Summary
우리는 어린이의 모터 피질의 변조 (tDCS, HD-tDCS) 및 매핑 (로봇 TMS)에 대한 프로토콜을 보여줍니다.
Abstract
경두개 자기 자극 (TMS)로 모터 피질을 매핑하는 것은 모터 피질 생리학 및 가소성을 심문 할 수있는 잠재력을 가지고 있지만 어린이에게는 독특한 도전을 수반합니다. 유사하게, 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)는 성인에서 모터 학습을 향상시킬 수 있지만 최근에는 어린이에게 적용되었습니다. tDCS와 고화질 tDCS(HD-tDCS)와 같은 새로운 기술을 사용하려면 뇌 발달에 특별한 방법론적 고려 사항이 필요합니다. 로봇 TMS 모터 매핑은 특히 개발 중인 뇌에서 매핑에 고유한 이점을 부여할 수 있습니다. 여기에서, 우리는 동시에 아이들의 모터 피질 변조 및 모터 지도를 탐구할 수 있는 2개의 통합된 방법에 대한 실용적이고 표준화된 접근을 제공하는 것을 목표로 합니다. 먼저 로봇 TMS 모터 매핑프로토콜을 설명합니다. 모터 피질을 중심으로 한 개별화된 MRI 탐색 형 12x12 그리드는 단일 펄스 TMS를 투여하는 로봇을 안내합니다. 그리드 포인트당 평균 모터 발생 전위(MEP) 진폭은 맵 영역, 볼륨 및 무게 중심을 포함한 결과를 가진 개별 손 근육의 3D 모터 맵을 생성하는 데 사용됩니다. 두 방법의 안전성과 내약성을 측정하는 도구도 포함되어 있습니다. 둘째, 우리는 모터 피질과 모터 학습을 조절하기 위해 tDCS와 HD-tDCS의 응용 프로그램을 설명합니다. 실험 교육 패러다임 및 샘플 결과를 설명합니다. 이러한 방법은 어린이의 비 침습적 뇌 자극의 적용을 앞설 것입니다.
Introduction
비침습적 뇌 자극은 인간의 뇌 기능을 측정하고 조절할 수 있습니다1,2. 가장 일반적인 표적은 모터 피질, 부분적으로 즉각적이고 측정 가능한 생물학 출력 (모터 를 불러 일으킨 잠재력)뿐 아니라 모터 시스템 기능 장애 및 무력귀착되는 신경질병의 높은 보급 때문이었습니다. 질병의 이 큰 글로벌 부담은 뇌성 마비와 같은 아이들에 영향을 미치는 조건의 높은 비율을 포함합니다,세계전반 약 1,700만 명의 사람들을 영향을 미치는 일생 무력의 주요한 원인 3. 이 임상 관련성및 신경 자극 기술의 다양하고 증가하는 용량에도 불구하고, 개발 뇌의 응용 프로그램은단지정의되기 시작했다 4. 아이들에 있는 기존 그리고 새로운 비침범성 두뇌 자극 방법의 향상된 특성은 발전 두뇌에 있는 응용을 전진하기 위하여 요구됩니다.
경두개 자기 자극 (TMS)은 성인의 비 침습적, 통증없는, 잘 용납되고 안전 프로필에 점점 더 많이 사용되는 잘 확립 된 신경 생리학적 도구입니다. 아이들에 있는 TMS 경험은 상대적으로 한정되고 그러나 꾸준히 증가합니다. TMS는 표적 근육 모터에 반영된 순 출력으로 뇌의 피질 신경 인구의 국소 활성화를 유도하는 자기장을 전달합니다(MEP). 단일 펄스 TMS의 체계적인 적용은 생체 내 모터 피질의 맵을 정의할 수 있다. 정액 동물 연구5 및 신흥 인간 TMS 연구6 모터지도 피질 신경 가소성의 메커니즘을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다 방법을 보여 주었다. 탐색 된 모터 매핑은 기능적 피질 영역을 심문하기 위해 인간의 모터 피질을 매핑하는 데 사용되는 TMS 기술입니다. 모터 맵의 변화는 인간 모터 시스템의 플라스틱변화와 관련이 있다 7. 최근 로봇 TMS 기술의 발전으로 모터 매핑 효율성과 정확도를 개선할 수 있는 새로운 기회가 생생했습니다. 우리 그룹은 최근 로봇 TMS 모터 매핑이 실현 가능하고 효율적이며 어린이8에서잘 견딜 수 있음을 입증했습니다.
