Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

غير الغازية الكهربائية تحفيز الدماغ التنسيقات لالتحوير من وظيفة موتور الإنسان

doi: 10.3791/53367 Published: February 4, 2016

Summary

غير الغازية تحفيز الدماغ الكهربائية يمكن أن تعدل وظيفة القشرية والسلوك، سواء لأغراض البحث وأغراض الطبية. يصف هذا البروتوكول النهج تحفيز الدماغ المختلفة لتعديل النظام محرك البشري.

Abstract

يستخدم غير الغازية الكهربائية تحفيز المخ (NEBS) لتعديل وظائف المخ والسلوك، سواء لأغراض البحث وأغراض الطبية. على وجه الخصوص، NEBS يمكن تطبيقها transcranially إما التحفيز المباشر الحالي (tDCS) أو بالتناوب التحفيز الحالي (جان التقييم التقني). هذه الأنواع التحفيز تمارس زمنيا، dose- وفي حالة الآثار القطبية محدد tDCS على وظيفة الحركة ومهارة التعلم في الاشخاص الاصحاء. في الآونة الأخيرة، وقد استخدمت tDCS لزيادة علاج الإعاقة الحركية لدى المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية أو حركة الاضطرابات. وتنص هذه المادة على بروتوكول خطوة بخطوة لاستهداف القشرة الحركية الأولية مع tDCS وعبر الجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي (tRNS)، شكلا معينا من أشكال TACS باستخدام التيار الكهربائي تطبيقها بشكل عشوائي ضمن نطاق تردد محدد مسبقا. وأوضح الإعداد اثنين المونتاج التحفيز المختلفة. في كل مركبة يتم وضع قطب كهربائي ينبعث منها (الأنود لtDCS) على القشرة الحركية الأولية من الفائدة. إلىمن جانب واحد تحفيز القشرة الحركية يوضع القطب تلقي على الجبين المقابل في حين لتحفيز القشرة الحركية الثنائي يوضع القطب تلقي على نقيض القشرة الحركية الأساسية. وتناقش مزايا وعيوب كل المونتاج للتعديل من استثارة القشرية وظيفة الحركة بما في ذلك التعلم، وكذلك سلامة، التحمل والجوانب المسببة للعمى.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

غير الغازية التحفيز الكهربائي في الدماغ (NEBS)، إدارة تيارات كهربائية إلى الدماغ من خلال الجمجمة سليمة، ويمكن تعديل وظائف المخ والسلوك 1-3. لتحسين الإمكانات العلاجية استراتيجيات NEBS فهم الآليات الأساسية مما يؤدي إلى آثار العصبية والسلوكية لا تزال هناك حاجة. توحيد تطبيق عبر مختبرات مختلفة والشفافية الكاملة لإجراءات التحفيز يوفر الأساس لمقارنة البيانات التي تدعم تفسير موثوق النتائج وتقييم آليات العمل المقترحة. التحفيز عبر الجمجمة التيار المباشر (tDCS) أو عبر الجمجمة بالتناوب التحفيز الحالي (جان التقييم التقني) تختلف من المعلمات من تطبيق التيار الكهربائي: tDCS يتكون من تدفق تيار مستمر أحادي الاتجاه بين قطبين (القطب الموجب والسالب) 2-6 TACS بينما يستخدم التيار المتناوب المطبق فيتردد معين 7. عبر الجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي (tRNS) هو شكل خاص من المجموع بحيث يستخدم التيار المتناوب المطبق على ترددات عشوائية (على سبيل المثال، 100-640 هرتز) مما أدى إلى تفاوت بسرعة شدة التحفيز وإزالة الآثار المتعلقة القطبية 4،6،7. الاستقطاب هو ذا أهمية إلا إذا تضمن الإعداد التحفيز التحفيز عوض، وعلى سبيل المثال، الطيف الضجيج يتغير بشكل عشوائي حول مللي أمبير كثافة خط الأساس +1 (عادة لا تستخدم). لأغراض هذه المادة، سوف نركز على العمل باستخدام tDCS وtRNS التأثيرات على الجهاز الحركي، عن كثب في أعقاب نشر مؤخرا من مختبرنا 6.

حتى أقل مفهومة الآليات الكامنة وراء عمل tRNS من من tDCS لكن تختلف على الأرجح من هذا الأخير. من الناحية النظرية، في الإطار المفاهيمي الرنين العشوائية tRNS يدخل الضجيج الناجم عن التحفيز لنظام الخلايا العصبية التي قد توفر فائدة معالجة الإشارات عن طريق تغيير اله إشارة إلى نسبة الضوضاء 4،8،9. TRNS قد تضخيم الغالب الإشارات الأضعف وبالتالي يمكن تحسين نشاط المخ مهمة محددة (الضوضاء الذاتية 9). مصعدي tDCS يزيد القشرية استثارة المشار إليها بواسطة تغيير في عفوية معدل إطلاق الخلايا العصبية 10 أو أثار زيادة السيارات المحتملين (MEP) سعة 2 مع آثار بالصمود لمدة التحفيز للدقيقة إلى ساعة. ويعتقد أن الزيادات طويلة الأمد في فعالية متشابك المعروفة باسم التقوية على المدى الطويل للمساهمة في التعلم والذاكرة. في الواقع، مصعدي tDCS يعزز فعالية متشابك من المحركات نقاط الاشتباك العصبي القشرية تنشيط مرارا ضعف مدخلات متشابك 11. وفقا، وغالبا ما كشفت اكتساب تحسين وظيفة الحركة / مهارة إلا إذا التحفيز ويشترك تطبيق مع التدريب المحرك 11-13، مما يشير أيضا متشابك شارك في تفعيل كشرط أساسي لهذه العملية التي تعتمد على النشاط. ومع ذلك، السببية بين الزيادات في جلم يثبت استثارة ortical (الزيادة في معدل إطلاق النار أو السعة MEP) من جهة، وتحسين فعالية متشابك (الكمونية أو وظيفة السلوكية مثل التعلم الحركي) من جهة أخرى.

تطبيق NEBS إلى القشرة الحركية الأولية (M1) قد جذبت اهتمام متزايد كوسيلة آمنة وفعالة لتعديل وظيفة الحركة البشرية 1. قد تعتمد الآثار العصبية والسلوكية نتيجة لاستراتيجية التحفيز (على سبيل المثال، tDCS القطبية أو tRNS)، وحجم الكهربائي والمونتاج 4 - 6،14،15. وبصرف النظر عن العوامل التشريحية والفسيولوجية الموضوع الأصيل المونتاج الكهربائي يؤثر بشكل ملحوظ توزيع الحقل الكهربائي ويمكن أن يؤدي إلى أنماط مختلفة من تيار الانتشار داخل القشرة 16-18. بالإضافة إلى شدة تطبيقها الحالي حجم الأقطاب يحدد كثافة التيار تسليمها 3. المونتاج القطب المشتركفي محرك البشري وتشمل دراسات النظام (الشكل 1): 1) مصعدي tDCS كما التحفيز M1 من جانب واحد مع الأنود المتمركزة على M1 من الفائدة والكاثود وضعه على جبهته المقابل. الفكرة الأساسية لهذا النهج هو upregulation من استثارة في M1 من الفائدة 6،13،19 - 22؛ 2) مصعدي tDCS كما التحفيز M1 الثنائي (يشار إليه أيضا باسم "bihemispheric" أو "ثنائي" التحفيز) مع الأنود المتمركزة على M1 من الفائدة والكاثود المتمركزة على المقابل M1 5،6،14،23،24. الفكرة الأساسية لهذا النهج هو تعظيم فوائد التحفيز عن طريق upregulation من استثارة في M1 من الفائدة بينما downregulating استثارة في M1 المعاكس (أي تعديل تثبيط نصفي بين M1s اثنين)؛ 3) لtRNS، كان فقط المذكورة أعلاه من جانب واحد M1 التحفيز المونتاج investigATED 4،6. مع تم العثور على هذا استثارة المونتاج تعزيز اثار tRNS لطيف التردد من 100-640 هرتز 4. اختيار استراتيجية تحفيز المخ والمونتاج القطب يمثل خطوة حاسمة لكفاءة استخدام وموثوق بها من NEBS في المرافق الصحية أو البحثية. هنا يتم وصف هذه الإجراءات NEBS ثلاثة في التفاصيل كما تستخدم في دراسات الجهاز الحركي الإنسان وتتم مناقشة الجوانب المنهجية والمفاهيمية. المواد اللازمة لtDCS الأحادية أو الثنائية وtRNS من جانب واحد هي نفس (الشكل 2).

