Login processing...

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

Behavior

מצרפי גירוי מוחי חשמל לא פולשני אפנון של תפקוד האדם מוטורי

doi: 10.3791/53367 Published: February 4, 2016

Summary

לא פולשני גירוי המוח חשמלי יכול לווסת פונקציה והתנהגות קליפת מוח, היא למטרות מחקר קליניות. פרוטוקול זה מתאר גישות גירוי שונים במוח אפנון של מערכת התנועה האנושית.

Abstract

לא פולשני גירוי מוחי חשמל (NEBS) משמש כדי לווסת את תפקוד המוח וההתנהגות, הן למטרות מחקר קליני. בפרט, NEBS ניתן ליישם transcranially כמו גם גירוי זרם ישר (tDCS) או גירוי זרם חשמלי משתנה (TACs). סוגי גירוי אלו להפעיל הזמן-, dose- ובמקרה של תופעות קוטביות ספציפית tDCS על תפקוד מוטורי ומיומנות למידה בנבדקים בריאים. בזמן אחרון, tDCS נעשה שימוש כדי להגביר את הטיפול של מוגבלות מוטוריות בחולים עם הפרעות שבץ או תנועה. מאמר זה מספק צעד אחר צעד פרוטוקול למיקוד הקורטקס המוטורי הראשוני עם tDCS וגירוי רעש אקראי transcranial (tRNS), צורה מסוימת של TACs באמצעות זרם חשמלי יחיל באופן אקראי בתוך טווח תדרים מוגדר מראש. ההתקנה של שני מצרפי גירוי שונים מוסברת. בשני מצרפי האלקטרודה הפולטת (האנודה עבור tDCS) מושמת על הקורטקס המוטורי הראשוני של עניין. בשביל שגירוי חד-צדדית הקורטקס המוטורי האלקטרודה קבלת מושם על המצח הנגדי תוך לגירוי הקורטקס המוטורי בין שתי המדינות האלקטרודה קבלת מושם על הקורטקס המוטורי הראשוני ההפוך. היתרונות והחסרונות של כל מונטאז עבור אפנון של רגישות קליפת המוח והתפקוד המוטורי כולל למידה נדונים, וכן הבטיחות, הסבילות והיבטים מסנוור.

Introduction

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

לא פולשני גירוי מוחי חשמל (NEBS), הממשל של זרמים חשמליים למוח דרך הגולגולת ללא פגע, יכול לשנות את תפקוד המוח וההתנהגות 1 - 3. כדי לייעל את הפוטנציאל הטיפולי של אסטרטגיות NEBS הבנת המנגנונים המובילים להשפעות הנוירופיזיולוגיים והתנהגותיים עדיין יש צורך. תקינה של יישום על פני מעבדות שונות ושקיפות מלאה של נהלי גירוי מספקת את בסיס השוואה של נתונים התומך פרשנות אמינה של תוצאות והערכת המנגנונים המוצעים פעולה. גירוי זרם ישר Transcranial (tDCS) או transcranial לסירוגין גירוי הנוכחית (TACs) שינוי על פי פרמטרים של זרם חשמלי מוחל: tDCS מורכב הזרם חד כיווני מתמיד בין שתי אלקטרודות (האנודה ואת הקתודה) 2 - 6 בעוד TACs משתמש זרם חשמלי משתנה מיושם בכלתדירות 7 ספציפית. גירוי רעש Transcranial אקראית (tRNS) הוא צורה מיוחדת של TACs המשתמשת זרם חשמלי משתנה להחיל בתדרים אקראי (למשל., 100-640 הרץ) וכתוצאה מכך עוצמות גירוי משתנים במהירות הסרת 4,6,7 תופעות הקשורות קוטביות. קוטביות היא רק של הרלוונטיות אם הגדרת הגירוי כולל גירוי אופסט, למשל, ספקטרום רעש אקראי שינוי סביב עוצמת בסיס +1 mA (בדרך כלל לא בשימוש). לצורך המאמר זה, נתמקד עבודה באמצעות tDCS ואפקטי tRNS על המערכת המוטורית, מקרוב כהמשך לפרסום אחרון מהמעבדה שלנו 6.

המנגנונים שבבסיס פעולה של tRNS הם אפילו פחות מובנים יותר של tDCS אבל כנראה שונה מן אחרון. באופן תיאורטי, במסגרת המושגית של תהודת סטוכסטיים tRNS מכניסה רעש מושרה-גירוי למערכת עצבית אשר עשוי לספק תועלת עיבוד אותות על ידי שינוי האות לרעש דואר יחס 4,8,9. TRNS עשוי בעיקר להגביר אותות חלשים ובכך יכול לייעל את פעילות מוח ספציפי משימה (רעש אנדוגני 9). Anodal tDCS מגדילה רגישה קליפת מוח שמציין שינוי של קצב הירי העצבי הספונטני 10 או מנוע מוגבר עורר פוטנציאל (MEP) אמפליטודות 2 עם האפקטים להאריך ימי משך הגירוי עבור כמה דקות לכמה שעות. עליות ארוכות טווח יעילות הסינפטית המכונית הגברה לטווח ארוכה הם חשבו לתרום למידה וזיכרון. ואכן, anodal tDCS משפר יעילות הסינפטית של סינפסות התנועה בקליפת המוח מופעל שוב ושוב על ידי קלט סינפטי חלש 11. בהתאם, תפקוד מוטורי שיפור / רכישת מיומנות לעתים קרובות מתגלה רק אם גירוי הוא שיתוף מיושם עם אימון מנוע 11 - 13, גם דבר המצביע על שיתוף הפעלה הסינפטי כתנאי מוקדם של תהליך הפעילות תלויה זה. אף על פי כן, סיבתיות בין עליות גרגישות ortical (עלייה בקצב ירי או משרעת MEP) מחד והיעילות הסינפטי משופרת (LTP או פונקציה התנהגותיות כמו למידה מוטורית) ומצד שני לא הודגמה.

