Non-Invasive Elétrica Estimulação Cerebral Montages de Modulação da motricidade humana

Estimulação não-invasiva elétrica cerebral (NEBS), a administração de correntes elétricas para o cérebro através do crânio intacto, pode modificar a função cerebral eo comportamento ^1-3. Para optimizar o potencial terapêutico de estratégias NEBS compreender os mecanismos subjacentes que levam a efeitos comportamentais e neurofisiológicos ainda é necessário. Padronização de aplicação em diferentes laboratórios e total transparência do procedimento de estimulação fornece a base para a comparabilidade dos dados que suporta interpretação confiável de resultados e avaliação dos mecanismos de ação propostos. A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) ou transcraniana alternando corrente de estimulação (TAC) diferem por parâmetros da corrente eléctrica aplicada: ETCC consiste de um fluxo de corrente constante unidireccional entre dois eléctrodos (ânodo e cátodo) ^{2 – 6} TAC enquanto utiliza uma corrente alternada aplicada numafrequência específica ^7. Estimulação transcraniana ruído aleatório (TRNS) é uma forma especial de TAC que usa uma corrente alternada aplicada em frequências aleatórias (por exemplo., 100-640 Hz), resultando em rápida diferentes intensidades de estimulação e remoção de efeitos relacionados com a polaridade ^4,6,7. Polaridade só é relevante se a configuração de estímulo inclui uma estimulação offset, por exemplo, espectro de ruído aleatoriamente mudando em torno de um mA intensidade da linha de base +1 (normalmente não utilizada). Para efeitos deste artigo, vamos nos concentrar no trabalho usando ETCC e efeitos TRNS no sistema motor, seguindo de perto a recente publicação de nosso laboratório de ^6.

Os mecanismos de acção subjacentes de trnS são muito menos entendida do que de ETCC mas provavelmente diferente do último. Teoricamente, no quadro conceitual de ressonância estocástica TRNS introduz ruído induzido pelo estímulo a um sistema neuronal que pode fornecer um benefício de processamento de sinal, alterando the sinal-ruído ^4,8,9 proporção. TRNS pode predominantemente amplificar os sinais mais fracos e poderia, assim, otimizar a atividade cerebral de tarefas específicas (ruído endógeno ^9). ETCC anódica aumenta a excitabilidade cortical indicada pela alteração da taxa de disparo neuronal espontânea ¹⁰ ou aumento do potencial evocado motor (MEP) amplitudes ^{2 com} os efeitos superando a duração estímulo para minutos a horas. aumentos de longa duração na eficácia sináptica conhecido como potenciação de longo prazo são pensados ​​para contribuir para a aprendizagem e memória. Na verdade, ETCC anódica aumenta a eficácia sináptica de automóveis sinapses corticais repetidamente activados por uma fraca entrada sináptica ^11. Em conformidade, a aquisição melhorou função motora / habilidade é sempre revelada somente se a estimulação é co-aplicado com treinamento motor ^{11 – 13,} sugerindo também co-activação sináptica como pré-requisito deste processo dependente de atividade. No entanto, a causalidade entre o aumento em cexcitabilidade ortical (aumento da taxa de disparo de amplitude ou MEP) por um lado e melhorou a eficácia sináptica (PLP ou função comportamental, tais como aprendizagem motora), por outro lado não foi demonstrada.

NEBS aplicadas ao córtex motor primário (M1) tem atraído um interesse crescente como método seguro e eficaz para modular a função motora humana ^1. Efeitos neurofisiológicos e resultado comportamental pode depender da estratégia de simulação (por exemplo, polaridade ETCC ou TRNS), tamanho do eletrodo e da montagem ^{4 – 6,14,15.} Além de fatores anatômicos e fisiológicos sujeitas-inerente a montagem eletrodo influencia significativamente a distribuição de campo elétrico e pode resultar em diferentes padrões de corrente espalhando dentro do córtex ^16-18. Além disso a intensidade da corrente aplicada ao tamanho dos eléctrodos determina a densidade de corrente entregue ^3. montagens de eletrodos comumem estudos do sistema motor humano incluem (Figura 1): 1) como a estimulação anódica ETCC M1 unilateral com o ânodo colocado sobre o M1 de interesse e o cátodo posicionado na testa contralateral; a idéia básica dessa abordagem é sobre-regulação da excitabilidade no M1 de interesse ^{6,13,19 – 22;} 2) ETCC anódica como estimulação M1 bilateral (também referido como estimulação "bihemispheric" ou "dupla"), com o ânodo colocado sobre o M1 de interesse e o cátodo posicionado no M1 contralateral ^{5,6,14,23,24;} a idéia básica dessa abordagem é maximizar os benefícios da estimulação pela regulação positiva da excitabilidade no M1 de interesse, enquanto downregulating excitabilidade no M1 oposto (ou seja, a modulação da inibição inter-hemisférica entre os dois M1s); 3) Para TRNS, apenas o unilateral M1 estimulação montagem acima indicado foi Investigated ^4,6; com este excitabilidade montage efeitos da TRNS reforço foram encontrados para o espectro de 100-640 Hz ⁴ frequência. A escolha da estratégia de estimulação cerebral e montagem eletrodo representa um passo fundamental para uma utilização eficiente e confiável de NEBS em ambientes clínicos ou de investigação. Aqui estes três procedimentos NEBS são descritos em detalhes como usado em estudos do sistema motor humano e são discutidos aspectos metodológicos e conceituais. Materiais para ETCC unilaterais ou bilaterais e unilaterais TRNS são os mesmos (Figura 2).

Figura 1. montagens de eletrodos e direção da corrente de estratégias NEBS distintas. (A) Para anodal unilateral transcraniana estimulação de corrente contínua (ETCC), o ânodo é centrada sobre o córtex motor primário de interesse e o cátodo posicionado sobre tele contralateral área supra-orbital. (B) Para estimulação do córtex motor bilateral, ânodo e cátodo estão localizados cada um mais de um córtex motor. A posição do ânodo determina o córtex motor de interesse para ETCC anódica. (C) Para a estimulação transcraniana ruído aleatório unilateral (trnS), um eléctrodo está localizado sobre o córtex motor e o outro eléctrodo através da zona supra-orbital contralateral. O fluxo de corrente entre os eléctrodos é indicado pela seta preta. Ânodo (+, vermelho), catodo (-, azul), corrente alternada (+/-, verde). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.