Non-Invasive Brain Stimulation électrique Montages pour modulation de la fonction Motor humain
Summary
la stimulation électrique du cerveau non invasive peut moduler la fonction et le comportement corticale, à la fois pour la recherche et à des fins cliniques. Ce protocole décrit différentes méthodes de stimulation cérébrale pour la modulation du système de moteur humain.
Abstract
la stimulation électrique du cerveau non-invasive (NEEF) est utilisé pour moduler le fonctionnement du cerveau et le comportement, à la fois pour la recherche et à des fins cliniques. En particulier, NEBS peut être appliqué transcranially soit que la stimulation du courant continu (STCC) ou en alternance stimulation actuelle (TAC). Ces types de stimulation exercent imparti, la dose et dans le cas de STCC effets spécifiques de polarité sur la fonction motrice et de la compétence d'apprentissage chez les sujets sains. Dernièrement, STCC a été utilisé pour augmenter le traitement des handicaps moteurs chez les patients avec un AVC ou de troubles du mouvement. Cet article fournit un protocole étape par étape pour cibler le cortex moteur primaire avec STCC et la stimulation de bruit aléatoire transcrânienne (tRNS), une forme spécifique de TAC en utilisant un courant électrique appliqué au hasard dans une plage de fréquence prédéfinie. La configuration des deux montages de stimulation différents est expliqué. Dans les deux montages de l'électrode d'émission (l'anode pour tDCS) est placé sur le cortex moteur primaire d'intérêt. Pourstimulation du cortex moteur unilatérale l'électrode de réception est placé sur le front tandis controlatéral pour la stimulation bilatérale du cortex moteur de l'électrode de réception est placé sur le cortex moteur primaire opposée. Les avantages et les inconvénients de chaque montage pour la modulation de l'excitabilité corticale et la fonction du moteur y compris l'apprentissage sont abordés, ainsi que la sécurité, la tolérabilité et aspects aveuglantes.
Introduction
Stimulation non invasive électrique du cerveau (NEEF), l'administration des courants électriques au cerveau à travers le crâne intact, peut modifier le fonctionnement du cerveau et le comportement 1-3. Pour optimiser le potentiel thérapeutique des stratégies NEBS comprendre les mécanismes sous-jacents menant à des effets neurophysiologiques et comportementaux sont encore nécessaires. La normalisation de la demande dans les différents laboratoires et pleine transparence des procédures de stimulation constitue la base de la comparabilité des données qui supporte interprétation fiable des résultats et l'évaluation des mécanismes d'action proposés. La stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) ou transcrânienne alternant courant de stimulation (TAC) diffèrent par des paramètres du courant électrique appliqué: STCC se compose d'un flux de courant constant unidirectionnelle entre deux électrodes (anode et cathode) 2 – 6 TAC tout en utilise un courant alternatif appliqué àfréquence spécifique 7. La stimulation de bruit aléatoire transcrânienne (tRNS) est une forme particulière de TAC qui utilise un courant alternatif appliqué à des fréquences aléatoires (par exemple., 100-640 Hz) résultant en différentes intensités de stimulation rapidement et en supprimant les effets liés polarité-4,6,7. La polarité est seulement de pertinence si le paramètre de stimulation comprend une stimulation compensée, par exemple, le spectre de bruit changeant de façon aléatoire autour d'une intensité mA +1 de référence (généralement pas utilisée). Aux fins de cet article, nous allons nous concentrer sur le travail à l'aide STCC et Trns effets sur le système moteur, suivant de près une publication récente de notre laboratoire 6.
Les mécanismes sous-jacents de l'action de tRNS sont encore moins connus que du STCC, mais probablement différent de ce dernier. En théorie, dans le cadre conceptuel de la résonance stochastique tRNS introduit du bruit induit par la stimulation à un système neuronal qui peut fournir un avantage de traitement du signal en modifiant ee rapport signal sur bruit 4,8,9. TRNS peut principalement amplifier les signaux les plus faibles et peut ainsi optimiser l'activité du cerveau spécifique à la tâche (bruit endogène 9). Anodal STCC augmente l'excitabilité corticale indiqué par la modification du taux de la décharge neuronale spontanée 10 ou augmenté moteur potentiel évoqué (MEP) amplitudes 2 avec les effets qui survivra à la durée de stimulation pour les minutes à quelques heures. augmentations durables dans l'efficacité synaptique connu sous le nom de potentialisation à long terme sont considérés comme contribuant à l'apprentissage et la mémoire. En effet, anodique STCC améliore synaptique efficacité du moteur synapses corticales plusieurs reprises activées par une faible entrée synaptique 11. Conformément, l'acquisition amélioration de la fonction du moteur / compétence est souvent révélé que si la stimulation est co-appliqué avec une formation à moteur de 11 à 13, suggère également co-activation synaptique comme une condition préalable de ce processus dépendant de l'activité. Néanmoins, la causalité entre les augmentations de cexcitabilité ortical (augmentation de taux d'allumage ou de l'amplitude du PEM) d'une part et l'amélioration de l'efficacité synaptique (LTP ou la fonction du comportement tels que l'apprentissage moteur) d'autre part n'a pas été démontrée.
