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

El objetivo general de este procedimiento es modificar la excitabilidad cortical mediante estimulación magnética transcraneal repetitiva y luego examinar estos efectos sobre la activación cerebral de la red predeterminada utilizando resonancia magnética funcional. Esto se logra primero obteniendo una exploración anatómica basal del sujeto que puede utilizarse para dirigir un sitio de estimulación cortical. El segundo paso del procedimiento consiste en adquirir varias series de RMf en estado de reposo antes de la estimulación.

El tercer paso del procedimiento consiste en aplicar la EMT al objetivo cortical seleccionado utilizando parámetros de estimulación elegidos por sus efectos moduladores. El paso final del procedimiento es adquirir nuevamente varias series de imágenes funcionales. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestren cambios inducidos por la EMT en la activación de la red predeterminada mediante el análisis de imágenes dependientes del nivel de oxígeno en sangre.

La principal ventaja de esta técnica frente a la IRMf sola es que, con la EMT, podemos modular una zona para observar la dinámica de la red. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia cognitiva. No solo puede elucidar mejor las interacciones dentro de una red en reposo determinada, como la red predeterminada, sino que también puede ayudarnos a comprender mejor las interacciones entre la red predeterminada y otras redes de estado de reposo.

Varios días antes de los experimentos reales de estimulación magnética transcraneal (TMS) y de imágenes funcionales, haga que su sujeto acuda al escáner para obtener un escaneo anatómico basal que se utilizará para la navegación neurológica durante el procedimiento de TMS. Comience haciendo que su sujeto complete.

Toda la documentación necesaria, incluyendo un formulario de consentimiento informado y cualquier otro documento del estudio. Incluya un formulario estándar de cribado para resonancia magnética y revíselo para asegurarse de que no existan contraindicaciones para la resonancia magnética, como stents o clips de aneurisma. Asimismo, aproveche esta oportunidad para realizar un cribado previo del sujeto para la estimulación magnética transcraneal (TMS) y explique los detalles del experimento.

A continuación, lleve al sujeto al escáner y colóquelo sobre la camilla del escáner. Debe adquirirse una secuencia ponderada en T1 en 3D SPGR MP rage o un escaneo similar con un campo de visión que incluya toda la cabeza, incluyendo las orejas, la nariz y el cuero cabelludo. Se recomienda un grosor de corte de aproximadamente un milímetro.

Cargue esta exploración en su paquete de software estereotáctico sin marco que se utilizará para la neuro-navegación durante el procedimiento de TMS y use este software para localizar y definir las coordenadas de estimulación. Para este experimento, se apuntará al lóbulo parietal inferior izquierdo que se observa aquí el día del experimento. Tenga en cuenta que los efectos neuromoduladores del RTMS son transitorios y que el tiempo es esencial al realizar experimentos combinados de TMS y FMRI.

Por lo tanto, deben seguirse los siguientes pasos para asegurar una transición oportuna entre las etapas experimentales. En primer lugar, coloque un dispositivo portátil de estimulación magnética transcraneal en una habitación adyacente o lo más cercana posible al área de escaneo. En este experimento, el sistema se instala en la sala de observación contigua al escáner.

Asegúrese, sin embargo, de que todo equipo no compatible con MRI permanezca fuera de la línea cinco en todo momento. En segundo lugar, verifique que la MRI anatómica previamente adquirida y predeterminada del sujeto esté cargada en el paquete de software estereotáctico y lista para usarse durante el procedimiento de TMS. Finalmente, conecte el equipo estereotáctico a la bobina estimuladora y calibre la bobina con el paquete de software elegido.

Aquí, un conjunto de sensores infrarrojos se alinean para registrar la centralidad de la bobina. Una vez que la configuración experimental esté completa, prepare al sujeto para la resonancia magnética, vuelva a verificar la seguridad para la resonancia magnética y pida al sujeto que retire todo objeto metálico y que asegure haber usado el baño. Lleve al sujeto a la sala del escáner y colóquelo cómodamente sobre la camilla del escáner, proporcionando soporte lumbar y cervical según sea necesario para garantizar su comodidad.

Durante las exploraciones, conecte la bobina de cabeza y utilice relleno de espuma alrededor de la cabeza del sujeto para reducir los artefactos por movimiento. Adquiera sus exploraciones de LOCALIZADOR y una exploración anatómica inicial. A continuación, realice tres series experimentales funcionales de seis minutos cada una.

Sugerimos los siguientes parámetros: imagen por eco de plano con un TR de 2,5 segundos, un tamaño de vóxel de tres milímetros y un campo de visión de cerebro completo. Durante cada adquisición, se presenta un punto de fijación en el campo visual central del sujeto, y se instruye al sujeto para que se relaje y lo observe pasivamente. Una tarea de fijación simple como esta es adecuada para examinar la activación de la red predeterminada.

