Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

Esta técnica fornece uma visão de como os circuitos cerebrais dão errado, em distúrbios psiquiátricos e neurológicos. E como podemos manipular a atividade cerebral para reparar esses circuitos disfuncionais para melhorar o comportamento. Ao ativar e inibir diretamente a excitabilidade e os circuitos cerebrais, essa técnica permite a mudança do foco neurocientífico da observação para a causalidade, e fornece uma compreensão mais profunda do cérebro e do comportamento.

A estimulação cerebral não invasiva pode ser usada tanto para avaliar e tratar muitas doenças neurológicas e pode ajudar a melhorar diagnósticos e terapias, com base em modelos mais sofisticados de conexões de comportamento cerebral. Este método pode não apenas neutralizar padrões de conectividade alterados no sistema motor, mas também em redes cognitivas associadas ao envelhecimento fisiológico, distúrbios psiquiátricos e neurológicos. Após a triagem dos participantes por destro e quaisquer contraindicações ao TMS e à Ressonância Magnética, informe cada participante sobre os objetivos, procedimentos e riscos do estudo aprovados pelo conselho de revisão institucional local e obtenha consentimento por escrito.

Para a colocação dos eletrodos EMG, que o participante se sente confortavelmente na cadeira experimental, com ambos os braços apoiados em uma posição relaxada e forneça um descanso no queixo para manter o movimento da cabeça ao mínimo durante a estimulação. Use um abrasivo leve para limpar a pele sobre o músculo de interesse. Usando um arranjo de eletrodo do tendão da barriga, coloque um eletrodo de cloreto de prata descartável no músculo da barriga, e outro em um marco ósseo próximo como local de referência em ambas as mãos do participante.

Em seguida, conecte um eletrodo moído ao processo estiloide dos proprietários e, em seguida, verifique entre cada eletrodo na pele para confirmar um contato completo. Colocando fita sobre a superfície do eletrodo para melhorar o contato da superfície da pele conforme necessário. Antes da sessão TMS, carregue a ressonância magnética estrutural dos participantes para um sistema de neuro-navegação.

Dentro da varredura, coloque um marcador de trajetória no botão da mão o marco anatômico que corresponde ao M-um. No giro pré-central esquerdo 45 graus da linha sagital média, e aproximadamente perpendicular ao sulco central. Regissão e nomeie o marco anatômico, com o sistema de neuro-navegação, e coloque um marcador de segunda trajetória sobre a área não motora de interesse.

Em seguida, registo e nomeie o segundo local com o sistema de neuro-navegação. Primeiro, calibrar cada bobina TMS com o bloco de calibração e colocar o rastreador da cabeça com segurança na cabeça do participante para que o rastreador esteja à vista durante toda a duração do experimento. Co-registre os marcos anatômicos na cabeça dos participantes, para o sistema de neuro-navegação.

Para localização e limiar com bobina dois, primeiro posicione o centro da bobina sobre o local M-um alvo, para induzir uma direção de corrente posterior-anterior no cérebro. Para encontrar o local ideal para a ativação do músculo alvo, entregue pulsos para M-one a 30% da saída máxima estimuladora das máquinas e observe se a estimulação entregue produz uma contração muscular. Determine a amplitude do potencial evocado pelo motor registrado com os eletrodos EMG da atividade muscular exibida pelo sistema de aquisição de dados.

Se um potencial evocado pelo motor ou uma contração muscular visível não for observado, continue a aumentar a saída do estimulador em incrementos de 5%. Quando uma resposta é observada, reduza a intensidade de forma stepwise à menor intensidade, que produz pelo menos cinco de 10 respostas potenciais evocadas por motores com uma amplitude de pelo menos 50 micro volts, enquanto o participante está a par para determinar o limiar motor de repouso. Para localizar e limiar com bobina M-1, use a bobina M-one para determinar o local ideal de estimulação.

Determine a menor intensidade estimuladora necessária para gerar potenciais criados pelo motor de pelo menos um mililitro, em cinco de 10 ensaios no músculo da mão alvo, quando o músculo está completamente relaxado. Em seguida, marque e regise a posição da bobina M-one, dentro do sistema de neuro-navegação. Para TMS de dois andares quando o participante estiver no estado de repouso, conecte a figura de oito bobinas em forma a dois estimuladores TMS individuais.