الشكل 1
الشكل 1. المونتاج الكهربائي والاتجاه الحالي لاستراتيجيات NEBS متميزة. (A) لالمصعدي من جانب واحد عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS)، وتتركز الأنود على القشرة الحركية الأولية من الفائدة والكاثود وضعه فوق تيكان المقابل منطقة فوق المداري. (ب) لتحفيز القشرة الحركية الثنائي القطب الموجب والسالب وتقع كل على القشرة الحركية واحد. موقف الأنود يحدد القشرة الحركية التي تهم tDCS مصعدي. (C) لالجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي من جانب واحد (tRNS)، ويقع القطب واحد على القشرة الحركية والقطب الآخر على منطقة ما فوق المداري المقابل. يشار إلى تدفق التيار بين الأقطاب التي كتبها السهم الأسود. الأنود (+، أحمر)، الكاثود (-، الأزرق)، التيار المتردد (+/-، الأخضر). يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

بيان الأخلاق: الإنسان دراسات يتطلب الموافقة المسبقة عن خطية من المشاركين قبل بدء الدراسة. الحصول على موافقة من قبل لجنة الأخلاق ذات الصلة قبل تجنيد المشاركين. تأكد من الدراسات وفقا لإعلان هلسنكي. وتستند النتائج تمثيلية ذكرت هنا (الشكل 4) في دراسة أجريت وفقا لإعلان هلسنكي المعدل من قبل 59 عشر WMA الجمعية العامة، سيول، أكتوبر 2008، والتي وافقت عليها لجنة الأخلاقيات المحلية للجامعة فرايبورغ. جميع المواد أعطى موافقة خطية أبلغت قبل بدء الدراسة 6.

1. فحص السلامة

  1. شاشة المشارك لموانع المحتملة لتحفيز المخ موسع على سبيل المثال، باستخدام الاستبيانات 25.

2. موتور اللحاء التعريب

  1. تحديد موقع القشرة ناحية المحرك المشارك من قبل واحد من اثنين ديالنهج stinct، من خلال تحديد موقع تمثيل الدماغ للعضلات من الفائدة عن طريق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) -induced الهندسة الكهربائية والميكانيكية، أو عن طريق تحديد موقف M1 القياسية (C3 / C4) استنادا إلى النظام الدولي EEG 10/20 مع شريط قياس 26 .
  2. للتسجيل الهندسة الكهربائية والميكانيكية التي يسببها TMS يطلب من المشاركين لإزالة أي الكائن الذي قد يتأثر الحقل المغناطيسي TMS، بما في ذلك بطاقات الائتمان والهواتف المحمولة والقطع المعدنية بشكل عام.
  3. طرح سؤال على المشاركين الجلوس بشكل مريح.
  4. تحقق من الاتصالات بين EMG مكبر للصوت وأجهزة الكمبيوتر المستخدمة لتكوين إشارة واكتساب عند استخدام واجهة البرنامج.
  5. تشغيل مكبر للصوت EMG وتوصيل الكابلات الكهربائي EMG.
  6. الجلد مشارك نظيفة عن طريق فرك بهدوء مع معجون إعداد الجلد في مناطق اليد حيث سيتم وضع أقطاب كهربائية. إزالة الزائدة مع الشاش النظيف.
  7. نعلق الأقطاب سطح EMG في المونتاج البطن وتر على عضلة يدالفائدة (على سبيل المثال، M. المختطف القصيرة لإبهام اليد اليد اليمنى) وتوصيل القطب الأرض (على سبيل المثال، على الساعد). والغرض من هذه الدراسة يحدد أي عضلة اليد للاستخدام.
    ملاحظة: للحصول على أقطاب كهربائية قابلة لإعادة الاستخدام من الضروري أن تنطبق على كمية صغيرة من معجون موصل على سطح القطب قبل إرفاقها الجلد المشارك.
  8. (خطوة اختيارية) بدء تشغيل البرنامج تسجيل لاقتناء MEP إذا كان المطلوب تخزين البيانات الهندسة الكهربائية والميكانيكية.
  9. تحقق من القيم مقاومة EMG. تأكد من أن مقاومة هو <20 kOhm.
  10. بدوره على التحفيز والتشجيع المغناطيسي وشحن مكثف عن طريق الضغط على زر "تهمة" المقابلة.
  11. وضع الرقم من ثمانية TMS لفائف على فروة الرأس المشاركين على الشق نصفي ونقله إلى منطقة القشرة الحركية (المواقف حول C3 / C4 للنظام الدولي EEG 10/20). عقد لفائف TMS في زاوية 45 س -50 س الإشارة إلى fissu بين نصفي المخإعادة 27،28، مع مقبض الموجهة إلى الوراء، مما ينتج عنه تدفق التيار القشرية من الخلفية إلى الأمامية 29.
    ملاحظة: تستخدم اثنين من لفائف TMS متميزة لتوطين القشرة الحركية: شخصية من بين ثمانية أو لفائف دائرية. إذا كان ذلك ممكنا، واستخدام لفائف الرقم ثمانية وحيث أنه يوفر تحفيز الدماغ أكثر البؤري 30 وزيادة موثوقية قياسات استثارة القشرية 31.
  12. عندما يتم احتساب مشجعا المغناطيسي (مرئية على الشاشة)، وتصريف مشجعا إما عن طريق الضغط على زر الزناد أو ندوس على التبديل القدم أو تلقائيا باستخدام برنامج حاسوبي. وهذا في وقت لاحق تسليم نبض TMS واحد من خلال لفائف TMS على اتصال وضعت على فروة الرأس المشارك. الإعدادات الافتراضية نبض TMS (. على سبيل المثال، 100 ميكرو ثانية ترتفع مرة من تسوس الوقت الحالي و 800 ميكرو ثانية الناجم عن المحفزات الطور، وفي أحيان تسوس أقصر لمنبهات ثنائي الطور) هي محددة لجهاز (الثابتة).
  13. تبدأ مع كثافة التحفيز منخفضة (على سبيل المثال، تعيين كثافة لإخراج 45٪ باستخدام وحدة تحكم مقبض كثافة التحفيز على مشجعا) ومشاهدة لأعضاء البرلمان الأوروبي واضحة على مكبر للصوت EMG.
    1. إذا لم يكن هناك MEP هو زيادة واضحة في كثافة التحفيز في 2-5٪ من الخطوات حتى في الهندسة الكهربائية والميكانيكية موجودا بشكل واضح (على سبيل المثال، 0.5-1 فولت السعة). كرر التحفيز عن طريق الضغط على زر الزناد أو تفعيل التبديل القدم إذا لم يتم تسليم الآلي النبض. إبلاغ المشاركين أن التحفيز سوف يكون أقوى قليلا وأن حركات أطرافه، نشل الوجه والعين يومض من المتوقع.
      ملاحظة: وضع حد أدنى للفترة من 5 ثانية بين البقول لتجنب آثار التحفيز التردد المنخفض على استثارة المخ.
  14. نقل لفائف شعاعيا في 1 سم خطوات حول الموقع حفز في البداية للعثور على المكان مع أكبر استجابة MEP بعد تطبيق نبضات TMS واحدة. من هناك، البدء من جديد تحريك الملف لتأمينفي "نقطة ساخنة" (منطقة القشرية مع السعة الكهربائية والميكانيكية القصوى).
    ملاحظة: استخدام غطاء الرأس (. على سبيل المثال، تستخدم لعلامات الشبكة) لإجراء التعريب لا ينصح منذ الغطاء يحتاج إلى إزالته عن NEBS وضع قطب كهربائي ويمكن أن تضيع موقف الساخنة.
  15. تقليل كثافة التحفيز في حوالي 2٪ -steps باستخدام وحدة تحكم مقبض كثافة التحفيز على مشجعا (MEP يجب أن يكون لا يزال موجودا). هذا سوف تجنب عدم الدقة بسبب التحفيز فوق الأعظمي. ونؤكد من جديد الساخنة عن طريق تحريك ملف شعاعيا في 1 سم خطوات حول الساخنة والتحقق من حجم الهندسة الكهربائية والميكانيكية. نقطة ساخنة لا يزال ينبغي أن تتوافق مع أكبر وأكثر اتساقا السعة الكهربائية والميكانيكية.
    ملاحظة: اطلب من المشاركين أن ينكمش طوعا عضلة الفائدة إذا كانت ساخنة من الصعب العثور على (. على سبيل المثال، لا MEP حاضرا في شدة التحفيز عالية). من خلال القيام بذلك، لشدة التحفيز اللازمة للحصول الهندسة الكهربائية والميكانيكية وانخفضتوأنه قد يكون من الأسهل تحديد المواقع التحفيز القشرية ذات الصلة. إذا تم استخدام هذا الأسلوب، أطلب من المشاركين على استرخاء العضلات بعد العثور على موقع التحفيز المناسب وضبط كثافة التحفيز بحيث أعضاء البرلمان الأوروبي موثوقة ويمكن الاطلاع عندما العضلات هو في بقية. انتقل إلى العثور على نقطة ساخنة.
  16. بمناسبة موقف الساخنة والتوجه لفائف مع علامة الجلد غير الدائمة.
  17. لتحفيز M1 الثنائي، كرر الخطوات 2،11-2،16 عن الطرف المقابل.

