição de repouso durante a sessão de mapeamento. Nota: crianças e adolescentes precisarão de lembretes durante toda a sessão para manter as mãos relaxadas.</li>
		<li>Limpe a pele sobre o músculo do interesse. Coloque os eletrodos de superfície Ag/AgCl em ambas as mãos e antebraços do participante, visando quatro músculos do membro torácico distal, 1) a barriga do primeiro interosseous dorsal (IDE), 2) abdutor do do polegar brevis (APB), 3) abdutor abdutor do minimi (ADM), e 4) o pulso extensor (extensor de Carpi ulnaris).</li>
		<li>Conecte os eletrodos de superfície com amplificador eletromiográfico (EMG) e sistema de aquisição de dados e conecte o amplificador a um computador de coleta de dados com um software EMG compatível.</li>
		<li>Coregistre os quatro pontos de referência na cabeça do participante usando o ponteiro do Marco. Use a guia de validação para garantir que a cabeça do participante esteja registrada corretamente.</li>
	</ol></li>
	<li>Determinando a intensidade do mapeamento do motor TMS
	<ol>
<li>Selecione um ponto de grade mais próximo do "botão de mão" do participante. Selecione o alinhar ao botão de destino para alinhar a bobina TMS mantida pelo robô a este local de destino. Selecione contato em. Monitore a qualidade do contato usando o indicador de força de contato. Assegure-se de que o indicador esteja verde ou amarelo. Nota: a cor vermelha no indicador de contato significa que há demasiada força na cabeça do participante. Nenhuma cor significa que a bobina TMS não está em contacto com a cabeça do participante. Nestes casos, ajuste a sensibilidade da placa de força.</li>
		<li>Instrua o participante a não se deslocar para fora do escopo do braço do robô. Assegure-se de que os músculos das mãos do participante estejam relaxados e permaneçam ainda antes do contato.</li>
		<li>Selecione alinhar e siga para que a bobina permaneça centralizada no alvo se o participante se mover.</li>
		<li>Use o botão do disparador TMS na máquina TMS para entregar 5-10 pulsos de TMS em uma intensidade entre a saída máxima do estimulador de 40-60% (mso). Repita este passo para 5-6 pontos de grade em torno do "manípulo".</li>
		<li>Determine o ponto de grade que dá o maior e mais consistente (hotspot) motor evocado potencial (MEP) para o músculo FDI esquerdo ou direito.</li>
		<li>Determine o limiar motor de repouso (RMT) como a menor intensidade que produz um PEMÁX de pelo menos 50 μV no músculo IDE em 5/10 estimulações.</li>
	</ol></li>
	<li>Mapeamento do motor
	<ol>
<li>Partindo do ponto de grade o mais próximo ao hotspot, entregue quatro pulsos do único-pulso TMS (1 hertz) em um interestímulo de 1 s e de intensidade TMS de 120% RMT. Um ponto de grelha responsivo é determinado por 2/4 eurodeputados > 50 μV em qualquer dos músculos das mãos.</li>
		<li>Mova para o ponto de grade adjacente e repita a etapa acima.</li>
		<li>Continue sequencialmente de forma linear ao longo de pontos responsivos até que um ponto não responsivo seja atingido, que é a primeira região de borda do mapa.</li>
		<li>Continue o mapeamento para estabelecer os pontos de borda em todas as quatro direções da grade retangular.</li>
		<li>Registre todos os deputados de todos os músculos usando o software EMG para análise offline.</li>
		<li>Depois de 3-4 pontos de grade, selecione entrar em contato e dê uma pausa ao participante até que eles se sintam prontos para continuar.</li>
		<li>Ao longo da sessão de mapeamento, Verifique continuamente com o participante para garantir que eles são confortáveis e/ou precisam de uma pausa.</li>
		<li>Use uma versão de cópia impressa das mesmas grades para dar aderência à ordem de simulação para análise posterior.</li>
