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Articolo metodologico

L'uso di Spettroscopia di Risonanza Magnetica come uno strumento per la misura della Bi-emisferici transcraniali elettrici effetti di stimolazione sul motore principale Cortex Metabolismo

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DOI:

10.3791/51631

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19 novembre 2014

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1Department of Psychology, University of Montréal, 2Montreal Neurological Institute, McGill University, 3Center for Magnetic Resonance Research and Department of Radiology, University of Minnesota

In questo articolo

Sommario

Questo articolo mira a descrivere un protocollo di base per combinare la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) con le misurazioni della spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS) per studiare gli effetti della stimolazione bilaterale sul metabolismo della corteccia motoria primaria.

Abstract

Transcranica stimolazione in corrente continua (tDCS) è una tecnica di neuromodulazione che è stato sempre più utilizzato negli ultimi dieci anni nel trattamento dei disturbi neurologici e psichiatrici come l'ictus e la depressione. Tuttavia, i meccanismi alla base la sua capacità di modulare l'eccitabilità del cervello per migliorare i sintomi clinici rimane poco compresa 33. Per migliorare questa comprensione, la spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS) può essere utilizzato in quanto consente la quantificazione in vivo dei metaboliti cerebrali come l'acido γ-amminobutirrico (GABA) e glutammato di una determinata regione maniera 41. In realtà, un recente studio ha dimostrato che 1 H-MRS è infatti un potente mezzo per capire meglio gli effetti della tDCS sulla concentrazione del neurotrasmettitore 34. Questo articolo si propone di descrivere il protocollo completo per combinare tDCS (NeuroConn MR stimolatore compatibile) con 1 H-MRS a 3 T con un seguenti MEGA-PRESSinfluenza. Descriveremo l'impatto di un protocollo che ha mostrato una grande promessa per il trattamento di disfunzioni del motore dopo l'ictus, che consiste in una stimolazione bilaterale delle cortecce motorie primarie 27,30,31. Fattori metodologici da considerare e eventuali modifiche al protocollo sono anche discussi.

Introduzione

L'idea di applicare energia elettrica al cervello umano di modulare la sua attività è stato studiato fin dai tempi antichi. Infatti, scritti da fin dal 11 ° secolo sono stati trovati che descrivono l'uso del pesce siluro elettrico nel trattamento delle crisi epilettiche 1. Eppure, non è fino a poco tempo che la stimolazione cerebrale non invasiva ha ricevuto l'interesse diffuso nella comunità scientifica, come è stato dimostrato di produrre effetti modulatori sulla funzione cognitiva e la risposta del motore 2. Mentre Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) è stato ampiamente studiato fin dai primi anni del 1980 del 3, recente interesse transcranica stimolazione corrente continua (tDCS) è aumentata in quanto è ormai considerato una valida opzione di trattamento per una vasta gamma di neuropatologie, come l'ictus 4, dipendenza da alcol 5, 6 e il dolore cronico. tDCS ha molti vantaggi rispetto alle tecniche di neurostimolazione come TMS, per esempio,poiché è relativamente poco costoso, indolore, ben tollerata dai pazienti, e portatile, rendendo così possibile somministrare al letto 7. In realtà, solo una piccola percentuale dei pazienti avvertono una sensazione di formicolio lieve durante la stimolazione 8. Tuttavia, questa sensazione generalmente scompare dopo pochi secondi 9. Di conseguenza, tDCS permette, studi sham-controllato in doppio cieco robusti in quanto la maggioranza dei partecipanti non permette di distinguere la stimolazione sham da vera stimolazione 9,10.

tDCS comporta l'induzione di una costante di corrente elettrica a basso amperaggio (1-2 mA) applicata alla corteccia tramite elettrodi di superficie posizionati sulla cute del soggetto. Gli elettrodi sono generalmente inseriti in spugna imbevuti di soluzione fisiologica o direttamente sul cuoio capelluto con una pasta EEG tipo. Per condurre uno studio tDCS, devono essere controllati dallo sperimentatore quattro parametri principali: 1) la durata della stimolazione; 2) l'intensità della stimolazione; 3) la dimensione dell'elettrodo; e 4) il montaggio dell'elettrodo. In protocolli standard, l'elettrodo "attiva" è posizionato sopra la regione di interesse mentre l'elettrodo di riferimento è solitamente posizionato sulla regione sopraorbitali. La corrente fluisce dall'anodo carica positiva verso il catodo caricato negativamente. L'effetto della tDCS sulla corteccia motoria primaria (M1) è determinato dalla polarità della stimolazione dove stimolazione anodica aumenta l'eccitabilità di una popolazione di neuroni e la stimolazione catodica riduce 11. Diversamente TMS, la corrente indotta è insufficiente a produrre potenziali d'azione nei neuroni corticali. Le variazioni dell'eccitabilità corticale si ritiene essere dovuto alla modulazione della membrana neuronale soglia che conduce sia alla iperpolarizzazione del potenziale di membrana o di una facilitazione di depolarizzazione dei neuroni a seconda della direzione del flusso di corrente 8,11. La durata dei cambiamenti di eccitabilità può durare fino a 90 minuti dopo l'offsetdella stimolazione, a seconda della durata di stimolazione 11,12.

tDCS e Riabilitazione Motoria

La M1 è stato ampiamente utilizzato come un obiettivo di stimolazione in quanto i cambiamenti di eccitabilità indotte da tDCS possono essere quantificati attraverso potenziali evocati motori (MEP) indotti da singolo impulso TMS 3. I primi studi che mostrano la possibilità di misurare specifici di polarità di eccitabilità cambiamenti indotti dalla tDCS hanno usato M1 come bersaglio di stimolazione 11,12. Da allora, M1 è rimasto uno degli obiettivi primari della tDCS in studi che coinvolgono entrambe le popolazioni cliniche e soggetti sani a causa della sua importanza nella funzione motoria, la formazione della memoria, e il consolidamento delle capacità motorie 12.

