発達中の脳における運動皮質の非侵襲的変調とロボットマッピング
Summary
小児のモータ皮質の変調(tDCS、HD-tDCS)およびマッピング(ロボットTMS)のためのプロトコルを示す。
Abstract
経頭蓋磁気刺激(TMS)で運動皮質をマッピングすると、運動皮質の生理学と可塑性を調知る可能性がありますが、小児には独特の課題があります。同様に、経頭蓋直流刺激(tDCS)は成人の運動学習を改善することができるが、最近では小児に適用されたばかりである。tDCSおよび高精細tDCS(HD-tDCS)のような新しい技術の使用は、発達中の脳における特別な方法論的考慮を必要とする。ロボットTMSモータマッピングは、特に発達中の脳において、マッピングのためのユニークな利点を与える可能性があります。ここでは、小児の運動皮質変調と運動マップを同時に探索できる2つの統合方法に対して、実用的で標準化されたアプローチを提供することを目指す。まず、ロボットTMSモータマッピングのプロトコルについて述述えます。モーター皮質を中心とした個別化されたMRIナビゲート12×12グリッドは、シングルパルスTMSを管理するロボットをガイドします。グリッド ポイントごとの平均モータ誘発電位(MEP)振幅は、マップ面積、体積、重心などの結果を持つ個々の手筋の 3D モーター マップを生成するために使用されます。両方の方法の安全性と許容度を測定するためのツールも含まれています。第二に、tDCSとHD-tDCSの両方を用いて、モータ皮質と運動学習を調節する。実験的なトレーニングパラダイムとサンプル結果について説明します。これらの方法は、小児における非侵襲的脳刺激の適用を進める。
Introduction
非侵襲的な脳刺激は、人間の脳機能1、2の両方を測定し、調節することができます。最も一般的な標的は、運動体質であり、一部は即時かつ測定可能な生物学的出力(運動誘発電位)だけでなく、運動系の機能不全および障害をもたらす神経疾患の高い有病率によるものである。この大きな世界的な負担は、脳性麻痺などの小児に影響を与える状態の高い割合を含み、全世界で約1700万人に影響を与える生涯障害の主な原因3。この臨床的な関連性と神経刺激技術の多様かつ増加する能力にもかかわらず、発達中の脳のアプリケーションは、4を定義し始めている。小児における既存および新たな非侵襲的脳刺激法の改善された特徴付けは、発達中の脳における応用を進めるために必要とされる。
経頭蓋磁気刺激(TMS)は、成人の非侵襲的、痛みのない、十分に許容され、安全プロファイルのためにますます使用されている確立された神経生理学的ツールです。子供のTMSの経験は比較的限られているが、着実に増加している。TMSは、標的筋運動誘発電位(MEP)に反射された正味出力を有する脳内皮質神経集団の局所活性化を誘導する磁場を提供する。単一パルスTMSの系統的な適用は、生体内の運動皮質の地図を定義することができる。精液動物研究5と新しいヒトTMS研究6は、運動マップが皮質神経可塑性のメカニズムを知らせるのにどのように役立するかを示している。ナビゲートされたモータマッピングは、機能的皮質領域を調べるために人間の運動皮質をマッピングするために使用されるTMS技術です。モータマップの変化は、人間のモータシステム7のプラスチック変化に関連している。ロボットTMS技術の最近の進歩は、モータマッピングの効率と精度を向上させる新しい機会をもたらしました。私たちのグループは最近、ロボットTMSモーターマッピングが子供8で実現可能で、効率的で、十分に許容であることを実証しました。
経頭蓋直流刺激(tDCS)は、皮質興奮性をシフトし、人間の行動を調節することができる非侵襲的な脳刺激の一形態である。成人におけるtDCSの効果を調べる研究は多数行われている(>10,000人の被験者)が、研究の2%未満が発達する脳9に焦点を当てている。小児科のアプリケーションへの成人の証拠の翻訳は複雑であり、子供の複雑な違いのために修正されたプロトコルが必要です。例えば、私たちと他の人は、子供たちが大人10、11に比べて大きく、より強い電界を経験することを示しています。子どものtDCSメソッドの標準化は、安全で一貫性のあるアプリケーションを確保し、レプリケーションを改善し、フィールドを進めるために重要です。小児における運動学習変調tDCSの経験は限られているが、増加する12.特定の脳性麻痺集団へのtDCSの翻訳アプリケーションは、後期臨床試験13に向けて進んでいる。高精細tDCS(HD-tDCS)を介して適用されるより多くの焦点刺激への努力は、子供14で初めて研究されたばかりです。我々は、HD-tDCSが健康な子供の従来のtDCSと同様の改善を生み出す14.HD-tDCS メソッドを記述すると、子におけるレプリケーションや、このようなプロトコルのさらなる適用が可能になります。
Protocol
Representative Results
Discussion
TMSはまた、周産期脳卒中22および脳性麻痺を含む臨床小児集団においても探索され、そこでTMSモーターマップは脳性麻痺の小児で正常に作成され、介入可塑性のメカニズムを探索した。確立されたプロトコル8を使用して、TMSモーターマップは、一般的に発達している小児で正常に収集され、現在、周産期脳卒中および片麻痺性脳性麻痺を持つ小児のための?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、カナダ保健研究所によって支援されました。
Materials
| 1×1 SMARTscan Stimulator | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1×1/tdcs/device | |
| 4×1 HD-tDCS Adaptor | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4×1 | |
| 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/1×1/accessories/carbon-ruber-electrode | |
| EASYpad Electrode | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1×1/accessories/1×1-easypad | |
| EASYstraps | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1×1/accessories/1×1-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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