Name: non-invasive modulation and robotic mapping of motor cortex in the developing brain
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00
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Cette étude a été appuyée par les Instituts de recherche en santé du Canada.

Toutes les méthodes décrites dans ce protocole ont été approuvées par le Joint Health Research Ethics Board de l'Université de Calgary (REB16-2474). Le protocole est décrit à la figure 1.
1. Contre-indications non invasives de stimulation cérébrale
<ol><li>Examinez tous les participants pour les contre-indications pour tMS15 et tDCS1 avant le recrutement.</li>
</ol>2. Cartographie motrice de stimulation magn?...

<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 a également été exploré dans les populations pédiatriques cliniques, y compris l'AVC périnatal22 et la paralysie cérébrale, où les cartes motrices TMS ont été créées avec succès chez les enfants atteints de paralysie cérébrale pour explorer les mécanismes de plasticité interventionnelle. À l'aide d'un protocole établi8, les cartes motrices de TMS ont été recueillies avec succès chez les enfants en développement, et sont actuellement recueillies d...

La stimulation cérébrale non invasive peut à la fois mesurer et moduler la fonction cérébrale humaine1,2. La cible la plus commune a été le cortex moteur, en partie à cause d'une sortie biologique immédiate et mesurable (potentiel séquestré) mais aussi de la forte prévalence des maladies neurologiques entraînant un dysfonctionnement et une incapacité du système moteur. Cette lourde charge mondiale de morbidité comprend une forte proportion de maladies affectant des enfants tels que la paralysie cérébrale, la principale cause d'invalidité à vie affectant quelque 17 millions de personnes dans le monde3. Malgré cette pertinence clinique et les capacités diverses et croissantes des technologies de neurostimulation, les applications dans le cerveau en développement commencent à peine à être définies4. Une caractérisation améliorée des méthodes de stimulation cérébrale non invasives existantes et émergentes chez les enfants est nécessaire pour faire progresser les applications dans le cerveau en développement.
La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est un outil neurophysiologique bien établi qui est de plus en plus utilisé pour son profil de sécurité non invasif, indolore, bien toléré et de sécurité chez les adultes. L'expérience des SMT chez les enfants est relativement limitée, mais en constante augmentation. TMS fournit des champs magnétiques pour induire l'activation régionale des populations neuronales corticales dans le cerveau avec des sorties nettes reflétées dans le moteur musculaire cible évoqué potentiels (MEP). L'application systématique du TMS à impulsion unique peut définir des cartes du cortex moteur in vivo. Les études sur les animaux séminales5 et les études sur le SMT humain 6 ont montré comment les cartes motrices peuvent aider à éclairer les mécanismes de neuroplasticité corticale. La cartographie motrice naviguée est une technique de TMS qui est employée pour cartographier le cortex moteur humain pour interroger les régions corticales fonctionnelles. Des changements dans la carte moteur ont été associés aux changements en plastique du système moteur humain7. Les progrès récents de la technologie tMS robotique ont apporté de nouvelles possibilités d'améliorer l'efficacité et la précision de la cartographie motrice. Notre groupe a récemment démontré que la cartographie robotisée du moteur TMS est faisable, efficace et bien tolérée chez les enfants8.
La stimulation transcrânienne à courant direct (TDCS) est une forme de stimulation cérébrale non invasive qui peut modifier l'excitabilité corticale et moduler les comportements humains. Il y a eu une multitude d'études examinant l'effet du TDCS chez les adultes (10 000 sujets), mais moins de 2 % des études se sont concentrées sur le cerveau en développement9. La traduction des preuves adultes aux applications pédiatriques est complexe, et des protocoles modifiés sont nécessaires en raison des différences complexes chez les enfants. Par exemple, nous et d'autres avons montré que les enfants connaissent des champs électriques plus grands et plus forts par rapport aux adultes10,11. La normalisation des méthodes de TDCS chez les enfants est importante pour assurer une application sûre et cohérente, améliorer la réplication et faire progresser le domaine. L'expérience de la modulation d'apprentissage moteur tDCS chez les enfants est limitée mais augmentede 12. Les applications translationnelles du TDCS à des populations spécifiques de paralysie cérébrale progressent vers des essais cliniques de phase tardive13. Les efforts en faveur d'une stimulation plus focale appliquée par le biais de tDCS haute définition (HD-tDCS) vient tout juste d'être étudié pour la première fois chez les enfantsde 14ans. Nous avons démontré que HD-tDCS produit des améliorations semblables dans l'apprentissage moteur que tDCS conventionnels chez les enfants en bonne santé14. La description des méthodes HD-tDCS permettra la réplication et d'autres applications de tels protocoles chez les enfants.

