Article

Comparison of repeated transcranial stimulation and transcranial direct-current stimulation on primary motor cortex excitability and inhibition: A pilot study

Comparaison entre les effets de la stimulation magnétique transcrânienne répétée et la stimulation transcrânienne à courant continu sur l’excitabilité du cortex moteur primaire : une étude pilote

¹ EuroMov, Univ. Montpellier, 700 Avenue du Pic St Loup, Montpellier 34090, France
² Clinique du Souffle les Clarines, Riom-Es-Montagne 15400, France
³ Department MPR, CHU Nîmes, Grau du Roi 30240, France
⁴ School of Psychology, Deakin University, Melbourne 3125, Australia
⁵ Silverline Research Services, Brisbane 4127, Australia

^* Corresponding author: vincent.cabibel@umontpellier.fr

Accepted: 11 December 2017

Abstract

Repeated transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a well-known clinical neuromodulation technique, but transcranial direct-current stimulation (tDCS) is rapidly growing interest for neurorehabilitation applications. Both methods (contralesional hemisphere inhibitory low-frequency: LF-rTMS or lesional hemisphere excitatory anodal: a-tDCS) have been employed to modify the interhemispheric imbalance following stroke. The aim of this pilot study was to compare aHD-tDCS (anodal high-definition tDCS) of the left M1 (2 mA, 20 min) and LF-rTMS of the right M1 (1 Hz, 20 min) to enhance excitability and reduce inhibition of the left primary motor cortex (M1) in five healthy subjects. Single-pulse TMS was used to elicit resting and active (low level muscle contraction, 5% of maximal electromyographic signal) motor-evoked potentials (MEPs) and cortical silent periods (CSPs) from the right and left extensor carpi radialis muscles at Baseline, immediately and 20 min (Post-Stim-20) after the end of each stimulation protocol. LF-rTMS or aHD-tDCS significantly increased right M1 resting and active MEP amplitude at Post-Stim-20 without any CSP modulation and with no difference between methods. In conclusion, this pilot study reported unexpected M1 excitability changes, which most likely stems from variability, which is a major concern in the field to consider.

Résumé

En neuro-réhabilitation, la stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) est reconnue alors que la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) tend à fortement se développer. Chacune des méthodes (inhibition controlatérale via rTMS basse fréquence, LF-rTMS, ou renforcement de l’hémisphère lésé via tDCS anodale, a-tDCS) est utilisée pour rétablir le déséquilibre interhémisphérique suite à un accident vasculaire cérébral. Le but de cette étude pilote était de comparer les effets induits par aHD-tDCS (tDCS anodale haute-définition, 20 min, 2 mA) du cortex moteur primaire (M1) gauche et LF-rTMS (20 min, 1 Hz) de M1 droit pour augmenter l’excitabilité et diminuer l’activité inhibitrice de M1 gauche chez cinq sujets sains adultes. Les potentiels moteurs évoqués (MEP) par TMS au repos et lors de faibles contractions (actif, 5 % de l’activité électromyographique maximale) associés aux périodes de silences (CSP) étaient recueillis au niveau des muscles extenseurs radial du carpe droit et gauche avant (Baseline), immédiatement après et 20 min après (Post-Stim-20) chaque méthode. Aucune variation des CSP n’a été observée pour les deux méthodes mais l’amplitude des MEP de repos et actif de M1 droit était significativement plus importante à Post-Stim-20. Cette étude pilote rapporte des modulations d’excitabilité majoritairement attribuables à la variabilité des réponses interindividuelles.