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

L'objectif général de cette procédure est de modifier l'excitabilité corticale à l'aide d'une stimulation magnétique transcrânienne répétitive, puis d'examiner les effets de cette modulation sur l'activation cérébrale du réseau par défaut à l'aide de l'IRM fonctionnelle. Cela est réalisé en obtenant d'abord une acquisition anatomique de référence du sujet, qui peut être utilisée pour cibler un site cortical de stimulation. La deuxième étape de la procédure consiste à acquérir plusieurs séries d'IRMf à l'état de repos avant la stimulation.

La troisième étape de la procédure consiste à appliquer la STMS à la cible corticale sélectionnée en utilisant des paramètres de stimulation choisis pour leurs effets modulateurs. La dernière étape de la procédure consiste à acquérir à nouveau plusieurs séries d'imagerie fonctionnelle. En fin de compte, on peut obtenir des résultats montrant des modifications induites par la STMS dans l'activation du réseau par défaut, grâce à une analyse par imagerie dépendante du niveau d'oxygénation sanguine.

L'avantage principal de cette technique par rapport à l'IRMf seule est que, grâce à la TMS, nous pouvons moduler une région afin d'observer la dynamique du réseau. Cette méthode peut aider à répondre à des questions essentielles dans le domaine des neurosciences cognitives. Elle permet non seulement de mieux élucider les interactions au sein d'un réseau au repos donné, comme le réseau par défaut, mais aussi de mieux comprendre les interactions entre le réseau par défaut et d'autres réseaux à l'état de repos.

Plusieurs jours avant les expériences réelles de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et d'imagerie fonctionnelle. Faites venir votre sujet au scanner pour une acquisition anatomique de base qui sera utilisée pour la navigation neuronale pendant la procédure de SMT. Commencez par demander à votre sujet de compléter.

Tous les documents nécessaires, y compris un formulaire de consentement à la recherche et tout autre document d'étude. Inclure un formulaire standard de dépistage pour l'IRM et l'examiner afin de s'assurer qu'il n'existe aucune contre-indication à l'IRM, comme des stents ou des clips d'anévrisme. Profiter également de cette occasion pour pré-dépister le sujet pour la TMS et expliquer les détails de l'expérience.

Ensuite, amenez votre sujet vers le scanner et installez-le sur la table du scanner. Une acquisition en 3D SPGR MP rage pondérée en T1, ou similaire, doit être réalisée avec un champ de vision incluant l'ensemble de la tête, y compris les oreilles, le nez et le cuir chevelu. Une épaisseur de coupe d'environ un millimètre est recommandée.

Chargez cette acquisition dans votre logiciel stéréotaxique sans cadre qui sera utilisé pour la neuro-navigation pendant la procédure de TMS, et utilisez ce logiciel pour localiser et cibler vos coordonnées de stimulation. Pour cette expérience, nous ciblerons le lobule pariétal inférieur gauche, visible ici le jour de l'expérience. Gardez à l'esprit que les effets neuromodulateurs du TMS répétitif sont transitoires et que le chronométrage est essentiel lors de la réalisation d'expériences combinant TMS et IRMf.

Par conséquent, les étapes suivantes doivent être prises afin d'assurer une transition rapide entre les étapes expérimentales. Tout d'abord, placer un dispositif portable de stimulation magnétique transcrânienne dans une pièce adjacente ou aussi proche que possible de la salle de balayage. Dans cette expérience, le système est installé dans la salle d'observation située à côté du scanner.

Veillez toutefois à ce que tout équipement non compatible avec l'IRM reste en tout temps à l'extérieur de la ligne cinq. Deuxièmement, assurez-vous que l'IRM anatomique préalablement acquise et prédéfinie du sujet est chargée dans le logiciel stéréotaxique et prête à être utilisée pendant la procédure de stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Enfin, fixez l'équipement stéréotaxique à la bobine de stimulation et étalonnez la bobine à l'aide du logiciel choisi.

Ici, un ensemble de capteurs infrarouges est aligné pour détecter la position centrale de la bobine. Une fois la configuration expérimentale terminée, préparez le sujet pour l'IRM en effectuant un nouveau dépistage de sécurité et demandez-lui de retirer tous les objets métalliques et de s'assurer qu'il ou elle a utilisé les toilettes. Introduisez le sujet dans la salle de l'appareil d'IRM et placez-le confortablement sur la table d'exploration, en fournissant un soutien pour le dos et le cou selon les besoins afin d'assurer son confort.

Pendant les examens, branchez votre bobine crânienne et utilisez un rembourrage en mousse autour de la tête du sujet afin de réduire les artefacts dus aux mouvements. Réalisez vos examens LOCALISATEUR et un examen anatomique initial. Ensuite, effectuez trois séries expérimentales fonctionnelles de six minutes chacune.

Nous proposons les paramètres suivants : une imagerie en écho de spin planaire avec un TR de 2,5 secondes, une taille de voxel de trois millimètres et un champ de vue couvrant tout le cerveau. Pendant chaque acquisition, un point de fixation est présenté dans le champ visuel central du sujet, et celui-ci reçoit l'instruction de se détendre et de fixer passivement ce point. Une tâche de fixation simple comme celle-ci convient bien à l'examen de l'activation du réseau par défaut.

