Name: non-invasive electrical brain stimulation montages for modulation of human motor function
Uploaded: 2016-02-04T13:00:00
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MC y JR son apoyados por la Fundación Alemana de Investigación (DFG 2740 RE / 3-1).

Declaración de Ética: Los estudios en humanos requerirá el consentimiento informado por escrito de los participantes antes del ingreso al estudio. Obtener la aprobación del comité de ética relevantes antes de la inscripción de participantes. Hacer estudios de seguros están en conformidad con la Declaración de Helsinki. Los resultados representativos presentados aquí (Figura 4) se basan en un estudio realizado de acuerdo con la Declaración de Helsinki en su versión modificada por la 59...

Este protocolo describe materiales típicos y pasos de procedimiento para la modulación de la función motora de la mano y la habilidad de aprendizaje utilizando NEBS, específicamente la estimulación unilateral y bilateral M1 para tDCS anódico y tRNS unilaterales. Antes de elegir un protocolo NEBS particular para un estudio sobre el sistema motor humano, por ejemplo., En el contexto del aprendizaje motor, los aspectos metodológicos (seguridad, tolerabilidad, el cegamiento), así como los aspectos conceptua...

Estimulación no invasiva eléctrica del cerebro (NEBS), la administración de las corrientes eléctricas en el cerebro a través del cráneo intacto, puede modificar la función cerebral y el comportamiento 1 - 3. Para optimizar el potencial terapéutico de las estrategias de NEBS comprensión todavía se necesitan los mecanismos subyacentes que conducen a efectos neurofisiológicos y de comportamiento. La estandarización de las aplicaciones en diferentes laboratorios y la plena transparencia de los procedimientos de estimulación proporciona la base para la comparación de los datos que apoya la interpretación fiable de los resultados y la evaluación de los mecanismos de acción propuestos. Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) o transcraneal alterna corriente de estimulación (TAC) se diferencian por los parámetros de la corriente eléctrica aplicada: tDCS consiste en un flujo de corriente constante unidireccional entre dos electrodos (ánodo y cátodo) 2 - 6 TACS mientras utiliza una corriente alterna aplicada en unafrecuencia específica 7. Estimulación transcraneal ruido aleatorio (RRT) es una forma especial de los TAC que utiliza una corriente alterna aplicada a frecuencias aleatorias (por ejemplo., 100-640 Hz), resultando en mayor o menor rapidez intensidades de estimulación y la eliminación de los efectos relacionados con polaridad-4,6,7. La polaridad es solamente de importancia si la configuración de estimulación incluye una estimulación offset, por ejemplo, el cambio de espectro de ruido al azar en torno a una intensidad de línea de base mA 1 (por lo general no se utiliza). A los efectos de este artículo, nos centraremos en el trabajo usando tDCS y efectos RRT en el sistema motor, siguiendo de cerca una publicación reciente de nuestro laboratorio 6. Los mecanismos subyacentes de la acción de tRNS aún menos se entiende que de tDCS pero probablemente diferente de este último. En teoría, en el marco conceptual de la resonancia estocástica tRNS introduce ruido estimulación inducida a un sistema neuronal que puede proporcionar un beneficio de tratamiento de la señal mediante la alteración de THe-señal-ruido 4,8,9. TRNS puede amplificar predominantemente señales más débiles y por lo tanto podría optimizar la actividad cerebral específica de la tarea (ruido endógena 9). TDCS anódico aumenta la excitabilidad cortical indica mediante la alteración de la velocidad de la descarga neuronal espontánea o un aumento de 10 potencial evocado motor (MEP) amplitudes 2 con los efectos durar más que la duración de la estimulación de minutos a horas. Se cree que los aumentos de larga duración en la eficacia sináptica conocido como potenciación a largo plazo para contribuir al aprendizaje y la memoria. De hecho, tDCS anódico mejora la eficacia sináptica de la sinapsis corticales motoras activadas en varias ocasiones por una entrada sináptica débil 11. De acuerdo, la adquisición mejora la función motora / habilidad a menudo se revela sólo si la estimulación es co-aplicada con el entrenamiento motor 11 - 13, que también sugiere sináptica co-activación como requisito previo de este proceso depende de la actividad. Sin embargo, la causalidad entre el aumento de cexcitabilidad ortical (aumento de la tasa de disparos o MEP amplitud) por un lado y la mejora de la eficacia sináptica (LTP o función del comportamiento tales como el aprendizaje motor), por otro lado, no se ha demostrado. NEBS aplicada a la corteza motora primaria (M1) ha atraído un interés creciente como método seguro y eficaz para modular la función motora humana 1. Efectos neurofisiológicos y resultado conductual pueden depender de la estrategia de estimulación (por ejemplo, polaridad tDCS o tRNS), el tamaño del electrodo y el montaje 4 - 6,14,15. Aparte de los factores anatómicos y fisiológicos sujetos-inherente el montaje de electrodos influye significativamente en la distribución de campo eléctrico y puede dar lugar a diferentes patrones de corriente se extienden dentro de la corteza 16 a 18. Además de la intensidad de la corriente aplicada al tamaño de los electrodos determina la densidad de corriente entregado 3. montajes de electrodo comúnen motor humana estudios de sistemas incluyen (Figura 1): 1) tDCS anódico como la estimulación M1 unilateral con el ánodo posicionado en la M1 de interés y el cátodo posicionado en la frente contralateral; La idea básica de este enfoque es la regulación positiva de la excitabilidad en la M1 de interés 6,13,19 - 22; 2) tDCS anódico como la estimulación bilateral M1 (también conocida como estimulación &quot;bihemisférica&quot; ​​o &quot;dual&quot;) con el ánodo posicionado en la M1 de interés y el cátodo colocado en el contralateral M1 5,6,14,23,24; La idea básica de este enfoque es maximizar los beneficios de la estimulación por la regulación positiva de la excitabilidad en la M1 de interés, mientras que la regulación negativa de la excitabilidad en la M1 opuesta (es decir, la modulación de la inhibición interhemisférica entre los dos M1); 3) Para tRNS, sólo la mencionada unilateral estimulación montaje M1 ha sido investigado 4,6; con este montaje excitabilidad efectos de tRNS mejora se ha encontrado para el espectro de frecuencias de 100 a 640 Hz 4. La elección de la estrategia de estimulación cerebral y montaje de electrodos representa un paso crítico para un uso eficiente y fiable de NEBS en entornos clínicos o de investigación. A continuación se describen estos tres procedimientos NEBS en detalle como se utiliza en estudios de sistemas de motor humanos y se discuten aspectos metodológicos y conceptuales. Materiales para tDCS unilaterales o bilaterales y unilaterales tRNS son los mismos (Figura 2). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> Figura 1. montajes de electrodos y la dirección actual de las estrategias de NEBS distintos. (A) Para anódico unilateral transcraneal estimulación de corriente directa (tDCS), el ánodo está centrada sobre la corteza motora primaria de interés y el cátodo posicionado sobre tque contralateral área supraorbital. (B) Para la estimulación de la corteza motora bilateral, ánodo y el cátodo están situados cada uno sobre una corteza motora. La posición del ánodo determina la corteza motora de interés para tDCS anódicos. (C) Para la estimulación transcraneal ruido aleatorio unilateral (RRT), un electrodo está situado sobre la corteza motor y el otro electrodo sobre la zona contralateral supra-orbital. El flujo de corriente entre los electrodos se indica mediante la flecha negro. Ánodo (+, rojo), el cátodo (-, azul), corriente alterna (+/-, verde). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</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

