この作品は、オステオパシーヘリテージ財団からBCクラークへの助成金によって一部で賄われていた。我々は、特別な数字のグラフィックスの多くを作成するには、彼女の援助のためにマリッサマッギンリーにあなたに感謝表明したいと思います。

1。 FCRとES筋肉のシングルとペア、パルスTMS <ol><li> 基本的な安全上のご注意：以前は、人間の被験者で行うTMSには、磁界への曝露に関連するとして、最初に基本的な安全上の注意のためにそれらをスクリーニングする必要があります。私たちのラボでは、磁気共鳴の安全、教育研究10の研究所が定めたスクリーニングのガイドラインに従ってください。私たちのラボではまた、日常的にてんかんの発作の家族歴を持つ個人を除外する。我々はまた、ESの筋肉のTMSを受けている被験者は耳栓と少ない焦点と強い刺激の強度によるマウスガードを着用する必要があります。 </li><li> 電気録音：それは、骨格筋から筋電図（EMG）信号を記録するために必要なモータシステムでTMSの応答を調べるために。 FCRの筋肉のために我々はtにわたって長手方向に位置するバイポーラ電極配置を用いて前腕の表面電極を配置我々は以前に7,11も述べたように剃毛し、有傷皮膚での彼は筋肉。脊柱の起立筋のために我々は、剃毛し、有傷皮膚8のL3 - L5椎体レベルで筋肉を介して縦方向に位置する同様の電極配置を使用してください。 </li><li> TMSコイルの向き：主にそれが適切に12 TMSコイルを配置するために必要な経シナプス的に皮質ニューロンを有効にするには。 FCRの筋肉のために我々は、正中線に頭皮と45度〜70 mmの8の字TMSコイルは、接線方向に置きますので、その内側、前方方向への横後方に誘導電流が流れる。 ESの筋肉のために我々はより浸透の深さを持ち、ホムンクルスに深くているこれらの筋肉の表現のために必要とされるダブルコーンコイルを使用してください。ここで、コイルはそのような前後方向の前方に電流が流れるように配置される。我々は、sで私たちを支援するためにレーザーの添付ファイルシステムと当社のコイルをカスタム変更したダブルコーンコイルのubsequent再ポジショニング。 </li><li> &quot;ホットスポット&quot;を識別する ：これは、潜在的な誘発最大のモーターを誘発する刺激の位置を決定する必要があります。 FCRの筋肉のために我々は、微妙に少しずつで周りTMSコイルを移動し、我々は最大のモーターは、潜在的な振幅を誘発観察場所を決定することによって行います。一度に位置する我々は、頭皮やライクラキャップのどちらかに消えないインクでは、このエリアに注意してください。 ESの筋肉のTMSは、上肢の筋肉のTMSより被験者にかなり不快です。したがって、我々はそれの忍容性と実現可能性を高めるためにESの筋肉のための合理化私たちのTMSのプロトコルを持っている。ここで、代わりに&quot;ホットスポット&quot;を見つけると我々は、頭蓋骨の頂点を識別するための身体計測値を使用してください。具体的には、矢状の頭蓋骨（nasinonとイニオン間）とコロナ（耳珠間）平面の交点として頂点を識別します。 </li><li> 生体力学的ポジショニング： </当研究室では強い&gt;我々はFCRの筋肉の被​​験者のTMSを実行BioDexシステム4ダイナモメータ（図2）の拡張位置で休んで腕に取り付けられている。しかしながら、このようなことが加わる力を測定するための一つの可能​​なセットアップの唯一の例であることに注意してください。 ESの筋肉のために被験者は、彼らのラップで自分の手の残りの部分（図3）しながら直立姿勢で座ってするように求められます。彼らは90腿回転台の椅子°トランクからの相対、大腿部の相対〜45時下肢°、およびニュートラルposture8で腰椎に装着されています。 </li><li> モーターのしきい値の定量化 ：モーター誘発電位の臨床試験の50％以上で50マイクロボルト（図4）よりも大きいピークトゥピークの振幅を持つまではFCRには、我々は徐々に増加させる刺激の強度で、単一のパルスを供給することにより、モータのしきい値（MT）を決定する。 TMSのプロトコルを効率化し、忍容性と実現可能性を高めるために、我々はEで、モータのしきい値を決定していないS我々は上肢の筋肉をテストするときと同じ精度を持つ筋肉。むしろ、我々は、この刺激強度が上または下にモーターのしきい値であるかどうかを判断するために最大刺激の出力の50％で初期の単一パルスを提供することで、TMSのプロトコルを開始します。 MEPは、バックグラウンドのレベルに識別可能なMEPの相対として強度定義この刺激で観察されている場合はEMGが、強度はこの刺激強度がサブまたは超えたしきい値8であるかどうかを判断するために刺激の出力の40％に低減されます。 </li><li> シングルパルスのTMSを使用して定量化MEPの振幅 ：モーターを調べるためには、我々は運動閾値の130％に等しい強度で&#39;ホットスポット&#39;に単一のTMSのパルスを供給するFCRの潜在的な振幅を誘発し、ピークツーピークの振幅を計算する。