Summary
हम बच्चों में मोटर प्रांतस्था के मॉडुलन (टीडीसीएस, एचडी-टीडीसी) और मानचित्रण (रोबोटिक टीएमएस) के लिए प्रोटोकॉल प्रदर्शित करते हैं।
Abstract
transcranial चुंबकीय उत्तेजना के साथ मोटर प्रांतस्था मानचित्रण (टीएमएस) मोटर प्रांतस्था शरीर क्रिया विज्ञान और plasticity पूछताछ करने की क्षमता है, लेकिन बच्चों में अद्वितीय चुनौतियों किया जाता है. इसी तरह, transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना (tDCS) वयस्कों में मोटर सीखने में सुधार कर सकते हैं, लेकिन हाल ही में बच्चों के लिए लागू किया गया है. टीडीसीएस और उच्च परिभाषा टीडीसीएस (एचडी-टीडीसीएस) जैसी उभरती हुई तकनीकों के उपयोग के लिए विकासशील मस्तिष्क में विशेष methodological विचारों की आवश्यकता होती है। रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण मानचित्रण के लिए अद्वितीय लाभ प्रदान कर सकते हैं, विशेष रूप से विकासशील मस्तिष्क में. यहाँ, हम एक साथ बच्चों में मोटर प्रांतस्था मॉडुलन और मोटर नक्शे की खोज करने में सक्षम दो एकीकृत तरीकों के लिए एक व्यावहारिक, मानकीकृत दृष्टिकोण प्रदान करना है. सबसे पहले, हम रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन. व्यक्तिगत, एमआरआई नेविगेट 12x12 मोटर प्रांतस्था गाइड पर केंद्रित ग्रिड एकल पल्स TMS प्रशासन के लिए एक रोबोट. मतलब मोटर ग्रिड बिंदु प्रति संभावित (एमईपी) आयाम नक्शा क्षेत्र, मात्रा, और गुरुत्वाकर्षण के केंद्र सहित परिणामों के साथ व्यक्तिगत हाथ की मांसपेशियों के 3 डी मोटर नक्शे उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है। सुरक्षा और दोनों तरीकों की सहनशीलता को मापने के लिए उपकरण भी शामिल हैं. दूसरा, हम मोटर प्रांतस्था और मोटर सीखने को मॉड्युलेट करने के लिए टीडीसीएस और एचडी-टीडीडीएस दोनों के आवेदन का वर्णन करते हैं। एक प्रयोगात्मक प्रशिक्षण प्रतिमान और नमूना परिणाम वर्णित हैं. इन तरीकों बच्चों में गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के आवेदन अग्रिम जाएगा.
Introduction
गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना दोनों कोमापने और मानव मस्तिष्क समारोह 1,2को मॉड्युलेट कर सकते हैं। सबसे आम लक्ष्य मोटर प्रांतस्था किया गया है, एक तत्काल और औसत दर्जे का जैविक उत्पादन के हिस्से में कारण (मोटर क्षमता पैदा) लेकिन यह भी मोटर प्रणाली रोग और विकलांगता में जिसके परिणामस्वरूप तंत्रिका विज्ञान के रोगों के उच्च प्रसार. रोग के इस बड़े वैश्विक बोझ मस्तिष्क पक्षाघात जैसे बच्चों को प्रभावित करने वाली स्थितियों का एक उच्च अनुपात भी शामिल है , आजीवन विकलांगता का प्रमुख कारण दुनिया भर में लगभग 17 मिलियन व्यक्तियों को प्रभावित3. इस नैदानिक प्रासंगिकता और neurostimulation प्रौद्योगिकियों की विविध और बढ़ती क्षमताओं के बावजूद, विकासशील मस्तिष्क में अनुप्रयोगों केवल4परिभाषित करने के लिए शुरू कर रहे हैं . बच्चों में मौजूदा और उभरते गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना तरीकों की बेहतर विशेषता विकासशील मस्तिष्क में आवेदन अग्रिम करने के लिए आवश्यक हैं.
Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) तेजी से अपने गैर इनवेसिव, दर्द रहित, अच्छी तरह से सहन और वयस्कों में सुरक्षा प्रोफ़ाइल के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है एक अच्छी तरह से स्थापित neurophysiological उपकरण है. बच्चों में टीएमएस अनुभव अपेक्षाकृत सीमित है, लेकिन तेजी से बढ़ रही है। टीएमएस लक्ष्य मांसपेशी मोटर पैदा क्षमता (एमईपी) में परिलक्षित शुद्ध outputs के साथ मस्तिष्क में cortical न्यूरॉन आबादी के क्षेत्रीय सक्रियण प्रेरित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र बचाता है. एकल पल्स टीएमएस के व्यवस्थित आवेदन विवो में मोटर प्रांतस्था के नक्शे को परिभाषित कर सकते हैं. Seminal पशु अध्ययन5 और उभरते मानव TMS अध्ययन6 से पता चला है कि कैसे मोटर नक्शे cortical neuroplasticity के तंत्र को सूचित करने में मदद कर सकते हैं. नेविगेट मोटर मानचित्रण कार्यात्मक cortical क्षेत्रों पूछताछ करने के लिए मानव मोटर प्रांतस्था बाहर नक्शा करने के लिए प्रयोग किया जाता है कि एक टीएमएस तकनीक है। मोटर मानचित्र में परिवर्तन मानव मोटर प्रणाली7के प्लास्टिक परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है. रोबोट टीएमएस प्रौद्योगिकी में हाल ही में प्रगति मोटर मानचित्रण दक्षता और सटीकता में सुधार करने के लिए नए अवसर लाया है। हमारे समूह ने हाल ही में दिखा दिया है कि रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण संभव है, कुशल, और अच्छी तरह से बच्चों में सहन8.
Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना (tDCS) गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना का एक रूप है कि cortical उत्तेजक बदलाव और मानव व्यवहार modulate कर सकते हैं. वयस्कों में टीडीडीएस के प्रभाव की जांच करने वाले अध्ययनों की एक भीड़ रही है ( और 10,000 विषयों) लेकिन अध्ययन के 2% से कम विकासशील मस्तिष्क9पर ध्यान केंद्रित किया है। बाल चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए वयस्क सबूत का अनुवाद जटिल है, और संशोधित प्रोटोकॉल बच्चों में जटिल मतभेद के कारण की जरूरत है. उदाहरण के लिए, हमने और अन्य लोगों ने यह दर्शाया है कि बच्चों को वयस्कों की तुलना में 10,11की तुलना में अधिक और मजबूत विद्युत क्षेत्रों का अनुभव होता है। बच्चों में tDCS तरीकों का मानकीकरण सुरक्षित और लगातार आवेदन सुनिश्चित करने, प्रतिकृति में सुधार, और क्षेत्र अग्रिम करने के लिए महत्वपूर्ण है। बच्चों में मोटर लर्निंग मॉडुलन टीडीसीएस का अनुभव सीमित है लेकिन12में वृद्धि हो रही है। विशिष्ट सेरेब्रल पाल्सी आबादी के लिए टीडीसीएस के अनुवाद अनुप्रयोग देर से चरण नैदानिक परीक्षण13की ओर बढ़ रहे हैं . उच्च परिभाषा tDCS (HD-tDCS) के माध्यम से लागू अधिक फोकल उत्तेजना की ओर प्रयास केवल बच्चों में पहली बार के लिए अध्ययन किया गया है14. हमने दिखा दिया है कि HD-tDCS स्वस्थ बच्चों में पारंपरिक tDCS के रूप में मोटर सीखने में इसी तरह के सुधार का उत्पादन14. HD-tDCS तरीकों का वर्णन प्रतिकृति और बच्चों में इस तरह के प्रोटोकॉल के आगे अनुप्रयोगों के लिए अनुमति देगा.
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Protocol
इस प्रोटोकॉल में वर्णित सभी तरीकों संयुक्त स्वास्थ्य अनुसंधान आचार बोर्ड, कैलगरी विश्वविद्यालय (REB16-2474) द्वारा अनुमोदित किया गया है. प्रोटोकॉल चित्र 1में वर्णित है।
1. गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना मतभेद
- भर्ती से पहले टीएमएस15 और टीडीसीएस1 के लिए मतभेद के लिए सभी प्रतिभागियों को स्क्रीन।
2. ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना मोटर मानचित्रण
- नेविगेट टीएमएस के लिए एमआरआई की तैयारी
- प्रत्येक प्रतिभागी की संरचनात्मक एमआरआई (टी 1) प्राप्त करें। यदि एक एमआरआई unobtainable है, मॉन्ट्रियल न्यूरोलॉजिकल संस्थान से एक टेम्पलेट एमआरआई का उपयोग करें.
- न्यूरोनेविगेशन सॉफ्टवेयर के लिए DICOM या NIFTI प्रारूप में एमआरआई फ़ाइल आयात (सामग्री की तालिकादेखें)।
- टीएमएस लक्ष्य त्रासदियों
- टैब का उपयोग कर त्वचा और पूर्ण मस्तिष्क करीवेरिनेर के पुनर्निर्माण के लिए neuronavigation सॉफ्टवेयर का प्रयोग करें.
- नई, त्वचा, और कम्प्यूट त्वचाका चयन करें . सुनिश्चित करें कि नाक और सिर के ऊपर शामिल हैं।
- नईका चयन करें , और पूर्ण मस्तिष्क करिके. मस्तिष्क के बाहर लेकिन खोपड़ी के अंदर हरे रंग के चयन बॉक्स को संलग्न करें। का चयन करें कम्प्यूट करीवेलिनेर| छील गहराई को 4.0-6.0 मिमी समायोजित करें।
- लैंडमार्क्स कॉन्फ़िगर करेंका चयन करें. नाक, नाशन की नोक पर चार स्थलों रखें, और पुनर्निर्माण त्वचा के दोनों कानों के पायदान. उनके शरीर रचना विज्ञान के अनुरूप लैंडमार्क को नाम दो।
- वक्ररेखी मस्तिष्क को देखने के लिए लक्ष्य टैब का चयन करें. नया, और आयताकार ग्रिडका चयन करें. प्लेस वर्दी 12 x 12 मोटर प्रांतस्था (पूर्व केंद्रीय gyrus)17के "handknob" पर पुनर्निर्माण मस्तिष्क की सतह पर 7 मिमी रिक्ति के साथ ग्रिड समन्वय.
- रोटेशन, झुकाव, और वक्रता के लिए ग्रिड स्थिति का अनुकूलन करने के लिए दाईं ओर लक्ष्य पोजिशनिंग उपकरण का उपयोग करें। ग्रिड-पॉइंट को ट्रैजेक्शनरी में परिवर्तित करें जो रोबोट को टीएमएस कुंडली की स्थिति में मार्गदर्शन करेगा। वे मस्तिष्क के अनुदैर्घ्य विदर करने के लिए 45 डिग्री कर रहे हैं ताकि traectories के कोण को समायोजित करें।
- स्नैप उपकरण का उपयोग करने के लिए extrapolate और curvilinear मस्तिष्क के लिए tradictories अनुकूलन.
- प्रारंभ और टीएमएस रोबोट हाथ और स्थिति में आपका स्वागत है और बल प्लेट सेंसर बल सेंसर परीक्षणका उपयोग करने के लिए जांच की स्थिति।
- मोटर मैपिंग के लिए भागीदार की तैयारी
- प्रतिभागियों को एक सुरक्षा प्रश्नावली18भरें .
