MC e JR sono supportati dalla German Research Foundation (DFG RE 2740 / 3-1).

Dichiarazione etica: studi umani richiede il consenso informato scritto dei partecipanti prima dell&#39;ingresso nello studio. Ottenere l&#39;approvazione da parte del comitato etico competente prima di reclutamento dei partecipanti. Assicurarsi che gli studi sono in accordo con la Dichiarazione di Helsinki. I risultati rappresentativi qui riportati (Figura 4) si basano su uno studio condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki modificata dalla 59 a Assemblea Generale, Seoul, ottobre 2008 e approvato dal Comitato Etico locale dell&#39;Università di Friburgo. Tutti i soggetti hanno firmato un consenso informato prima di studio ingresso 6. 1. Screening di sicurezza <ol><li> Schermo partecipante per eventuali controindicazioni per la stimolazione cerebrale non invasiva 3, ad esempio., Utilizzando questionari 25. </li></ol> 2. Motore Cortex Localizzazione <ol><li> Individuare corteccia motoria mano del partecipante da uno dei due diapprocci Stinct, individuando la rappresentazione cerebrale del muscolo di interesse da parte di stimolazione magnetica transcranica (TMS) indotta MEP, o per localizzare la posizione M1 standard (C3 / C4) sulla base del sistema internazionale EEG 10/20 con un nastro di misurazione 26 . </li><li> Per la registrazione MEP TMS-indotta chiedere al partecipante di rimuovere qualsiasi oggetto che può essere influenzato dal campo magnetico TMS, tra cui carte di credito, telefoni cellulari e oggetti metallici in genere. </li><li> Chiedi ai partecipanti di sedersi comodamente. </li><li> Verificare le connessioni tra l&#39;amplificatore EMG e il computer utilizzato per la configurazione del segnale e di acquisizione quando si utilizza un&#39;interfaccia software. </li><li> Accendere l&#39;amplificatore EMG e collegare i cavi degli elettrodi EMG. </li><li> la pelle pulita del partecipante da dolcemente sfregamento con pasta di preparazione della cute nelle regioni della mano in cui verranno collocati gli elettrodi. Rimuovere l&#39;eccesso con tampone di garza pulita. </li><li> Fissare elettrodi di superficie EMG in un montaggio pancia-tendineo sul muscolo manointeresse (ad es., M. abduttore breve del pollice della mano destra) e collegare un elettrodo di massa (ad es., sull&#39;avambraccio). Lo scopo dello studio determina quale muscolo della mano da utilizzare. Nota: Per elettrodi riutilizzabili è necessario applicare una piccola quantità di pasta conduttiva sulla superficie dell&#39;elettrodo prima di collegarlo alla pelle del partecipante. </li><li> (Passaggio facoltativo) Avviare il software di registrazione per l&#39;acquisizione MEP se la memorizzazione dei dati MEP è desiderato. </li><li> Controllare i valori di impedenza EMG. Assicurarsi che l&#39;impedenza è &lt;20 kOhm. </li><li> Accendere lo stimolatore magnetico e caricare il condensatore premendo il relativo tasto &quot;carica&quot;. </li><li> Posizionare una bobina TMS cifra di otto sul cuoio capelluto partecipante sulla fessura interemisferica e spostarlo nella zona corteccia motoria (circa posizioni C3 / C4 del sistema internazionale EEG 10/20). Tenere la bobina TMS ad un angolo di 45 ° -50 o fa riferimento al fissu interemisfericore 27,28, con il manico orientato all&#39;indietro, producendo un flusso di corrente da corticale posteriore ad anteriore 29. Nota: due bobine TMS distinti sono utilizzati per la localizzazione corteccia motoria: la figura di otto o di bobine circolari. Se possibile, utilizzare una bobina cifra di otto in quanto fornisce la stimolazione cerebrale focale più 30 e una maggiore affidabilità delle misurazioni di eccitabilità corticale 31. </li><li> Quando lo stimolatore magnetico viene addebitato (visibile sul display), scaricare l&#39;stimolatore premendo il pulsante a scatto o per salire sulla pedale o automaticamente da un programma software. Questo successivamente fornire un singolo impulso TMS attraverso la bobina TMS collegato posto sopra cuoio capelluto del partecipante. Impostazioni predefinite di impulsi TMS (es., 100 ms tempo di salita del tempo di decadimento attuale e 800 ms indotto per stimoli monofase; tempi di decadimento più brevi per gli stimoli bifasico) sono specifici per il dispositivo (firmware). </li><li>Inizia con bassa intensità di stimolazione (ad es., Impostare l&#39;intensità di uscita del 45% con la manopola di controllo intensità di stimolazione sul stimolatore) e guardare per i deputati visibili dell&#39;amplificatore EMG. <ol><li> Se non è MEP aumento visibile l&#39;intensità di stimolazione a passi 2-5% fino a un deputato è ben presente (ad es., 0,5-1 mV di ampiezza). Ripetere la stimolazione premendo il pulsante a scatto o attivando l&#39;interruttore a pedale se la consegna polso non è automatizzato. Informare il partecipante che la stimolazione sarà leggermente più forte e che i movimenti degli arti, contrazione del viso e degli occhi-lampeggia sono attesi. Nota: Stabilire un intervallo minimo di 5 secondi tra gli impulsi al fine di evitare effetti di stimolazione a bassa frequenza sul eccitabilità del cervello. </li></ol></li><li> Spostare la bobina radialmente a 1 cm in tutto il sito inizialmente stimolato per trovare il punto con la più grande risposta eurodeputato a seguito dell&#39;applicazione di impulsi singoli TMS. Da lì, avviare di nuovo in movimento la