		<li>Mapeamento completo usando um TMS robótico como descrito aqui ou manualmente (não descrito neste manuscrito). Se estiver usando um robô TMS, ele se moverá para o ponto de grade selecionado pelo experimentador. O robô irá acomodar para o movimento da cabeça da criança em tempo real próximo. Isso aliviará qualquer movimento adicional associado a um técnico segurando manualmente a bobina na cabeça do participante. Nota: se o mapeamento usando um robô TMS, assegure-se de que há um experimentador ao lado do robô em todas as vezes durante a sessão. Se o robô é colocado na cabeça de um participante e o participante de repente se move, o robô tentará seguir sua cabeça. Se o participante deve mover, espirrar, arranhar, ou realizar uma atividade envolvendo o movimento de sua cabeça, o braço do robô deve ser movido para evitar a cabeça do participante de bater o braço do robô ou bobina TMS.</li>
	</ol></li>
	<li>Criação do mapa do motor
	<ol>
<li>Usando um script de codificação feito medida, gere mapas de motor tridimensionais (Figura 2). Entre em contato com os autores para o roteiro.</li>
		<li>Calcule a área e o volume do mapa do motor usando sites de trajetória responsivo. Calcule o centro de gravidade (COG) como média ponderada das representações motoras de cada local de coordenadas. Nota: a área do mapa é calculada como o espaçamento da grelha (7 mm)2 multiplicado pelo número total de sites responsivos. O volume do mapa é calculado como a soma cumulativa do espaçamento da grade multiplicado pela amplitude média do MEP em cada site responsivo. Uma versão amigável do script está sendo desenvolvida para compartilhar com o público como código aberto. Enquanto isso, entre em contato com o autor correspondente para obter acesso ao script.</li>
	</ol></li>
</ol>3. convencional tDCS e HD-tDCS aplicação
<ol><li>Randomize os participantes para um dos três grupos de intervenção (Sham, tDCS convencionais, HD-tDCS).</li>
	<li>Fazer com que o participante Complete o Purdue pegboard Test (PPT) três vezes usando sua mão esquerda (não dominante), estabelecendo sua pontuação basal.</li>
	<li>Inspecione a qualidade do eletrodo para confirmar a integridade das inserções de esponja de tDCS e eletrodos de borracha.</li>
	<li>Gire sobre o dispositivo convencional de tDCS lanç o interruptor de poder a sobre. Nota: Certifique-se de que a luz da bateria fraca não está iluminada. Se estiver iluminado, troque as pilhas antes de iniciar a sessão.<ol>
<li>Para os participantes que recebem tDCS convencionais ou Sham, mergulhe levemente 2 25 cm2 eletrodos de esponja com soro fisiológico. Assegure-se de que todo o eléctrodo está coberto mas não pingando. Insira o eletrodo de borracha nos eletrodos de esponja embebido em soro fisiológico e conecte cada eletrodo ao dispositivo de tDCS.</li>
	</ol></li>
	<li>Localize o ponto de acesso marcado (M1 à direita) usando a neuronavença e marque-o com um marcador não tóxico. No final de cada tDCS, HD-tDCS ou sessão Sham, marque o HotSpot novamente para que ele seja visível no dia seguinte.<ol>
<li>Se randomizado para tDCS convencionais ou tDCS Sham, coloque 1 25 cm2 eletrodo de esponja embebido em soro fisiológico sobre o ponto de acesso marcado do participante (direita M1), servindo como o ânodo. Coloque o outro eletrodo de esponja embebido em soro fisiológico de 25 cm2 na região supraorbital contralateral, representando o cáde. Use um "headband" pediatra plástico claro para prender os elétrodos no lugar. Nota: Assegure-se de que não há gotejamento de soro fisiológico do eletrodo, pois pode shunt a corrente.</li>
		<li>No grupo tDCS simulado e convencional, assegure a qualidade de contato "ideal". Se a qualidade de contato é sub-optimal, injetar uma pequena quantidade de solução salina os eletrodos de esponja, ou garantir que há um mínimo de cabelo entre o couro cabeludo e eletrodo. Nota: a qualidade de contacto "óptima" é alcançada quando mais da metade da qualidade das luzes indicadoras de contacto estão acesas. Se menos da metade das luzes indicadoras de contacto estiverem acesas, a qualidade do contacto é subóptima. Não comece a estimulação se apenas uma das duas luzes indicadoras estiverem acesas.</li>
