Summary
Nous démontrons des protocoles pour la modulation (tDCS, HD-tDCS) et la cartographie (TMS robotique) du cortex moteur chez les enfants.
Abstract
Cartographier le cortex moteur avec la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a le potentiel d'interroger la physiologie et la plasticité du cortex moteur, mais comporte des défis uniques chez les enfants. De même, la stimulation transcrânienne à courant direct (TDCS) peut améliorer l'apprentissage moteur chez les adultes, mais n'a été appliquée que récemment aux enfants. L'utilisation du TDCS et des techniques émergentes comme le TDCS haute définition (HD-tDCS) exigent des considérations méthodologiques spéciales dans le cerveau en développement. La cartographie motrice robotique tMS peut conférer des avantages uniques pour la cartographie, en particulier dans le cerveau en développement. Ici, nous visons à fournir une approche pratique et standardisée pour deux méthodes intégrées capables d'explorer simultanément la modulation du cortex moteur et les cartes motrices chez les enfants. Tout d'abord, nous décrivons un protocole pour la cartographie robotique du moteur TMS. Individualisées, les grilles 12x12 orsurisées et IRM centrées sur le cortex moteur guident un robot pour administrer le TMS à impulsion unique. Les amplitudes moyennes du moteur évoqué (MEP) par point de grille sont utilisées pour générer des cartes motrices 3D des muscles de la main individuels avec des résultats tels que la zone cartographique, le volume et le centre de gravité. Des outils pour mesurer la sécurité et la tolérabilité des deux méthodes sont également inclus. Deuxièmement, nous décrivons l'application de tDCS et hD-tDCS pour moduler le cortex moteur et l'apprentissage moteur. Un paradigme de formation expérimentale et des résultats d'échantillon sont décrits. Ces méthodes feront progresser l'application de la stimulation cérébrale non invasive chez les enfants.
Introduction
La stimulation cérébrale non invasive peut à la fois mesurer et moduler la fonction cérébrale humaine1,2. La cible la plus commune a été le cortex moteur, en partie à cause d'une sortie biologique immédiate et mesurable (potentiel séquestré) mais aussi de la forte prévalence des maladies neurologiques entraînant un dysfonctionnement et une incapacité du système moteur. Cette lourde charge mondiale de morbidité comprend une forte proportion de maladies affectant des enfants tels que la paralysie cérébrale, la principale cause d'invalidité à vie affectant quelque 17 millions de personnes dans le monde3. Malgré cette pertinence clinique et les capacités diverses et croissantes des technologies de neurostimulation, les applications dans le cerveau en développement commencent à peine à être définies4. Une caractérisation améliorée des méthodes de stimulation cérébrale non invasives existantes et émergentes chez les enfants est nécessaire pour faire progresser les applications dans le cerveau en développement.
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est un outil neurophysiologique bien établi qui est de plus en plus utilisé pour son profil de sécurité non invasif, indolore, bien toléré et de sécurité chez les adultes. L'expérience des SMT chez les enfants est relativement limitée, mais en constante augmentation. TMS fournit des champs magnétiques pour induire l'activation régionale des populations neuronales corticales dans le cerveau avec des sorties nettes reflétées dans le moteur musculaire cible évoqué potentiels (MEP). L'application systématique du TMS à impulsion unique peut définir des cartes du cortex moteur in vivo. Les études sur les animaux séminales5 et les études sur le SMT humain 6 ont montré comment les cartes motrices peuvent aider à éclairer les mécanismes de neuroplasticité corticale. La cartographie motrice naviguée est une technique de TMS qui est employée pour cartographier le cortex moteur humain pour interroger les régions corticales fonctionnelles. Des changements dans la carte moteur ont été associés aux changements en plastique du système moteur humain7. Les progrès récents de la technologie tMS robotique ont apporté de nouvelles possibilités d'améliorer l'efficacité et la précision de la cartographie motrice. Notre groupe a récemment démontré que la cartographie robotisée du moteur TMS est faisable, efficace et bien tolérée chez les enfants8.