3. إعداد الكهربائي NEBS

  1. توصيل الكابلات لأقطاب المطاط، ووضع أقطاب كهربائية داخل أكياس الاسفنج. تأكد من حجم القطب وحجم حقيبة الإسفنج تفعل المباراة. تتوفر تجاريا في الأحجام القياسية (على سبيل المثال، 5X5 سم 2، 5X7 سم 2) المواد.
  2. نقع أكياس الاسفنجة على كلا الجانبين مع حل كلوريد الصوديوم متساوي التوتر، ولكن تجنب تمرغ المفرط لمنع الجسور الملح أو يقطر على المتطوعين.
    1. هذه الخطوة اختياريهل: لمنع تسرب محلول كلوريد الصوديوم عند استخدام الضمادات بدلا من الأربطة المطاطية، ووضع الأقطاب الكهربائية وأكياس اسفنجة داخل غير موصل يغطي الإسفنج والمطاط.
      ملاحظة: بدلا من ذلك، وتغطي القطب المطاط مع معجون موصل ووضعها مباشرة على رأس المشاركين، أي عدم استخدام أكياس إسفنج أو أغطية الإسفنج والمطاط.

4. NEBS الكهربائي لإصلاح (الشكل 1)

  1. العثور على رأس العلامة (العلامات) تشير إلى نقطة ساخنة القشرية المحرك وفصل الشعر في جميع أنحاء المنطقة.
  2. لتحسين تصرف تنظيف البشرة قبل وضع قطب كهربائي عن طريق فرك بلطف منطقة الجلد حول علامات الرأس مع مسحة غارقة مع 40-50٪ كحول أو معجون إعداد الجلد. لا تخدش الجلد! إزالة الفائض، مع مسحة ومنطقة نظيفة مرة أخرى بمحلول كلوريد الصوديوم متساوي التوتر. تجفيف المنطقة بعد ذلك.
    ملاحظة: تأكد من أن رأس العلامة (العلامات) تبقى مرئية. ملاحظه إذا لزم الأمر. وضع قطب كهربائي واحد بعد رئيس بمناسبة لM1 من الفائدة (المقابل لجهة الفوائد). جلب الاسفنجة قدر الإمكان على اتصال مباشر مع الجلد. ضع الكابل الكهربائي نحو الخلف المشارك لتجنب اضطرابات خلال التحفيز و / أو تنفيذ المهمة وتخفيف اتصال الجهاز NEBS.
    ملاحظة: إن الشعر تحت القطب يجب ان تحصل على الرطب. في حالة الإفراط في ترطيب الشعر، واستخدام ورقة أو جهة المناشف لامتصاص فائض.
    ملاحظة: للحصول على مصعدي tDCS، القطب ضعت على نقطة ساخنة القشرية السيارات من الفائدة (المطلوب هو زيادة استثارة) يتوافق مع القطب الموجب، مرتبطة عادة إلى كابل الأحمر. يوضع القطب السالب (عادة متصلة كابل أسود أو أزرق) على المنطقة فوق الحجاج المتقابلة أو M1 (أنظر أدناه). تقليديا، القطب التنسيب هو نفسه بالنسبة لtRNS، على الرغم من البروتوكول الكلاسيكية ليس هناك خصوصية القطبية بسبب CURREN بالتناوبتدفق ر. قد يكون المكان المحدد المهم اذا تشمل إعدادات التحفيز التحفيز الإزاحة.
  3. لمن جانب واحد M1 مكان التحفيز الكهربائي الثاني (لمصعدي tDCS: الكاثود) على المنطقة التي فوق المداري المقابل (الموافق قطب كهربائي FP2 في النظام الدولي EEG 10/20). التأكد من أنها موجهة كابل نحو الجزء الخلفي من المشاركين.
  4. لتحفيز M1 الثنائي تخطي الخطوة 4.4. وضع القطب الثاني (لمصعدي tDCS: الكاثود) على M1 المعاكس بعد رئيس بمناسبة المماثل إلى الأطراف المستخدمة في الدراسة. التأكد من أنها موجهة كابل نحو الجزء الخلفي من المشاركين.
  5. تغطية الرأس مرتين مع ضمادة مرنة دائري في اتجاه ميديو الاطراف لتحقيق الاستقرار في القطب M1، ثم استخدم ضمادة المتبقية لتغطية الرأس بشكل دائري في اتجاه الأمامي الخلفي لتحقيق الاستقرار في كل من الأقطاب الكهربائية.
  6. استخدام شريط لاصق لإصلاح نهاية bandagه.
  7. تأمين الكابلات مع شريط لاصق على الرقبة المشارك أو قميص.
  8. توصيل الكابلات الكهربائي إلى جهاز NEBS.

