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La combinación de Estimulación Magnética Transcraneal y fMRI para examinar la red en modo por defecto

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DOI:

10.3791/2271

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28 de diciembre de 2010

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

En este artículo

Resumen

En este artículo, analizamos la metodología y las consideraciones relacionadas con la combinación de la EMT y la resonancia magnética funcional para examinar los efectos de la estimulación cerebral en la red por defecto.

Resumen

La red de modo por defecto es un grupo de regiones del cerebro que se activan cuando un individuo no se centra en el mundo exterior y el cerebro está en "el resto de vigilia." 1,2,3 Se cree que el modo por defecto de la red corresponde a la auto-referencial o "ción interna". 2,3

Se ha hipotetizado que, en los seres humanos, la actividad de la red de modo por defecto está relacionado con determinadas patologías (por ejemplo, la hiper-activación se ha relacionado con la esquizofrenia 4,5,6 y trastornos del espectro autista 7, dentro del hipo-activación de la red ha ha relacionado con la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas 8). Como tal, la modulación no invasivo de esta red puede representar una potencial intervención terapéutica para un número de patologías neurológicas y psiquiátricas relacionadas con la activación anormal de la red. Una posible herramienta para llevar a cabo esta modulación es la Estimulación Magnética Transcraneal: una neurostimulatory no invasiva y la técnica neuromoduladores que transitoria o duradera modular la excitabilidad cortical (aumento o disminución de la misma) a través de la aplicación de pulsos localizados campo magnético 9.

Con el fin de explorar la propensión de la red de modo por defecto hacia la tolerancia y de la modulación, que será la combinación de TMS (en el lóbulo parietal inferior izquierda) con la resonancia magnética funcional (fMRI). A través de este artículo, vamos a examinar el protocolo y las consideraciones necesarias para combinar con éxito estas dos herramientas de la neurociencia.

Protocolo

1. Preparación

  1. Para comenzar, obtener una imagen anatómica de referencia del sujeto. Esto se debe hacer varios días antes del experimento real.
  2. A continuación, carga la exploración en su paquete de software sin marco estereotáxico.
  3. Por último, localizar y orientar sus coordenadas estimulación. En este caso, vamos a tener como objetivo el lóbulo parietal inferior izquierdo.

2. La exploración inicial

  1. En el día del experimento, el sujeto, una vez más, comience en la máquina de resonancia magnética.
  2. Comience con una exploración anatómica.
  3. A continuación, llevar a cabo tres carreras experimentación funcional. Para este experimento, la tarea es muy sencilla: un punto de fijación se presenta en el campo central del sujeto de la visión, y él / ella es simplemente mirar en forma pasiva.

3. Preparación TMS

  1. Debido a los efectos de la EMT son transitorios, el tiempo es esencial cuando la combinación de TMS y fMRI. Es imprescindible obtener el nuevo objeto en el escáner tan pronto como sea posible tras el cese la estimulación. Debido a esto, tendrá que utilizar un dispositivo de TMS portátil colocado en una habitación adyacente o lo más cerca posible a la exploración-bay como sea posible. En este caso, estamos usando un portátil de puesta a punto en una sala de observación junto al escáner.
  2. De carga del sujeto pre-dirigidos de referencia MRI en el paquete de software estereotáctica.
  3. Por último, vincule y calibrar su bobina de estimulación con el equipo de estereotaxia - en este caso, vamos a alinear un conjunto de sensores infrarrojos para registrar la centralidad de la bobina.

4. La determinación de los parámetros de TMS

  1. Cuando el sujeto llega, que se siente / ella cómodamente en una silla.
  2. A continuación, calibrar la cabeza del sujeto con el equipo sterotaxy. En este caso, vamos a utilizar sensores de infrarrojos para registrar varias anclas de posicionamiento: las dos orejas, la nariz, y el nasion.
  3. Determinar el umbral de su tema de motor en reposo.
  4. Si se quiere excitar la corteza del sujeto, vamos a configurar la máquina de TMS a 20 Hz con una potencia de estimulación motoras de 110%. Si queremos inhibir la corteza del sujeto, vamos a configurar la máquina TMS de 1 Hz a 110% del umbral motor. A pesar de que usted querrá explorar ambos parámetros en el transcurso de un estudio completo, sólo nos fijaremos en una cadena de 20 Hz rTMS excitatorios en este artículo.
  5. Por último, establecer un patrón de estimulación de dos trenes en segundo lugar con 28 segundos de descanso.

5. TMS estimulación

  1. Antes de la estimulación, preparar el tema para ir directamente en el TMS siguiente escáner. Esto incluye la eliminación de los metales y la garantía de que el sujeto ha usado el baño.
  2. La celebración de la bobina tangencial en el cuero cabelludo, utilizar el equipo de estereotaxia para localizar y objetivo del sitio el tema de la estimulación.
  3. Encienda el sistema de la máquina serpentín de refrigeración.
  4. Empezar la estimulación! Para este protocolo, que llevará a cabo 45 trenes de estimulación total. En dos segundos un tren con 28 segundos se rompe, vamos a tener un tiempo de estimulación total de 23 minutos.

6. Volver al escáner

  1. Una vez que la estimulación es completa, es importante para obtener el objeto en el escáner tan pronto como sea posible. Para hacer esta transición lo más fluida posible, asegurarse de que su escáner está preparado y listo para funcionar. Nuestro consejo es para elevar la plataforma del cuerpo, y reducir el número y la duración de las exploraciones localizador a su mínima expresión.

7. Final de exploración

  1. Debido a los efectos de la EMT son transitorios, la sesión de exploración final debe comenzar con las carreras funcionales. Una vez más, llevaremos a cabo tres, seis minutos de carreras de fijación pasiva.
  2. Después de las corridas experimentales se han completado, terminar con una exploración anatómica.

8. Resultados representante

Figura 1
Figura 1. Los datos sugieren que la estimulación 20 Hz rTMS con el lóbulo parietal inferior izquierdo, a pesar de facilitar la excitabilidad local, actúa para disminuir la conectividad funcional dentro de la red por defecto.

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Discusión

Cuando se realiza un TMS en línea / MRI experimento, sin duda el aspecto más importante consiste en la transición rápida y sin esfuerzo desde el sitio de la estimulación de la bahía de resonancia magnética. Por lo tanto, valdría la pena revisar algunas de las ideas mencionadas sugieren para ayudar en esta transición. En primer lugar: el uso de una máquina TMS portátil instalado en una ubicación tan cerca de la bahía de resonancia magnética como sea posible. Dos: evitar cualquier mecanismo automático de stand-by o equ...

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Divulgaciones

No hay conflictos de interés declarado.

Materiales

  • MRI Equipamiento para fMRI (en la foto en el vídeo es un Philips)
  • Dispositivo TMS Capaz de estimulación repetitiva (en la foto en el vídeo es un Magstim)
  • Equipo de Estereotaxia sin marco (en la foto en el video es Brainsight)
  • Tapones para los oídos
  • Presidente por tema durante la estimulación
  • Volver pantalla de proyección o una resonancia magnética gafas compatibles
  • Los estímulos de la pantalla en blanco

Referencias

  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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