- एक बार प्रतिभागियों रोबोट कुर्सी में आराम से बैठे, backrest और neckrest समायोजित करें. सुनिश्चित करें कि उनके पैर का समर्थन कर रहे हैं. उनके हाथ मानचित्रण सत्र की अवधि के लिए एक आराम की स्थिति में हैं यह सुनिश्चित करने के लिए तकिए के साथ उनके हाथ और हाथ का समर्थन करें।
नोट: बच्चों और किशोरों को अपने हाथों को आराम से रखने के लिए पूरे सत्र में अनुस्मारक की आवश्यकता होगी। - ब्याज की मांसपेशी पर त्वचा को साफ करें। भागीदार के दोनों हाथों और forearms पर एजी / AgCl सतह इलेक्ट्रोड प्लेस, चार distal forelimb मांसपेशियों को लक्षित, 1) पहले पृष्ठीय अंतर (एफडीआई) के पेट, 2) abductor pollicis brevis (APB), 3) abductor digiti minimi (एडीएम), और 4) कलाई एक्स्टेंसर (एक्स्टेंसर कार्पी अल्नारिस)।
- इलेक्ट्रोमायोग्राफी (EMG) एम्पलीफायर और डेटा अधिग्रहण प्रणाली के साथ सतह इलेक्ट्रोड कनेक्ट और एक संगत EMG सॉफ्टवेयर के साथ कंप्यूटर इकट्ठा डेटा के लिए एम्पलीफायर कनेक्ट.
- मील का पत्थर सूचक का उपयोग कर भागीदार के सिर पर चार स्थलों सह रजिस्टर. यह सुनिश्चित करने के लिए सत्यापन टैब का उपयोग करें कि प्रतिभागी का सिर ठीक से पंजीकृत है।
- मोटर मानचित्रण टीएमएस तीव्रता का निर्धारण
- भागीदार के "handknob" के निकटतम ग्रिड-पॉइंट का चयन करें. इस लक्ष्य स्थान पर रोबोट द्वारा आयोजित TMS कुंडली संरेखित करने के लिए लक्ष्य बटन संरेखित करें का चयन करें। पर संपर्कका चयन करें. संपर्क बल सूचक का उपयोग कर संपर्क गुणवत्ता की निगरानी करें। सुनिश्चित करें कि सूचक हरा या पीला है।
नोट: संपर्क सूचक पर लाल रंग का मतलब है कि प्रतिभागी के सिर पर बहुत अधिक बल है। कोई रंग का मतलब है टीएमएस कुंडली भागीदार के सिर के साथ संपर्क में नहीं है. इन मामलों में, बल प्लेट संवेदनशीलता को समायोजित करें। - प्रतिभागी को रोबोट आर्म के दायरे से बाहर न जाने की हिदायत दें। सुनिश्चित करें कि प्रतिभागी के हाथ की मांसपेशियों को आराम कर रहे हैं और अभी भी संपर्क करने से पहले रहते हैं.
- संरेखित करें का चयन करें और का पालन करें ताकि यदि प्रतिभागी चलता है तो कुंडली लक्ष्य पर केंद्रित रहती है।
- 40-60% अधिकतम उत्तेजक उत्पादन (MSO) के बीच एक तीव्रता पर 5-10 टीएमएस दालों देने के लिए टीएमएस मशीन पर टीएमएस ट्रिगर बटन का उपयोग करें। "handknob" आसपास 5-6 ग्रिड अंक के लिए इस कदम को दोहराएँ.
- ग्रिड-पॉइंट निर्धारित करें जो बाएं या दाएं एफडीआई मांसपेशियों के लिए सबसे बड़ा और सबसे सुसंगत (हॉटस्पॉट) मोटर देता है जो संभावित (एमईपी) पैदा करता है।
- 5/10 उत्तेजनाओं में एफडीआई मांसपेशियों में कम से कम 50 डिग्री सेल्सियस के एमईपी का उत्पादन करने वाली न्यूनतम तीव्रता (RMT) का निर्धारण करें।
- भागीदार के "handknob" के निकटतम ग्रिड-पॉइंट का चयन करें. इस लक्ष्य स्थान पर रोबोट द्वारा आयोजित TMS कुंडली संरेखित करने के लिए लक्ष्य बटन संरेखित करें का चयन करें। पर संपर्कका चयन करें. संपर्क बल सूचक का उपयोग कर संपर्क गुणवत्ता की निगरानी करें। सुनिश्चित करें कि सूचक हरा या पीला है।
- मोटर मानचित्रण
- हॉटस्पॉट के निकटतम ग्रिड-बिंदु से शुरू, 1 s और TMS तीव्रता के एक interstimulus पर चार एकल पल्स टीएमएस दालों (1 हर्ट्ज) उद्धार 120% RMT. एक उत्तरदायी ग्रिड-पॉइंट हाथ की मांसपेशियों में से किसी में 2/4 MEPs द्वारा निर्धारित किया जाता है।
- आसन्न ग्रिड-पॉइंट पर जाएँ और ऊपर दिए गए चरण को दोहराएँ.
- एक गैर-प्रतिक्रियाशील बिंदु तक पहुँच गया है, जो नक्शे की पहली सीमा क्षेत्र है जब तक उत्तरदायी अंक के साथ एक रेखीय फैशन में क्रमिक रूप से जारी रखें।
- आयताकार ग्रिड के सभी चार दिशाओं में सीमा बिंदुओं को स्थापित करने के लिए मैपिंग जारी रखें।
- ऑफ़लाइन विश्लेषण के लिए EMG सॉफ्टवेयर का उपयोग कर सभी मांसपेशियों से सभी MEPs रिकॉर्ड.
- 3-4 ग्रिड अंक के बाद, संपर्क बंद का चयन करें और भागीदार एक ब्रेक दे जब तक वे जारी रखने के लिए तैयार लग रहा है.