NEBS מוחל על הקורטקס המוטורי הראשוני (M1) משכה התעניינות גוברת כמו שיטה יעילה ובטוחה לווסת פונקציה 1 המנוע האנושי. תופעות נוירופיזיולוגיים תוצאת התנהגות יכולות להיות תלויות אסטרטגית הגירוי (למשל, קוטביות tDCS או tRNS), גודל האלקטרודה מונטאז 4 - 6,14,15. מלבד גורמים אנטומיים ופיסיולוגיים נושא-טמון מונטאז האלקטרודה משפיע משמעותי הפצת שדה חשמלית עלול לגרום דפוסים שונים של זרם מתפשטים בתוך הקליפה 16 - 18. בנוסף לעוצמת להחיל הנוכחי בגודל של אלקטרודות קובע את צפיפות זרם נמסר 3. מצרפי אלקטרודה נפוצהמחקרי מערכת המנוע אנושי כוללים (איור 1): 1) anodal tDCS כמו גירוי חד-צדדי M1 עם האנודה ממוקם על M1 ריבית לבין הקתודה ממוקמת על המצח הנגדי; הרעיון הבסיסי של גישה זו היא גברת ביטוי של הרגישות של M1 של עניין 6,13,19 - 22; 2) anodal tDCS כמו גירוי דו צדדי M1 (המכונה גם "bihemispheric" או "כפולה" גירוי) עם האנודה ממוקם על M1 ריבית לבין הקתודה ממוקם על M1 הנגדי 5,6,14,23,24; הרעיון הבסיסי של גישה זו הוא למקסם הטבות גירוי על ידי גברת ביטוי של הרגישות של M1 של עניין תוך downregulating רגיש ב M1 ההפוך (כלומר, אפנון של עיכוב המיספרי בין השניים M1s); 3) עבור tRNS, רק מונטאז גירוי M1 חד-צדדית הנ"ל כבר investigated 4,6; עם רגישות מונטאז זה שיפור ההשפעות של tRNS נמצאו עבור ספקטרום התדרים של 100-640 הרץ 4. הבחירה של אסטרטגית גירוי המוח מונטאז אלקטרודה מייצגת שלב קריטי עבור שימוש יעיל והאמין של NEBS במסגרות קליני או מחקר. הנה שלושה הליכי NEBS מתוארים בפירוט כפי שמוצג במחקרי מערכת מנוע אנושי והיבטי מתודולוגיים מושגית נדונים. חומרים עבור tDCS חד-צדדית או דו-צדדיות tRNS חד-צדדית זהים (איור 2).

איור 1
איור 1. מצרפי אלקטרודה והכיוון הנוכחי לאסטרטגיות NEBS ברורים. (א) גירוי זרם ישר transcranial חד-צדדית anodal (tDCS), האנודה מתמקדת מעל הקורטקס המוטורי הראשוני של ריבית הקתודה ממוקם מעל tהוא נגדי באזור העל-מסלולית. (ב) גירוי דו צדדי הקורטקס המוטורי, האנודה ואת הקתודה ממוקמים בכל רחבי הקורטקס המוטורי אחד. עמדת האנודה קובע את הקורטקס המוטורי של ריבית עבור tDCS anodal. (ג) גירוי רעש אקראי חד-צדדי transcranial (tRNS), אלקטרודה אחד ממוקם מעל הקורטקס המוטורי ואת האלקטרודה האחר על פני שטח על-מסלולית הנגדי. תזרים הזרם בין האלקטרודות הוא מצוין על ידי חץ השחור. האנודה (+, אדום), קטודה (-, כחול), זרם חילופין (+/-, ירוק). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

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

הצהרת אתיקה: מחקרים בבני אדם דורשים הסכמה מדעת בכתב של משתתפים לפני כניסה למחקר. לקבל אישור על ידי ועדת אתיקה הרלוונטית לפני הגיוס של משתתפים. הפכו מחקרים בטוחים נמצאים בהתאם להצהרת הלסינקי. הממצאים דיווח נציג כאן (איור 4) מבוססים על מחקר שבוצע בהתאם להצהרת הלסינקי שתוקן על ידי העצרת הכללית של 59 th WMA, סיאול, אוקטובר 2008 ואושרה על ידי ועדת האתיקה המקומית של אוניברסיטת פרייבורג. כל הנבדקים נתן בכתב הסכמה מדעת לפני הכניסה למחקר 6.

1. הקרנת בטיחות

  1. מסך המשתתף עבור התוויות פוטנציאל גירוי מוחי לא פולשנית 3, למשל., באמצעות שאלונים 25.

