Non-Invasive Brain Stimulation électrique Montages pour modulation de la fonction Motor humain

Stimulation non invasive électrique du cerveau (NEEF), l'administration des courants électriques au cerveau à travers le crâne intact, peut modifier le fonctionnement du cerveau et le comportement ^1-3. Pour optimiser le potentiel thérapeutique des stratégies NEBS comprendre les mécanismes sous-jacents menant à des effets neurophysiologiques et comportementaux sont encore nécessaires. La normalisation de la demande dans les différents laboratoires et pleine transparence des procédures de stimulation constitue la base de la comparabilité des données qui supporte interprétation fiable des résultats et l'évaluation des mécanismes d'action proposés. La stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) ou transcrânienne alternant courant de stimulation (TAC) diffèrent par des paramètres du courant électrique appliqué: STCC se compose d'un flux de courant constant unidirectionnelle entre deux électrodes (anode et cathode) ^{2 – 6} TAC tout en utilise un courant alternatif appliqué àfréquence spécifique ^7. La stimulation de bruit aléatoire transcrânienne (tRNS) est une forme particulière de TAC qui utilise un courant alternatif appliqué à des fréquences aléatoires (par exemple., 100-640 Hz) résultant en différentes intensités de stimulation rapidement et en supprimant les effets liés ^{polarité-4,6,7.} La polarité est seulement de pertinence si le paramètre de stimulation comprend une stimulation compensée, par exemple, le spectre de bruit changeant de façon aléatoire autour d'une intensité mA +1 de référence (généralement pas utilisée). Aux fins de cet article, nous allons nous concentrer sur le travail à l'aide STCC et Trns effets sur le système moteur, suivant de près une publication récente de notre laboratoire ^6.

Les mécanismes sous-jacents de l'action de tRNS sont encore moins connus que du STCC, mais probablement différent de ce dernier. En théorie, dans le cadre conceptuel de la résonance stochastique tRNS introduit du bruit induit par la stimulation à un système neuronal qui peut fournir un avantage de traitement du signal en modifiant ee rapport signal sur bruit ^4,8,9. TRNS peut principalement amplifier les signaux les plus faibles et peut ainsi optimiser l'activité du cerveau spécifique à la tâche (bruit endogène ^9). Anodal STCC augmente l'excitabilité corticale indiqué par la modification du taux de la décharge neuronale spontanée ¹⁰ ou augmenté moteur potentiel évoqué (MEP) amplitudes ² avec les effets qui survivra à la durée de stimulation pour les minutes à quelques heures. augmentations durables dans l'efficacité synaptique connu sous le nom de potentialisation à long terme sont considérés comme contribuant à l'apprentissage et la mémoire. En effet, anodique STCC améliore synaptique efficacité du moteur synapses corticales plusieurs reprises activées par une faible entrée synaptique ^11. Conformément, l'acquisition amélioration de la fonction du moteur / compétence est souvent révélé que si la stimulation est co-appliqué avec une formation à moteur ^{de 11 à 13,} suggère également co-activation synaptique comme une condition préalable de ce processus dépendant de l'activité. Néanmoins, la causalité entre les augmentations de cexcitabilité ortical (augmentation de taux d'allumage ou de l'amplitude du PEM) d'une part et l'amélioration de l'efficacité synaptique (LTP ou la fonction du comportement tels que l'apprentissage moteur) d'autre part n'a pas été démontrée.

NEBS appliquée au cortex moteur primaire (M1) a suscité l'intérêt de plus en plus comme méthode sûre et efficace pour moduler la fonction motrice humaine ^1. Effets neurophysiologiques et les résultats comportementaux peuvent dépendre de la stratégie de stimulation (par exemple, STCC polarité ou tRNS), la taille de l'électrode et montage ^{4 – 6,14,15.} Outre les facteurs anatomiques et physiologiques faisant l'objet inhérentes au montage d'électrode influe de manière significative la distribution de champ électrique et peuvent conduire à différents modèles d'étalement de courant à l'intérieur du cortex ^16-18. En plus de l'intensité du courant appliqué à la taille des électrodes détermine la densité de courant délivré ^3. montages d'électrode communeà moteur humain études de système comprennent (figure 1): 1) la stimulation anodique tDCS M1 unilatérale avec l'anode positionnée sur l'intérêt de M1 et la cathode positionnée sur le front controlatéral; l'idée de base de cette approche est-régulation de l'excitabilité de la M1 d'intérêt ^{6,13,19 – 22;} 2) la stimulation anodique tDCS bilatérale M1 (également dénommé "bihemispheric" ou "dual" stimulation) avec l'anode positionnée sur l'intérêt de M1 et la cathode positionnée sur le ^5,6,14,23,24 M1 contralatérale; l'idée de base de cette approche est de maximiser les avantages de stimulation par la régulation positive de l'excitabilité de la M1 d'intérêt tout en régulant à la baisse l'excitabilité dans le sens opposé M1 (ie, la modulation de l'inhibition interhémisphérique entre les deux M1); 3) Pour tRNS, seul le unilatérale M1 stimulation montage mentionné ci-dessus a été investigATED ^4,6; avec ce montage excitabilité effets de tRNS amélioration ont été trouvés pour le spectre de fréquences de 100 à 640 Hz ^4. Le choix de la stratégie de stimulation du cerveau et l'électrode montage représente une étape essentielle pour une utilisation efficace et fiable de NEBS en milieu clinique ou de recherche. Voici ces trois procédures NEBS sont décrits en détail comme utilisés dans les études du système moteur humaines et les aspects méthodologiques et conceptuels sont discutées. Matériaux pour STCC unilatérales ou bilatérales et unilatérales tRNS sont les mêmes (Figure 2).

Figure 1. montages électrode et la direction du courant pour les stratégies de NEBS distinctes. (A) Pour anodique unilatérale stimulation transcrânienne à courant continu (STCC), l'anode est centré sur le cortex moteur primaire d'intérêt et la cathode positionné sur til controlatéral région sus-orbitaire. (B) Pour la stimulation du cortex moteur bilatéral, anode et la cathode sont situées chacune sur une cortex moteur. La position de l'anode détermine le cortex moteur de l'intérêt pour STCC anodiques. (C) Pour la stimulation de bruit aléatoire unilatérale transcrânienne (tRNS), une électrode est située sur le cortex moteur et l'autre électrode sur la zone sus-orbitaire controlatéral. Le passage du courant entre les électrodes est indiqué par la flèche noire. Anode (+, rouge), la cathode (-, bleu), Courant alternatif (+/-, vert). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.