Modulação não invasiva e mapeamento robótico do córtex motor no cérebro em desenvolvimento
Summary
Nós demonstramos protocolos para a modulação (tDCS, HD-tDCS) e o traço (TMS robótico) do córtice de motor nas crianças.
Abstract
O mapeamento do córtex motor com estimulação magnética transcraniana (TMS) tem potencial para interrogar a fisiologia e a plasticidade do córtex motor, mas acarreta desafios únicos em crianças. Similarmente, a estimulação transcraniana da corrente contínua (tDCS) pode melhorar a aprendizagem do motor nos adultos mas foi aplicada somente recentemente às crianças. O uso de tDCS e de técnicas emergentes como tDCS de alta definição (HD-tDCS) requer considerações metodológicas especiais no cérebro em desenvolvimento. O mapeamento robótico do motor TMS pode conferir vantagens exclusivas para o mapeamento, particularmente no cérebro em desenvolvimento. Aqui, pretendemos fornecer uma abordagem prática e padronizada para dois métodos integrados capazes de explorar simultaneamente a modulação do córtex motor e mapas de motor em crianças. Primeiramente, nós descrevemos um protocolo para o mapeamento robótico do motor TMS. Individualizados, as grades de 12×12 navegadas por RM centralizadas no córtex motor orientam um robô para administrar TMS de pulso único. As amplitudes do potencial evocado motor médio (MEP) por ponto de grade são usadas para gerar mapas de motor 3D de músculos individuais da mão com resultados que incluem a área do mapa, o volume, e o centro de gravidade. Ferramentas para medir a segurança e tolerabilidade de ambos os métodos também estão incluídos. Em segundo lugar, descrevemos a aplicação de tDCS e HD-tDCS para modular o córtex motor e a aprendizagem motora. Um paradigma de treinamento experimental e resultados da amostra são descritos. Estes métodos avançarão a aplicação da estimulação cerebral não invasora nas crianças.
Introduction
A estimulação cerebral não invasiva pode medir e modular a função cerebral humana1,2. O alvo mais comum foi o córtex motor, em parte devido a uma saída biológica imediata e mensurável (potenciais evocados motores), mas também a alta prevalência de doenças neurológicas resultando em disfunção do sistema motor e incapacidade. Esta grande carga global da doença inclui uma alta proporção de condições que afetam crianças como a paralisia cerebral, a principal causa de incapacidade ao longo da vida afetando cerca de 17 milhões pessoas no mundo3. Apesar dessa relevância clínica e das capacidades diversificadas e crescentes das tecnologias de neuroestimulação, as aplicações no cérebro em desenvolvimento estão apenas começando a ser definidas4. A caracterização melhorada de métodos não-invasivos existentes e emergentes da estimulação do cérebro nas crianças é exigida para avançar aplicações no cérebro tornando-se.
A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta neurophysiological bem estabelecida que está sendo usada cada vez mais para seu perfil não invasor, painless, bem tolerado e da segurança nos adultos. A experiência de TMS nas crianças é relativamente limitada mas firmemente aumentando. TMS entrega campos magnéticos para induzir a ativação regional de populações neuronal corticais no cérebro com saídas líquidas refletidas em potenciais evocados do motor do músculo do alvo (MEP). A aplicação sistemática do único pulso TMS pode definir mapas do córtice do motor in vivo. Os estudos animais seminal5 e os estudos humanos emergentes de TMS6 mostraram como os mapas do motor podem ajudar a informar mecanismos da neuroplasticidade cortical. O mapeamento motor navegado é uma técnica de TMS que seja usada para mapear para fora o córtice de motor humano para interrogar regiões corticais funcionais. As mudanças no mapa do motor foram associadas com as mudanças plásticas do sistema humano do motor7. Avanços recentes na tecnologia robótica TMS trouxeram novas oportunidades para melhorar a eficiência e a precisão do mapeamento motor. Nosso grupo demonstrou recentemente que o mapeamento robótico de motores TMS é viável, eficiente e bem tolerado em crianças8.
A estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS) é uma forma de estimulação cerebral não invasiva que pode deslocar a excitabilidade cortical e modular os comportamentos humanos. Houve uma infinidade de estudos examinando o efeito de tDCS em adultos (> 10000 indivíduos), mas menos de 2% dos estudos têm focado no cérebro em desenvolvimento9. A tradução de evidências adultas para aplicações de Pediatria é complexa, e protocolos modificados são necessários devido a diferenças complexas em crianças. Por exemplo, nós e outros mostramos que as crianças experimentam campos elétricos maiores e mais fortes em comparação aos adultos10,11. A padronização dos métodos de tDCS em crianças é importante para garantir uma aplicação segura e consistente, melhorar a replicação e avançar o campo. A experiência de tDCS de modulação de aprendizagem motora em crianças é limitada, mas aumentando12. As aplicações translational de tDCS às populações específicas da paralisia cerebral estão avançando para testes clínicos da fase atrasada13. Os esforços para a estimulação mais focal aplicada através de tDCS de alta definição (HD-tDCS) apenas foram estudados pela primeira vez em crianças14. Nós demonstramos que o HD-tDCS produz melhorias similares na aprendizagem motora como tDCS convencionais em crianças saudáveis14. Descrever os métodos de DH-tDCS permitirá a replicação e outras aplicações de tais protocolos em crianças.
Protocol
Representative Results
Discussion
TMS foi explorado igualmente em populações pediatras clínicas, incluindo o curso perinatal22 e a paralisia cerebral, onde o motor Maps de TMS foi criado com sucesso nas crianças com paralisia cerebral para explorar mecanismos da plasticidade do intervencionista. Usando um protocolo estabelecido8, os mapas de motor TMS foram coletados com sucesso em crianças tipicamente tornando-se, e estão sendo recolhidos atualmente em um ensaio clínico multicêntrico em curso para …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pelos institutos canadenses de pesquisa em saúde.
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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