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 och JR stöds av den tyska Research Foundation (DFG RE 2740 / 3-1).

Etik uttalande: Mänskliga studier kräver skriftligt informerat samtycke deltagare före inträde i studien. Erhålla godkännande från den berörda etiska kommittén innan rekrytering av deltagare. Kontrollera studier i enlighet med Helsingforsdeklarationen. De representativa resultaten redovisas här (Figur 4) bygger på en studie utförd i enlighet med Helsingforsdeklarationen ändrad genom 59: e WMA generalförsamling, Seoul, oktober 2008 och godkändes av den lokala etiska kommittén vid U...

Detta protokoll beskriver typiska material och procedursteg för modulering av hand motorik och skicklighet lärande med hjälp av NEBS, särskilt ensidiga och bilaterala M1 stimulering för anod TFF och ensidiga TRNS. Innan du väljer en viss NEBS protokoll för en människa motorsystem studie, t ex. I samband med motorisk inlärning, metodologiska aspekter (säkerhet, tolerabilitet, bländande) samt begreppsmässiga aspekterna (montage eller strömtyp specifika effekter på en viss hjärnregion) måste tas me...

Icke-invasiv elektrisk hjärnstimulering (NEBS), administration av elektriska strömmar till hjärnan genom den intakta skallen, kan ändra hjärnans funktion och beteende 1-3. För att optimera den terapeutiska potentialen hos NEBS strategier förståelse behövs fortfarande de underliggande mekanismer som leder till neurofysiologiska och beteendemässiga effekter. Standardisering av tillämpning i olika laboratorier och full insyn i stimuleringsförfaranden utgör grunden för jämförbara uppgifter som stöder tillförlitlig tolkning av resultaten och utvärderingen av de föreslagna verkningsmekanismer. Transkraniell likström stimulering (TFF) eller transkraniell växelström stimulering (TAC) skiljer sig med parametrar för de tillämpade elektrisk ström: TFF består av en enkelriktad konstant strömflöde mellan två elektroder (anod och katod) 2 - 6 medan TAC använder en växelström tillämpas vid enspecifik frekvens 7. Transkraniell slumpmässigt brus stimulering (Trns) är en speciell form av TAC som använder en växelström appliceras på måfå frekvenser (t ex., 100-640 Hz) resulterar i snabbt varierande stimuleringsnivåer och ta bort polaritet relaterade effekter 4,6,7. Polaritet är endast relevant om inställningen stimulering innefattar en stimulans offset, t.ex. brusspektrum slumpmässigt förändras runt en mA utgångsintensitet (oftast inte används). Vid tillämpningen av den här artikeln kommer vi att fokusera på arbete med TFF och TRNS effekter på motorsystemet, tätt följd av en nyligen publicerad från vårt laboratorium sex. De bakomliggande mekanismerna för verkan av TRNS är ännu mindre förstås än av TFF men sannolikt skiljer sig från den senare. Teoretiskt, i den konceptuella ramen för stokastisk resonans Trns introducerar stimulering inducerad buller till en neuronal system som kan ge en fördel signalbehandling genom att förändra the signal-brusförhållande 4,8,9. TRNS kan främst förstärka svagare signaler och kunde på så sätt optimera uppgift specifika hjärnaktivitet (endogen buller 9). Anodal TFF ökar kortikala retbarhet anges genom ändring av den spontana neuronhastighet 10 eller ökad motor evoked potential (MEP) amplituder 2 med effekterna outlasting stimuleringstiden i minuter till timmar. Långvariga ökningar i synaptisk effekt kallas långsiktig potentiering tros bidra till inlärning och minne. I själva verket, anod TFF förstärker synaptiska effekten av motor kortikala synapser upprepat aktiveras av en svag synaptiska ingång 11. I enlighet är förbättrad motorik / skicklighet förvärv ofta avslöjas först om stimulering är samtidigt appliceras med motorisk träning 11-13, också tyder på synaptiska co-aktivering som en förutsättning för denna verksamhet beroende process. Ändå orsakssamband mellan ökningar i cortical retbarhet (ökad eldhastighet eller MEP amplitud) å ena sidan och förbättrad synaptisk effekt (LTP eller beteende funktion såsom motorisk inlärning) å andra sidan har inte visats. NEBS tillämpas på den primära motoriska cortex (M1) har rönt allt större intresse som säker och effektiv metod för att modulera humant motorik en. Neurofysiologiska effekter och beteende resultatet kan bero på stimulering strategin (t.ex. TFF polaritet eller TRNS), elektrodstorlek och montage 4 - 6,14,15. Bortsett från ämnes inneboende anatomiska och fysiologiska faktorer elektroden montage påverkar avsevärt elektriskt fält distribution och kan leda till olika mönster av nuvarande spridnings i cortex 16-18. Förutom intensiteten hos det pålagda strömmen storleken av elektroderna bestämmer den strömtäthet som levereras 3. Gemensamma elektrodmontagei mänsklig motorsystemstudier inkluderar (Figur 1): 1) anod TFF som ensidigt M1 stimulering med anoden placerad på M1 av intresse och katoden placerad på den kontralaterala pannan; den grundläggande idén med denna metod är uppreglering av retbarhet i M1 intressanta 6,13,19 - 22; 2) anodal TFF som bilateral M1 stimulering (även hänvisad till som &quot;bihemispheric&quot; eller &quot;dual&quot; stimulering) med anoden placerad på M1 av intresse och katoden placerad på den kontra M1 5,6,14,23,24; den grundläggande idén med denna metod är att maximera stimulerings fördelar genom uppreglering av retbarhet i M1 av intresse medan nedreglera retbarhet i motsatt M1 (dvs modulering av interhemispheric hämning mellan de två M1s); 3) För TRNS, har endast den ovannämnda ensidiga M1 stimulering montage varit Investigated 4,6; med detta montage retbarhet främjande effekter av TRNS har hittats för frekvensspektrum 100-640 Hz 4. Valet av hjärnstimulering strategi och elektrodmontage representerar ett kritiskt steg för en effektiv och tillförlitlig användning av NEBS i kliniska eller forskningsinställningar. Här dessa tre NEBS procedurer beskrivs i detalj som användes i motorsystemstudier mänskliga och metodologiska och konceptuella aspekter diskuteras. Material för ensidiga eller bilaterala TFF och ensidiga TRNS är samma (Figur 2). <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> Figur 1. Elektrod montage och strömriktning för olika NEBS strategier. (A) För ensidig anod transkraniell likström stimulering (TFF) är anoden centrerad över den primära motoriska cortex av intresse och katoden placerad över than kontra supra-orbital område. (B) För bilaterala motor cortex stimulering, anod och katod finns vardera över en motor cortex. Läget för anoden bestämmer motoriska cortex av intresse för anodal TFF. (C) För ensidig transkraniell slumpmässigt brus stimulering (TRNS), är en elektrod placerad över motorn cortex och den andra elektroden över den kontralaterala över orbital område. Strömflödet mellan elektroderna indikeras av den svarta pilen. Anod (+, röd), katod (-, blå), växelström (+/-, grön). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</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