2. לוקליזציה הקורטקס המוטורי

  1. אתר את הקורטקס המוטורי ידו של משתתף באחד משני diגישות stinct, על ידי איתור ייצוג המוח של השריר של הריבית על ידי גירוי מגנטי transcranial (TMS) -induced MEP, או על ידי איתור המיקום M1 סטנדרטי (C3 / C4) מבוסס על המערכת הבינלאומית EEG 10/20 עם סרט מדידה 26 .
  2. להקלטת MEP-induced TMS לשאול המשתתף להסיר כל חפץ שעשוי להיות מושפע שדה מגנטי TMS, כולל כרטיסי אשראי, טלפונים ניידים וחפצי מתכת בכלל.
  3. שאל המשתתף לשבת בנוחות.
  4. בדוק חיבורים בין מגבר EMG והמחשב משמש תצורת אות ורכישה כאשר באמצעות ממשק תוכנה.
  5. הפעל את המגבר EMG ולחבר את הכבלים אלקטרודה EMG.
  6. העור של משתתף נקי על ידי שפשוף ברכות עם רסק העור כן באזורים מצד שבו אלקטרודות יוצב. הסרה עודפת עם פד גזה נקיה.
  7. צרף אלקטרודות משטח EMG ב מונטאז בטן-גיד על השריר בידעניין (למשל., החוטף מ pollicis brevis של יד ימין) ולחבר אלקטרודה הקרקע (למשל., על אמת). מטרת המחקר קובעת אילו שרירים ביד להשתמש.
    הערה: אלקטרודות לשימוש חוזר יש צורך למרוח כמות קטנה של רסק מוליך על פני האלקטרודה לפני הצמדתו העור של המשתתף.
  8. (שלב אופציונאלי) הפעל את תוכנת הצריבה לרכישת MEP אם אחסון נתוני MEP הוא רצוי.
  9. בדקו את ערכי עכבת EMG. ודא כי העכבה היא <20 kOhm.
  10. הפעל הממריץ המגנטי לטעון את הקבל על ידי הלחיצה על כפתור "תשלום" המקבילה.
  11. מניחים סליל TMS הספרה שמונה על הקרקפת משתתף על פיסורה המיספרי והעבר אותו לאזור הקורטקס המוטורי (עמדות מסביב C3 / C4 של המערכת הבינלאומית EEG 10/20). החזק את סליל TMS בזווית של 45 o -50 o הפניה אל fissu המיספרהמחדש 27,28, עם ידית אורינטציה לאחור, ייצור תזרים נוכחי קליפת מוח מן אחורי אל קדמי 29.
    הערה: שני סלילי TMS ברורים משמשים לוקליזציה הקורטקס המוטורי: הספרה שמונה או סלילי מעגלית. במידת האפשר, השתמש סליל ספרת שמונה כפי שהוא מספק גירוי מוחי מוקדים יותר 30 ואמין יותר של מדידות של רגישות קליפת מוח 31.
  12. כאשר ממריץ המגנטי טעון (גלוי בתצוגה), פרוק הממריץ או על ידי לחיצה על כפתור ההדק או על ידי דריכה על מתג הרגל או באופן אוטומטי על ידי תוכנה. זה יהיה בהמשך לספק דופק TMS יחיד דרך סליל TMS המחובר הניח על הקרקפת של משתתף. הגדרות ברירת המחדל של הדופק TMS (. למשל, 100 מיקרו-שניות זמן עליה של זמן הדעיכה הנוכחית ו -800 מיקרו-שניות המושרה עבור גירויים monophasic; פעמים ריקבון קצר עבור גירויים biphasic) הן ספציפיות המכשיר (קושחה).
  13. התחל עם עוצמת גירוי נמוכה (למשל., להגדיר את עוצמת פלט 45% באמצעות כפתור בקר עוצמת גירוי על הממריץ) ולצפות עבור חברי פרלמנט אירופיים גלויים על מגבר EMG.
    1. אם לא MEP היא עלייה גלויה עוצמת הגירוי בצעדי 2-5% עד חבר הפרלמנט האירופי נוכח בבירור (למשל., 0.5-1 משרעת mV). חזור על גירוי על ידי הלחיצה על כפתור ההדק או הפעלת מתג הרגל אם לידה דופקת אינה אוטומטית. ליידע את המשתתף כי גירוי יהיה חזק מעט תנועות הגפיים כי, עווית פנים-מהבהבת העין צפויים.
      הערה: הקם מרווח מינימלי של 5 שניות בין פולסים כדי למנוע תופעות גירוי בתדר נמוך על רגישות המוח.
  14. הזז את הסליל רדיאלית ב 1 צעדי סנטימטר סביב אתר המגורה בתחילה למצוא את המקום עם תגובת MEP הגדולה בעקבות היישום של פולסים TMS היחידים. משם, להתחיל שוב הזזת סליל כדי לאבטחאת "נקודה חמה" (באזור של קליפת המוח עם משרעת MEP מקסימלי).
    הערה: שימוש בכובע ראש (. למשל, המשמש סימוני רשת) עבור הליך הלוקליזציה אינו מומלץ שכן הכובע צריך להיות מוסר על מיקום האלקטרודה NEBS ואת מיקום hotspot עלול ללכת לאיבוד.
  15. מנמיכים את עוצמת הגירוי ב כ 2% -steps באמצעות כפתור בקר עוצמת הגירוי על ממריץ (MEP עדיין חייבים להיות נוכחים). זה ימנע אי דיוק עקב גירוי supramaximal. בדוק שוב את הנקודה החמה על ידי הזזת הסליל רדיאלית ב 1 צעדי סנטימטר מסביב hotspot ובדיקת גודל MEP. הנקודה חמה עדיין צריכה מתאימה את המשרעת MEP הגדולה ביותר העקבית.
    הערה: שאל המשתתף לכווץ את השריר מרצון של עניין אם hotspot קשה למצוא (. למשל, אין לו הווה MEP בעצימויות גבוהות גירוי). בעשותם כך, עוצמת הגירוי הדרוש כדי לעורר MEP הוא ירדוזה עשוי להיות קל יותר לזהות אתרי גירוי קליפת מוח רלוונטי. אם שיטה זו משמשת, לשאול המשתתף להרפות את השריר לאחר מציאת אתר גירוי רלוונטי ולהתאים עוצמת גירוי כך ניתן למצוא חברי פרלמנט אירופיים אמינים כאשר השריר נמצא במנוחה. המשך כדי למצוא את הנקודות החמות.
  16. סמן את מיקום hotspot וכיוון סליל עם סמן עור שאינו קבוע.
  17. עבור גירוי דו צדדי M1, חזור על שלבים 2.11 כדי 2.16 על אותו איבר הנגדי.