一般的に、我々は、正中神経の最大上電気刺激後に観察された最大の複合筋線維の活動電位にこの結果を正規化する。我々は、MEPの大きさがverであることに注意してください皮質興奮性の程度に依存してyを。したがって、TMSパルスがバックグラウンドの収縮中に配信されると、皮質興奮性を増加させると、MEPのサイズが劇的に増加します。 ESの筋肉のために、我々は、サブモーター閾値強度8の上方に強度40〜50％で頂点に単一のTMSパルスを実現。 ESの筋肉を支配する末梢神経が電気刺激にアクセスできないため、残念ながら、我々は、複合筋線維の活動電位にこれらのモータの誘発電位を正常化することはできません。 </li><li> シングルパルスのTMSを使用してサイレント期間の時間を定量化 ：皮質にTMSのパルスが筋肉の収縮中に配信されている場合には、皮質の抑制の指標と一般的にサイレントと呼ばれる活動が再開する前に、電気的休止が続くモーター誘発電位が生成されます。期間13（図5）。サイレントピリオドを定量化するために我々は、単一の提供研究参加者が彼らの最大筋力の15％で手首の屈曲筋の収縮を行っている間、モータのしきい値の130％に等しい強度で&quot;ホットスポット&quot;へのTMSパルス。我々は以前にESの筋肉のサイレント期の持続時間を定量化されていませんが、我々は、TMSのパルスIDが背景の収縮中に配信するときに我々は逸話的にはこの筋肉群でその存在を認めていることに注意してください。 </li><li> ペアパルスTMSを使用して皮質内ファシリテーションの定量化：我々は、皮質内ファシリテ6,7（図6及び7はそれぞれ、FCRとES筋肉のため、この測定値を表す）定量化するためにペアパルスTMSを使用してください。 FCRの筋肉のために、まず0.5から1.0 mVの間にあるモーター誘発電位を誘発するために必要な刺激強度を決定する。次に、我々の研究室で一般的に閾値上のテストパルスの前にモーターのしきい値- 15 -ミリ秒の70％に等しく設定されているサブスレッショルドコンディショニングパルスを実現。このコンディショニング前のテストパルスにこの時間帯で配信パルスが増加する、または促進される、モーターの振幅は同じ強さの単一の無条件のパルスよりも潜在的な多くを誘発。 ESの筋肉グループのためにコンディショニングパルスの強度が観測されたサブモーター閾値強度（40％または刺激の出力の50％のどちらか）に設定されており、テストパルスの強度は、サブモーターのしきい値レベル（80％以上40％に設定されていますまたは刺激の出力の90％）8。我々は、コンディショニングパルスの強度を研究の目的に応じて変化させることができることに注意してください。同様に、パルス間隔は、筋肉や皮質の相対的な位置によって異なる場合があります。 </li><li> ペアパルスTMSを使用して短期間隔皮質内抑制の定量化：我々はまた、短い間隔皮質内抑制6,7（図6、図7 FCRとES筋肉のためのこの測定は、それぞれを表す）を定量化するためにペアパルスTMSを使用してください。ここでは、両方の2つのパルス間刺激間隔が3ミリ秒に短縮されていることを除いて皮質内円滑化を測定するための説明に従って、FCRとESの筋肉が、手順は同じです。前のテストパルスにこの期間で送達このコンディショニングパルスが減少する、または阻害する、モーターの振幅は同じ強さの単一の無条件のパルスよりも潜在的な多くを誘発。 </li><li> ペアパルスTMSを使用して長期間隔皮質内抑制を定量：100ミリ秒で区切られた2つの同一の閾値上のテストパルスを供給することも長期間隔皮質内抑制6,7を評価するために使用することができます。この場合、用FCRの第二パルスに関連する筋肉、運動誘発電位は、（図8）は、最初に関連付けられているよりも、小さい、以上を抑制することになります。我々は以前に予告忍容性の懸念のためにESの筋肉の長期間隔皮質内抑制を定量化していない。 </li></ol> 2。代表的な結果： 閾値上TMSパルスの配信に続いて、刺激される筋肉は容易に観察可能なEMGの応答を（MEP）（図4-8で示す）を示してください。刺激開始とMEPの間の待ち時間は検査されている筋肉群との間で異なりますが、FCRのためにそれは一般的に16から19ミリ秒（図6）とESのためにそれが17から22ミリ秒（図7である;それはするはずですがいくつかの科目ではESの筋肉の決定的なMEPの発症が）視覚的に識別することがより困難であることに留意する。これは、ESの筋肉グループをテストするときにいくつかの他の筋肉群が目に見えてもないし、劇的に（ホムンクルスの同じ一般的な領域内で表現される下肢の筋肉を含む）併用刺激したこと。留意すべきである皮質内のファシリテーションの測定中にMEP振幅は一般に、単一の無条件のパルス（Fで観察されるよりも大きくなってigure 6と7）。しかし、それはファシリテーションの程度は、いくつかの筋肉群 - など、多くの被験者のわずかなファシリテーションを示すFCRなどによる筋肉のグループの間で変化することが我々の経験です。