الرقم 2
الشكل 2. المواد المستخدمة لبروتوكولات NEBS. المواد التقليدية المستخدمة في غير الغازية بروتوكولات تحفيز الدماغ الكهربائية وتشمل جهاز NEBS، والكابلات الكهربائي، أقطاب مطاطية موصلة، أكياس الإسفنج مثقبة، غطاء الإسفنج والمطاط (اختياري)، حل كلوريد الصوديوم متساوي التوتر والضمادات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. تحفيز

  1. التبديل على جهاز NEBS.
  2. ضبط إعدادات الجهاز NEBS بشأن نوع التحفيز (tDCS أو tRNS)، شدة (على سبيل المثال، 1 أمبير، 1.5 أمبير أو 2 مللي أمبير)، والمدة (على سبيل المثال، 10-40 مفي)، التعلية صعودا وهبوطا (الوقت بين بداية التحفيز والحد الأقصى لكثافة، وعادة 8-15 ثانية)، وعوامل إضافية تتعلق نوع التحفيز (على سبيل المثال، الطيف الترددي لtRNS).
    ملاحظة: يتضمن تقليديا، التحفيز صورية تكثف تليها مباشرة من خلال زيادة أسفل. وفقا لذلك، ومشارك لديه الإحساس والتحفيز ولكن مدة التحفيز ليس كافيا لممارسة آثار دائمة على وظيفة المخ. وتشمل بعض الأجهزة NEBS وضع الدراسة التي تسمح تعمية المشاركين ومحقق عن طريق إدخال دراسة كود موضوع معين. يحدد رمز الإعدادات التحفيز تلقائيا. بدلا من ذلك، مجرب الثاني قد ضبط إعدادات التحفيز في كل دورة ويغطي العرض من مجرب إجراء التحفيز.
  3. إبلاغ المشاركين حول الآثار الجانبية المحتملة المرتبطة NEBS. وتشمل الآثار السلبية الشائعة الحكة الجلدية / وخز أو حرقان الامم المتحدةderneath الأقطاب، والصداع، وعدم الراحة 32. حرقان قد يكون علامة على ضعف الاتصال الكهربائي مع الجلد.
  4. بدء التحفيز.
    ملاحظة: مدة التحفيز المشترك تستغرق حوالي 10-20 دقيقة استنادا إلى تقارير التحقيق التغييرات في استثارة القشرية (انظر القسم النتائج تمثيلي). تجريبيا، وتحديد مدة التحفيز القصوى إلى 40 دقيقة 3.
  5. التحقق من استمرارية التحفيز خلال تكثف والتحفيز. إذا مقاومة مرتفعة جدا أو الأقطاب الكهربائية على اتصال سيئة مع الجلد، قد إنهاء التحفيز تلقائيا.
    ملاحظة: في حالة مقاومة عالية جدا أو تقارير مشارك زيادة الانزعاج خلال التحفيز محاولة لتقليل مقاومة من قبل، على سبيل المثال، fixating أفضل الأقطاب في مواقع التحفيز أو إضافة المتوسطة موصل. ويمكن إضافة محلول كلوريد الصوديوم باستخدام حقنة مباشرة في الإسفنج بعد وضع س بهمن الرأس.
    ملاحظة: لأسباب تتعلق بالسلامة بعض الأجهزة تقرير للمقاومة في جميع أنحاء التحفيز. قد أغلقت الجهاز NEBS حالا إذا مقاومة تصل إلى عتبة محددة (على سبيل المثال، 55 kOhms).
  6. إذا شارك في تطبيق NEBS مع تنفيذ مهمة المحرك، بدء اختبار / التدريب بعد كثفت التحفيز حتى والمشاركين يشعرون بالراحة مع التحفيز. في حال لا يتضمن دراسة مهمة المحرك خلال التحفيز، تأكد من أن المشاركين لا يزال جالسا ومستيقظا خلال فترة التحفيز، وانتظر حتى التحفيز هو أكثر.
  7. تحقق مع المشاركين عن الآثار الجانبية للتحفيز، على سبيل المثال، عن طريق تسليم استبيان موحد 32 أو طلب المشارك مباشرة. في حالة الدراسات بما في ذلك عدة أيام من التحفيز، علما أي آثار جانبية محتملة بين أيام.
    ملاحظة: للحصول على تقييم المسببة للعمى فعالية، يطلب من المشاركين بعد كل sessio التحفيزن لتخمين أي نوع التحفيز (صورية / حالة) خضع المشاركين. إذا هو أعمى أيضا المجرب، يمكن أن المجرب أيضا ملاحظة تخمين له بشأن نوع التحفيز المشارك. مقارنة الإجابات مع نوع التحفيز الفعلي للتحقق من معدل التخمينات الصحيحة 33.
  8. تطهير الأقطاب الكهربائية والإسفنج مع المواد غير الخطرة مثل الكحول 40-50٪. شطف جيدا في الماء بعد ذلك. السماح المواد الجافة قبل تخزينها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

للتحقيق في آثار NEBS على نظام المحرك البشري من المهم النظر في اتخاذ تدابير النتيجة المناسبة. ميزة واحدة من الجهاز الحركي هو الوصول إلى تمثيل القشرية عن طريق الأدوات الكهربية. أثار المحركات وكثيرا ما تستخدم إمكانات كمؤشر على استثارة القشرية الحركية. بعد تطبيق 9 دقائق أو أكثر من مصعدي tDCS في مناطق ذات كثافة الحالية من 29 أمبير / سم وزاد القشرية السيارات استثارة لمدة 30 دقيقة على الأقل في معظم المتطوعين الأصحاء 19،21،22 (انظر أيضا الشكل 3). المهبطي tDCS يسبب في الغالب العكس (استثارة-انخفاض) أو أي تأثير 19،22. ومع ذلك، كما نوقش مؤخرا 22، وهناك بعض التباين في اتجاه الاستجابة، مع بعض الموضوعات التي تبين الاتجاه المعاكس للتأثير على المصعدي وtDCS المهبطي. ينبغي أن يؤخذ هذا في الاعتبار لحساب حجم العينةفي الدراسات التي تستخدم NEBS. ومن المثير للاهتمام، تم العثور على تغييرات مماثلة في M1 استثارة بعد tDCS الأحادية والثنائية 5،23، وظيفة الحركة بسيط تحسنت على نحو مماثل مباشرة بعد كل نوع التحفيز 5. وبالتالي فإنه يجري حاليا التحقيق سواء إضافي أسفل تنظيم استثارة M1 المقابل باستخدام M1 المونتاج الثنائي يمارس فوائد محددة إلى السلوك الحركي (أنظر أدناه). في المقابل، أشار حالة الراحة الرنين المغناطيسي الوظيفي مختلفة بشكل واضح التغييرات شبكة القشرية: tDCS الثنائي ينظم اتصال وظيفي في المحرك الأساسي والثانوي وفي المناطق الفص الجبهي، بينما tDCS من جانب واحد ينظم الربط الوظيفي في الفص الجبهي، الجداري والمناطق المخيخ 34.