bobina di garantireil &quot;hotspot&quot; (area corticale con ampiezza MEP massima). Nota: L&#39;uso di un tappo di testa (es., Utilizzato per segni della griglia) per la procedura di localizzazione è sconsigliato in quanto il tappo deve essere rimosso per il posizionamento degli elettrodi NEBS e la posizione hotspot può essere perso. </li><li> Ridurre l&#39;intensità di stimolazione in circa il 2% -steps tramite la manopola di controllo intensità di stimolazione sul stimolatore (MEP deve essere ancora presente). Ciò eviterà imprecisione dovuta alla stimolazione sovramassimale. Riconfermare l&#39;hotspot spostando la bobina radialmente a 1 cm in tutto il hotspot e controllo per le dimensioni MEP. L&#39;hotspot deve ancora corrispondere alla più grande e più coerente l&#39;ampiezza MEP. Nota: Chiedere al partecipante di contrarre volontariamente il muscolo di interesse se l&#39;hotspot è difficile da trovare (es., Nessun europarlamentare presenti ad intensità elevate di stimolazione). In questo modo, l&#39;intensità di stimolazione necessario per ottenere MEP viene diminuitoe può essere più facile per identificare i relativi siti di stimolazione corticale. Se si utilizza questo metodo, chiedere al partecipante di rilassare il muscolo dopo aver trovato un sito di stimolazione rilevante e regolare l&#39;intensità di stimolazione in modo che i deputati affidabili possono essere trovati quando il muscolo è a riposo. Procedere per trovare l&#39;hotspot. </li><li> Segnare la posizione di hotspot e l&#39;orientamento della bobina con l&#39;indicatore della pelle non permanente. </li><li> Per la stimolazione bilaterale M1, ripetere i passaggi 2,11-2,16 per l&#39;arto controlaterale. </li></ol> 3. NEBS elettrodi Preparazione <ol><li> Collegare i cavi agli elettrodi in gomma, e posizionare gli elettrodi all&#39;interno dei sacchetti di spugna. Verificare che le dimensioni degli elettrodi e la dimensione sponge bag corrispondono. I materiali sono disponibili in commercio in dimensioni standard (ad es., 5x5 cm 2, 5x7 cm 2). </li><li> Mettere a bagno i sacchetti di spugna su entrambi i lati con soluzione isotonica di NaCl, ma evitare di ammollo eccessiva per evitare ponti salini o gocciolamento sul volontariato. <ol><li> Questo passaggio è optionaL: Per evitare la dispersione della soluzione di NaCl quando si usano bende invece di elastici, posizionare gli elettrodi e le borse spugna all&#39;interno non conduttivi coperture spugna di gomma. Nota: In alternativa, coprire l&#39;elettrodo di gomma con pasta conduttiva e metterli direttamente sulla testa del partecipante, vale a dire, non usare sacchetti di spugna o coperture spugna di gomma. </li></ol></li></ol> 4. NEBS Posizionamento degli elettrodi (Figura 1) <ol><li> Trovare la testa di marcatura (s) che indica il punto di attivazione corticale del motore e separare i capelli intorno alla zona. </li><li> Per migliorare la conduttanza pulire la pelle prima di posizionamento degli elettrodi strofinando delicatamente l&#39;area pelle intorno le marcature di testa con un tampone imbevuto di 40-50% di alcool o pasta di preparazione della pelle. Non graffiare la pelle! Rimuovere l&#39;eccesso con un tampone e zona pulita di nuovo con soluzione isotonica di NaCl. Asciugare l&#39;area in seguito. Nota: Assicurarsi che la marcatura (s) rimangono visibili testa; osservare se necessario. </li&gt; <li> Posizionare un elettrodo a seguito della marcatura per la M1 di interesse (controlaterale alla mano di interesse) testa. Portare la spugna il più possibile a contatto diretto con la pelle. Posizionare il cavo dell&#39;elettrodo verso la schiena del partecipante al fine di evitare disturbi durante la stimolazione e / o esecuzione delle attività e per facilitare il collegamento al dispositivo NEBS. Nota: I capelli sotto l&#39;elettrodo dovrebbe ottenere umido. In caso di eccessiva umidificazione capelli, utilizzare carta o asciugamani per assorbire l&#39;eccesso. Nota: Per anodica tDCS, l&#39;elettrodo posto sul hotspot corticale del motore di interesse (aumento dell&#39;eccitabilità è desiderato) corrisponde l&#39;anodo, di solito collegato al cavo rosso. Il catodo (di solito collegato ad un cavo nero o blu) viene posto sulla zona sopraorbitale opposto o M1 (vedi sotto). Convenzionalmente, posizionamento dell&#39;elettrodo è uguale per Trns, anche se nel protocollo classica non c&#39;è specificità polarità causa del curren alternataflusso t. posizionamento specifico può essere importante se le impostazioni di stimolazione includono un offset stimolazione. </li><li> Per unilaterale posto stimolazione M1 il secondo elettrodo (per anodica tDCS: il catodo) sopra l&#39;area sovra-orbitale controlaterale (corrispondente all&#39;elettrodo Fp2 nel sistema internazionale EEG 10/20). Assicurarsi che il cavo sia orientato verso la parte posteriore del partecipante. </li><li> Per la stimolazione bilaterale M1 saltare il punto 4.4. Posizionare il secondo elettrodo (per anodica tDCS: il catodo) sul M1 opposta seguito la marcatura ipsilaterale all&#39;arto utilizzato nello studio testa. Assicurarsi che il cavo sia orientato verso la parte posteriore del partecipante. </li><li> Coprire la testa due volte con un bendaggio elastico circolarmente in senso medio-laterale per stabilizzare l&#39;elettrodo M1, quindi utilizzare il bendaggio rimanente per coprire la testa circolarmente in senso antero-posteriore per stabilizzare entrambi gli elettrodi. </li><li> Utilizzare un nastro adesivo per fissare la fine della Bandage. </li><li> Fissare i cavi con un nastro adesivo su collo o della camicia del partecipante. </li><li> Collegare i cavi degli elettrodi al dispositivo NEBS. </li></ol><img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig2.jpg" /> Figura 2. I materiali utilizzati per i protocolli NEBS. Materiali convenzionali utilizzati in protocolli di stimolazione elettrica cerebrale non invasive comprendono un dispositivo di NEBS, cavi degli elettrodi, elettrodi in gomma conduttiva, sacchetti di spugna perforata, la copertura in gomma spugna (optional), soluzione isotonica di NaCl e bende. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53367/53367fig2large.jpg" target="_blank">Si prega clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 5. stimolazione <ol><li> Accendere il dispositivo NEBS. </li><li> Regolare le impostazioni del dispositivo NEBS per quanto riguarda il tipo di stimolazione (tDCS o Trns), intensità (per es., 1 mA, 1,5 mA o 2 mA), la durata (ad es., 10-40 ma), rampa su e giù (il tempo tra l&#39;inizio della stimolazione e la massima intensità, tipicamente 8-15 sec), e altri fattori legati al tipo di stimolo (ad esempio, dello spettro di frequenza per Trns). Nota: Convenzionalmente, la stimolazione sham comprende dilagare immediatamente seguito da rampa verso il basso. Di conseguenza, il partecipante ha la sensazione di stimolazione, ma la durata della stimolazione non è sufficiente esercitare effetti durevoli sulla funzione cerebrale. Alcuni dispositivi NEBS includono una modalità di studio che permette di accecamento di partecipante e ricercatore inserendo un codice specifico argomento di studio. Il codice determina automaticamente le impostazioni di stimolazione. In alternativa, un secondo sperimentatore può configurare le impostazioni di stimolazione in ogni sessione e coprire il display da sperimentatore condurre la stimolazione. </li><li> Informare il partecipante su potenziali effetti collaterali associati con NEBS. effetti collaterali comuni includono la pelle prurito / formicolio o sensazione di bruciore unGe- gli elettrodi, mal di testa, e il disagio 32. Sensazione di bruciore può essere un segno di scarso contatto degli elettrodi con la pelle. </li><li> Avviare la stimolazione. Nota: la durata stimolazione comune una durata di circa 10-20 minuti in base a rapporti che analizzano i cambiamenti su eccitabilità corticale (vedi sezione rappresentativa risultati). Empiricamente, la durata massima stimolazione è stato fissato a 40 min 3. </li><li> Controllare la continuità della stimolazione durante il dilagare e di stimolo. Se l&#39;impedenza è troppo alta o elettrodi sono in cattivo contatto con la pelle, la stimolazione può terminare automaticamente. Nota: Nel caso in cui l&#39;impedenza è troppo alta o le relazioni dei partecipanti crescente disagio durante la stimolazione cercare di diminuire l&#39;impedenza da, ad esempio, una migliore fissarsi gli elettrodi presso i siti di stimolazione o l&#39;aggiunta di mezzo conduttivo. soluzione NaCl può essere aggiunto usando una siringa direttamente in spugne dopo il loro inserimento on testa. Nota: Per motivi di sicurezza alcuni dispositivi segnalano l&#39;impedenza durante la stimolazione. Il dispositivo può NEBS spegne se l&#39;impedenza raggiunge una determinata soglia (ad es., 55 kOhm). </li><li> Se NEBS è co-applicato con l&#39;esecuzione di un compito motorio, avviare il test / allenamento dopo la stimolazione viene accelerata e il partecipante è sentirsi a proprio agio con la stimolazione. Nel caso in cui lo studio non include un compito motorio durante la stimolazione, assicurarsi che il partecipante rimane seduto e sveglio durante il periodo di stimolazione, e attendere fino a quando la stimolazione è finita. </li><li> Verificare con il partecipante per gli effetti collaterali della stimolazione, ad es., Distribuendo un questionario standardizzato 32 o direttamente chiedendo il partecipante. In caso di studi, tra cui più giorni di stimolazione, prendere nota di eventuali effetti collaterali tra i giorni. Nota: Per la valutazione della efficacia accecante, chiedere al partecipante dopo ogni sessio stimolazionen indovinare quale tipo di stimolazione (sham / condizione) il partecipante ha subito. Se lo sperimentatore è anche cieco, lo sperimentatore potrebbe anche notare la sua ipotesi per quanto riguarda il tipo di stimolazione del partecipante. Confronto risposte con il tipo di stimolazione reale per verificare tasso di risposte corrette 33. </li><li> Disinfettare elettrodi e spugne con sostanze non pericolose, come il 40-50% di alcol. Sciacquare accuratamente in acqua in seguito. Lasciate materiali asciutto prima di riporlo. </li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questo protocollo descrive materiali tipici e fasi procedurali per la modulazione della funzione motoria mano e l&#39;abilità di apprendimento utilizzando NEBS, in particolare la stimolazione unilaterale e bilaterale M1 per anodica tDCS, e Trns unilaterali. Prima di scegliere un particolare protocollo NEBS per uno studio sistema motorio umano, ad esempio., Nel contesto di apprendimento motorio, aspetti metodologici (sicurezza, la tollerabilità, accecante) nonché gli aspetti concettuali (montaggio o di tipo c...

