Неинвазивного Электрическая стимуляция мозга Монтажи для модуляции человеческого двигательной функции

Неинвазивная электростимуляция мозга (NEBS), администрация электрических токов в мозг через неповрежденную черепа, может изменить функцию мозга и поведение ^{1 – 3.} Для оптимизации терапевтического потенциала стратегий NEBS Понимание основных механизмы, приводящие к нейрофизиологических и поведенческих эффектов по-прежнему необходима. Стандартизация применения через разных лабораториях и полной прозрачности процедур стимуляции обеспечивает основу для сопоставимости данных, которая поддерживает надежную интерпретацию результатов и оценки предложенных механизмов действия. Транскраниальная постоянного тока стимуляции (ТОК) или транскраниальная переменного тока стимуляции (ПВР) отличаются по параметрам приложенное электрический ток: ТОК состоит из однонаправленного постоянного тока между двумя электродами (анод и катод) ^{2 – 6, тогда как} TACS использует переменный ток, приложенный точке аопределенной частоты ^7. Транскраниальная случайным стимуляция шума (TRNS) является особой формой ПВР, который использует переменный ток, подаваемый на случайных частотах (например., 100-640 Гц), в результате быстро различной интенсивности стимуляции и удаления полярности эффектов, связанных с ^4,6,7. Полярность только отношение, если настройка стимуляции включает стимулирование смещения, например, спектр шума случайным изменением вокруг +1 мА базового интенсивность (обычно не используется). Для целей настоящей статьи, мы сосредоточимся на работе с помощью ТОК и TRNS воздействие на опорно-двигательного аппарата, внимательно следит недавней публикации из нашей лаборатории ^6.

Лежащие в основе механизмы действия TRNS даже менее понятно, чем ТОК но, вероятно, отличается от последнего. Теоретически, в концептуальных рамках стохастического резонанса TRNS вводит стимуляции индуцированного шума в нейронной системе, которая может обеспечить преимущество в обработке сигнала, изменяя тысе сигнал-шум ^4,8,9. TRNS может преимущественно усиливать слабые сигналы и, таким образом можно было оптимизировать мозговую деятельность конкретных задач (эндогенный шума ^9). Анодной ТОК увеличивает корковой возбудимости указанный счет изменения спонтанной нейронной скорострельность ¹⁰ или увеличен двигателя вызванных потенциалов (МООС) амплитуд ² с эффектами опередив продолжительность стимуляции для минут до нескольких часов. Долговечные увеличение синаптической эффективности известного как долговременной потенциации, как полагают, способствуют обучению и памяти. Действительно, анодная ТОК усиливает синаптическую эффективность моторных корковых синапсов неоднократно активированных слабым синаптической вход ^11. В соответствии, приобретение улучшилась двигательная функция / умение часто обнаруживается только при стимуляции совместно применяться с мотором обучения ^{11 – 13,} также предполагая синаптическую сотрудничество активацию в качестве предварительного условия этого зависимого от активности процесса. Тем не менее, причинная связь между увеличением Cortical возбудимость (увеличение скорости стрельбы или MEP амплитуды), с одной стороны, и улучшена синаптической эффективности (LTP или поведенческих функций, таких как моторное обучения), с другой стороны не была продемонстрирована.

NEBS применяется к первичной моторной коре (M1) стали привлекать все большее внимание как безопасный и эффективный метод, чтобы модулировать двигательные функции человеческого ^1. Нейрофизиологические эффекты и поведенческие результат может зависеть от стратегии стимуляции (например, ТОК полярности или TRNS), размера электрода и монтажа ^{4 – 6,14,15.} Помимо предметных присущи анатомических и физиологических факторов электрод монтаж существенно влияет распределение электрического поля и может привести к различных форм растекания тока в коре ^{16 – 18.} В дополнение к интенсивности приложенного тока размером электродов определяет плотность тока, подаваемого ^3. Общий электрод монтажив человеческом двигательного аппарата исследования включают (рисунок 1): 1) анодный ТОК как одностороннее стимуляции M1 с анодом, расположенным на М1 интереса и катодом, расположенным на противоположной лбу; основная идея этого подхода заключается в регуляция возбудимости в M1 интереса ^{6,13,19 – 22;} 2) анодная ТОК качестве двусторонней стимуляции М1 (также упоминается как "bihemispheric" или "двойного" стимуляции) с анодом, расположенным на М1 интереса и катодом, расположенным на противоположной M1 ^{5,6,14,23,24;} основная идея этого подхода состоит в максимизации выгод стимуляции позитивной регуляции возбудимости в M1 интересов в ходе downregulating возбудимость в противоположном M1 (т.е. модуляция межполушарную ингибирования между двумя M1S); 3) Для TRNS, только упомянутая выше одностороннее М1 стимуляция монтаж был Investigованные ^4,6; с этим монтаж возбудимость эффекты усиления TRNS были найдены для частотного спектра 100-640 Гц ^4. Выбор мозга стратегии стимуляции и электродного монтажа представляет собой важный шаг для эффективного и надежного использования NEBS в клинических или исследовательских установок. Здесь эти три процедуры NEBS подробно описаны как используется в исследованиях двигательной системы человека и методологические и концептуальные аспекты обсуждаются. Материалы для односторонних или двусторонних ТОК и односторонних TRNS одинаковы (рисунок 2).

Рисунок 1. Электродные монтажи и направление тока для различных стратегий NEBS. (A) Для одностороннее анодной транскраниальной стимуляции постоянным током (ТОК), анод по центру над первичной моторной коре интерес и катодом, расположенным над Тон контралатеральной Supra-орбитальных область. (B) Для двустороннего стимуляции моторной коры, анодом и катодом располагаются друг над одной моторной коры. Положение анода определяет двигательную кору интерес для анодных ТОК. (C) Для одностороннего транскраниальной стимуляции случайного шума (TRNS), один электрод расположен над моторной коре, а другой электрод над контралатеральной сверх-орбитальное области. Электрический ток между электродами обозначено черной стрелкой. Анод (+, красный), катод (-, синий), переменный ток (+/-, зеленый). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.