短い間隔と長い間隔皮質内抑制を測定するためのMEPの振幅の減少は一般に、同じ強度（図6-8）の単一の無条件のパルスと比較して観察される。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig1.jpg" /> 図1：TMSの基本的なメカニズム。TMSコイルは頭皮に浸透し、運動皮質内に渦電流を誘導する磁界を、誘発する。この渦電流は、脳内の神経細胞を刺激することができます。図は、プレス14では、マッギンリーとクラークから転載。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig2.jpg" /> 図2 Tを実行するためのセットアップ<html> FCRの筋肉上のMS。前腕から筋電図（EMG）信号の記録、および運動皮質上にTMSパドルに注意してください。我々は一般的にまた記録筋肉の力、そしてこれは振幅の値を解釈する際に有用であるため、絶対とは対照的に（例えば、1つは最大筋力の応答に対して相対的に表現し、MEPができる、最大の複合筋線維の活動電位を得るために電気的な末梢神経の刺激を使用してください重くそのような皮下脂肪組織などの非生理的な要因によって影響を与えることができるmVの値）。クラークら：図では、次から転載。 2008年09月、クラークら、2010 6、およびマッギンリーら。 2010 7。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig3.jpg" /> 図3。起立のspinaleの筋肉にTMSを実行するためのセットアップ。ゴスらから再版図。 2011年8。 _upload/3387/3387fig4.jpg&quot;/&gt; 図4モータの閾値判定の例 。 EMGのトレースは、徐々に増加させる刺激の強度（刺激の出力の割合（SO）として表される）の電位（MEP）の応答を誘発モーターを表します。低強度（SOの28〜30％）が非常に小さいのMEPで（サブスレッショルド）誘発されたことが、32％のMEPは、通常、ppの振幅とMEPとして定義されているに達したモーターのしきい値を（誘発したように、&gt;注意してください50μV）。 図は、プレス14では、マッギンリーとクラークから転載。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig5.jpg" /> 。収縮時の図5は、TMS：モータが潜在的な＆サイレントピリオドを誘発 。被験者がわずかな収縮を実行し、単一の刺激が運動野に適用されている場合は、サイレント期間が観察される。サイレント時代の最初の部分は脊髄の抑制と、後者の部分のために特にGABA B受容体は 、皮質の抑制に起因する。そこに沈黙期の持続時間を定量化するためにはコンセンサスの方法はありませんが、我々の調査結果は、どちらかの自主的な干渉の筋電図信号のリターンへの刺激の発症やMEPの発症から、それを定義すると、最も信頼性の高い15であることを示している。 図は、プレス14では、クラークとクイック、2011 16、マッギンリーとクラークから転載。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig6.jpg" /> 図6。モーターの変更は、FCRの筋肉の潜在的なサイズのi番目のペアのパルスのTMSを誘発 。短間隔皮質内抑制（SICI）および皮質内促進（ICF）の測定。 SICIとICFを定量化するためのコンディショニングパルス（CP）は、モータのしきい値未満に設定されており、テストパルス（TP）は0.5から1 mVの間でMEPのを呼び起こすために設定されています。短いinterstimulusの間隔で長いinterstimulus間隔で（例えば、15ミリ秒）は、MEP（ICF）を促進するのに対し（例えば、3ミリ秒）CPは、唯一のTP（SICI）と比較してMEPを阻害する。 CP：コンディショニングパルス、TP：クラークから再版テストパルスの図ら、2010 6、マッギンリーら。プレス14では数：14、クラークとクイック、2011 16、及びマッギンリーとクラーク、。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig7.jpg" /> 図7。モーターの変更は、ESの筋肉のペアパルスのTMSとの潜在的な大きさを誘 ​​発 。脊柱起立筋と短間隔皮質内抑制（SICI）および皮質内促進（ICF）の測定からEMGのトレースの例。 ゴスらから再版図。 2011年8。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig8.jpg" /> 図8。モーターEVOの変化ペアパルスのTMSとサイズヒツジシラミバエ可能性。長い間隔皮質内抑制（LICI）の測定。 LICIつのテストパルスを定量化するためには、100ミリ秒の刺激間隔で配信されます。第二MEPのこの結果は、最初のMEPと比較して抑制されている。 クラークから再版図ら、2010 6、マッギンリーら。 2010 7とマッギンリーとクラーク、プレス14。

