Modulation der motorischen Funktion durch Stimulation des zentralen und peripheren Nervensystems

Ziele

Nichtinvasive Stimulation des zentralen und peripheren Nervensystems, einschließlich transkranielle Magnetstimulation (TMS), transkranielle Gleich- und Wechselstromstimulation (tDCS bzw. tACS) und kutane/periphere Nervenstimulation (C/PNS) allein oder gepaart mit TMS (gepaarte assoziative Stimulation, PAS), wurde zunehmend bei der Untersuchung der kortikalen Plastizität und als mögliche adjuvante Strategie in der Neurorehabilitation eingesetzt. Es wurde gezeigt, dass TMS, tDCS, tACS und C/PNS die motorische Funktion bei gesunden Probanden sowie bei Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie Schlaganfall modulieren können.

Ein grundlegendes Problem besteht darin, dass die optimalen Stimulationsparameter zur Modulation der motorischen Funktion durch all diese Techniken nicht bekannt sind. Der Zweck dieses Protokolls war es, innerhalb sicherer Richtlinien die Auswirkungen verschiedener Stimulationsparameter auf die motorische kortikale Funktion, auf die mit Magnetoenzephalographie (MEG) und Elektroenzephalographie (EEG) gemessene oszillatorische Gehirndynamik, auf Augenbewegungen und auf fMRI-Aktivierung zu untersuchen. Darüber hinaus wurde dieses Protokoll verwendet, um neue Stipendiaten, die zur NINDS Human Cortical Physiology Section (HCPS) kamen, in der Verwendung von TMS-, tDCS-, tACS- und C/PNS-Techniken zu schulen.

Wir erwarteten, dass die aus diesen Studien hervorgehenden Informationen es uns ermöglichen würden, 1) Versuchsprotokolle oder Stimulationsparameter zu optimieren, um Pilotdaten bei gesunden Freiwilligen für zukünftige patientenorientierte hypothesengesteuerte Protokolle zu sammeln, 2) Pilotdaten für die Leistungsanalyse für zukünftige Patienten zu sammeln. orientierte, hypothesengesteuerte Protokolle und 3) um neue Stipendiaten in der Anwendung dieser verschiedenen Methoden zu schulen.

Wie angewiesen, hatten wir die Rekrutierung im Rahmen dieses Protokolls eingestellt, als wir vom NIH IRB darüber informiert wurden, dass es sich um ein thematisches Protokoll handelt (6. August 2019). Die vier spezifischen Ziele dieses Protokolls sind:

1. Ziel 1. Identifizierung von Ruheverhalten und physiologischen Substraten für die Neuromodulation des motorischen Verhaltens
2. Ziel 2. Aufgabenabhängige verhaltensbezogene und physiologische Substrate für die Neuromodulation des motorischen Verhaltens zu identifizieren
3. Ziel 3. Verstehen der Variabilität, Strenge oder/und Reproduzierbarkeit von Hirnstimulationseffekten.

Gemäß den Anweisungen besteht der Zweck dieser Änderung darin, die Genehmigung zur Fortsetzung der Datenanalyse und -veröffentlichung zu beantragen. Unter diesem Protokoll werden keine neuen Experimente durchgeführt.

Studienpopulation

Bis zu 1500 gesunde Freiwillige ab 18 Jahren.

Design

Unter diesem Protokoll werden keine neuen Experimente durchgeführt. Zuvor erhielten gesunde Freiwillige eine oder mehrere der folgenden Stimulationsarten allein oder in Kombination: (1) Einzel- und Paarpuls-TMS mit Interstimulusintervallen von mehr als 1 s und bis zu 20 s und Intensitäten von bis zu 100 % Stimulatorausgang; (2) 1 Hz TMS für bis zu 30 Minuten und bis zu 115 % der Intensität der motorischen Ruheschwelle (RMT); (3) tDCS angewendet mit einer Intensität von bis zu 4 mA für eine Dauer von bis zu 60 Minuten, solange die Gesamtladung 7,2 C nicht überschreitet; (4) tACS, angewendet bei einer Spitze-zu-Spitze-Intensität von bis zu 4 mA für eine Dauer von bis zu 60 Minuten, solange die Gesamtladung 7,2 C nicht überschreitet; (5) C/PNS allein angewendet mit Intensitäten unter 130 % der peripher ausgelösten motorischen Schwelle für bis zu 2 Stunden oder Intensitäten bis zu 300 % der sensorischen Schwelle, wenn C/PNS mit TMS gepaart wird. Alle diese Stimulationsparameter und Verfahren wurden sicher verwendet, wie zuvor in der Literatur berichtet. Sham-Stimulationen wurden für jede Modalität nach wissenschaftlichem Bedarf abgegeben. Einige Sitzungen umfassten die Aufzeichnung des Verhaltens oder der Gehirnaktivität (wie Verhaltenstests, MRT und MEG), wenn die Ziele der Gehirnstimulation unbekannt waren. Diese Informationen wurden verwendet, um das Design von Hirnstimulationsprotokollen zu informieren.

Jede Versuchsperson konnte unter diesem Protokoll an bis zu einer Versuchssitzung pro Tag und an insgesamt bis zu 20 Sitzungen über einen Zeitraum von zwanzig Jahren teilnehmen. Eine einzelne Sitzung dauerte nicht länger als 8 Stunden. Angemessene Ruhepausen und Essenspausen traten während langer Sitzungen auf. CTDB wurde verwendet, um die Anzahl der Sitzungen pro Person zu verfolgen, um sicherzustellen, dass sie 20 Sitzungen nicht überschritten. Protokoll-AIs waren für die Eingabe der Themen/Sitzungen in CTDB verantwortlich.

Wir haben zuvor die Auswirkungen verschiedener Stimulationsformen auf die motorische kortikale Erregbarkeit, kognitive und motorische Verhaltensaufgaben und Gehirnzustandsmessungen getestet, die aus Neuroimaging-Daten (dh - MRI, fMRI, MEG und EEG) abgeleitet wurden. Die Stimulation wurde vor, nach oder während der physiologischen (d. h. motorisch evozierte Potentiale, M-Welle, F-Welle oder H-Reflexe), Neuroimaging oder Verhaltensmessungen.

Zielparameter

Es werden keine neuen Ergebnismaße vorgeschlagen. Änderungen der motorischen kortikalen Erregbarkeit wurden zuvor als Änderung der durchschnittlichen Spitze-zu-Spitze-Amplitude eines motorisch evozierten Potentials (MEP) gemessen, wie es mit EMG gemessen wurde. Neuroimaging-Messungen umfassten Änderungen der oszillierenden Gehirnaktivitätsleistung, gemessen mit EEG oder MEG, Änderungen der BOLD-fMRI-Aktivierung oder Änderungen der funktionellen Konnektivität (d. h. kovariierende Fluktuationen in BOLD oder spektraler Leistung über das Gehirn). Verhaltensergebnismessungen konzentrierten sich auf Leistungsänderungen als Funktion des Lernens oder als Funktion der angewandten Hirnstimulation.