Entregue os estímulos de teste sobre M-um com a bobina M-1, e entregue os estímulos de condicionamento para a outra área de interesse com bobina dois. Determine a porcentagem da intensidade máxima de saída do estimulador para o estímulo condicionante para a bobina dois, conforme demonstrado. Para o estímulo do teste, use a intensidade previamente determinada que provoca amplitudes potenciais evocadas pelo motor de aproximadamente um milévolo no músculo quiescente alvo, e defina o intervalo interestimuloso preciso entre o condicionamento e os estímulos de teste.

Posicione a bobina M-1 sobre o M-um esquerdo e posicione a bobina duas sobre a outra área de interesse. Entregue os estímulos de teste sozinhos com a bobina M-one. Para os ensaios de pulso emparelhados, entregue os estímulos de condicionamento com bobina dois seguidos pelos estímulos de teste para a bobina M-um no intervalo interestimuloso predeterminado, usando uma varredura de aquisição de quatro segundos de dados para cada ensaio, seguido por um segundo intervalo inter-ensaio.

Para entregar o programa aos pulsos TMS, use o botão de gatilho na máquina TMS para o software de controle fornecido ou use o script de codificação personalizado do controlador externo. Utilizando o método descrito anteriormente, examine as interações funcionais entre diferentes áreas corticais interligadas ao M-um, mas durante a fase preparatória de uma tarefa que engaja a rede. Para entregar pares repetidos de pulsos monofásicos para duas áreas corticais diferentes em períodos curtos usando um script de codificação personalizado, gerar 100 pares de estímulos a 0,2 hertz por 8,3 minutos por estímulo.

Para a condição experimental cPAS to M-one, entregue o primeiro pulso de cada par de estímulos sobre a área não motora com bobina dois, antes de entregar o segundo pulso sobre M-one com a bobina M-um, com um intervalo interestimuloso de cinco milissegundos. A intensidade do pulso para ambas as bobinas deve ser previamente determinada durante o limiar e localização. Após obter medições corticospinais de linha de base com a bobina M-one, obtenha medições corticospinais com a bobina M-one em diferentes momentos após o cPAS, para examinar o curso temporal do efeito induzido pelo TMS na excitabilidade cerebral.

Aqui o tamanho de uma resposta potencial representativa evocada por motores provocado no primeiro músculo dorsal interosseous pela TMS para um teste incondicionado, ou estímulos condicionados do córtex parietal posterior, enquanto o participante estava em repouso, ou planejando uma ação direcionada para um objeto como mostrado. Em repouso, o córtex parietal posterior exerce uma influência inibitória sobre o M-um ipsilateral, como mostrado pela diminuição das amplitudes do MEP, potencializado por um estímulo de condicionamento sub-limiar entregue sobre ppc, cinco milissegundos antes de um estímulo de teste super limiar sobre M-um. Durante a preparação de uma ação de apreensão, esta unidade inibitória da rede em repouso do córtex parietal posterior, mude para facilitação.

A normalização das amplitudes potenciais evocadas pelo motor para testar estímulos sozinhos para cada condição, e traçar como uma razão para amplitude potencial evocada por motores revelam que a interação posterior do córtex parietal M-um foi facilitada a partir do repouso, ao planejar uma compreensão direcionada pelo objeto. Nestas análises, podem ser observadas as mudanças nas amplitudes potenciais evocadas pelo motor durante a administração do protocolo cPAS. Amplitudes potenciais evocadas pelo motor induzidas pela estimulação emparelhada do córtex parietal posterior e M-um, aumentaram gradualmente ao longo do tempo durante o protocolo de estimulação, sugerindo efeitos plásticos no nível da conexão parietal-motor, neurônios corticospinais M-um ou ambos.

O tamanho das amplitudes potenciais evocadas pelo motor aumentou 10 minutos após o protocolo cPAS, sugerindo que a excitabilidade motora após efeitos foram induzidos após a administração dos repetidos pares de estímulos corticais sobre o córtex parietal posterior e o M-um. Este protocolo pode ser aplicado a outras regiões cerebrais ou usado em conjunto com imagens cerebrais para estudar a conectividade cortical e seu efeito na cognição, percepção sensorial e humor. Padronizando esses protocolos de visão dupla, permitirá melhorias no design experimental e na otimização de terapias-alvo.

Redução da morbidade e prejuízos em distúrbios neurológicos e psiquiátricos.