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Transcrânienne à courant de stimulation et simultanée fonctionnelle imagerie par résonance magnétique

DOI:

10.3791/51730

April 27th, 2014

In This Article

Summary

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Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de stimulation cérébrale non invasive. Il a été utilisé avec succès dans la recherche fondamentale et les paramètres cliniques de moduler le fonctionnement du cerveau chez l'homme. Cet article décrit la mise en œuvre de la STCC et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle simultanée (IRMf), pour étudier les bases neurales de STCC effets.

Abstract

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Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui utilise de faibles courants électriques administrées sur le cuir chevelu pour manipuler l'excitabilité corticale et, par conséquent, le comportement et le fonctionnement du cerveau. Dans la dernière décennie, de nombreuses études ont porté sur les effets à court terme et à long terme de la STCC sur différentes mesures de la performance comportementale lors de tâches motrices et cognitives, à la fois chez les individus sains et dans un certain nombre de différentes populations de patients. Jusqu'à présent, toutefois, on sait peu sur les fondements neuronaux de la STCC action chez l'homme en ce qui concerne les réseaux de cerveau à grande échelle. Ce problème peut être résolu en combinant STCC avec des techniques d'imagerie cérébrale fonctionnelle comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ou l'électroencéphalographie (EEG).

En particulier, l'IRMf est la technique d'imagerie cérébrale la plus largement utilisée pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents des fonctions cognitives et motrices. Applicatisur de STCC pendant IRMf permet d'analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents des effets de STCC comportement à haute résolution spatiale sur l'ensemble du cerveau. Des études récentes utilisant cette technique identifiés stimulation changements induits dans l'activité fonctionnelle du cerveau liée à la tâche sur le site de stimulation et aussi dans les régions du cerveau les plus éloignées, qui ont été associés à une amélioration du comportement. En outre, STCC administrés pendant l'état de repos IRMf a permis l'identification de vastes changements dans la connectivité fonctionnelle du cerveau entier.

Les études futures utilisant ce protocole combiné devraient produire de nouvelles connaissances sur les mécanismes d'action STCC dans la santé et la maladie et de nouvelles options pour une application plus ciblée des STCC dans la recherche et les milieux cliniques. Le présent manuscrit décrit cette nouvelle technique dans un mode étape par étape, avec un accent sur les aspects techniques de STCC administrés pendant l'IRMf.

Introduction

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Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une méthode non invasive de stimulation cérébrale dans laquelle le fonctionnement du cortex est modulée au moyen d'un faible courant électrique (généralement 1-2 mA) projetée entre deux électrodes sur le cuir chevelu apposée. Physiologiquement, tDCS induit un changement de polarité neuronale dépendante dans le potentiel de membrane au repos (RMP) dans la région corticale ciblée par la manipulation des canaux de sodium et de calcium, ce qui favorise les changements dans l'excitabilité corticale 1. Plus précisément, la stimulation anodique (atDCS) a été montré pour augmenter l'activité corti....

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Protocol

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1. Contre-indications et considérations particulières

  1. Bien écran participants pour les contre-indications d'IRM (par exemple, les stimulateurs cardiaques, claustrophobie, etc) et d'exclure si nécessaire. Acquérir des questionnaires standard dans les établissements cliniques ou de recherche qui exploitent des appareils d'IRM. Respectez toujours les règles de sécurité habituelles en entrant dans la salle du scanner.
  2. Bien écran participants pour des contre-indications pour STCC. Ceux-ci peuvent se chevaucher avec les contre-indications pour l'IRM. Voir Villamar et al. 20 pour un exemple.

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Results

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L'IRM fonctionnelle est la technique la plus largement utilisée de l'imagerie fonctionnelle pour répondre aux mécanismes neuronaux sous-jacents de fonctions motrices ou cognitives. Plus récemment, l'IRMf a également été utilisé pour évaluer STCC effets sur l'activité corticale et la connectivité. Cependant, la plupart de ces études STCC administrés en dehors du scanner et évalué les effets hors de la stimulation (c.-à-administré STCC avant la numérisation 22, 23). Seules quelques études ont jusqu'ici.......

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Discussion

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L'application combinée de STCC avec simultanée IRMf a montré un potentiel pour élucider les fondements neuraux des effets immédiats de la stimulation sur l'ensemble du cerveau à haute résolution spatiale 13-19. Dans l'avenir, de telles études peuvent être complétées par des études combinées EEG-STCC, pour exploiter la résolution temporelle supérieure de cette dernière technique. En outre, intrascanner stimulation permet de vérifier le bon positionnement des électrodes sur le cuir chevelu (par .......

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Disclosures

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Les auteurs n'ont rien à révéler.

Acknowledgements

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Ce travail a été soutenu par des subventions de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 et par DFG-HT-257, UL: 423/1-1), le Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A et 01GY1144; AF et MM: 01EO0801), l'allemand d'échanges universitaires (AF: DAAD-54391829), Go8 Australie - Régime Allemagne commun de recherche de la coopération (DC: 2011001430), Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) et l'Australian Research Council (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Nous remercions Kate Palier pour aide à la rédaction.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
DC-Stimulator PlusNeuroConn, Illmenau, Allemagne21
Extension matérielle DC-Stimulator MR (2 électrodes en caoutchouc compatibles avec l’IRM, électrode et câble de boîte et boîte de filtre intérieure ; boîte de filtre extérieure et câble de stimulateur)NeuroConn, Illmenau, Allemagne
2 Coussinets en éponge pour électrodes en caoutchouc (7 cm x 5 cm et 10 cm x 10 cm)NeuroConn, Illmenau, Allemagne
Bandeau
Solution
RubanPour déterminer la position de l’électrode à l’aide du système EEG 10-20
StyloUtilisé lors du positionnement de l’électrode
de tête en caoutchoucNaCl de mesure

References

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  1. Stagg, C. J., Nitsche, M. A. Physiological basis of transcranial direct current stimulation. Neuroscientist. 17, 37-53 (2011).
  2. Nitsche, M., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neuro....

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