للتو وضعت tRNS مؤخرا كأداة لتعديل استثارة القشرية 4. ويرجع ذلك إلى tRNS الحالي بالتناوب يتم تطبيقها دون خصوصية القطبية (طالما هناكلم إزاحة كثافة التحفيز). ومع ذلك، وكفاءة tRNS ويبدو أن تعتمد على الطيف الضوضاء تطبيقها، مع ترددات عالية (100-640 هرتز) تظهر آثار أكثر قوة من الترددات المنخفضة (<100 هرتز) (4). عندما مباشرة مقارنة tDCS مصعدي من جانب واحد، تم العثور على زيادة مماثلة ولكن أطول قليلا دائم من M1 استثارة (تقاس من التغييرات MEP السعة) بعد tRNS من جانب واحد (الشكل 3).

الشكل (3)
الرقم بالطبع 3. وقت استثارة القشرية السيارات بعد استراتيجيات NEBS مختلفة. ويظهر السعة MEP بوصفها وظيفة من الزمن قبل وبعد 10 دقيقة من المصعدي من جانب واحد التحفيز عبر الجمجمة المباشر (tDCS) أو عبر الجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي (tRNS) يطبق على المرحلة الابتدائية القشرة الحركية في مناطق ذات كثافة الحالية من 29 أمبير / سم 2 (1 مللي أمبير / 35 سم 2). أشرطة الخطأ indicatخطأ الإلكترونية القياسية. لاحظ أن tRNS يمارس تأثيرات مماثلة على استثارة القشرية الحركية مقارنة مصعدي tDCS. MEP السعة العودة إلى مستويات خط الأساس بعد حوالي 50 دقيقة عن مصعدي tDCS وبعد 90 دقيقة لtRNS. من Terney وآخرون (2008) 4 بإذن. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وعلى الرغم من عدم التجانس من التصاميم الدراسة، يبدأ مفهوم مشترك لتتطور من تجارب NEBS اختبار آثار tDCS وtRNS على وظيفة الحركة: NEBS يؤثر الأداء الحركي أو المهارات عند تطبيقها في وقت واحد مع التدريب / الاختبار. مصعدي tDCS وtRNS تطبيقها كما التحفيز M1 من جانب واحد أو tDCS مصعدي تطبيقها كما التحفيز M1 الثنائي خلال التدريب وعرضت جميع لتحسين التعلم تسلسل المحرك الضمني 4،35 - 38 على reacti التسلسليعلى مهمة الساعة 39. وبالمثل، فقد تبين tDCS مصعدي الأحادية الجانب التي تطبق خلال التدريب السيارات لزيادة معدل التعلم في محرك صريح التعلم نموذج 40. ومع ذلك، يبدو أن آثار التحفيز المهبطي على التعلم الحركي ضمني وصريح في أن تكون مختلفة: ففي حين tDCS المهبطي خلال التدريب لم تؤثر بشكل كبير تسلسل التعلم أثناء التعلم الحركي الضمني 35، أفيد أن تؤثر سلبا على محرك صريح تعلم 40. أسباب هذا التناقض تحتاج إلى مزيد من التحقيق.

في التحقيقات السابقة مع التركيز على المهارات الحركية أكثر تعقيدا التعلم مدى عدة أيام مصعدي tDCS تطبيقها كما التحفيز M1 جانب واحد خلال تدريب تعزز إلى حد كبير مهارة visuomotor تعلم 13،20. تم تحديد المهارات بالتغيرات في دقة حركة بوصفها وظيفة من سرعة الحركة (أي السرعة الدقة المقايضة). لافت للنظر، في مقارنة مباشرة من المونتاج القطب وأنواع التحفيز، سواء من جانب واحد وM1 الثنائي مصعدي tDCS وtRNS من جانب واحد عن تعزيز مهارة التعلم على كلمة visuomotor وبريد إلكتروني تتبع المهمة 6 (الشكل 4A). وفيما يتعلق الآليات، ومن غير المعروف حاليا ما إذا كانت tDCS وtRNS تعمل بنفس آليات العمل. ومع ذلك، فإن مدار الساعة من المكاسب مهارة في جلسة تختلف بشكل واضح بين tDCS وtRNS: tDCS الأحادية الجانب التي تمارس تأثيرات كبرى على مكاسب مهارة فورا بعد أن بدأ التحفيز. في المقابل، tDCS الثنائية وtRNS تعزيز ببطء مكاسب المهارة خلال الجلسات (الشكل 4B). ويشير هذا الاختلاف إلى زمنيا تفاعلات معينة بين نوع NEBS وعملية التعلم الحركي. وينبغي النظر في هذه عند اختيار أنواع التحفيز للتحقيقات المستقبلية للنظام المحرك في الاشخاص الاصحاء وكذلك المرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية.

igure 4 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 53367 / 53367fig4.jpg "/>
الشكل 4. تعزيز المهارات الحركية عن طريق التدريب وزيادة باستراتيجيات NEBS مختلفة. (A) التغيرات في المهارات الحركية خلال ثلاثة أيام من التدريب السيارات في مجموعة التحفيز. مهارة تزيد بشكل كبير مع مرور الوقت في السيطرة على المجموعة تحفيز مزيف وتقف على كل استراتيجية NEBS. (ب) مبعثر مؤامرة من المكونات الفرعية من التعلم الحركي. جميع الفئات التحفيز تمثل أكبر بكثير التعلم الحركي العام مقارنة مع مجموعة السيطرة صورية التحفيز. فقط من جانب واحد المصعدي عبر الجمجمة التحفيز الحالية المباشر (tDCS) يكشف عن الآثار المباشرة أكبر على التعلم الحركي - أي تغييرات الأولية في المهارة بعد ظهور التحفيز، مقارنة مع الشاهد صورية وعبر الجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي (tRNS). العاصمة: M1-SO = tDCS من جانب واحد. العاصمة: M1-M1 = tDCS الثنائية. RN: M1-SO = tRNS من جانب واحد. * ف <0.05، ** ف <0.01. أشرطة الخطأ = الخطأ المعياري للمتوسط. من بريتشارد وآخرون (2014) 6 بإذن. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يصف هذا البروتوكول مواد النموذجية والخطوات الإجرائية لتعديل وظيفة الحركة اليد ومهارة التعلم باستخدام NEBS، وتحديدا من جانب واحد والثنائي التحفيز M1 لمصعدي tDCS، وtRNS من جانب واحد. قبل اختيار بروتوكول NEBS خاص لدراسة نظام المحرك البشري، على سبيل المثال، في سياق التعلم الحركي، والجوانب المنهجية (السلامة والتحمل، المسببة للعمى) فضلا عن الجوانب المفاهيمية (المونتاج أو نوع الحالي آثار محددة على منطقة الدماغ معينة) يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. يتم عرض المزايا والقيود المفروضة على الاستراتيجيات الثلاث في الجدول 1.