- मानचित्रण सत्र के दौरान, लगातार वे आराम कर रहे हैं और /
- आगे के विश्लेषण के लिए सिमुलेशन आदेश हमला करने के लिए एक ही ग्रिड की एक हार्ड कॉपी संस्करण का उपयोग करें।
- यहाँ या मैन्युअल रूप से वर्णित के रूप में एक रोबोट टीएमएस का उपयोग कर पूर्ण मानचित्रण (इस पांडुलिपि में वर्णित नहीं). यदि एक TMS रोबोट का उपयोग कर, यह प्रयोगकर्ता द्वारा चयनित ग्रिड बिंदु के लिए कदम होगा. रोबोट निकट वास्तविक समय में बच्चे के सिर गति के लिए समायोजित करेगा. यह एक तकनीशियन के साथ जुड़े किसी भी अतिरिक्त आंदोलन को दूर करेगा मैन्युअल रूप से भागीदार के सिर पर कुंडली पकड़े.
नोट: यदि एक टीएमएस रोबोट का उपयोग कर मानचित्रण, सुनिश्चित करें कि सत्र के दौरान हर समय रोबोट के बगल में एक प्रयोगकर्ता है. यदि रोबोट एक प्रतिभागी के सिर पर रखा जाता है और प्रतिभागी अचानक चलता है, तो रोबोट उनके सिर का अनुसरण करने की कोशिश करेगा। यदि प्रतिभागी को स्थानांतरित करना चाहिए, छींकना, खरोंच, या उनके सिर के आंदोलन से जुड़े एक गतिविधि प्रदर्शन, रोबोट हाथ रोबोट के हाथ या टीएमएस कुंडल से टकराने से भागीदार के सिर को रोकने के लिए ले जाया जाना चाहिए।
- मोटर मानचित्र निर्माण
- एक कस्टम बनाया कोडिंग स्क्रिप्ट का उपयोग करते हुए, तीन आयामी मोटर नक्शे उत्पन्न (चित्र2). स्क्रिप्ट के लिए लेखकों से संपर्क करें.
- उत्तरदायी प्रक्षेप पथ साइटों का उपयोग कर मोटर मानचित्र क्षेत्र और मात्रा की गणना। प्रत्येक निर्देशांक स्थान की मोटर निरूपण के भारित औसत के रूप में गुरुत्वाकर्षण के केंद्र (COG) की गणना करें।
नोट: मानचित्र क्षेत्र ग्रिड रिक्ति (7 मिमी)2 उत्तरदायी साइटों की कुल संख्या से गुणा के रूप में गणना की है। मानचित्र वॉल्यूम की गणना ग्रिड रिक्ति के संचयी योग के रूप में की जाती है जिसे प्रत्येक प्रतिक्रियाशील साइट पर माध्य MEP आयाम से गुणा किया जाता है. स्क्रिप्ट का उपयोगकर्ता-अनुकूल संस्करण खुले स्रोत के रूप में जनता के साथ साझा करने के लिए विकसित किया जा रहा है. इस बीच, स्क्रिप्ट तक पहुँच प्राप्त करने के लिए संबंधित लेखक से संपर्क करें.
3. पारंपरिक tDCS और HD-tDCS आवेदन
- प्रतिभागियों को तीन हस्तक्षेप समूहों में से एक (शाम, पारंपरिक tDCS, HD-tDCS) के लिए रैंडम करें।
- प्रतिभागी अपने बाएँ हाथ (गैर-प्रमुख) का उपयोग कर तीन बार पर्ड्यू पेगबोर्ड टेस्ट (पीपीटी) को पूरा करें, उनके आधारभूत स्कोर की स्थापना।
- TDCS स्पंज आवेषण और रबर इलेक्ट्रोड की अखंडता की पुष्टि करने के लिए इलेक्ट्रोड गुणवत्ता का निरीक्षण करें।
- पर करने के लिए बिजली स्विच flipping द्वारा पारंपरिक TDCS डिवाइस चालूकरें।
नोट: सुनिश्चित करें कि कम बैटरी प्रकाश प्रबुद्ध नहीं है। यह प्रकाशित है, तो सत्र प्रारंभ करने से पहले बैटरी परिवर्तित करें।- पारंपरिक या शर्म tDCS प्राप्त प्रतिभागियों के लिए, हल्के से नमकीन के साथ दो 25 सेमी2 स्पंज इलेक्ट्रोड लेना. सुनिश्चित करें कि पूरे इलेक्ट्रोड कवर किया जाता है लेकिन टपकता नहीं है। नमकीन भिगो स्पंज इलेक्ट्रोड में रबर इलेक्ट्रोड डालें और tDCS डिवाइस के लिए प्रत्येक इलेक्ट्रोड कनेक्ट.
- न्यूरोनेविगेशन का उपयोग करके चिह्नित हॉटस्पॉट (Right M1) का पता लगाएँ और इसे गैर-विषाक्त मार्कर के साथ चिह्नित करें. प्रत्येक tDCS, HD-tDCS या शर्म सत्र के अंत में, हॉटस्पॉट को फिर से चिह्नित करें ताकि यह अगले दिन दिखाई दे.