La stimulation transcrânienne à courant direct (TDCS) est une forme de stimulation cérébrale non invasive qui peut modifier l'excitabilité corticale et moduler les comportements humains. Il y a eu une multitude d'études examinant l'effet du TDCS chez les adultes (10 000 sujets), mais moins de 2 % des études se sont concentrées sur le cerveau en développement9. La traduction des preuves adultes aux applications pédiatriques est complexe, et des protocoles modifiés sont nécessaires en raison des différences complexes chez les enfants. Par exemple, nous et d'autres avons montré que les enfants connaissent des champs électriques plus grands et plus forts par rapport aux adultes10,11. La normalisation des méthodes de TDCS chez les enfants est importante pour assurer une application sûre et cohérente, améliorer la réplication et faire progresser le domaine. L'expérience de la modulation d'apprentissage moteur tDCS chez les enfants est limitée mais augmentede 12. Les applications translationnelles du TDCS à des populations spécifiques de paralysie cérébrale progressent vers des essais cliniques de phase tardive13. Les efforts en faveur d'une stimulation plus focale appliquée par le biais de tDCS haute définition (HD-tDCS) vient tout juste d'être étudié pour la première fois chez les enfantsde 14ans. Nous avons démontré que HD-tDCS produit des améliorations semblables dans l'apprentissage moteur que tDCS conventionnels chez les enfants en bonne santé14. La description des méthodes HD-tDCS permettra la réplication et d'autres applications de tels protocoles chez les enfants.
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Protocol
Toutes les méthodes décrites dans ce protocole ont été approuvées par le Joint Health Research Ethics Board de l'Université de Calgary (REB16-2474). Le protocole est décrit à la figure 1.
1. Contre-indications non invasives de stimulation cérébrale
- Examinez tous les participants pour les contre-indications pour tMS15 et tDCS1 avant le recrutement.
2. Cartographie motrice de stimulation magnétique transcrânienne
- Préparation de l'IRM pour le SMT navigué
- Obtenir l'IRM structurelle de chaque participant (T1). Si une IRM est impossible à obtenir, utilisez un modèle d'IRM de l'Institut neurologique de Montréal.
- Importer le fichier IRM en format DICOM ou NIFTI vers le logiciel de neuronavigation (voir Tableau des matériaux).
- Trajectoires cibles TMS
- Utilisez le logiciel de neuronavigation pour reconstruire Skin et Full Brain Curvilinear à l'aide des onglets.
- Sélectionnez New, Skin, et Compute Skin. Assurez-vous que le nez et le haut de la tête sont inclus.
- Sélectionnez Nouveau, et Full Brain Curvilinear. Enfermer la boîte de sélection verte à l'extérieur du cerveau, mais à l'intérieur du crâne. Sélectionnez Compute Curvilinear. Ajuster la profondeur de la pelure à 4,0-6,0 mm.
- Sélectionnez Configurez les repères. Placez quatre repères à la pointe du nez, la nasion, et les encoches des deux oreilles de la peau reconstruite. Nommez les repères correspondant à leur anatomie.
- Sélectionnez l'onglet Cibles pour afficher le cerveau curviligne. Sélectionnez Nouveau, et Rectangular Grid. Placez des grilles de coordonnées uniformes de 12 x 12 avec un espacement de 7 mm à la surface du cerveau reconstruit au-dessus de la « poignée de main » du cortex moteur (gyrus précentral)17.
- Utilisez l'outil de positionnement cible sur la droite pour optimiser le positionnement de la grille pour la rotation, l'inclinaison et la courbure. Convertissez les points de grille en trajectoires qui guideront le robot pour positionner la bobine TMS. Ajustez l'angle des trajectoires de sorte qu'elles sont à 45 degrés de la fissure longitudinale du cerveau.
- Utilisez l'outil SNAP pour extrapoler et optimiser les trajectoires vers le cerveau curviligne.
- Initialiser et positionner le bras et le siège du robot TMS pour accueillir la position et calibrer le capteur de plaque de force à l'aide du test du capteur deforce.
- Préparation du participant à la cartographie motrice
- Demandez aux participants de remplir un questionnaire de sécurité18.
- Une fois que les participants se sont assis confortablement dans la chaise robotisée, ajustez le dossier et le dossier. Assurez-vous que leurs pieds sont soutenus. Soutenez leurs bras et leurs mains avec des oreillers pour vous assurer que leurs mains sont en position de repos pendant toute la durée de la séance de cartographie.