利害の衝突は宣言されません。

この記事の全体的な目標は、我々の研究室の視覚的なアカウントは、経頭蓋磁気刺激を使用する科学者や臨床医に提供することです。しかし、これらの実験の可視化を提供することに加えて、以下の我々は、この方法でTMSを実行する際に考慮する基本的な問題について説明TMS応答の生理学の簡単な概要を提供し、またの利用に関してとTMSの私達の使用について説明他人。 ?...

<table border="1"><tbody><tr><th>機器の名前</th><th>会社</th><th>カタログ番号</th><th>コメント（省略可能） </th></tr><tr><td>経頭蓋磁気刺激装置2002 経頭蓋磁気刺激装置のBi - STIM2 8の字70 mmのコイル ダブルコーンコイル</td><td> Magstimカンパニー</td><td> NA </td><td> TMS装置（コイルを含む） </td></tr><tr><td> Biodexシステム4 </td><td> Biodex </td><td> NA </td><td>動力計</td></tr><tr><td> BIOPAC MP150データ収集システム</td><td> BIOPAC </td><td> MP150WSW </td><td> EMGと力のためのADコンバータ</td></tr><tr><td> AcqKnowledge 4.0データ収集ソフトウェア</td><td> BIOPAC </td><td> ACK100W </td><td></td></tr><tr><td> Nikomedトレース1 ECG電極</td><td> Nikomed </td><td> 2015 </td><td> EMG電極</td></tr><tr><td>定電流刺激</td><td> Digitimer </td><td> DS7A </td><td>末梢神経刺激装置</td></tr></tbody></table>

utilizing transcranial magnetic stimulation to study the human neuromuscular system