3. הכנת אלקטרודה NEBS

  1. ולחבר את הכבלים אלקטרודות גומי, ולמקם את האלקטרודות בתוך שקיות הספוגות. ודא גודל אלקטרודה וגודל תיק איפור לעשות התאמה. חומרים זמינים מסחרית בגדלים סטנדרטיים (למשל., 5x5 ס"מ 2, 5x7 ס"מ 2).
  2. משרי שקיות ספוגות משני צדדים עם פתרון NaCl איזוטוני, אך להימנע השריה מוגזמת למנוע גשרי מלח או מטפטפת על המתנדבים.
    1. שלב זה הוא optional: כדי למנוע דליפה של פתרון NaCl בעת שימוש בתחבושות במקום גומיות, למקם את האלקטרודות ושקיות ספוג בתוך מכסה ספוג גומי שאינו מוליך.
      הערה: לחלופין, לכסות את האלקטרודה גומי עם רסק מוליך והניח אותם ישירות על ראשו של המשתתף, כלומר, לא באמצעות שקיות ספוגות או מכסה ספוג גומי.

4. מיקום האלקטרודה NEBS (איור 1)

  1. מצא ראש סימון (ים) המציין את hotspot התנועה בקליפת המוח להפריד את השיער מסביב לאזור.
  2. כדי לשפר את המוליכות לנקות את העור לפני המיקום האלקטרודה על ידי לשפשף את אזור העור בעדינות סביב הסימנים על הראש עם ספוגית ספוגה 40-50% אלכוהול או עור כנה דבק. אין לגרד את העור! הסרה עודפת עם ספוגית ואזור נקי שוב עם פתרון NaCl איזוטוני. יבש את האזור לאחר מכן.
    הערה: ודא ראש סימון (ים) נשארים גלויים; להעיר במידת הצורך. מניח אלקטרודה אחת בעקבות ראש הסימון עבור M1 עניין (נגדי מצד בעלי העניין). תביא את הספוג ככל האפשר במגע ישיר עם העור. מניחים את הכבלים אלקטרודה לכיוון גב של המשתתף כדי למנוע הפרעה במהלך הגירוי ו / או ביצוע המשימה וכדי להקל חיבור למכשיר NEBS.
    הערה: השיער מתחת אלקטרודה צריך לקבל לחה. במקרה של הרטבת שיער מוגברת, להשתמש במגבות נייר או יד כדי לספוג את העודף.
    ההערה: anodal tDCS, האלקטרודה הדגש על הנקודה החמה קליפת המוח המוטורי של עניין (הגידול של הרגישות הוא רצוי) תואם את האנודה, בדרך כלל מחוברת לכבל האדום. הקתודה (בדרך כלל מחובר לכבל שחור או כחול) מושמת על אזור supraorbital ההפך או M1 (ראה להלן). כמקובל, המיקום האלקטרודה הוא זהה עבור tRNS, למרות בפרוטוקול הקלסי אין סגולי קוטבי בשל curren לסירוגיןזרימת t. מיקום ספציפי עשוי להיות חשוב אם הגדרות הגירוי כולל גירוי לקזז.
  3. על המקום גירוי חד-צדדית M1 האלקטרודה השנייה (עבור anodal tDCS: הקתודה) מעל האזור העל-מסלולית הנגדי (המקביל ל האלקטרודה FP2 במערכת הבינלאומית EEG 10/20). ודא שכבל מכוון לכיוון גב המשתתף.
  4. עבור גירוי דו צדדי M1 לדלג על שלב 4.4. מניחים את האלקטרודה השנייה (עבור anodal tDCS: הקתודה) על M1 מול בעקבות הראש סימון ipsilateral אל איבר השתמשו במחקר. ודא שכבל מכוון לכיוון גב המשתתף.
  5. מכסים את הראש פעמיים עם תחבושת אלסטית מעגלית בכיוון מדיו-לטרלית למרכז לייצב את האלקטרודה M1, ולאחר מכן להשתמש בתחבושת הנותרים כדי לכסות את הראש מעגלית בכיוון הקדמי, האחורי לייצב אלקטרודות שניהם.
  6. השתמש בסרט דבק כדי לתקן סוף bandagדואר.
  7. הדק כבלים עם סרט דביק על צוואר או החולצה של משתתף.
  8. חבר כבלי האלקטרודה למכשיר NEBS.

איור 2
חומרי איור 2. השתמשו בפרוטוקולי NEBS. חומרים קונבנציונליים המשמשים פרוטוקולי גירוי מוחים חשמל פולשני כוללים מכשיר NEBS, כבלי אלקטרודה, אלקטרודות גומי מוליך, שקיות ספוגות מחוררות, כיסוי ספוג גומי (אופציונאלי), פתרון NaCl איזוטוני ותחבושות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

גירוי 5.