		<li>No grupo DH-tDCS, consultar Villamar, M.F., et al.16 para a respectiva definição.</li>
		<li>No grupo HD-tDCS, defina o dispositivo para a configuração de digitalização para verificar a impedância em cada eletrodo. Assegure-se de que a impedância esteja 1 unidade da qualidade e descrita previamente19,20. Se a qualidade de contato é fraca, retire o eletrodo e verifique se não há pêlos obstruindo o contato do eletrodo, e que uma coluna contínua de eletrodo de gel está presente entre o couro cabeludo e eletrodo. Se necessário, aplique mais gel de eletrodo.</li>
	</ol></li>
	<li>Ajuste o dispositivo de tDCS e de HD-tDCS ao ajuste da montagem do ânodo, à força atual de 1 miliampère, e à duração de 20 minutos.</li>
	<li>Assegure-se de que o participante esteja confortavelmente sentado e compreenda as possíveis sensações que podem vivenciar (como sensações de coceira ou formigamento). Lembre ao participante para se comunicar se sentir algum desconforto ou se tiver alguma dúvida.<ol>
<li>Nos grupos tDCS e HD-tDCS convencionais, certifique-se de que a alternância está definida como ativa. Nota: para o grupo Sham, a alternância deve ser definida como Sham. Essa configuração deve ser ocultada do participante.</li>
		<li>Pressione o botão Iniciar do dispositivo para iniciar a estimulação. Assegure-se de que a duração esteja definida para 20 min e a intensidade para 1 mA. Nota: nos grupos tDCS e HD-tDCS convencionais, a corrente irá subir mais de 30 s para 1 mA e continuar durante 20 min. No grupo de tDCS Sham, a corrente será ramped acima sobre 30 s a 1 miliampère e imediatamente ramped para baixo sobre 30 s.</li>
	</ol></li>
	<li>A 5 min, 10 min, 15 min, e 20 min, tem o participante completar o PPT três vezes usando sua mão esquerda.</li>
	<li>Depois de 20 min, desligue o aparelho após a intensidade terminar a rampa para baixo para 0 mA. Nota: para os participantes que recebem tDCS convencionais ou HD-tDCS, a máquina será automaticamente rampa para baixo para 0 mA a 20 min. Para os participantes que recebem tDCS Sham, a máquina será automaticamente rampa acima sobre 30 s para 1 mA e imediatamente rampa para baixo para 0 mA mais de 30 s em 20 min.</li>
	<li>Retire os eléctrodos da cabeça do participante.</li>
	<li>Para o grupo tDCS simulado e convencional, remova os eletrodos pretos de dentro das esponjas e enxague o eletrodo de esponja com água da torneira normal.<ol>
<li>No grupo de HD-tDCS, retire a parte superior plástica do suporte do elétrodo e remova os elétrodos. Retire a tampa do eléctrodo da cabeça dos participantes. Enxague qualquer gel no suporte do eléctrodo. Limpe o eletrodo com uma toalha de papel levemente úmida. Limpe o eletrodo com uma toalha de papel seco para remover qualquer gel remanescente.</li>
	</ol></li>
	<li>Todos os participantes concluem o questionário de efeitos colaterais de estimulação de corrente contínua transcraniana e de tolerabilidade após cada sessão de estimulação.</li>
	<li>Tenha os participantes completar o PPT três vezes usando sua mão esquerda.<ol>
<li>Os participantes retornarão no dia seguinte e por mais quatro dias consecutivos (total de cinco dias) para estimulação cerebral não invasiva (Sham, tDCS ou HD-tDCS) emparelhado com a aprendizagem motora (PPT). Repita os passos 3.2-3.13 no dia 2-4. No dia 5, os participantes começam com estimulação cerebral não invasiva (Sham, tDCS ou HD-tDCS) (as etapas 3.2-3.13 são repetidas). Após uma ruptura (45 min-~ 1.5 h desde receber a estimulação), comece o mapeamento robótico do motor TMS (etapas 2.3-2.5.8). Nota: todos os participantes receberam o mesmo número de minutos para intervalos entre as avaliações.</li>
		<li>Após 6 semanas, convide os participantes a retornarem e realizarem o PPT sem receber nenhuma estimulação cerebral não invasiva (etapa 3,2 seguida pelo mapeamento robótico do motor TMS (Step 2.5.8)).</li>
	</ol></li>
</ol>