経頭蓋磁気刺激（TMS）は20年以上1のために使用されていて、過去10年間で人気が急激に成長している。 TMSの使用はこの期間中に多くのシステムやプロセスの研究に拡大しているが、元のアプリケーションと、おそらくTMSの最も一般的な用途の一つは、人間の神経系の生理学、可塑性と機能を研究することを含んでいます。運動皮質に適用される単一パルスのTMSは、錐体ニューロン経シナプス的に2（図1）とヒトの3の皮質脊髄路の完全性と興奮性を研究し、評価するために使用できる測定可能な筋電図反応の結果を興奮させる。また、磁気刺激の最近の進歩は、現在4,5皮質対脊髄興奮性のパーティショニングが可能になります。例えば、ペアパルスTMSは、条件を組み合わせることにより、皮質内facilitatoryと阻害特性を評価するために使用することができます。異なるinterstimulus間隔3,4,6-8でINGの刺激とテスト刺激。このビデオの記事では、これらの技術の方法論と技術的側面を紹介します。橈側手根屈筋（FCR）の筋肉だけでなく、脊柱起立筋（ES）の筋肉組織に適用されるよう具体的には、単一パルスとペアパルスのTMSのテクニックのデモンストレーションを行います。それが減らされた筋肉のパフォーマンス6,9で手首手のギプス固定の影響に関する研究に興味がある、そしてそれは腰痛に関連する我々はこれらの筋肉のためにESの筋肉の臨床的意義を研究するように当研究室では、FCRの筋肉を研究8。これは記載して、我々は、TMSが手、腕と脚の多くの筋肉を研究するために使用されていることに注意してください、とFCRとESの筋肉群における私たちのデモが唯一の人間の神経筋を研究するために使用されているTMSの例を選択されていることを反復してくださいシステム。

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Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

経頭蓋磁気刺激（TMS）は、ヒトの神経系の生理学と機能に洞察力を得るために非侵襲的なツールです。ここでは、上肢と腰部の筋肉組織の皮質興奮性を研究するために私たちのTMSのテクニックを紹介。

人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

26.5K ビュー.  Ohio University. 経頭蓋磁気刺激（TMS）は、ヒトの神経系の生理学と機能に洞察力を得るために非侵襲的なツールです。ここでは、上肢と腰部の筋肉組織の皮質興奮性を研究するために私たちのTMSのテクニックを紹介。

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A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional capacity. Transcutaneous surface stimulation of skeletal muscle involves a current flow between a cathode and an anode, thereby inducing excitement of the motor unit and the surrounding muscle fibers. 
NMES is an attractive modality to evaluate skeletal muscle adaptive responses for several reasons. First, it provides a reproducible experimental model in which physiological adaptations, such as myofiber hypertophy and muscle strengthening6, angiogenesis7-9, growth factor secretion9-11, and muscle precursor cell activation12 are well documented. Such physiological responses may be carefully titrated using different parameters of stimulation (for Cochrane review, see 13). In addition, NMES recruits motor units non-selectively, and in a spatially fixed and temporally synchronous manner14, offering the advantage of exerting a treatment effect on all fibers, regardless of fiber type. Although there are specified contraindications to NMES in clinical populations, including peripheral venous disorders or malignancy, for example, NMES is safe and feasible, even for those who are ill and/or bedridden and for populations in which rigorous exercise may be challenging. 
Here, we demonstrate the protocol for adapting commercially available electrodes and performing a NMES protocol using a murine model. This animal model has the advantage of utilizing a clinically available device and providing instant feedback regarding positioning of the electrode to elicit the desired muscle contractile effect. For the purpose of this manuscript, we will describe the protocol for muscle stimulation of the anterior compartment muscles of a mouse hindlimb.

A murine model of neuromuscular electrical stimulation (NMES), a safe and inexpensive clinical modality, to the anterior compartment muscles is described. This model has the advantage of modifying a readily available clinical device for the purpose of eliciting targeted and specific muscle contractions in mice.

神経筋電気刺激による筋力トレーニングのマウスモデル

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional ...

医学

Utilizing Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to Improve Language Function in Stroke Patients with Chronic Non-fluent Aphasia

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been shown to significantly improve language function in patients with non-fluent aphasia1. In this experiment, we demonstrate the administration of low-frequency repetitive TMS (rTMS) to an optimal stimulation site in the right hemisphere in patients with chronic non-fluent aphasia. A battery of standardized language measures is administered in order to assess baseline performance. Patients are subsequently randomized to either receive real rTMS or initial sham stimulation. Patients in the real stimulation undergo a site-finding phase, comprised of a series of six rTMS sessions administered over five days; stimulation is delivered to a different site in the right frontal lobe during each of these sessions. Each site-finding session consists of 600 pulses of 1 Hz rTMS, preceded and followed by a picture-naming task. By comparing the degree of transient change in naming ability elicited by stimulation of candidate sites, we are able to locate the area of optimal response for each individual patient. We then administer rTMS to this site during the treatment phase. During treatment, patients undergo a total of ten days of stimulation over the span of two weeks; each session is comprised of 20 min of 1 Hz rTMS delivered at 90% resting motor threshold. Stimulation is paired with an fMRI-naming task on the first and last days of treatment. After the treatment phase is complete, the language battery obtained at baseline is repeated two and six months following stimulation in order to identify rTMS-induced changes in performance. The fMRI-naming task is also repeated two and six months following treatment. Patients who are randomized to the sham arm of the study undergo sham site-finding, sham treatment, fMRI-naming studies, and repeat language testing two months after completing sham treatment. Sham patients then cross over into the real stimulation arm, completing real site-finding, real treatment, fMRI, and two- and six-month post-stimulation language testing.