نوع NEBS ميزة تحديد
مشتركة بين مصعدي tDCS وtRNS آمن
رخيص
من السهل أن إدارة
بالصمود تأثير على corticaل استثارة (ما يصل إلى 90 دقيقة)
تحسين الوظائف الحركية والمهارات الحركية التعلم في الاشخاص الاصحاء والمرضى الذين يعانون من العجز الحركي
يتم التوصل إلى focality وظيفية من قبل مجموعة من NEBS مع مهمة معينة
الهيكلي التحفيز focality محدودة ومحددة من حيث الحجم الكهربائي والمونتاج
أقطاب أكبر قد يحفز المناطق القشرية المجاورة للM1 من الفائدة
التحفيز M1 من جانب واحد
(tDCS)
قطبية خصوصية (اتجاه التغيير استثارة في M1 من الفائدة يمكن اختيار) تلقي القطب (الكاثود) هو القطب نشاطا، وربما ممارسة تأثير الخلط في منطقة الدماغ الكامنة
مشارك الصعب المسببة للعمى في شدة التحفيز أعلى (الحالي كثافة> 40 أمبير / سم على سبيل المثال،> 1 مللي أمبير / 25 سم 2)
التحفيز M1 الثنائي
قطبية خصوصية (اتجاه التغيير استثارة في M1 من الفائدة يمكن اختيار)
تعديل وضوحا من اتصال نصفي بالإضافة إلى زيادة استثارة M1 من الفائدة (المطلوب تقليل تأثير على M1 المعاكس)
مشارك الصعب المسببة للعمى في شدة التحفيز أعلى (الحالي كثافة> 40 أمبير / سم على سبيل المثال،> 1 مللي أمبير / 25 سم 2)
مخاطر أعلى من تحويلة الحالي نظرا لقربها من الأقطاب الكهربائية
التحفيز M1 من جانب واحد
(tRNS)
أقل آثار جانبية
تحسين مشارك المسببة للعمى
لا قطبية خصوصية
الآثار المترتبة على استثارة والسلوك الحركي هي أكثر قوة في الطيف الترددي العالي (100-640 هرتز)

NEBS، غير الغازية تحفيز الدماغ الكهربائية. M1، القشرة الحركية الأولية؛ tDCS، عبر الجمجمة الصورة التيار المباشرtimulation. tRNS، عبر الجمجمة التحفيز الضجيج العشوائي

الجدول 1: مزايا وقيود tDCS وtRNS.

من جهة نظر منهجية موضوعات ينبغي أن يكون دائما فحص دقيق لموانع لNEBS 3،41 باستخدام الاستبيانات أو المقابلات موحدة (على سبيل المثال، عارضة وآخرون، 2001 25). ولا تختلف هذه بين tDCS وtRNS. وتشمل موانع مطلقة NEBS: 1) تشوه الجمجمة، على سبيل المثال، بسبب كسر، لأنها قد تؤثر على تدفق التيار وتعزيز الآثار الجانبية غير المتوقعة؛ 2) المزروعة الجهاز الطبي، على سبيل المثال، زرع القوقعة والدماغ ومشجعا، كما NEBS قد تؤثر سلبا على أداء الجهاز الطبي. لاستخدام TMS (على سبيل المثال، لتوطين القشرة الحركية (انظر بروتوكول الخطوة 2)) الأجسام المغناطيسية في منطقة الرأس / العنق، (على سبيل المثال. والشظايا، ومقاطع الجراحية) كما تمثل موانع مطلقة، وهذه وجوهالصورة قد يشوش على المجال المغناطيسي وتشكل خطرا للمشارك. معايير الاستبعاد إضافية اختيارية وتعتمد على أهداف الدراسة. وتشمل موانع إضافية مشتركة: 1) عمر فوق 85 سنة. 2) الحمل؛ 3) تاريخ من الاضطرابات الجلدية المزمنة (ومعظمهم بشأن الرأس). 4) آثار سلبية على بروتوكولات تحفيز المخ السابقة؛ 5) تاريخ الصداع المتكرر أو الحاد، على سبيل المثال، والصداع النصفي؛ 6) تاريخ نوبات الصرع. و7) جهاز تنظيم ضربات القلب. للمشاركين مع جهاز تنظيم ضربات القلب يجب أن تبقى على مسافة أمان لا تقل عن 10 سم بين الموقع تحفيز وتنظيم ضربات القلب لمنع التدخل في عملها.

لا ينبغي أن يكون حافزا الموضوعات إذا كان أي من موانع مطلقة تطبيق. لأسباب تتعلق بالسلامة يجب أن يكون الجهاز NEBS الانتاجية القصوى في نطاق أمبير، ينبغي أن تكون بطارية يحركها، وينبغي ألا تستخدم أثناء توصيل الشاحن إلى مأخذ التيار الكهربائي. عندما يطبق في البروتوكول، tDCS وtRNS وعادة ما تكون كذلك رolerated 32. ويمكن أن تشمل الآثار الجانبية لتحفيز الحكة، والإحساس بالوخز، والصداع بالصمود لمدة التحفيز أو التسبب نوبات الصداع النصفي. ومع ذلك، من 16.000 جلسات tDCS المقدرة (بما في ذلك جلسات متتابعة متعددة) لا tDCS شديدة تم الإبلاغ عن الآثار الجانبية (Bikson م، والاتصالات الشخصية، عام 2015؛ التحليل التلوي في الإعداد). الآثار الجانبية يمكن التقليل من دقيق إعداد التحفيز الكهربائي والتنسيب. ويشمل ذلك: 1. فحص الجلد للآفات، 2. تطبيق التحفيز عن طريق وسيلة موصلة مثل أقطاب مطاطية مغطاة عجينة موصل أو بمحلول ملحي غارقة الإسفنج، 3. يتلاشى داخل وخارج التحفيز (مدة أطول من تكثف وتكثف أسفل (على سبيل المثال، 15 ثانية) ويرتبط مع آثار جانبية أقل)، و4. السيطرة الممانعة. عادة روض المشاركين الأحاسيس الجلد تحت الأقطاب بعد فترة وجيزة تكثف التحفيز. مع tRNS في معظم الحالات الأحاسيس الجلد أقل أو لا على ينظر كل مقارنة tDCS (وبالتالي، معدلات مماثلة من تخمين شرط الصحيح لصورية وtRNS بالمقارنة مع معدلات أعلى من الصحيح تخمين حالة مع tDCS) 6. قد يكون هذا مفيدا للدراسات حيث عمى الأمثل للمشاركين أمر بالغ الأهمية. ومع ذلك، في معظم المشاركين الدراسات أغلظت بنجاح بين tDCS الحقيقية والزائفة، على الأقل مع انخفاض في شدة التحفيز المتوسطة 32،42. هذا هو الأرجح بسبب تنفيذ التعلية قصيرة صعودا وهبوطا لعدة ثوان في وضع صورية، والذي يسبب الإحساس بالوخز 42 ولكن على ما يبدو لا يغير وظيفة القشرية 2. استخدام "نشطة" واسطة صورية الذي يتسبب في الإحساس بالوخز وتلقائيا إيقاف التحفيز بعد بعض الثواني قد تكون وسيلة متفوقة للعمى حد سواء مشارك وباحث بالمقارنة مع مجرد وضع أقطاب كهربائية على رأس المشاركين وليس تشغيل الجهاز NEBS .

ر "> للمقارنة منشورات تشير إلى الكثافة الحالية وحجم القطب (أي، استهداف المنطقة)، وضع قطب كهربائي، الركيزة الموصلة بين القطب والجلد، ومدة الأخرى من أجل زيادة صعودا وهبوطا، ومدة التحفيز والآثار الجانبية. وتجدر الإشارة إلى أن إعلان كثافة التحفيز وحدها ليست كافية لتقدير كثافة التيار تسليمها إلى المشارك. لحساب الكثافة الحالية تقسيم كثافة التحفيز (على سبيل المثال، 1 أمبير، 1.5 مللي أمبير، 2 مللي أمبير) من منطقة حفز على سبيل المثال، إذا كثافة التحفيز هي 1MA وحجم القطب هو 16 سم 2 كثافة التيار المقدر هو 0.0625 مللي أمبير / سم 2 (أي، 1 أمبير / 16 سم 2 أو 62.5 أمبير / سم 2).