La stimolazione non invasiva elettrica del cervello (NEBS), la somministrazione di correnti elettriche al cervello attraverso il cranio intatto, può modificare la funzione e il comportamento del cervello 1 - 3. Per ottimizzare il potenziale terapeutico delle strategie NEBS La comprensione dei meccanismi sottostanti che portano ad effetti neurofisiologici e comportamentali è ancora necessario. Standardizzazione di applicazione in diversi laboratori e la piena trasparenza delle procedure di stimolazione fornisce la base per la comparabilità dei dati che supporta l&#39;interpretazione affidabile dei risultati e la valutazione dei meccanismi d&#39;azione proposti. Transcranial stimolazione corrente (tDCS) transcranica o alternata stimolazione corrente (TAC) differiscono dai parametri della corrente elettrica applicata: tDCS costituito da un flusso di corrente costante unidirezionale tra due elettrodi (anodo e catodo) 2 - 6 tACS mentre utilizza una corrente alternata applicata allafrequenza specifica 7. Stimolazione transcranica rumore casuale (Trns) è una forma speciale dei TAC che utilizza una corrente alternata applicata a frequenze casuali (ad es., 100-640 Hz) con conseguente rapidamente diverse intensità di stimolazione e la rimozione di polarità legate 4,6,7. La polarità è solo di rilevanza se l&#39;impostazione stimolazione comprende compensato una stimolazione, per esempio, spettro del rumore casuale che cambia intorno a un mA intensità +1 linea di base (di solito non utilizzato). Ai fini di questo articolo, ci concentreremo sul lavoro utilizzando tDCS e gli effetti Trns sul sistema motorio, seguendo da vicino una recente pubblicazione dal nostro laboratorio 6. I meccanismi alla base di azione di Trns sono ancora meno capito che di tDCS, ma probabilmente diversa da quest&#39;ultima. Teoricamente, nel quadro concettuale della risonanza stocastica Trns introduce rumore stimolazione indotta da un sistema neuronale che può fornire un beneficio di elaborazione del segnale alterando °e rapporto segnale-rumore 4,8,9. TRNS può prevalentemente amplificare i segnali deboli e potrebbe quindi ottimizzare l&#39;attività cerebrale compito specifico (endogena rumore 9). Anodal tDCS aumenta corticale eccitabilità indicato dalla alterazione della frequenza di scarica neuronale spontanea 10 o maggiore motore potenziali evocati (MEP) ampiezze 2 con gli effetti superando la durata stimolo per minuti a ore. aumenta lunga durata di efficacia sinaptica noto come potenziamento a lungo termine si ritiene contribuiscano all&#39;apprendimento e alla memoria. Infatti, anodica tDCS migliora l&#39;efficacia sinaptica del motore sinapsi corticali ripetutamente attivati ​​da un debole ingresso sinaptico 11. In accordo, l&#39;acquisizione di una migliore funzione motoria / abilità è spesso rivelata solo se la stimolazione è co-applicato con la formazione del motore 11 - 13, anche suggerendo sinaptica co-attivazione come prerequisito di questo processo di attività-dipendente. Tuttavia, la causalità tra gli aumenti in cnon è stato dimostrato eccitabilità ortical (aumento della frequenza di scarica o MEP ampiezza) da un lato e una migliore efficacia sinaptica (LTP o funzione del comportamento quali l&#39;apprendimento motore) dall&#39;altro. NEBS applicata alla corteccia motoria primaria (M1) ha attirato un crescente interesse come metodo sicuro ed efficace per modulare la funzione motoria umana 1. Effetti neurofisiologici e comportamentali risultato può dipendere dalla strategia di stimolazione (ad esempio, tDCS polarità o Trns), le dimensioni degli elettrodi e del montaggio 4 - 6,14,15. Oltre a fattori anatomici e fisiologici disciplinari inerenti il montaggio degli elettrodi influenza in modo significativo la distribuzione del campo elettrico e può portare a diversi modelli di attuale diffusione all&#39;interno della corteccia 16 - 18. Oltre all&#39;intensità della corrente applicata la dimensione degli elettrodi determina la densità di corrente erogata 3. montaggi elettrodo comunein motoria umana studi sistema includono (Figura 1): 1) anodica tDCS come la stimolazione unilaterale M1 con l&#39;anodo posizionato sulla M1 di interesse e il catodo posizionato sulla fronte controlaterale; l&#39;idea di base di questo approccio è upregulation dell&#39;eccitabilità nella M1 di interesse 6,13,19 - 22; 2) anodica tDCS come la stimolazione bilaterale M1 (anche denominato stimolazione &quot;bihemispheric&quot; o &quot;dual&quot;) con l&#39;anodo posizionato sulla M1 di interesse e il catodo posizionato sul controlaterale M1 5,6,14,23,24; l&#39;idea di base di questo approccio è di massimizzare i vantaggi di stimolazione da upregulation di eccitabilità nel M1 di interesse, mentre downregulating eccitabilità nel M1 opposto (vale a dire, la modulazione di inibizione interemisferica tra le due M1); 3) Per Trns, solo il unilaterale stimolazione montaggio M1 di cui sopra è stata investigated 4,6; con questo montaggio eccitabilità potenziando gli effetti di Trns sono stati trovati per lo spettro di frequenza di 100-640 Hz 4. La scelta della strategia di stimolazione cerebrale ed elettrodo montaggio rappresenta un passo fondamentale per un uso efficiente e affidabile di NEBS in ambito clinico o di ricerca. Qui queste tre procedure NEBS sono descritte in dettaglio come utilizzare in studi di sistema motore umane e aspetti metodologici e concettuali sono discussi. Materiali per tDCS unilaterali o bilaterali e Trns unilaterali sono gli stessi (Figura 2). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53367/53367fig1.jpg" /> Figura 1. montaggi elettrodi e direzione della corrente per le strategie NEBS distinti. (A) Per unilaterale anodica stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS), l&#39;anodo è centrata sulla corteccia motoria primaria di interesse e il catodo posizionato su tegli controlaterale zona sovra-orbitale. (B) Per la stimolazione corteccia motoria bilaterale, anodo e catodo sono situate ciascuna su una corteccia motoria. La posizione dell&#39;anodo determina la corteccia motoria di interesse per tDCS anodica. (C) Per la stimolazione rumore casuale transcranial unilaterale (Trns), un elettrodo si trova sulla corteccia motoria e l&#39;altro elettrodo sull&#39;area sovra-orbitale controlaterale. Il flusso di corrente tra gli elettrodi è indicato dalla freccia nera. Anodo (+, rosso), il catodo (-, blu), Corrente alternata (+/-, verde). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53367/53367fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