경두개 직접 전류 자극 (tDCS)은 피질 흥분성을 이동하고 인간의 행동을 조절 할 수있는 비 침습적 인 뇌 자극의 한 형태입니다. 성인 (>10,000 과목)에서 tDCS의 효과를 검토하는 연구의 무리가 있었다 하지만 미만 2% 연구의개발 뇌에 초점을 맞추고있다 9. 소아 응용 프로그램에 성인 증거의 번역은 복잡 하 고 수정 된 프로토콜 어린이 복잡 한 차이 인해 필요. 예를 들어, 우리와 다른 사람들은 아이들이 성인10,11에비해 더 크고 강한 전기장을 경험한다는 것을 보여주었습니다. 어린이에게 tDCS 메서드의 표준화는 안전하고 일관된 응용 프로그램을 보장하고 복제를 개선하며 필드를 발전시키는 데 중요합니다. 어린이 모터 학습 변조 tDCS의 경험은 제한적이지만12증가 . 특정 뇌성 마비 인구에 tDCS의 번역 응용은 후기 단계 임상 시험을 향해 진행되고 있다13. 고화질 tDCS(HD-tDCS)를 통해 더 많은 초점 자극을 위한 노력은 단지14명의아이들에서 처음으로 공부되었습니다. 우리는 HD-tDCS가 건강한 아이들에 있는 전통적인 tDCS와 모터 학습에 있는 유사한 개선을 생성한다는 것을 보여주었습니다14. HD-tDCS 방법을 설명하면 어린이에서 이러한 프로토콜을 복제하고 추가로 적용 할 수 있습니다.
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Protocol
이 프로토콜에 설명 된 모든 방법은 캘거리 대학 (REB16-2474)의 합동 건강 연구 윤리 위원회에 의해 승인되었습니다. 프로토콜은 그림 1에설명되어 있습니다.
1. 비침습적 뇌 자극 금기 사항
- 모집 전에 TMS15 및 tDCS1에 대한 금기 사항이 있는 모든 참가자를 심사합니다.
2. 경두개 자기 자극 모터 매핑
- 탐색된 TMS를 위한 MRI 준비
- 각 참가자의 구조 MRI (T1)를 가져옵니다. MRI를 얻을 수없는 경우, 몬트리올 신경 학회에서 템플릿 MRI를 사용합니다.
- DICOM 또는 NIFTI 형식으로 MRI 파일을 신경 탐색 소프트웨어로 가져옵니다(재료 표참조).
- TMS 대상 궤적
- 신경 네비게이션 소프트웨어를 사용하여 탭을 사용하여 스킨 및 전체 뇌 곡선을 재구성합니다.
- 새' 스킨및 계산스킨을 선택 합니다. 머리의 코와 상단이 포함되어 있는지 확인합니다.
- 새및 전체 뇌 곡선을선택합니다. 뇌 바깥쪽과 두개골 안쪽에 녹색 선택 상자를 둘러싸습니다. 곡선계산을선택합니다. 껍질 깊이를 4.0-6.0 mm로 조정합니다.
- 랜드마크구성을 선택합니다. 코 끝, 나시온, 재건된 피부의 양쪽 귀 노치에 네 개의 랜드마크를 놓습니다. 해부학에 해당하는 랜드마크의 이름을 지정합니다.
- 대상 탭을 선택하여 곡선 뇌를 봅니다. 새및 직사각형그리드를 선택합니다. 균일한 12 x 12 좌표 그리드를 모터 피질(precentral gyrus)의 "핸드노브"(precentral gyrus)(17)에걸쳐 재구성된 뇌의 표면에 7 mm 간격으로 놓는다.
- 오른쪽에 있는 대상 위치 지정 도구를 사용하여 회전, 기울기 및 곡률에 대한 그리드 위치를 최적화합니다. 그리드 포인트를 궤도로 변환하여 로봇이 TMS 코일을 배치하도록 안내합니다. 궤도의 각도를 조정하여 뇌의 세로 균열에 45°가 되도록 합니다.
- SNAP 도구를 사용하여 궤적을 곡선형 뇌로 추정하고 최적화합니다.
