Non-invasieve elektrische hersenstimulatie Montages voor Modulatie van Human Motor Function

^{3 –} niet-invasieve elektrische hersenstimulatie (NEBS), het toedienen van elektrische stromen naar de hersenen door middel van de intacte schedel, kan de hersenfunctie en gedrag ¹ te wijzigen. Om het therapeutisch potentieel van NEBS strategieën inzicht in de onderliggende mechanismen die leiden tot neurofysiologische en gedragseffecten nog nodig optimaliseren. Standaardisatie van toepassing in verschillende laboratoria en volledige transparantie van de stimulatie procedures vormt de basis voor de vergelijkbaarheid van de gegevens die betrouwbare interpretatie van de resultaten en de evaluatie van de voorgestelde werkingsmechanismen ondersteunt. Gepulste elektromagnetische velden (tDCS) of transcraniële wisselstroom stimulatie (TAC's) verschillen door parameters van de toegepaste elektrische stroom: tDCS bestaat uit een in één richting een constante stroom tussen twee elektroden (anode en kathode) ^2-6, terwijl de TAC's maakt gebruik van een wisselspanning toegepast bij een⁷ specifieke frequentie. Transcraniële ruis stimulatie (Trns) is een speciale vorm van TAC dat een wisselspanning aangebracht willekeurig frequenties gebruikt (bv., 100-640 Hz) resulteert in snel variërende stimulatie-intensiteiten en verwijderen van polariteit gerelateerde effecten ^4,6,7. Polariteit slechts van belang indien de stimulatie instelling omvat een stimulatiekanaal te compenseren, bijvoorbeeld ruisspectrum willekeurig verandert rond 1 mA basislijn intensiteit (meestal niet gebruikt). Voor de toepassing van dit artikel zullen we ons richten op het werk met behulp tDCS en Trns effecten op het motorische systeem, op de voet na een recente publicatie van ons lab ^6.

De onderliggende werkingsmechanismen van Trns zelfs minder begrepen dan van tDCS maar waarschijnlijk anders dan de laatste. Theoretisch, in het conceptuele kader van stochastische resonantie Trns introduceert-stimulatie veroorzaakte lawaai tot een neuronale systeem dat een signaal processing voordeel kunnen bieden door het veranderen van the signaal-ruisverhouding ^4,8,9. TRNS kan overwegend versterken zwakkere signalen en kon dus taakspecifieke hersenactiviteit (endogene lawaai ⁹⁾ te optimaliseren. Anodische tDCS verhoogt corticale prikkelbaarheid aangegeven door wijziging van de spontane neuronale vuursnelheid ¹⁰ of verhoogde motor evoked potential (MEP) amplitudes ^{2 met de} gevolgen outlasting de stimulering duur van minuten tot uren. Langdurige toename in synaptische werkzaamheid bekend als langetermijnpotentiëring wordt gedacht dat ze bijdragen aan leren en geheugen. Inderdaad, anodische tDCS verhoogt synaptische werkzaamheid van de motor corticale synapsen herhaaldelijk geactiveerd door een zwakke synaptische ^ingang 11. Overeenkomstig, wordt verbeterd motorische functie / aanleren van vaardigheden vaak onthuld alleen als stimulatie is co-aangebracht met motor training ^11-13, ook suggereert synaptische co-activering als een voorwaarde van deze activiteit-afhankelijk proces. Toch causaliteit tussen de verhogingen in cortical prikkelbaarheid (verhoging van de vuursnelheid of MEP amplitude) aan de ene kant en een verbeterde synaptische werkzaamheid (LTP of gedragsproblemen functie zoals motorisch leren) aan de andere kant is niet aangetoond.

NEBS toegepast op de primaire motorische cortex (M1) is toenemende belangstelling als veilige en effectieve methode aangetrokken voor de menselijke motoriek ¹ moduleren. Neurofysiologische effecten en ontwikkelingsuitkomst kan afhangen van de stimulatiestrategie (bijvoorbeeld tDCS polariteit of Trns), elektrodengrootte en montage ^{4 – 6,14,15.} Naast subject inherente anatomische en fysiologische factoren de elektrode montage aanzienlijk beïnvloedt elektrische veldverdeling en kunnen leiden tot verschillende patronen van huidige verspreiding binnen de cortex ^16-18. Naast de intensiteit van de aangelegde stroom de grootte van de elektroden bepaalt de stroomdichtheid afgeleverd ^3. Gemeenschappelijke elektrode montagesin menselijke bewegingsapparaat studies omvatten (Figuur 1): 1) anodische tDCS eenzijdige M1 stimulatie met de anode gepositioneerd M1-plaats en de kathode geplaatst op de contralaterale voorhoofd; het basisidee van deze aanpak is opregulatie van prikkelbaarheid in de M1 van belang ^{6,13,19 – 22;} 2) anodische tDCS bilaterale M1 stimulatie (ook wel "bihemispheric" of "dual" stimulatie) bij de anode geplaatst op de M1 van belang en de kathode geplaatst op de contralaterale M1 ^{5,6,14,23,24;} Het basisidee van deze benadering is het maximaliseren stimulatie voordelen van opwaartse regulatie van exciteerbaarheid in de M1 plaats terwijl neerwaarts reguleren van exciteerbaarheid in de tegengestelde M1 (dwz modulatie van interhemisferische remming tussen de twee M1S); 3) Voor Trns, alleen de hierboven genoemde eenzijdige M1 stimulatie montage is geweest bestuderen enated ^4,6; deze montage exciteerbaarheid veredelingseffecten Trns hebben gevonden frequentiespectrum van 100-640 Hz ^4. De keuze van de hersenstimulatie strategie en de elektrode montage vormt een cruciale stap voor een efficiënt en betrouwbaar gebruik van NEBS in klinische of research instellingen. Hier deze drie NEBS procedures worden in detail beschreven, zoals gebruikt in de menselijke motoriek studies en methodologische en conceptuele aspecten komen aan bod. Materialen voor unilaterale of bilaterale tDCS en unilaterale Trns hetzelfde (figuur 2).

Figuur 1. elektrode montages en de huidige richting voor verschillende NEBS strategieën. (A) voor eenzijdige anodische gepulste elektromagnetische velden (tDCS), zal de anode gecentreerd over de primaire motorische cortex van de rente en de kathode geplaatst over tHij contralaterale supra-orbitale gebied. (B) voor de bilaterale motorische cortex stimulatie, anode en kathode bevinden zich elk meer dan één motor cortex. De positie van de anode is bepalend voor de motorische cortex van belang zijn voor anodische tDCS. (C) voor eenzijdige transcraniële ruis stimulatie (Trns), een elektrode bevindt zich op de motorische cortex en de andere elektrode op de contralaterale supra-orbitale gebied. De stroomloop tussen de elektroden is aangegeven door de zwarte pijl. Anode (+, rood), de kathode (-, blauw), Wisselstroom (+/-, groen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.