Modulazione della funzione motoria mediante stimolazione del sistema nervoso centrale e periferico

Obiettivi

Stimolazione non invasiva del sistema nervoso centrale e periferico, compresa la stimolazione magnetica transcranica (TMS), la stimolazione transcranica a corrente diretta e alternata (tDCS e tACS, rispettivamente) e la stimolazione del nervo cutaneo/periferico (C/PNS) da sola o in coppia con la TMS (coppia associativa stimolazione, PAS), è stato sempre più utilizzato nello studio della plasticità corticale e come possibile strategia adiuvante nella neuroriabilitazione. È stato dimostrato che TMS, tDCS, tACS e C/PNS possono modulare la funzione motoria in volontari sani, così come in pazienti con disturbi neurologici come l'ictus.

Un problema fondamentale è che i parametri ottimali di stimolazione per modulare la funzione motoria mediante tutte queste tecniche non sono noti. Lo scopo di questo protocollo è stato quello di esplorare all'interno di linee guida sicure, gli effetti di diversi parametri di stimolazione sulla funzione corticale motoria, sulla dinamica cerebrale oscillatoria misurata con magnetoencefalografia (MEG) ed elettroencefalografia (EEG), sui movimenti oculari e sull'attivazione fMRI. Inoltre, questo protocollo è stato utilizzato per formare i nuovi borsisti giunti alla Sezione di Fisiologia Corticale Umana (HCPS) del NINDS nell'uso delle tecniche TMS, tDCS, tACS e C/PNS.

Ci aspettavamo che le informazioni emerse da questi studi ci avrebbero permesso di 1) ottimizzare i protocolli sperimentali o i parametri di stimolazione per raccogliere dati pilota in volontari sani per futuri protocolli basati su ipotesi orientati al paziente, 2) raccogliere dati pilota per l'analisi della potenza per futuri pazienti- protocolli guidati da ipotesi orientate e 3) addestrare nuovi borsisti all'uso di questi diversi metodi.

Come da istruzioni, avevamo interrotto il reclutamento in base a questo protocollo nel momento in cui siamo stati informati dall'IRB NIH che avevano stabilito che si trattava di un protocollo tematico (6 agosto 2019). I quattro obiettivi specifici affrontati da questo protocollo sono:

1. Obiettivo 1. Identificare substrati comportamentali e fisiologici a riposo per la neuromodulazione del comportamento motorio
2. Obiettivo 2. Identificare substrati comportamentali e fisiologici task-dipendenti per la neuromodulazione del comportamento motorio
3. Obiettivo 3. Comprendere la variabilità, il rigore e/o la riproducibilità degli effetti della stimolazione cerebrale.

Come indicato, lo scopo di questo emendamento è quello di richiedere l'autorizzazione a procedere con l'analisi e la pubblicazione dei dati. Nessun nuovo esperimento sarà effettuato nell'ambito di questo protocollo.

Popolazione di studio

Fino a 1500 volontari sani, dai 18 anni in su.

Design

Nessun nuovo esperimento sarà effettuato nell'ambito di questo protocollo. In precedenza, i volontari sani ricevevano uno o più dei seguenti tipi di stimolazione da soli o in combinazione: (1) TMS a impulsi singoli e accoppiati con intervalli interstimolo superiori a 1 secondo e fino a 20 secondi e intensità fino al 100% di uscita stimolatore; (2) 1 Hz TMS per un massimo di 30 minuti e fino al 115% dell'intensità della soglia motoria a riposo (RMT); (3) tDCS applicato a un'intensità fino a 4 mA per una durata fino a 60 minuti, a condizione che la carica totale non superi i 7,2 C; (4) tACS applicato a un'intensità da picco a picco fino a 4 mA per una durata fino a 60 minuti, purché la carica totale non superi i 7,2 C; (5) C/PNS applicato da solo con intensità inferiori al 130% della soglia motoria stimolata perifericamente per un massimo di 2 ore o intensità fino al 300% della soglia sensoriale quando C/PNS è associato a TMS. Tutti questi parametri di stimolazione e procedure sono stati utilizzati in modo sicuro come precedentemente riportato in letteratura. Le stimolazioni fittizie sono state fornite per ciascuna modalità come scientificamente necessario. Alcune sessioni includevano la registrazione del comportamento o dell'attività cerebrale (come test comportamentali, risonanza magnetica e MEG) se gli obiettivi di stimolazione cerebrale erano sconosciuti. Queste informazioni sono state utilizzate per informare la progettazione dei protocolli di stimolazione cerebrale.

Ogni soggetto è stato in grado di partecipare a un massimo di una sessione sperimentale al giorno e fino a 20 sessioni totali per un periodo di vent'anni in base a questo protocollo. Una singola sessione è durata non più di 8 ore. Appropriate pause di riposo e pause pranzo si sono verificate durante lunghe sessioni. CTDB è stato utilizzato per tenere traccia del numero di sessioni per soggetto per garantire che non superassero le 20 sessioni. Gli IA del protocollo erano responsabili dell'inserimento dei soggetti/sessioni nel CTDB.

In precedenza abbiamo testato gli effetti di diverse forme di stimolazione sull'eccitabilità corticale motoria, sui compiti comportamentali cognitivi e motori e sulle misure dello stato cerebrale derivate dai dati di neuroimaging (ad es. - MRI, fMRI, MEG ed EEG). La stimolazione è stata applicata prima, dopo o durante la fisiologia (ad es. potenziali evocati motori, onde M, onde F o riflessi H), misure di neuroimaging o comportamentali.

Misure di risultato

Non vengono proposte nuove misure di outcome. I cambiamenti nell'eccitabilità corticale motoria sono stati precedentemente misurati come il cambiamento nell'ampiezza media da picco a picco di un potenziale evocato motorio (MEP) misurato con EMG. Le misure di neuroimaging includevano cambiamenti nella potenza dell'attività cerebrale oscillatoria misurata con EEG o MEG, cambiamenti nell'attivazione BOLD fMRI o cambiamenti nella connettività funzionale (es. fluttuazioni covarianti in BOLD o potenza spettrale attraverso il cervello). Le misure dei risultati comportamentali si sono concentrate sui cambiamenti nelle prestazioni in funzione dell'apprendimento o in funzione della stimolazione cerebrale applicata.