No invasiva de estimulación cerebral eléctrica Montajes para la modulación de la función motora humana

Estimulación no invasiva eléctrica del cerebro (NEBS), la administración de las corrientes eléctricas en el cerebro a través del cráneo intacto, puede modificar la función cerebral y el comportamiento ^{1 – 3.} Para optimizar el potencial terapéutico de las estrategias de NEBS comprensión todavía se necesitan los mecanismos subyacentes que conducen a efectos neurofisiológicos y de comportamiento. La estandarización de las aplicaciones en diferentes laboratorios y la plena transparencia de los procedimientos de estimulación proporciona la base para la comparación de los datos que apoya la interpretación fiable de los resultados y la evaluación de los mecanismos de acción propuestos. Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) o transcraneal alterna corriente de estimulación (TAC) se diferencian por los parámetros de la corriente eléctrica aplicada: tDCS consiste en un flujo de corriente constante unidireccional entre dos electrodos (ánodo y cátodo) ^{2 – 6} TACS mientras utiliza una corriente alterna aplicada en unafrecuencia específica ^7. Estimulación transcraneal ruido aleatorio (RRT) es una forma especial de los TAC que utiliza una corriente alterna aplicada a frecuencias aleatorias (por ejemplo., 100-640 Hz), resultando en mayor o menor rapidez intensidades de estimulación y la eliminación de los efectos relacionados con ^{polaridad-4,6,7.} La polaridad es solamente de importancia si la configuración de estimulación incluye una estimulación offset, por ejemplo, el cambio de espectro de ruido al azar en torno a una intensidad de línea de base mA 1 (por lo general no se utiliza). A los efectos de este artículo, nos centraremos en el trabajo usando tDCS y efectos RRT en el sistema motor, siguiendo de cerca una publicación reciente de nuestro laboratorio ^6.

Los mecanismos subyacentes de la acción de tRNS aún menos se entiende que de tDCS pero probablemente diferente de este último. En teoría, en el marco conceptual de la resonancia estocástica tRNS introduce ruido estimulación inducida a un sistema neuronal que puede proporcionar un beneficio de tratamiento de la señal mediante la alteración de THe-señal-ruido ^4,8,9. TRNS puede amplificar predominantemente señales más débiles y por lo tanto podría optimizar la actividad cerebral específica de la tarea (ruido endógena ^9). TDCS anódico aumenta la excitabilidad cortical indica mediante la alteración de la velocidad de la descarga neuronal espontánea o un aumento de ¹⁰ potencial evocado motor (MEP) amplitudes ^{2 con} los efectos durar más que la duración de la estimulación de minutos a horas. Se cree que los aumentos de larga duración en la eficacia sináptica conocido como potenciación a largo plazo para contribuir al aprendizaje y la memoria. De hecho, tDCS anódico mejora la eficacia sináptica de la sinapsis corticales motoras activadas en varias ocasiones por una entrada sináptica débil ^11. De acuerdo, la adquisición mejora la función motora / habilidad a menudo se revela sólo si la estimulación es co-aplicada con el entrenamiento ^motor 11 ^{– 13,} que también sugiere sináptica co-activación como requisito previo de este proceso depende de la actividad. Sin embargo, la causalidad entre el aumento de cexcitabilidad ortical (aumento de la tasa de disparos o MEP amplitud) por un lado y la mejora de la eficacia sináptica (LTP o función del comportamiento tales como el aprendizaje motor), por otro lado, no se ha demostrado.

NEBS aplicada a la corteza motora primaria (M1) ha atraído un interés creciente como método seguro y eficaz para modular la función motora humana ^1. Efectos neurofisiológicos y resultado conductual pueden depender de la estrategia de estimulación (por ejemplo, polaridad tDCS o tRNS), el tamaño del electrodo y el montaje ^{4 – 6,14,15.} Aparte de los factores anatómicos y fisiológicos sujetos-inherente el montaje de electrodos influye significativamente en la distribución de campo eléctrico y puede dar lugar a diferentes patrones de corriente se extienden dentro de la corteza ^{16 a 18.} Además de la intensidad de la corriente aplicada al tamaño de los electrodos determina la densidad de corriente entregado ^3. montajes de electrodo comúnen motor humana estudios de sistemas incluyen (Figura 1): 1) tDCS anódico como la estimulación M1 unilateral con el ánodo posicionado en la M1 de interés y el cátodo posicionado en la frente contralateral; La idea básica de este enfoque es la regulación positiva de la excitabilidad en la M1 de interés ^{6,13,19 – 22;} 2) tDCS anódico como la estimulación bilateral M1 (también conocida como estimulación "bihemisférica" ​​o "dual") con el ánodo posicionado en la M1 de interés y el cátodo colocado en el contralateral M1 ^{5,6,14,23,24;} La idea básica de este enfoque es maximizar los beneficios de la estimulación por la regulación positiva de la excitabilidad en la M1 de interés, mientras que la regulación negativa de la excitabilidad en la M1 opuesta (es decir, la modulación de la inhibición interhemisférica entre los dos M1); 3) Para tRNS, sólo la mencionada unilateral estimulación montaje M1 ha sido investigado ^4,6; con este montaje excitabilidad efectos de tRNS mejora se ha encontrado para el espectro de frecuencias de 100 a 640 Hz ^4. La elección de la estrategia de estimulación cerebral y montaje de electrodos representa un paso crítico para un uso eficiente y fiable de NEBS en entornos clínicos o de investigación. A continuación se describen estos tres procedimientos NEBS en detalle como se utiliza en estudios de sistemas de motor humanos y se discuten aspectos metodológicos y conceptuales. Materiales para tDCS unilaterales o bilaterales y unilaterales tRNS son los mismos (Figura 2).

Figura 1. montajes de electrodos y la dirección actual de las estrategias de NEBS distintos. (A) Para anódico unilateral transcraneal estimulación de corriente directa (tDCS), el ánodo está centrada sobre la corteza motora primaria de interés y el cátodo posicionado sobre tque contralateral área supraorbital. (B) Para la estimulación de la corteza motora bilateral, ánodo y el cátodo están situados cada uno sobre una corteza motora. La posición del ánodo determina la corteza motora de interés para tDCS anódicos. (C) Para la estimulación transcraneal ruido aleatorio unilateral (RRT), un electrodo está situado sobre la corteza motor y el otro electrodo sobre la zona contralateral supra-orbital. El flujo de corriente entre los electrodos se indica mediante la flecha negro. Ánodo (+, rojo), el cátodo (-, azul), corriente alterna (+/-, verde). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.