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

Denne undersøgelse blev støttet af de canadiske institutter for sundhedsforskning.

Alle de metoder, der er beskrevet i denne protokol er blevet godkendt af Conjoint Health Research etik Board, University of Calgary (REB16-2474). Protokollen er beskrevet i figur 1.
1. ikke-invasiv hjerne stimulation kontraindikationer
<ol><li>Screener alle deltagere for kontraindikationer for TMS15 og TDCs1 før rekruttering.</li>
</ol>2. transcranial magnetisk stimulation motor kortlægning
<ol><li>Klarg?...

<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>

TMS er også blevet udforsket i kliniske pædiatriske populationer, herunder perinatale slagtilfælde22 og cerebral parese, hvor TMS motor kort blev oprettet med succes hos børn med cerebral parese at udforske mekanismer af interventions plasticitet. Ved hjælp af en etableret protokol8, blev TMS motor kort med succes indsamlet i typisk udvikler børn, og er i øjeblikket ved at blive indsamlet i et igangværende multicenter klinisk forsøg for børn med perinatale slagtil...

Ikke-invasiv hjerne stimulation kan både måle og moduere menneskelig hjernefunktion1,2. Det mest almindelige mål har været motorisk cortex, som delvis skyldes en umiddelbar og målbar biologisk udgang (motorisk fremkaldte potentialer), men også den høje forekomst af neurologiske sygdomme, der resulterer i motorisk dysfunktion og handicap. Denne store globale sygdomsbyrde omfatter en stor andel af sygdomme, der påvirker børn som cerebral parese, den førende årsag til livslang invaliditet påvirker nogle 17.000.000 personer på verdensplan3. På trods af denne kliniske relevans og de forskelligartede og stigende kapaciteter af Neuro stimulation teknologier, applikationer i den udvikling hjernen er kun begyndt at blive defineret4. Forbedret karakterisering af eksisterende og fremspirende ikke-invasive hjernen stimulation metoder hos børn er forpligtet til at fremme ansøgninger i den udviklende hjerne.
Transcranial magnetisk stimulation (TMS) er et veletableret neurofysiologisk værktøj, der i stigende grad anvendes til sin ikke-invasive, smertefri, veltolereret og sikkerhedsprofil hos voksne. TMS-oplevelsen hos børn er forholdsvis begrænset, men støt stigende. TMS leverer magnetiske felter til at inducere regional aktivering af kortikale neuronal populationer i hjernen med netto output afspejlet i Target Muscle motor fremkaldt potentialer (MEP). Systematisk anvendelse af Single Pulse TMS kan definere kort over motor cortex in vivo. Seminal dyreforsøg5 og EMERGING Human TMS undersøgelser6 har vist, hvordan motor kort kan hjælpe med at informere mekanismer af kortikale neuroplasticitet. Navigeret motor mapping er en TMS teknik, der bruges til at kortlægge den menneskelige motorisk cortex til afhøre funktionelle kortikale regioner. Ændringer i motor kort har været forbundet med plast ændringer af det menneskelige motorsystem7. Nylige fremskridt inden for robot-TMS-teknologien har medført nye muligheder for at forbedre effektiviteten og nøjagtigheden af motor kortlægningen. Vores gruppe har for nylig vist, at robot TMS motor kortlægning er gennemførlig, effektiv og veltolereret hos børn8.
Transcranial jævnstrøm stimulation (tDCS) er en form for ikke-invasiv hjerne stimulation, der kan flytte kortikale excitabilitet og moduere menneskelig adfærd. Der har været en lang række undersøgelser af virkningen af tDCS hos voksne (> 10000 personer), men mindre end 2% af undersøgelserne har fokuseret på udviklingen af hjernen9. Oversættelse af voksen dokumentation til Pediatrics applikationer er kompleks, og modificerede protokoller er nødvendige på grund af komplekse forskelle i børn. For eksempel har vi og andre vist, at børn oplever større og stærkere elektriske felter sammenlignet med voksne10,11. Standardisering af tDCS-metoder hos børn er vigtig for at sikre en sikker og konsekvent anvendelse, forbedre replikation og fremme marken. Erfaring med motorisk lærings modulering af tDCS hos børn er begrænset, men stigende12. Translationelle anvendelser af tDCS til specifikke cerebral parese populationer skrider frem mod sene fase kliniske forsøg13. Indsatsen mod mere fokal stimulation anvendt gennem high-definition tDCS (HD-tDCS) er kun lige blevet undersøgt for første gang hos børn14. Vi viste, at HD-tDCS producerer lignende forbedringer i motorisk indlæring som konventionelle tDCS i raske børn14. Beskrivelse af HD-tDCS-metoder vil gøre det muligt at replikere og yderligere anvendelser af sådanne protokoller hos børn.