No invasiva la estimulación eléctrica del cerebro (NEBS) se utiliza para modular la función cerebral y el comportamiento, tanto para fines de investigación y clínicos. En particular, se puede aplicar NEBS transcraneal ya sea como la estimulación de corriente directa (tDCS) o alternantes de estimulación de corriente (TAC). Estos tipos de estimulación ejercen tiempo-, la dosis y en el caso de tDCS efectos de polaridad específica sobre la función motora y la habilidad de aprendizaje en sujetos sanos. Últimamente, tDCS se ha utilizado para aumentar la terapia de la discapacidad motora en pacientes con trastornos de accidente cerebrovascular o de movimiento. Este artículo proporciona un protocolo paso a paso para la orientación de la corteza motora primaria con tDCS y la estimulación transcraneal de ruido aleatorio (RRT), una forma específica de los TAC utilizando una corriente eléctrica aplicada al azar dentro de un rango de frecuencia predefinida. La configuración de dos montajes diferentes de estimulación se explica. En ambos montajes el electrodo emisor (el ánodo para tDCS) se coloca en la corteza motora primaria de interés. porestimulación de la corteza motor unilateral el electrodo receptor se coloca en la frente contralateral mientras que para la estimulación bilateral corteza motora se coloca el electrodo de recepción en el lado opuesto de la corteza motora primaria. Se discuten las ventajas y desventajas de cada uno de los montajes para la modulación de la excitabilidad cortical y la función motora, incluyendo el aprendizaje, así como la seguridad, la tolerabilidad y los aspectos que causan ceguera.

Para investigar los efectos de NEBS sobre el sistema motor humano, es importante tener en cuenta las medidas de resultado apropiadas. Una de las ventajas del sistema de motor es la accesibilidad de las representaciones corticales de herramientas electrofisiológicos. Motor potenciales evocados se utilizan con frecuencia como un indicador de la excitabilidad cortical motor. Después de la aplicación de 9 o más minutos de tDCS anódico a una densidad de corriente de 29 mA / cm 2,</s...

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

estimulación eléctrica cerebral no invasiva puede modular la función y el comportamiento cortical, tanto para fines de investigación y clínicos. Este protocolo describe diferentes enfoques de estimulación cerebral para la modulación del sistema motor humano.