We explore the use of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to improve language abilities in patients with chronic stroke and non-fluent aphasia. After identifying a site in the right frontal gyrus for each patient that responds optimally to stimulation, we target this site during ten days of rTMS treatment.

慢性非流暢失語症脳卒中患者における言語機能を改善するために反復経頭蓋磁気刺激の活用

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been shown to significantly improve language function in patients with non-fluent aphasia1. In this ...

Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS)

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) has recently been developed as a noninvasive brain stimulation approach that increases the accuracy of current delivery to the brain by using arrays of smaller "high-definition" electrodes, instead of the larger pad-electrodes of conventional tDCS. Targeting is achieved by energizing electrodes placed in predetermined configurations. One of these is the 4x1-ring configuration. In this approach, a center ring electrode (anode or cathode) overlying the target cortical region is surrounded by four return electrodes, which help circumscribe the area of stimulation. Delivery of 4x1-ring HD-tDCS is capable of inducing significant neurophysiological and clinical effects in both healthy subjects and patients. Furthermore, its tolerability is supported by studies using intensities as high as 2.0 milliamperes for up to twenty minutes.
Even though 4x1 HD-tDCS is simple to perform, correct electrode positioning is important in order to accurately stimulate target cortical regions and exert its neuromodulatory effects. The use of electrodes and hardware that have specifically been tested for HD-tDCS is critical for safety and tolerability. Given that most published studies on 4x1 HD-tDCS have targeted the primary motor cortex (M1), particularly for pain-related outcomes, the purpose of this article is to systematically describe its use for M1 stimulation, as well as the considerations to be taken for safe and effective stimulation. However, the methods outlined here can be adapted for other HD-tDCS configurations and cortical targets.

Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation HD-tDCS

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS), with its 4x1-ring montage, is a noninvasive brain stimulation technique that combines both the neuromodulatory effects of conventional tDCS with increased focality. This article provides a systematic demonstration of the use of 4x1 HD-tDCS, and the considerations needed for safe and effective stimulation.

4x1のリング高精細経頭蓋直流刺激の利用における技術と考慮事項（HD-TDCは）

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) has recently been developed as a noninvasive brain stimulation approach that increases ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson's and Huntington's can disrupt it. People with Parkinson's disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson's disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.

This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.

正常および病的脳機能を研究するために脳深部刺激でSaccadometryを使用します

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Using Retinal Imaging to Study Dementia

The retina offers a unique &#8220;window&#8221; to study pathophysiological processes of dementia in the brain, as it is an extension of the central nervous system (CNS) and shares prominent similarities with the brain in terms of embryological origin, anatomical features and physiological properties.&#160; The vascular and neuronal structure in the retina can now be visualized easily and non-invasively using retinal imaging techniques, including fundus photography and optical coherence tomography (OCT), and quantified semi-automatically using computer-assisted analysis programs. Studying the associations between vascular and neuronal changes in the retina and dementia could improve our understanding of dementia and, potentially, aid in diagnosis and risk assessment.&#160; This protocol aims to describe a method of quantifying and analyzing retinal vasculature and neuronal structure, which are potentially associated with dementia. This protocol also provides examples of retinal changes in subjects with dementia, and discusses technical issues and current limitations of retinal imaging.

The retina shares prominent similarities with the brain and thus represents a unique window to study vasculature and neuronal structure in the brain non-invasively. This protocol describes a method to study dementia using retinal imaging techniques. This method can potentially aid in diagnosis and risk assessment of dementia.

眼底イメージングを使用して認知症を研究するには

The retina offers a unique &#8220;window&#8221; to study pathophysiological processes of dementia in the brain, as it is an extension of the central ...

