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 av den tyske Research Foundation (DFG RE 2740 / 3-1).

Etikk uttalelse: Humanstudier krever skriftlig informert samtykke fra deltakerne før studiestart. Innhent godkjenning av relevante etiske komité før rekruttering av deltakere. Sørg for at studiene er i samsvar med Helsinkideklarasjonen. De representative funnene som presenteres her (figur 4) er basert på en studie utført i samsvar med Helsinkideklarasjonen endret ved 59 th WMA generalforsamling, Seoul, oktober 2008 og godkjent av den lokale etikkomiteen ved Universitetet i Freiburg. Alle fa...

Denne protokollen beskriver typiske materialer og prosessuelle skritt for modulering av hånden motorikk og ferdigheter læring ved hjelp NEBS, spesielt unilateral og bilateral M1 stimulering for anodisk tDCS, og ensidige Ovfø. Før du velger en bestemt NEBS protokoll for et menneske motor system studie, f.eks., I sammenheng med motorisk læring, metodiske aspekter (sikkerhet, toleranse, blinding) samt konseptuelle aspekter (montasje eller strømtype spesifikke effekter på en bestemt hjerneregion) må tas i b...

Non-invasiv elektrisk hjernestimulering (NEBS), administrasjon av elektriske strømmer til hjernen gjennom intakt skallen, kan endre hjernens funksjon og adferd 1-3. For å optimalisere den terapeutiske potensialet i Nebs strategier forstå de underliggende mekanismene som fører til nevrofysiologiske og atferdsmessige effekter er fortsatt nødvendig. Standardisering av søknad på tvers av ulike laboratorier og full åpenhet om stimuleringsprosedyrer gir grunnlag for sammenlignbarhet av data som støtter pålitelig tolkning av resultater og evaluering av den foreslåtte virkningsmekanismer. Transkranial likestrøm stimulering (tDCS) eller transkranial vekselstrøm stimulering (TACS) avviker med parameterne for det påførte elektriske strøm: tDCS består av en ensrettet konstant strømflyt mellom to elektroder (anode og katode) 2 - 6 mens TACS anvender en vekselstrøm tilført ved enspesifikk frekvens 7. Transkranial tilfeldig støy stimulering (Ovfø) er en spesiell form for kvoter som bruker vekselstrøm brukes på tilfeldige frekvenser (f.eks., 100-640 Hz) som resulterer i raskt varierende stimulerings intensiteter og fjerne polaritet relaterte effekter 4,6,7. Polariteten er bare relevant dersom stimulering innstillingen inneholder en stimulering offset, for eksempel støy spekteret tilfeldig endring rundt en 1 mA baseline intensitet (vanligvis ikke brukt). For hensikten med denne artikkelen, vil vi fokusere på arbeid med tDCS og Ovfø effekter på motoriske system, nøye følge en fersk publikasjon fra vår lab 6. De underliggende virkningsmekanismer av Ovfø er enda mindre forstått enn av tDCS men trolig forskjellig fra sistnevnte. Teoretisk sett, i det konseptuelle rammen av stokastisk resonans TRNS innfører stimulering-indusert støy til en neuronal system som kan tilveiebringe et signalbehandlings fordel ved å endre the signal-til-støy-forhold 4,8,9. TRNS kan hovedsakelig forsterke svake signaler og kan dermed optimalisere oppgavespesifikke hjernens aktivitet (endogen støy 9). Anodisk tDCS øker kortikal eksitabilitet indikert ved endring av spontan nevronal utløsning hastighet 10 eller økt motor fremkalt potensial (MEP) amplituder 2 med effekter utspilte stimulering varighet i minutter til timer. Varige økninger i synaptic effekt kjent som langsiktig potense er tenkt å bidra til læring og hukommelse. Faktisk øker anodisk tDCS synaptiske effekten av motor kortikale synapser gjentatte ganger aktiveres av en svak synaptisk inngang 11. I samsvar, er forbedret motorikk / ferdighet oppkjøpet ofte avslørt bare hvis stimulering er co-påføres med motor trening 11-13, også foreslå synaptisk co-aktivering som en forutsetning for denne aktiviteten avhengig prosess. Likevel årsakssammenheng mellom økninger i cortical oppstemthet (økning i avfyring hastighet eller MEP amplitude) på den ene siden og forbedret synaptisk effektivitet (LTP eller atferdsmessige funksjon som motorisk læring) på den annen side har ikke blitt vist. NEBS tilført til den primære motor cortex (M1) har tiltrukket seg økende interesse som sikker og effektiv metode for å modulere human motorisk funksjon 1. Nevrofysiologiske effekter og atferds utfallet kan være avhengig av stimulering strategi (f.eks tDCS polaritet eller Ovfø), elektrode størrelse og montasje 4 - 6,14,15. Bortsett fra emne iboende anatomiske og fysiologiske faktorer elektroden montage påvirker betydelig elektrisk felt distribusjon og kan resultere i forskjellige mønstre av nåværende sprer innenfor cortex 16-18. I tillegg til intensiteten av den påførte strøm av størrelsen av elektrodene bestemmer strømtettheten levert 3. Felles elektrode montasjeri menneskelig motor systemstudier omfatter (figur 1): 1) anodisk tDCS som ensidig M1 stimulering med anoden plassert på M1 av interesse og katoden plassert på motsatt pannen; den grunnleggende ideen om denne tilnærmingen er oppregulering av oppstemthet i M1 av interesse 6,13,19 - 22; 2) anodisk tDCS som bilateral M1 stimulering (også referert til som &quot;bihemispheric&quot; eller &quot;dual&quot; stimulering) med anoden plassert på M1 av interesse og katoden plassert på den kontralaterale M1 5,6,14,23,24; den grunnleggende ideen om denne tilnærmingen er å maksimere stimulering fordelene ved oppregulering av oppstemthet i M1 av interesse mens downregulating oppstemthet i motsatt M1 (dvs. modulering av interhemispheric hemming mellom de to M1S); 3) For Ovfø, har bare den ovennevnte ensidig M1 stimulering montage vært investigrerte 4,6; med denne montage eksitabilitet fremmende effekter av TRNS er funnet for frekvensspekteret av 100-640 Hz fire. Valget av hjernestimulering strategi og elektrodemontasje representerer et kritisk punkt for en effektiv og pålitelig bruk av NEBS i kliniske eller forsknings innstillinger. Her disse tre Nebs prosedyrene er beskrevet i detalj som brukes i menneskelige motor systemstudier og metodiske og begrepsmessige aspekter blir diskutert. Materialer for unilaterale eller bilaterale tDCS og ensidige Ovfø er de samme (figur 2). <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> Figur 1. Elektrode montasjer og strømretningen for forskjellige Nebs strategier. (A) For ensidig anodisk transkranial likestrøm stimulering (tDCS) er anoden sentrert over den primære motor cortex av interesse og katoden plassert over than Kontralateralt supra-orbital området. (B) For bilateral motor cortex stimulering, anode og katode er plassert hver over en motor cortex. Plasseringen av anoden bestemmer motor cortex av interesse for anodisk tDCS. (C) For ensidig transkranial tilfeldig støy stimulering (TRNS) blir en elektrode plassert over motoren cortex og den andre elektrode over motsatt supra-orbital område. Av strømmen som føres mellom elektrodene er indikert med sorte pil. Anode (+, red), katode (-, blå), Vekselstrøm (+/-, grønn). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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

