Name: non-invasive modulation and robotic mapping of motor cortex in the developing brain
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain at JoVE.com

وقد حظيت هذه الدراسة بدعم المعاهد الكندية للبحوث الصحية.

وقد تمت الموافقة على جميع الأساليب الموصوفة في هذا البروتوكول من قبل المجلس المشترك لأخلاقيات البحوث الصحية، جامعة كالغاري (REB16-2474). ويرد وصف البروتوكول في الشكل 1.
1. موانع تحفيز الدماغ غير الغازية
<ol><li>فحص جميع المشاركين للموانع لTMS15 و TDCS1 قبل ال?...

<ol>
	<li>Woods, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technical+guide+to+tDCS,+and+related+non-invasive+brain+stimulation+tools.">A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools.</a> Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).</li><li>Nitsche, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilitation+of+implicit+motor+learning+by+weak+transcranial+direct+current+stimulation+of+the+primary+motor+cortex+in+the+human.">Facilitation of implicit motor learning by weak transcranial direct current stimulation of the primary motor cortex in the human.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 15 (4), 619-626 (2003).</li><li>Oskoui, M., Coutinho, F., Dykeman, J., Jett&#233;, N., Pringsheim, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+update+on+the+prevalence+of+cerebral+palsy:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">An update on the prevalence of cerebral palsy: a systematic review and meta-analysis.</a> Developmental Medicine &amp; Child Neurology. 55 (6), 509-519 (2013).</li><li>Zewdie, E., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TMS+Basics:+Single+and+Paired+Pulse+Neurophysiology.">TMS Basics: Single and Paired Pulse Neurophysiology.</a> Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain. , 475 (2016).</li><li>Nudo, R. J., Milliken, G. W., Jenkins, W. M., Merzenich, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use-dependent+alterations+of+movement+representations+in+primary+motor+cortex+of+adult+squirrel+monkeys.">Use-dependent alterations of movement representations in primary motor cortex of adult squirrel monkeys.</a> The Journal of Neuroscience. 16 (2), 785-807 (1996).</li><li>Friel, K. M., Gordon, A. M., Carmel, J. B., Kirton, A., Gillick, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pediatric+Issues+in+Neuromodulation:+Safety,+Tolerability+and+Ethical+Considerations.">Pediatric Issues in Neuromodulation: Safety, Tolerability and Ethical Considerations.</a> Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain. , 475 (2016).</li><li>Nudo, R. J., Plautz, E. J., Frost, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+adaptive+plasticity+in+recovery+of+function+after+damage+to+motor+cortex.">Role of adaptive plasticity in recovery of function after damage to motor cortex.</a> Muscle &amp; Nerve. 24 (8), 1000-1019 (2001).</li><li>Grab, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+TMS+mapping+of+motor+cortex+in+the+developing+brain.">Robotic TMS mapping of motor cortex in the developing brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2018).</li><li>Bikson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+of+Transcranial+Direct+Current+Stimulation:+Evidence+Based+Update+2016.">Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016.</a> Brain Stimulation. 9 (5), 641-661 (2016).</li><li>Kessler, S. K., Minhas, P., Woods, A. J., Rosen, A., Gorman, C., Bikson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dosage+considerations+for+transcranial+direct+current+stimulation+in+children:+a+computational+modeling+study.">Dosage considerations for transcranial direct current stimulation in children: a computational modeling study.</a> PloS One. 8 (9), e76112 (2013).</li><li>Ciechanski, P., Carlson, H. L., Yu, S. S., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Transcranial+Direct-Current+Stimulation-Induced+Electric+Fields+in+Children+and+Adults.">Modeling Transcranial Direct-Current Stimulation-Induced Electric Fields in Children and Adults.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 12, 268 (2018).</li><li>Ciechanski, P., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+Direct-Current+Stimulation+(tDCS):+Principles+and+Emerging+Applications+in+Children.">Transcranial Direct-Current Stimulation (tDCS): Principles and Emerging Applications in Children.</a> Pediatric Brain Stimulation: Mapping and Modulating the Developing Brain. , 475 (2016).</li><li>Kirton, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+direct+current+stimulation+for+children+with+perinatal+stroke+and+hemiparesis.">Transcranial direct current stimulation for children with perinatal stroke and hemiparesis.</a> Neurology. 88 (3), 259-267 (2017).</li><li>Cole, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+High-Definition+and+Conventional+Transcranial+Direct-Current+Stimulation+on+Motor+Learning+in+Children.">Effects of High-Definition and Conventional Transcranial Direct-Current Stimulation on Motor Learning in Children.