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

מחקר זה נתמך על ידי המכונים הקנדיים לחקר הבריאות.

כל השיטות המתוארות בפרוטוקול זה אושרו על-ידי הוועד האתיקה של מחקר בריאות Conjoint, אוניברסיטת קלגרי (REB16-2474). הפרוטוקול מתואר באיור 1.
1. לא פולשנית גירוי המוח התוויות
<ol><li>המסך את כל המשתתפים עבור התוויות עבור TMS15 ו tdcs1 לפני הגיוס.</li>
</ol>2. מי?...

<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 גם נחקרו באוכלוסיות של ילדים קליניים, כולל שבץ מוחי22 ושיתוק מוחין, שבו TMS מפות מוטוריים נוצרו בהצלחה אצל ילדים עם שיתוק מוחין לחקור מנגנונים של פלסטיות התערבותית. באמצעות פרוטוקול מבוסס8, מפות מוטוריות TMS נאספו בהצלחה בדרך כלל הילדים בפיתוח, וכרגע נאספים בתוך מב...

גירוי מוחי לא פולשני יכול למדוד ולווסת את תפקוד המוח האנושי1,2. המטרה השכיחה ביותר היתה קליפת המנוע, בשל חלק לפלט ביולוגי מיידי ומדידה (מנוע מעורר פוטנציאל) אבל גם את השכיחות הגבוהה של מחלות נוירולוגיות וכתוצאה מערכת תפקוד מוטורי ונכות. זה נטל גלובלי גדול של מחלות כולל שיעור גבוה של תנאים המשפיעים על ילדים כגון שיתוק מוחין, הגורם המוביל של נכות לכל החיים המשפיעים על כמה 17,000,000 אנשים ברחבי העולם3. למרות הרלוונטיות הקלינית הזאת והיכולות המגוונות והגדלות של הטכנולוגיות הנוירוגירויים, יישומים במוח המתפתח רק מתחילים להיות מוגדרים4. אפיון משופר של שיטות הגירוי המוחי הקיימות והמתעוררים בילדים נדרשים לקדם את היישומים במוח המתפתח.
גירוי מגנטי Transcranial (TMS) הוא כלי מבוסס נוירופיסיולוגי המשמש יותר ויותר בשימוש בפרופיל הלא פולשני, כאבים, נסבל היטב ובטיחות בקרב מבוגרים. חוויית TMS אצל ילדים היא מוגבלת יחסית, אך בהתמדה הולך. TMS מספק שדות מגנטיים כדי לגרום הפעלה אזורית של אוכלוסיות נוירואליות במוח עם יציאות net המשתקף מנוע שריר היעד מעורר פוטנציאל (MEP). יישום שיטתי של פעימה בודדת TMS יכול להגדיר מפות של קליפת המנוע בvivo. מחקרים בעלי חיים הזרע5 והמתעוררים TMS מחקרים האדם6 הראו כיצד מפות מנוע עשוי לסייע ליידע מנגנונים של נוירופלסטיטיות הקורטיקלית. מיפוי מנוע ניוואל הוא טכניקה TMS המשמש כדי למפות את קליפת המוח האנושי לחקור אזורים קורטיקלית פונקציונלי. שינויים במפת המנוע שויך שינויים פלסטיים של מערכת המנוע האנושי7. הפיתוחים האחרונים בטכנולוגיה TMS רובוטית הביאו הזדמנויות חדשות כדי לשפר את יעילות מיפוי מנוע ודיוק. הקבוצה שלנו לאחרונה הוכיחה כי מיפוי רובוטי TMS מוטוריים הוא אפשרי, יעיל, ונסבל היטב אצל ילדים8.
Transcranial ישירה הגירוי הנוכחי (tDCS) היא צורה של גירוי מוחי פולשני שיכול לנוע באופן מרגש ולווסת את התנהגויות אנושיות. יש כבר המון מחקרים לבחון את ההשפעה של tDCS בוגרים (> 10000 נושאים) אבל פחות 2% מחקרים התמקדו המוח המתפתח9. תרגום של ראיות מבוגרות ליישומי רפואת ילדים הוא מורכב, ופרוטוקולים שהשתנו נחוצים עקב הבדלים מורכבים אצל ילדים. לדוגמה, אנחנו ואחרים הצגנו שילדים חווים שדות חשמל גדולים וחזקים יותר לעומת מבוגרים10,11. סטנדרטיזציה של שיטות tDCS בילדים חשוב להבטיח יישום בטוח ועקבי, לשפר את השכפול ולקדם את השדה. ניסיון של אפנון למידה מוטורית של tDCS אצל ילדים הוא מוגבל אך הגדלת12. יישומים טרנסלtional של tDCS לאוכלוסיות שיתוק מוחין ספציפי מתקדמים לעבר ניסויים קליניים בשלב מאוחר13. המאמצים לגירוי ממוקד יותר להחיל דרך tDCS בהבחנה גבוהה (HD-tDCS) רק רק נחקרו בפעם הראשונה ילדים14. הדגמנו כי HD-tDCS מייצרת שיפורים דומים בלמידה מוטורית כמו tDCS קונבנציונאלי בילדים בריאים14. המתארת שיטות HD-tDCS יאפשרו שכפול ויישומים נוספים של פרוטוקולים כאלה בילדים.