Ikke-invasiv elektro hjernestimulasjon (NEBS) blir brukt til å modulere hjerne funksjon og virkemåten, både for forskning og kliniske formål. Spesielt kan NEBS påføres transcranially enten som likestrøm stimulering (tDCS) eller vekselstrøm stimulerings (TACS). Disse stimulerings typer utøve tids-, dose- og i tilfelle av tDCS polaritet-spesifikke effekter på motorikk og ferdigheter læring hos friske personer. I det siste tDCS har blitt brukt for å forsterke behandlingen av motoriske vansker hos pasienter med hjerneslag eller bevegelsesforstyrrelser. Denne artikkelen gir en steg-for-steg-protokollen for å målrette den primære motor cortex med tDCS og transkranial tilfeldig støy stimulering (Ovfø), en spesiell form for kvoter ved hjelp av en elektrisk strøm som brukes tilfeldig innenfor et forhåndsdefinert frekvensområdet. Oppsettet av to forskjellige stimulerings montasjer forklares. I begge montasjer den emitterende elektrode (anoden for tDCS) er plassert på den primære motor cortex av interesse. Tilensidig motor cortex stimulering den mottakende elektrode er plassert på den kontralaterale panne mens for bilateral motor cortex stimulering den mottakende elektrode er plassert på den motsatte primære motor cortex. De fordeler og ulemper ved hver montage for modulering av kortikal eksitabilitet og motorisk funksjon inkludert læring blir diskutert, samt sikkerhet, toleranse og blendende aspekter.

For å undersøke effekten av NEBS på menneskemotorsystem er det viktig å vurdere aktuelle utfallsmål. En fordel ved den motoriske system er tilgjengeligheten av de kortikale representasjoner av elektroverktøy. Motor fremkalt respons blir ofte brukt som en indikator på motor kortikale eksitabilitet. Etter påføring av 9 minutter eller mer av anodisk tDCS ved en strømtetthet på 29 uA / cm 2, er motoren kortikal eksitabilitet økes i minst 30 minutter i de fleste friske ...

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

Non-invasiv elektrisk hjernestimulering kan modulere kortikal funksjon og adferd, både for forskning og kliniske formål. Denne protokollen beskriver forskjellige hjerne stimulering fremgangsmåter for modulering av den humane motorsystem.

Non-invasiv Elektrisk hjernestimulering Montages 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 Hodebunnen Electroencephalography (EEG), Elektromyografi (EMG), og Whole-body Segmental Inertial opptak for Multi-modal Neural dekoding

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

Stimulere Lip Motor Cortex med transkranial magnetisk stimulering

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

Transkranial magnetisk stimulering for Gransker årsaks Brain-atferdsrelasjoner og deres tid 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

Multifunksjonell Setup for å studere menneskelig Motor kontrollen Bruke Transkraniell magnetisk stimulering, 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 Experimental og analytisk tilnærming til Multimodal Neural dekoding av Intent Under sosial samhandling i Fritt-oppfører menneske Spedbarn

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 tilnærming til Vurdere Motor utfallet av dyp hjernestimulering Effekter i Hemiparkinsonian Rat: Trapp 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

Bevisste og ikke-bevisst Forestillinger om Emosjonell Ansikter 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

Bruke en Split-beltet tredemølle evaluere generalisering av menneskelig Locomotor 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

Paradigmene for nedre ekstremitet elektrisk stimulering trening etter ryggmargsskade

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 enkel ikke-invasiv metode for midlertidige Knockdown øvre lem Propriosepsjon

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