- यदि पारंपरिक TDCS या शर्म tDCS के लिए यादृच्छिक, एक जगह 25 सेमी2 नमकीन से लथपथ स्पंज इलेक्ट्रोड भागीदार के चिह्नित हॉटस्पॉट पर (दाएं M1), एनोड के रूप में सेवारत. कैथोड का प्रतिनिधित्व करने वाले contralateral suporbital क्षेत्र पर अन्य 25 सेमी2 लवण-सेल स्पंज इलेक्ट्रोड रखें। जगह में इलेक्ट्रोड पकड़ करने के लिए एक प्रकाश प्लास्टिक बाल चिकित्सा "हेडबैंड" का प्रयोग करें।
नोट: सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड से कोई लवण टपकता नहीं है क्योंकि यह विद्युत धारा को शंट कर सकता है। - शर्म और पारंपरिक tDCS समूह में, सुनिश्चित करें "अनुकूल" संपर्क गुणवत्ता. यदि संपर्क की गुणवत्ता है "उप इष्टतम", स्पंज इलेक्ट्रोड के तहत नमकीन समाधान की एक छोटी राशि सुई, या सुनिश्चित करें कि खोपड़ी और इलेक्ट्रोड के बीच कम से कम बाल है.
नोट: संपर्क सूचक रोशनी की गुणवत्ता के आधे से अधिक पर हैं जब "ऑप्टिमल" संपर्क गुणवत्ता हासिल की है. यदि संपर्क सूचक रोशनी के आधे से भी कम पर हैं, संपर्क गुणवत्ता उप इष्टतम है. उत्तेजना शुरू मत करो अगर सूचक रोशनी के दो में से केवल एक पर हैं. - HD-tDCS समूह में, उपयुक्त सेट-अप के लिए Villamar, M.F., एट अल16 को देखें।
- HD-tDCS समूह में, प्रत्येक इलेक्ट्रोड पर प्रतिबाधा की जाँच करने के लिए स्कैन सेटिंग करने के लिए डिवाइस सेट करें। सुनिश्चित करें कि प्रतिबाधा 1 "गुणवत्ता इकाई" के तहत है और पहलेवर्णित 19,20. यदि संपर्क की गुणवत्ता खराब है, इलेक्ट्रोड को हटा दें और जांच करें कि इलेक्ट्रोड के संपर्क में बाधा डालने वाले कोई बाल नहीं है, और यह कि इलेक्ट्रोड जेल का एक सतत कॉलम खोपड़ी और इलेक्ट्रोड के बीच मौजूद है। यदि आवश्यक हो, और अधिक इलेक्ट्रोड जेल लागू होते हैं.
- यदि पारंपरिक TDCS या शर्म tDCS के लिए यादृच्छिक, एक जगह 25 सेमी2 नमकीन से लथपथ स्पंज इलेक्ट्रोड भागीदार के चिह्नित हॉटस्पॉट पर (दाएं M1), एनोड के रूप में सेवारत. कैथोड का प्रतिनिधित्व करने वाले contralateral suporbital क्षेत्र पर अन्य 25 सेमी2 लवण-सेल स्पंज इलेक्ट्रोड रखें। जगह में इलेक्ट्रोड पकड़ करने के लिए एक प्रकाश प्लास्टिक बाल चिकित्सा "हेडबैंड" का प्रयोग करें।
- tDCS और HD-tDCS डिवाइस एनोड असेंबल सेटिंग, 1 लेकिन वर्तमान शक्ति, और 20 मिनट की अवधि के लिए सेट करें।
- सुनिश्चित करें कि प्रतिभागी आराम से बैठा है और वे संभावित उत्तेजनाओं को समझते हैं जो वे अनुभव कर सकते हैं (जैसे खुजली या झुनझुनी उत्तेजना)। प्रतिभागी को याद दिलाना अगर वे किसी भी असुविधा महसूस करते हैं या अगर वे कोई प्रश्न हैं संवाद करने के लिए.
- पारंपरिक tDCS और HD-tDCS समूहों में, सुनिश्चित करें कि टॉगल सक्रियकरने के लिए सेट किया गया है।
नोट: शर्म समूह के लिए, टॉगल शामके लिए सेट किया जाना चाहिए. यह सेटिंग सहभागी से छुपी हुई होनी चाहिए. - उत्तेजना प्रारंभ करने के लिए डिवाइस का प्रारंभ बटन दबाएँ. सुनिश्चित करें कि अवधि 20 मिनट के लिए सेट है, और तीव्रता 1 लेकिन करने के लिए।
नोट: पारंपरिक tDCS और HD-tDCS समूहों में, वर्तमान 30 से 1 लेकिन करने के लिए ऊपर रैंप और 20 मिनट के लिए जारी रहेगा. शम टीडीसीएस समूह में, धारा को 30 से 1 मा तक बढ़ाया जाएगा और तुरंत 30 से अधिक एस नीचे रैंप किया जाएगा।
- पारंपरिक tDCS और HD-tDCS समूहों में, सुनिश्चित करें कि टॉगल सक्रियकरने के लिए सेट किया गया है।
- 5 मिनट, 10 मिनट, 15 मिनट और 20 मिनट में, प्रतिभागी अपने बाएं हाथ का उपयोग कर पीपीटी को तीन बार पूरा करते हैं।
- 20 मिनट के बाद, तीव्रता 0 लेकिन करने के लिए नीचे ramping खत्म होने के बाद डिवाइस बंद कर देते हैं।
नोट: या तो पारंपरिक tDCS या HD-tDCS प्राप्त प्रतिभागियों के लिए, मशीन स्वचालित रूप से 20 मिनट पर 0 लेकिन करने के लिए नीचे रैंप जाएगा. शर्म tDCS प्राप्त प्रतिभागियों के लिए, मशीन स्वचालित रूप से 30 s से 1 लेकिन तक रैंप और तुरंत नीचे रैंप पर 0 मा पर 30 s पर 20 मिनट. - प्रतिभागी के सिर से इलेक्ट्रोड निकालें.
- शर्म और पारंपरिक tDCS समूह के लिए, स्पंज के अंदर से काले इलेक्ट्रोड को हटा दें और सामान्य नल के पानी के साथ स्पंज इलेक्ट्रोड कुल्ला.