REMARQUE : Les enfants et les adolescents auront besoin de rappels tout au long de la séance pour garder les mains détendues. - Nettoyer la peau sur le muscle d'intérêt. Placez les électrodes de surface Ag/AgCl sur les deux mains et les avant-bras du participant, ciblant quatre muscles distal des membres antérieurs, 1) le ventre du premier interosseous dorsal (FDI), 2) le pollicis pollicis ravisseur (APB), 3) le digiti minimi (ADM) d'abducteur extenseur (extensor carpi ulnaris).
- Connectez les électrodes de surface avec l'amplificateur d'électromyographie (EMG) et le système d'acquisition de données et connectez l'amplificateur à un ordinateur de collecte de données avec un logiciel EMG compatible.
- Co-enregistrer les quatre points de repère sur la tête du participant à l'aide du pointeur de repère. Utilisez l'onglet de validation pour vous assurer que la tête du participant est correctement enregistrée.
- Détermination de la cartographie motrice de l'intensité du SMT
- Sélectionnez un point de grille le plus proche de la « poignée de main » du participant. Sélectionnez le bouton Alignement à la cible pour aligner la bobine TMS retenue par le robot à cet emplacement cible. Sélectionnez Contact sur. Surveillez la qualité du contact à l'aide de l'indicateur de force de contact. Assurez-vous que l'indicateur est vert ou jaune.
REMARQUE : La couleur rouge sur l'indicateur de contact signifie qu'il y a trop de force sur la tête du participant. Aucune couleur ne signifie que la bobine TMS n'est pas en contact avec la tête du participant. Dans ces cas, ajustez la sensibilité de la plaque de force. - Demandez au participant de ne pas se déplacer en dehors de la portée du bras du robot. Assurez-vous que les muscles de la main du participant sont détendus et restent immobiles avant le contact.
- Sélectionnez Aligner et Suivre afin que la bobine reste centrée sur la cible si le participant se déplace.
- Utilisez le bouton de déclenchement TMS sur la machine TMS pour fournir 5-10 impulsions TMS à une intensité comprise entre 40-60% de sortie maximale de stimulateur (MSO). Répétez cette étape à 5-6 points de grille entourant la «poignée de main».
- Déterminez le point de grille qui donne le potentiel le plus grand et le plus cohérent (hotspot) évoqué (MEP) pour le muscle de l'IED gauche ou droit.
- Déterminez le seuil moteur de repos (RMT) comme l'intensité la plus basse qui produit un MEP d'au moins 50 V dans le muscle d'IED dans 5/10 stimulations.
- Sélectionnez un point de grille le plus proche de la « poignée de main » du participant. Sélectionnez le bouton Alignement à la cible pour aligner la bobine TMS retenue par le robot à cet emplacement cible. Sélectionnez Contact sur. Surveillez la qualité du contact à l'aide de l'indicateur de force de contact. Assurez-vous que l'indicateur est vert ou jaune.
- Cartographie motrice
- À partir du point de grille le plus proche du point d'accès, délivrez quatre impulsions TMS à impulsion unique (1 Hz) à un interstimulus de 1 s et une intensité TMS de 120 % DE RMT. Un point de grille réactif est déterminé par 2/4 eurodéputés dans l'un ou l'autre des muscles de la main.
- Déplacez-vous vers le point de grille adjacent et répétez l'étape ci-dessus.
- Continuer de façon séquentielle de façon linéaire le long des points sensibles jusqu'à ce qu'un point non réactif soit atteint, qui est la première région frontalière de la carte.
- Continuer la cartographie pour établir les points frontaliers dans les quatre directions de la grille rectangulaire.
- Enregistrez tous les eurodéputés de tous les muscles à l'aide du logiciel EMG pour l'analyse hors ligne.
- Après 3-4 points de grille, sélectionnez Contact off et donnez au participant une pause jusqu'à ce qu'il se sente prêt à continuer.
- Tout au long de la séance de cartographie, vérifiez continuellement auprès du participant pour s'assurer qu'il est à l'aise et/ou qu'il a besoin d'une pause.
- Utilisez une version papier des mêmes grilles pour coller l'ordre de simulation pour une analyse plus approfondie.
