Transkraniyal manyetik stimülasyon ile transkranyal alternatif akım stimülasyon Online kombine yaklaşım tarafından birincil Motor korteks üzerinde etkileri
Summary
Transkraniyal alternatif akım stimülasyon (şeker) kortikal uyarılabilirlik modülasyon bir frekans özgü biçimde sağlar. İşte “Motor uyarılmış potansiyeller ile kortikal uyarılabilirlik probe için” tek darbe Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ile online tACS birleştiren benzersiz bir yaklaşım göstermektedir.
Abstract
Transkraniyal alternatif akım stimülasyon (şeker) sinüsoidal elektrik dalga biçimleri belirli bir frekans ile hareket ve sırayla devam eden kortikal salınım hareketlilik modüle bir neuromodulatory tekniktir. Bu neurotool endojen salınım etkinlik ve davranış arasında nedensel bir bağlantı kurulmasını sağlar. TACS çalışmaların en online tACS etkilerini göstermiştir. Ancak, küçük tarihinde elektroansefalografi (EEG) sinyalleri AC kaynaklı eserler nedeniyle bu teknik temel eylem mekanizmaları hakkında bilinir. İşte kortikal uyarılabilirlik değişiklikleri soruşturma için tek darbe Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kullanarak tACS birincil motor korteks (M1) online fizyolojik frekans özel etkilerini araştırmak için benzersiz bir yaklaşım göstermektedir. Motor uyarılmış potansiyeller (milletvekilleri) devam eden M1-tACS etkilerini test etmek için toplanan iken bizim kurulum, TMS bobin üzerinde tACS elektrot yerleştirilir. Şimdiye kadar bu yaklaşım görsel ve motor sistemleri eğitim için esas olarak kullanılmıştır. Ancak, geçerli tACS-TMS kurulumu bilişsel fonksiyonların gelecekteki araştırmalar için önünü. Bu nedenle, biz bir adım adım kılavuz ve video yönergeleri için yordamını sağlar.
Introduction
Transkraniyal elektriksel stimülasyon (tES) nöronal durumları farklı geçerli dalga biçimleri1arasında değişimini sağlayan bir neuromodulatory tekniktir. TES farklı türleri arasında belirli frekans aralığında sinüsoidal dış salınım potansiyelleri teslimini ve fizyolojik sinirsel aktivite algısal temel modülasyon Transkraniyal alternatif akım stimülasyon (şeker) sağlar, motor ve Bilişsel süreçler2. TACS kullanarak, endojen salınım etkinlik ve beyin süreçleri arasındaki olası nedensel bağlantılar araştırmak mümkündür.
Vivo, nöronal ateş elektriksel olarak uygulanan alanlar3tarafından entrained olduğunu düşündüren farklı sürüş frekanslarda sinirsel aktivite spiking eşitlenir gösterilmiştir. Hayvan modellerinde, zayıf sinüsoidal tACS yaygın kortikal nöronal havuzu4taburcu sıklığını entrains. İnsanlarda, online elektroansefalografi (EEG) ile kombine tACS beyin salınım frekansı özgü şekilde5ile etkileşerek endojen salınım etkinlik sözde “Sürüklenme” etkisi indüksiyon sağlar. Ancak, online mekanizmaları daha iyi anlamak için beyin görüntüleme yöntemleri ile tACS birleştirerek AC kaynaklı eserler6nedeniyle hala tartışmalıdır. Buna ek olarak, doğrudan bir şüpheli çözüm7olan bir yüzük benzeri elektrot kullanmadan EEG sinyal uyarılmış hedef alan üzerinde kaydetmek mümkün değildir. Böylece, bu konuyla ilgili sistematik çalışmalar eksikliği vardır.
Şimdiye kadar stimülasyon bırakma sonra tACS kalıcı etkileri konusunda açık hiçbir kanıt yoktur. Sadece bir kaç çalışmalar tACS zayıf ve belirsiz sonrası etkileri üzerinde motor sistemi8göstermiştir. Ayrıca, EEG kanıt hala değil tACS9sonrası etkileri hakkında anlaşılmaktadır. Öte yandan, en şeker çalışmaları tanınmış online etkileri10,11,12,13,14,15,16 gösterdi , 17 , fizyolojik bir düzeyde teknik kısıtlamaları nedeniyle ölçmek zor olan 18. Böylece, bizim yöntem genel amacı tek darbe Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) sunarak online ve frekans bağımlı etkilerini tACS motor korteks (M1) test etmek için alternatif bir yaklaşım sağlamaktır. TMS araştırmacılar “insan motor korteks19fizyolojik durumunu araştırmak” sağlar. Ayrıca, konunun kontralateral yandan Motor uyarılmış potansiyeller (MEP) kaydederek, devam eden tACS11etkileri araştırabilirsiniz. Bu yaklaşım bize doğru değişiklikleri izlemek corticospinal uyarılabilirlik artifakı ücretsiz bir şekilde farklı frekanslarda teslim online elektriksel stimülasyon sırasında MEP genlik ölçerek sağlar. Buna ek olarak, bu yaklaşım aynı zamanda online tES diğer herhangi bir dalga etkileri test edebilirsiniz.
Kombine tACS-TMS efektleri göstermek için biz Protokolü birincil motor korteks (M1) 20 Hz AC stimülasyon uygulayarak 5 3 rasgele aralıklarla tarafından serpiştirilmiş olan TMS teslim online neuronavigated tek darbe sırasında gösterecektir M1 test etmek için s kortikal uyarılabilirlik.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yaklaşım doğrudan kayıt milletvekilleri aracılığıyla corticospinal çıkış ölçerek tACS birincil motor korteksin online etkilerini test etmek için eşsiz bir fırsat temsil eder. Ancak, TMS bobin üzerinde tACS elektrot yerleştirme doğru bir şekilde gerçekleştirilmesi gereken önemli bir adım temsil eder. Bu nedenle, öncelikle Denemecileri bir hedef noktası tek tarafından TMS, nabız sonra kafa derisi üzerinde işaretlemek ve, bundan sonra sadece tACS elektrot hotspot üzerinde yer öneririz. Ay…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmada Rus bilim Vakfı tarafından desteklenen hibe (sözleşme numarası: 17-11-01273). Andrey Afanasov ve televizyon tekniği (Ulusal Araştırma Üniversitesi, daha yüksek School of Economics, Moscow, Rusya Federasyonu) için çok fonksiyonlu yenilik Merkezi meslektaşlarından video kayıt ve video düzenleme için özel teşekkürler.
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).