- HD-tDCS समूह में, प्लास्टिक इलेक्ट्रोड धारक शीर्ष से दूर ले और इलेक्ट्रोड हटा दें. प्रतिभागियों के सिर से इलेक्ट्रोड टोपी निकालें. इलेक्ट्रोड धारक में किसी भी जेल कुल्ला. एक थोड़ा नम कागज तौलिया के साथ इलेक्ट्रोड साफ. किसी भी शेष जेल को हटाने के लिए एक सूखी कागज तौलिया के साथ इलेक्ट्रोड साफ करें।
- सभी प्रतिभागियों को पूरा Transcranial प्रत्यक्ष-वर्तमान उत्तेजना दुष्प्रभाव और सहनशीलता प्रश्नावली प्रत्येक उत्तेजना सत्र के बाद.
- प्रतिभागियों को अपने बाएं हाथ का उपयोग कर पीपीटी तीन बार पूरा करें।
- प्रतिभागियों को अगले दिन वापस और एक और चार लगातार दिनों के लिए (पांच दिन कुल) गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के लिए (शाम, tDCS, या HD-tDCS) मोटर सीखने के साथ युग्मित (PPT). 3-2-3-13 दिन े। 5 दिन पर, प्रतिभागियों गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के साथ शुरू (शाम, tDCS या HD-tDCS) (कदम 3.2-3.13 दोहराया जाता है). एक ब्रेक के बाद (45 मिनट - $ 1.5 एच उत्तेजना प्राप्त करने के बाद), रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण शुरू (कदम 2.3-2.5.8).
नोट: सभी प्रतिभागियों मूल्यांकन के बीच विराम के लिए मिनट की एक ही संख्या प्राप्त किया। - 6 सप्ताह के बाद, प्रतिभागियों को वापस जाने और किसी भी गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना प्राप्त किए बिना पीपीटी प्रदर्शन करने के लिए आमंत्रित (चरण 3.2 रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण के बाद (चरण 2.5.8)).
- प्रतिभागियों को अगले दिन वापस और एक और चार लगातार दिनों के लिए (पांच दिन कुल) गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के लिए (शाम, tDCS, या HD-tDCS) मोटर सीखने के साथ युग्मित (PPT). 3-2-3-13 दिन े। 5 दिन पर, प्रतिभागियों गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के साथ शुरू (शाम, tDCS या HD-tDCS) (कदम 3.2-3.13 दोहराया जाता है). एक ब्रेक के बाद (45 मिनट - $ 1.5 एच उत्तेजना प्राप्त करने के बाद), रोबोट टीएमएस मोटर मानचित्रण शुरू (कदम 2.3-2.5.8).
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Representative Results
यहाँ प्रस्तुत तरीकों का उपयोग करना, हम एक यादृच्छिक, शर्म नियंत्रित interventional परीक्षण8पूरा किया. दाएँ हाथ के बच्चों (एन - 24, उम्र 12-18) गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के दोनों प्रकार के लिए कोई मतभेद के साथ भर्ती किए गए थे. प्रतिभागियों को विशेष रूप से इस अध्ययन में बाहर रखा गया था अगर neuropsychotropic दवा पर या यदि वे tDCS के लिए भोले नहीं थे. कोई ड्रॉपआउट नहीं थे.
रोबोट TMS मोटर नक्शे एक आधारभूत मोटर नक्शा प्राप्त करने के लिए और मोटर गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के साथ बनती मोटर सीखने के बाद neuroplastic और cortical उत्तेजना परिवर्तन पर नजर रखने के लिए एक संभावित तंत्र के रूप में सेवा करने के लिए प्राप्त किए गए थे. ऊपर वर्णित तरीकों का उपयोग करते हुए, सभी प्रतिभागियों को तीन रोबोट टीएमएस मोटर नक्शे प्राप्त, 1) आधार रेखा गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना से पहले (शाम, tDCS, या HD-tDCS), 2) दिन 5 (पोस्ट), और 3) 6 सप्ताह में अनुवर्ती (धारण समय). सभी प्रतिभागियों bihemisosphere मोटर मानचित्रण प्राप्त (3 प्रतिभागियों केवल समय की कमी के कारण सही अर्धगोलीय मोटर मानचित्रण प्राप्त). मोटर नक्शे एकतरफा मोटर नक्शे के लिए 18 मिनट और bihemisosphere मानचित्रण के लिए 36 मिनट में औसत पर पूरा किया गया. मोटर मानचित्र क्षेत्र, मात्रा, हॉटस्पॉट, और COG गणना की गई और व्यक्तिगत और समूह स्तर पर तुलना की गई. हमारे प्रारंभिक मोटर मानचित्र विश्लेषण में, मोटर मानचित्र क्षेत्र और मात्रा काफी हस्तक्षेप के बाद नहीं बदला. हमारे द्वितीयक विश्लेषण में, मानचित्र क्षेत्र और मात्रा के उपअधिकतम अनुपात को मापने के परिणामस्वरूप काफी छोटे प्रसरण (पी एंड एलटी;0.05)।
