Transkraniell växelström stimulering (TAC) tillåter moduleringen av kortikala upphetsning i en frekvens-specifika mode. Här visar vi en unik metod som kombinerar online TAC med enda puls transkraniell magnetisk stimulering (TMS) för att ”probe” kortikala upphetsning genom Motor Evoked Potentials.
Transkraniell växelström stimulering (TAC) är en neuromodulatory teknik kunna agera genom sinusformade elektriska vågformer i en specifik frekvens och i sin tur modulerar pågående kortikala oscillerande verksamhet. Denna neurotool tillåter inrättandet av ett orsakssamband mellan endogen oscillerande verksamhet och beteende. De flesta TAC studier har visat online effekter av TAC. Men är lite känt om de underliggande verkningsmekanismer av denna teknik på grund av AC-inducerad artefakter på elektroencefalografi (EEG) signaler. Här visar vi en unik metod att undersöka online fysiologiska frekvens-specifika effekter av TAC av primära motoriska cortex (M1) med enda puls transkraniell magnetisk stimulering (TMS) sond kortikala upphetsning förändringar. I våra setup, är TMS spolen placerad över TAC elektroden medan Motor Evoked Potentials (ledamöter) samlas för att testa effekterna av de pågående M1-TAC. Detta tillvägagångssätt har hittills främst använts för att studera de visuella och motoriska system. Dock kan den nuvarande TAC-TMS-setup bana väg för framtida undersökningar av kognitiva funktioner. Därför, vi erbjuder en steg för steg manuell och video riktlinjer för förfarandet.
Transkraniell elektrisk stimulering (tES) är en neuromodulatory teknik som tillåter modifiering av neuronala stater genom olika nuvarande vågformer1. Bland olika typer av tES möjliggör transkraniell växelström stimulering (TAC) leverans av sinusformade externa oscillerande potentialer i ett visst frekvensområde och moduleringen av fysiologiska neural aktivitet underliggande perceptuell, motoriska och kognitiva processer2. Med TAC, är det möjligt att undersöka potentiella orsakssambanden mellan endogen oscillerande verksamhet och processer i hjärnan.
In vivo, det har man visat att tillsatta neural aktivitet är synkroniserad på olika drivande frekvenser, vilket tyder på att neuronala bränning kan fångas av elektriskt tillämpad fält3. I djurmodeller entrains svag sinusformad TAC urladdade frekvensen av utbredd kortikala neuronala pool4. Hos människa kan TAC kombinerat med online elektroencefalografi (EEG) induktion av den så kallade ”övningsprovet” effekten på endogen oscillerande aktivitet genom att interagera med hjärnan svängningar i en frekvens-specifika sätt5. Dock är kombinerar TAC med neuroradiologiska metoder för en bättre förståelse av mekanismerna som online fortfarande tveksamt på grund av AC-inducerad artefakter6. Dessutom är det inte möjligt att direkt registrera EEG signalen över stimuleras målområdet utan att använda en ringliknande elektrod som är tvivelaktiga lösning7. Således finns det en brist på systematiska studier i ämnet.
Hittills finns det inga tydliga bevis om de långvariga effekterna av TAC efter stimulering upphörande. Endast ett fåtal studier har visat svag och oklart efterverkningarna av TAC på motoriska systemet8. Dessutom är EEG bevis ännu inte klart om efterverkningarna av TAC9. Däremot, de flesta TAC studier visade framstående online effekter10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18, som är svåra att mäta på fysiologisk nivå på grund av tekniska begränsningar. Det övergripande målet med vår metod är således att ge en alternativ metod för att testa online och frekvensen dosberoende effekter av TAC på motoriska cortex (M1) genom att leverera enstaka puls transkraniell magnetisk stimulering (TMS). TMS tillåter forskare att ”probe” det fysiologiska tillståndet av det mänskliga motoriska cortex19. Dessutom av inspelning Motor Evoked Potentials (MEP) försökspersonens kontralaterala å, kan vi undersöka effekterna av den pågående TAC11. Denna metod låter oss noggrant övervaka förändringar i corticospinal retbarhet genom att mäta MEP amplitud under online elektrisk stimulering som levereras vid olika frekvenser i en artefakt-free mode. Dessutom kan detta tillvägagångssätt också testa online effekterna av eventuella andra vågformen för tES.
För att demonstrera kombinerade TAC-TMS-relaterade effekter, kommer vi att visa protokollet genom att tillämpa 20 Hz AC stimulering över primära motoriska cortex (M1) medan online neuronavigated enda puls TMS levereras interspersed av slumpmässiga intervall från 3 till 5 s för att testa M1 kortikala upphetsning.
Detta synsätt innebär en unik möjlighet att direkt testa online effekterna av TAC av primära motoriska cortex genom att mäta corticospinal utdata genom ledamöter som inspelning. Placeringen av TMS spolen över TAC elektroden representerar dock ett viktigt steg som ska utföras korrekt. Därför föreslår vi för det första praktiker hitta en målpunkt av enstaka puls TMS, och sedan markera den på hårbotten och, endast efter det, placera TAC elektroden över hotspot. Tillgängligheten av en neuronavigation syste…
The authors have nothing to disclose.
Denna studie stöddes av ryska Science Foundation bevilja (kontraktsnummer: 17-11-01273). Speciellt tack till Andrey Afanasov och kollegor från multifunktionella innovationscenter för TV-Technics (National Research University, högre Handelshögskolan, Moskva, ryska federationen) för videoinspelning och videoredigering.
BrainStim, high-resolution transcranial stimulator | E.M.S., Bologna, Italy | EMS-BRAINSTIM | |
Pair of 1,5m cables for connection of conductive silicone electrodes | E.M.S., Bologna, Italy | EMS-CVBS15 | |
Reusable conductive silicone electrodes 50x50mm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG970/2 | |
Reusable spontex sponge for electrode 50x100mm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG916S | |
Rubber belts – 75 cm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-ER-PG905/8 | |
Plastic non traumatic button | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG905/99 | |
Brainstim | E.M.S., Bologna, Italy | ||
MagPro X100 MagOption – transcranial magnetic stimulator | MagVenture, Farum, Denmark | 9016E0731 | |
8-shaped coil MC-B65-HO-2 | MagVenture, Farum, Denmark | 9016E0462 | |
Chair with neckrest | MagVenture, Farum, Denmark | 9016B0081 | |
Localite TMS Navigator – Navigation platform, Premium edition | Localite, GmbH, Germany | 21223 | |
Localite TMS Navigator – MR-based software, import data for morphological MRI (DICOM, NifTi) | Localite, GmbH, Germany | 10226 | |
MagVenture 24.8 coil tracker, Geom 1 | Localite, GmbH, Germany | 5221 | |
Electrode wires for surface EMG | EBNeuro, Italy | 6515 | |
Surface Electrodes for EEG/EMG | EBNeuro, Italy | 6515 | |
BrainAmp ExG amplifier – bipolar amplifier | Brain Products, GmbH, Germany | ||
BrainVision Recorder 1.21.0004 | Brain Products, GmbH, Germany | ||
Nuprep Skin Prep Gel | Weaver and Company, USA | ||
Syringes | |||
Sticky tape | |||
NaCl solution |