İnsan Motor Nöron Aktivitesini Modüle Etmek için İnvaziv Olmayan Elektriksel Beyin Stimülasyonu

Özet

Kaynak: Curado, M. ve diğerleri, İnsan Motor Fonksiyonunun Modülasyonu için İnvaziv Olmayan Elektriksel Beyin Stimülasyon Montajları. J. Vis. Uzm. (2016)

Bu video, insan motor fonksiyonunu modüle etmek için transkraniyal doğru akım stimülasyonunun (tDCS) kurulumunu ve mekanizmasını göstermektedir. Anodu birincil motor korteks üzerine ve katodu kontralateral supraorbital alan üzerine yerleştirerek, hedeflenen elektriksel stimülasyon kortikal uyarılabilirliği arttırır, motor nöron aktivitesini arttırır ve motor performansı iyileştirir.

Protokol

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, insan refahı için kurumsal, ulusal ve uluslararası yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yerel kurumsal inceleme kurulu tarafından gözden geçirilmiştir.

1. Güvenlik Taraması

1. Katılımcıyı noninvaziv beyin stimülasyonu için potansiyel kontrendikasyonlar açısından tarayın, ör., anketler kullanarak.

2. Motor Korteks Lokalizasyonu

1. Katılımcının el motor korteksini iki farklı yaklaşımdan biriyle bulun: transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ile indüklenen motor uyarılmış potansiyel (MEP) ile ilgilenilen kasın beyin temsilini bularak veya elektroensefalogram (EEG) 10/20 uluslararası sistemine dayalı standart birincil motor korteks (M1) pozisyonunu (C3/C4) bir ölçüm bandı ile konumlandırarak.
2. TMS kaynaklı MEP kaydı için katılımcıdan kredi kartları, cep telefonları ve genel olarak metal nesneler dahil olmak üzere TMS manyetik alanından etkilenebilecek herhangi bir nesneyi çıkarmasını isteyin.
3. Katılımcıdan rahatça oturmasını isteyin.
4. Bir yazılım arayüzü kullanırken elektromiyografi (EMG) amplifikatörü ile sinyal yapılandırması ve alımı için kullanılan bilgisayar arasındaki bağlantıları doğrulayın.
5. EMG amplifikatörünü açın ve EMG elektrot kablolarını bağlayın.
6. Elektrotların yerleştirileceği el bölgelerine cilt hazırlama macunu ile yumuşak bir şekilde ovalayarak katılımcının cildini temizleyin. Temiz bir gazlı bezle fazlalığı alın.
7. EMG yüzey elektrotlarını, ilgilenilen el kasına (örneğin, sağ elin M. abductor pollicis brevis'i) bir göbek tendonu montajına takın ve bir toprak elektrodu bağlayın (örneğin, önkol üzerine). Çalışmanın amacı, hangi el kasının kullanılacağını belirlemektir.
   NOT: Yeniden kullanılabilir elektrotlar için, katılımcının cildine yapıştırmadan önce elektrot yüzeyine az miktarda iletken macun uygulamak gerekir.
8. (isteğe bağlı adım) MEP veri depolaması isteniyorsa, MEP alımı için kayıt yazılımını başlatın.
9. EMG empedans değerlerini kontrol edin. Empedansın < 20 kOhm olduğundan emin olun.
10. Manyetik stimülatörü açın ve ilgili "şarj" düğmesine basarak kondansatörü şarj edin.
11. Katılımcının kafa derisine interhemisferik fissür üzerine sekiz rakamlı bir TMS bobini yerleştirin ve onu motor korteks alanına taşıyın (EEG 10/20 uluslararası sisteminin C3/C4 pozisyonları civarında). TMS bobinini, hemisferik fissüre referans alınan 45 °-50 ° 'lik bir açıda, tutamak geriye doğru yönlendirilmiş ve arkadan öne doğru kortikal bir akım akışı üretecek şekilde tutun.