- TMS 로봇 암과 시트를 웰컴 위치에 초기화하고 배치하고 힘 센서 테스트를사용하여 힘 플레이트 센서를 보정합니다.
- 모터 매핑을 위한 참가자 준비
- 참가자들에게 안전 설문지를 작성해 보라고18.
- 참가자가 로봇 의자에 편안하게 앉으면 등받이와 목받침대를 조정합니다. 발이 지지되는지 확인합니다. 베개로 팔과 손을 지지하여 매핑 세션 동안 손이 휴식 위치에 있는지 확인합니다.
참고: 어린이와 청소년은 세션을 통해 손을 편안하게 유지하기 위해 미리 알림이 필요합니다. - 관심있는 근육을 통해 피부를 청소합니다. 참가자의 양손과 팔뚝에 Ag/AgCl 표면 전극을 놓고, 4개의 말단 앞다리 근육을 대상으로, 1) 첫 번째 등쪽 interosseous (FDI), 2) 납치자 pollicis brevis (APB), 3) 납치자 디지미니미 (ADM), 및 4) 손목을 대상으로 신전 (신근 카르피 척수).
- 표면 전극을 EMG(전기 경해) 증폭기 및 데이터 수집 시스템과 연결하고 호환되는 EMG 소프트웨어로 증폭기를 데이터 수집 컴퓨터에 연결합니다.
- 랜드마크 포인터를 사용하여 참가자의 머리에 있는 4개의 랜드마크를 공동 등록합니다. 유효성 검사 탭을 사용하여 참가자의 머리가 제대로 등록되었는지 확인합니다.
- 모터 매핑 TMS 강도 결정
- 참가자의 "손잡이"에 가장 가까운 그리드 포인트를 선택합니다. 대상에 정렬 단추를 선택하여 로봇이 보유한 TMS 코일을 이 대상 위치에 정렬합니다. 에 연락처를선택합니다. 접촉력 표시기를 사용하여 접촉 품질을 모니터링합니다. 표시등이 녹색 또는 노란색인지 확인합니다.
참고: 접촉 표시기의 빨간색은 참가자의 머리에 너무 많은 힘이 있음을 의미합니다. 색상이 없음은 TMS 코일이 참가자의 머리와 접촉하지 않는다는 것을 의미합니다. 이러한 경우 힘 플레이트 감도를 조정합니다. - 참가자에게 로봇 팔의 범위 밖으로 이동하지 않도록 지시합니다. 참가자의 손 근육이 이완되고 접촉 전에 여전히 남아 있는지 확인하십시오.
- 참가자가 움직이면 코일이 대상의 가운데에 유지되도록 정렬 및 팔로우를 선택합니다.
- TMS 기계의 TMS 트리거 버튼을 사용하여 최대 자극기 출력(MSO) 사이의 강도로 5-10TMS 펄스를 전달합니다. "손잡이"를 둘러싼 5-6 그리드 포인트에 이 단계를 반복합니다.
- 왼쪽 또는 오른쪽 FDI 근육에 대해 가장 크고 가장 일관된(핫스팟) 모터가 발생할 수 있는 전위(MEP)를 제공하는 그리드 포인트를 결정합니다.
- 5/10 자극에서 FDI 근육에서 최소 50 μV의 MEP를 생성하는 가장 낮은 강도로 휴식 모터 임계값(RMT)을 결정합니다.
- 참가자의 "손잡이"에 가장 가까운 그리드 포인트를 선택합니다. 대상에 정렬 단추를 선택하여 로봇이 보유한 TMS 코일을 이 대상 위치에 정렬합니다. 에 연락처를선택합니다. 접촉력 표시기를 사용하여 접촉 품질을 모니터링합니다. 표시등이 녹색 또는 노란색인지 확인합니다.
- 모터 매핑
- 핫스팟에 가장 가까운 그리드 포인트에서 시작하여 1초 의 인터시약과 120% RMT의 TMS 강도에서 4개의 단일 펄스 TMS 펄스(1Hz)를 제공합니다. 반응형 그리드 포인트는 손 근육의 2/4 MEP >50 μV에 의해 결정됩니다.
- 인접한 그리드 포인트로 이동하고 위의 단계를 반복합니다.
- 맵의 첫 번째 테두리 영역인 응답하지 않는 점에 도달할 때까지 반응하는 점을 따라 선형 방식으로 순차적으로 계속합니다.
