Name: non-invasive electrical brain stimulation montages for modulation of human motor function
Uploaded: 2016-02-04T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function at JoVE.com

MC og JR er støttet af den tyske Research Foundation (DFG RE 2740 / 3-1).

Etik erklæring: Humane studier kræver skriftligt informeret samtykke fra deltagerne før studiet. Opnå godkendelse fra den relevante etiske komité før rekruttering af deltagere. Sørg undersøgelser er i overensstemmelse med Helsinki-deklarationen. De repræsentative resultater rapporteret her (figur 4) er baseret på en undersøgelse udført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen ændret ved 59 th WMA Generalforsamling, Seoul, oktober 2008 og godkendt af den lokale etiske komité for ...

Denne protokol beskriver typiske materialer og proceduremæssige skridt for modulation af hånd motorisk funktion og dygtighed læring ved hjælp NEBS, specifikt unilaterale og bilaterale M1 stimulation for anodisk TDCs, og ensidige tRNS. Før du vælger en bestemt NEBS protokol for et menneske motorsystem undersøgelse, f.eks., I forbindelse med motorisk læring, metodiske aspekter (sikkerhed, tolerabilitet, blinding) samt konceptuelle aspekter (montage eller strømtype specifikke virkninger på en bestemt omr...

Ikke-invasiv elektrisk brain stimulation (NEBS), administration af elektriske strømme til hjernen gennem den intakte kraniet, kan ændre hjernens funktion og adfærd 1 - 3 ud. For at optimere den terapeutiske potentiale håndhævelsesorganer strategier forstå de underliggende mekanismer, der fører til neurofysiologiske og adfærdsmæssige virkninger er stadig behov. Standardisering af ansøgning på tværs af forskellige laboratorier og fuld gennemsigtighed i stimulation procedurer danner grundlag for sammenlignelighed af data, som understøtter pålidelig fortolkning af resultater og evaluering af de foreslåede virkningsmekanismer. Transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs) eller transkraniel vekselstrøm stimulation (TAC&#39;er) afvige parametrene for anvendte elektriske strøm: TDCs består af en ensrettet konstant strøm mellem to elektroder (anode og katode) 2 - 6, mens TAC bruger en vekselstrøm påført ved enspecifik frekvens 7. Transkraniel tilfældig støj stimulation (tRNS) er en særlig form for TAC, der bruger en vekselstrøm påføres tilfældige frekvenser (f.eks., 100-640 Hz), hvilket resulterer i hurtigt varierende stimulation intensiteter og fjerne polaritet-relaterede effekter 4,6,7. Polaritet er kun aktuelt, hvis indstillingen stimulation omfatter en stimulering offset, f.eks støjspektrum tilfældigt skiftende omkring en +1 mA baseline intensitet (normalt ikke anvendes). Ved anvendelse af denne artikel, vil vi fokusere på arbejde ved hjælp af TDCs og tRNS virkninger på det motoriske system, der nøje følger en nylig publikation fra vores laboratorium 6. De underliggende virkningsmekanismer af tRNS er endnu mindre forstået end af TDCs men sandsynligvis forskellig fra sidstnævnte. Teoretisk i begrebsramme stokastisk resonans tRNS introducerer stimulation-induceret støj til en neuronal system, som kan give en signalbehandling fordel ved at ændre the signal-støj-forhold 4,8,9. TRNS kan overvejende forstærke svagere signaler og kunne dermed optimere opgave-specifik hjerneaktivitet (endogene støj 9). Anodiske TDCs øger kortikal ophidselse indikeret ved ændring af den spontane neuronal fyring på 10 eller øget motor evoked potentiale (MEP) amplituder 2 med virkningerne outlasting stimulering varighed minutter til timer. Langvarige stigninger i synaptisk effektivitet kendt som langtidspotensering menes at bidrage til indlæring og hukommelse. Faktisk er anodisk TDCs øger synaptisk effektivitet af motor kortikale synapser gentagne gange aktiveres af en svag synaptisk input 11. I overensstemmelse, er erhvervelse forbedret motorik / færdighed ofte afsløret, hvis stimulation er co-påført med motor træning 11 - 13, også antyder synaptisk co-aktivering som en forudsætning for denne aktivitet-afhængig proces. Ikke desto mindre er kausalitet mellem stigninger i cortical ophidselse (stigning i fyring sats eller MEP amplitude) på den ene side og forbedret synaptisk effektivitet (LTP eller adfærdsmæssige funktion såsom motorisk læring) på den anden side er ikke påvist. NEBS anvendt til den primære motor cortex (M1) har tiltrukket stigende interesse som sikker og effektiv metode til at modulere human motorisk funktion 1. Neurofysiologiske effekter og adfærdsmæssige udfald kan afhænge af stimulering strategi (f.eks TDCs polaritet eller tRNS), elektrode størrelse og montage 4 - 6,14,15. Bortset fra faglige iboende anatomiske og fysiologiske faktorer elektroden montage påvirker væsentligt elektrisk felt distribution og kan resultere i forskellige mønstre af nuværende spredning inden cortex 16-18. Ud over intensiteten af den tilførte strøm størrelsen af elektroderne bestemmer strømtæthed leveret 3. Fælles elektrode montageri human motor systemstudier indbefatter (figur 1): 1) anodisk TDCs som ensidig M1 stimulering med anoden placeret på M1 af interesse og