Name: non-invasive modulation and robotic mapping of motor cortex in the developing brain
Uploaded: 2019-07-01T12:30:00
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Este estudio fue apoyado por los Institutos Canadienses de Investigación Sanitaria.

Todos los métodos descritos en este protocolo han sido aprobados por la Junta de La Junta de Ética de Investigación sanitaria de la Universidad de Calgary (REB16-2474). El protocolo se describe en la Figura1.
1. Contraindicaciones de estimulación cerebral no invasivas
<ol><li>Pantalla todos los participantes para las contraindicaciones para TMS15 y tDCS1 antes del reclutamiento.</li>
</ol>2. Mapeo del motor de esti...

<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 también se ha explorado en poblaciones pediátricas clínicas, incluyendo accidente cerebrovascular perinatal22 y parálisis cerebral, donde los mapas motores de TMS se crearon con éxito en niños con parálisis cerebral para explorar mecanismos de plasticidad intervencionista. Utilizando unprotocolo establecido 8, los mapas motores DE TMS se recopilaron con éxito en niños en desarrollo, y actualmente se están recopilando en un ensayo clínico multicéntrico en cur...

La estimulación cerebral no invasiva puede medir y modular la función cerebral humana1,2. El objetivo más común ha sido la corteza motora, debido en parte a una salida biológica inmediata y medible (potenciales evocados motores), pero también la alta prevalencia de enfermedades neurológicas que resultan en disfunción y discapacidad del sistema motor. Esta gran carga mundial de morbilidad incluye una alta proporción de afecciones que afectan a los niños, como la parálisis cerebral, la principal causa de discapacidad de por vida que afecta a unos 17 millones de personas en todo el mundo3. A pesar de esta relevancia clínica y de las diversas y crecientes capacidades de las tecnologías de neuroestimulación, las aplicaciones en el cerebro en desarrollo apenas están empezando a definirse4. Se requiere una mejor caracterización de los métodos de estimulación cerebral no invasivos existentes y emergentes en niños para avanzar en las aplicaciones en el cerebro en desarrollo.
La estimulación magnética transcraneal (TMS) es una herramienta neurofisiológica bien establecida que se utiliza cada vez más por su perfil no invasivo, indoloro, bien tolerado y de seguridad en adultos. La experiencia de TMS en niños es relativamente limitada, pero aumenta constantemente. TMS proporciona campos magnéticos para inducir la activación regional de las poblaciones neuronales corticales en el cerebro con salidas netas reflejadas en potenciales evocados motores musculares objetivo (MEP). La aplicación sistemática de TMS de pulso único puede definir mapas de la corteza motora in vivo. Estudios en animales seminales5 y estudios humanos emergentes TMS6 han demostrado cómo los mapas motores pueden ayudar a informar los mecanismos de neuroplasticidad cortical. El mapeo motor navegado es una técnica TMS que se utiliza para mapear la corteza motora humana para interrogar las regiones corticales funcionales. Los cambios en el mapa del motor se han asociado con los cambios plásticos del sistema motor humano7. Los recientes avances en la tecnología robótica TMS han traído nuevas oportunidades para mejorar la eficiencia y precisión de la cartografía del motor. Nuestro grupo ha demostrado recientemente que la cartografía robótica del motor TMS es factible, eficiente y bien tolerada en niñosde 8años.
La estimulación de corriente directa transcraneal (tDCS) es una forma de estimulación cerebral no invasiva que puede cambiar la excitabilidad cortical y modular los comportamientos humanos. Ha habido una multitud de estudios examinando el efecto del tDCS en adultos (>10.000 sujetos) pero menos del 2% de los estudios se han centrado en el cerebro en desarrollo9. La traducción de la evidencia de adultos a las aplicaciones pediátricas es compleja, y se necesitan protocolos modificados debido a diferencias complejas en los niños. Por ejemplo, nosotros y otros hemos demostrado que los niños experimentan campos eléctricos más grandes y fuertes en comparación con los adultos10,11. La estandarización de los métodos tDCS en children es importante para garantizar una aplicación segura y coherente, mejorar la replicación y avanzar en el campo. La experiencia de modulación de aprendizaje motor tDCS en niños es limitada, pero aumenta12. Las aplicaciones traslacionales de tDCS a poblaciones específicas de parálisis cerebral están avanzando hacia ensayos clínicos de fase tardía13. Los esfuerzos hacia una mayor estimulación focal aplicada a través de tDCS de alta definición (HD-tDCS) sólo se han estudiado por primera vez en niñosde 14años. Demostramos que HD-tDCS produce mejoras similares en el aprendizaje motor como el tDCS convencional en niños sanos14. La descripción de los métodos HD-tDCS permitirá la replicación y otras aplicaciones de dichos protocolos en niños.