<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

Kortlægning af motor cortex med transcranial magnetisk stimulation (TMS) har potentiale til at afhøre motorisk cortex fysiologi og plasticitet, men bærer unikke udfordringer hos børn. På samme måde kan transcranial direkte strøm stimulering (tDCS) forbedre motorisk indlæring hos voksne, men er først for nylig blevet anvendt på børn. Brugen af tDCS og nye teknikker som high-definition tDCS (HD-tDCS) kræver særlige metodologiske overvejelser i udviklings hjernen. Robotic TMS motor kortlægning kan give unikke fordele for kortlægning, især i den udviklende hjerne. Her har vi til formål at give en praktisk, standardiseret tilgang til to integrerede metoder, der kan samtidig udforske motor cortex modulation og motor kort hos børn. For det første beskriver vi en protokol for robot TMS motor kortlægning. Individualiserede, MRI-navigerede 12x12 gitre centreret på motor cortex guide en robot til at administrere single-Pulse TMS. Mean motor fremkaldt potentiale (MEP) amplituder per gitterpunkt bruges til at generere 3D motor kort af individuelle hånd muskler med resultater, herunder kort område, volumen, og tyngdepunkt. Værktøjer til måling af sikkerhed og tolerabilitet af begge metoder er også inkluderet. For det andet beskriver vi anvendelsen af både tDCS og HD-tDCS for at moduere motorisk cortex og motorisk indlæring. En eksperimentel uddannelse paradigme og prøveresultater er beskrevet. Disse metoder vil fremme anvendelsen af ikke-invasiv hjerne stimulation hos børn.

Ved hjælp af de metoder, der præsenteres her, vi afsluttede en randomiseret, Sham-kontrollerede interventions Trial8. Højrehåndede børn (n = 24 år 12-18) uden kontraindikationer for begge typer ikke-invasiv hjerne stimulation blev rekrutteret. Deltagerne blev specifikt udelukket i denne undersøgelse, hvis de var på Neuro psykotropt medicin, eller hvis de ikke var naive for tDCS. Der var ingen frafaldne.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-pa...

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

Ikke-invasiv modulation og robot kortlægning af motorisk cortex i udviklings hjernen

Vi demonstrerer protokoller for modulering (tDCS, HD-tDCS) og kortlægning (robot TMS) af motorisk cortex hos børn.