من جهة نظر مفاهيمية، والعديد من المناطق القشرية للنظام المحرك يمكن الوصول إليها من قبل NEBS، إما مباشرة إذا كانت المنطقة قريبة من السطح القشري او عن طريق اثار شبكة الاتصال البعيدة 43،44 26. استخدام الأسلوب الأخير في أحد المشاركين صحي هو أسرع وأسهل بالمقارنة مع استخدام أعضاء البرلمان الأوروبي التي يسببها TMS، ولكنها توفر TMS دقة فائقة لإضفاء الطابع المحلي على تمثيل محرك القشرية الفردية من الفائدة. في حين أن ضرورة أو فائدة وظيفية من استخدام نقطة ساخنة TMS بالمقارنة مع نظام 10/20 هي حتى الآن لم تثبت صحتها، أعضاء البرلمان الأوروبي التي يسببها TMS تثبت سلامة وظيفية من M1 والجهاز هرمي. للمرضى الذين يعانون من آفة الدماغ (مثل السكتة الدماغية) ولذلك يستخدم الناجم عن TMS أعضاء البرلمان الأوروبي تفضيلي لتحديد التمثيل القشرية السيارات لأنها قد تكون تحولت إلى حد كبير نظرا لحجم الآفة، والمكان، والمناطق الحركية الثانوية قد توليد الناتج المحرك.

NEBS حجم القطب أو المونتاج قد يؤثر المناطق القشرية المجاورة لمنطقة الفائدة، مما أدى إلى focality محدود من التحفيز نفسها 46،47. ومع ذلك، فإن focality وظيفية حصلت عليها مهمة تفعيل محددة معينة المشابك 11 أو الشبكات التي يتم تعزيزها من خلال الجمع بين العمل / التدريب مع التحفيز يمكن أن يكون أكثر أهمية (46): من جهة، وكشفت دراسات التصوير وظيفية التغيرات شبكة مختلفة بعد من جانب واحد مقابل الثنائي M1 tDCS، أو tDCS مقابل tRNS، على التوالي 14،15. ومن ناحية أخرى، فإن الأثر الصافي لمصعدي tDCS وtRNS على السلوك الحركي، على سبيل المثال، والتعلم، ويبدو أن تكون مشابهة: بناء على عدد قليل من التحقيقات مع مقارنات مباشرة من نوع التحفيز / المونتاج، يمكن للمرء أن يجادل عن الآثار الإيجابية على وظيفة الحركة طالما M1 جانب المقابل لجهة اختبار ما يستهدفها NEBS(في حالة tDCS مع المصعدي التحفيز 4-6).

تم العثور على معظم التأثيرات السلوكية القوية عادة عندما يتم تنفيذ الإعدام التحفيز ومهمة أو التدريب في وقت واحد 13. وقد تم الإبلاغ عن نتائج متضاربة عن NEBS والمهام يطبق على التوالي 1. المونتاج القطب أخرى مثل tDCS عالية الوضوح وضعت مؤخرا قد تزيد التحفيز focality 48،49 ولكنها تتطلب التحقيق في المستقبل بشأن العواقب السلوكية. الدراسات التي تسيطر عليها تقييم tRNS الآثار على إعادة تأهيل محرك السكتة الدماغية والتعلم، فضلا عن دراسات مقارنة لاستراتيجيات NEBS متميزة في السكان المريض هي مفقودة إلى حد كبير. الدراسات المستقبلية مع NEBS للنظام المحرك البشري ضرورية لفهم أفضل من وعود ومطبات NEBS في التطبيقات السريرية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

معتمدة مولودية والابن من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG RE 2740 / 3-1).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
NEBS device (DC Stimulator plus) Neuroconn
Electrode cables Neuroconn
Conductive-rubber electrodes Neuroconn 5x5 cm
Perforated sponge bags Neuroconn 5x5 cm
Non-conductive rubber sponge cover Amrex-Zetron FG-02-A103 Rubber pad 3"*3"
NaCl isotonic solution  B. Braun Melsungen AG  A1151 Ecoflac, 0,9%
Cotton crepe bandage Paul Hartmann AG 931004 8x5m, textile elasticity
Adhesive tape (Leukofix) BSN medical 02122-00 2,5cm*5m
Skin preparation paste Weaver 10-30
Magnetic stimulator Magstim 3010-00 Magstim 200
EMG conductive paste GE Medical Systems 217083
EMG bipolar electrodes e.g., Natus Medical Inc. Viking 4 
EMG amplifier e.g., Natus Medical Inc. Viking 4 
Cable for EMG signal transmission e.g., Natus Medical Inc. Viking 4
Data acquisition unit  Cambridge Electronic Design (CED) MK1401-3 AD converter
Computer for signal recording and offline analysis
Signal 4.0.9 Cambridge Electronic Design (CED) Software
non-permanent skin marker Edding 8020 1 mm, blue

