ההשפעות של גירוי זרם חילופין טראנס על קליפת המוח המוטורית הראשי על-ידי גישה משולבת מקוון עם גירוי מגנטי טראנס
Summary
טראנס זרם חילופין גירוי (טק) מאפשר את האפנון של דעתנית קורטיקלית באופן ספציפי בתדר. הנה אנחנו מראים גישה ייחודית המשלבת טק באינטרנט עם דופק אחת גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) על מנת “לחקור” דעתנית בקליפת המוח באמצעות מנוע פוטנציאל עורר.
Abstract
טראנס זרם חילופין גירוי (טק) היא טכניקה neuromodulatory מסוגל לפעול דרך sinusoidal ואת חשמל בתדר מסוים, בתורו לווסת בפעילות השוטפת מתנדנדות קורטיקלית. Neurotool זו מאפשרת הקמת קשר סיבתי בין התנהגות ופעילות מתנדנדות אנדוגני. רוב המחקרים טק הראו השפעות טק באינטרנט. עם זאת, מעט מאוד ידוע על מנגנוני הפעולה הבסיסית של טכניקה זו בשל הממצאים AC-induced על אותות אלקטרואנצפלוגרם (EEG). הנה אנחנו מראים גישה ייחודית לחקור תדר ספציפי באינטרנט ההשפעות הפיזיולוגיות של טק של קליפת מנוע ראשי (M1) על-ידי שימוש יחיד הדופק גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) כדי לחקור דעתנית קורטיקלית שינויים. בהגדרת שלנו, הגליל TMS מונחת על האלקטרודה טק בזמן פוטנציאל עורר מוטוריים (פיגל) נאספים כדי לבחון את ההשפעה של שוטף M1-טק. עד כה, נעשה שימוש בגישה זו בעיקר ללמוד את מערכות חזותי מוטורי. עם זאת, ההתקנה הנוכחית של טק-TMS יכול לסלול את הדרך עבור חקירות העתידי של תפקודים קוגניטיביים. לכן, אנו מספקים מדריך שלב אחר שלב והנחיות וידאו עבור ההליך.
Introduction
גירוי חשמלי של טראנס (מלון טס) היא טכניקה neuromodulatory מה שמאפשר את השינוי ממצבים עצביים שונים הנוכחי ואת1. בין סוגים שונים של מלון טס, טראנס זרם חילופין גירוי (טק) מאפשרת המסירה של sinusoidal פוטנציאל מתנדנדות חיצוני בטווח תדר מסוים, את מודולציה של פעילות עצבית פיזיולוגיים שבבסיס תפיסתי, מנוע תהליכים קוגניטיביים2. באמצעות טק, זה אפשרי לחקור קישורים סיבתי פוטנציאלי בין פעילות מתנדנדות אנדוגני תהליכים מוחיים.
In vivo, הוכח כי עולה פעילות עצבית מסונכרן בתדרים נהיגה שונים, רומז כי ירי עצביים יכולים להיות entrained על-ידי שדות יישומית חשמלית3. במודלים של בעלי חיים, חלש טק sinusoidal entrains תדירות משוחררים נרחבת בריכה העצבית בקליפת המוח4. בבני אדם, טק בשילוב עם אלקטרואנצפלוגרם מקוון (EEG) מאפשר את תנאי הגיוס של אפקט “Entrainment” כביכול על פעילות מתנדנדות אנדוגני על ידי אינטראקציה עם תנודות המוח באופן ספציפי בתדר5. שילוב טק עם שיטות דימות מוחי הבנה טובה יותר של המנגנונים באינטרנט זאת, עדיין בספק בגלל ממצאים AC-induced6. בנוסף, אין אפשרות לתעד את האות EEG מעל אזור המטרה מגורה ישירות ללא שימוש אלקטרודה טבעתי המהווה פתרון מפוקפק7. לפיכך, יש מחסור של מחקרים שיטתיים בנושא זה.