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

Vores protokol indebærer at bruge den første pædiatriske TMS robot i verden til at kortlægge den motoriske cortex hos raske børn og også hos børn, der har haft tidlige hjerneskader såsom perinatal slagtilfælde. Protokol integrerer MR-billedbehandling med neuronavigation, som giver os mulighed for at erhverve kort med øget nøjagtighed og præcision, reducere kortlægning session gange. Det hjælper med at eliminere menneskelige fejl, og det øger sikkerheden og tolerabilitet for unge patienter.Motor kortlægning er endnu ikke brugt til diagnostiske eller prognostiske formål, men det er en ny teknik, der måler, hvordan hjernen ændringer og rewires efter enten skader på hjernen har fundet sted, eller efter en intervention. Lignende teknikker med forskellige mål kan bruges til kortlægning af sprogområde. Sprog- og motorkortlægning kan være vigtig for prækirurgisk planlægning.Begynd med at bruge fanerne i neuronavigation software til at rekonstruere hud og fuld hjerne curvilinear. Vælg nyt, hud, og beregn hud. Sørg for, at næsen og toppen af hovedet er inkluderet.Vælg derefter ny og fuld hjerne curvilinear. Vedlægge den grønne valgboks uden for hjernen, men inde i kraniet. Vælg beregnings curvilinear.Skrældsdybden indstilles til 4,0 til 6,0 millimeter. Vælg konfigurer landemærker. Placer fire vartegn på spidsen af næsen, nasion, og hak af begge ører af den rekonstruerede hud.Nævn de landemærker, der svarer til deres anatomi. Vælg målets fane for at få vist den kurvede hjerne. Vælg nyt og rektangulært gitter.Placer ensartet 12 af 12 koordinat gitre med syv millimeter afstand på overfladen af den rekonstruerede hjerne over håndhåndtaget af den motoriske cortex. Brug derefter målpositioneringsværktøjet til højre for at optimere gitterpositionering til rotation, hældning og krumning. Konverter gitterpunkterne til baner, der vil guide robotten til at placere TMS-spolen.Juster vinklen på bane, så de er 45 grader til langsgående revne eller hjernen. Brug fastgørelsesværktøjet til at ekstrapolere og optimere baner til den kurvede hjerne. Til sidst skal DU initialisere og placere TMS-robotarmen og -sædet for at vende positionen velkommen og kalibrere kraftpladesensoren ved hjælp af fire sensortest.Begynd med at eskortere deltageren ind i testlokalet og få dem til at udfylde et sikkerhedsspørgeskema. Derefter skal du sidde deltageren i robotstolen og justere ryglænet og nakkestøtten. Sørg for, at deres fødder er understøttet.Støt arme og hænder med puder under kortlægningen. Rengør huden over musklen af interesse. Placer sølv sølvchlorid overflade elektroder på både hænder og underarme af deltageren rettet mod fire distale forelimb muskler.Maven af den første dorsale interosseous, bortfører pollicis brevis, bortfører digiti minimi, og håndleddet extensor. Tilslut forstærkeren til en dataopsamlingscomputer med kompatibel EMG-software. Dernæst overfladeelektroder til elektromyografien, eller EMG, forstærker og et dataindsamlingssystem, der sikrer, at jordelektroden også er tilsluttet.Samregistrer de fire landemærker på lederen af deltageren ved hjælp af de skelsættende pejlemærker, og brug valideringsfanen til at sikre, at deltagerhovedet er korrekt registreret. Vælg derefter et gitterpunkt tættest på deltagerens håndhåndtag. Vælg knappen Juster til mål for at justere den TMS-spole, som robotten har til denne målplacering.Vælg kontakt til. Overvåg kontaktkvaliteten ved hjælp af kontaktkraftindikatoren, og sørg for, at indikatoren er grøn eller gul. Instruer deltageren i ikke at bevæge sig uden for robotarmens anvendelsesområde.Sørg for, at deltagerens håndmuskler er afslappede og forbliver stille før kontakt. Vælg juster, og følg, så spolen forbliver centreret på målet, hvis deltageren bevæger sig. Brug TMS-udløserknappen på TMS-maskinen til at levere fem til 10 TMS-impulser med en intensitet mellem 40 og 60 % maksimal stimulatorudgang.Endelig, bestemme gitterpunkt, der giver den største og mest konsekvente motor fremkaldt potentiale for venstre eller højre FDI muskel. Den hvilende motortærskel bestemmes som den laveste intensitet, der producerer, og MEP på mindst 50 mikrovolt i FDI-musklen ud af 5 ud af 10 stimulering. Begynd med at levere fire enkelt puls TMS