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<li>Julkunen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+estimating+cortical+motor+representation+size+and+location+in+navigated+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Methods for estimating cortical motor representation size and location in navigated transcranial magnetic stimulation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 232, 125-133 (2014).</li>
<li>van de Ruit, M., Perenboom, M. J., Grey, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TMS+brain+mapping+in+less+than+two+minutes%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">TMS brain mapping in less than two minutes.</a> Brain Stimulation. 8 (2), 231-239 (2015).</li>
<li>Dundas, J. E., Thickbroom, G. W., Mastaglia, F. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perception+of+comfort+during+transcranial+DC+stimulation%3A+effect+of+NaCl+solution+concentration+applied+to+sponge+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Perception of comfort during transcranial DC stimulation: effect of NaCl solution concentration applied to sponge electrodes.</a> Clinical Neurophysiology. 118 (5), 1166-1170 (2007).</li>
<li>Alam, M., Truong, D. Q., Khadka, N., Bikson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+and+polarity+precision+of+concentric+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-tDCS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Spatial and polarity precision of concentric high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> Physics in Medicine and Biology. 61 (12), 4506-4521 (2016).</li>
</ol>

Os autores não têm divulgações.

TMS foi explorado igualmente em populações pediatras clínicas, incluindo o curso perinatal22 e a paralisia cerebral, onde o motor Maps de TMS foi criado com sucesso nas crianças com paralisia cerebral para explorar mecanismos da plasticidade do intervencionista. Usando um protocolo estabelecido8, os mapas de motor TMS foram coletados com sucesso em crianças tipicamente tornando-se, e estão sendo recolhidos atualmente em um ensaio clínico multicêntrico em curso para crianças...

