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 JoVE Neuroscience

デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

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Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center

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Cite this Article: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

Halko, M. A., Eldaief, M. C., Horvath, J. C., Pascual-Leone, A. Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network. J. Vis. Exp. (46), e2271, doi:10.3791/2271 (2010).

Abstract: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

デフォルトモードのネットワークは、個々が外の世界に焦点を当て、脳がでているされていない場合にアクティブになっている脳領域のグループであり、"目が覚めている残り。"1,2,3これは、デフォルトモードのネットワークは、自己参照型に対応すると考えられているまたは"内部メンテーション"。2,3

それが人間で、デフォルトのモードのネットワーク内のアクティビティが特定の病態（例えばと相関する、という仮説が立てられている、超活性化は、統合失調症4,5,6とネットワークの7ながら、低刺激活性化が持つ自閉症スペクトラム障害にリンクされていますアルツハイマー病や他の神経変性疾患8）にリンクされて。このように、このネットワークの非侵襲的変調は、異常なネットワークの活性化にリンクされている神経精神病理の数の潜在的な治療介入を表すことができる。この変調を行うための一つの可能なツールは、経頭蓋磁気刺激です：一過性または不変にローカライズされた磁場パルスのアプリケーションを介して皮質の興奮性を（どちらかの増加や、それを小さくする）調節することができる非侵襲的neurostimulatoryと神経調節のテクニック9。

デフォルトモードのネットワークの傾向に向かって、変調の許容範囲を探るために、我々は機能的磁気共鳴画像（fMRI）で（左の下頭頂葉へ）TMSを組み合わせることになります。この記事を通じ、我々は、これら2つの神経科学のツールを正しく結合するために必要なプロトコルおよび考慮事項を検討する。

Protocol: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

1。準備

  1. 開始するには、被写体のベースラインの解剖学的スキャンを取得する。これは、実際の実験で数日前に行われる必要があります。
  2. 次に、あなたのフレームレス定位のソフトウェアパッケージにスキャンをロードする。
  3. 最後に、刺激の座標を使用してターゲット。このケースでは、我々は左の下頭頂小葉をターゲットにされます。

2。初回スキャン

  1. 実験日に、あなたの主題は、もう一度、MRIマシンで起動します。
  2. 解剖学的スキャンで始まります。
  3. 次に、3つの機能的な実験の実行を行う。固定ポイントは、ビジョンの被験者の中心的なフィールドに表示され、そして彼/彼女は単に受動的にそれを凝視することです：この実験では、タスクは非常に簡単です。

3。 TMSの準備

  1. rTMSの効果は一過性であるため、TMSとfMRIを組み合わせるときに、時間が非常に重要である。それはあなたが刺激中止後、できるだけ早くスキャナに主題を取り戻す必要不可欠です。このためには、隣接するまたはできるだけ近いスキャンベイに、できるだけ部屋に駐留ポータブルTMSデバイスを使うことになるでしょう。このケースでは、スキャナのドアの横に観測スイートのポータブルアップセットを使用している。
  2. 定位ソフトウェアパッケージにMRI被写体のプレターゲットベースラインをロードする。
  3. 最後に、リンクや定位脳手術装置とのあなたの刺激的なコイルのキャリブレーションを行うには - このケースでは、我々は、コイルの中心的役割を登録するには赤外線センサーのセットをそろえます。

4。 TMSパラメータの判別

  1. 被験者が到着すると、椅子で快適に彼/彼女を座っている。
  2. 次に、sterotaxy装置と、被写体の頭を校正する。両耳、鼻、および[後]：このケースでは、我々はいくつかの位置のアンカーを登録するには赤外線センサーを使用します。
  3. あなたの主題の安静時のモーターのしきい値を決定します。
  4. 我々は被験者の皮質を励起する場合、我々は110％モーターの閾値の刺激のパワーを20 HzにTMSマシンを設定します。我々は被験者の皮質を抑制したい場合、我々は110％モーターのしきい値で1 HzにTMSマシンを設定します。あなたが完全な研究の過程を通して両方のパラメータを探検したいと思うが、我々は、この記事では20 Hzの興奮rTMSのチェーンを見ていきます。
  5. 最後に、28第二休憩時間に2秒の列車の刺激のパターンを設定します。