  1. הפעל את מכשיר NEBS.
  2. התאם את הגדרות המכשיר NEBS לגבי סוג גירוי (tDCS או tRNS), עוצמה (למשל., 1 מילי-אמפר, 1.5 מילי-אמפר או 2 mA), משך (למשל., 10-40 מ 'ב), ramping למעלה ולמטה (הזמן בין תחילת הגירוי בעוצמה מקסימלית, בדרך כלל 8-15 שניות), וגורמים נוספים הקשורים סוג גירוי (למשל, תדירות ספקטרום עבור tRNS).
    הערה: כמקובל, גירוי מזויף כולל ramping מיד ואחריו ramping למטה. בהתאם לכך, המשתתף מקבל תחושה של גירוי אך משך הגירוי אינו מספיק כדי להפעיל השפעה מתמשכת על תפקוד המוח. התקנים מסוימים NEBS כוללים מצב מחקר המאפשר מסנוור של משתתף וחוקר ידי הזנת קוד נושא מסוים מחקר. הקוד קובע הגדרות גירוי באופן אוטומטי. לחלופין, הנסיין שני רשאי לקבוע את הגדרות גירוי בכל פגישה ולכסות את תצוגת מהנסיין ביצוע הגירוי.
  3. יידע את המשתתף על תופעות לוואי פוטנציאליות הקשורות NEBS. תופעות לוואי נפוצות כוללים עור גירוד / עקצוץ או צריבה בלתי תחושהderneath האלקטרודות, כאבי ראש, ואי נוחות 32. תחושת צריבה עשויה להיות סימן של קשר אלקטרודה עני עם עור.
  4. הפעל את הגירוי.
    הערה: משך גירוי נפוץ נמשך כ 10-20 דקות על בסיס דוחות חוקר שינויים על רגישות קליפת מוח (ראו סעיף תוצאות נציג). מבחינה אמפירית, משך הגירוי המקסימלי נקבע ל -40 דק '3.
  5. בדוק להמשכיות של גירוי במהלך ramping את וגירוי. אם העכבה הוא גבוהה מדי או אלקטרודות נמצאות בקשר רע עם העור, הגירוי רשאי לסיים באופן אוטומטי.
    הערה: במידת העכבה גבוהה מדי או דוחות משתתפים נוחות גוברת והולכים במהלך הגירוי לנסות להקטין עכבה ידי, למשל, טוב יותר fixating האלקטרודות באתרי הגירוי או הוספת בינוני מוליך. הפתרון NaCl ניתן להוסיף באמצעות מזרק ישירות ספוג לאחר o המיקום שלהםn הראש.
    הערה: מטעמי בטיחות התקנים מסוימים לדווח העכבה לאורך כל הגירוי. מכשיר NEBS עשוי לכבות אם העכבה מגיעה לסף מסוים (למשל., 55 kOhms).
  6. אם NEBS הוא שיתוף מיושם עם ביצוע של משימת מנוע, הפעל את הבדיקות / אימון לאחר גירוי העלאת המדרגה מעלה המשתתף מרגיש בנוח עם גירוי. במקרה המחקר אינו כולל משימת מנוע בזמן גירוי, לוודא המשתתף נשאר בישיבה ו ער במהלך תקופת הגירוי, ולחכות עד הגירוי נגמר.
  7. בדוק עם משתתף אחר תופעות לוואי של גירוי, למשל., בין היתר בחלוקת שאלון סטנדרטי 32 או ישירות לשאול המשתתף. במקרה של מחקרים כולל ימים מרובים של גירוי, לשים לב לתופעות לוואי אפשרי בין ימים.
    הערה: הערכת יעילות מסנוורת, לשאול המשתתף לאחר כל sessio גירויn לנחש איזה סוג הגירוי (דמה / מצב) המשתתף עבר. אם הנסיין הוא עיוור גם, הנסיין יכול גם לציין הניחוש שלו לגבי סוג הגירוי של משתתף. השוואת תשובות עם סוג הגירוי בפועל לאמת שיעור ניחושים נכונים 33.
  8. לחטא אלקטרודות וספוגים עם חומרים שאינם מסוכנים כגון אלכוהול 40-50%. לשטוף ביסודיות במים לאחר מכן. בואו חומרים יבשים לפני האחסון.

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

כדי לחקור את ההשפעות של NEBS על מערכת המנוע האנושית חשוב לשקול מדדי תוצאה מתאימות. אחד היתרונות של מערכת התנועה הוא הנגישות של ייצוגים קליפת המוח על ידי כלים אלקטרו. מנוע פוטנציאלים מעוררים משמשים לעתים קרובות כאינדיקטור רגישות קליפת המוח המוטורי. לאחר יישום של 9 דקות או יותר של anodal tDCS בצפיפות הנוכחי של 29 מיקרו-אמפר / 2 ס"מ, רגישות קליפת המוח המוטורי הוא גדל במשך 30 דקות לפחות ברוב המכריע של מתנדבים בריאים 19,21,22 (ראה גם איור 3). Cathodal tDCS בעיקר גורם ההפך (רגישות-ופוחת) או אין השפעה 19,22. עם זאת, כפי שפורט לאחרונה 22, ישן שונה כמה בכיוון התגובה, עם כמה נושאים מראים את הכיוון ההפוך של אפקט עבור anodal ו tDCS cathodal. זו צריכה להילקח בחשבון לצורך חישובי גודל מדגםבמחקרים שנערכו NEBS. מעניין לציין, כי שינויים דומים רגישות M1 נמצאו לאחר tDCS חד-הצדדי ודו-צדדי 5,23 והפעילות מוטוריות פשוטה השתפרה באופן דומה ישירות אחרי כל סוג גירוי 5. לכן זה נמצא בהליכי חקירה אם בתקנת למטה נוספת של הרגישות של M1 הנגדי באמצעות מונטאז M1 הבילטרליים מפעילה יתרונות ספציפיים התנהגות מוטורית (ראה להלן). לעומת זאת, המנוחה המדינה fMRI הצביעו שינויים ברשת שונים בקליפת המוח בבירור: tDCS הבילטרליים מודולציה קישוריות תפקודית במנוע ראשוניים ומשניים ובאזורים הקדם חזיתית, תוך tDCS חד-צדדית מודולציה קישוריות תפקודית הפרה-פרונטלי, הקודקודית ואזורי המוח הקטן 34.

tRNS עתה פתח לאחרונה ככלי לווסת קליפת המוח רגיש 4. בשל tRNS זרם חילופין מוחל בלי סגולי קוטבי (כל עוד ישלא מקוזז של עוצמת הגירוי). עם זאת, יעילות של tRNS נראית תלויה ספקטרום הרעש מיושם, עם תדרים גבוהים (100-640 הרץ) שהראו השפעות חזקות יותר מאשר תדרים נמוכים (<100 הרץ) 4. כאשר ישירות לעומת tDCS anodal חד-צדדית, עלייה דומה אך מעט לאורך זמן רב יותר של רגישות M1 (נמדד על ידי שינויים משרעת MEP) נמצאה לאחר tRNS חד-צדדית (איור 3).