A estimulação cerebral não invasiva pode medir e modular a função cerebral humana1,2. O alvo mais comum foi o córtex motor, em parte devido a uma saída biológica imediata e mensurável (potenciais evocados motores), mas também a alta prevalência de doenças neurológicas resultando em disfunção do sistema motor e incapacidade. Esta grande carga global da doença inclui uma alta proporção de condições que afetam crianças como a paralisia cerebral, a principal causa de incapacidade ao longo da vida afetando cerca de 17 milhões pessoas no mundo3. Apesar dessa relevância clínica e das capacidades diversificadas e crescentes das tecnologias de neuroestimulação, as aplicações no cérebro em desenvolvimento estão apenas começando a ser definidas4. A caracterização melhorada de métodos não-invasivos existentes e emergentes da estimulação do cérebro nas crianças é exigida para avançar aplicações no cérebro tornando-se.
A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta neurophysiological bem estabelecida que está sendo usada cada vez mais para seu perfil não invasor, painless, bem tolerado e da segurança nos adultos. A experiência de TMS nas crianças é relativamente limitada mas firmemente aumentando. TMS entrega campos magnéticos para induzir a ativação regional de populações neuronal corticais no cérebro com saídas líquidas refletidas em potenciais evocados do motor do músculo do alvo (MEP). A aplicação sistemática do único pulso TMS pode definir mapas do córtice do motor in vivo. Os estudos animais seminal5 e os estudos humanos emergentes de TMS6 mostraram como os mapas do motor podem ajudar a informar mecanismos da neuroplasticidade cortical. O mapeamento motor navegado é uma técnica de TMS que seja usada para mapear para fora o córtice de motor humano para interrogar regiões corticais funcionais. As mudanças no mapa do motor foram associadas com as mudanças plásticas do sistema humano do motor7. Avanços recentes na tecnologia robótica TMS trouxeram novas oportunidades para melhorar a eficiência e a precisão do mapeamento motor. Nosso grupo demonstrou recentemente que o mapeamento robótico de motores TMS é viável, eficiente e bem tolerado em crianças8.
A estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS) é uma forma de estimulação cerebral não invasiva que pode deslocar a excitabilidade cortical e modular os comportamentos humanos. Houve uma infinidade de estudos examinando o efeito de tDCS em adultos (> 10000 indivíduos), mas menos de 2% dos estudos têm focado no cérebro em desenvolvimento9. A tradução de evidências adultas para aplicações de Pediatria é complexa, e protocolos modificados são necessários devido a diferenças complexas em crianças. Por exemplo, nós e outros mostramos que as crianças experimentam campos elétricos maiores e mais fortes em comparação aos adultos10,11. A padronização dos métodos de tDCS em crianças é importante para garantir uma aplicação segura e consistente, melhorar a replicação e avançar o campo. A experiência de tDCS de modulação de aprendizagem motora em crianças é limitada, mas aumentando12. As aplicações translational de tDCS às populações específicas da paralisia cerebral estão avançando para testes clínicos da fase atrasada13. Os esforços para a estimulação mais focal aplicada através de tDCS de alta definição (HD-tDCS) apenas foram estudados pela primeira vez em crianças14. Nós demonstramos que o HD-tDCS produz melhorias similares na aprendizagem motora como tDCS convencionais em crianças saudáveis14. Descrever os métodos de DH-tDCS permitirá a replicação e outras aplicações de tais protocolos em crianças.

<table><tbody><tr><td>Estimulador SMARTscan 1x1</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device</tr><tr><td>Adaptador HD-tDCS 4x1</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1</tr><tr><td>Brainsight Neuronavegação</td><td>Roge Resolution</td><td>https://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/</td><td></td></tr> <tr><td>Eletrodo de Borracha de Carbono</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode</tr><tr><td>Eletrodo EASYpad</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad</tr><tr><td>EASYstraps</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td>Amplificador EMG https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap</td></tr><tr><td></td><td>Bortec Biomedical</td><td>http://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm</td><td></td></tr><tr><td>Suporte de Eletrodo HD1</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder</td><td>Suporte de eletrodo HD de base padrão para tES de alta definição (HD-tES)</td></tr><tr><td>HD-Electrode</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode</td><td>Anel sinterizado HD-Electrode.</td></tr><tr><td>HD-Gel</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel</td><td>HD-GEL para Sistema de Aquisição de Dados Micro 1401 de Alta Definição tES (HD-tES)</td></tr> <tr><td></td><td>Cambridge Electronics http://ced.co.uk/products/mic3in</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Purdue Pegboard</td><td>Lafayette Instrument Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solução salina</td><td>Baxter</td><td></td><td></td>http://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.page</tr><tr><td>Soterix Medical HD-Cap</td><td>Soterix Medical Inc.</td><td></td><td></td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap</tr><tr><td>TMS Robot</td><td>Axilium Robotics</td><td>http://www.axilumrobotics.com/en/</td><td></td></tr> <tr><td>TMS Estimulador e Bobina</td><td>Magstim Inc</td><td>https://www.magstim.com/neuromodulation/</td><td></td></tr></tbody></table>

modulação não invasiva e mapeamento robótico do córtex motor no cérebro em desenvolvimento