Surgical Labyrinthectomy of the Rat to Study the Vestibular System

To study the vestibular system or the vestibular compensation process, a number of methods have been developed to cause vestibular damage, including surgical or chemical labyrinthectomy and vestibular neurectomy. Surgical labyrinthectomy is a relatively simple, reliable, and rapid method. Here, we describe the surgical technique for rat labyrinthectomy. A postauricular incision is made under general anesthesia to expose the external auditory canal and the tympanic membrane, after which the tympanic membrane and the ossicles are removed without the stapes. The stapes artery, which is located between the stapes and the oval window, is a vulnerable structure and must be preserved to obtain a clear surgical field. A hole to fenestrate the vestibule is made with a 2.1-mm drill bur superior to the stapes. Then, 100% ethanol is injected through this hole and aspirated several times. Meticulous dissection under a microscope and careful bleeding control are essential to obtain reliable results. Symptoms of vestibular loss, such as nystagmus, head tilting, and a rolling motion, are seen immediately after surgery. The rotarod or rotation chair test can be used to objectively and quantitatively evaluate the vestibular function.

This protocol describes the surgical labyrinthectomy of a rat, which is a useful method for studying the vestibular system.

前庭系を研究するラットの手術なるほど

To study the vestibular system or the vestibular compensation process, a number of methods have been developed to cause vestibular damage, including ...

Updated Technique for Reliable, Easy, and Tolerated Transcranial Electrical Stimulation Including Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of brain stimulation presents several potential advantages compared to other techniques, as it is noninvasive, cost-effective, broadly deployable, and well-tolerated provided proper equipment and protocols are administered. Even though tDCS is apparently simple to perform, correct administration of the tDCS session, especially the electrode positioning and preparation, is vital for ensuring reproducibility and tolerability. The electrode positioning and preparation steps are traditionally also the most time consuming and error-prone. To address these challenges, modern tDCS techniques, using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes, reduce complexity and setup time while also ensuring that the electrodes are consistently placed as intended. These modern tDCS methods present advantages for research, clinic, and remote-supervised (at home) settings. This article provides a comprehensive step-by-step guide for administering a tDCS session using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes. This guide demonstrates tDCS using commonly applied montages intended for motor cortex and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) stimulation. As described, selection of the head size and montage-specific headgear automates electrode positioning. Fully assembled pre-saturated snap-electrodes are simply affixed to the set position snap-connectors on the headgear. The modern tDCS method is shown to reduce setup time and reduce errors for both novice and expert operators. The methods outlined in this article can be adapted to different applications of tDCS as well as other forms of transcranial electrical stimulation (tES) such as transcranial alternating current stimulation (tACS) and transcranial random noise stimulation (tRNS). However, since tES is application specific, as appropriate, any methods recipe is customized to accommodate subject, indication, environment, and outcome specific features.

When administering transcranial direct current stimulation (tDCS), reproducible electrode preparation and placement are vital for a tolerated and effective session. The purpose of this article is to demonstrate updated modern setup procedures for the administration of tDCS and related transcranial electrical stimulation techniques, such as transcranial alternating current stimulation (tACS).

経頭蓋直流刺激を含む信頼性、容易、および許容経頭蓋電気刺激のための更新された技術

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of ...

Visualization of Endogenous Mitophagy Complexes In Situ in Human Pancreatic Beta Cells Utilizing Proximity Ligation Assay

Mitophagy is an essential mitochondrial quality control pathway, which is crucial for pancreatic islet beta cell bioenergetics to fuel glucose-stimulated insulin release. Assessment of mitophagy is challenging and often requires genetic reporters or multiple complementary techniques not easily utilized in tissue samples, such as primary human pancreatic islets. Here we demonstrate a robust approach to visualize and quantify formation of key endogenous mitophagy complexes in primary human pancreatic islets. Utilizing the sensitive proximity ligation assay technique to detect interaction of the mitophagy regulators NRDP1 and USP8, we are able to specifically quantify formation of essential mitophagy complexes in situ. By coupling this approach to counterstaining for the transcription factor PDX1, we can quantify mitophagy complexes, and the factors that can impair mitophagy, specifically within beta cells. The methodology we describe overcomes the need for large quantities of cellular extracts required for other protein-protein interaction studies, such as immunoprecipitation (IP) or mass spectrometry, and is ideal for precious human islet&#160;samples generally not available in sufficient quantities for these approaches. Further, this methodology obviates the need for flow sorting techniques to purify beta cells from a heterogeneous islet population for downstream protein applications. Thus, we describe a valuable protocol for visualization of mitophagy highly compatible for use in heterogeneous and limited cell populations.

