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Method Article
우리는 어린이의 모터 피질의 변조 (tDCS, HD-tDCS) 및 매핑 (로봇 TMS)에 대한 프로토콜을 보여줍니다.
경두개 자기 자극 (TMS)로 모터 피질을 매핑하는 것은 모터 피질 생리학 및 가소성을 심문 할 수있는 잠재력을 가지고 있지만 어린이에게는 독특한 도전을 수반합니다. 유사하게, 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)는 성인에서 모터 학습을 향상시킬 수 있지만 최근에는 어린이에게 적용되었습니다. tDCS와 고화질 tDCS(HD-tDCS)와 같은 새로운 기술을 사용하려면 뇌 발달에 특별한 방법론적 고려 사항이 필요합니다. 로봇 TMS 모터 매핑은 특히 개발 중인 뇌에서 매핑에 고유한 이점을 부여할 수 있습니다. 여기에서, 우리는 동시에 아이들의 모터 피질 변조 및 모터 지도를 탐구할 수 있는 2개의 통합된 방법에 대한 실용적이고 표준화된 접근을 제공하는 것을 목표로 합니다. 먼저 로봇 TMS 모터 매핑프로토콜을 설명합니다. 모터 피질을 중심으로 한 개별화된 MRI 탐색 형 12x12 그리드는 단일 펄스 TMS를 투여하는 로봇을 안내합니다. 그리드 포인트당 평균 모터 발생 전위(MEP) 진폭은 맵 영역, 볼륨 및 무게 중심을 포함한 결과를 가진 개별 손 근육의 3D 모터 맵을 생성하는 데 사용됩니다. 두 방법의 안전성과 내약성을 측정하는 도구도 포함되어 있습니다. 둘째, 우리는 모터 피질과 모터 학습을 조절하기 위해 tDCS와 HD-tDCS의 응용 프로그램을 설명합니다. 실험 교육 패러다임 및 샘플 결과를 설명합니다. 이러한 방법은 어린이의 비 침습적 뇌 자극의 적용을 앞설 것입니다.
비침습적 뇌 자극은 인간의 뇌 기능을 측정하고 조절할 수 있습니다1,2. 가장 일반적인 표적은 모터 피질, 부분적으로 즉각적이고 측정 가능한 생물학 출력 (모터 를 불러 일으킨 잠재력)뿐 아니라 모터 시스템 기능 장애 및 무력귀착되는 신경질병의 높은 보급 때문이었습니다. 질병의 이 큰 글로벌 부담은 뇌성 마비와 같은 아이들에 영향을 미치는 조건의 높은 비율을 포함합니다,세계전반 약 1,700만 명의 사람들을 영향을 미치는 일생 무력의 주요한 원인 3. 이 임상 관련성및 신경 자극 기술의 다양하고 증가하는 용량에도 불구하고, 개발 뇌의 응용 프로그램은단지정의되기 시작했다 4. 아이들에 있는 기존 그리고 새로운 비침범성 두뇌 자극 방법의 향상된 특성은 발전 두뇌에 있는 응용을 전진하기 위하여 요구됩니다.
경두개 자기 자극 (TMS)은 성인의 비 침습적, 통증없는, 잘 용납되고 안전 프로필에 점점 더 많이 사용되는 잘 확립 된 신경 생리학적 도구입니다. 아이들에 있는 TMS 경험은 상대적으로 한정되고 그러나 꾸준히 증가합니다. TMS는 표적 근육 모터에 반영된 순 출력으로 뇌의 피질 신경 인구의 국소 활성화를 유도하는 자기장을 전달합니다(MEP). 단일 펄스 TMS의 체계적인 적용은 생체 내 모터 피질의 맵을 정의할 수 있다. 정액 동물 연구5 및 신흥 인간 TMS 연구6 모터지도 피질 신경 가소성의 메커니즘을 알리는 데 도움이 될 수 있습니다 방법을 보여 주었다. 탐색 된 모터 매핑은 기능적 피질 영역을 심문하기 위해 인간의 모터 피질을 매핑하는 데 사용되는 TMS 기술입니다. 모터 맵의 변화는 인간 모터 시스템의 플라스틱변화와 관련이 있다 7. 최근 로봇 TMS 기술의 발전으로 모터 매핑 효율성과 정확도를 개선할 수 있는 새로운 기회가 생생했습니다. 우리 그룹은 최근 로봇 TMS 모터 매핑이 실현 가능하고 효율적이며 어린이8에서잘 견딜 수 있음을 입증했습니다.