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

O mapeamento do córtex motor com estimulação magnética transcraniana (TMS) tem potencial para interrogar a fisiologia e a plasticidade do córtex motor, mas acarreta desafios únicos em crianças. Similarmente, a estimulação transcraniana da corrente contínua (tDCS) pode melhorar a aprendizagem do motor nos adultos mas foi aplicada somente recentemente às crianças. O uso de tDCS e de técnicas emergentes como tDCS de alta definição (HD-tDCS) requer considerações metodológicas especiais no cérebro em desenvolvimento. O mapeamento robótico do motor TMS pode conferir vantagens exclusivas para o mapeamento, particularmente no cérebro em desenvolvimento. Aqui, pretendemos fornecer uma abordagem prática e padronizada para dois métodos integrados capazes de explorar simultaneamente a modulação do córtex motor e mapas de motor em crianças. Primeiramente, nós descrevemos um protocolo para o mapeamento robótico do motor TMS. Individualizados, as grades de 12x12 navegadas por RM centralizadas no córtex motor orientam um robô para administrar TMS de pulso único. As amplitudes do potencial evocado motor médio (MEP) por ponto de grade são usadas para gerar mapas de motor 3D de músculos individuais da mão com resultados que incluem a área do mapa, o volume, e o centro de gravidade. Ferramentas para medir a segurança e tolerabilidade de ambos os métodos também estão incluídos. Em segundo lugar, descrevemos a aplicação de tDCS e HD-tDCS para modular o córtex motor e a aprendizagem motora. Um paradigma de treinamento experimental e resultados da amostra são descritos. Estes métodos avançarão a aplicação da estimulação cerebral não invasora nas crianças.

Usando os métodos aqui apresentados, completamos um ensaio intervencionista randomizado, controlado por Sham-8. Crianças destros (n = 24, idades 12-18) sem contra-indicações para ambos os tipos de estimulação cerebral não invasiva foram recrutadas. Os participantes foram especificamente excluídos neste estudo se em medicação drogas ou se eles não eram ingênuos para tDCS. Não houve desistências.
Os mapas r...

Nós demonstramos protocolos para a modulação (tDCS, HD-tDCS) e o traço (TMS robótico) do córtice de motor nas crianças.

Modulação não invasiva e mapeamento robótico do córtex motor no cérebro em desenvolvimento