- Cartographie complète à l'aide d'un TMS robotique tel que décrit ici ou manuellement (non décrit dans ce manuscrit). Si vous utilisez un robot TMS, il se déplacera vers le point de grille sélectionné par l'expérimentateur. Le robot s'adaptera au mouvement de la tête d'enfant en temps quasi réel. Cela permettra d'atténuer tout mouvement supplémentaire associé à un technicien tenant manuellement la bobine sur la tête du participant.
REMARQUE : Si vous cartographiez à l'aide d'un robot TMS, assurez-vous qu'il y a un expérimentateur à côté du robot en tout temps pendant la session. Si le robot est placé sur la tête d'un participant et que le participant se déplace soudainement, le robot essaiera de suivre sa tête. Si le participant doit se déplacer, éternuer, gratter ou effectuer une activité impliquant le mouvement de sa tête, le bras du robot doit être déplacé pour empêcher la tête du participant de heurter le bras ou la bobine TMS du robot.
- Création de cartes motrices
- À l'aide d'un script de codage sur mesure, générer des cartes motrices tridimensionnelles (figure2). Contactez les auteurs pour le script.
- Calculer la zone et le volume de la carte motrice à l'aide de sites de trajectoire suspicieux. Calculer le centre de gravité (COG) comme moyenne pondérée des représentations motrices de chaque emplacement de coordonnées.
REMARQUE : La zone de la carte est calculée comme l'espacement de la grille (7 mm)2 multiplié par le nombre total de sites réactifs. Le volume de la carte est calculé comme la somme cumulative de l'espacement de la grille multipliée par l'amplitude moyenne de l'eurodéputé à chaque site réactif. Une version conviviale du script est en cours de développement pour partager avec le public en tant qu'open source. Pendant ce temps, contactez l'auteur correspondant pour avoir accès au script.
3. Application tDCS et HD-tDCS conventionnelles
- Randomisez les participants à l'un des trois groupes d'intervention (faux, tDCS conventionnel, HD-tDCS).
- Demandez au participant de terminer le purdue Pegboard Test (PPT) trois fois à l'aide de sa main gauche (non dominante), établissant ainsi son score de base.
- Inspecter la qualité des électrodes pour confirmer l'intégrité des inserts d'éponge tDCS et des électrodes en caoutchouc.
- Allumez le dispositif tDCS conventionnel en retournant le commutateur d'alimentation à ON.
REMARQUE : Assurez-vous que la faible lumière de la batterie n'est pas allumée. S'il est éclairé, changez les piles avant de commencer la session.- Pour les participants recevant des tDCS conventionnels ou fictifs, trempez légèrement deux électrodes éponges de 25 cm2 avec saline. Assurez-vous que toute l'électrode est couverte, mais pas goutte à goutte. Insérez l'électrode en caoutchouc dans les électrodes éponge imbibées saline et connectez chaque électrode au dispositif tDCS.
- Localisez le point névralgique marqué (droit M1) à l'aide de la neuronavigation et marquez-le à l'aide d'un marqueur non toxique. À la fin de chaque tDCS, HD-tDCS ou session fictive, marquez à nouveau le hotspot afin qu'il soit visible le lendemain.
- S'il est randomisé selon le tDCS conventionnel ou le faux tDCS, placez une électrode éponge imbibée de 25 cm2 au-dessus du point névralgique marqué du participant (Right M1), servant d'anode. Placez l'autre électrode éponge imbibée de 25 cm2 sur la région supraorbitale contralatérale, représentant la cathode. Utilisez un « bandeau » pédiatrique en plastique léger pour maintenir les électrodes en place.
REMARQUE : Assurez-vous qu'il n'y a pas de goutte saline de l'électrode car elle peut shunt le courant. - Dans le groupe tDCS fictif et conventionnel, assurez-vous d'assurer une qualité de contact « optimale ». Si la qualité de contact est " sous-optimale ", injectez une petite quantité de solution saline sous les électrodes éponges, ou assurez-vous qu'il y a un minimum de poils entre le cuir chevelu et l'électrode.
REMARQUE : La qualité de contact « optimale » est atteinte lorsque plus de la moitié de la qualité des voyants d'indicateur de contact sont allumées. Si moins de la moitié des voyants de l'indicateur de contact sont allumés, la qualité du contact est sous-optimale. Ne commencez pas la stimulation si seulement un des deux feux indicateurs sont allumés. - Dans le groupe HD-tDCS, consultez Villamar, M.F., et coll.16 pour la mise en place appropriée.
