Эффекты переменного тока транскраниальной стимуляции на первичной моторной коры, онлайн комбинированный подход с транскраниальная магнитная стимуляция

Общей целью данной процедуры является оценка модуляции текущих эффектов транскраниальной стимуляции переменным током с помощью однолучевой транскраниальной стимуляции магнитного пути с помощью нового комбинированного онлайн-подхода. Транскраниальная электростимуляция — это нейромодулирующий метод, который воздействует на состояние нейронов с помощью различных форм волны тока. Он обычно используется в нейробиологии для исследования моторных и когнитивных функций мозга.

Наиболее часто используемые подходы основаны на стимуляции постоянным током, случайным шумом и стимуляцией переменным током, которые способны вызывать изменения в активности нейронов. Как внутри, так и снаружи нейронов, вызывая изменение мембранного потенциала покоя и, следовательно, модифицируя синаптическую эффективность нейронов. TACS позволяют нам подавать синусоидальный внешний колебательный потенциал в определенном диапазоне частот.

Индуцируя так называемый эффект увлечения на эндогенную колебательную активность. Здесь мы представляем новый метод, который сочетает в себе TACS и однолучевую CMS во время непрерывной стимуляции первичной моторной коры. Метод позволяет в режиме реального времени протестировать воздействие стимуляции переменным током на первичную моторную кору головного мозга с помощью одного импульсного ТМС, индуцированного моторным вызванным потенциалом.

Мы покажем весь набор оборудования, необходимого для проведения онлайн-комбинированного протокола TACS-TMS путем стимуляции первичной моторной коры. В список оборудования входит устройство для электростимуляции, которое может генерировать электрический переменный ток, например BrainStim. Соединяются с помощью двух поверхностей пропитанные солевым раствором губчатые электроды размером пять-семь сантиметров.

Чтобы свести к минимуму ощущения на коже, электроды полностью пропитываются физиологическим раствором, чтобы поддерживать импеданс ниже 10 килоОм на протяжении всего сеанса стимуляции. Целевой электрод размещается над кожей головы, соответствующей горячей точке первичной моторной коры, с помощью специальных эластичных ремней, в то время как электрод сравнения размещается на ипсилатеральном плече с помощью липкой ленты в так называемом монопольном монтаже. У человека колебания на разных частотах отражают разное поведение и когнитивные процессы, лежащие в основе различных состояний активности нейронной сети.

Обычно измеряется с помощью энцефалографии или магнитоэнцефалографии. Колебания в человеческом мозге варьируются от ультрамедленных до сверхбыстрых колебаний. Обычно они присутствуют одновременно и могут модулироваться и взаимодействовать друг с другом.

Однако связь между колебательной активностью и процессами в мозге всегда устанавливалась корреляционными методами. Поэтому до сих пор не решен вопрос о том, являются ли колебания мозга непосредственно фундаментальным механизмом обработки корковой информации или это всего лишь эпифеномен. Используя TACS, мы можем причинно модулировать колебания мозга частотно-специфическим образом и, в свою очередь, влиять на физиологическую активность нейронов, связанную с состоянием покоя, перцептивными и когнитивными процессами.

Чтобы настроить протокол TCS с помощью устройства BrainStim, сначала проверьте состояние батареи. Затем параметры стимуляции манипулируются нашим специальным программным обеспечением. Частота, продолжительность, форма тока.

И передается на устройство по Bluetooth-соединению. Используя программное обеспечение, откройте новую сессию и управляйте новым протоколом или стимуляцией. Например, протокол будет называться Beta.

Устанавливаем частоту стимуляции в нашем случае она будет 20 Гц, настраиваем форму волны как синусоидальную, и устанавливаем общую продолжительность протокола стимуляции, например 600 секунд. Наконец, установите интенсивность стимуляции на уровне 1 миллиампер при смещении, нарастании, затухании, и затухание устанавливается на ноль. Затем, когда на устройстве активируется функция Bluetooth, загрузите протокол из программного обеспечения в стимулятор.

Затем проверьте, был ли протокол успешно передан устройству. Теперь перейдем к части TMS. Во-первых, размещаются электроды для поверхностной ЭМГ для измерения потенциалов блокировки двигателя с помощью одноимпульсной ТМС.

Очистите кожу с помощью очищающего скраба под всеми электродами, чтобы достичь низкого импеданса кожи, ниже 10 килоОм. Здесь мы взяли первую дорсальную межмышечную мышцу и использовали монтаж биполярного сухожилия живота. Поместите активный электрод на мышцу, электрод сравнения на кость, на два сантиметра дистально и заземляющий электрод более проксимально на руку.

Потенциалы блокировки мотора измеряются электродами из аргентума, хлорида аргентума, подключенными к усилителю постоянного тока BrainAmp через соединительную коробку. Для правильного позиционирования катушки TMS мы используем безрамочную навигационную систему TMS LocalEye TMS navigator. Сначала мы размещаем датчики слежения на передней части участника.

