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Die Kombination TMS und fMRT dem Standard-Modus Netzwerk Untersuchen

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DOI:

10.3791/2271

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28. Dezember 2010

 ,  ,  , 
1Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center

In diesem Artikel

Zusammenfassung

In diesem Artikel untersuchen wir die Methodik und Erwägungen, die für die Kombination von TMS und fMRT, um die Auswirkungen der Stimulation des Gehirns über die Standard-Netzwerk zu untersuchen.

Zusammenfassung

Der Standard-Modus-Netzwerk ist eine Gruppe von Hirnregionen, die aktiv sind, wenn eine Person nicht auf die Außenwelt konzentriert und das Gehirn ist bei "wachen Ruhe." 1,2,3 Es wird vermutet, der Standard-Modus-Netzwerk entspricht selbstreferentiellen oder "interne Umsetzung". 2,3

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass bei Menschen, die Tätigkeit innerhalb der Standard-Modus-Netzwerk mit bestimmten Krankheiten (zB korreliert ist, hat hyper-Aktivierung von Schizophrenie 4,5,6 und Autismus 7 während hypo-Aktivierung des Netzwerks in Verbindung gebracht wurde worden, um Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen 8) verbunden. Als solche nicht-invasive Modulation dieses Netzwerk kann eine potentielle therapeutische Intervention für eine Reihe von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen im Zusammenhang mit abnormalen Netzwerk-Aktivierung. Ein mögliches Instrument, um diese Modulation Effekt ist Transkranielle Magnetstimulation: eine nicht-invasive neurostimulatory und neuromodulatorischen Technik, die vorübergehend oder dauerhaft modulieren kann kortikalen Erregbarkeit (entweder steigend oder fallend ist) über die Anwendung der lokalisierten Magnetfeldimpulsen 9.

Um den Standard-Modus Netzwerks Neigung zur Toleranz und der Modulation zu erforschen, werden wir die Kombination von TMS (links inferior Scheitellappen) mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI). Durch diesen Artikel werden wir untersuchen, das Protokoll und Überlegungen notwendig, um erfolgreich zu kombinieren diese beiden neurowissenschaftlichen Werkzeuge.

Protokoll

1. Vorbereitung

  1. Um zu beginnen, erhalten eine Grundlinie anatomischen Scan Ihres Motivs. Dies sollte einige Tage vor dem eigentlichen Experiment.
  2. Anschließend laden Sie die Scan in Ihr rahmenlose stereotaktische Software-Paket.
  3. Schließlich finden und die Ausrichtung Ihrer Stimulation koordiniert. In diesem Fall werden wir gezielt die linke unteren Parietallappen.

2. Die Initial Scan

  1. Am Tag des Experiments wird das Motiv noch einmal in das MRT-Gerät zu starten.
  2. Beginnen Sie mit einer anatomischen scannen.
  3. Als nächstes führen drei funktionelle Experimente ausführt. Für dieses Experiment ist die Aufgabe ganz einfach: Ein Fixationspunkt wird in das Thema der zentralen Sichtfeld vorgestellt, und er / sie ist, einfach auf sie passiv zu starren.

3. TMS Vorbereitung

  1. Da die Effekte der rTMS vergänglich sind, ist der Zeitfaktor bei der Kombination von TMS und fMRT. Es ist unerlässlich, erhalten Sie das Thema wieder in den Scanner so schnell wie möglich nach der Stimulation Aufhören. Aus diesem Grund sollten Sie auf ein tragbares Gerät TMS in einem Raum neben oder so nah wie möglich an die Scan-bay wie möglich stationiert verwenden. In diesem Fall sind wir mit einem tragbaren Set-up in einer Beobachtung Suite neben dem Scanner.
  2. Legen Sie Ihr Motiv ist vor gezielten Baseline-MRT in den stereotaktischen Software-Paket.
  3. Schließlich verbinden und kalibrieren Sie Ihren anregende Spule mit der Stereotaxie Geräte - in diesem Fall werden wir eine Reihe von Infrarotsensoren auszurichten Spule Zentralität registrieren.