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

Nosso protocolo envolve o uso do primeiro robô TMS pediátrico do mundo para mapear o córtex motor em crianças saudáveis e também em crianças que tiveram lesões cerebrais precoces, como derrame perinatal. O protocolo integra a ressonância magnética com a neuronavigação, que nos permite adquirir mapas com maior precisão e precisão, reduzir os tempos de sessão de mapeamento. Ajuda a eliminar o erro humano e aumenta a segurança e a tolerabilidade dos pacientes jovens.O mapeamento motor ainda não é usado para fins diagnósticos ou prognósticos, no entanto, é uma nova técnica que mede como o cérebro muda e se reconecta após o dano ao cérebro ter ocorrido ou após uma intervenção. Técnicas semelhantes com diferentes alvos podem ser usadas para mapeamento da área de linguagem. O mapeamento linguístico e motor pode ser importante para o planejamento pré-cirúrgico.Comece usando as abas do software de neuronavigação para reconstruir a pele e o curvilíneo do cérebro completo. Selecione pele nova, pele e computação. Certifique-se de que o nariz e a parte superior da cabeça estão incluídos.Em seguida, selecione o novo e completo curvilíneo cerebral. Inclua a caixa de seleção verde fora do cérebro, mas dentro do crânio. Selecione o curvilinear computacional.Ajuste a profundidade da casca para 4,0 a 6,0 milímetros. Selecione configurar pontos de referência. Coloque quatro pontos de referência na ponta do nariz, na naion, e os entalhes de ambas as orelhas da pele reconstruída.Nomeie os marcos correspondentes à sua anatomia. Selecione a guia do alvo para visualizar o cérebro curvilíneo. Selecione grade nova e retangular.Coloque o uniforme 12 por 12 grades coordenadas com sete milímetros de espaçamento na superfície do cérebro reconstruído sobre o peito de mão do córtex motor. Em seguida, use a ferramenta de posicionamento de destino à direita para otimizar o posicionamento da grade para rotação, inclinação e curvatura. Converta os pontos de grade em trajetórias que guiarão o robô para posicionar a bobina TMS.Ajuste o ângulo da trajetória para que estejam 45 graus na fissura longitudinal ou no cérebro. Use a ferramenta snap para extrapolar e otimizar as trajetórias ao cérebro curvilíneo. Finalmente, inicialize e posicione o braço e o assento do robô TMS para receber a posição e calibrar o sensor de placa de força usando quatro testes de sensor.Comece escoltando o participante até a sala de testes e fazendo com que ele preencha um questionário de segurança. Em seguida, coloque o participante na cadeira robô e ajuste o encondo e o descanso do pescoço. Certifique-se de que seus pés são apoiados.Apoie os braços e as mãos com travesseiros durante a sessão de mapeamento. Limpe a pele sobre o músculo de interesse. Coloque eletrodos de superfície de cloreto de prata em ambas as mãos e antebraços do participante visando quatro músculos forequibrados distais.A barriga do primeiro interosseos dorsal, abduzidor pollicis brevis, abduzidor digiti minimi, e o extensor de pulso. Conecte o amplificador a um computador de coleta de dados com software EMG compatível. Em seguida, eletrodos de superfície para a eletromiografia, ou EMG, amplificador e um sistema de aquisição de dados, certificando-se de que o eletrodo do solo está conectado também.Co-registre os quatro marcos na cabeça do participante usando os ponteiros de referência e use a guia de validação para garantir que a cabeça dos participantes esteja devidamente registrada. Em seguida, selecione um ponto de grade mais próximo do peito de mão do participante. Selecione o botão de alinhar para o alvo para alinhar a bobina TMS mantida pelo robô a este local alvo.Selecione contato. Monitore a qualidade do contato usando o indicador de força de contato e certifique-se de que o indicador esteja verde ou amarelo. Instrua o participante a não se mover fora do escopo do braço robô.Certifique-se de que os músculos da mão do participante estão relaxados e permaneçam parados antes do contato. Selecione alinhar e seguir para que a bobina permaneça centrada no alvo se o participante se mover. Use o botão de gatilho TMS na máquina TMS para fornecer de cinco a 10 pulsos TMS em uma intensidade entre 40 a 60% de saída máxima do estimulador.Por último, determine o ponto de grade que dá o maior e mais consistente motor evocado potencial para o músculo FDI esquerdo ou direito. Determine o limiar motor de repouso como a menor intensidade que produz e mep de pelo menos 50 microvolts no músculo FDI em cinco de 10 estimulação. Comece fornecendo quatro pulsos TMS de pulso único em um interestimulo de um segundo e intensidade de 120% RMT no ponto de grade se aproxima do ponto de acesso.Em seguida, repita no ponto de grade adjacente. Continue sequencialmente de forma linear ao longo de pontos responsivos até que um ponto não responsivo seja alcançado, o que designa a primeira região de pensionista do mapa. Em seguida, continue mapeando para estabelecer os pontos do pensionista em todas as quatro direções da grade retangular.Registo todos os MEPs de todos os músculos usando o software EMG para análise off-line. Após três a quatro pontos de grade, selecione o contato e dê uma folga ao participante até que ele se sinta pronto para continuar. Em seguida, use uma versão impressa das mesmas grades para rastrear a ordem de estimulação para análise suplementar.Mapeamento completo usando um TMS robótico. Finalmente, use um script de codificação personalizado para gerar mapas motorizados 3D disponíveis entrando em contato com o autor. Calcule a área do mapa do motor e o volume usando locais de trajetória responsiva.Calcule o centro de gravidade como média ponderada das representações motoras de cada local de coordenada. Esses resultados indicaram que o TDCS e o HD-tDCS melhoraram a taxa de aprendizado ao longo de cinco dias de treinamento. Os grupos de intervenção ativa apresentaram maiores melhorias na média diária da pontuação de PPT da mão esquerda no quarto e quinto dia em comparação com a farsa.Essa metodologia foi replicada a partir de um estudo anterior e os conjuntos de dados foram combinados. Os dados de replicação demonstraram resultados semelhantes de tal forma que houve um aumento significativo na taxa de aprendizado observada no grupo tDCS e HD-tDCS em comparação com o grupo sham. Planejar o procedimento é tão importante quanto realizá-lo.Grades e trajetórias devem ser cuidadosamente sobrepostas em uma ressonância magnética. Se usar modelos cerebrais, várias amostras devem ser retiradas da cabeça dos participantes. Este procedimento pode ser concluído antes e pós-intervenção para responder à mudança do mapa do motor resultante.A realização da avaliação após este procedimento pode indicar a relação entre as medidas do mapa motor e o resultado da função. Usando este protocolo, os pesquisadores podem aprender como gerar mapas motorizados com precisão, tempo, bem como com segurança em crianças que usam TMS robóticos. O grande desafio inclui guiar o robô e alinhá-lo para as áreas-alvo.As trajetórias devem ser predeterminadas com precisão. Praticar o alinhamento da bobina com múltiplas combinações de parâmetros de inclinação e rotação ajuda a otimizar o design da trajetória da bobina. Nenhum dos instrumentos é perigoso.É importante observar constantemente o robô enquanto ele está tocando a cabeça do participante, pois o robô reagirá a qualquer movimento da cabeça.