katoden er anbragt på den kontralaterale panden; den grundlæggende idé med denne tilgang er opregulering af ophidselse i M1 renter 6,13,19 - 22; 2) anodisk TDCs som bilateral M1 stimulering (også omtalt som &quot;bihemispheric&quot; eller &quot;dobbelt&quot; stimulering) med anoden placeret på M1 af interesse og katoden er anbragt på den modstående M1 5,6,14,23,24; den grundlæggende idé med denne tilgang er at maksimere stimulation fordele ved opregulering af ophidselse i M1 af interesse, mens nedregulere uro i den modsatte M1 (dvs. modulation af interhemispheric hæmning mellem de to M1s); 3) For tRNS har kun ovennævnte ensidige M1 stimulation montage været Investigated 4,6; med denne montage ophidselse styrke effekter af tRNS er fundet for frekvensspektret af 100-640 Hz 4. Valget af brain stimulation strategi og elektrode montage repræsenterer et afgørende skridt for en effektiv og pålidelig anvendelse af NEBS i kliniske eller forskningsmiljøer. Her disse tre neb procedurer er beskrevet i detaljer, som anvendes i humane motor systemet undersøgelser og metodiske og konceptuelle aspekter diskuteres. Materialer til unilateral eller bilateral TDCs og ensidige tRNS er de samme (figur 2). <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> Figur 1. Elektrode montager og strømretning for forskellige håndhævelsesorganer strategier. (A) For ensidig anodisk transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs), er anoden centreret over den primære motor cortex af interesse og katoden placeret over than kontralaterale supra-orbital område. (B) For bilateral motor cortex stimulation, anode og katode er placeret hver over en motor cortex. Placeringen af ​​anoden bestemmer motor cortex af interesse for anodiske TDCs. (C) For ensidig transkraniel tilfældig støj stimulation (tRNS) er en elektrode placeret over motoren cortex og den anden elektrode i den kontralaterale supra-orbital område. Den strøm mellem elektroderne er angivet med den sorte pil. Anode (+, rød), katode (-, blå), Vekselstrøm (+/-, grøn). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="888">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">NEBS device (DC Stimulator plus)</td>
			<td style="width:271px;">Neuroconn</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Electrode cables</td>
			<td style="width:271px;">Neuroconn</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Conductive-rubber electrodes</td>
			<td style="width:271px;">Neuroconn</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>5x5 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Perforated sponge bags</td>
			<td style="width:271px;">Neuroconn</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>5x5 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Non-conductive rubber sponge cover</td>
			<td style="width:271px;">Amrex-Zetron</td>
			<td style="width:119px;">FG-02-A103</td>
			<td>Rubber pad 3&#34;*3&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">NaCl isotonic solution&#160;</td>
			<td style="width:271px;">B. Braun Melsungen AG&#160;</td>
			<td style="width:119px;">A1151</td>
			<td>Ecoflac, 0,9%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Cotton crepe bandage</td>
			<td style="width:271px;">Paul Hartmann AG</td>
			<td style="width:119px;">931004</td>
			<td>8x5m, textile elasticity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Adhesive tape (Leukofix)</td>
			<td style="width:271px;">BSN medical</td>
			<td style="width:119px;">02122-00</td>
			<td>2,5cm*5m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Skin preparation paste</td>
			<td style="width:271px;">Weaver</td>
			<td style="width:119px;">10-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Magnetic stimulator</td>
			<td style="width:271px;">Magstim</td>
			<td style="width:119px;">3010-00</td>
			<td>Magstim 200</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">EMG conductive paste</td>
			<td style="width:271px;">GE Medical Systems</td>
			<td style="width:119px;">217083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">EMG bipolar electrodes</td>
			<td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">EMG amplifier</td>
			<td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Cable for EMG signal transmission</td>
			<td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Data acquisition unit&#160;</td>
			<td style="width:271px;">Cambridge Electronic Design (CED)</td>
			<td style="width:119px;">MK1401-3</td>
			<td>AD converter</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:301px;">Computer for signal recording and offline analysis</td>
			<td style="width:271px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">Signal 4.0.9</td>
			<td style="width:271px;">Cambridge Electronic Design (CED)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:301px;">non-permanent skin marker</td>
			<td style="width:271px;">Edding</td>
			<td style="width:119px;">8020</td>
			<td>1 mm, blue</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive electrical brain stimulation montages for modulation of human motor function