4. Bestimmen TMS-Parameter

  1. Wenn das Motiv kommt, sitzen ihm / ihr bequem in einen Stuhl.
  2. Als nächstes kalibrieren Sie unterliegen den Kopf mit dem sterotaxy Ausrüstung. In diesem Fall verwenden wir Infrarot-Sensoren, um mehrere Positionierung Anker registrieren: beide Ohren, der Nase, und das Nasion.
  3. Bestimmen Sie Ihr Motiv ist Ruhe Motor Schwelle.
  4. Wenn wir auf das Thema des Kortex zu erregen wollen, werden wir die TMS-Maschine auf 20 Hz eingestellt mit einer Stimulation von 110% Motor Schwelle. Wenn wir auf das Thema der Hirnrinde zu hemmen wollen, werden wir die TMS-Maschine auf 1 Hz eingestellt bei 110% Motor Schwelle. Obwohl Sie werden beide Parameter im Verlauf einer umfassenden Studie zu erforschen, werden wir erst bei einer 20 Hz rTMS erregenden Kette aussehen in diesem Artikel.
  5. Schließlich die Einrichtung eines Stimulationsmusters von 2 Sekunden Züge mit 28 Sekunden Ruhezeiten.

5. TMS Stimulation

  1. Vor Stimulation, bereiten das Thema, um direkt in den Scanner folgenden TMS. Dies schließt das Entfernen von Metall und gewährleistet das Thema hat die Toilette benutzt.
  2. Halten Sie die Spule tangential an der Kopfhaut, nutzen Sie Ihre Stereotaxie Geräte zu lokalisieren und Ziel des Subjekts Stimulation Website.
  3. Schalten Sie die Maschine Spule Kühlsystem.
  4. Begin Stimulation! Aus diesem Protokoll führen wir 45 gesamt Stimulation Züge. In 2 Sekunden ein Zug mit 28 Sekunden bricht, haben wir insgesamt stim Zeit von 23 Minuten.

6. Zurück zu den Scanner

  1. Nach Stimulation abgeschlossen ist, ist es wichtig, das Thema wieder in den Scanner so schnell wie möglich. Um diesen Übergang so nahtlos wie möglich, damit Ihr Scanner wird vorbereitet und bereit zu gehen. Unser Rat ist, den Körper Plattform zu erhöhen, und verringern Sie die Anzahl und Dauer der Localizer Scans auf ein Minimum.

7. Endgültiges Scannen

  1. Da die Effekte der rTMS vorübergehend sind, sollte die endgültige Scan-Sitzung mit den funktionellen läuft beginnen. Wieder, führen wir drei, 6-Minuten-Läufe passive Fixierung.
  2. Nach der Versuchsreihen abgeschlossen sind, mit einer anatomischen Scan zu beenden.

8. Repräsentative Ergebnisse

Abbildung 1
Abbildung 1. Die Daten deuten darauf hin, dass 20 Hz rTMS Stimulation der linken unteren Parietallappen, obwohl Förderung lokaler Erregbarkeit, wirkt, um funktionelle Konnektivität innerhalb der Standard-Netzwerk zu verringern.

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Diskussion

Bei der Durchführung einer Offline-TMS / MRI-Experiment, wohl die wichtigste Überlegung betrifft den schnellen und mühelosen Übergang von der Website der Stimulation auf die MRI Bucht. Als solcher würde er sicher lohnend, einige der genannten Ideen vorgeschlagen, um in dieser Übergangsphase zu unterstützen. Erstens: Verwenden Sie ein tragbares TMS Maschine an einem Ort so nah an der MRI Bucht wie möglich einzustellen. Two: Abgrenzung von Stand-by oder entsprechender Mechanismus in den MRT-Geräte programmiert. Drei: s...

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Offenlegungen

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Materialien

  • MRT für fMRI (im Bild in Video ist ein Philips) ausgestattet
  • TMS Gerät in der Lage Repetitive Stimulation (im Bild in Video ist ein Magstim)
  • Rahmenlose Stereotaxie Ausstattung (im Bild in Video Brainsight)
  • Gehörschutzstöpsel
  • Lehrstuhl für Subject während der Stimulation
  • Rückprojektions-Screen-oder MRT-kompatibel Goggles
  • Blank Stimuli Bildschirm

Referenzen

  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. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).

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Schlagwörter

Funktionelle MagnetresonanztomographieResting State fMRTkortikale ErregbarkeitNeuronavigationinferiorer ParietallappenMotorische SchwelleKonnektivit t des GehirnsResting State Netzwerke

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