<table><tbody><tr><td>NEBS device (DC Stimulator plus)</td><td>Neuroconn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Electrode cables</td><td>Neuroconn</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Conductive-rubber electrodes</td><td>Neuroconn</td><td></td><td>5x5 cm</td></tr><tr><td>Perforated sponge bags</td><td>Neuroconn</td><td></td><td>5x5 cm</td></tr><tr><td>Non-conductive rubber sponge cover</td><td>Amrex-Zetron</td><td>FG-02-A103</td><td>Rubber pad 3&quot;*3&quot;</td></tr><tr><td>NaCl isotonic solution&amp;nbsp;</td><td>B. Braun Melsungen AG&amp;nbsp;</td><td>A1151</td><td>Ecoflac, 0,9%</td></tr><tr><td>Cotton crepe bandage</td><td>Paul Hartmann AG</td><td>931004</td><td>8x5m, textile elasticity</td></tr><tr><td>Adhesive tape (Leukofix)</td><td>BSN medical</td><td>02122-00</td><td>2,5cm*5m</td></tr><tr><td>Skin preparation paste</td><td>Weaver</td><td>10-30</td><td></td></tr><tr><td>Magnetic stimulator</td><td>Magstim</td><td>3010-00</td><td>Magstim 200</td></tr><tr><td>EMG conductive paste</td><td>GE Medical Systems</td><td>217083</td><td></td></tr><tr><td>EMG bipolar electrodes</td><td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EMG amplifier</td><td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cable for EMG signal transmission</td><td>e.g., Natus Medical Inc. Viking 4</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Data acquisition unit&amp;nbsp;</td><td>Cambridge Electronic Design (CED)</td><td>MK1401-3</td><td>AD converter</td></tr><tr><td>Computer for signal recording and offline analysis</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Signal 4.0.9</td><td>Cambridge Electronic Design (CED)</td><td></td><td>Software</td></tr><tr><td>non-permanent skin marker</td><td>Edding</td><td>8020</td><td>1 mm, blue</td></tr></tbody></table>

non-invasive electrical brain stimulation montages for modulation of human motor function

la stimolazione elettrica del cervello non invasiva (NEBS) viene utilizzato per modulare la funzione del cervello e il comportamento, sia per la ricerca e scopi clinici. In particolare, NEBS può essere applicato transcranially sia come stimolo corrente continua (tDCS) o alternata stimolazione corrente (TAC). Questi tipi di stimolazione esercitano tempo-, dose-e, nel caso di tDCS effetti specifici di polarità sulla funzione motoria e la capacità di apprendimento nei soggetti sani. Ultimamente, tDCS è stato utilizzato per aumentare la terapia delle disabilità motorie in pazienti con disturbi ictus o movimento. Questo articolo fornisce un protocollo di step-by-step per il targeting la corteccia motoria primaria con tDCS e la stimolazione transcranica rumore casuale (Trns), una specifica forma dei TAC utilizzando una corrente elettrica applicata in modo casuale all&#39;interno di una gamma di frequenza predefinita. La messa a punto di due diversi montaggi di stimolazione è spiegato. In entrambi i montaggi l&#39;elettrodo emettitore (l&#39;anodo per tDCS) è posto sulla corteccia motoria primaria di interesse. Perstimolazione corteccia motoria unilaterale l&#39;elettrodo ricezione viene posto sulla fronte controlaterale mentre per la stimolazione bilaterale corteccia motoria l&#39;elettrodo ricezione è posto sul fronte corteccia motoria primaria. I vantaggi e gli svantaggi di ogni montaggio per la modulazione di eccitabilità corticale e la funzione motoria compreso l&#39;apprendimento sono discussi, così come la sicurezza, la tollerabilità e gli aspetti accecanti.

Per studiare gli effetti del NEBS sul sistema motorio umano, è importante prendere in considerazione misure di esito del caso. Un vantaggio del sistema motorio è l&#39;accessibilità delle rappresentazioni corticali di strumenti elettrofisiologiche. Potenziali evocati motori sono spesso utilizzati come indicatore della corticale del motore eccitabilità. Dopo l&#39;applicazione di 9 o più minuti di anodica tDCS ad una densità di corrente di 29 ìA / cm 2, corticale motore ...

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Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

la stimolazione non invasiva elettrica cerebrale in grado di modulare la funzione e il comportamento corticale, sia per la ricerca e scopi clinici. Questo protocollo descrive diversi approcci stimolazione cerebrale per la modulazione del sistema motorio umano.