</a> Front Neurosci. , (2018).</li><li>Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+questionnaire+before+TMS:+an+update.">Screening questionnaire before TMS: an update.</a> Clinical Neurophysiology. 122 (8), 1686 (2011).</li><li>Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technique+and+considerations+in+the+use+of+4x1+ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS).">Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> Journal of Visualized Experiments. (77), e50309 (2013).</li><li>Yousry, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+the+motor+hand+area+to+a+knob+on+the+precentral+gyrus.+A+new+landmark.">Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark.</a> Brain. 120 (Pt 1), 141-157 (1997).</li><li>Garvey, M. A., Mall, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+magnetic+stimulation+in+children.">Transcranial magnetic stimulation in children.</a> Clinical Neurophysiology. 119 (5), 973-984 (2008).</li><li>Borckardt, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pilot+study+investigating+the+effects+of+fast+left+prefrontal+rTMS+on+chronic+neuropathic+pain.">A pilot study investigating the effects of fast left prefrontal rTMS on chronic neuropathic pain.</a> Pain Medicine (Malden, Mass.). 10 (5), 840-849 (2009).</li><li>Villamar, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focal+modulation+of+the+primary+motor+cortex+in+fibromyalgia+using+4&#215;1-ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS):+immediate+and+delayed+analgesic+effects+of+cathodal+and+anodal+stimulation.">Focal modulation of the primary motor cortex in fibromyalgia using 4&#215;1-ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS): immediate and delayed analgesic effects of cathodal and anodal stimulation.</a> The Journal of Pain. 14 (4), 371-383 (2013).</li><li>Ciechanski, P., Kirton, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+Direct-Current+Stimulation+Can+Enhance+Motor+Learning+in+Children.">Transcranial Direct-Current Stimulation Can Enhance Motor Learning in Children.</a> Cerebral Cortex. 27 (5), 2758-2767 (2017).</li><li>Kirton, A., Andersen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+stimulation+and+constraint+for+hemiparesis+after+perinatal+stroke:+The+PLASTIC+CHAMPS+trial.">Brain stimulation and constraint for hemiparesis after perinatal stroke: The PLASTIC CHAMPS trial.</a> European Journal of Paediatric Neurology. 19 (S1), S10 (2015).</li><li>Ginhoux, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+custom+robot+for+Transcranial+Magnetic+Stimulation:+First+assessment+on+healthy+subjects.">A custom robot for Transcranial Magnetic Stimulation: First assessment on healthy subjects.</a> 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , 5352-5355 (2013).</li><li>Grau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conscious+brain-to-brain+communication+in+humans+using+non-invasive+technologies.">Conscious brain-to-brain communication in humans using non-invasive technologies.</a> PloS One. 9 (8), e105225 (2014).</li><li>Julkunen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+estimating+cortical+motor+representation+size+and+location+in+navigated+transcranial+magnetic+stimulation.">Methods for estimating cortical motor representation size and location in navigated transcranial magnetic stimulation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 232, 125-133 (2014).</li><li>van de Ruit, M., Perenboom, M. J., Grey, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TMS+brain+mapping+in+less+than+two+minutes.">TMS brain mapping in less than two minutes.</a> Brain Stimulation. 8 (2), 231-239 (2015).</li><li>Dundas, J. E., Thickbroom, G. W., Mastaglia, F. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perception+of+comfort+during+transcranial+DC+stimulation:+effect+of+NaCl+solution+concentration+applied+to+sponge+electrodes.">Perception of comfort during transcranial DC stimulation: effect of NaCl solution concentration applied to sponge electrodes.</a> Clinical Neurophysiology. 118 (5), 1166-1170 (2007).</li><li>Alam, M., Truong, D. Q., Khadka, N., Bikson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+and+polarity+precision+of+concentric+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+(HD-tDCS).">Spatial and polarity precision of concentric high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> Physics in Medicine and Biology. 61 (12), 4506-4521 (2016).</li></ol>

كما تم استكشاف TMS في مجموعات الأطفال السريرية، بما في ذلك السكتة الدماغية في الفترة ما حول العين22 والشلل الدماغي، حيث تم إنشاء خرائط المحرك TMS بنجاح في الأطفال الذين يعانون من الشلل الدماغي لاستكشاف آليات اللدونة التدخلية. باستخدام بروتوكول8 المعمول به ، تم جمع خ?...