<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

מיפוי קליפת המוח עם גירוי מגנטי transcranial (TMS) יש פוטנציאל לחקור את הפיזיולוגיה המעטפת המוטורית ופלסטיות אך נושאת אתגרים ייחודיים אצל ילדים. באופן דומה, transcranial ישיר גירוי הנוכחי (tDCS) יכול לשפר למידה מוטורית אצל מבוגרים אבל רק לאחרונה הוחל על ילדים. השימוש ב-tDCS ובטכניקות המתעוררים כגון tDCS בהבחנה גבוהה (HD-tDCS) מחייבים שיקולים מתודולוגיים מיוחדים במוח המתפתח. מיפוי רובוטי TMS מוטורי עשוי להעניק יתרונות ייחודיים למיפוי, במיוחד במוח המתפתח. כאן, אנו שואפים לספק גישה מעשית, סטנדרטית עבור שתי שיטות משולבות מסוגל במקביל לחקור אפנון קליפת מנוע ומפות מנוע אצל ילדים. ראשית, אנו מתארים פרוטוקול עבור מיפוי רובוטי TMS מוטוריים. אישית, MRI-נווט 12x12 רשתות ממורכז על מדריך קליפת המוח רובוט לנהל את הדופק בודד TMS. מתכוון פוטנציאל המנוע מעורר (MEP) המוני לנקודת הרשת משמשים כדי ליצור מפות מנוע תלת-ממד של שרירי היד בודדים עם תוצאות כולל אזור המפה, נפח, ומרכז של כוח הכבידה. כלים למדידת בטיחות וסבילות של שתי השיטות כלולים גם כן. שנית, אנו מתארים את היישום של שני tDCS ו-HD-tDCS לווסת את קליפת מנוע ולמידה מוטורית. פרדיגמה של הדרכה ניסיונית ותוצאות מדגם מתוארות. שיטות אלה יקדם את היישום של גירוי מוחי לא פולשני אצל ילדים.

באמצעות השיטות המוצגות כאן, השלמנו אקראי, מבוקר תרמית משפט התערבותית8. יד ימין ילדים (n = 24, גילאי 12-18) ללא התוויות עבור שני סוגים של גירוי מוחי לא פולשני גויסו. המשתתפים לא נכללו באופן ספציפי במחקר זה, אם על תרופות נוירופסיכוטרופיות או אם הם לא היו תמימים tDCS. . לא ...

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

אפנון לא פולשני ומיפוי רובוטי של קליפת מנוע במוח המתפתח

אנו מדגימים פרוטוקולים עבור אפנון (tDCS, HD-tDCS) ומיפוי (רובוטית TMS) של קליפת המנוע אצל ילדים.