- 직사각형 그리드의 네 방향모두에 테두리 점을 설정하려면 매핑을 계속합니다.
- 오프라인 분석을 위해 EMG 소프트웨어를 사용하여 모든 근육의 모든 MEP를 기록합니다.
- 3-4 그리드 포인트 후, 접촉을 선택하고 참가자가 계속 할 준비가 될 때까지 휴식을 제공합니다.
- 매핑 세션 내내 참가자가 편안하고/또는 휴식이 필요한지 확인하기 위해 참가자와 지속적으로 체크인하십시오.
- 동일한 그리드의 하드 카피 버전을 사용하여 추가 해석을 위해 시뮬레이션 순서를 정착합니다.
- 여기에 설명된 대로 로봇 TMS를 사용하여 또는 수동으로 매핑합니다(이 원고에 설명되지 않음). TMS 로봇을 사용하는 경우 실험자가 선택한 그리드 포인트로 이동합니다. 로봇은 거의 실시간으로 아이의 머리 움직임을 수용 할 것입니다. 이렇게 하면 기술자가 참가자의 머리에 코일을 수동으로 들고 있는 추가 움직임이 완화됩니다.
참고: TMS 로봇을 사용하여 매핑하는 경우 세션 중에 항상 로봇 옆에 실험자가 있는지 확인합니다. 로봇이 참가자의 머리에 놓여있고 참가자가 갑자기 움직이면 로봇은 머리를 따라가려고 합니다. 참가자가 머리의 움직임과 관련된 활동을 움직이거나 재채기하거나 긁거나 수행해야 하는 경우, 참가자의 머리가 로봇의 팔이나 TMS 코일에 부딪히지 않도록 로봇 팔을 이동해야 합니다.
- 모터 맵 생성
- 사용자 지정 코딩 스크립트를 사용하여 3차원 모터맵을 생성합니다(그림 2). 스크립트에 대 한 저자에 게 문의 합니다.
- 반응형 궤적 사이트를 사용하여 모터 맵 면적 및 볼륨을 계산합니다. 각 좌표 위치의 모터 표현의 가중 평균으로 무게 중심(COG)을 계산합니다.
참고: 맵 영역은 그리드 간격(7mm)으로 계산되며 2에는 응답 응답 사이트의 총 수를 곱한 값입니다. 맵 볼륨은 각 반응형 사이트의 평균 MEP 진폭을 곱한 그리드 간격의 누적 합계로 계산됩니다. 사용자 친화적인 버전의 스크립트가 공개 소스로 일반 사용자와 공유하기 위해 개발되고 있습니다. 한편 스크립트에 액세스하려면 해당 작성자에게 문의하십시오.
3. 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 응용 프로그램
- 참가자를 세 가지 개입 그룹 중 하나 (sham, 기존 tDCS, HD-tDCS) 중 하나에 무작위로 지정합니다.
- 참가자가 자신의 기본 점수를 설정, 자신의 왼손 (비 지배적)를 사용하여 Purdue 페그 보드 테스트 (PPT)를 세 번 완료해야합니다.
- tDCS 스폰지 인서트와 고무 전극의 무결성을 확인하기 위해 전극 품질을 검사합니다.
- 전원 스위치를 ON으로전환하여 기존 tDCS 장치를 켭니다.
참고: 배터리 부족 표시등이 켜지지 않았는지 확인합니다. 조명이 켜지면 세션을 시작하기 전에 배터리를 교체하십시오.- 기존의 또는 sham tDCS를 받는 참가자의 경우, 식염수로 25cm2 스폰지 전극 2개를 가볍게 담급니다. 전체 전극이 덮여 있지만 떨어지지 않았는지 확인하십시오. 고무 전극을 식염수에 적신 스폰지 전극에 넣고 각 전극을 tDCS 장치에 연결합니다.
- 신경 항법에서 표시된 핫스팟(오른쪽 M1)을 찾아 무독성 마커로 표시합니다. 각 tDCS, HD-tDCS 또는 sham 세션이 끝나면 핫스팟을 다시 표시하여 다음 날 볼 수 있도록 합니다.