<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

Cartographier le cortex moteur avec la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a le potentiel d'interroger la physiologie et la plasticité du cortex moteur, mais comporte des défis uniques chez les enfants. De même, la stimulation transcrânienne à courant direct (TDCS) peut améliorer l'apprentissage moteur chez les adultes, mais n'a été appliquée que récemment aux enfants. L'utilisation du TDCS et des techniques émergentes comme le TDCS haute définition (HD-tDCS) exigent des considérations méthodologiques spéciales dans le cerveau en développement. La cartographie motrice robotique tMS peut conférer des avantages uniques pour la cartographie, en particulier dans le cerveau en développement. Ici, nous visons à fournir une approche pratique et standardisée pour deux méthodes intégrées capables d'explorer simultanément la modulation du cortex moteur et les cartes motrices chez les enfants. Tout d'abord, nous décrivons un protocole pour la cartographie robotique du moteur TMS. Individualisées, les grilles 12x12 orsurisées et IRM centrées sur le cortex moteur guident un robot pour administrer le TMS à impulsion unique. Les amplitudes moyennes du moteur évoqué (MEP) par point de grille sont utilisées pour générer des cartes motrices 3D des muscles de la main individuels avec des résultats tels que la zone cartographique, le volume et le centre de gravité. Des outils pour mesurer la sécurité et la tolérabilité des deux méthodes sont également inclus. Deuxièmement, nous décrivons l'application de tDCS et hD-tDCS pour moduler le cortex moteur et l'apprentissage moteur. Un paradigme de formation expérimentale et des résultats d'échantillon sont décrits. Ces méthodes feront progresser l'application de la stimulation cérébrale non invasive chez les enfants.

En utilisant les méthodes présentées ici, nous avons terminé un essai interventionnel randomisé et contrôlé par une erreur8. Des enfants droitiers (n ' 24 ans, âgés de 12 à 18 ans) sans contre-indication s'ils contre-indications pour les deux types de stimulation cérébrale non invasive ont été recrutés. Les participants ont été spécifiquement exclus dans cette étude s'ils prenaient des médicaments neuropsychotropes ou s'ils n'étaient pas naïfs...

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

Modulation non invasive et cartographie robotique du cortex moteur dans le cerveau en développement

Nous démontrons des protocoles pour la modulation (tDCS, HD-tDCS) et la cartographie (TMS robotique) du cortex moteur chez les enfants.