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

הפרוטוקול שלנו כרוך בשימוש ברובוט TMS בילדים הראשון בעולם כדי למפות את קליפת המוח המוטורית אצל ילדים בריאים וגם אצל ילדים שעברו פגיעות מוח מוקדמות כגון שבץ פרינטלי. פרוטוקול משלב הדמיית MRI עם neuronavigation, המאפשר לנו לרכוש מפות עם דיוק ודיוק מוגברים, להפחית את זמני המפגש מיפוי. זה עוזר לחסל טעות אנוש וזה מגביר את הבטיחות ואת הסובלנות עבור חולים צעירים.מיפוי מוטורי עדיין לא משמש למטרות אבחון או פרוגנוסטיות, עם זאת, זוהי טכניקה חדשנית המודדת כיצד המוח משתנה וחווט מחדש לאחר נזק למוח התרחש או לאחר התערבות. ניתן להשתמש בטכניקות דומות עם יעדים שונים למיפוי אזור שפה. מיפוי שפה ומוטורי יכול להיות חשוב לתכנון טרום ניתוחי.התחל על ידי שימוש בכרטיסיות בתוכנת neuronavigation כדי לשחזר את העור ואת המוח המלא curvilinear. בחר עור חדש, עור ועור מ לחשב. ודא שהאף והחלק העליון של הראש כלולים.לאחר מכן, בחר עקמומיות מוח חדשה ומלאה. הקף את תיבת הבחירה הירוקה מחוץ למוח, אבל בתוך הגולגולת. בחר מ לחשב עקמומיות.כוונן את עומק הקליפה ל-4.0 עד 6.0 מילימטרים. בחר קביעת תצורה של ציוני דרך. מניחים ארבעה ציוני דרך בקצה האף, ההנסות, ואת חריצים של שתי האוזניים של העור המשוחזר.תן שם לציון הדרך המתאים לאנטומיה שלהם. בחר את לשונית היעד כדי להציג את המוח העקמומי. בחר רשת חדשה ומלבנית.מניחים אחידים 12 על 12 רשתות קואורדינטות עם מרווח של שבעה מילימטרים על פני השטח של המוח המשוחזר על ידית היד של קליפת המוח המוטורית. לאחר מכן, השתמש בכלי מיקום היעד מימין כדי למטב את מיקום הרשת לסיבוב, הטיה ועקמומיות. המר את נקודות הרשת למסלולים שינחו את הרובוט למקם את סליל ה- TMS.התאם את זווית המסלול כך שהם 45 מעלות לסקור האורך או למוח. השתמש בכלי הצמדה כדי לשער ולמטב את המסלולים למוח העקמומי. לבסוף, אתחל ומקם את הזרוע והמושב הרובוטיים של TMS כדי לקבל את המיקום ולכייל את חיישן לוחית הכוח באמצעות בדיקת ארבעה חיישנים.התחל על ידי ליווי המשתתף לחדר הבדיקות ויש להם למלא שאלון בטיחות. לאחר מכן, יש להושיב את המשתתף בכיסא הרובוט ולהתאים את המשבשת האחורית ואת מנוחת הצוואר. ודא שרגלייםיהם נתמכות.תמכו בזרועות ובידיים עם כריות במהלך מפגש המיפוי. לנקות את העור על שריר העניין. מניחים אלקטרודות משטח כלוריד כסף כסף על שתי הידיים ואמות של המשתתף מיקוד ארבעה שרירי האמה דיסטלי.הבטן של הגב הראשון interosseous, חוטף pollicis brevis, חוטף דיגי minimi, ואת extensor פרק כף היד. חבר את המגבר למחשב איסוף נתונים עם תוכנת EMG תואמת. לאחר מכן, אלקטרודות פני השטח לאלקטרומיוגרפיה, או EMG, מגבר ומערכת איסוף נתונים, מוודאים שגם האלקטרודה הקרקעית מחוברת.רשום במשותף את ארבעת ציוני הדרך בראש המשתתף באמצעות מצביעי ציון הדרך ולהשתמש בכרטיסיה אימות כדי להבטיח שהראש של המשתתפים רשום כראוי. לאחר מכן, בחר נקודת רשת הקרובה ביותר למ ידית היד של המשתתף. בחר את לחצן ישר ליעד כדי ליישר את סליל ה- TMS המוחזק על-ידי הרובוט למיקום יעד זה.בחר איש קשר ב. נטר את איכות איש הקשר באמצעות מחוון כוח המגע וודא שהמיאינדיקטור ירוק או צהוב. הורה למשתתף לא לזוז מחוץ לטווח זרוע הרובוט.ודא שרירי היד של המשתתף רגועים ולהישאר עדיין לפני המגע. בחר ישר ועקוב כדי שהסליל יישאר מרוכז ביעד אם המשתתף יזוז. השתמש בלחצן ההדק TMS במחשב TMS כדי לספק חמישה עד עשרה פולסים TMS בעוצמה שבין 40% ל-60% פלט ממריצים מרבי.לבסוף, לקבוע את נקודת הרשת שנותנת את המנוע הגדול והעקבי ביותר עורר פוטנציאל עבור שריר FDI שמאלה או ימינה. לקבוע את סף המנוע במנוחה כעוצמה הנמוכה ביותר המייצרת MEP של לפחות 50 microvolts בשריר FDI בחמישה מתוך 10 גירוי. התחל באספקת ארבעה פולסים TMS עם פעימה אחת באינטרסטימולוס של שנייה אחת ועוצמה של 120%RMT בנקודת הרשת הקרובה לנקודה החמה.לאחר מכן, חזור על הפעולה בנקודת הרשת הסמוכה. המשך ברצף בצורה ליניארית לאורך נקודות רספונסיביות עד להגלה לנקודה שאינה מגיבה, המציין את אזור הלוח הראשון של המפה. לאחר מכן, המשך במיפוי כדי לקבוע את נקודות הלוח בכל ארבעת הכיוונים של הרשת המלבנית.הקלט את כל חברי ה- MEP מכל השרירים באמצעות תוכנת EMG לניתוח לא מקוון. לאחר שלוש עד ארבע נקודות רשת, בחר קשר כבוי ותן למשתתף הפסקה עד שהוא ירגיש מוכן להמשיך. לאחר מכן, השתמש בגרסת עותק קשיח של אותן רשתות כדי לעקוב אחר סדר הגירוי לניתוח נוסף.מיפוי מלא באמצעות TMS רובוטי. לבסוף, השתמש בתסריט קידוד מותאם אישית כדי ליצור מפות מנוע תלת-ממדיות הזמינות על-ידי יצירת קשר עם המחבר. חשב אזור ונפח של מפת מנוע באמצעות אתרי מסלול רספונסיביים.חשב את מרכז הכובד כממוצע משוקלל של הייצוגים המוטוריים של כל מיקום קואורדינטות. תוצאות אלה הצביעו על כך ש- tDCS ו- HD-tDCS שיפרו את קצב הלמידה במשך חמישה ימי אימון. קבוצות ההתערבות הפעילה היו שיפורים גדולים יותר בציון PPT הממוצע היומי של יד שמאל ביום הרביעי וחמש בהשוואה לזיוף.מתודולוגיה זו שוכפלה ממחקר קודם וערכות הנתונים שולבו. נתוני השכפול הראו תוצאות דומות כך שהיתה עלייה משמעותית בקצב הלמידה שנצפה בקבוצת tDCS ו- HD-tDCS בהשוואה לקבוצה המזויפים. תכנון ההליך חשוב כמו ביצועו.רשתות ומסלולים צריכים להיות מכוסים בזהירות על MRI. אם משתמשים בתבניות מוח, יש לקחת דגימות מרובות מראש המשתתפים. הליך זה יכול להסתיים לפני ולאחר התערבות כדי לענות על שינוי מפת המנוע וכתוצאה מכך.ביצוע הערכה בעקבות הליך זה יכול להצביע על הקשר בין מידות מפה מוטורית לבין תוצאת פונקציה. באמצעות פרוטוקול זה, חוקרים יכולים ללמוד כיצד ליצור מפות מוטוריות במדויק, בזמן, כמו גם בבטחה אצל ילדים באמצעות TMS רובוטית. האתגר העיקרי כולל הנחיית הרובוט וישורו אופטימלי לאזורי היעד שלו.המסלולים חייבים להיות קבועים מראש במדויק. תרגול יישור סליל עם שילובים מרובים של פרמטרי הטיה וסיבוב מסייע במיטוב עיצוב מסלול סליל. אף אחד מהמכשירים לא מסוכן.חשוב להתבונן כל הזמן ברובוט בזמן שהוא נוגע בראשו של המשתתף מכיוון שהרובוט יגיב לכל תנועות הראש.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