עד כה, יש אין ראיות ברורות על השפעות טק מתמשך לאחר הפסקת גירוי. רק מעט מחקרים הראו השפעות חלש ובלתי ברור של טק על המערכת המוטורית8. יתר על כן, ראיות EEG היא עדיין לא ברור על ההשפעות שלאחר טק9. מצד שני, רוב טק מחקרים הראו אפקטים בולטים באינטרנט10,11,12,13,14,15,16 , 17 , 18, אשר קשה למדוד ברמה פיזיולוגיים עקב אילוצים טכניים. לכן, המטרה הכוללת של השיטה שלנו היא לספק גישה חלופית כדי לבדוק את ההשפעות מקוון ולא תלוית תדירות של טק על קליפת המוח המוטורית (M1) על-ידי אספקת יחיד הדופק גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם). TMS מאפשר לחוקרים “לחקור” מצב פיזיולוגי קליפת המוח האנושי מנוע19. יתר על כן, על-ידי הקלטת מנוע עורר פוטנציאל (חבר הפרלמנט האירופי) מצד contralateral של הנושא, שנוכל לחקור את ההשפעות של טק מתמשך11. גישה זו מאפשרת לנו במדויק בצג שינויים ב דעתנית corticospinal על ידי מדידת חבר הפרלמנט האירופי משרעת במהלך גירוי חשמלי באינטרנט נמסרות בתדרים שונים בצורה נטולת החפץ. בנוסף, גישה זו באפשרותך לבדוק גם תופעות מקוון של כל גל אחרים של מלון טס.
להפגין את ההשפעות טק משולב-TMS, אנחנו נראה את הפרוטוקול על-ידי החלת 20 הרץ AC גירוי מעל ראשי קליפת המוח המוטורית (M1) תוך neuronavigated באינטרנט יחיד הדופק TMS מועבר וביניהם ידי רנדומלית בין 3 ל- 5 s כדי לבחון M1 דעתנית קורטיקלית.
Protocol
Representative Results
Discussion
גישה זו מהווה הזדמנות ייחודית לבחון השפעות מקוון טק של קליפת המוח המוטורית ראשי ישירות על ידי מדידת פלט corticospinal דרך פיגל הקלטה. עם זאת, המיקום של הסליל TMS על פני האלקטרודה טק מייצגת צעד קריטי כי יש לבצע במדויק. לכן, אנחנו קודם כל מציעים ניסויים מצא את נקודת היעד על ידי יחיד הדופק TMS, ולאחר מכן ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי קרן המדע הרוסי הענק (חוזה מספר: 17-11-01273). תודה אנדריי Afanasov ועמיתיו מהמרכז חדשנות רב תכליתיים עבור טלוויזיה טכניקה (אוניברסיטת מחקר לאומי, גבוה בבית הספר לכלכלה, מוסקבה, רוסיה) עבור הקלטת וידאו ועריכת וידאו מיוחדת.
Materials
| BrainStim, high-resolution transcranial stimulator | E.M.S., Bologna, Italy | EMS-BRAINSTIM | |
| Pair of 1,5m cables for connection of conductive silicone electrodes | E.M.S., Bologna, Italy | EMS-CVBS15 | |
| Reusable conductive silicone electrodes 50x50mm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG970/2 | |
| Reusable spontex sponge for electrode 50x100mm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG916S | |
| Rubber belts – 75 cm | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-ER-PG905/8 | |
| Plastic non traumatic button | E.M.S., Bologna, Italy | FIA-PG905/99 | |
| Brainstim | E.M.S., Bologna, Italy | ||
| MagPro X100 MagOption – transcranial magnetic stimulator | MagVenture, Farum, Denmark | 9016E0731 | |
| 8-shaped coil MC-B65-HO-2 | MagVenture, Farum, Denmark | 9016E0462 | |
| Chair with neckrest | MagVenture, Farum, Denmark | 9016B0081 | |
| Localite TMS Navigator – Navigation platform, Premium edition | Localite, GmbH, Germany | 21223 | |
| Localite TMS Navigator – MR-based software, import data for morphological MRI (DICOM, NifTi) | Localite, GmbH, Germany | 10226 | |
| MagVenture 24.8 coil tracker, Geom 1 | Localite, GmbH, Germany | 5221 | |
| Electrode wires for surface EMG | EBNeuro, Italy | 6515 | |
| Surface Electrodes for EEG/EMG | EBNeuro, Italy | 6515 | |
| BrainAmp ExG amplifier – bipolar amplifier | Brain Products, GmbH, Germany | ||
| BrainVision Recorder 1.21.0004 | Brain Products, GmbH, Germany | ||
| Nuprep Skin Prep Gel | Weaver and Company, USA | ||
| Syringes | |||
| Sticky tape | |||
| NaCl solution |
References
- Priori, A. Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability. Clin. Neurophysiol. 114 (4), 589-595 (2003).
- Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes. Front Hum. Neurosci. 7, 279 (2013).
- Frohlich, F., McCormick, D. A. Endogenous electric fields may guide neocortical network activity. Neuron. 67 (1), 129-143 (2010).
- Ozen, S., et al. Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats. J. Neurosci. 30 (34), 11476-11485 (2010).
- Helfrich, R. F., et al. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr. Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
- Bergmann, T. O., Karabanov, A., Hartwigsen, G., Thielscher, A., Siebner, H. R. Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: Current approaches and future perspectives. Neuroimage. 140, 4-19 (2016).
- Feher, K. D., Morishima, Y. Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS). J. Vis. Exp. (107), e53527 (2016).
- Antal, A., et al. Comparatively weak after-effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) on cortical excitability in humans. Brain Stimul. 1 (2), 97-105 (2008).
- Struber, D., Rach, S., Neuling, T., Herrmann, C. S. On the possible role of stimulation duration for after-effects of transcranial alternating current stimulation. Front Cell Neurosci. 9, 311 (2015).
- Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, (2011).
- Feurra, M., et al. Frequency-dependent tuning of the human motor system induced by transcranial oscillatory potentials. J. Neurosci. 31 (34), 12165-12170 (2011).
- Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, (2011).
- Feurra, M., et al. State-dependent effects of transcranial oscillatory currents on the motor system: what you think matters. J. Neurosci. 33 (44), 17483-17489 (2013).
- Feurra, M., Galli, G., Pavone, E. F., Rossi, A., Rossi, S. Frequency-specific insight into short-term memory capacity. J. Neurophysiol. 116 (1), 153-158 (2016).
- Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds. Clin. Neurophysiol. 121 (9), 1551-1554 (2010).
- Polania, R., Moisa, M., Opitz, A., Grueschow, M., Ruff, C. C. The precision of value-based choices depends causally on fronto-parietal phase coupling. Nat. Commun. 6, 8090 (2015).
- Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr. Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
- Santarnecchi, E., et al. Individual differences and specificity of prefrontal gamma frequency-tACS on fluid intelligence capabilities. Cortex. 75, 33-43 (2016).
- Dayan, E., Censor, N., Buch, E. R., Sandrini, M., Cohen, L. G. Noninvasive brain stimulation: from physiology to network dynamics and back. Nat. Neurosci. 16 (7), 838-844 (2013).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin. Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
- Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum. Neurosci. 9, 54 (2015).
- Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clin.Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).
- Guerra, A., et al. Phase Dependency of the Human Primary Motor Cortex and Cholinergic Inhibition Cancelation During Beta tACS. Cereb. Cortex. 26 (10), 3977-3990 (2016).
- Fertonani, A., Ferrari, C., Miniussi, C. What do you feel if I apply transcranial electric stimulation? Safety, sensations and secondary induced effects. Clin. Neurophysiol. 126 (11), 2181-2188 (2015).
- Feurra, M., Galli, G., Rossi, S. Transcranial alternating current stimulation affects decision making. Front Syst.Neurosci. 6, 39 (2012).
- Marshall, L., Helgadottir, H., Molle, M., Born, J. Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).
- Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task. Front Neurosci. 6, (2012).
- Goldsworthy, M. R., Vallence, A. M., Yang, R., Pitcher, J. B., Ridding, M. C. Combined transcranial alternating current stimulation and continuous theta burst stimulation: a novel approach for neuroplasticity induction. Eur. J. Neurosci. 43 (4), 572-579 (2016).
- Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Exp. Brain Res. 233 (3), 679-689 (2015).