सभी प्रतिभागियों को लगातार पांच दिनों के लिए 20 मिनट (1 लेकिन) की अवधि के लिए तीन गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना हस्तक्षेप में से एक प्राप्त किया। हमने दिखा दिया कि tDCS और HD-tDCS प्रशिक्षण के 5 दिनों में सीखने की दर (pegs/दिन की संख्या) (tDCS p$0.042, HD-tDCS p$0.049) में सुधार। सक्रिय हस्तक्षेप समूहों (tDCS और HD-tDCS) दैनिक औसत बाएँ हाथ PPT स्कोर में बड़ा सुधार किया था (PPTएल) दिन 4 और 5 पर शाम की तुलना में (दिन 4 p$0.043, दिन 5 p$0.05) (चित्र ासा०९) . सक्रिय हस्तक्षेप समूहों ने प्रशिक्षण के बाद 6 सप्ताह में अपने मोटर कौशल (पीपीटी पर) बनाए रखा। हालांकि, वहाँ के बाद प्रशिक्षण से 6 सप्ताह अनुवर्ती (p$0.034) के लिए शर्म समूह में महत्वपूर्ण कौशल क्षय था. इस पद्धति को पिछले अध्ययन21 से दोहराया गया है और डाटासेटों को संयुक्त किया गया था (चित्र 4) । प्रतिकृति डेटा समान परिणाम का प्रदर्शन किया। टीडीसीएस और एचडी-टीडीसीएस समूह में देखा गया सीखने की दर में शम समूह की तुलना में महत्वपूर्ण वृद्धि हुई थी (tDCS p $ 0.001, HD-tDCS p ] 0.012)।
चित्र 1: परीक्षण प्रोटोकॉल. PTT] पर्ड्यू पेगबोर्ड टेस्ट, TMS] TMS मोटर मानचित्रण tDCS] transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना, HD-tDCS - उच्च परिभाषा tDCS. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 2: एक उदाहरण टीएमएस मोटर मानचित्र. बाएं एफडीआई मोटर मैप (ए) पूर्व और (बी) के शीर्ष दृश्य एचडी-टीडीसीएस हस्तक्षेप के बाद। रेड क्रॉस हॉटस्पॉट को इंगित करता है, नीला क्रॉस COG इंगित करता है। रंग पट्टी 0-2 MV से MEP की श्रेणी इंगित करता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 3: मोटर सीखने शर्म में मनाया, tDCS और HD-tDCS समूहों. यह आंकड़ा कोल और Giuffre एट अल से पुनर्प्रकाशित किया गया है 2018. (A) बाएं हाथ पर्ड्यू पेगबोर्ड स्कोर में सफेद त्रिकोण, टीडीसीएस (ग्रे सर्कल), और एचडी-टीडीसीएस (ब्लैक सर्कल), (द ] 24) में आधार रेखा से दैनिक परिवर्तन। (बी) पीपीटीएल * पी एंड एलटी के प्रत्येक समय बिंदु पर दैनिक औसत स्कोर; टीडीसीएस बनाम शम के लिए 0.05, HD-tDCS बनाम शर्म के लिए $ पी एंड एलटी;0.05। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि इंगित करती हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 4: विधियों की प्रतिकृति - प्रशिक्षण के 3 दिनों के लिए संयुक्त पीपीटीएल डेटासेट। यह आंकड़ा कोल और Giuffre एट अल से पुनर्प्रकाशित किया गया है 2018). (A) शम (सफेद त्रिकोण, n ] 14), tDCS (ग्रे वृत्त, n ] 14) और HD-tDCS (काले वृत्त, n ] 8) समूहों के लिए सीखने घटता. (बी) संयुक्त अध्ययन से शर्म, tDCS, और HD-tDCS के लिए दैनिक सीखने का मतलब है. त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि इंगित करती हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
टीएमएस भी नैदानिक बाल चिकित्सा आबादी में पता लगाया गया है, प्रसवकालीन स्ट्रोक22 और मस्तिष्क पक्षाघात, जहां टीएमएस मोटर नक्शे सफलतापूर्वक मस्तिष्क पक्षाघात के साथ बच्चों में बनाया गया था सहित interventional plasticity के तंत्र का पता लगाने के लिए. एक स्थापित प्रोटोकॉलका उपयोग 8, टीएमएस मोटर नक्शे सफलतापूर्वक आम तौर पर विकासशील बच्चों में एकत्र किए गए थे, और वर्तमान में प्रसवकालीन स्ट्रोक और अर्धांगिक मस्तिष्क पक्षाघात के साथ बच्चों के लिए एक चल रहे multicenter नैदानिक परीक्षण में एकत्र किया जा रहा है ( एनसीटी03216837)। टीएमएस मोटर मानचित्रण तरीकों का वर्णन प्रतिकृति और आंदोलन विकारों के साथ स्वस्थ बच्चों और बच्चों में प्रोटोकॉल के आगे अनुप्रयोगों के लिए अनुमति देगा.