- 기존의 tDCS 또는 sham tDCS에 무작위로 배치하는 경우, 참가자의 표시된 핫스팟 (오른쪽 M1)에 25cm2 식염수 적신 스폰지 전극 하나를 놓고 양극 역할을합니다. 다른 25cm 2식염수 스폰지 전극을 음극을 나타내는 반대쪽 상구 부위에 놓는다. 경색 플라스틱 소아 "헤드밴드"를 사용하여 전극을 제자리에 고정하십시오.
참고: 전류를 분절시킬 수 있으므로 전극에서 식염수가 떨어지는 지 확인하십시오. - sham 및 기존 tDCS 그룹에서 "최적의" 접접촉 품질을 보장합니다. 접촉 품질이 "최적이 아닌" 경우 스폰지 전극 아래에 소량의 식염수를 주입하거나 두피와 전극 사이에 최소한의 모발이 있는지 확인하십시오.
참고: 접점 표시등 품질의 절반 이상이 켜져 있을 때 "최적" 접점 품질이 달성됩니다. 접촉 표시등 표시등의 절반 미만이 켜져 있으면 접촉 품질이 최적이 아닙니다. 표시등 중 두 개 중 하나만 켜져 있으면 자극을 시작하지 마십시오. - HD-tDCS 그룹에서, 비야마르, M.F., 외16을 참조하여 적절한 설정을 하십시오.
- HD-tDCS 그룹에서 장치를 스캔 설정으로 설정하여 각 전극의 임피던스를 확인합니다. 임피던스가 1 "품질 단위" 미만인지 확인하고 이전에설명한 19,20. 접촉 품질이 좋지 않은 경우, 전극을 제거하고 전극의 접촉을 방해하는 머리카락이 없는지, 두피와 전극 사이에 연속컬처컬럼이 존재하는지 확인한다. 필요한 경우, 전극 겔을 더 바르는다.
- 기존의 tDCS 또는 sham tDCS에 무작위로 배치하는 경우, 참가자의 표시된 핫스팟 (오른쪽 M1)에 25cm2 식염수 적신 스폰지 전극 하나를 놓고 양극 역할을합니다. 다른 25cm 2식염수 스폰지 전극을 음극을 나타내는 반대쪽 상구 부위에 놓는다. 경색 플라스틱 소아 "헤드밴드"를 사용하여 전극을 제자리에 고정하십시오.
- tDCS 및 HD-tDCS 장치를 양극 몽타주 설정, 1 mA 전류 강도 및 20분 지속 시간으로 설정합니다.
- 참가자가 편안하게 앉아 있는지 확인하고 그들이 경험할 수있는 가능한 감각 (예 : 가려움증이나 따끔 거림)을 이해하십시오. 참가자에게 불편함을 느끼거나 질문이 있는 경우 의사소통을 하도록 상기시킨다.
- 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서토글이 활성으로 설정되어 있는지 확인합니다.
참고: 샴 그룹의 경우 토글을 Sham로 설정해야 합니다. 이 설정은 참가자에게 숨겨져 있어야 합니다. - 장치의 시작 버튼을 눌러 자극을 시작합니다. 지속 시간이 20분으로 설정되어 있고 강도가 1mA로 설정되어 있는지 확인합니다.
참고: 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서는 전류가 30초에서 1mA 이상으로 증가하고 20분 동안 계속됩니다. sham tDCS 그룹에서는 전류가 30s에서 1 mA 이상으로 증가하고 즉시 30 s 이상으로 진입합니다.
- 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서토글이 활성으로 설정되어 있는지 확인합니다.
- 5분, 10분, 15분, 20분에 참가자가 왼손으로 PPT를 세 번 완료합니다.
- 20분 후 강도가 0mA로 내려가는 것을 마친 후 장치를 끕니다.
참고: 기존 tDCS 또는 HD-tDCS를 받는 참가자의 경우 기기가 자동으로 20분에서 0mA까지 램프가 됩니다. sham tDCS를 받는 참가자의 경우, 기계는 자동으로 30초에서 1mA 이상으로 올라가고 20분동안 30mA 이상0mA로 즉시 진입합니다. - 참가자의 머리에서 전극을 제거합니다.
- sham 및 기존 tDCS 그룹의 경우 스폰지 내부에서 검은 색 전극을 제거하고 스폰지 전극을 일반 수돗물로 헹구십시오.