Une fois la session initiale de balayage fonctionnel terminée, aidez le sujet à sortir du scanner et faites-lui prendre place confortablement sur une chaise adjacente au dispositif de stimulation magnétique transcrânienne (TMS). Fournissez des bouchons d'oreille pour la protection auditive pendant la stimulation.

Ensuite, présentez le sujet à l'appareil de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et à la bobine de stimulation. Déchargez quelques impulsions près de la tête du sujet afin qu'il ou elle s'habitue au bruit de cliquetis fort, puis délivrez une impulsion au niveau de la main pour que le sujet ressente la sensation de tapotement qu'elle provoque. Vous êtes maintenant prêt à calibrer la tête du sujet à l'aide de l'équipement de stéréotaxie.

Placez d'abord un dispositif de suivi infrarouge sur la tête du sujet à cet endroit. Des capteurs infrarouges sont utilisés pour enregistrer plusieurs repères anatomiques, notamment les deux oreilles, le nez et le nasion. Ces repères sont enregistrés par le logiciel stéréotaxique afin que la coupe anatomique acquise précédemment soit co-enregistrée par rapport à la tête du sujet.

Ensuite, déterminez le seuil moteur au repos de votre sujet. Pour ce protocole, utilisez des impulsions uniques appliquées sur le cortex moteur primaire comme indiqué ici, déplacez la bobine et ajustez l'intensité de la stimulation jusqu'à identifier la zone provoquant quatre tressaillements musculaires sur huit dans la main controlatérale. Enfin, réglez l'intensité et les paramètres de l'appareil de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) selon les valeurs qui seront utilisées pendant la stimulation.

Pour cette expérience, une stimulation de 20 hertz à 110 % du seuil moteur est utilisée avec un motif de stimulation composé de trains de deux secondes et de périodes de repos de 28 secondes, ce qui a été montré pour augmenter l'excitabilité corticale. Dans des expériences futures, une stimulation de 1 hertz peut être utilisée pour explorer les effets inhibiteurs. Nous sommes maintenant prêts à commencer la partie TMS de l'expérience ; assurez-vous donc à nouveau que le sujet est à l'aise et prêt à retourner directement dans le scanner.

Après la séance de stimulation magnétique transcrânienne. Avant la stimulation, maintenez la bobine tangente au cuir chevelu et utilisez l'équipement de stéréo-ataxie et l'affichage logiciel pour localiser et cibler le site cortical de stimulation précédemment déterminé chez le sujet, puis activez le système de refroidissement de l'appareil. En maintenant désormais la bobine au-dessus de la cible corticale, commencez la stimulation.

Effectuer 45 trains de stimulation avec les paramètres définis précédemment, chaque train durant deux secondes. Avec des pauses de 28 secondes, la durée totale de stimulation devrait être de 23 minutes. Immédiatement après la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), s'assurer que le sujet est ramené sur la table du scanner aussi rapidement que possible, puis commencer la dernière session d'imagerie fonctionnelle afin de capturer les effets transitoires hors ligne de la TMS. Réduire au strict minimum le nombre et la durée des scans de localisation, de manière à pouvoir initialiser rapidement les acquisitions fonctionnelles. Utiliser rapidement les mêmes paramètres d'imagerie que lors des scans initiaux, soit trois séries de six minutes d'observation passive avec le même paradigme de fixation.

Une fois toutes les acquisitions d'imagerie fonctionnelle terminées, effectuez une dernière acquisition anatomique à haute résolution en utilisant les mêmes paramètres d'imagerie que ceux utilisés lors des séances précédentes. Enfin, aidez votre sujet à sortir du scanner. Veillez à transférer et archiver toutes les données d'imagerie, puis remerciez votre sujet pour sa participation.

Une fois que les données ont été acquises pour au moins 15 sujets, utilisez le logiciel de traitement IRMf de votre choix pour le post-traitement des images et l'analyse ultérieure multi-sujets. Des résultats représentatifs pour une stimulation à 20 hertz appliquée au lobe pariétal inférieur gauche sont présentés ici. Bien qu'une stimulation TMS à 20 hertz facilite l'excitabilité locale, les données montrent qu'elle diminue la connectivité fonctionnelle au sein du réseau par défaut. Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est important de transférer le sujet aussi rapidement que possible après la stimulation vers le scanner, afin d'imager les effets transitoires du TMSr.

Nous pouvons également modifier les paramètres de stimulation TMS. Par exemple, nous pouvons augmenter l'intensité de l'appareil de TMS afin d'évaluer si l'effet sur le réseau par défaut est paramétrique. Nous pouvons aussi essayer d'utiliser une stimulation par salves thêta.

Enfin, nous pouvons observer les effets de la SMT en réalisant différents types de protocoles d'IRM après la SMT, tels que des protocoles par blocs ou des protocoles liés aux événements, pendant une tâche cognitive.