איור 3
איור 3. כמובן זמן של רגישות קליפת המוח המוטורי לאחר אסטרטגיות NEBS שונים. משרעת MEP מוצג כפונקציה של זמן לפני ואחרי 10 דקות של גירוי ישיר transcranial חד-צדדית anodal (tDCS) או רעש גרייה אקראית transcranial (tRNS) להחיל בפריימריז הקורטקס המוטורי בצפיפות הנוכחי של 29 מיקרו-אמפר / 2 ס"מ (1 mA / 35 ס"מ 2). שגיאת ברי indicatדואר סטיית התקן. שים לב tRNS מפעיל השפעות דומות על רגישות התנועה בקליפת המוח לעומת anodal tDCS. תשואות משרעת MEP לרמות הבסיס לאחר כ 50 דקות עבור anodal tDCS ואחרי 90 דקות עבור tRNS. מ Terney et al. (2008) 4 באישורו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

למרות ההטרוגניות של עיצובי מחקר, תפיסה משותפת מתחילה להתפתח ממחקרי NEBS לבדיקת השפעות של tDCS ו tRNS על תפקוד מוטורי: NEBS משפיע על ביצועי מנוע או מיומנויות כאשר מיושמים בו זמנית עם / בדיקות אימון. Anodal tDCS ו tRNS מיושמים כמו גירוי חד-צדדי M1 או tDCS anodal מיושם כמו גירוי דו צד M1 במהלך אימון כל הוצגו לשפר רצף מנוע מרומז למידת 4,35 - 38 על Reacti סדרבזמן משימה 39. באופן דומה, tDCS anodal חד-צדדית מיושם במהלך אימון המנוע הוצג להגדיל את שיעור הלמידה פרדיגמה למידה מוטורית מפורשת 40. עם זאת, השפעות של גירוי cathodal על למידה מוטורית סמויה וגלויה נראות שונה: בעוד tDCS cathodal במהלך אימון לא השפיע רצף משמעותי למידה במהלך למידה מוטורית משתמעת 35, נמסר להשפיע מנוע מפורש לשלילה למידת 40. הסיבות לפערים אלה זקוקים לחקירה נוספת.

בחקירות קודמות התמקדות מיומנות מוטורית מורכבת יותר למידה לאורך tDCS anodal מספר ימים מיושם כמו גירוי חד-צדדי M1 במהלך אימון מיומנות visuomotor משופרת באופן משמעותי למידה 13,20. מיומנות נקבעה על ידי שינויי דיוק תנועה כפונקציה של מהירות תנועה (כלומר, המהירות-הדיוק-tradeoff). באופן מפתיע, ב השוואה ישירה של מצרפי אלקטרודה וסוגי גירוי, הן חד-צדדיים ודו-צדדי M1 anodal tDCS וחד צדדי tRNS כל המיומנות משפרת את הלמידה על התחקות מילה ואות visuomotor משימה 6 (איור 4 א). לגבי המנגנונים, הוא כרגע לא ידוע אם tDCS ו tRNS לפעול בהתאם לאותה מנגנוני הפעולה. עם זאת, את מהלך הזמן של רווחים מיומנים בתוך מושב שונה בבירור בין tDCS ו tRNS: tDCS חד-הצדדי מופעל השפעות משמעותיות על רווחים מיומנים מייד לאחר הגירוי נכתב. לעומת זאת, tDCS ו tRNS הבילטרליים משופרים לאט רווחים מיומנים במהלך הפגישות (איור 4B). סטייה זו מצביעה על אינטראקציות ספציפיות זמנית בין סוג NEBS ותהליך למידה מוטורית. זה אמור להיות מובא בחשבון בעת ​​בחירת סוגי גירוי לחקירות העתיד של מערכת התנועה בנבדקים בריאים כמו גם בחולים עם הפרעות נוירולוגיות.

igure 4 "src =" / files / ftp_upload / 53,367 / 53367fig4.jpg "/>
שיפור איור 4. מיומנויות מוטוריות בהכשרתו הגדלה ידי אסטרטגיות NEBS שונות. (א) שינויים מיומנים מוטורי במהלך שלושה ימים של אימונים מנועים לכל קבוצת גירוי. מיומנות מגבירה באופן משמעותי לאורך זמן בקבוצת ביקורת הגירוי המזויף והוא augmented עוד יותר על ידי כל אסטרטגית NEBS. (ב) עלילת פיזור מרכיבי משנה של למידה מוטורית. כל קבוצות הגירוי להציג למידה מוטורית הכוללת גדולה משמעותי בהשוואה לקבוצת ביקורת הגירוי מזויפת. רק גירוי זרם ישר חד-צדדי anodal transcranial (tDCS) מגלה תופעות מיידיות טובות יותר על למידה מוטורית -. כלומר, שינויים ראשוניים מיומן לאחר תחילתה של גירוי, לעומת קבוצת ביקורת דמה וגירוי רעש אקראי transcranial (tRNS). DC: M1-SO = tDCS חד-צדדי. DC: M1-M1 = tDCS בין שתי המדינות. RN: M1-SO = tRNS חד-צדדי. * P <0.05, ** p <0.01. ברי שגיאה = סטיית התקן של ממוצע. מ פריצ'ארד et al. (2014) 6 באישורו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

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

פרוטוקול זה מתאר חומרים טיפוסיים צעדים פרוצדורליים עבור אפנון של תפקוד מוטורי יד ומיומנות למידה באמצעות NEBS, גירוי חד-צדדי ודו-צדדי M1 במיוחד עבור anodal tDCS, ו tRNS חד-צדדי. לפני בחירת פרוטוקול NEBS מסוים למחקר מערכת מנוע אנושי, למשל., בהקשר של למידה מוטורית, היבטים מתודולוגיים (בטיחות, סבילות, מסנוור) וכן היבטים מושגיים (מונטאז 'או סוג נוכחי השפעות ספציפיות על אזור במוח מסוים) צריך להילקח בחשבון. יתרונות ומגבלות של שלוש האסטרטגיות מוצגים בלוח 1.