This protocol outlines a method for quantitative analysis of mitophagy protein complex formation specifically in beta cells from primary human islet samples. This technique thus allows analysis of mitophagy from limited biological material, which are crucial in precious human pancreatic beta cell samples.

近接リゲーションアッセイを利用したヒト膵臓ベータ細胞における内因性ミトファジー複合体の可視化

Mitophagy is an essential mitochondrial quality control pathway, which is crucial for pancreatic islet beta cell bioenergetics to fuel glucose-stimulated ...

Study Design for Navigated Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Speech Cortical Mapping

The cortical areas involved in human speech should be characterized reliably prior to surgery for brain tumors or drug-resistant epilepsy. The functional mapping of language areas for surgical decision-making is usually done invasively by electrical direct cortical stimulation (DCS), which is used to identify the organization of the crucial cortical and subcortical structures within each patient. Accurate preoperative non-invasive mapping aids surgical planning, reduces time, costs, and risks in the operating room, and provides an alternative for patients not suitable for awake craniotomy. Non-invasive imaging methods like MRI, fMRI, MEG, and PET are currently applied in presurgical design and planning. Although anatomical and functional imaging can identify the brain regions involved in speech, they cannot determine whether these regions are critical for speech. Transcranial magnetic stimulation (TMS) non-invasively excites the cortical neuronal populations by means of electric field induction in the brain. When applied in its repetitive mode (rTMS) to stimulate a speech-related cortical site, it can produce speech-related errors analogous to those induced by intraoperative DCS. rTMS combined with neuronavigation (nrTMS) enables neurosurgeons to preoperatively assess where these errors occur and to plan the DCS and the operation to preserve the language function. A detailed protocol is provided here for non-invasive speech cortical mapping (SCM) using nrTMS. The proposed protocol can be modified to best fit the patient- and site-specific demands. It can also be applied to language cortical network studies in healthy subjects or in patients with diseases that are not amenable to surgery.

Navigated repetitive transcranial magnetic stimulation is a highly efficient non-invasive tool for mapping speech-related cortical areas. It helps in designing brain surgery and speeds up the direct cortical stimulation conducted during the surgery. This report describes how to perform speech cortical mapping reliably for preoperative evaluation and research.

音声皮質マッピングのためのナビゲート反復経頭蓋磁気刺激の研究デザイン

The cortical areas involved in human speech should be characterized reliably prior to surgery for brain tumors or drug-resistant epilepsy. The functional ...

バーチャルリアリティに基づく職業訓練による脳卒中リハビリテーションの強化

Cognitive Function and Upper Limb Rehabilitation Training Post-Stroke Using a Digital Occupational Training System

Stroke rehabilitation often requires frequent and intensive therapy to improve functional recovery. Virtual reality (VR) technology has shown the potential to meet these demands by providing engaging and motivating therapy options. The digital occupational training system is a VR application that utilizes cutting-edge technologies, including multi-touch screens, virtual reality, and human-computer interaction, to offer diverse training techniques for advanced cognitive capacity and hand-eye coordination abilities. The objective of this study was to assess the effectiveness of this program in enhancing cognitive function and upper extremity rehabilitation in stroke patients. The training and assessment consist of five cognitive modules covering perception, attention, memory, logical reasoning, and calculation, along with hand-eye coordination training. This research indicates that after eight weeks of training, the digital occupational training system can significantly improve cognitive function, daily living skills, attention, and self-care abilities in stroke patients. This software can be employed as a time-saving and clinically effective rehabilitation aid to complement traditional one-on-one occupational therapy sessions. In summary, the digital occupational training system shows promise and offers potential financial benefits as a tool to support the functional recovery of stroke patients.

著者スポットライト:デジタル職業訓練システムによる脳卒中患者のリハビリテーション

The current protocol outlines how the VR-based digital occupational training system enhances the rehabilitation of patients with cognitive impairment and upper limb dysfunction following a stroke.