تحفيز الدماغ غير الغازية يمكن قياس وتعديل وظيفة الدماغ البشري1،2. وكان الهدف الأكثر شيوعا هو القشرة الحركية، ويرجع ذلك جزئيا إلى إنتاج بيولوجي فوري وقابل للقياس (الإمكانات الحركية التي أثارتها) ولكن أيضا ارتفاع انتشار الأمراض العصبية مما أدى إلى اختلال وظائف النظام الحركي والإعاقة. ويشمل هذا العبء العالمي الكبير للمرض نسبة عالية من الظروف التي تؤثر على الأطفال مثل الشلل الدماغي، وهو السبب الرئيسي للإعاقة مدى الحياة التي تؤثر على نحو 17 مليون شخص في جميع أنحاء العالم3. على الرغم من هذه الأهمية السريرية والقدرات المتنوعة والمتزايدة من تقنيات التحفيز العصبي، والتطبيقات في الدماغ النامية بدأت فقط ليتم تعريفها4. تحسين توصيف أساليب تحفيز الدماغ غير الغازية القائمة والناشئة في الأطفال مطلوبة لتعزيز التطبيقات في الدماغ النامي.
التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) هو أداة عصبية فسيولوجية راسخة تستخدم بشكل متزايد لملفها غير الغازية، غير مؤلم، جيد التحمل والسلامة في البالغين. وخبرة نظام إدارة النُسط في مجال الأطفال محدودة نسبياً ولكنها تتزايد باطراد. TMS يسلم المجالات المغناطيسية للحث على التنشيط الإقليمي للسكان الخلايا العصبية القشرية في الدماغ مع صافي النواتج تنعكس في محرك العضلات المستهدفة أثار الإمكانات (MEP). التطبيق المنهجي لنبض واحد TMS يمكن أن تحدد خرائط القشرة الحركية في الجسم الحي. وقد أظهرت الدراسات الحيوانية المنوية5 والدراسات البشرية الناشئة TMS6 كيف الخرائط الحركية قد تساعد على إعلام آليات اللدونة العصبية القشرية. رسم الخرائط الحركية التنقل هو تقنية TMS التي تستخدم لرسم خريطة القشرة الحركية البشرية لاستجواب المناطق القشرية الوظيفية. وقد ارتبطت التغييرات في خريطة المحرك معالتغيرات البلاستيكية في نظام السيارات البشرية 7. وقد جلبت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا TMS الروبوتية فرصا جديدة لتحسين كفاءة رسم الخرائط الحركية ودقتها. وقد أثبتت مجموعتنا مؤخرا أن رسم الخرائط الآلية TMS الروبوتيةهو ممكن وفعال، وجيد التحمل في الأطفال 8.
التحفيز الحالي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) هو شكل من أشكال تحفيز الدماغ غير الغازية التي يمكن أن تحول الإثارة القشرية وتعديل السلوكيات البشرية. كان هناك العديد من الدراسات التي تدرس تأثير tDCS في البالغين (>10,000 المواضيع) ولكن أقل من 2% من الدراسات ركزت على الدماغ النامية9. ترجمة أدلة الكبار إلى تطبيقات طب الأطفال معقدة، وهناك حاجة إلى بروتوكولات معدلة بسبب الاختلافات المعقدة في الأطفال. على سبيل المثال، لقد أظهرنا نحن وآخرون أن الأطفال يعانون من مجالات كهربائية أكبر وأقوى مقارنة بالبالغين10و11. توحيد أساليب tDCS في الأطفال مهم لضمان التطبيق الآمن والمتسق، وتحسين النسخ المتماثل، والنهوض بالميدان. تجربة التعلم الحركي tDCS في الأطفال محدودة ولكن زيادة12. تطبيقات الترجمة من tDCS إلى مجموعات محددة من الشلل الدماغي تتقدم نحو مرحلة متأخرة التجارب السريرية13. الجهود الرامية إلى تحفيز أكثر تنسيقا تطبيقها من خلال عالية الوضوح tDCS (HD-tDCS) وقد درست فقط فقط لأول مرة في الأطفال14. أظهرنا أن HD-tDCS تنتج تحسينات مماثلة في التعلم الحركي كما tDCS التقليدية في الأطفال الأصحاء14. وصف أساليب HD-tDCS سيسمح النسخ المتماثل والتطبيقات الإضافية لهذه البروتوكولات في الأطفال.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1x1 SMARTscan Stimulator</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/1x1/tdcs/device</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4x1 HD-tDCS Adaptor</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/4x1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brainsight Neuronavigation</td>
			<td>Roge Resolution</td>
			<td>https://www.rogue-resolutions.com/catalogue/neuro-navigation/brainsight-tms-navigation/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Rubber Electrode</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/carbon-ruber-electrode</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EASYpad Electrode</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easypad</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EASYstraps</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/1x1/accessories/1x1-easystrap</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMG Amplifier</td>
			<td>Bortec Biomedical</td>
			<td>http://www.bortec.ca/pages/amt_16.htm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HD1 Electrode Holder</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd1-holder</td>
			<td>Standard Base HD-Electrode Holder for High Definition tES (HD-tES)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HD-Electrode</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-electrode</td>
			<td>Sintered ring HD-Electrode.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HD-Gel</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-gel</td>
			<td>HD-GEL for High Definition tES (HD-tES)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro 1401 Data Acquisition System</td>
			<td>Cambridge Electronics http://ced.co.uk/products/mic3in</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Purdue Pegboard</td>
			<td>Lafayette Instrument Company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline solution</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>http://www.baxter.ca/en/products-expertise/iv-solutions-premixed-drugs/products/iv-solutions.page</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soterix Medical HD-Cap</td>
			<td>Soterix Medical Inc.</td>
			<td>https://soterixmedical.com/research/hd-tdcs/accessories/hd-cap</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS Robot</td>
			<td>Axilium Robotics</td>
			<td>http://www.axilumrobotics.com/en/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS Stimulator and Coil</td>
			<td>Magstim Inc</td>
			<td>https://www.magstim.com/neuromodulation/</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive modulation and robotic mapping of motor cortex in the developing brain