<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

El mapeo de la corteza motora con estimulación magnética transcraneal (TMS) tiene potencial para interrogar la fisiología de la corteza motora y la plasticidad, pero conlleva desafíos únicos en los niños. Del mismo modo, la estimulación de corriente directa transcraneal (tDCS) puede mejorar el aprendizaje motor en adultos, pero solo se ha aplicado recientemente a los niños. El uso de tDCS y técnicas emergentes como tDCS de alta definición (HD-tDCS) requieren consideraciones metodológicas especiales en el cerebro en desarrollo. El mapeo robótico del motor TMS puede conferir ventajas únicas para el mapeo, particularmente en el cerebro en desarrollo. Aquí, nuestro objetivo es proporcionar un enfoque práctico y estandarizado para dos métodos integrados capaces de explorar simultáneamente la modulación de la corteza motora y los mapas motores en niños. En primer lugar, describimos un protocolo para la cartografía robótica del motor TMS. Las rejillas de 12x12 que se navegan por RMN y navegadas por RMN centradas en la corteza motora guían a un robot para administrar TMS de un solo pulso. Las amplitudes medias del potencial evocada del motor (MEP) por punto de cuadrícula se utilizan para generar mapas de motores 3D de músculos individuales de la mano con resultados como el área del mapa, el volumen y el centro de gravedad. También se incluyen herramientas para medir la seguridad y la tolerabilidad de ambos métodos. En segundo lugar, describimos la aplicación de tDCS y HD-tDCS para modular la corteza motora y el aprendizaje motor. Se describe un paradigma de entrenamiento experimental y los resultados de la muestra. Estos métodos avanzarán la aplicación de estimulación cerebral no invasiva en niños.

Usando los métodos presentados aquí, completamos un ensayo intervencionista aleatorio, controlado por falsa sham8. Se recluyó a los niños diestros (n.o 24, de 12 a 18 años) sin contraindicaciones para ambos tipos de estimulación cerebral no invasiva. Los participantes fueron excluidos específicamente en este estudio si estaban en medicamentos neuropsicotrópicos o si no eran ingenuos a tDCS. No hubo deserción.
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Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

Modulación no invasiva y mapeo robótico de la corteza motora en el cerebro en desarrollo

Demostramos protocolos para la modulación (tDCS, HD-tDCS) y mapeo (TMS robótico) de la corteza motora en niños.