NEBS appliquée au cortex moteur primaire (M1) a suscité l'intérêt de plus en plus comme méthode sûre et efficace pour moduler la fonction motrice humaine 1. Effets neurophysiologiques et les résultats comportementaux peuvent dépendre de la stratégie de stimulation (par exemple, STCC polarité ou tRNS), la taille de l'électrode et montage 4 – 6,14,15. Outre les facteurs anatomiques et physiologiques faisant l'objet inhérentes au montage d'électrode influe de manière significative la distribution de champ électrique et peuvent conduire à différents modèles d'étalement de courant à l'intérieur du cortex 16-18. En plus de l'intensité du courant appliqué à la taille des électrodes détermine la densité de courant délivré 3. montages d'électrode communeà moteur humain études de système comprennent (figure 1): 1) la stimulation anodique tDCS M1 unilatérale avec l'anode positionnée sur l'intérêt de M1 et la cathode positionnée sur le front controlatéral; l'idée de base de cette approche est-régulation de l'excitabilité de la M1 d'intérêt 6,13,19 – 22; 2) la stimulation anodique tDCS bilatérale M1 (également dénommé "bihemispheric" ou "dual" stimulation) avec l'anode positionnée sur l'intérêt de M1 et la cathode positionnée sur le 5,6,14,23,24 M1 contralatérale; l'idée de base de cette approche est de maximiser les avantages de stimulation par la régulation positive de l'excitabilité de la M1 d'intérêt tout en régulant à la baisse l'excitabilité dans le sens opposé M1 (ie, la modulation de l'inhibition interhémisphérique entre les deux M1); 3) Pour tRNS, seul le unilatérale M1 stimulation montage mentionné ci-dessus a été investigATED 4,6; avec ce montage excitabilité effets de tRNS amélioration ont été trouvés pour le spectre de fréquences de 100 à 640 Hz 4. Le choix de la stratégie de stimulation du cerveau et l'électrode montage représente une étape essentielle pour une utilisation efficace et fiable de NEBS en milieu clinique ou de recherche. Voici ces trois procédures NEBS sont décrits en détail comme utilisés dans les études du système moteur humaines et les aspects méthodologiques et conceptuels sont discutées. Matériaux pour STCC unilatérales ou bilatérales et unilatérales tRNS sont les mêmes (Figure 2).
Figure 1. montages électrode et la direction du courant pour les stratégies de NEBS distinctes. (A) Pour anodique unilatérale stimulation transcrânienne à courant continu (STCC), l'anode est centré sur le cortex moteur primaire d'intérêt et la cathode positionné sur til controlatéral région sus-orbitaire. (B) Pour la stimulation du cortex moteur bilatéral, anode et la cathode sont situées chacune sur une cortex moteur. La position de l'anode détermine le cortex moteur de l'intérêt pour STCC anodiques. (C) Pour la stimulation de bruit aléatoire unilatérale transcrânienne (tRNS), une électrode est située sur le cortex moteur et l'autre électrode sur la zone sus-orbitaire controlatéral. Le passage du courant entre les électrodes est indiqué par la flèche noire. Anode (+, rouge), la cathode (-, bleu), Courant alternatif (+/-, vert). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce protocole décrit des matériaux typiques et étapes de la procédure pour la modulation de la fonction motrice de la main et de la compétence d'apprentissage utilisant NEBS, spécifiquement la stimulation unilatérale et bilatérale M1 pour anodique STCC et tRNS unilatérales. Avant de choisir un protocole de NEBS particulier pour une étude de système moteur humain, par exemple., Dans le cadre de l'apprentissage moteur, les aspects méthodologiques (innocuité, la tolérabilité, aveuglante) ains…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MC et JR sont pris en charge par la Fondation allemande pour la recherche (DFG RE 2740 / 3-1).
Materials
| NEBS device (DC Stimulator plus) | Neuroconn | ||
| Electrode cables | Neuroconn | ||
| Conductive-rubber electrodes | Neuroconn | 5×5 cm | |
| Perforated sponge bags | Neuroconn | 5×5 cm | |
| Non-conductive rubber sponge cover | Amrex-Zetron | FG-02-A103 | Rubber pad 3"*3" |
| NaCl isotonic solution | B. Braun Melsungen AG | A1151 | Ecoflac, 0,9% |
| Cotton crepe bandage | Paul Hartmann AG | 931004 | 8x5m, textile elasticity |
| Adhesive tape (Leukofix) | BSN medical | 02122-00 | 2,5cm*5m |
| Skin preparation paste | Weaver | 10-30 | |
| Magnetic stimulator | Magstim | 3010-00 | Magstim 200 |
| EMG conductive paste | GE Medical Systems | 217083 | |
| EMG bipolar electrodes | e.g., Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| EMG amplifier | e.g., Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| Cable for EMG signal transmission | e.g., Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| Data acquisition unit | Cambridge Electronic Design (CED) | MK1401-3 | AD converter |
| Computer for signal recording and offline analysis | |||
| Signal 4.0.9 | Cambridge Electronic Design (CED) | Software | |
| non-permanent skin marker | Edding | 8020 | 1 mm, blue |
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