סוג NEBS יתרון הַגבָּלָה
המשותף anodal tDCS ו tRNS כַּסֶפֶת
זוֹל
קל לנהל
להאריך ימים השפעה על corticaרגישות l (עד 90 דקות)
שיפור התפקוד המוטורי ואת מיומנות מוטורית למידה במקצועות בריאים וחולים עם גירעונות מנוע
focality פונקציונלית הוא הגיע על ידי שילוב של NEBS עם משימה מסוימת
focality גירוי המבני מוגבל ומוגדר על-ידי גודל האלקטרודה מונטאז
אלקטרודות גדולה יותר עשויה לעורר אזורים בקליפת המוח סמוך M1 עניין
גירוי M1 חד-צדדי
(tDCS)
קוטביויות סגוליות (כיוון שינוי הרגיש ב- M1 של עניין ניתן לבחור) קבלת אלקטרודה (קטודה) היא אלקטרודה פעיל יכול להפעיל השפעה מבלבלת על אזור המוח הבסיסי
משתתף קשה מסנוור בעוצמות גירוי גבוה (> צפיפות זרם 40 מיקרו-אמפר / 2 ס"מ, למשל.,> 1 mA / 25 ס"מ 2)
גירוי M1 בילטראליים
קוטביויות סגוליות (כיוון שינוי הרגיש ב- M1 של עניין ניתן לבחור)
אפנון מבוטא של חיבור המיספרי בנוסף גידול הרגיש של M1 של עניין (רצוי הפחתת השפעה על היפך M1)
משתתף קשה מסנוור בעוצמות גירוי גבוה (> צפיפות זרם 40 מיקרו-אמפר / 2 ס"מ, למשל.,> 1 mA / 25 ס"מ 2)
סיכון גבוה יותר של הסטה הנוכחית בשל קרבה של האלקטרודות
גירוי M1 חד-צדדי
(tRNS)
לפחות תופעות לוואי
משופר משתתף מסנוור
אין-סגולי קוטבי
השפעות על רגישות ועל התנהגות מוטורית הם חזקות יותר ב ספקטרום תדרים גבוהים (100-640 הרץ)

NEBS, לא פולשנית גירוי מוחי חשמל; M1, הקורטקס המוטורי הראשוני; tDCS, s זרם ישר transcranialtimulation; tRNS, גירוי רעש אקראי transcranial

טבלה 1: יתרונות ומגבלות של tDCS ו tRNS.

מבחינה מתודולוגית של נושאים דעה צריך תמיד להיות מוקרן ביסודיות עבור התוויות עבור NEBS 3,41 באמצעות שאלונים או ראיונות סטנדרטיים (למשל., קיל et al., 2001 25). אלה אינם שונים בין tDCS ו tRNS. תוויות המוחלטות NEBS כוללות: 1) עיוות גולגולת, למשל, עקב שבר, מכיוון שהוא עלול להשפיע זרם ולקדם תופעות לוואי בלתי צפויות;. 2) מושתל מכשור רפואי, למשל, ממריץ שתל ומוח שבלול, כמו NEBS עלול להשפיע לרעה בתפקוד המכשיר רפואי. לשימושם של TMS (למשל. עבור לוקליזציה הקורטקס המוטורי (ראה שלב פרוטוקול 2)) אובייקטים פרומגנטי באזור ראש / צוואר, (למשל., רסיסים, מהדקים כירורגיים) גם מייצגים קונטרה מוחלטת, כמו אלה אובייקטים ניתן נקע על ידי השדה המגנטי להוות סיכון עבור המשתתף. קריטריוני הדרה נוספים הם אופציונליים ותלויים מטרות המחקר. התוויות נוספות נפוצות כוללות: 1) גיל מעל בן 85; 2) הריון; 3) היסטוריה של הפרעות עור כרונית (בעיקר לגבי הראש); 4) תופעות לוואי פרוטוקולי גירוי מוחיים קודמים; 5) היסטוריה של כאבי ראש תכופים או חמור, למשל, מיגרנה.; 6) היסטוריה של התקפים אפילפטיים; קוצב לב ו -7). למזמינים לקוצב מרחק בטיחות מינימלי של 10 ס"מ צריך להישמר בין האתר גירוי הקוצב כדי למנוע הפרעה בתפקוד שלה.

נושאים לא צריכים להיות מגורה אם בכלל של התוויות המוחלטות ליישם. מטעמי בטיחות המכשיר NEBS צריך תפוקה מקסימלית בטווח mA, צריך להיות מונחת סוללה ולא אמור לשמש כשהמטען מחובר לשקע חשמל. כאשר מוחל לכל פרוטוקול, tDCS ו tRNS הם בדרך כלל גם לאolerated 32. תופעות לוואי של הגירוי עשויות לכלול עקצוץ, תחושת עקצוץ, וכאב הראש להאריך ימי משך הגירוי או מפעילת התקפי מיגרנה. עם זאת, מן הפגישות 16.000 tDCS מוערך (כולל פגישות מרובות רציפים) לא tDCS חמור תופעות לוואי דווחו (Bikson מ ', תקשורת אישית, 2015; מטא-אנליזה בהכנה). תופעות לוואי ניתן למזער על ידי הכנת אלקטרודה לגירוי זהירה ושם. זה כולל: בדיקת 1. עור עבור נגעים, 2. החלת הגירוי באמצעות מדיום מוליך כמו אלקטרודות גומי מכוסים להדביק מוליך או בספוגים ספוגים מי מלח, 3. Fading פנימה והחוצה הגירוי (משך זמן ארוך יותר של ramping מעלה ramping למטה (למשל., 15 שניות) קשור פחות תופעות לוואי), ובקרת עכבה 4.. משתתפים בדרך כלל להרגיל תחושות העור מתחת אלקטרודות זמן קצר לאחר ramping את הגירוי. עם tRNS בתחושות עור ברוב המקרים הם פחות או בכלל לא כל נתפס לעומת tDCS (וכתוצאה מכך, שיעור דומה של ניחוש מצב נכון עבור זיוף ו tRNS לעומת שיעור גבוה יותר של ניחוש מצב נכון עם tDCS) 6. זה עשוי להיות יתרון עבור מחקרים שבם מסנוור אופטימלי של משתתפים הוא חיוני. עם זאת, ברוב המכריע של המשתתפים במחקרים הסתנוורו בהצלחה בין tDCS אמיתי אחיזת עיניים, לפחות עם נמוך לעוצמות בינוני גירוי 32,42. זהו כנראה עקב היישום של ramping קצר מעלה ומטה במשך כמה שניות במצב הדמה, הגורם תחושת עקצוץ 42 אבל כנראה לא לשנות את תפקוד 2 קליפת המוח. שימוש במצב בלוף "פעיל" זה מעורר את תחושת העקצוצים ובאופן אוטומטי מכבת גירוי לאחר כמה שניות עלולה להיות שיטה מעולה עבור מסנוור הן משתתפות וחוקרים לעומת פשוט למקם את האלקטרודות על הראש של המשתתף ולא החל מכשיר NEBS .