رسم خرائط القشرة الحركية مع التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) لديه القدرة على استجواب علم وظائف الأعضاء القشرة الحركية واللدونة ولكن يحمل تحديات فريدة من نوعها في الأطفال. وبالمثل، يمكن للتحفيز الحالي المباشر عبر الجمجمة (tDCS) تحسين التعلم الحركي لدى البالغين ولكن لم يطبق إلا مؤخراً على الأطفال. يتطلب استخدام tDCS والتقنيات الناشئة مثل tDCS عالية الوضوح (HD-tDCS) اعتبارات منهجية خاصة في الدماغ النامي. قد يمنح رسم الخرائط الحركية الروبوتية TMS مزايا فريدة لرسم الخرائط، لا سيما في الدماغ النامي. هنا، ونحن نهدف إلى توفير نهج عملي وموحد لطريقتين متكاملتين قادرة على استكشاف في وقت واحد تعديل القشرة الحركية وخرائط المحرك في الأطفال. أولا، نحن نصف بروتوكول لرسم الخرائط الآلية TMS المحرك. شبكات 12x12 الفردية، التي تنقلها التصوير بالرنين المغناطيسي 12x12 التي تركز على القشرة الحركية توجه الروبوت لإدارة TMS أحادي ة النبض. يتم استخدام السعة المحتملة (MEP) (MEP) المتوسطة لكل نقطة شبكة لتوليد خرائط محرك ثلاثية الأبعاد لعضلات اليد الفردية مع نتائج بما في ذلك منطقة الخريطة، وحجم، ومركز الجاذبية. كما يتم تضمين أدوات لقياس سلامة ومقبولية كلتا الطريقتين. ثانيا، نحن نصف تطبيق كل من tDCS وHD-tDCS لتعديل القشرة الحركية والتعلم الحركي. ويرد وصف لنموذج التدريب التجريبي ونتائج العينات. هذه الأساليب سوف تقدم تطبيق تحفيز الدماغ غير الغازية في الأطفال.