non-invasive-modulation-robotic-mapping-motor-cortex-developing

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

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...

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

Monitorar a atividade cerebral durante tarefas motoras eretas é de grande valor ao investigar a fonte neural dos distúrbios do movimento. Aqui, demonstramos um protocolo que combina espectroscopia funcional de infravermelho próximo com monitoramento contínuo da atividade muscular e cinemática durante 4 tipos de tarefas motoras.

Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras

a estimulação elétrica cerebral não invasiva pode modular a função cortical e comportamento, tanto para fins clínicos e de pesquisa. Este protocolo descreve diferentes abordagens estimulação cerebral para a modulação do sistema motor humano.

Non-Invasive Elétrica Estimulação Cerebral Montages de Modulação da motricidade humana

Descrevemos um procedimento experimental para quantificar a excitabilidade e inibição do córtex motor primário durante uma tarefa de inibição de resposta motora usando a estimulação magnética transcraniana no decorrer de uma tarefa de sinal de parar.

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Um novo protocolo para estimulação magnética transcraniana personalizada em combinação com mapeamento de eletroencefalografia (TMS-EEG) de redes corticais, informado por múltiplas modalidades de dados de ressonância magnética (MRI).

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Este protocolo apresenta um método mais preciso e eficaz de estimulação magnética transcraniana repetitiva dos córtices pré-frontais dorsolateral e dorsomedial durante uma tarefa experimental utilizando sistemas de neuronavegação e robô. Com base nos resultados, são sugeridas implicações cruciais para futuras pesquisas online sobre estimulação.

Estimulação Magnética Transcraniana Repetitiva Online do Córtex Dorsomedial e Pré-Frontal Dorsolateral na Tomada de Decisão Cognitiva e Dissonância Cognitiva

Aqui, descrevemos um protocolo padronizado para mapeamento motor usando nTMS combinado com a reconstrução do trato corticoespinhal (CST) baseada em imagem tensorial de difusão (DTI). O protocolo é reproduzível, clinicamente viável e facilmente integrável aos fluxos de trabalho clínicos rotineiros, fornecendo uma estrutura robusta e valiosa para avaliação de vias motoras, pesquisa em neuroplasticidade e planejamento de reabilitação.

Um Protocolo Padronizado para Mapeamento Motor Funcional Usando Estimulação Magnética Transcraniana Navegada

Aprenda a mapear o córtex motor em crianças usando o primeiro robô pediátrico de TMS do mundo com neuronavegação por ressonância magnética. Este método não invasivo melhora a precisão e segurança para pacientes jovens.

Modulação não invasiva e mapeamento robótico do córtex motor no cérebro em desenvolvimento

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