- Dans le groupe HD-tDCS, réglez l'appareil sur le réglage Scan pour vérifier l'impédance à chaque électrode. Assurez-vous que l'impédance est inférieure à 1 "unité de qualité" et décrit précédemment19,20. Si la qualité du contact est mauvaise, retirez l'électrode et vérifiez qu'il n'y a pas de poils obstruant le contact de l'électrode, et qu'une colonne continue de gel d'électrode est présente entre le cuir chevelu et l'électrode. Si nécessaire, appliquer plus de gel d'électrode.
- S'il est randomisé selon le tDCS conventionnel ou le faux tDCS, placez une électrode éponge imbibée de 25 cm2 au-dessus du point névralgique marqué du participant (Right M1), servant d'anode. Placez l'autre électrode éponge imbibée de 25 cm2 sur la région supraorbitale contralatérale, représentant la cathode. Utilisez un « bandeau » pédiatrique en plastique léger pour maintenir les électrodes en place.
- Réglez le dispositif tDCS et HD-tDCS au réglage de montage d'anode, 1 mA de force actuelle, et 20 min de durée.
- Assurez-vous que le participant est assis confortablement et qu'il comprend les sensations possibles qu'il peut éprouver (comme des démangeaisons ou des picotements). Rappelez au participant de communiquer s'il ressent un malaise ou s'il a des questions.
- Dans les groupes tDCS et HD-tDCS conventionnels, assurez-vous que la bascule est réglé sur Active.
REMARQUE: Pour le groupe de faux, la bascule doit être réglé sur Sham. Ce paramètre doit être caché au participant. - Appuyez sur le bouton Démarrer de l'appareil pour démarrer la stimulation. Assurez-vous que la durée est fixée à 20 min et l'intensité à 1 mA.
REMARQUE : Dans les groupes tDCS et HD-tDCS conventionnels, le courant s'étend de plus de 30 s à 1 mA et se poursuivra pendant 20 min. Dans le groupe tDCS faux, le courant sera montée en puissance de plus de 30 s à 1 mA et immédiatement monté vers le bas plus de 30 s.
- Dans les groupes tDCS et HD-tDCS conventionnels, assurez-vous que la bascule est réglé sur Active.
- À 5 min, 10 min, 15 min et 20 min, demandez au participant de compléter le PPT trois fois à l'aide de sa main gauche.
- Après 20 min, éteignez l'appareil après que l'intensité se termine rampant jusqu'à 0 mA.
REMARQUE : Pour les participants recevant des tDCS conventionnels ou HD-tDCS, la machine descendra automatiquement jusqu'à 0 mA à 20 min. Pour les participants recevant tDCS faux, la machine sera automatiquement montée en puissance de plus de 30 s à 1 mA et immédiatement rampe vers le bas à 0 mA plus de 30 s à 20 min. - Retirez les électrodes de la tête du participant.
- Pour le groupe tDCS fictif et conventionnel, retirez les électrodes noires de l'intérieur des éponges et rincez l'électrode éponge avec de l'eau du robinet normale.
- Dans le groupe HD-tDCS, enlevez le dessus du support d'électrode en plastique et retirez les électrodes. Retirez le bouchon d'électrode de la tête des participants. Rincer n'importe quel gel dans le porte-électrode. Nettoyer l'électrode avec un essuie-tout légèrement humide. Essuyez l'électrode avec un essuie-tout sec pour enlever le gel restant.
- Demandez à tous les participants de remplir le questionnaire sur les effets secondaires et la tolérabilité de la stimulation directe transcrânienne après chaque séance de stimulation.
- Demandez aux participants de remplir le PPT trois fois à l'aide de leur main gauche.
- Demandez aux participants de revenir le lendemain et pendant quatre autres jours consécutifs (cinq jours au total) pour une stimulation cérébrale non invasive (faux, TDCS ou HD-tDCS) jumelée à l'apprentissage moteur (TPP). Répétez les étapes 3.2-3.13 le jour 2-4. Le jour 5, demandez aux participants de commencer par une stimulation cérébrale non invasive (faux, tDCS ou HD-tDCS) (les étapes 3.2-3.13 sont répétées). Après une pause (45 min-1,5 h depuis la stimulation), commencez la cartographie robotique du moteur TMS (étapes 2.3-2.5.8).