- HD-tDCS 그룹에서 플라스틱 전극 홀더 상단을 벗고 전극을 제거합니다. 참가자의 머리에서 전극 캡을 제거합니다. 전극 홀더에 젤을 헹시다. 약간 젖은 종이 타월로 전극을 청소합니다. 마른 종이 타월로 전극을 닦아 남은 젤을 제거합니다.
- 각 자극 세션 이후에 모든 참가자에게 경두개 직접 전류 자극 부작용 및 내약성 설문지를 작성하게 하십시오.
- 참가자들이 왼손으로 PPT를 세 번 완료해 보라고 한다.
- 참가자들이 모터 학습(PPT)과 짝을 이루는 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)을 위해 다음 날 과 또 다른 4일 연속(총 5일) 돌아오게 한다. 2-4일에 3.2-3.13단계를 반복합니다. 5일째에 참가자들은 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)(단계 3.2-3.13이 반복됩니다)으로 시작하십시오. 휴식 후 (자극을 받은 후 45 분 - 1.5 시간), 로봇 TMS 모터 매핑을 시작합니다 (단계 2.3-2.5.8).
참고: 모든 참가자는 평가 간 휴식 시간에 대해 동일한 시간(분)을 받았습니다. - 6 주 후, 참가자들에게 비침습적 뇌 자극을받지 않고 PPT를 반환하고 수행하도록 초대합니다 (3.2 단계 다음에 로봇 TMS 모터 매핑 (단계 2.5.8)).
- 참가자들이 모터 학습(PPT)과 짝을 이루는 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)을 위해 다음 날 과 또 다른 4일 연속(총 5일) 돌아오게 한다. 2-4일에 3.2-3.13단계를 반복합니다. 5일째에 참가자들은 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS)(단계 3.2-3.13이 반복됩니다)으로 시작하십시오. 휴식 후 (자극을 받은 후 45 분 - 1.5 시간), 로봇 TMS 모터 매핑을 시작합니다 (단계 2.3-2.5.8).
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Representative Results
여기에 제시 된 방법을 사용하여, 우리는 무작위, 가짜제어 중재 재판 8을 완료했다. 오른손잡이 어린이 (n = 24 세, 12-18 세)는 두 가지 유형의 비 침습적 뇌 자극에 대한 금기 사항이없는 모집되었습니다. 참가자는 특히 신경 정신병 약물에 또는 그들은 tDCS순진하지 않은 경우이 연구에서 제외되었다. 탈락은 없었다.
로봇 TMS 모터 맵은 기준모터 맵을 획득하고 비침습적 뇌 자극과 짝을 이루는 모터 학습 후 신경가소성 및 피질 흥분성 변화를 모니터링하는 잠재적메커니즘역할을 하기 위해 얻어졌다. 위에서 설명한 방법을 사용하여, 모든 참가자는 6주 후속 조치(보존 시간)에서 비침습적 뇌 자극(sham, tDCS 또는 HD-tDCS) 이전에 3개의 로봇 TMS 모터 맵, 1) 기준선을 받았다. 모든 참가자는 양대 형 모터 매핑을 받았다 (3 참가자는 시간 제약으로 인해 오른쪽 반구형 모터 매핑을 받았다). 모터 맵은 일방적인 모터 맵의 경우 평균 18분, 양위형 매핑의 경우 36분으로 완료되었습니다. 모터 맵 영역, 볼륨, 핫스팟 및 COG를 개별 및 그룹 수준에서 계산하고 비교했습니다. 초기 모터 맵 분석에서 모터 맵 영역과 부피는 개입 후 크게 변하지 않았습니다. 이 차분석에서는 맵 면적과 체적의 극한 비율을 측정하여 분산이 현저히 감소했습니다(p&0.05).
모든 참가자는 5일 연속20분(1mA)의 기간 동안 3개의 비침습적 뇌 자극 개입 중 하나를 받았다. tDCS와 HD-tDCS는 5일간의 교육 을 통해 학습 속도(페그/일 수)(tDCS p=0.042, HD-tDCS p=0.049)를 향상시킨다는 것을 입증했습니다. 활성 개입 그룹(tDCS 및 HD-tDCS)은 4일째와 5일째에 일일평균 왼손 PPT 점수(PPT L)가 더 크게 개선되었고(4일째 p≤0.043, 5일차 p≤0.05) (그림 3). 적극적인 개입 그룹은 6 주 후 훈련에서 (PPT에) 자신의 운동 능력을 유지했다. 그러나, 6 주 후속 (p = 0.034)에 후 훈련에서 sham 그룹에서 상당한 기술 붕괴가 있었다. 이 방법론은 이전연구(21)에서 복제되고 데이터 세트가 결합되었다(그림 4). 복제 데이터는 유사한 결과를 보여 주어도 비슷합니다. sham 군(tDCS p =0.001, HD-tDCS p =0.012)에 비해 tDCS 및 HD-tDCS 군에서 관찰된 학습속도의 현저한 증가가 있었다.