باستخدام الأساليب المعروضة هنا، أكملنا تجربة تدخلية معشاة، تسيطر عليها الشام8. تم تجنيد الأطفال الأيمن (ن = 24، الأعمار 12-18) مع عدم وجود موانع لكلا النوعين من تحفيز الدماغ غير الغازية. تم استبعاد المشاركين على وجه التحديد في هذه الدراسة إذا كان على الأدوية العص...

Watch this Scientific Journal Video about Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain at JoVE.com

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

تعديل غير الغازية ورسم الخرائط الروبوتية من القشرة الحركية في الدماغ النامية

نقوم بشرح بروتوكولات التشكيل (tDCS, HD-tDCS) ورسم الخرائط (TMS الروبوتية) من القشرة الحركية في الأطفال.

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

بروتوكولنا ينطوي على استخدام أول روبوت TMS للأطفال في العالم لرسم خريطة القشرة الحركية في الأطفال الأصحاء وأيضا في الأطفال الذين لديهم إصابات في الدماغ في وقت مبكر مثل السكتة الدماغية في الفترة المحيطة بالولادة. بروتوكول يدمج التصوير بالرنين المغناطيسي مع neuronavigation، والذي يسمح لنا للحصول على خرائط مع زيادة الدقة والدقة، والحد من أوقات الدورة رسم الخرائط. فهو يساعد على القضاء على الخطأ البشري ويزيد من السلامة والتحمل للمرضى الصغار.لا يتم استخدام رسم الخرائط الحركية بعد لأغراض التشخيص أو التكهن ، ومع ذلك ، فهي تقنية جديدة تقيس كيفية تغير الدماغ وإعادة أسلاكه بعد حدوث تلف في الدماغ أو بعد التدخل. ويمكن استخدام تقنيات مماثلة مع أهداف مختلفة لرسم خرائط منطقة اللغة. يمكن أن تكون اللغة ورسم الخرائط الحركية مهمة للتخطيط قبل الجراحة.تبدأ باستخدام علامات التبويب في برنامج إعادة بناء الجلد وكامل الدماغ curvilinear. حدد الجلد الجديد، والجلد، وحساب البشرة. تأكد من أن الأنف وأعلى الرأس.ثم، حدد منحنى الدماغ الجديد والكامل. أرفق مربع الاختيار الأخضر خارج الدماغ، ولكن داخل الجمجمة. حدد حوسبة منحنية.ضبط عمق قشر إلى 4.0 إلى 6.0 ملليمتر. حدد تكوين المعالم. ضع أربعة معالم على طرف الأنف والناثيون والشقوق في كلا الأذنين من الجلد المعاد بناؤه.اسم المعالم المقابلة لتشريحها. حدد علامة التبويب الهدف لعرض الدماغ curvilinear. حدد شبكة جديدة ومستطيلة.ضع موحد 12 من قبل 12 الشبكات الإحداثيات مع سبعة ملليمتر التباعد على سطح الدماغ المعاد بناؤها على مقبض اليد من القشرة الحركية. بعد ذلك، استخدم أداة تحديد المواقع المستهدفة على اليمين لتحسين موضع الشبكة للتناوب والإمالة وانحناء. تحويل نقاط الشبكة إلى مسارات من شأنها أن توجه الروبوت إلى موضع لفائف TMS.ضبط زاوية المسار بحيث تكون 45 درجة إلى الشق الطولي أو الدماغ. استخدام أداة المفاجئة لاستقراء وتحسين المسارات إلى الدماغ curvilinear. وأخيرا، تهيئة ووضع الذراع الروبوت TMS والمقعد للترحيب موقف ومعايرة استشعار لوحة القوة باستخدام أربعة اختبار الاستشعار.ابدأ بمرافقة المشارك في غرفة الاختبار وجعلهم يملأون استبيان السلامة. ثم، مقعد المشارك في كرسي الروبوت وضبط مسند الظهر وبقية الرقبة. تأكد من دعم أقدامهم.دعم الأسلحة واليدين مع الوسائد خلال جلسة رسم الخرائط. تنظيف الجلد على العضلات من الفائدة. ضع أقطاب سطح كلوريد الفضة على كلتا اليدين والساعدين للمشارك مستهدفة أربع عضلات forelimb.بطن أول دورسال interosseous، الخاطف pollicis brevis، المختطف digiti minimi، ووسامي المعصم. قم بتوصيل مكبر الصوت بجهاز كمبيوتر يجمع البيانات باستخدام برنامج EMG متوافق. بعد ذلك ، الأقطاب الكهربائية السطحية إلى الرسم الكهربائي ، أو مكبر الصوت EMG ، ونظام الحصول على البيانات ، والتأكد من أن القطب الأرضي متصل أيضًا.