t "> עבור השוואה של פרסומים המצביע על צפיפות הזרם, גודל האלקטרודה (כלומר., מתמקד באזור), מיקום האלקטרודה, מצע מוליך בין האלקטרודה ועור, משך עבור ramping למעלה ולמטה, משך גירוי ותופעות לוואי. יצוין כי ההכרזה של עוצמת הגירוי לבדו אינו מספיק כדי להעריך את צפיפות זרם נמסר למשתתף. לצורך חישוב צפיפות זרם לחלק את עוצמת הגירוי (למשל., 1 מילי-אמפר, 1.5 מילי-אמפר, 2 mA) ע"י השטח מגורה. למשל, אם עוצמת הגירוי הוא 1mA ואת גודל אלקטרודה הוא 16 ס"מ 2 צפיפות זרם המשוער הוא 0.0625 mA / 2 ס"מ (כלומר., 1 mA / 16 ס"מ 2 או 62.5 מיקרו-אמפר / 2 ס"מ).

מבחינה קונספטואלית, כמה אזורים בקליפת המוח של מערכת תנועה נגישות באמצעות NEBS, במישרין אם האזור הוא קרוב לפני שטח של קליפת המוח או באמצעות אפקטי רשת מרוחקים 43,44 26. באמצעות טכניקה זו האחרונה משתתפת בריא היא מהירה וקלה יותר בהשוואה לשימוש חברי פרלמנט אירופאי TMS-induced, אבל TMS מספק דיוק מעולה למקם את ייצוג תנועה בקליפת המוח הבודד של עניין. בעוד הצורך או התועלת פונקציונלי משימוש hotspot TMS לעומת מערכת 10/20 הוא לא הוכח עדיין, חברי הפרלמנט האירופי המושרה TMS להפגין יושרה תפקודית של M1 ואת דרכי פירמידה. עבור חולים עם פגיעה מוחית (כגון שבץ) חברי פרלמנט אירופאי מושרה TMS ולכן משמש מועדף לאתר את ייצוג התנועה בקליפת המוח כפי שהוא עשוי להיות מוזז בעיקר בשל גודל נגע ומיקומו, ואזורים מוטוריים משני עשויים ליצור את הפלט תנועתי.

גודל או מונטאז אלקטרודה NEBS עשוי להשפיע אזורים בקליפת המוח הסמוכים לאזור של עניין, וכתוצאה מכך focality מוגבל של גירוי עצמו 46,47. עם זאת, focality הפונקציונלי מתקבל על ידי הפעלה ספציפית משימה של סינפסות בפרט 11 או לרשתות אליהן נוספו על ידי שילוב משימה / אימון עם גירוי יכול להיות יותר מכריע 46: מצד אחד, מחקרי הדמיה תפקודי חשפו שינויי הרשת שונה לאחר חד-צדדית מול tDCS הבילטרליים M1, או tDCS לעומת tRNS, בהתאמה 14,15. . מצד שני, ההשפעה נטו של anodal tDCS ו tRNS על התנהגות המנוע, למשל, למידה, נראה דומה: בהתבסס על כמה חקירות עם השוואה ישירה של / מונטאז סוג גירוי, אפשר לטעון עבור השפעות חיוביות על התפקוד המוטורי כל עוד הנגדי M1 אל היד נבדק מוכוון NEBS(במקרה של tDCS עם anodal גירוי 4 - 6).

רוב התופעות התנהגותיות החזקות נמצאים בדרך כלל כאשר ביצוע גירוי משימה או הכשרה מתבצע 13 בו זמנית. תוצאות לא עקביות דווחו עבור NEBS ומשימות להחיל ברציפות 1. מצרפי אלקטרודה אחרים כגון tDCS בהבחנה גבוהה שפותח לאחרונה עלולים להגביר גירוי focality 48,49 אך דורשים חקירה בעתיד באשר להשלכות התנהגותיות. מחקרים מבוקרים להערכת השפעות tRNS על שיקום מנוע שבץ ולמידה, כמו גם מחקרים השוואתיים של אסטרטגיות NEBS ברורים באוכלוסיות מטופלים חסרים במידה רבה. מחקרים עתידיים עם NEBS של מערכת התנועה האנושית נחוצים להבנה טובה יותר של הבטחות ואת החסרונות של NEBS ביישומים קליניים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים אין לי מה לחשוף.

Acknowledgments

MC ו- JR נתמכים על ידי קרן המחקר הגרמנית (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).
מצרפי גירוי מוחי חשמל לא פולשני אפנון של תפקוד האדם מוטורי
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