הדמיה תפקודית של השמיעתי Cortex בחתולים בוגרים באמצעות גבוהה שדה 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

הדמיה חיה של מיטוזה בCortex עכבר עוברי פיתוח

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

רקמת ריאה, כלי דם וחילוף חומרים בתדר גבוהים לא פולשני אולטראסאונד וphotoacoustic עכברוש 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

הערכה לא פולשנית של שינויים בתמסורת קורטיקומוטונורונאלית בבני אדם

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

ההשפעות של גירוי זרם חילופין טראנס על קליפת המוח המוטורית הראשי על-ידי גישה משולבת מקוון עם גירוי מגנטי טראנס

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

הדמיה פעילות עצבית בתוך קליפת המגע הראשי באמצעות Thy1-העכברים הטרנסגניים GCaMP6s

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

אין ויוו מעקב אחר בתחנת האוטובוסים Presynaptic עצבים מוטוריים דרוזופילה מולקולה בודדת

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

גירוי מגנטי טראנס המשולבת ואת אלקטרואנצפלוגרם של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי

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

הערכה של החצי הכדור השני עם הקלטה הפוטנציאלי השדה המקומי בקליפת המנוע המשני של עכברים

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

טרנסלtional מיפוי המוח באוניברסיטת רוצ'סטר המרכז הרפואי: שמירה על המוח דרך מיפוי המוח אישית

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