Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe and noninvasive tool for investigating the cortical excitability of the human brain and the neurophysiological functions of GABAergic, glutamatergic, and cholinergic neural circuits. Neurophysiological biomarkers based on TMS parameters can provide information on the pathophysiology of dementia, and be used to diagnose Alzheimer's disease and differentiate different types of dementia. This review introduces the basic principles of TMS, TMS devices and stimulating paradigms, several neurophysiological measurements, and the clinical implications of TMS for Alzheimer's disease.
Sleep disorders, increasingly prevalent in the general population, induce impairment in daytime functioning and other clinical problems. As changes in cortical excitability have been reported as potential pathophysiological mechanisms underlying sleep disorders, multiple studies have explored clinical effects of modulating cortical excitability through non-invasive brain stimulation in treating sleep disorders. In this study, we critically reviewed clinical studies using non-invasive brain stimulation, particularly transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS), for treatment of sleep disorders. Previous studies have reported inconsistent therapeutic effects of TMS and tDCS for various kinds of sleep disorders. Specifically, low-frequency repetitive TMS (rTMS) and cathodal tDCS, both of which exert an inhibitory effect on cortical excitability, have shown inconsistent therapeutic effects for insomnia. On the other hand, high-frequency rTMS and anodal tDCS, both of which facilitate cortical excitability, have improved the symptoms of hypersomnia. In studies of restless legs syndrome, high-frequency rTMS and anodal tDCS induced inconsistent therapeutic effects. Single TMS and rTMS have shown differential therapeutic effects for obstructive sleep apnea. These inconsistent findings indicate that the distinctive characteristics of each non-invasive brain stimulation method and specific pathophysiological mechanisms underlying particular sleep disorders should be considered in an integrated manner for treatment of various sleep disorders. Future studies are needed to provide optimized TMS and tDCS protocols for each sleep disorder, considering distinctive effects of non-invasive brain stimulation and pathophysiology of each sleep disorder.
Despite the fact that pharmacotherapy depressive disorders have proven efficacy, a substantial number of patients are resistant to conventional management. As neuroscientific research about pathophysiology of depression have accumulated, repeated transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) have emerged as an important mechanism-based treatment modality. This overview provides a review of therapeutic application of rTMS and tDCS in patients with depression. The clinical and basic studies of rTMS and tDCS in depression were reviewed and integrated using a literature review and interview with experts. rTMS is a noninvasive procedure of a localized pulsed magnetic field to the surface of the head to cause a depolarization of neurons in the brain cortex. tDCS has a mechanism of modulating cortical excitability in a polarity-specific manner without eliciting action potentials. rTMS and tDCS seem promising for treating depression. Although therapeutic parameters and further technical improvement remain to be systematically investigated, rTMS and tDCS would be a safe and effective intervention to treat depression.
Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive tool used to study aspects of human brain physiology, including motor function and the pathophysiology of various brain disorders. A brief electric current passed through a magnetic coil produces a high-intensity magnetic field, which can excite or inhibit the cerebral cortex. Although various brain regions can be evaluated by TMS, most studies have focused on the motor cortex where motor evoked potentials (MEPs) are produced. Single-pulse and paired-pulse TMS can be used to measure the excitability of the motor cortex via various parameters, while repetitive TMS induces cortical plasticity via long-term potentiation or long-term depression-like mechanisms. Therefore, TMS is useful in the evaluation of physiological mechanisms of various neurological diseases, including movement disorders and epilepsy. In addition, it has diagnostic utility in spinal cord diseases, amyotrophic lateral sclerosis and demyelinating diseases. The therapeutic effects of repetitive TMS on stroke, Parkinson disease and focal hand dystonia are limited since the duration and clinical benefits seem to be temporary. New TMS techniques, which may improve clinical utility, are being developed to enhance clinical utilities in various neurological diseases.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.27
no.5
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pp.482-485
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2016
In this work, a transcranial magnetic stimulation(TMS) experiment on animals is performed to stimulate the brain cortex of the mouse using modulated signals. The proposed TMS system is composed of the inverter, transformer, capacitor, variable inductor, and stimulation coil to generate 1.5 mT magnetic field in the brain cortex of the mouse. The stimulation signal is modulated to square wave where the carrier frequency is swept from 85 to 91 kHz to investigate the stimulation effect. The experimental result shows that when the carrier frequency of the stimulation signal is lower than 89 kHz, the reaction of the mouse does not change while the stimulation signal which has the carrier frequency higher than 89 kHz results in decreasing the threshold of the stimulus for the pressure.
Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, noninvasive and useful technique for exploring brain function. Especially, for the study of cognition, the technique can modulate a cognitive performance if the targeted area is engaged, because TMS has an effect on cortical network. The effect of TMS can vary depending on the frequency, intensity, and timing of stimulation. In this paper, we review the studies with TMS targeting various regions for evaluation of cognitive function. Cognitive functions, such as attention, working memory, semantic decision, discrimination and social cognition can be improved or deteriorated according to TMS stimulation protocols. Furthermore, potential therapeutic applications of TMS, including therapy in a variety of illness and research into cortical localization, are discussed.
Noninvasive stimulation of the nervous system for treating chronic neuropathic pain has received attention because of its tolerability and relative efficacy. Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a representative method of noninvasive brain stimulation. Evidence-based guidelines on therapeutic use of rTMS have been proposed recently for several neurological diseases. These guidelines recommend treating neuropathic pain by applying high-frequency (≥ 5 Hz) rTMS to the primary motor cortex contralateral to the painful side. This review summarizes the mechanisms and guidelines of rTMS for treating neuropathic pain, and proposes directions for future research.
This study examined the relationships between protein expression and Poly ADP ribose polymerase in brain cell death in brains damaged by thrombotic stroke and treated with the Full Wave- Cockroft Walton (FWCW) method of Transcranial Magnetic Stimulation (TMS). The two-way switching element for TMS drove a half-bridge inverter of the current resonance of direct current voltage (+) and direct current voltage (-), and the experiment was conducted by stimulating the mice with thrombotic stroke through a range of pulses. Thrombotic stroke was caused of ligation of the common carotid artery of male SD mice, and blood reperfusion was conducted five minutes later. Protein expression was examined in immune reaction cells, which reacted to an antibody to Poly ADP ribose polymerase in the cerebrum cells, and western blotting. Observations of the PARP changes after thrombotic stroke showed that the number of Poly ADP ribose polymerase reactions were significantly lower (p < 0.05) in the group treated with TMS of the FWCW than the group with thrombotic stroke 24 hours after its onset. The application of FWCW-TMS helped prevent the necrosis of nerve cells and might prevent the brain damage that occurs as a result of thrombotic stroke, and improve the function recovery and disorder of brain cells.
Several types of pain occur following spinal cord injury (SCI); however, neuropathic pain (NP) is one of the most intractable. Invasive and non-invasive brain stimulation techniques have been studied in clinical trials to treat chronic NP following SCI. The evidence for invasive stimulation including motor cortex and deep brain stimulation via the use of implanted electrodes to reduce SCI-related NP remains limited, due to the small scale of existing studies. The lower risk of complications associated with non-invasive stimulation, including transcranial direct current stimulation (tDCS) and repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), provide potentially attractive alternative central neuromodulation techniques. Compared to rTMS, tDCS is technically easier to apply, more affordable, available, and potentially feasible for home use. Accordingly, several new studies have investigated the efficacy of tDCS to treat NP after SCI. In this review, articles relating to the mechanisms, clinical efficacy and safety of tDCS on SCI-related NP were searched from inception to December 2019. Six clinical trials, including five randomized placebo-controlled trials and one prospective controlled trial, were included for evidence specific to the efficacy of tDCS for treating SCI-related NP. The mechanisms of action of tDCS are complex and not fully understood. Several factors including stimulation parameters and individual patient characteristics may affect the efficacy of tDCS intervention. Current evidence to support the efficacy of utilizing tDCS for relieving chronic NP after SCI remains limited. Further strong evidence is needed to confirm the efficacy of tDCS intervention for treating SCI-related NP.
A transcranial magnetic stimulation device is a complicated appliance that employs a switching power device designed for discharging and charging a capacitor to more than 1 kV. For a simple transcranial magnetic stimulation device, this study used commercial power and controlled the firing angle using a Triac power device. AC 220V 60 Hz, the power device was used directly on the tanscranial magnetic stimulation device. The power supply device does not require a current limiting resistance in the rectifying device, energy storage capacitor or discharge circuit. To control the output power of the tanscranial magnetic stimulation device, the pulse repetition rate was regulated at 60 Hz. The change trigger of the Triac gate could be varied from $45^{\circ}$ to $135^{\circ}$. The AVR 182 (Zero Cross Detector) Chip and AVR one chip microprocessor could control the gate signal of the Triac precisely. The stimulation frequency of 50 Hz could be implemented when the initial charging voltage Vi was 1,000 V. The amplitude, pulse duration, frequency stimulation, train duration and power consumption was 0.1-2.2T, $250{\sim}300{\mu}s$, 0.1-60 Hz, 1-100 Sec and < 1 kW, respectively. Based on the results of this study, TMS can be an effective method of treating dysfunction and improving function of brain cells in brain damage caused by ischemia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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