REMARQUE : Tous les participants ont reçu le même nombre de minutes pour les pauses entre les évaluations. - Après 6 semaines, invitez les participants à revenir et à effectuer le PPT sans recevoir de stimulation cérébrale non invasive (étape 3.2 suivie de la cartographie robotique du moteur TMS (étape 2.5.8)).
- Demandez aux participants de revenir le lendemain et pendant quatre autres jours consécutifs (cinq jours au total) pour une stimulation cérébrale non invasive (faux, TDCS ou HD-tDCS) jumelée à l'apprentissage moteur (TPP). Répétez les étapes 3.2-3.13 le jour 2-4. Le jour 5, demandez aux participants de commencer par une stimulation cérébrale non invasive (faux, tDCS ou HD-tDCS) (les étapes 3.2-3.13 sont répétées). Après une pause (45 min-1,5 h depuis la stimulation), commencez la cartographie robotique du moteur TMS (étapes 2.3-2.5.8).
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Representative Results
En utilisant les méthodes présentées ici, nous avons terminé un essai interventionnel randomisé et contrôlé par une erreur8. Des enfants droitiers (n ' 24 ans, âgés de 12 à 18 ans) sans contre-indication s'ils contre-indications pour les deux types de stimulation cérébrale non invasive ont été recrutés. Les participants ont été spécifiquement exclus dans cette étude s'ils prenaient des médicaments neuropsychotropes ou s'ils n'étaient pas naïfs pour le SDCT. Il n'y a pas eu de décrocheurs.
Des cartes motrices robotiques de TMS ont été obtenues pour acquérir une carte moteur de base et pour servir de mécanisme potentiel pour surveiller les changements neuroplastiques et corticaux d'excitabilité après l'apprentissage moteur jumelé à la stimulation cérébrale non-invasive. À l'aide des méthodes décrites ci-dessus, tous les participants ont reçu trois cartes motrices robotiques tMS, 1) de base avant la stimulation cérébrale non invasive (sham, tDCS, ou HD-tDCS), 2) jour 5 (Post), et 3) au suivi de 6 semaines (temps de rétention). Tous les participants ont reçu la cartographie bihémisphérique de moteur (3 participants ont reçu la cartographie de moteur hémisphérique droite seulement en raison des contraintes de temps). Les cartes motrices ont été complétées en moyenne en 18 min pour les cartes motrices unilatérales et 36 min pour la cartographie bihémisphérique. La zone de la carte motrice, le volume, le point chaud et le COG ont été concomités et comparés au niveau individuel et au niveau du groupe. Dans notre analyse initiale de la carte moteur, la surface et le volume de la carte motrice n'ont pas changé de façon significative après l'intervention. Dans notre analyse secondaire, la mesure des proportions sous-maximales de la surface et du volume de la carte a entraîné une variance significativement plus faible (p-lt;0,05).
Tous les participants ont reçu l'une des trois interventions non invasives de stimulation cérébrale pour une durée de 20 min (1 mA) pendant cinq jours consécutifs. Nous avons démontré que le TDCS et le HD-tDCS améliorent le taux d'apprentissage (nombre de chevilles/jour) (tDCS p-0,042, HD-tDCS p-0,049) sur 5 jours de formation. Les groupes d'intervention actifs (tDCS et HD-tDCS) ont connu des améliorations plus importantes de la moyenne quotidienne des PPT de la main gauche (PPTL) au jour 4 et 5 par rapport aux faux (jour 4 p-0,043, jour 5 p-0,05) (figure 3). Les groupes d'intervention actifs ont conservé leurs habiletés motrices (sur le PPT) à 6 semaines après la formation. Cependant, il y avait la décomposition significative de compétence dans le groupe de faux de poteau-formation au suivi de 6 semaines (p-0.034). Cette méthodologie a été reproduite à partir d'une étude précédente21 et les ensembles de données ont été combinés (figure 4). Les données de réplication ont démontré des résultats similaires. Il y a eu une augmentation significative du taux d'apprentissage observé dans le groupe tDCS et HD-tDCS par rapport au groupe fictif (tDCS p - 0,001, HD-tDCS p - 0,012).