Una vez finalizada la sesión inicial de escaneo funcional, ayude al sujeto a salir del escáner y hágale sentar cómodamente en una silla adyacente al equipo de TMS. Proporcione tapones para los oídos para la protección auditiva durante la estimulación.

A continuación, presente al sujeto la máquina de estimulación magnética transcraneal (TMS) y la bobina de estimulación. Descargue algunos pulsos cerca de la cabeza del sujeto para que este se familiarice con el ruido fuerte de clic y descargue un pulso sobre la mano para que pueda sentir la sensación de golpeteo que produce. Ahora está listo para calibrar la cabeza del sujeto con el equipo estereotáxico.

Primero coloque un rastreador infrarrojo en la cabeza del sujeto aquí. Los sensores infrarrojos se utilizan para registrar varios puntos anatómicos de referencia, incluidos ambos oídos, la nariz y el nasión. Estos puntos de referencia son registrados por el paquete de software estereotáctico para que la exploración anatómica adquirida previamente se coregistre con la cabeza del sujeto.

A continuación, determine el umbral motor en reposo de su sujeto. Para este protocolo, utilice pulsos únicos sobre la corteza motora primaria como se muestra aquí, mueva la bobina y ajuste la intensidad de la estimulación hasta encontrar la zona que provoque cuatro sacudidas musculares de ocho en la mano contralateral. Finalmente, configure la intensidad y los parámetros del equipo de estimulación magnética transcraneal a los que se utilizarán durante la estimulación.

Para este experimento, se utiliza una estimulación de 20 hercios al 110 % del umbral motor con un patrón de estimulación de trenes de dos segundos y periodos de descanso de 28 segundos, lo cual ha demostrado aumentar la excitabilidad cortical. En experimentos futuros, puede utilizarse una estimulación de un hercio para explorar efectos inhibitorios. Ahora estamos listos para comenzar la parte de estimulación magnética transcraneal (TMS) del experimento; por lo tanto, verifique nuevamente que el sujeto esté cómodo y preparado para regresar directamente al escáner.

Después de la sesión de TMS. Antes de la estimulación, sostenga la bobina tangencial al cuero cabelludo y utilice el equipo de estereotaxia y la pantalla del software para localizar y apuntar al sitio cortical de estimulación previamente determinado del sujeto; active el sistema de enfriamiento de la máquina. Sosteniendo ahora la bobina sobre el objetivo cortical, comience la estimulación.

Realizar 45 trenes de estimulación con los parámetros previamente definidos, a dos segundos por tren. Con pausas de 28 segundos, el tiempo total de estimulación debe ser de 23 minutos. Inmediatamente después de la EMT, asegúrese de que el sujeto regrese lo más rápido posible a la camilla del escáner y comience con la sesión final de imágenes funcionales para garantizar que los efectos transitorios de la EMT fuera de línea se evalúen. Reduzca al mínimo absoluto el número y la duración de las exploraciones de localización, de modo que las adquisiciones funcionales puedan iniciarse rápidamente. Utilice con rapidez los mismos parámetros de imagen que en las exploraciones iniciales: tres adquisiciones de seis minutos de fijación pasiva, empleando el mismo paradigma de fijación.

Una vez finalizada toda la adquisición funcional de imágenes, obtenga una exploración anatómica final de alta resolución con los mismos parámetros de imagen utilizados en las sesiones previas. Y finalmente, ayude al sujeto a salir del escáner. Asegúrese de transferir y archivar todos los datos de imagen y de agradecer al sujeto su participación.

Una vez que se hayan obtenido datos de al menos 15 sujetos, utilice el paquete de procesamiento de IRMF de su elección para el postprocesamiento de imágenes y el análisis posterior de múltiples sujetos. Aquí se muestran resultados representativos para una estimulación de 20 hercios al lóbulo parietal inferior izquierdo. Aunque la estimulación TMS de 20 hercios facilita la excitabilidad local según muestran los datos, disminuye la conectividad funcional dentro de la red predeterminada. Al intentar este procedimiento, es importante recordar trasladar al sujeto lo más rápidamente posible tras la estimulación al escáner, para que puedan visualizarse los efectos transitorios del RTMS.

También podemos modificar los parámetros de estimulación del TMS. Por ejemplo, podemos aumentar la intensidad del equipo de TMS para evaluar si el efecto sobre la red predeterminada es paramétrico. También podemos intentar utilizar la estimulación de ráfagas theta.

Finalmente, podemos observar los efectos de la EMT mediante diferentes tipos de diseños de IRM posteriores a la EMT, como diseños por bloques o diseños relacionados con eventos. Durante una tarea cognitiva.