No invasiva de estimulación cerebral eléctrica Montajes para la modulación de la función motora humana

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

The overall goal of this procedure is to demonstrate the localization of the primary motor cortex, and correct placement of electrical brain stimulation electrodes, to modulate the motor system. This method can help answer key questions in the field of neuroplasticity, through the targeted modulation of brain networks that improve motor functions, or counteract motor disabilities. The main advantage of non-evasive electrical brain stimulation is that it is easy to administer even as a bedside technique, without inducing pain or discomfort.This method of brain stimulation can provide insight into the function of the motor system. It can also be applied to other regions of interest, such as the pre-frontal cortex, or the visual cortex. Visual demonstration of the localization of target cortical areas and electrode placement are crucial for the success of these experiments.Otherwise, electrical current flow may not reach the intended brain areas, resulting in a lack of effect, or unexpected findings. Begin by asking the participant to sit comfortably in the chair. Clean the participant's skin by rubbing preparation paste in the regions of the hand where electrodes will be placed.Remove excess with a clean gauze pad. Attach the electromyography, or EMG, surface electrodes in a belly-tendon montage, on the hand muscle of interest, and connect a ground electrode. Then, turn on the magnetic stimulator and charge the capacitor by pressing the corresponding charge button.Place a figure of eight TMS coil on the participant's scalp on the motor cortex region. Hold the TMS coil at a 45 to 50 degree angle, referenced to the inter-hemispheric fissure, with the handle oriented backwards. When the magnetic stimulator is charged, discharge the stimulator by either pressing the trigger button, by stepping on the foot switch, or automatically with a software program.Next, start with a low stimulation intensity, and watch for motor evoked potentials, or MEP's, visible on the EMG amplifier. If no MEP is visible, increase the stimulation intensity, until an MEP is clearly present. Repeat stimulation by pressing the trigger button.Move the coil radially, in one centimeter steps, around the initially stimulated site, to find the spot with the largest MEP response, following the application of single TMS pulses. From there, start moving the coil again to secure the hot spot. Finally, mark the hot spot position, and coil orientation with a non-permanent skin marker.Connect cables to rubber electrodes, and place the electrodes inside the sponge bags. Ensure that the electrode size and sponge bag size match. Soak sponge bags on both sides with isotonic sodium chloride solution, but avoid excessive soaking to prevent salt bridges, or dripping onto the volunteer.Next, find the head markings indicating the motor cortical hot spot, and separate the hair around the area. To improve conductance, clean the skin before electrode placement with a swab soaked with 40 to 50 percent alcohol, or skin preparation paste. Remove excess with a swab, and clean the area again with isotonic sodium chloride solution.Dry the area afterwards. Place one electrode on the head marking for the motor cortex area of interest, and keep the sponge in direct contact with the skin as much as possible. For unilateral stimulation, place the second electrode over the contralateral supra-orbital area.Alternatively, for bilateral stimulation, place the second electrode on the opposite motor cortex, following the head marking ipsilateral to the limb used in the study. Place all of the electrode cables towards the participants back, to avoid disturbance during stimulation, and to ease connection to the non-invasive electrical brain stimulation, or any BS device. Then, cover the head twice, with an elastic bandage, circularly in the mediolateral direction, to stabilize the M1 electrode.Use the remaining bandage to cover the head circularly in the anterior posterior direction, to stabilize both electrodes. Use adhesive tape to fix the end of the bandage, and secure the cables with adhesive tape on the participant's neck, or shirt. Finally, connect the electrode cables to any BS device.Begin by switching on any BS device. Adjust the any BS device settings, regarding stimulation type, intensity, duration, ramping up and down, and frequency spectrum for transcranial random noise stimulation. Next, inform the participant about potential side effects associated with any BS.Then start the stimulation, and check for continuity of stimulation, during ramping up, and throughout the session.If any BS is co-applied with the execution of a motor task, start the testing after stimulation is ramped up, and after the participant is feeling comfortable with stimulation. Finally, after the stimulation session is complete, disinfect the electrodes and sponges with 40 to 50 percent alcohol. Then thoroughly rinse in water, and let the materials dry before storing.This protocol describes multiple approaches for non-invasive electrical brain stimulation, for modulation of the human motor system. Here the time course of cortical excitability is shown over the course of 90 minutes after stimulation of the primary motor cortex. Note that TRNS exerts similar effects on cortical excitability compared to TDCS.Within three days of motor training, motor skill increases significantly over time, in the Sham control group, and is augmented further by each any BS strategy. After watching this video, you should have a good understanding of how to locate the primary motor cortex by TMS, and place electrodes for the different any BS montages. Once mastered, this technique can be completed in 10 to 15 minutes, if it is performed properly.Don't forget that working with magnetic and electrical brain stimulation can be harmful if used improperly, and safety screening of participants should always be done before performing this procedure.

Research

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Behavior

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

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Comportamiento

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