Figure 1 : Protocole d'essai. PTTMD Purdue pegboard Test, TMSMD TMS motor mapping tDCSMD transcranial direct current stimulation, HD-tDCS - TDCS haute définition. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Un exemple de carte moteur TMS. Vue du haut de la carte motrice de gauche de l'IED (A) Pré et (B) après l'intervention HD-tDCS. La croix rouge indique le point d'accès, la croix bleue indique le COG. La barre de couleur indique la gamme de MEP de 0-2 mV. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Apprentissage moteur observé dans les groupes fictifs, tDCS et HD-tDCS. Ce chiffre a été réédité à partir de Cole et Giuffre et al. 2018. (A) Changement quotidien moyen de la main gauche Purdue Pegboard score de la ligne de base dans le simulacre (triangles blancs), tDCS (cercles gris), et HD-tDCS (cercles noirs), (n ' 24). (B) Score moyen quotidien à chaque point de temps de PPTL. 'p'lt;0.05 pour tDCS vs faux, 'p'lt;0.05 pour HD-tDCS vs faux. Les barres d'erreur indiquent l'erreur standard. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Réplication des méthodes - ensemble de données COMBINÉs PPTL pour 3 jours de formation. Ce chiffre a été réédité à partir de Cole et Giuffre et al., 2018). (A) Les courbes d'apprentissage pour les groupes de faux (triangles blancs, n ' 14), tDCS (cercles gris, n ' 14) et HD-tDCS (cercles noirs, n ' 8). (B) Apprentissage quotidien moyen pour l'imposture, le TDCS et le HD-tDCS à partir des études combinées. Les barres d'erreur indiquent l'erreur standard. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
TMS a également été exploré dans les populations pédiatriques cliniques, y compris l'AVC périnatal22 et la paralysie cérébrale, où les cartes motrices TMS ont été créées avec succès chez les enfants atteints de paralysie cérébrale pour explorer les mécanismes de plasticité interventionnelle. À l'aide d'un protocole établi8, les cartes motrices de TMS ont été recueillies avec succès chez les enfants en développement, et sont actuellement recueillies dans le cadre d'un essai clinique multicentrique en cours pour les enfants atteints d'AVC périnatal et de paralysie cérébrale hémiplégique ( NCT03216837). La description des méthodes de cartographie moteur tMS permettra la réplication et d'autres applications des protocoles chez les enfants en bonne santé et les enfants atteints de troubles du mouvement.
La cartographie robotique de moteur améliore la précision de placement de bobine de TMS et réduit l'erreur humaine comparée aux techniques manuelles23,24. Cette technique est plus avantageuse pour les populations pédiatriques qui ont augmenté les mouvements de la tête et une tolérabilité plus faible pour les longues séances12. Bien que la cartographie motrice à l'aide d'un robot TMS ait été rapportée chez les adultes, notre groupe est le premier à appliquer cette technique dans une population pédiatrique. Les nouvelles méthodologies de cartographie motrice qui utilisent la pondération statistique et l'interpolation25,26 peuvent être utilisées pour réduire le temps d'acquisition si elle est combinée avec tMS robotique. En tant que tel, les méthodologies devraient être explorées plus avant dans le cerveau en développement.
Nous énoncions une approche succincte pour appliquer tDCS, HD-tDCS, et TMS dans une population pédiatrique en bonne santé. Il y a une variété d'étapes critiques à considérer dans l'application de la stimulation cérébrale non-invasive chez les enfants. Il est essentiel que les enfants et/ou leurs parents confirment que le participant n'a pas de contre-indications pour la stimulation cérébrale non invasive. Il est important que les participants se sentent à l'aise et en sécurité. Encouragez les participants à poser des questions tout au long de la séance, car il est nécessaire d'obtenir continuellement des commentaires tout au long de la séance, en particulier dans une population pédiatrique. De plus, il est important d'inspecter la qualité des électrodes et la qualité du cuir chevelu des participants, car cela empêche l'application sécuritaire du TDCS. Il est essentiel d'avoir le montage anodal correct, l'intensité actuelle, et la durée de stimulation sélectionnée sur la machine avant de commencer la stimulation. Il y a des considérations spécifiques pour tDCS conventionnel et HD-tDCS. Dans HD-tDCS, il est crucial de faire pivoter l'électrode choisie pour être dans la position anodale centrale avec les électrodes environnantes pour diminuer la quantité de panne d'électrode. Il est essentiel d'avoir la bonne connexion des câbles aux ports anodales et cathodales sur la machine 1x1 tDCS dans les tDCS conventionnels pour permettre l'application de la polarité correcte. La littérature précédente a démontré l'importance d'utiliser la solution saline pour améliorer la tolérabilité de la stimulation27. La sensation la plus commune décrite dans notre étude était démangeaisons (56%)14. Nous n'avons signalé aucun effet indésirable dans notre population en utilisant nos méthodes décrites12,14.