Для стимуляции ТМС мы используем магнитный стимулятор в двухфазном режиме и Н-образную 75-миллиметровую качающуюся красную катушку для стимуляции. Затем с помощью видео структурной МРТ Т-one участника выполнить текущую иллюстрацию головы участника в 3-D модели головы МРТ с помощью навигационной системы. После этого точно расположите катушку над первичной моторной областью головки, так называемой областью ручки мотора.

Затем начните тестировать потенциалы блокировки двигателя TMS за один проход. После того, как найдена оптимальная горячая точка для кортикального представления исследуемой модели руки, это место отмечается для последующего размещения целевого электрода TCS. Тщательно отрегулируйте первый эластичный ремешок на голове по отношению к центру головы.

Затем возьмите положение целевого электрода второй полосой. После того, как электроды TCS размещены как на черепе, так и на ипсилатеральном плече, приступайте к их подключению к стимулятору. Перед началом сеанса стимуляции убедитесь, что целевой электрод центрирован над отмеченной горячей точкой при визуальном осмотре.

Затем поместите катушку TMS на электроды TCS, регулируя интенсивность и ориентацию с помощью нейронавигации, чтобы снова найти горячую точку. На данном этапе разработан метод определения порога модели покоя для данного нового комбинированного монтажа TCS-TMS с учетом толщины целевого электрода. Установите интенсивность стимуляции в ходе эксперимента на уровне 110% от их двигательного порога в состоянии покоя.

Большинство исследований TCS показали выраженные онлайн-эффекты, в то же время до сих пор нет четких доказательств о длительных эффектах TCS после прекращения стимуляции. Лишь немногие исследования в литературе показали слабые и неясные последствия по сравнению с теми, кто использовал онлайн-TCS. Доказательства ЭГ также неясны в отношении последствий ТХС.

In vivo было показано, что всплеск активности синхронизирован с различными частотами возбуждения, что позволяет предположить, что возбуждение нейронов может быть захвачено электрическими полями. Так, на животных моделях слабый синусоидальный ТКС увлекает разряженную частоту широко распространенного корково-нейронального импульса. На людях последние данные показали, что онлайн-TCS может вызывать эффект синхронизации в сигнатуре EG.

Тем не менее, подход TCS EG все еще вызывает сомнения, во-первых, из-за артефактов, индуцированных переменным током, а во-вторых, потому, что практически невозможно напрямую захватить сигнал EG в стимулируемой области. Такой комбинированный монтаж TCS-TMS позволяет наблюдать, в частности, для сенсомоторной системы, специфические для частоты влияния TCS в режиме реального времени на кортикальный спинномозговой выход за счет использования в качестве зонда однопроходной ТМС первичной моторной коры. Таким образом, запустите протокол электростимуляции 20 Гц, одновременно доставляя в режиме онлайн одиночные импульсы ТМС, перемежающиеся случайными интервалами, от трех до пяти секунд.

Например, мы можем показать увеличение амплитуды потенциала блокировки мотора во время онлайн-TCS 20 Гц по отношению к 10 Гц или фиктивной стимуляции. На этом рисунке вы можете увидеть пример экспериментальной схемы, в которой катушка TMS размещается над целевым электродом TCS. В этом эксперименте красные электроды размещаются на левой моторной коре и правой теменной коре.

Синий электрод сравнения расположен на средней линии, соответствующей положению PZ международной системы 1020 EG. Катушка удерживается на губчатом электроде, расположенном над левой моторной корой. Моторная кора головного мозга человека имеет активность на частоте около 20 Гц.

Частые сотрудники предоставили решающее доказательство активности 20 Гц в состоянии покоя у людей, показав увеличение кортико-спинальной возбудимости в режиме реального времени при стимуляции при частоте 20 Гц. На графике ось Y представляет собой среднюю амплитуду MEP, измеренную с помощью одиночного импульса ТМС, когда продолжалась стимуляция ТКС. Ось X представляет различные частоты стимуляции.

Только TCS, подаваемый с частотой 20 Гц на моторную кору, увеличивал кортикоспинальный выход. В то время как не было никакого влияния стимуляции на другие частоты или иное раздражение теменной коры. Это было первое доказательство частотно-специфического влияния ТКС на моторную кору головного мозга, измеренное с помощью комбинированного подхода TACS, TMS.

Обоснование совмещения использования TMS и TACS заключается в разной информации, которую они передают. Регистрируя моторные вызванные потенциалы на контралатеральной руке первичной моторной коры, мы можем проверить эффекты происходящей ТКС без артефактов. Это позволяет нам точно отслеживать изменения возбудимости коры головного мозга с помощью моторных вызванных потенциалов во время электрической стимуляции, подаваемой на разных частотах без артефактов.

Этот новый подход может быть использован для онлайн-тестирования эффекта любых других форм транскраниальной электростимуляции.