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

Nuestro protocolo consiste en utilizar el primer robot TMS pediátrico en el mundo para mapear la corteza motora en niños sanos y también en niños que han tenido lesiones cerebrales tempranas como accidente cerebrovascular perinatal. El protocolo integra imágenes por RMN con neuronavigación, lo que nos permite adquirir mapas con mayor precisión y precisión, reductores de los tiempos de sesión de mapeo. Ayuda a eliminar el error humano y aumenta la seguridad y la tolerabilidad para los pacientes jóvenes.El mapeo motor todavía no se utiliza para fines de diagnóstico o pronóstico, sin embargo, es una técnica novedosa que mide cómo el cerebro cambia y se vuelve a cablear después de que se ha producido daño al cerebro o después de una intervención. Se pueden utilizar técnicas similares con diferentes destinos para la asignación de áreas de lenguaje. El mapeo del lenguaje y del motor puede ser importante para la planificación prequirúrgica.Comienza usando las pestañas del software de neuronavigation para reconstruir la piel y la curvilineal cerebral completa. Seleccione piel nueva, piel y formación de piel. Asegúrese de que la nariz y la parte superior de la cabeza están incluidas.A continuación, seleccione curvilineal nuevo y completo del cerebro. Encierra el cuadro de selección verde fuera del cerebro, pero dentro del cráneo. Seleccione calcular curvilineal.Ajuste la profundidad de pelado a 4.0 a 6.0 milímetros. Seleccione configurar puntos de referencia. Coloque cuatro puntos de referencia en la punta de la nariz, nasion, y las muescas de ambas orejas de la piel reconstruida.Nombra los puntos de referencia correspondientes a su anatomía. Seleccione la pestaña del objetivo para ver el cerebro curvilínea. Seleccione la cuadrícula nueva y rectangular.Coloque rejillas de coordenadas uniformes de 12 por 12 con un espaciado de siete milímetros en la superficie del cerebro reconstruido sobre el cuadrado de mano de la corteza motora. A continuación, utilice la herramienta de posicionamiento de destino a la derecha para optimizar el posicionamiento de la rejilla para la rotación, la inclinación y la curvatura. Convierta los puntos de rejilla en trayectorias que guiarán al robot para colocar la bobina TMS.Ajuste el ángulo de la trayectoria para que estén 45 grados a la fisura longitudinal o al cerebro. Utilice la herramienta de forzado de cursor para extrapolar y optimizar las trayectorias al cerebro curvilineal. Finalmente, inicialice y coloque el brazo y el asiento del robot TMS para dar la bienvenida a la posición y calibrar el sensor de la placa de fuerza mediante la prueba de cuatro sensores.Comience escoltando al participante a la sala de pruebas y haciendo que llenen un cuestionario de seguridad. A continuación, coloque al participante en la silla del robot y ajuste el respaldo y el reposabrazos. Asegúrese de que sus pies son compatibles.Apoyar los brazos y las manos con almohadas durante la sesión de mapeo. Limpie la piel sobre el músculo de interés. Coloque electrodos de superficie de cloruro de plata en ambas manos y antebrazos del participante dirigidos a cuatro músculos de la extremidad delantera distal.El vientre del primer interóseo dorsal, el secuestrador pollicis brevis, el abductor digiti minimi, y el extensor de muñeca. Conecte el amplificador a un ordenador de recopilación de datos con software EMG compatible. A continuación, electrodos de superficie a la electromiografía, o EMG, amplificador y un sistema de adquisición de datos, asegurándose de que el electrodo de tierra está conectado también.Registre conjuntamente los cuatro puntos de referencia en la cabeza del participante utilizando los punteros de punto de referencia y utilice la pestaña de validación para asegurarse de que el encabezado de los participantes está correctamente registrado. A continuación, seleccione un punto de cuadrícula más cercano al manual del participante. Seleccione el botón alinear a objetivo para alinear la bobina TMS sostenida por el robot a esta ubicación de destino.Seleccione contacto activado. Supervise la calidad del contacto utilizando el indicador de fuerza de contacto y asegúrese de que el indicador esté verde o amarillo. Indique al participante que no se mueva fuera del alcance del brazo robótico.Asegúrese de que los músculos de la mano del participante estén relajados y permanezcan quietos antes del contacto. Seleccione alinear y seguir para que la bobina permanezca centrada en el objetivo si el participante se mueve. Utilice el botón del activador TMS en la máquina TMS para entregar cinco a 10 