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

Notre protocole consiste à utiliser le premier robot pédiatrique TMS dans le monde pour cartographier le cortex moteur chez les enfants en bonne santé et aussi chez les enfants qui ont eu des lésions cérébrales précoces telles que l’AVC périnatal. Protocol intègre l’imagerie IRM à la neuronavigation, ce qui nous permet d’acquérir des cartes avec une précision et une précision accrues, de réduire les temps de session de cartographie. Il aide à éliminer les erreurs humaines et augmente la sécurité et la tolérabilité pour les jeunes patients.La cartographie motrice n’est pas encore utilisée à des fins diagnostiques ou pronostiques, cependant, c’est une nouvelle technique qui mesure la façon dont le cerveau change et se recâblé après que des dommages au cerveau se sont produits ou après une intervention. Des techniques similaires avec différentes cibles peuvent être utilisées pour la cartographie des zones linguistiques. La cartographie du langage et du moteur peut être importante pour la planification pré-chirurgicale.Commencez par utiliser les onglets dans le logiciel de neuronavigation pour reconstruire la peau et le cerveau complet curvilinear. Sélectionnez nouvelle peau et calculez la peau. Assurez-vous que le nez et le haut de la tête sont inclus.Ensuite, sélectionnez curvilinear nouveau et plein cerveau. Enfermez la boîte de sélection verte à l’extérieur du cerveau, mais à l’intérieur du crâne. Sélectionnez curvilinear de calcul.Réglez la profondeur de la peau à 4,0 à 6,0 millimètres. Sélectionnez configurer les repères. Placez quatre repères au bout du nez, nasion, et les encoches des deux oreilles de la peau reconstruite.Nommez les repères correspondant à leur anatomie. Sélectionnez l’onglet de la cible pour afficher le cerveau curvilinaire. Sélectionnez la nouvelle grille rectangulaire.Placez l’uniforme 12 par 12 grilles de coordonnées avec un espacement de sept millimètres à la surface du cerveau reconstruit au-dessus de la poignée du cortex moteur. Ensuite, utilisez l’outil de positionnement cible sur la droite pour optimiser le positionnement de la grille pour la rotation, l’inclinaison et la courbure. Convertir les points de grille en trajectoires qui guideront le robot pour positionner la bobine TMS.Ajustez l’angle de la trajectoire de sorte qu’ils sont de 45 degrés à la fissure longitudinale ou le cerveau. Utilisez l’outil snap pour extrapoler et optimiser les trajectoires vers le cerveau curvilinaire. Enfin, initialisez et positionnez le bras et le siège du robot TMS pour accueillir la position et calibrer le capteur de plaque de force à l’aide de quatre tests de capteurs.Commencez par escorter le participant dans la salle d’essai et lui faire remplir un questionnaire de sécurité. Ensuite, placez le participant dans la chaise robot et ajustez le repose-dos et le repose-cou. Assurez-vous que leurs pieds sont soutenus.Soutenez les bras et les mains avec des oreillers pendant la séance de cartographie. Nettoyez la peau sur le muscle d’intérêt. Placez des électrodes de surface de chlorure argenté sur les deux mains et les avant-bras du participant ciblant quatre muscles du membre antérieur distal.Le ventre du premier dorsal interosseous, abducteur pollicis brevis, abducteur digiti minimi, et l’extenseur de poignet. Connectez l’amplificateur à un ordinateur de collecte de données avec un logiciel EMG compatible. Ensuite, des électrodes de surface à l’électromyographie, ou EMG, amplificateur et un système d’acquisition de données, en s’assurant que l’électrode au sol est connecté ainsi.Co-enregistrez les quatre points de repère sur la tête du participant à l’aide des pointeurs de repère et utilisez l’onglet validation pour vous assurer que la tête des participants est correctement enregistrée. Ensuite, sélectionnez un point de grille le plus proche de la poignée du participant. Sélectionnez le bouton aligner sur le bouton cible pour aligner la bobine TMS tenue par le robot à cet emplacement cible.Sélectionnez le contact. Surveillez la qualité du contact à l’aide de l’indicateur de force de contact et assurez-vous que l’indicateur est vert ou jaune. Demandez au participant de ne pas se déplacer en dehors du champ d’application du bras du robot.Assurez-vous que les muscles de la main du participant sont détendus et restent immobiles avant le contact. Sélectionnez aligner et suivre de sorte que la bobine reste centrée sur la cible si le participant se déplace. Utilisez le bouton déclencheur TMS sur la machine TMS pour fournir cinq à 10 impulsions TMS à une intensité comprise entre 40 et 60% de puissance maximale de stimulateur.Enfin, déterminer le point de grille qui donne le moteur le plus grand et le plus cohérent évoqué potentiel pour le muscle de l’IED gauche ou droit. Déterminez le seuil moteur de repos comme l’intensité la plus faible qui produit et le PEOA d’au moins 50 microvolts dans le muscle de l’IED dans cinq stimulations sur dix. Commencez par fournir quatre impulsions TMS à impulsion unique à un interstimulus d’une seconde et l’intensité de 120% RMT au point de grille se ferme au point chaud.Ensuite, répétez au point de grille adjacent. Continuez séquentiellement de façon linéaire le long des points réactifs jusqu’à ce qu’un point non réactif soit atteint, ce qui désigne la première région de pensionnaire de la carte. Ensuite, continuez à cartographier pour établir les points de pensionnaire dans les quatre directions de la grille rectangulaire.Enregistrez tous les eurodéputés de tous les muscles à l’aide du logiciel EMG pour l’analyse hors ligne. Après trois à quatre points de grille, sélectionnez le contact et donnez au participant une pause jusqu’à ce qu’il se sente prêt à continuer. Ensuite, utilisez une version papier des mêmes grilles pour suivre l’ordre de stimulation pour une analyse plus approfondie.Cartographie complète à l’aide d’un TMS robotique. Enfin, utilisez un script de codage sur mesure pour générer des cartes motrices 3D disponibles en contactant l’auteur. Calculer la zone et le volume de la carte moteur à l’aide de sites de trajectoire réactifs.Calculer le centre de gravité comme moyenne pondérée des représentations motrices de chaque emplacement de coordonnées. Ces résultats indiquent que le TDCS et le HD-tDCS ont amélioré le taux d’apprentissage sur cinq jours de formation. Les groupes d’intervention active ont eu des améliorations plus grandes dans le score quotidien moyen de PPT de main gauche aux quatrième et cinquième jours comparés à l’imposture.Cette méthodologie a été reproduite à partir d’une étude précédente et les ensembles de données ont été combinés. Les données de réplication ont démontré des résultats similaires, de sorte qu’il y a eu une augmentation significative du taux d’apprentissage observé dans le groupe tDCS et HD-tDCS par rapport au groupe factice. La planification de la procédure est aussi importante que l’exécution.Les grilles et les trajectoires doivent être soigneusement superposées à une IRM. Si vous utilisez des modèles cérébraux, plusieurs échantillons doivent être prélevés sur la tête des participants. Cette procédure peut être effectuée avant et après l’intervention pour répondre au changement de carte moteur qui en résulte.L’évaluation effectuée à la suite de cette procédure peut indiquer la relation entre les mesures de la carte motrice et les résultats de la fonction. À l’aide de ce protocole, les chercheurs peuvent apprendre à générer des cartes motrices avec précision, en temps opportun et en toute sécurité chez les enfants utilisant le SMT robotique. Le défi majeur consiste à guider le robot et à l’aligner de manière optimale sur ses zones cibles.Les trajectoires doivent être prédéterminées avec précision. La pratique de l’alignement des bobines avec de multiples combinaisons de paramètres d’inclinaison et de rotation permet d’optimiser la conception de la trajectoire de bobine. Aucun des instruments n’est dangereux.Il est important d’observer constamment le robot pendant qu’il touche la tête du participant car le robot réagira à tous les mouvements de la tête.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Imagerie fonctionnelle du cortex auditif chez chats adultes à l&#39;aide de haut-champ IRMf

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

Recherche

Neurosciences

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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

Parenchymateuse, vasculaire et métabolique haute fréquence non-invasive par ultrasons et Photoacoustique Rat imagerie cérébrale profonde

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

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

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