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Reis, J., Fritsch, B. Modulation of motor performance and motor learning by transcranial direct current stimulation. Curr Opin Neurol. 24, (6), 590-596 (2011).
  2. Nitsche, M., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 527, (3), 633-639 (2000).
  3. Nitsche, M. A., Cohen, L. G., et al. Transcranial direct current stimulation: State of the art. Brain Stimul. 1, (3), 206-223 (2008).
  4. Terney, D., Chaieb, L., Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Increasing human brain excitability by transcranial high-frequency random noise stimulation. J Neurosci. 28, (52), 14147-14155 (2008).
  5. Kidgell, D. J., Goodwill, A. M., Frazer, A. K., Daly, R. M. Induction of cortical plasticity and improved motor performance following unilateral and bilateral transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex. BMC Neurosci. 14, (1), 64 (2013).
  6. Prichard, G., Weiller, C., Fritsch, B., Reis, J. Brain Stimulation Effects of Different Electrical Brain Stimulation Protocols on Subcomponents of Motor Skill Learning. Brain Stimul. 7, (4), 532-540 (2014).
  7. Antal, A., Paulus, W., Hunter, M. A. Transcranial alternating current stimulation ( tACS ). Front Hum Neurosci. 7, 1-4 (2013).
  8. Collins, J. J., Chow, C. C., Imhoff, T. T. Stochastic resonance without tuning. Nature. 376, (6537), 236-238 (1995).
  9. Miniussi, C., Harris, J. A., Ruzzoli, M. Modelling non-invasive brain stimulation in cognitive neuroscience. Neurosci Biobehav Rev. 37, (8), 1702-1712 (2013).
  10. Bindman, L. J., Lippold, O. C., Redfearn, J. W. the Action of Brief Polarizing Currents on the Cerebral Cortex of the Rat (1) During Current Flow and (2) in the Production of Long-Lasting After-Effects. J Physiol. 172, 369-382 (1964).
  11. Fritsch, B., Reis, J., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: Potential implications for motor learning. Neuron. 66, (2), 198-204 (2010).
  12. Galea, J. M., Celnik, P. Brain polarization enhances the formation and retention of motor memories. J Neurophysiol. 102, (1), 294-301 (2009).
  13. Reis, J., Fischer, J. T., Prichard, G., Weiller, C., Cohen, L. G., Fritsch, B. Time- but Not Sleep-Dependent Consolidation of tDCS-Enhanced Visuomotor Skills. Cereb Cortex. (1), 1-9 (2013).
  14. Saiote, C., Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. Combining functional magnetic resonance imaging with transcranial electrical stimulation. Front Hum Neurosci. 7, (8), 435 (2013).
  15. Sehm, B., Kipping, J., Schäfer, A., Villringer, A., Ragert, P. A Comparison between Uni- and Bilateral tDCS Effects on Functional Connectivity of the Human Motor Cortex. Front Hum Neurosci Neurosci. 7, (4), 183 (2013).
  16. Moliadze, V., Antal, A., Paulus, W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clin Neurophysiol. 121, (12), 2165-2171 (2010).
  17. Bikson, M., Rahman, a, Datta, a Computational Models of Transcranial Direct Current Stimulation. Clin EEG Neurosci. 43, (3), 176-183 (2012).
  18. Opitz, A., Paulus, W., Will, A., Thielscher, A. Determinants of the electric field during transcranial direct current stimulation. Neuroimage. 109, 140-150 (2015).
  19. Nitsche, M., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57, (10), 1899-1901 (2001).
  20. Reis, J., Schambra, H. M., et al. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, (5), 1590-1595 (2009).
  21. Batsikadze, G., Moliadze, V., Paulus, W., Kuo, M. -F., Nitsche, M. a Partially non-linear stimulation intensity-dependent effects of direct current stimulation on motor cortex excitability in humans. J Physiol. 591, (7), 1987-2000 (2013).
  22. Wiethoff, S., Hamada, M., Rothwell, J. C. Variability in response to transcranial direct current stimulation of the motor cortex. Brain Stimul. 7, (3), 468-475 (2014).
  23. Mordillo-Mateos, L., Turpin-Fenoll, L., et al. Effects of simultaneous bilateral tDCS of the human motor cortex. Brain Stimul. 5, (3), 214-222 (2012).
  24. Tazoe, T., Endoh, T., Kitamura, T., Ogata, T. Polarity Specific Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Interhemispheric Inhibition. PLoS One. 9, (12), e114244 (2014).
  25. Keel, J. C., Smith, M. J., Wassermann, E. M. A safety screening questionnaire for transcranial magnetic stimulation. Clin Neurophysiol. 112, 720 (2000).
  26. Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309 (2013).
  27. Brasil-Neto, J. P., Cohen, L. G., Panizza, M., Nilsson, J., Roth, B. J., Hallett, M. Optimal focal transcranial magnetic activation of the human motor cortex: effects of coil orientation, shape of the induced current pulse, and stimulus intensity. J Clin Neurophysiol. 9, (1), 132-136 (1992).
  28. Mills, K., Boniface, S., Schubert, M. Magnetic brain stimulation with a double coil: the importance of coil orientation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 85, (1), 17-21 (1992).
  29. Rothwell, J., Hallett, M., Berardelli, A., Eisen, A., Rossini, P., Paulus, W. Magnetic stimulation motor evoked potentials. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 52, 97-103 (1999).
  30. Ueno, S., Tashiro, T., Harada, K. Localized stimulation of neural tissues in the brain by means of a paired configuration of time-varying magnetic fields. J Appl Phys. 64, (10), 5862-5864 (1988).
  31. Fleming, M. K., Sorinola, I. O., Newham, D. J., Roberts-Lewis, S. F., Bergmann, J. H. M. The effect of coil type and navigation on the reliability of transcranial magnetic stimulation. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 20, (5), 617-625 (2012).
  32. Brunoni, A. R., Amadera, J., Berbel, B., Volz, M. S., Rizzerio, B. G., Fregni, F. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int J Neuropsychopharmacol. 14, (8), 1133-1145 (2011).
  33. Palm, U., Reisinger, E., et al. Brain Stimulation Evaluation of Sham Transcranial Direct Current Stimulation for Randomized, Placebo-Controlled Clinical Trials. Brain Stimul. 6, (4), 690-695 (2013).
  34. Sehm, B., Schäfer, A., et al. Dynamic modulation of intrinsic functional connectivity by transcranial direct current stimulation. J Neurophysiol. 108, (12), 3253-3263 (2012).
  35. Nitsche, M. A., Schauenburg, A., et al. Facilitation of implicit motor learning by weak transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex in the human. J Cogn Neurosci. 15, (4), 619-626 (2003).
  36. Antal, A., Begemeier, S., Nitsche, M. A., Paulus, W. Prior state of cortical activity influences subsequent practicing of a visuomotor coordination task. Neuropsychologia. 46, (13), 3157-3161 (2008).
  37. Kang, E. K., Paik, N. J. Effect of a tDCS electrode montage on implicit motor sequence learning in healthy subjects. Exp Transl Stroke Med. 3, (1), 4 (2011).
  38. Kantak, S. S., Mummidisetty, C. K., Stinear, J. W. Primary motor and premotor cortex in implicit sequence learning - Evidence for competition between implicit and explicit human motor memory systems. Eur J Neurosci. 36, (5), 2710-2715 (2012).
  39. Nissen, M. J., Bullemer, P. Attentional requirements of learning: Evidence from performance measures. Cogn Psychol. 19, (1), 1-32 (1987).
  40. Stagg, C. J., Jayaram, G., Pastor, D., Kincses, Z. T., Matthews, P. M., Johansen-berg, H. Polarity and timing-dependent effects of transcranial direct current stimulation in explicit motor learning. Neuropsychologia. 49, (5), 800-804 (2011).
  41. Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., Paulus, W. Safety aspects of transcranial direct current stimulation concerning healthy subjects and patients. Brain Res Bull. 72, (4-6), 208-214 (2007).
  42. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin Neurophysiol. 117, (4), 845-850 (2006).
  43. Baudewig, J., Nitsche, M. A., Paulus, W., Frahm, J. Regional modulation of BOLD MRI responses to human sensorimotor activation by transcranial direct current stimulation. Magn Reson Med. 45, (2), 196-201 (2001).
  44. Venkatakrishnan, A., Sandrini, M. Combining transcranial direct current stimulation and neuroimaging: novel insights in understanding neuroplasticity. J Neurophysiol. 107, (1), 1-4 (2012).
  45. Neuling, T., Wagner, S., Wolters, C. H., Zaehle, T., Herrmann, C. S. Finite-element model predicts current density distribution for clinical applications of tDCS and tACS. Frontiers in Psychiatry. 3, 1-10 (2012).
  46. Bikson, M., Rahman, A. Origins of specificity during tDCS anatomical, activity-selective, and input-bias mechanisms. Front Hum Neurosci. 7, 1-5 (2013).
  47. Truong, D. Q., Hüber, M., et al. Brain Stimulation Clinician Accessible Tools for GUI Computational Models of Transcranial Electrical Stimulation BONSAI and SPHERES. Brain Stimul. 7, (4), 521-524 (2014).
  48. Caparelli-Daquer, E. M., Zimmermann, T. J., et al. A Pilot Study on Effects of 4x1 High-Definition tDCS on Motor Cortex Excitability. Proc Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc EMBS. 735-738 (2012).
  49. Kuo, H. I., Bikson, M., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 x 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain Stimul. 6, (4), 644-648 (2013).
غير الغازية الكهربائية تحفيز الدماغ التنسيقات لالتحوير من وظيفة موتور الإنسان
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Curado, M., Fritsch, B., Reis, J. Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function. J. Vis. Exp. (108), e53367, doi:10.3791/53367 (2016).More

Curado, M., Fritsch, B., Reis, J. Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function. J. Vis. Exp. (108), e53367, doi:10.3791/53367 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter