Transkraniyal manyetik stimülasyon ile transkranyal alternatif akım stimülasyon Online kombine yaklaşım tarafından birincil Motor korteks üzerinde etkileri
23 Eylül 2017
Transkraniyal alternatif akım stimülasyon (şeker) kortikal uyarılabilirlik modülasyon bir frekans özgü biçimde sağlar. İşte "Motor uyarılmış potansiyeller ile kortikal uyarılabilirlik probe için" tek darbe Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ile online tACS birleştiren benzersiz bir yaklaşım göstermektedir.
Bu prosedürün genel amacı, yeni bir çevrimiçi kombine yaklaşımda tek transkraniyal manyetik yol stimülasyonu yoluyla transkraniyal alternatif akım stimülasyonunun devam eden etkilerinin modülasyonunu değerlendirmektir. Transkraniyal elektriksel stimülasyon, farklı akım dalga formu aracılığıyla nöronal durumları etkileyen nöromodülatör bir tekniktir. Nörobilimde beyin, motor ve bilişsel işlevleri araştırmak için yaygın olarak kullanılır.
En çok kullanılan yaklaşımlar, nöron aktivitesinde değişikliklere neden olabilen doğru akım stimülasyonu, rastgele gürültü ve alternatif akım stimülasyonuna dayanmaktadır. Nöronların hem içinde hem de dışında, dinlenme zarı potansiyelinin değişmesine ve sonuç olarak nöronal sinaptik verimliliğin değişmesine neden olur. TACS, belirli bir frekans aralığında sinüzoidal dış salınım potansiyeli sunmamızı sağlar.
Endojen salınım aktivitesi üzerinde sözde sürüklenme etkisini indükleyerek. Burada, primer motor korteksin sürekli stimülasyonu sırasında TACS ve tek CMS'yi birleştiren yeni bir yöntem sunuyoruz. Yöntem, tek darbeli TMS ile indüklenen motor uyarılmış potansiyel aracılığıyla birincil motor korteks üzerindeki çevrimiçi alternatif akım stimülasyon etkilerini test etmemize izin verir.
Birincil motor korteksin uyarılması yoluyla çevrimiçi kombine bir TACS-TMS protokolünü çalıştırmak için gereken tüm ekipman setini göstereceğiz. Ekipman listesi, elektriksel alternatif akım üretebilen bir elektrik stimülasyon cihazı, örneğin BrainStim içerir. Beş ila yedi santimetre boyutlarında iki yüzeyli tuzlu suya batırılmış sünger elektrotlarla bağlanır.
Cilt hissini en aza indirmek için, elektrotlar tüm stimülasyon seansı boyunca empedansı 10 kiloOhm'un altında tutmak için salin solüsyonu ile tamamen doyurulur. Hedef elektrot, özel elastik kayışlar kullanılarak birincil motor korteks sıcak noktasına karşılık gelen kafa derisi üzerine yerleştirilirken, referans elektrot, monopol montajı adı verilen bir şekilde yapışkan bant kullanılarak ipsilateral omuz üzerine yerleştirilir. İnsanlarda, farklı frekanslardaki salınımlar, sinir ağı aktivitesinin farklı durumlarının altında yatan farklı davranışları ve bilişsel süreçleri yansıtır.
Tipik olarak ensefalografi veya manyeto-ensefalografi ile ölçüldüğü gibi. İnsan beynindeki salınımlar ultra yavaştan ultra hızlı salınımlara kadar değişir. Genellikle aynı anda bulunurlar ve birbirleriyle modüle edebilir ve etkileşime girebilirler.
Bununla birlikte, salınım aktivitesi ile beyin süreçleri arasındaki bağlantı her zaman korelasyonel yöntemlerle kurulmuştur. Bu nedenle, beyin salınımlarının kortikal bilgi işlemedeki temel mekanizmayı doğrudan mı yoksa sadece bir epifenomeni mi yansıttığı sorunu hala çözülmemiştir. TACS kullanarak, beyin salınımlarını frekansa özgü bir şekilde nedensel olarak modüle edebilir ve buna bağlı olarak dinlenme durumu, algısal ve bilişsel süreçlerle bağlantılı fizyolojik nöronal aktiviteyi etkileyebiliriz.
BrainStim cihazını kullanarak TCS protokolünü kurmak için öncelikle pil durumunu kontrol edin. Daha sonra stimülasyon parametreleri özel yazılımımız tarafından manipüle edilir. Akımın frekansı, süresi, şekli.
Ve Bluetooth bağlantısı ile cihaza aktarılır. Yazılımı kullanarak yeni bir oturum açın ve yeni bir protokolü veya stimülasyonu yönetin. Örneğin, protokol Beta olarak adlandırılacaktır.
Bizim durumumuzda stimülasyon frekansını ayarlayın, 20Hz olacak, dalga biçimini sinüzoidal olarak ayarlayın ve stimülasyon protokolünün toplam süresini, örneğin 600 saniye olarak ayarlayın. Son olarak, stimülasyon yoğunluğunu 1 miliAmp olarak ayarlayın, ofset, fade in, fade out ve fade sıfır olarak ayarlanmıştır. Ardından, cihazda Bluetooth işlevi etkinleştirildiğinde, protokolü yazılımdan stimülatöre yükleyin.
Ardından protokolün cihaza başarıyla aktarılıp aktarılmadığını kontrol ederek devam edin. Şimdi TMS kısmına geçin. Tek darbeli TMS ile motor kilitleme potansiyellerini ölçmek için bir yüzey EMG'si için ilk yer elektrotları.
10 kiloOhm'un altında düşük bir cilt empedansı elde etmek için tüm elektrotların altında bir temizleme fırçası kullanarak cildi temizleyin. Burada birinci dorsal interressus kasını aldık ve bipolar göbek tendonu montajı kullandık ve kullandık. Aktif elektrodu kas üzerine, referans elektrodu kemiğe, iki santimetre distalde ve toprak elektrodu daha proksimal olarak kola yerleştirin.
Motor kilit potansiyelleri, bir konektör kutusu ile BrainAmp DC amplifikatörüne bağlanan argentum, argentum klorür elektrotları ile ölçülür. TMS bobininin doğru şekilde konumlandırılmasını sağlamak için çerçevesiz TMS navigasyon sistemi LocalEye TMS navigatörü kullanıyoruz. İlk olarak izleme sensörlerini katılımcının ön tarafına yerleştiriyoruz.
TMS stimülasyonu için iki fazlı rejimde manyetik stimülatör ve H şeklinde 75 milimetre salınımlı kırmızı stimülasyon bobini kullanıyoruz. Daha sonra katılımcının yapısal T-one MRG'sinin videosunu kullanarak ve navigasyon sistemi ile 3 boyutlu MRI kafa modelinde katılımcının kafasının mevcut bir çizimini gerçekleştirin. Bundan sonra, bobini, motor topuzu bölgesi olarak adlandırılan kafanın birincil motor alanı üzerine doğru bir şekilde yerleştirin.
Ardından tek geçişli TMS motor kilit potansiyellerini test etmeye başlayın. İncelenen el modeli kortikal temsili için en uygun sıcak nokta bulunduğunda, bu konum sonraki TCS hedef elektrot yerleşimi için işaretlenir. Baştaki ilk elastik kayışı başın merkezinin konumuna göre dikkatlice ayarlayın.
Ardından ikinci şeritle hedef elektrot pozisyonunu alın. TCS elektrotları hem kafatasına hem de ipsilateral omuza yerleştirildikten sonra, bunları stimülatöre bağlamaya devam edin. Stimülasyon seansına başlamadan önce, görsel inceleme ile hedef elektrotun konumunun işaretli sıcak nokta üzerinde ortalandığından emin olun.
Ardından, sıcak noktayı tekrar bulmak için nöro-navigasyonu kullanarak yoğunluğu ve yönü yeniden ayarlayarak TMS bobinini TCS elektrotlarının üzerine yerleştirin. Bu aşamada, hedef elektrotun kalınlığı dikkate alınarak bu yeni kombine TCS-TMS montajı için dinlenme modeli eşiğinin yöntemi belirlenir. Deney boyunca stimülasyon yoğunluğunu dinlenme motor eşiğinin %110'una ayarlayın.
TCS çalışmalarının çoğu belirgin çevrimiçi etkiler göstermiştir, aynı zamanda, stimülasyonun kesilmesinden sonra TCS'nin uzun süreli etkileri hakkında hala net bir kanıt yoktur. Literatürde sadece birkaç çalışma, çevrimiçi TCS kullananlara göre zayıf ve belirsiz yan etkiler göstermiştir. EG kanıtları TCS yan etkileri hakkında da net değildir.
İn vivo olarak, aktivitedeki ani artışın farklı sürüş frekanslarıyla senkronize olduğu gösterildi, bu da nöronal ateşlemenin elektriksel olarak uygulanan alanlar tarafından sürüklenebileceğini düşündürdü. Bu nedenle, hayvan modellerinde, zayıf sinüzoidal TCS, yaygın kortikal-nöronal nabzın boşalan frekansını sürükler. İnsanlarda, son kanıtlar çevrimiçi TCS'nin EG imzası üzerinde sürüklenme etkisini indükleyebileceğini göstermiştir.
Bununla birlikte, TCS EG yaklaşımı, öncelikle AC kaynaklı artefaktlar nedeniyle ve ikincisi, uyarılan alanın EG sinyalini doğrudan yakalamak pratik olarak mümkün olmadığı için hala sorgulanabilir. Bu tür kombine TCS-TMS montajı, özellikle sensorimotor sistem için, birincil motor korteksin tek geçişli TMS'sini bir prob olarak kullanarak, kortikal spinal debi üzerindeki çevrimiçi frekansa özgü TCS etkilerini gözlemlemeye izin verir. Böylece, üç ila beş saniye arasında rastgele aralıklarla serpiştirilmiş çevrimiçi TMS tek darbeleri sunarken 20Hz elektrik stimülasyon protokolünü başlatın.
Örneğin, çevrimiçi 20Hz TCS sırasında motor kilidi potansiyel genliklerinin artışını 10Hz veya sahte stimülasyona göre gösterebiliriz. Bu resimde, TMS bobininin hedef TCS elektrodu üzerine yerleştirildiği deneysel tasarımın bir örneğini görebilirsiniz. Bu deney hedefi olan kırmızı elektrotlar sol motor korteks ve sağ parietal korteks üzerine yerleştirilir.
Mavi referans elektrodu, 1020 uluslararası EG sisteminin PZ konumuna karşılık gelen orta hatta yerleştirilir. Bobin, sol motor korteksi üzerine yerleştirilen sünger elektrot üzerinde tutulur. Hitap edilen insan motor korteksi yaklaşık 20Hz'de bir aktiviteye sahiptir.
Sık işbirlikçiler, stimülasyon 20Hz'de uygulanırken kortiko-spinal uyarılabilirliğin çevrimiçi artışını göstererek insanlarda dinlenme halinde 20Hz aktivitesinin önemli kanıtlarını sağladılar. Grafikte Y ekseni, TCS stimülasyonu devam ederken TMS tek darbesi ile ölçülen ortalama MEP genliğini temsil eder. X ekseni farklı stimülasyon frekanslarını temsil eder.
Sadece motor kortekste 20Hz'de verilen TCS, kortikospinal çıktıyı arttırdı. Oysa stimülasyonun diğer frekanslar veya parietal korteksin diğer stimülasyonu üzerinde hiçbir etkisi yoktu. Bu, TCS'nin TACS, TMS kombine yaklaşımı ile ölçülen motor korteks üzerindeki çevrimiçi frekansa özgü etkisinin ilk kanıtıydı.
TMS ve TACS kullanımını birleştirmenin mantığı, ilettikleri farklı bilgilere dayanmaktadır. Kontralateral eldeki motor uyarılmış potansiyelleri birincil motor kortekse kaydederek, devam eden TCS'nin artefaktsız etkilerini kontrol edebiliriz. Bu, farklı frekanslarda artefaktsız bir şekilde verilen elektriksel stimülasyon sırasında motor uyarılmış potansiyeller tarafından kortikal uyarılabilirlikteki değişiklikleri doğru bir şekilde izlememizi sağlar.
Bu yeni yaklaşım, diğer herhangi bir transkraniyal elektriksel stimülasyon formunun çevrimiçi etkisini test etmek için kullanılabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, korteks uyarılabilirliğini değerlendirmek için transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS) ile tek atımlık transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) yöntemini birleştiren yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Yöntem, frekansa özgü stimülasyon aracılığıyla nöronal durumların modülasyonunu incelemeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Nöromodülasyon
- Elektrofizyoloji
Arka Plan
- Transkraniyal elektrik stimülasyonu, beyin fonksiyonlarını araştırmak için kullanılır.
- TACS, nöronal aktiviteyi modüle etmek için sinüzoidal salınımlı potansiyeller sağlar.
- Tek atımlık TMS, motor uyarılmış potansiyellerin ölçülmesi için kullanılır.
- Bu tekniklerin kombinasyonu, korteks uyarılabilirliğinin gerçek zamanlı değerlendirilmesini sağlar.
Çalışmanın Amacı
- tACS'nin korteks uyarılabilirliği üzerindeki sürekli etkilerini değerlendirmek.
- tACS ve TMS arasındaki etkileşimi keşfetmek.
- Nöromodülasyon araştırmaları için yeni bir çevrimiçi kombine yaklaşım geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS).
- Tek atımlık transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS).
- Motor uyarılmış potansiyellerin (MEP'ler) ölçülmesi.
- Korteks uyarılabilirliğinin gerçek zamanlı değerlendirilmesi.
Ana Sonuçlar
- tACS aracılığıyla korteks uyarılabililiğinin modülasyonunu gösterdi.
- TMS kullanarak nöronal durumları incelemek için bir yöntem geliştirdi.
- tACS'nin frekansa özgü etkileri hakkında bilgiler sağladı.
- Kombine nöromodülasyon tekniklerinin potansiyelini vurguladı.
Sonuçlar
- tACS ve TMS'nin kombinasyonu, korteks uyarılabilirliğini incelemek için yeni bir yaklaşım sunar.
- Bu yöntem, beyin fonksiyon modülasyonu hakkındaki anlayışımızı geliştirebilir.
- Gelecekteki araştırmalar bu tekniğin daha fazla uygulamasını araştırabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This method enables frequency-specific neuromodulation assessment in the motor cortex, supporting target validation in neuroscience drug discovery. By combining tACS with TMS to measure motor evoked potentials, researchers can probe causal links between oscillatory activity and cortical excitability without EEG artifact interference. This approach enhances predictive confidence in mechanistic studies of neuronal network function relevant to CNS therapeutic development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding cortical oscillatory mechanisms in motor function.
- Operational Value: Provides artifact-free physiological readouts via MEP amplitude changes during ongoing tACS.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Establishes a reproducible platform for frequency-specific neuromodulation screening in motor cortex.
- Operational Value: Supports assay standardization through defined tACS parameters and TMS hotspot localization.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates disease-relevant system modeling by linking 20Hz tACS effects to corticospinal output in human motor cortex.
- Operational Value: Enables cross-species translational continuity by demonstrating entrainment effects observed in both animal and human models.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing mechanistic de-risking of oscillatory targets before lead identification stages.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of frequency-specific neuronal entrainment in motor networks.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible MEP amplitude readouts for condition comparison.
- Analytics: Generates cortical excitability measurements that enable statistical comparison across stimulation frequencies.
- Translational Research: Connects findings to preclinical continuity through demonstrated entrainment in animal and human cortical activity.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuromodulation platform applicable to multiple CNS target frequencies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by isolating frequency-specific effects on cortical output.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized electrode placement and TMS hotspot tracking.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing mechanistic insight into neuromodulation mechanisms.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by reducing ambiguity in target engagement evidence.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, TMS navigation, and neuromodulation protocols.
- Needs electrical stimulator with Bluetooth protocol transfer, frameless TMS navigation system, and EMG acquisition setup.
- Demands cross-team standardization for electrode montage, impedance control, and coil positioning reproducibility.
- Involves adaptation considerations for varying cortical targets and frequency-specific entrainment windows.
- Limited by the necessity of artifact-free physiological proxies like MEPs when direct EEG is confounded by tACS artifacts.