pulsos TMS a una intensidad entre 40 a 60% de la salida del estimulador máximo.Por último, determinar el punto de rejilla que da el motor más grande y más consistente evocado potencial para el músculo FDI izquierdo o derecho. Determinar el umbral motor en reposo como la intensidad más baja que produce y MEP de al menos 50 microvoltas en el músculo de la IED en cinco de cada 10 estimulación. Comience entregando cuatro pulsos TMS de un solo pulso en un interestimulo de un segundo y la intensidad de 120%RMT en el punto de la red se cierra al hotspot.A continuación, repita en el punto de rejilla adyacente. Continúe secuencialmente de forma lineal a lo largo de los puntos de respuesta hasta que se alcance un punto no sensible, que designa la primera región de embarque del mapa. A continuación, continúe mapeando para establecer los puntos de embarque en las cuatro direcciones de la cuadrícula rectangular.Registre todos los mep de todos los músculos utilizando el software EMG para el análisis fuera de línea. Después de tres a cuatro puntos de cuadrícula, seleccione contacto desactivado y dé al participante un descanso hasta que se sienta listo para continuar. A continuación, utilice una versión impresa de las mismas cuadrículas para realizar un seguimiento del orden de estimulación para su análisis posterior.Asignación completa usando un TMS robótico. Por último, utilice un script de codificación personalizado para generar mapas de motores 3D disponibles poniéndose en contacto con el autor. Calcule el área y el volumen del mapa del motor utilizando sitios de trayectoria responsivos.Calcule el centro de gravedad como promedio ponderado de las representaciones motoras de cada ubicación de coordenadas. Estos resultados indicaron que tDCS y HD-tDCS mejoraron la tasa de aprendizaje durante cinco días de capacitación. Los grupos de intervención activa tuvieron mejoras más grandes en la puntuación ppt promedio diario de la mano izquierda en el día cuatro y cinco en comparación con la farsa.Esta metodología se ha replicado a partir de un estudio anterior y se han combinado los conjuntos de datos. Los datos de replicación demostraron resultados similares de tal manera que hubo un aumento significativo en la tasa de aprendizaje observada en el grupo tDCS y HD-tDCS en comparación con el grupo falso. Planificar el procedimiento es tan importante como realizarlo.Las rejillas y trayectorias deben superponerse cuidadosamente en una resonancia magnética. Si se utilizan plantillas cerebrales, se deben tomar varias muestras de la cabeza de los participantes. Este procedimiento se puede completar antes y después de la intervención para responder al cambio de mapa motor resultante.La realización de la evaluación siguiendo este procedimiento puede indicar la relación entre las medidas del mapa del motor y el resultado de la función. Usando este protocolo, los investigadores pueden aprender cómo generar mapas de motores con precisión, puntual, así como de forma segura en niños que utilizan TMS robótica. El desafío principal incluye guiar al robot y alinearlo de manera óptima en sus áreas objetivo.Las trayectorias deben estar predeterminadas con precisión. Practicar la alineación de la bobina con múltiples combinaciones de parámetros de inclinación y rotación ayuda a optimizar el diseño de la trayectoria de la bobina. Ninguno de los instrumentos es peligroso.Es importante observar constantemente el robot mientras está tocando la cabeza del participante, ya que el robot reaccionará a cualquier movimiento de la cabeza.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Imágenes funcionales de la corteza auditiva en los gatos adultos el uso de alto campo fMRI

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

Investigación

Neurociencias

Live Imaging of Mitosis in the Developing Mouse Embryonic Cortex

Imágenes en vivo de la mitosis en el desarrollo de la corteza de embriones de ratón

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

Parénquima no invasiva, vascular y metabólico de alta frecuencia de ultrasonido y fotoacústica Rata cerebral profunda 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

Evaluación no invasiva de los cambios en la transmisión corticomotoneuronal en seres humanos

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

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Efectos de la corriente alterna la estimulación transcraneal en la corteza de Motor primaria por Online enfoque combinado con la estimulación magnética transcraneal

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

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