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Alliant la stimulation magnétique transcrânienne et l'IRMf pour examiner le réseau en mode par défaut

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DOI :

10.3791/2271

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28 décembre 2010

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

Dans cet article

Résumé

Dans cet article, nous examinons la méthodologie et les considérations pertinentes à la combinaison de TMS et de l'IRMf pour étudier les effets de la stimulation cérébrale sur le réseau par défaut.

Résumé

Le réseau en mode par défaut est un groupe de régions du cerveau qui sont actives quand un individu n'est pas axée sur le monde extérieur et le cerveau est au «repos éveillé." 1,2,3 On pense au réseau en mode par défaut correspond à l'auto-référentielle ou «mise en œuvre interne» 2,3.

Il a émis l'hypothèse que, chez l'homme, l'activité au sein du réseau en mode par défaut est corrélée avec certaines pathologies (par exemple, l'hyper-activation a été liée à la schizophrénie 4,5,6 et troubles du spectre autistique 7 alors que l'hypo-activation du réseau a été liée à la maladie d'Alzheimer et autres maladies neurodégénératives 8). En tant que tel, la modulation non invasif de ce réseau peut représenter une intervention thérapeutique potentielle pour un certain nombre de pathologies neurologiques et psychiatriques liés à l'activation du réseau anormale. Un outil possible pour réaliser cette modulation est la stimulation magnétique transcrânienne: une neurostimulation non invasives et technique de neuromodulation qui peut transitoirement ou durablement moduler l'excitabilité corticale (soit en augmentant ou en la diminuant) via l'application d'impulsions de champ magnétique localisé 9.

Afin d'explorer la propension du réseau en mode par défaut et la tolérance envers la modulation, nous allons combiner TMS (au lobe pariétal inférieur gauche) avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). A travers cet article, nous allons examiner le protocole et les considérations nécessaires pour réussir à combiner ces deux outils neuroscientifiques.

Protocole

1. Préparation

  1. Pour commencer, obtenir un balayage anatomiques de base de votre sujet. Cela devrait être fait quelques jours avant l'expérience réelle.
  2. Ensuite, chargez le scan dans votre forfait stéréotaxique sans cadre logiciels.
  3. Enfin, localiser et cibler vos coordonnées stimulation. Dans ce cas, nous allons cibler le lobule pariétal inférieur gauche.

2. L'analyse initiale

  1. Le jour de l'expérience, votre sujet sera, encore une fois, lancer dans la machine IRM.
  2. Commencer par une analyse anatomique.
  3. Ensuite, effectuer trois descentes d'expérimentation fonctionnels. Pour cette expérience, la tâche est assez simple: un point de fixation est présenté dans le champ du sujet central de la vision, et il / elle est tout simplement de regarder passivement.

3. Préparation TMS

  1. Parce que les effets de la SMTr sont transitoires, le temps est de l'essence en combinant TMS et l'IRMf. Il est impératif que vous obtenez le dos sujet dans le scanner dès que possible après la cessation de stimulation. Pour cette raison, vous aurez envie d'utiliser un appareil portable TMS stationnés dans une salle adjacente à ou aussi proche que possible de la numérisation-bay que possible. Dans ce cas, nous utilisons un ordinateur portable mis en place dans une suite d'observation à côté de le scanner.
  2. Charge de pré-ciblés de votre sujet IRM initiale dans le logiciel de stéréotaxie.
  3. Enfin, le lien et calibrer votre bobine de stimulation avec l'équipement stéréotaxie - dans ce cas, nous allons aligner une série de capteurs infrarouges pour enregistrer la centralité de la bobine.

4. Détermination des paramètres de TMS

  1. Lorsque le sujet arrive, lui assis / elle confortablement dans un fauteuil.
  2. Ensuite, calibrer tête de votre sujet avec le matériel sterotaxy. Dans ce cas, nous allons utiliser des capteurs infrarouges pour enregistrer les ancres de positionnement de plusieurs: les deux oreilles, le nez, et le nasion.
  3. Déterminer le seuil de votre sujet du moteur au repos.
  4. Si nous voulons pour exciter le cortex du sujet, nous allons mettre la machine TMS à 20 Hz avec une puissance de stimulation du seuil moteur 110%. Si nous voulons empêcher le cortex du sujet, nous allons mettre la machine TMS à 1 Hz à 110% du seuil moteur. Bien que vous aurez envie d'explorer ces deux paramètres dans le cadre d'une étude complète, nous allons seulement regarder une chaîne de 20 Hz SMTr excitateurs dans cet article.
  5. Enfin, mis en place un modèle de stimulation de deux trains secondes avec 28 secondes de repos.

5. La stimulation TMS

  1. Avant la stimulation, de préparer le sujet pour aller directement dans le TMS suivants scanner. Cela comprend l'enlèvement de métal et de s'assurer que le sujet a utilisé les toilettes.
  2. Tenir la bobine tangentielle sur le cuir chevelu, l'utilisation de votre équipement stéréotaxie pour localiser et cibler site de stimulation du sujet.
  3. Allumez le système de la machine serpentin de refroidissement.
  4. Commencez la stimulation! Pour ce protocole, nous procéderons à 45 trains de stimulation totale. Moins 2 secondes un train avec 28 secondes pauses, nous aurons un temps stim total de 23 minutes.

6. Retour au scanner

  1. Une fois que la stimulation est terminée, il est important d'obtenir l'objet de retour dans le scanner dès que possible. Pour rendre cette transition aussi transparente que possible, s'assurer que votre scanner est préparé et prêt à aller. Notre conseil est d'élever la plate-forme du corps, et de réduire le nombre et la durée de scans localisateur à un strict minimum.

7. Finale de numérisation

  1. Parce que les effets de la SMTr sont transitoires, la session finale de numérisation devrait commencer par les pistes fonctionnelles. Encore une fois, nous allons procéder à trois, six minutes pistes de fixation passive.
  2. Après les essais expérimentaux sont complets, en finir avec une analyse anatomique.

8. Les résultats représentatifs

Figure 1
Figure 1. Les données suggèrent que 20 Hz SMTr stimulation du lobule pariétal inférieur gauche, bien que facilitant l'excitabilité locale, agit en diminuant la connectivité fonctionnelle au sein du réseau par défaut.

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Discussion

Quand il mène une TMS déconnecté / expérience IRM, sans doute le facteur le plus important concerne la transition rapide et sans effort à partir du site de la stimulation de la baie d'IRM. En tant que tel, il serait intéressant de revisiter plusieurs des idées ci-dessus suggéré à l'aide dans cette transition. Premièrement: l'utilisation d'une machine portative TMS mis en place dans un endroit aussi proche de la baie d'IRM que possible. Deux: contourner tout mécanisme de mise en veille automatique ...

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Déclarations de divulgation

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Matériaux

  • Équipé pour l'IRM IRMf (voir photo dans la vidéo est un Philips)
  • Dispositif TMS Capable de stimulation répétitive (en photo dans la vidéo est un Magstim)
  • Équipement stéréotaxie sans cadre (sur la photo de la vidéo est Brainsight)
  • Bouchons d'oreilles
  • Président de réserve lors de la stimulation
  • Écran de projection arrière ou à l'IRM Lunettes compatibles
  • Ecran blanc Stimuli

Références

  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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Mots-clés

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