그림 1: 평가판 프로토콜. PTT = Purdue 페그보드 테스트, TMS = TMS = TMS 모터 매핑 tDCS = 경두개 직접 전류 자극, HD-tDCS = 고화질 tDCS. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 예: TMS 모터 맵. 왼쪽 FDI 모터 맵(A) 사전 및 (B) 포스트 HD-tDCS 개입의 상단보기. 적십자는 핫스팟을, 파란색 십자가는 COG를 나타냅니다. 색상 막대는 0-2mV의 MEP 범위를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: sham, tDCS 및 HD-tDCS 그룹에서 관찰된 모터 학습. 이 그림은 콜 & Giuffre 외. 2018에서 다시 게시되었습니다. (A) 왼쪽 퍼듀 페그보드 점수의 일일 평균 변경은 샴(흰색 삼각형), tDCS(회색 원), HD-tDCS(검은색 원), (n= 24)의 기준선에서 가져옵니다. (B) PPTL. *p.lt;0.05 tDCS 대 샴, # p&0.05 HD-tDCS 대 샴의 각 시점에서의 일일 평균 점수. 오류 막대는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 방법의 복제 - 3일간의 교육 동안 PPTL 데이터 세트를 결합했습니다. 이 수치는 Cole & Giuffre et al. 2018)에서 다시 게시되었습니다. (A) sham(흰색 삼각형, n = 14), tDCS(회색 원, n = 14) 및 HD-tDCS(검정색 원, n = 8) 그룹에 대한 학습 곡선입니다. (B) 결합 된 연구에서 sham, tDCS 및 HD-tDCS에 대한 매일 학습을 의미합니다. 오류 막대는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
TMS는 또한 임상 소아 인구에서 탐구되었습니다, 주산기 뇌졸중을 포함22 뇌성 마비, 여기서 TMS 모터지도는 성공적으로 중재 가소성의 메커니즘을 탐구하기 위해 뇌성 마비를 가진 아이들에서 만들어졌다. 확립된 프로토콜8을 사용하여, TMS 모터 지도는 전형적으로 발달하는 아이들에서 성공적으로 집합되고, 현재 주산기 뇌졸중및 편마비 뇌성 마비를 가진 아이들을 위한 지속적인 다중 센터 임상 시험에서 집합되고 있습니다 NCT03216837). TMS 모터 매핑 방법을 설명하면 운동 장애가있는 건강한 어린이와 어린이의 프로토콜을 복제하고 추가로 적용 할 수 있습니다.
로봇 모터 매핑은 TMS 코일 배치 정확도를 향상시키고 수동 기술23,24에비해 사람의 실수를 줄입니다. 이 기술은 긴 세션12에 대한 머리 운동 및 낮은 내약성을증가 한 소아 인구에 더 유리합니다. TMS 로봇을 이용한 모터 매핑이 성인에서 보고되었지만, 우리 그룹은 소아 인구에 이 기술을 적용한 최초의 그룹입니다. 통계적 가중치 및 보간(25,26)을 사용하는 새로운 모터 매핑 방법론은 로봇 TMS와 결합된 경우 획득 시간을 줄이는 데 사용할 수 있다. 이와 같이, 방법론은 더 개발 뇌에서 탐구되어야한다.