Non invasiva elettrico Brain Stimulation montaggi per la modulazione della funzione motoria umana

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

non-invasive-electrical-brain-stimulation-montages-for-modulation

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Behavior

13.0K Views.  Albert Ludwigs University Freiburg.  la stimolazione non invasiva elettrica cerebrale in grado di modulare la funzione e il comportamento corticale, sia per la ricerca e scopi clinici. Questo protocollo descrive diversi approcci stimolazione cerebrale per la modulazione del sistema motorio umano. 

Video: Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Corticospinal Excitability Modulation During Action Observation

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone else's action becomes anticipatory simulation of a complementary act. TMS was delivered to the left primary motor cortex corresponding to the hand to induce the highest level of MEP activity from the abductor digiti minimi (ADM; the muscle serving little finger abduction) as well as the first dorsal interosseus (FDI; the muscle serving index finger flexion/extension) muscles. A neuronavigation system was used to maintain the position of the TMS coil, and electromyographic (EMG) activity was recorded from the right ADM and FDI muscles. Producing original data with regard to motor resonance, the combined TMS/MEP technique has taken research on the perception-action coupling mechanism a step further. Specifically, it has answered the questions of how and when observing another person's actions produces motor facilitation in an onlooker's corresponding muscles and in what way corticospinal excitability is modulated in social contexts.

Single-pulse transcranial magnetic stimulation over the primary motor cortex, neuronavigation, and registration of electromyographic activity of hand muscles were used in this study to explore corticospinal excitability while participants were observing action sequences.

Modulazione di eccitabilità corticospinale durante l'osservazione dell'azione

This study used the transcranial magnetic stimulation/motor evoked potential (TMS/MEP) technique to pinpoint when the automatic tendency to mirror someone ...

Ricerca

Comportamento

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

Impostazione multifunzionale per lo studio di controllo del motore umano Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica, Elettromiografia, Motion Capture, e la realtà virtuale

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade. While the use of TMS has expanded to the study of many systems and processes during this time, the original application and perhaps one of the most common uses of TMS involves studying the physiology, plasticity and function of the human neuromuscular system. Single pulse TMS applied to the motor cortex excites pyramidal neurons transsynaptically 2 (Figure 1) and results in a measurable electromyographic response that can be used to study and evaluate the integrity and excitability of the corticospinal tract in humans 3. Additionally, recent advances in magnetic stimulation now allows for partitioning of cortical versus spinal excitability 4,5. For example, paired-pulse TMS can be used to assess intracortical facilitatory and inhibitory properties by combining a conditioning stimulus and a test stimulus at different interstimulus intervals 3,4,6-8. In this video article we will demonstrate the methodological and technical aspects of these techniques. Specifically, we will demonstrate single-pulse and paired-pulse TMS techniques as applied to the flexor carpi radialis (FCR) muscle as well as the erector spinae (ES) musculature. Our laboratory studies the FCR muscle as it is of interest to our research on the effects of wrist-hand cast immobilization on reduced muscle performance6,9, and we study the ES muscles due to these muscles clinical relevance as it relates to low back pain8. With this stated, we should note that TMS has been used to study many muscles of the hand, arm and legs, and should iterate that our demonstrations in the FCR and ES muscle groups are only selected examples of TMS being used to study the human neuromuscular system.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive tool to gain insight on the physiology and function of the human nervous system. Here, we present our TMS techniques to study cortical excitability of the upper limb and lumbar musculature.

Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica per studiare il sistema neuromuscolare umano

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

Medicina

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

Repetitive stimolazione magnetica transcranica neuronavigazione-guidata per Afasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Brain State-dependent Brain Stimulation with Real-time Electroencephalography-Triggered Transcranial Magnetic Stimulation

The effect of a stimulus to the brain depends not only on the parameters of the stimulus but also on the dynamics of brain activity at the time of the stimulation. The combination of electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS) in a real-time brain state-dependent stimulation system allows the study of relations of dynamics of brain activity, cortical excitability, and plasticity induction. Here, we demonstrate a newly developed method to synchronize the timing of brain stimulation with the phase of ongoing EEG oscillations using a real-time data analysis system. This real-time EEG-triggered TMS of the human motor cortex, when TMS is synchronized with the surface EEG negative peak of the sensorimotor &#181;-alpha (8-14 Hz) rhythm, has shown differential corticospinal excitability and plasticity effects. The utilization of this method suggests that real-time information about the instantaneous brain state can be used for efficacious plasticity induction. Additionally, this approach enables personalized EEG-synchronized brain stimulation which may lead to the development of more effective therapeutic brain stimulation protocols.

This paper describes real-time electroencephalography-triggered transcranial magnetic stimulation to study and modulate human brain networks.

