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Publication
STIM4DEX: transcranial electrical stimulation for the rehabilitation of dexterity in neurological conditions
Advisor(s)
Abstract(s)
Fine motor control reflects neurological integrity, with handwriting requiring coordinated cortical activation, muscle recruitment, and sensorimotor feedback. Transcranial electrical stimulation (tES) is a non-invasive method capable of modulating cortical excitability and promoting neuroplasticity, with potential applications in motor rehabilitation. This study investigated the effects of tES over the primary motor cortex on cortical oscillations, muscle activity, and handwriting performance in ten healthy, right-handed adults aged 46 to 65 years. Each participant completed two experimental sessions, one with active stimulation and one with sham stimulation, applied in a randomised and spaced order. The experimental tasks comprised writing their own signature, tracing a three-turn spiral, and writing a sentence. Stimulation was administered offline, separately from task execution, at an intensity of 1 mA for 16 minutes, with the anode positioned over C3 and the cathode over Fp2. Cortical activity was recorded using electroencephalography, forearm muscle activation was quantified via electromyography, and handwriting kinematics were obtained using the SmartPen. Although no statistically significant differences were observed between active and sham stimulation, trends indicated increased cortical desynchronisation and smoother kinematic execution following anodal tES. The multimodal protocol effectively synchronised neural, muscular, and behavioural signals, supporting its use for integrated motor control analysis. These findings provide a foundation for future research and potential clinical interventions aimed at improving dexterity, including in individuals with Parkinson’s disease.
O controlo fino dos movimentos reflete a integridade neurológica, sendo que a escrita requer uma ativação cortical coordenada, recrutamento muscular e feedback sensório-motor. A estimulação elétrica transcraniana (tES) é um método não invasivo capaz de modular a excitabilidade cortical e promover neuroplasticidade, com potenciais aplicações na reabilitação motora. O presente estudo examinou os efeitos da tES sobre o córtex motor primário nas oscilações corticais, na atividade muscular e no desempenho da escrita em dez adultos saudáveis e destros, com idades entre 46 e 65 anos. Cada participante realizou duas sessões experimentais, uma com estimulação ativa e outra com estimulação placebo, aplicadas de forma aleatória e espaçadas no tempo. As tarefas experimentais consistiram na realização da própria assinatura, no traçado de uma espiral com três voltas e na escrita de uma frase. A estimulação foi administrada de forma offline, separadamente da execução das tarefas, com uma intensidade de 1 mA durante 16 minutos, posicionando-se o elétrodo ânodo sobre C3 e o cátodo sobre Fp2. A atividade cortical foi registada através do eletroencefalograma, a ativação muscular do antebraço foi quantificada por meio de eletromiografia, e as características cinemáticas da escrita foram obtidas com a SmartPen. Embora não tenham surgido diferenças estatisticamente significativas entre a estimulação ativa e placebo, observaram-se tendências de maior dessincronização cortical e execução cinemática mais suave após a tES anódica. O protocolo multimodal sincronizou eficazmente sinais neuronais, musculares e comportamentais, apoiando a sua utilização para análise integrada do controlo motor. Estes resultados fornecem uma base para estudos futuros e potenciais intervenções clínicas destinadas a melhorar a destreza, incluindo em pessoas com doença de Parkinson.
O controlo fino dos movimentos reflete a integridade neurológica, sendo que a escrita requer uma ativação cortical coordenada, recrutamento muscular e feedback sensório-motor. A estimulação elétrica transcraniana (tES) é um método não invasivo capaz de modular a excitabilidade cortical e promover neuroplasticidade, com potenciais aplicações na reabilitação motora. O presente estudo examinou os efeitos da tES sobre o córtex motor primário nas oscilações corticais, na atividade muscular e no desempenho da escrita em dez adultos saudáveis e destros, com idades entre 46 e 65 anos. Cada participante realizou duas sessões experimentais, uma com estimulação ativa e outra com estimulação placebo, aplicadas de forma aleatória e espaçadas no tempo. As tarefas experimentais consistiram na realização da própria assinatura, no traçado de uma espiral com três voltas e na escrita de uma frase. A estimulação foi administrada de forma offline, separadamente da execução das tarefas, com uma intensidade de 1 mA durante 16 minutos, posicionando-se o elétrodo ânodo sobre C3 e o cátodo sobre Fp2. A atividade cortical foi registada através do eletroencefalograma, a ativação muscular do antebraço foi quantificada por meio de eletromiografia, e as características cinemáticas da escrita foram obtidas com a SmartPen. Embora não tenham surgido diferenças estatisticamente significativas entre a estimulação ativa e placebo, observaram-se tendências de maior dessincronização cortical e execução cinemática mais suave após a tES anódica. O protocolo multimodal sincronizou eficazmente sinais neuronais, musculares e comportamentais, apoiando a sua utilização para análise integrada do controlo motor. Estes resultados fornecem uma base para estudos futuros e potenciais intervenções clínicas destinadas a melhorar a destreza, incluindo em pessoas com doença de Parkinson.
Description
Keywords
Fine motor control Transcranial direct current stimulation (tDCS) Electroencephalography (EEG) Electromyography (EMG) Handwriting Neurorehabilitation Controlo motor fino Estimulação transcraniana por corrente direta (tDCS) Eletroencefalografia (EEG) Eletromiografia (EMG) Escrita Neuroreabilitação