شارك في تسجيل المعالم الأربعة على رأس المشارك باستخدام مؤشرات المعالم واستخدم علامة التبويب التحقق من الصحة لضمان تسجيل رئيس المشاركين بشكل صحيح. ثم حدد نقطة شبكة أقرب إلى مقبض اليد للمشارك. حدد زر محاذاة إلى الهدف لمحاذاة لفائف TMS التي يحملها الروبوت لهذا الموقع المستهدف.حدد جهة اتصال على. مراقبة جودة الاتصال باستخدام مؤشر قوة الاتصال والتأكد من أن المؤشر أخضر أو أصفر. تعليمات المشارك بعدم التحرك خارج نطاق ذراع الروبوت.تأكد من استرخاء عضلات اليد الخاصة بالمشارك وتبقى قبل الاتصال. حدد محاذاة واتبع حتى لفائف يبقى تركزت على الهدف إذا كان المشارك يتحرك. استخدم زر مشغل TMS على جهاز TMS لتقديم نبضات TMS من خمس إلى 10 في كثافة تتراوح بين 40 إلى 60٪ من الناتج المحفز الأقصى.وأخيراً، تحديد نقطة الشبكة التي تعطي المحرك أكبر وأكثر اتساقا أثار إمكانات اليسار أو اليمين الاستثمار الأجنبي المباشر العضلات. تحديد عتبة المحرك يستريح كأدنى كثافة التي تنتج وMIP على الأقل 50 microvolts في العضلات الاستثمار الأجنبي المباشر في خمسة من أصل 10 التحفيز. تبدأ من خلال تقديم نبضات TMS نبضات نبضة واحدة في interstimulus من ثانية واحدة وكثافة من 120٪ RMT عند نقطة الشبكة يغلق إلى نقطة ساخنة.ثم كرر عند نقطة الشبكة المجاورة. استمر بشكل تسلسلي بطريقة خطية على طول النقاط المتجاوبة حتى يتم الوصول إلى نقطة غير مستجيبة، والتي تعين المنطقة الإقليمية الأولى من الخريطة. ثم، متابعة تعيين لتأسيس نقاط الحدود في جميع الاتجاهات الأربعة للشبكة مستطيلة.تسجيل جميع أعضاء البرلمان الأوروبي من جميع العضلات باستخدام برنامج EMG لتحليل دون اتصال. بعد ثلاث إلى أربع نقاط شبكة، حدد الاتصال قبالة وإعطاء المشارك استراحة حتى يشعرون بأنهم على استعداد للاستمرار. بعد ذلك، استخدم نسخة مطبوعة من نفس الشبكات لتتبع ترتيب التحفيز لمزيد من التحليل.إكمال التعيين باستخدام TMS الروبوتية. وأخيراً، استخدم برنامج ترميز مخصص لإنشاء خرائط 3D الحركية المتاحة عن طريق الاتصال بالمؤلف. حساب مساحة الخريطة الحركية وحجمها باستخدام مواقع المسار المتجاوبة.حساب مركز الجاذبية كمتوسط مرجح للتمثيلات الحركية لكل موقع تنسيقي. وأشارت هذه النتائج إلى أن TDCS وHD-tDCS حسّنا معدل التعلم على مدى خمسة أيام من التدريب. وكان لمجموعات التدخل النشط تحسينات أكبر في متوسط اليومي اليد اليسرى PPT درجة في اليوم الرابع والخامس مقارنة مع صورية.وقد استُنِدَّت هذه المنهجية من دراسة سابقة، وتم الجمع بين مجموعات البيانات. وأظهرت بيانات النسخ المتماثل نتائج مماثلة بحيث كانت هناك زيادة كبيرة في معدل التعلم لوحظ في مجموعة tDCS وHD-tDCS مقارنة بمجموعة الصور. تخطيط الإجراء لا يقل أهمية عن تنفيذ ذلك.وينبغي أن تُضاف الشبكات والمسارات بعناية على التصوير بالرنين المغناطيسي. إذا كان استخدام قوالب الدماغ، ينبغي أخذ عينات متعددة من رئيس المشاركين. يمكن إكمال هذا الإجراء قبل وما بعد التدخل للإجابة على التغيير الناتج عن خريطة المحرك.يمكن أن يشير إجراء التقييم بعد هذا الإجراء إلى العلاقة بين مقاييس الخريطة الحركية والنتيجة الدالة. باستخدام هذا البروتوكول، يمكن للباحثين معرفة كيفية إنشاء خرائط السيارات بدقة، في الوقت المناسب، وكذلك بأمان في الأطفال الذين يستخدمون TMS الروبوتية. التحدي الرئيسي يشمل توجيه الروبوت والتوفيق بين المناطق المستهدفة له على النحو الأمثل.ويجب أن تحدد المسارات مسبقا بدقة. يساعد ممارسة محاذاة الملف مع تركيبات متعددة من معلمات الميل والدوران على تحسين تصميم مسار اللفائف. لا شيء من هذه الصكوك خطرة.من المهم مراقبة الروبوت باستمرار أثناء لمسه رأس المشارك حيث سيتفاعل الروبوت مع أي حركات رأس.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