    NOT: Motor korteks lokalizasyonu için iki farklı TMS bobini kullanılır: sekiz rakamı veya dairesel bobinler. Mümkünse, daha fazla fokal beyin stimülasyonu ve kortikal uyarılabilirlik ölçümlerinde daha fazla güvenilirlik sağladığı için sekiz rakamlı bir bobin kullanın.
12. Manyetik stimülatör şarj edildiğinde (ekranda görünür), tetik düğmesine basarak veya ayak pedalına basarak veya bir yazılım programı ile otomatik olarak stimülatörü boşaltın. Bu daha sonra katılımcının kafa derisi üzerine yerleştirilen bağlı TMS bobini aracılığıyla tek bir TMS darbesi verecektir. Varsayılan TMS darbe ayarları (örneğin, indüklenen akımın 100 μs yükselme süresi ve monofazik uyaranlar için 800 μs bozunma süresi; bifazik uyaranlar için daha kısa bozunma süreleri) cihaza (bellenim) özgüdür.
13. Düşük stimülasyon yoğunluğu ile başlayın (örneğin, stimülatör üzerindeki stimülasyon yoğunluğu kontrol düğmesini kullanarak yoğunluğu %45 çıkışa ayarlayın) ve EMG amplifikatöründe görünen MEP'leri izleyin.
    1. Hiçbir MEP görünmüyorsa, bir MEP açıkça mevcut olana kadar (örneğin, 0,5-1 mV genlik) stimülasyon yoğunluğunu %2-5'lik adımlarla artırın. Darbe iletimi otomatik değilse, tetik düğmesine basarak veya ayak pedalını etkinleştirerek stimülasyonu tekrarlayın. Katılımcıya stimülasyonun biraz daha güçlü olacağını ve uzuv hareketlerinin, yüz seğirmesinin ve göz kırpmalarının beklendiğini bildirin.
       NOT: Beyin uyarılabilirliği üzerinde düşük frekanslı stimülasyon etkilerini önlemek için darbeler arasında en az 5 saniyelik bir aralık belirleyin.
14. Tek TMS darbelerinin uygulanmasının ardından en büyük MEP tepkisine sahip noktayı bulmak için bobini başlangıçta uyarılan bölgenin etrafında 1 cm'lik adımlarla radyal olarak hareket ettirin. Oradan, "sıcak noktayı" (maksimum MEP genliğine sahip kortikal alan) sabitlemek için bobini tekrar hareket ettirmeye başlayın.
    NOT: Non-invaziv elektriksel beyin stimülasyonu (NEBS) elektrot yerleşimi için kapağın çıkarılması gerektiğinden ve sıcak nokta konumu kaybolabileceğinden, lokalizasyon prosedürü için bir kafa başlığının (örn. ızgara işaretleri için kullanılır) kullanılması önerilmez.
15. Stimülatör üzerindeki stimülasyon yoğunluğu kontrol düğmesini kullanarak stimülasyon yoğunluğunu yaklaşık %2'lik adımlarla azaltın (MEP hala mevcut olmalıdır). Bu, supramaksimal stimülasyondan kaynaklanan yanlışlığı önleyecektir. Bobini sıcak nokta etrafında 1 cm'lik adımlarla radyal olarak hareket ettirerek ve MEP boyutunu kontrol ederek etkin noktayı yeniden onaylayın. Sıcak nokta yine de en büyük ve en tutarlı MEP genliğine karşılık gelmelidir.
    NOT: Sıcak noktayı bulmak zorsa (örneğin, yüksek stimülasyon yoğunluklarında MEP yoksa) katılımcıdan ilgilenilen kası gönüllü olarak kasmasını isteyin. Bunu yaparak, MEP'yi ortaya çıkarmak için gereken stimülasyon yoğunluğu azalır ve ilgili kortikal stimülasyon bölgelerini tanımlamak daha kolay olabilir. Bu yöntem kullanılıyorsa, katılımcıdan ilgili bir stimülasyon bölgesi bulduktan sonra kası gevşetmesini isteyin ve kas dinlenirken güvenilir MEP'lerin bulunabilmesi için stimülasyon yoğunluğunu ayarlayın. Hotspot'u bulmak için devam edin.
16. Sıcak nokta konumunu ve bobin yönünü kalıcı olmayan bir cilt işaretleyici ile işaretleyin.
17. Bilateral M1 stimülasyonu için, kontralateral ekstremite için 2.11 ila 2.16 arasındaki adımları tekrarlayın.

3. NEBS Elektrot Hazırlığı

:

1. Kabloları kauçuk elektrotlara bağlayın ve elektrotları sünger torbaların içine yerleştirin. Elektrot boyutunun ve sünger torba boyutunun eşleştiğinden emin olun. Malzemeler ticari olarak standart boyutlarda temin edilebilir (örneğin, 5x5 cm², 5x7 cm²).
2. Sünger torbaları her iki taraftan izotonik sodyum klorür (NaCl) çözeltisi ile ıslatın, ancak tuz köprülerini veya gönüllünün üzerine damlamasını önlemek için aşırı ıslatmadan kaçının.
   1. Bu adım isteğe bağlıdır: Lastik bantlar yerine bandaj kullanırken NaCl çözeltisinin sızmasını önlemek için, elektrotları ve sünger torbaları iletken olmayan kauçuk sünger kapakların içine yerleştirin.
      NOT: Alternatif olarak, kauçuk elektrodu iletken macunla örtün ve doğrudan katılımcının kafasına yerleştirin, yani sünger torba veya lastik sünger örtü kullanmayın.

4. NEBS Elektrot Yerleşimi (Şekil 1)

1. Motor kortikal sıcak noktayı gösteren kafa işaretlerini bulun ve alanın etrafındaki saçları ayırın.
2. İletkenliği iyileştirmek için, elektrot yerleştirmeden önce cildi temizleyin, başın etrafındaki cilt alanını, %40-50 alkol veya cilt hazırlama macunu ile ıslatılmış bir çubukla hafifçe ovalayın. Cildi kaşımayın! Fazlalığı bir çubukla alın ve alanı tekrar izotonik NaCl solüsyonu ile temizleyin. Daha sonra alanı kurulayın.
   NOT: Kafa işaretlerinin görünür kaldığından emin olun; Gerekirse açıklama yapın.
3. İlgilenilen M1 için kafa işaretini takip ederek bir elektrot yerleştirin (ilgilenilen elin tersine). Süngeri mümkün olduğunca cilt ile doğrudan temas ettirin. Stimülasyon ve/veya görevin yürütülmesi sırasında rahatsızlığı önlemek ve NEBS cihazına bağlantıyı kolaylaştırmak için elektrot kablosunu katılımcının sırtına doğru yerleştirin.
   NOT: Elektrotun altındaki saçlar nemli olmalıdır. Aşırı saç nemlendirmesi durumunda, fazlalığı emmek için kağıt veya el havlusu kullanın.
   NOT: Anodal tDCS için, ilgilenilen motor kortikal sıcak noktasına yerleştirilen elektrot (uyarılabilirliğin arttırılması arzu edilir), genellikle kırmızı kabloya bağlı olan anoda karşılık gelir. Katot (genellikle siyah veya mavi bir kabloya bağlanır) karşı supraorbital alana veya M1'e yerleştirilir (aşağıya bakınız). Geleneksel olarak, elektrot yerleşimi transkraniyal rastgele gürültü stimülasyonu (tRNS) için aynıdır, ancak klasik protokolde alternatif akım akışı nedeniyle polarite özgüllüğü yoktur. Stimülasyon ayarları bir stimülasyon ofseti içeriyorsa, spesifik yerleştirme önemli olabilir.
4. Tek taraflı M1 stimülasyonu için, ikinci elektrodu (anodal tDCS için: katot) kontralateral supra-orbital alanın üzerine yerleştirin (EEG 10/20 uluslararası sistemindeki elektrot Fp2'ye karşılık gelir). Kablonun katılımcının arkasına doğru yönlendirildiğinden emin olun.
5. M1 elektrodunu stabilize etmek için başı medio-lateral yönde dairesel olarak elastik bir bandajla iki kez örtün, ardından her iki elektrotu stabilize etmek için kalan bandajı başı ön-arka yönde dairesel olarak kaplamak için kullanın.
6. Bandajın ucunu sabitlemek için yapışkan bir bant kullanın.
7. Kabloları katılımcının boynuna veya gömleğine yapışkan bantla sabitleyin.
8. Elektrot kablolarını NEBS cihazına bağlayın.

5. Stimülasyon:

1. NEBS cihazını açın.
2. Stimülasyon tipi (tDCS veya tRNS), yoğunluk (örn. 1 mA, 1.5 mA veya 2 mA), süre (örn. 10-40 dakika), hızlanma yukarı ve aşağı (stimülasyonun başlangıcı ile maksimum yoğunluk arasındaki süre, tipik olarak 8-15 saniye) ve stimülasyon tipiyle ilgili ek faktörler (örn. tRNS için frekans spektrumu) ile ilgili NEBS cihaz ayarlarını yapın.
   NOT: Geleneksel olarak, sahte stimülasyon hemen yükselmeyi ve ardından aşağı inmeyi içerir. Buna göre, katılımcı stimülasyonu hisseder, ancak stimülasyonun süresi beyin fonksiyonu üzerinde kalıcı etkiler yaratmak için yeterli değildir. Bazı NEBS cihazları, çalışmaya özel bir konu kodu girerek katılımcının ve araştırmacının kör edilmesine izin veren bir çalışma modu içerir. Kod, stimülasyon ayarlarını otomatik olarak belirler. Alternatif olarak, ikinci bir deneyci her oturumda stimülasyon ayarlarını yapabilir ve ekranı stimülasyonu gerçekleştiren deneyciden alabilir.
3. Katılımcıyı NEBS ile ilişkili olası yan etkiler hakkında bilgilendirin. Yaygın yan etkiler arasında elektrotların altında ciltte kaşıntı/karıncalanma veya yanma hissi, baş ağrısı ve rahatsızlık yer alır. Yanma hissi, cilt ile zayıf elektrot temasının bir işareti olabilir.
4. Stimülasyonu başlatın.
   NOT: Ortak stimülasyon süresi, kortikal uyarılabilirlikteki değişiklikleri araştıran raporlara dayanarak yaklaşık 10-20 dakika sürer (temsili sonuçlar bölümüne bakınız). Ampirik olarak, maksimum stimülasyon süresi 40 dakika olarak ayarlandı.
5. Hızlanma ve stimülasyon sırasında stimülasyonun sürekliliğini kontrol edin. Empedans çok yüksekse veya elektrotlar cilt ile kötü temas halindeyse, stimülasyon otomatik olarak sona erebilir.
   NOT: Empedansın çok yüksek olması veya katılımcının stimülasyon sırasında artan rahatsızlık bildirmesi durumunda, örneğin elektrotları stimülasyon bölgelerine daha iyi sabitleyerek veya iletken bir ortam ekleyerek empedansı azaltmaya çalışın. NaCl çözeltisi, kafaya yerleştirildikten sonra doğrudan süngerlere bir şırınga kullanılarak eklenebilir.
   NOT: Bazı cihazlar, güvenlik nedenleriyle stimülasyon boyunca empedansı bildirir. Empedans belirli bir eşiğe (örn. 55 kOhm) ulaşırsa NEBS cihazı kapanabilir.

Sonuçlar

Şekil 1. Farklı NEBS stratejileri için elektrot montajları ve mevcut yön. (A) Tek taraflı anodal transkraniyal doğru akım stimülasyonu (tDCS) için, anot, ilgilenilen birincil motor korteks üzerinde merkezlenir ve katot, kontralateral supr...

Malzemeler