रोबोटिक मोटर मानचित्रण टीएमएस कुंडली प्लेसमेंट सटीकता में सुधार करता है और मैनुअल तकनीक23,24की तुलना में मानव त्रुटि को कम करता है . यह तकनीक बाल रोग से चलने वाली आबादी के लिए अधिक लाभप्रद है , जिन्होंने लंबे सत्र12के लिए सिर की गति में वृद्धि की है और सहनशीलता कम कर दी है . हालांकि एक टीएमएस रोबोट का उपयोग मोटर मानचित्रण वयस्कों में सूचित किया गया है, हमारे समूह के लिए एक बाल चिकित्सा आबादी में इस तकनीक को लागू करने के लिए पहली बार है. नई मोटर मानचित्रण के तरीके है कि सांख्यिकीय भार और प्रक्षेप25,26 का उपयोग करने के लिए अधिग्रहण समय कम अगर रोबोट TMS के साथ संयुक्त इस्तेमाल किया जा सकता है. इस प्रकार, विकासशील मस्तिष्क में तरीकों का और पता लगाया जाना चाहिए।
हम एक स्वस्थ बाल चिकित्सा आबादी में tDCS, HD-tDCS, और TMS लागू करने के लिए एक संक्षिप्त दृष्टिकोण रूपरेखा. बच्चों में गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के आवेदन में विचार करने के लिए महत्वपूर्ण कदम की एक किस्म है. यह महत्वपूर्ण है कि बच्चों और / या उनके माता पिता की पुष्टि करें कि भागीदार गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के लिए कोई मतभेद है. प्रतिभागियों के लिए आरामदायक और सुरक्षित महसूस करना महत्वपूर्ण है। प्रतिभागियों को पूरे सत्र में प्रश्न पूछने के लिए प्रोत्साहित करें क्योंकि पूरे सत्र में लगातार प्रतिक्रिया प्राप्त करना आवश्यक है, विशेष रूप से बाल चिकित्सा आबादी में। के रूप में अच्छी तरह से, यह इलेक्ट्रोड की गुणवत्ता और प्रतिभागियों की खोपड़ी की गुणवत्ता का निरीक्षण करने के लिए महत्वपूर्ण है, के रूप में इस tDCS के सुरक्षित आवेदन precludes. यह उत्तेजना शुरू करने से पहले मशीन पर चयनित सही anodal असेंबल, वर्तमान तीव्रता, और उत्तेजना की अवधि के लिए महत्वपूर्ण है। पारंपरिक tDCS और HD-tDCS के लिए विशिष्ट विचार कर रहे हैं. HD-tDCS में, यह इलेक्ट्रोड टूटने की मात्रा को कम करने के लिए आसपास के इलेक्ट्रोड के साथ केंद्र anodal स्थिति में होने के लिए चुना इलेक्ट्रोड बारी बारी से करने के लिए महत्वपूर्ण है. यह पारंपरिक tDCS में 1x1 tDCS मशीन पर anodal और कैथोडल बंदरगाहों के लिए केबल का सही कनेक्शन के लिए महत्वपूर्ण है सही polarity लागू करने के लिए अनुमति देते हैं. पिछला साहित्य उत्तेजना27की सहनशीलता में सुधार करने के लिए लवण ीय ताने का उपयोग करने के महत्व को दर्शाता है . हमारे अध्ययन में वर्णित सबसे आम सनसनी खुजली (56%)14थी . हमने अपनी जनसंख्या में12,14के बताए तरीकों का प्रयोग करते हुए कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं बताया है .
TDCS और HD-tDCS के आवेदन perfecting जब बनाने के लिए विभिन्न संशोधनों की एक किस्म है. यह खोपड़ी भर में वर्तमान के प्रतिरोध को कम करने के लिए अच्छा संपर्क गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण है. यदि संपर्क गुणवत्ता गरीब है, और अधिक नमकीन समाधान पारंपरिक tDCS में प्रतिरोध को कम करने के लिए लागू किया जा सकता है. हालांकि, यह पहली बार खोपड़ी के साथ अच्छा इलेक्ट्रोड संपर्क मौजूद है कि यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है. HD-tDCS में, यह आवश्यक है कि खोपड़ी इलेक्ट्रोड की बेहतर गुणवत्ता के लिए अनुमति देने के लिए उजागर किया जा. बाल आगे रास्ते से बाहर ब्रश और अधिक इलेक्ट्रोड जेल संपर्क गुणवत्ता में सुधार करने के लिए लागू करने की आवश्यकता हो सकती है. सुनिश्चित करें कि संपर्क की गुणवत्ता लगातार पूरे सत्र में नजर रखी है।
वर्तमान मॉडलिंग अध्ययनों से यह पता चला है कि सफेद पदार्थ तथा सीएसएफ की मात्रा10,11के आधार पर आयु वर्ग में अनुभव की गई वर्तमान शक्ति में अंतर है . इस विधि की एक सीमा यह है कि हम प्रत्येक भागीदार पर भावी वर्तमान मॉडलिंग प्रदर्शन नहीं किया एक वर्तमान शक्ति है कि प्रतिभागियों में तुलनीय न्यूरॉन बिजली क्षेत्र शक्ति प्रेरित होगा लागू करने के लिए.
इस विधि बाल चिकित्सा में गैर इनवेसिव मस्तिष्क उत्तेजना के आवेदन में एक महत्वपूर्ण अगला कदम है. हमने अपने प्रशिक्षण की अवधि तीन दिन से बढ़ाकर पांच दिन कर दी है और कौशल में इसी तरह के सुधार को देखा है। HD-tDCS केवल हमारी विधि का उपयोग कर एक बाल चिकित्सा आबादी में लागू किया गया है और हम पारंपरिक tDCS के लिए इसी तरह की मोटर कौशल सीखने का प्रदर्शन किया है कि. HD-tDCS एक अधिक फोकल वर्तमान लाती है, लक्ष्यीकरण और निहितार्थ28में सुधार | इस पेपर में वर्णित विधियों प्रतिकृति और बच्चों में HD-tDCS के आगे अध्ययन के लिए अनुमति देगा.
इन तरीकों वर्तमान में एक प्रसव स्ट्रोक आबादी के लिए बढ़ाया जा रहा है. टीडीसीडीएस और एचडी-टीडीडीएस प्रोटोकॉल को इस जनसंख्या के लिए अनुकूलित किया गया है और प्रसवकालीन स्ट्रोक में नैदानिक परीक्षणों को आगे विकसित करने के लिए प्रशिक्षण समय का विस्तार किया गया है। यह प्रसवकालीन स्ट्रोक के साथ बच्चों में चिकित्सीय आवेदन अग्रिम और इसलिए मोटर समारोह परिणामों में सुधार करने के लिए बाल चिकित्सा में tDCS के आवेदन का अनुकूलन करने के लिए महत्वपूर्ण है। टीएमएस मोटर मानचित्रण के लिए, यह सुनिश्चित करें कि भागीदार आराम से बैठा है महत्वपूर्ण है, एक आराम की स्थिति में अपने हथियार और हाथों के साथ. पूर्ण मोटर मानचित्रण सत्र के बाद, प्रतिभागियों के केवल 15% हल्के आत्म सीमित सिर दर्द का अनुभव किया.
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Disclosures
लेखकों कोई खुलासे नहीं है.
Acknowledgments
इस अध्ययन के स्वास्थ्य अनुसंधान के कनाडा के संस्थानों द्वारा समर्थित किया गया था.
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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