Il ya une variété de modifications différentes à faire lors de la mise au point de l'application de tDCS et HD-tDCS. Il est important d'avoir une bonne qualité de contact pour diminuer la résistance du courant à travers le cuir chevelu. Si la qualité de contact est mauvaise, une solution plus saline peut être appliquée pour diminuer la résistance dans les tDCS conventionnels. Cependant, il est important de s'assurer d'abord qu'un bon contact avec l'électrode avec le cuir chevelu est présent. Dans HD-tDCS, il est essentiel que le cuir chevelu soit exposé pour permettre une meilleure qualité de l'électrode. Les cheveux peuvent avoir besoin d'être encore brossé hors de la voie et plus de gel d'électrode appliquée pour améliorer la qualité de contact. Assurez-vous que la qualité du contact est surveillée en permanence tout au long de la session.
Les études de modélisation actuelles ont suggéré une différence dans la force actuelle vécue entre les groupes d'âge selon la matière blanche et le volume CSF10,11. Une limitation de cette méthode est que nous n'avons pas effectué la modélisation actuelle prospective sur chaque participant pour appliquer une force actuelle qui induirait la force électrique neuronale comparable entre les participants.
Cette méthode est une prochaine étape importante dans l'application de la stimulation cérébrale non invasive en pédiatrie. Nous avons prolongé notre période de formation de trois jours à cinq jours et observé des améliorations similaires dans les compétences. HD-tDCS a seulement été appliqué dans une population pédiatrique utilisant notre méthode et nous avons démontré qu'il y a l'apprentissage semblable de compétence motrice à tDCS conventionnel. HD-tDCS induit un courant plus focal, améliorant le ciblage et l'implication28. Les méthodes décrites dans cet article permettront la réplication et l'étude plus approfondie de HD-tDCS chez les enfants.
Ces méthodes sont actuellement étendues à une population d'AVC périnatal. Le protocole tDCS et HD-tDCS a été adapté à cette population et le temps de formation a été prolongé pour développer davantage les essais cliniques dans les accidents vasculaires cérébraux périnatals. Il est crucial d'optimiser l'application du TDCS en pédiatrie pour faire progresser l'application thérapeutique chez les enfants ayant un AVC périnatal et donc améliorer les résultats de la fonction motrice. Pour la cartographie motrice TMS, il est important de s'assurer que le participant est confortablement assis, les bras et les mains dans une position détendue. Après la séance complète de cartographie motrice, seulement 15 % des participants ont eu un léger mal de tête autolimitant.
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Disclosures
Les auteurs n'ont pas de divulgations.
Acknowledgments
Cette étude a été appuyée par les Instituts de recherche en santé du Canada.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1x1 SMARTscan Stimulator | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device | |
| 4x1 HD-tDCS Adaptor | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1 | |
| Brainsight Neuronavigation | Roge Resolution | https://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/ | |
| Carbon Rubber Electrode | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode | |
| EASYpad Electrode | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad | |
| EASYstraps | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap | |
| EMG Amplifier | Bortec Biomedical | http://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm | |
| HD1 Electrode Holder | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder | Standard Base HD-Electrode Holder for High Definition tES (HD-tES) |
| HD-Electrode | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode | Sintered ring HD-Electrode. |
| HD-Gel | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel | HD-GEL for High Definition tES (HD-tES) |
| Micro 1401 Data Acquisition System | Cambridge Electronics http://ced.co.uk/products/mic3in | ||
| Purdue Pegboard | Lafayette Instrument Company | ||
| Saline solution | Baxter | http://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.page | |
| Soterix Medical HD-Cap | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap | |
| TMS Robot | Axilium Robotics | http://www.axilumrobotics.com/en/ | |
| TMS Stimulator and Coil | Magstim Inc | https://www.magstim.com/neuromodulation/ |
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