5。 TMSの刺激

  1. 刺激前に、スキャナの以下のTMSに直接移動する被写体を準備。これは金属の除去が含まれており、被験者がトイレを使用している確実に。
  2. 頭皮への接線コイル保持、被験者の刺激部位を特定し、ターゲットとするように定位脳手術装置を使用してください。
  3. マシンのコイルの冷却システムの電源を入れます。
  4. 刺激を始める！このプロトコルのために、我々は45の合計刺激パルス列を実施します。 2秒28第二休憩と電車では、我々は23分の合計といった刺激の時間を持つことになります。

6。戻るスキャナへ

  1. 刺激が完了したら、それはできるだけ早くスキャナに主題を取り戻すことが重要です。可能な限りシームレスにこの移行を行うには、お使いのスキャナが準備して行く準備ができていることを確認してください。私たちのアドバイスは、身体のプラットフォームを高め、そして最小限にローカライザースキャンの回数と期間を削減することです。

7。最後のスキャン

  1. rTMSの効果は一時的なので、最終的なスキャンセッションでは、機能の実行を開始する必要があります。再び、我々は受動的な固定の3つ、6分の走行を行うでしょう。
  2. 実験的な実行が完了した後、解剖学的スキャンで終了。

8。代表的な結果

図1
図1：データは、左の下頭頂小葉から20 HzのrTMSの刺激は、地元の興奮性を促進するが、デフォルトのネットワーク内で機能的結合を減少させるために働くことを示唆している。

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Discussion: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

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Disclosures: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

利害の衝突は宣言されません。

Materials: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

Name Company Catalog Number Comments
MRI Equipped for fMRI (pictured in video is a Philips)
TMS Device Capable of Repetitive Stimulation (pictured in video is a Magstim)
Frameless Stereotaxy Equipment (pictured in video is Brainsight)
Ear Plugs
Chair for Subject during Stimulation
Back Projection Screen or MRI Compatible Goggles
Blank Stimuli Screen

References: デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

  1. Raichle, M.E., MacLeod, A.M., Snyder, A.Z., Powers, W.J., Gusnard, D.A., Shulman, G.L. A default mode of brain function. Proc. Nat. Acad. Sciences, 98(2), 676-682 (2001).
  2. Buckner, R.L., Andrews-Hanna, J.R., Schacter, D.L. The brain's default network: anatomy, function and relevance to disease. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1124,1-38 (2008).
  3. Raichle, M.E., Snyder, A.Z. A default mode of brain function: a brief history of an evolving idea. Neuroimage. 37(4) 1083-1090 (2007).
  4. Whitfield-Gabrieli, S., Thermenos, H.W., Milanovic, S., Tsuang, M.T., Faraone, S.V., McCarley, R.W., Shenton, M.E., Green, A.I., Nieto-Castanon, A., LaViolette, P., Wojcik, J., Gabrieli, J.D., Sidman, L.J. Hyperactivity and hyperconnectivity of the default network in schizophrenia and in first-degreerelatives of persons with schizophrenia. Proc. Nat. Acad. Sciences. 106(4) 1279-1284 (2009).
  5. Pomarol-Clotet, E., Salvardor, R., Sarro, S., Gomar, J., Vila, F., Martinez, A., Guerrrero, A., Ortiz-Gil, J., Sans-Sansa, B., Capdevila, A., Cebamanos, J.M., McKenna, P.J. Failure to deactivate the prefrontal cortex in schizophrenia: dysfunction of the default mode network? Psychol Med 38(8) 1185-1193 (2008).
  6. Garrity, A.G., Pearlson, G.D., McKiernan, K., Lloyd, D., Kiehl, K.A., & Calhoun, V.D. Aberrant "default mode" functional connectivity in schizophrenia. American Journal of Psychiatry, 164, 450-457 (2007).
  7. Kennedy, D.P., Redcay, E., Courchesne, E. Failing to deactivate: Resting functional abnormalities in autism. Proc. Nat. Acad. Sciences. 103(21) 8275-8280 (2007).
  8. c Buckner, R.L., Snyder, A.Z., Shannon, B.J., LaRossa, G., Sachs, R., Fotenos, A.F., Sheline, Y.I., Klunk, W.E., Mathis, C.A., Morris, J.C., Mintun, M.A. Molecular, structural, and functional characterizations of Alzheimer's disease: evidence for a relationship between default activity, amyloid, and memory. Journal of Neuroscience, 34:7709-7717 (2005).
  9. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E.M., Rothwell, J., & Puri, B. (Eds.) Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. London: Edward Arnold (2002).

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