Non-invasiv elektrisk brain stimulation (NEBS) anvendes til at modulere hjernefunktion og adfærd, både til forskning og kliniske formål. Især kan NEBS anvendes transcranially enten som jævnstrøm stimulation (TDCs) eller vekselstrøm stimulation (TAC). Disse stimulering typer øve tids-, dosis- og i tilfælde af TDCs polaritet-specifikke effekter på motorik og dygtighed læring i raske forsøgspersoner. Senest har TDCs blevet brugt til at forøge behandling af motoriske handicap hos patienter med slagtilfælde eller bevægelsesforstyrrelser. Denne artikel giver en trin-for-trin-protokollen for at målrette den primære motor cortex med TDCs og transkraniel tilfældig støj stimulation (tRNS), en særlig form af TAC bruger en elektrisk strøm anvendes tilfældigt inden for en forud defineret frekvensområde. Opsætningen af ​​to forskellige stimulation montager forklares. I begge montager den emitterende elektrode (anoden for TDCs) placeres på den primære motor cortex af interesse. Forensidig motor cortex stimulation den modtagende elektrode anbringes på den kontralaterale pande mens det for bilateral motor cortex stimulation den modtagende elektrode placeres på den modsatte primære motor cortex. De fordele og ulemper ved hver montage for graduering af kortikal ophidselse og motorisk funktion, herunder indlæring diskuteres, samt sikkerhed, tolerabilitet og blændende aspekter.

For at undersøge effekten af ​​NEBS på den menneskelige motoriske system er det vigtigt at overveje passende resultatmål. En fordel ved motoriske system er tilgængeligheden af ​​de kortikale bemærkning fra elektrofysiologiske værktøjer. Motor fremkaldte potentialer anvendes hyppigt som indikator for motor kortikal ophidselse. Efter påføring af 9 eller flere minutter af anodiske TDCs ved en strømtæthed på 29 uA / cm 2, er motorens kortikal ophidselse øges i...

Watch this Scientific Journal Video about Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function at JoVE.com

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Ikke-invasiv elektrisk brain stimulation kan modulere kortikal funktion og adfærd, både til forskning og kliniske formål. Denne protokol beskriver forskellige brain stimulation tilgange til modulering af den humane motoriske system.

Ikke-invasiv elektrisk Brain Stimulation montager for Modulation of Human Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Samtidig Scalp Elektroencefalografi (EEG), elektromyografi (EMG) og Helkrops Segmentoplysninger Inertial Recording for Multi-modal Neural-dekodning

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulering af Lip Motor Cortex med Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetisk stimulation til Undersøgelse Causal Brain-adfærdsmæssige relationer og deres Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Multifunktionel Opsætning til forskning i menneskers Motor Control Brug Transcranial Magnetisk Stimulation, elektromyografi, Motion Capture, og Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

A Novel Experimental and Analytical Approach to the Multimodal Neural Decoding of Intent During Social Interaction in Freely-behaving Human Infants

A Novel Eksperimentel og analytisk tilgang til multimodal Neural dekodning hensigtserklæring Under Social Interaktion i frit-opfører Menneskelige Spædbørn

Understanding typical and atypical development remains one of the fundamental questions in developmental human neuroscience. Traditionally, experimental ...

A Novel Approach to Assess Motor Outcome of Deep Brain Stimulation Effects in the Hemiparkinsonian Rat: Staircase and Cylinder Test

En ny tilgang til Vurdere Motor Resultat af Deep Brain Stimulation Effekter i Hemiparkinsonian Rat: Staircase og Cylinder Test

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to ...

Conscious and Non-conscious Representations of Emotional Faces in Asperger's Syndrome

Bevidste og ikke-bevidste repræsentationer Emotional Faces i Aspergers syndrom

Several neuroimaging studies have suggested that the low spatial frequency content in an emotional face mainly activates the amygdala, pulvinar, and ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Ved hjælp af en Split-bælte løbebånd at evaluere generalisering af menneskelige bevægeapparatet tilpasning

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Paradigms of Lower Extremity Electrical Stimulation Training After Spinal Cord Injury

Paradigmer af nedre ekstremiteter elektrisk Stimulation uddannelse efter rygmarvsskade

Skeletal muscle atrophy, increased adiposity and reduced physical activity are key changes observed after spinal cord injury (SCI) and are associated with ...

A Simple Non-invasive Method for Temporary Knockdown of Upper Limb Proprioception

En simpel ikke-invasiv metode til midlertidig Knockdown af overekstremiteterne Proprioception

Proprioception may be the least well measured of all contributors to the neural control of movement. New precise, reliable measures of proprioception are ...