التصوير الوظيفي للسمعي اللحاء في القطط الكبار باستخدام الحقل عالي الرنين المغناطيسي الوظيفي

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Live Imaging of Mitosis in the Developing Mouse Embryonic Cortex

التصوير حية من الانقسام في تطوير الجنينية الماوس اللحاء

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the ...

Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

متني غير الغازية، والأوعية الدموية والتمثيل الغذائي عالية التردد الموجات فوق الصوتية والضوئي الجرذ أعماق الدماغ التصوير

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central ...

Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

تقييم غير الغازية للتغييرات في نقل كورتيكوموتونورونال في البشر

The corticospinal pathway is the major pathway connecting the brain with the muscles and is therefore highly relevant for movement control and motor ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

آثار Transcranial التحفيز التيار المتردد في القشرة الحركية الأولية بنهج موحد على الإنترنت مع التحفيز المغناطيسي Transcranial

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

التصوير النشاط العصبي في القشرة الأولية Somatosensory باستخدام Thy1-GCaMP6s الفئران المحورة وراثيا

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

In Vivo Single-Molecule Tracking at the Drosophila Presynaptic Motor Nerve Terminal

In Vivo Single-Molecule Tracking at the Drosophila Presynaptic Motor Nerve Terminal

في فيفو تتبع في محطة Presynaptic الأعصاب الحركية المورفولوجية جزيء واحد

An increasing number of super-resolution microscopy techniques are helping to uncover the mechanisms that govern the nanoscale cellular world. ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

التحفيز المغناطيسي Transcranial مجتمعة والمخ من قشرة Dorsolateral Prefrontal

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice

تقييم التجانب في نصف الكرة الأرضية مع التسجيل الميداني المحلي الثنائي المحتمل في القشرة الحركية الثانوية للفئران

This article demonstrates complete, detailed procedures for both in vivo bilateral recording and analysis of local field potential (LFP) in the cortical ...

Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping

رسم خرائط الدماغ الترجمة في المركز الطبي لجامعة روتشستر: الحفاظ على العقل من خلال رسم خرائط الدماغ الشخصية

The Translational Brain Mapping Program at the University of Rochester is an interdisciplinary effort that integrates cognitive science, neurophysiology, ...