우리는 건강한 소아 인구에 tDCS, HD-tDCS 및 TMS를 적용하기 위한 간결한 접근법을 간결하게 설명합니다. 어린이비침습적 뇌 자극의 적용에서 고려해야 할 다양한 중요한 단계가 있습니다. 어린이 및/또는 부모가 참가자가 비침습적 뇌 자극에 대한 금기 사항이 없음을 확인하는 것이 중요합니다. 참가자가 편안하고 안전하게 느끼는 것이 중요합니다. 특히 소아 인구에서 세션 전반에 걸쳐 지속적으로 피드백을 얻을 필요가 있기 때문에 참가자들에게 세션 전반에 걸쳐 질문을 하도록 격려한다. 또한 tDCS의 안전한 적용을 배제하기 때문에 전극의 품질과 참가자의 두피의 품질을 검사하는 것이 중요합니다. 자극을 시작하기 전에 기계에서 올바른 아노달 몽타주, 현재 강도 및 자극 기간을 선택하도록 하는 것이 중요합니다. 기존 tDCS 및 HD-tDCS에 대한 구체적인 고려 사항이 있습니다. HD-tDCS에서는 전극 고장량을 줄이기 위해 주변 전극과 함께 중앙 아노달 위치에 선택된 전극을 회전하는 것이 중요합니다. 케이블을 기존 tDCS의 1x1 tDCS 기계의 아노달 및 음극매 포트에 올바르게 연결하여 올바른 극성을 적용하는 것이 중요합니다. 이전 문헌은 자극(27)의 내약성을 향상시키기 위해 식염수 용액을 사용하는 것의 중요성을 입증하였다. 우리의 연구에서 설명 된 가장 일반적인 감각은 가려움증이었다 (56%)14. 우리는 설명 된 우리의 방법을 사용하여 인구에 부작용을보고하지12,14.
tDCS 및 HD-tDCS의 적용을 완벽하게 할 때 다양한 수정 사항이 있습니다. 두피에 걸쳐 전류의 저항을 줄이기 위해 좋은 접촉 품질을 가지고하는 것이 중요하다. 접촉 품질이 좋지 않은 경우 기존 tDCS에서 저항을 줄이기 위해 더 많은 식염수 솔루션을 적용할 수 있습니다. 그러나 먼저 두피와의 좋은 전극 접촉이 있는지 확인하는 것이 중요합니다. HD-tDCS에서는 두피에 노출되어 더 나은 품질의 전극을 허용하는 것이 필수적입니다. 모발은 접촉 품질을 향상시키기 위해 더 많은 전극 겔을 적용하여 더 멀리 닦아야 할 수도 있습니다. 세션 전체에서 접촉 품질을 지속적으로 모니터링해야 합니다.
현재 모델링 연구는 백색 물질과 CSF 볼륨10,11에따라 연령 그룹에 걸쳐 경험 현재 강도의 차이를 제안했다. 이 방법의 한계는 우리가 참가자에 걸쳐 비교 신경 전기장 강도를 유도하는 현재의 강도를 적용하기 위해 각 참가자에 대한 미래의 전류 모델링을 수행하지 않았다는 것입니다.
이 방법은 소아과에서 비 침습적 뇌 자극의 응용 프로그램에서 중요한 다음 단계입니다. 훈련 기간을 3일에서 5일로 연장하고 비슷한 기술 향상을 관찰했습니다. HD-tDCS는 우리의 방법을 사용하여 소아 인구에 만 적용되었으며 우리는 기존의 tDCS와 유사한 운동 기술 학습이 있음을 입증했습니다. HD-tDCS는 더 많은 초점 전류를 유도하여 타겟팅 및 암시를 개선합니다28. 이 백서에 설명된 방법은 어린이의 HD-tDCS 복제 및 추가 연구를 가능하게 합니다.
이 방법은 현재 주산기 뇌졸중 인구로 확장되고 있습니다. tDCS 및 HD-tDCS 프로토콜은 이 인구에 적응하고 훈련 시간은 주산기 뇌졸중에서 임상 시험을 더 개발하기 위하여 확장되었습니다. 주산기 뇌졸중을 가진 아이들에 있는 치료 응용을 전진하고 그러므로 모터 기능 결과를 향상하기 위하여 소아과에 있는 tDCS의 응용을 낙관하는 것이 중요합니다. TMS 모터 매핑의 경우, 참가자가 편안한 자세로 팔과 손을 편안하게 앉도록 하는 것이 중요합니다. 전체 모터 매핑 세션후, 참가자의 15 %만이 가벼운 자기 제한 두통을 경험했습니다.
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Disclosures
저자는 아무런 공개가 없습니다.
Acknowledgments
이 연구는 건강 연구의 캐나다 학회에 의해 지원 되었다.
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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