Icke-invasiv elektrisk hjärnstimulering (NEBS) används för att modulera hjärnans funktion och beteende, både för forskning och kliniska ändamål. I synnerhet kan NEBS appliceras transcranially antingen som likström stimulering (TFF) eller växelström stimulering (TAC). Dessa stimuleringstyper utöva tids-, dos- och i fallet med TFF polaritet specifika effekter på motorisk funktion och skicklighet lärande hos friska försökspersoner. På senare tid har TFF använts för att förstärka behandlingen av rörelsehinder hos patienter med stroke eller rörelsestörningar. Den här artikeln innehåller en steg-för-steg-protokoll för att rikta den primära motoriska cortex med TFF och transkraniell slumpmässigt brus stimulering (TRNS), en särskild form av TAC med hjälp av en elektrisk ström appliceras slumpvis inom ett fördefinierat frekvensområde. Installationen av två olika stimulerings montage förklaras. I båda montages den emitterande elektroden (anoden för TFF) placeras på den primära motoriska cortex av intresse. Förensidig motor cortex stimulering mottagnings elektrod placeras på den kontralaterala pannan medan bilaterala motor cortex stimulering mottagnings elektrod placeras på den motsatta primära motoriska cortex. För- och nackdelar med varje montage för modulering av kortikal retbarhet och motorisk funktion inklusive inlärning diskuteras, samt säkerhet, tolerabilitet och förblindande aspekter.

För att undersöka effekterna av NEBS på människomotorsystemet är det viktigt att överväga lämpliga utfallsmått. En fördel med det motoriska systemet är tillgängligheten av de kortikala representationer av elektrofysiologiska verktyg. Motor framkallade potentialer används ofta som en indikator på motor kortikal retbarhet. Efter applicering av 9 eller fler minuter av anodal TFF vid en strömtäthet av 29 uA / cm 2, är motor kortikal retbarhet ökas under minst 30 ...

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

Icke-invasiv elektrisk hjärnstimulering kan modulera kortikal funktion och beteende, både för forskning och kliniska ändamål. Detta protokoll beskriver olika hjärnstimulerings metoder för modulering av det humana motoriska systemet.

Icke-invasiv elektrisk hjärnstimulering montage för modulering av humant 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), och hela kroppen segment Tröghetsutrustning inspelning för Multi-modal Neural avkodning

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

Stimulera Lip Motor Cortex med transkraniell 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

Transkraniell magnetisk stimulering för Undersöka Orsaks Brain-beteende relationer och deras Tid Kurs

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

Multifunktionell Setup för att studera Human motordrifter Använda transkraniell magnetisk stimulering, elektromyografi, Motion Capture och 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 och analytiskt förhållningssätt till Multimodal Neural avkodning of Intent Under social interaktion i fritt bete Human Spädbarn

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 metod för att bedöma Motor Resultat av Deep Brain Stimulation effekter i Hemiparkinsonian Rat: Trappa och 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

Medvetna och icke-medvetna representationer av emotionella ansikten 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

Med en Split-belt löpband att utvärdera generalisering av mänskliga rörelseapparaten anpassning

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

Paradigm av nedre extremitet elektrisk stimulering utbildning efter ryggmärgsskada

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 icke-invasiv metod för tillfälliga Nedslagning av övre extremiteterna Proprioception

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