Stimolazione cerebrale dipendente dallo stato del cervello con stimolazione magnetica transcranica in tempo reale

The effect of a stimulus to the brain depends not only on the parameters of the stimulus but also on the dynamics of brain activity at the time of the ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

L&#39;uso di Spettroscopia di Risonanza Magnetica come uno strumento per la misura della Bi-emisferici transcraniali elettrici effetti di stimolazione sul motore principale Cortex Metabolismo

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

Neuroscienze

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

Effetti della stimolazione transcranica con corrente alternata la corteccia motoria primaria di approccio combinato Online con stimolazione magnetica transcranica

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of daily activities due to lower and upper limb impairments. Intensive physical and occupational therapy are still considered main treatments, but new adjunct therapies to standard rehabilitation that may optimize functional outcomes are being studied.
Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that polarizes underlying brain regions through the application of weak direct currents through electrodes on the scalp, modulating cortical excitability. Increased interest in this technique can be attributed to its low cost, ease of use, and effects on human neural plasticity. Recent research has been performed to determine the clinical potential of tDCS in diverse conditions such as depression, Parkinson&#39;s disease, and motor rehabilitation after stroke. tDCS helps enhance brain plasticity and seems to be a promising technique in rehabilitation programs.
A number of robotic devices have been developed to assist in the rehabilitation of upper limb function after stroke. The rehabilitation of motor deficits is often a long process requiring multidisciplinary approaches for a patient to achieve maximum independence. These devices do not intend to replace manual rehabilitation therapy; instead, they were designed as an additional tool to rehabilitation programs, allowing immediate perception of results and tracking of improvements, thus helping patients to stay motivated.
Both tDSC and robot-assisted therapy are promising add-ons to stroke rehabilitation and target the modulation of brain plasticity, with several reports describing their use to be associated with conventional therapy and the improvement of therapeutic outcomes. However, more recently, some small clinical trials have been developed that describe the associated use of tDCS and robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

The combined use of transcranial direct current stimulation and robotic therapy as an add-on for conventional rehabilitation therapy may result in improved therapeutic outcomes due to modulation of brain plasticity. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

L'uso combinato di corrente stimolazione transcranica diretta e terapia robotica per l'arto superiore

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries unique challenges in children. Similarly, transcranial direct current stimulation (tDCS) can improve motor learning in adults but has only recently been applied to children. The use of tDCS and emerging techniques like high&#8211;definition tDCS (HD-tDCS) require special methodological considerations in the developing brain. Robotic TMS motor mapping may confer unique advantages for mapping, particularly in the developing brain. Here, we aim to provide a practical, standardized approach for two integrated methods capable of simultaneously exploring motor cortex modulation and motor maps in children. First, we describe a protocol for robotic TMS motor mapping. Individualized, MRI-navigated 12x12 grids centered on the motor cortex guide a robot to administer single-pulse TMS. Mean motor evoked potential (MEP) amplitudes per grid point are used to generate 3D motor maps of individual hand muscles with outcomes including map area, volume, and center of gravity. Tools to measure safety and tolerability of both methods are also included. Second, we describe the application of both tDCS and HD-tDCS to modulate the motor cortex and motor learning. An experimental training paradigm and sample results are described. These methods will advance the application of non-invasive brain stimulation in children.

We demonstrate protocols for the modulation (tDCS, HD-tDCS) and mapping (robotic TMS) of the motor cortex in children.

Modulazione non invasiva e mappatura robotica della Corteccia motoria nel cervello in via di sviluppo

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has provided important insights into fundamental processes of the brain like cognition, learning, and motor control. However, this approach cannot provide causal evidence for the involvement of brain areas of interest. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, noninvasive tool for studying the human brain that can overcome this limitation by transiently modifying brain activity. Here, we highlight recent advances using a paired-pulse, dual-site TMS method with two coils that causally probes cortico-cortical interactions in the human motor system during different task contexts. Additionally, we describe a dual-site TMS protocol based on cortical paired associative stimulation (cPAS) that transiently enhances synaptic efficiency in two interconnected brain areas by applying repeated pairs of cortical stimuli with two coils. These methods can provide a better understanding of the mechanisms underlying cognitive-motor function as well as a new perspective on manipulating specific neural pathways in a targeted fashion to modulate brain circuits and improve behavior. This approach may prove to be an effective tool to develop more sophisticated models of brain-behavior relations and improve diagnosis and treatment of many neurological and psychiatric disorders.

This article describes new approaches to measure and strengthen functionally specific neural pathways with transcranial magnetic stimulation. These advanced noninvasive brain stimulation methodologies can provide new opportunities for the understanding of brain-behavior relations and development of new therapies to treat brain disorders.

Misurazione e manipolazione dei percorsi neurali funzionalmente specifici nel sistema motorio umano con stimolazione magnetica transcranica

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...