경두개 직접 전류 자극 (tDCS)은 피질 흥분성을 이동하고 인간의 행동을 조절 할 수있는 비 침습적 인 뇌 자극의 한 형태입니다. 성인 (>10,000 과목)에서 tDCS의 효과를 검토하는 연구의 무리가 있었다 하지만 미만 2% 연구의개발 뇌에 초점을 맞추고있다 9. 소아 응용 프로그램에 성인 증거의 번역은 복잡 하 고 수정 된 프로토콜 어린이 복잡 한 차이 인해 필요. 예를 들어, 우리와 다른 사람들은 아이들이 성인10,11에비해 더 크고 강한 전기장을 경험한다는 것을 보여주었습니다. 어린이에게 tDCS 메서드의 표준화는 안전하고 일관된 응용 프로그램을 보장하고 복제를 개선하며 필드를 발전시키는 데 중요합니다. 어린이 모터 학습 변조 tDCS의 경험은 제한적이지만12증가 . 특정 뇌성 마비 인구에 tDCS의 번역 응용은 후기 단계 임상 시험을 향해 진행되고 있다13. 고화질 tDCS(HD-tDCS)를 통해 더 많은 초점 자극을 위한 노력은 단지14명의아이들에서 처음으로 공부되었습니다. 우리는 HD-tDCS가 건강한 아이들에 있는 전통적인 tDCS와 모터 학습에 있는 유사한 개선을 생성한다는 것을 보여주었습니다14. HD-tDCS 방법을 설명하면 어린이에서 이러한 프로토콜을 복제하고 추가로 적용 할 수 있습니다.
이 프로토콜에 설명 된 모든 방법은 캘거리 대학 (REB16-2474)의 합동 건강 연구 윤리 위원회에 의해 승인되었습니다. 프로토콜은 그림 1에설명되어 있습니다.
1. 비침습적 뇌 자극 금기 사항
2. 경두개 자기 자극 모터 매핑
3. 기존의 tDCS 및 HD-tDCS 응용 프로그램
여기에 제시 된 방법을 사용하여, 우리는 무작위, 가짜제어 중재 재판 8을 완료했다. 오른손잡이 어린이 (n = 24 세, 12-18 세)는 두 가지 유형의 비 침습적 뇌 자극에 대한 금기 사항이없는 모집되었습니다. 참가자는 특히 신경 정신병 약물에 또는 그들은 tDCS순진하지 않은 경우이 연구에서 제외되었다. 탈락은 없었다.
TMS는 또한 임상 소아 인구에서 탐구되었습니다, 주산기 뇌졸중을 포함22 뇌성 마비, 여기서 TMS 모터지도는 성공적으로 중재 가소성의 메커니즘을 탐구하기 위해 뇌성 마비를 가진 아이들에서 만들어졌다. 확립된 프로토콜8을 사용하여, TMS 모터 지도는 전형적으로 발달하는 아이들에서 성공적으로 집합되고, 현재 주산기 뇌졸중및 편마비 뇌성 마비를 가진 아이?...
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이 연구는 건강 연구의 캐나다 학회에 의해 지원 되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1x1 SMARTscan Stimulator | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device | |
4x1 HD-tDCS Adaptor | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1 | |
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/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode | |
EASYpad Electrode | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad | |
EASYstraps | Soterix Medical Inc. | https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-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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