impulser på en interstimulus på et sekund og intensitet på 120% RMT på nettet punkt lukker til hotspot.Gentag derefter ved det tilstødende gitterpunkt. Fortsæt sekventielt på en lineær måde langs responsive punkter, indtil et ikke-responsivt punkt er nået, hvilket angiver det første område på kortet. Fortsæt derefter tilknytningen for at oprette boarder-punkterne i alle fire retninger i det rektangulære gitter.Optag alle medlemmer af Europa-Parlamentet fra alle muskler ved hjælp af EMG-softwaren til offlineanalyse. Efter tre til fire gitterpunkter skal du vælge kontakt og give deltageren en pause, indtil de føler sig klar til at fortsætte. Brug derefter en papirudgave af de samme gitre til at spore stimuleringsrækkefølgen til yderligere analyse.Komplet kortlægning ved hjælp af en robot TMS. Endelig skal du bruge en skræddersyet kodning script til at generere 3D motor kort til rådighed ved at kontakte forfatteren. Beregn motorkortområde og -lydstyrke ved hjælp af responsive banesteder.Beregn tyngdepunktet som vægtet gennemsnit af motorrepræsentationerne for hver koordinatplacering. Disse resultater viste, at tDCS og HD-tDCS forbedrede undervisningshastigheden over fem dages træning. De aktive interventionsgrupper havde større forbedringer i den daglige gennemsnitlige venstre hånd PPT score på dag fire og fem i forhold til fingeret.Denne metode er blevet gentaget fra en tidligere undersøgelse, og datasættene blev kombineret. Replikationsdataene viste lignende resultater, således at der var en betydelig stigning i indlæringsraten observeret i tDCS- og HD-tDCS-gruppen sammenlignet med sham-gruppen. Planlægning af proceduren er lige så vigtig som at udføre den.Gitre og baner bør omhyggeligt overlejres på en MR-scanning. Hvis du bruger hjerneskabeloner, skal der tages flere prøver fra deltagernes hoved. Denne procedure kan udføres før og efter intervention for at besvare den deraf følgende ændring af motorkortet.Udførelse af vurderinger efter denne procedure kan indikere forholdet mellem motorkort foranstaltninger og funktion resultat. Ved hjælp af denne protokol, forskere kan lære at generere motorkort præcist, rettidig, samt sikkert hos børn, der bruger robot TMS. Større udfordring omfatter at styre robotten og tilpasse den optimalt sine målområder.Forløb skal være nøjagtigt forudbestemt. Øve coil justering med flere kombinationer af tilt og rotation parametre hjælper med at optimere coil bane design. Ingen af instrumenterne er farlige.Det er vigtigt konstant at observere robotten, mens den rører ved deltagerens hoved, da robotten vil reagere på eventuelle hovedbevægelser.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Funktionel Imaging af Auditory Cortex i voksne katte ved hjælp af High-felt fMRI

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

Live-Imaging mitosens i udviklingslandene mus embryonale Cortex

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

Ikke-invasiv Parenkymalt, vaskulære og metaboliske højfrekvent ultralyd og Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

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

Ikke-invasiv vurdering af ændringer i kortikomotoneuronal transmission i mennesker

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

Virkningerne af transkranial vekselstrøm Stimulation på den primære Motor Cortex af Online kombineret tilgang med transkranial magnetisk Stimulation

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

Imaging neurale aktivitet i den primære somatosensoriske Cortex ved hjælp af Thy1-GCaMP6s Transgene mus

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

In Vivo Enkelt-molekyle sporing på Drosophila præsynaptiske motoriske Nerve Terminal

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

Kombinerede transkranial magnetisk Stimulation og electroencefalografi i den Dorsolateral præfrontale Cortex

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

Evaluering af halvkugle Lateralisering med bilateral lokal felt potentiel optagelse i sekundær motor cortex af mus

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

Translationel hjerne kortlægning ved University of Rochester Medical Center: bevarelse af sindet gennem personlig hjerne kortlægning

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