Il cervello si basa su una complessa interazione tra le regioni a motore di entrambi gli emisferi per l'esecuzione di un movimento 14. Quando un settore è danneggiato, dopo aver subito un ictus ad esempio, inter-interazioni emisferiche sono alterati. Studi sulla plasticità del cervello hanno dimostrato che le aree motorie del cervello adattarsi a questa modifica in diversi modi 15. In primo luogo, le intatte, regioni circostanti della zona danneggiata può diventare overactived, che porta alla inibizione della zona danneggiata - un processo chiamato inibizione intra-emisferica. In secondo luogo, la regione omologa della zona danneggiata può diventare overactivated ed esercitare inibizione dell'emisfero ferito - un processo chiamato inibizione inter-emisferica. L'interessato M1 può quindi essere penalizzato due volte: prima dalla lesione e in secondo luogo l'inibizione proveniente sia dal inalterato M1 e la regione circostante della M1 colpito 16. Un recente studio ha dimostrato che una maggiore eccitabilità nell'emisfero inalterato è legata alla riabilitazione più lenta 17, che è stato descritto come disadattivi concorrenza tra emisferica 18.

Comprendere la plasticità che si verifica dopoun ictus può portare allo sviluppo di protocolli di neuromodulazione in grado di ripristinare le interazioni interemisferiche 19. Tre principali trattamenti tDCS sono stati proposti in pazienti con deficit motori seguenti ictus 20,21. Il primo trattamento ha lo scopo di riattivare la corteccia motoria lesa dalla stimolazione anodica unilaterale (a-tDCS). In questo caso, la stimolazione mira ad aumentare direttamente l'attività in aree perilesionali, che si ritiene essere essenziale per il recupero. Infatti, gli studi hanno mostrato un miglioramento del paretico arto superiore o inferiore dopo questo trattamento 22-26. Il secondo trattamento è stata sviluppata con l'obiettivo di ridurre l'eccessiva attivazione dell'emisfero controlesionale applicando tDCS catodica unilaterali (c-tDCS) sulla M1 intatta. Qui, la stimolazione mira ad indirettamente, aumentando l'attività nelle aree perilesionali attraverso interazioni interhemispehric. I risultati di questi studi hanno dimostrato un miglioramento della functi motoredopo c-tDCS 4,27-29. Infine, il terzo trattamento mira a combinare gli effetti eccitatori di un tDCS sulla ferita M1 con gli effetti inibitori di c-tDCS sul inalterato M1 utilizzando tDCS bilaterali. I risultati hanno mostrato miglioramenti nella funzione motoria dopo tDCS bilaterali 27,30,31. Inoltre, uno studio ha dimostrato grandi miglioramenti seguenti tDCS bilaterali rispetto a entrambi i metodi unilaterali 32.

Fisiologici meccanismi di tDCS

Nonostante il crescente utilizzo di tDCS nel trattamento di ictus, il meccanismo fisiologico sottostante suoi effetti rimane sconosciuta 33. Una migliore comprensione degli effetti fisiologici potrebbe contribuire allo sviluppo di migliori opzioni di trattamento e potrebbe portare a protocolli standardizzati. Come accennato in precedenza, gli effetti della tDCS può durare fino a 90 minuti dopo l'offset della stimolazione 11,12. Pertanto, iperpolarizzazione / depolarizzazioneI processi non possono spiegare completamente gli effetti di lunga durata 33,34. Diverse ipotesi sono state proposte per quanto riguarda il meccanismo fisiologico alla base tDCS postumi sulla M1 compresi i cambiamenti di rilascio dei neurotrasmettitori, la sintesi proteica, la funzione dei canali ionici, o attività del recettore 34,35. Approfondimenti sulla materia sono stati acquisiti attraverso studi farmacologici che mostrano una soppressione della postumi di anodica e la stimolazione catodica sulla M1 eccitabilità da parte del glutammato N-metil-D-aspartato (NMDA) destrometorfano 36,37, mentre l'effetto contrario è stato dimostrato con un agonista del recettore NMDA 38. Recettori NMDA sono pensati per essere coinvolti nella funzione di apprendimento e memoria attraverso potenziamento a lungo termine (LTP) e depressione a lungo termine (LTD), sia mediato da neuroni GABAergici del glutammato e 39,40. Gli studi su animali sono in linea con questa ipotesi in quanto hanno dimostrato che una-tDCS induce LTP 13.

Nonostante i notevoli progressi compiuti nella comprensione dei meccanismi di azione alla base tDCS effetti, i protocolli farmacologici attuali limitazioni importanti. Infatti, l'azione farmaco non può essere spazialmente specifico tDCS, specialmente nel contesto della sperimentazione umana, e il meccanismo di azione dei loro effetti è dovuto principalmente ai recettori postsinaptici 34. Pertanto, vi è la necessità di indagare più direttamente gli effetti della tDCS sul cervello umano. Spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS) è un buon candidato in quanto consente non invasivo in vivo di rilevamento delle concentrazioni di neurotrasmettitori in una regione specifica di interesse. Questo metodo si basa sul principio che ogni neurochimico-protone contenente nel cervello ha una struttura molecolare specifica e, di conseguenza, produce risonanze chimicamente specifici che possono essere rilevati da 1 H-MRS 41. Il segnale acquisito dal volume del cervello inTERESSE è generato da tutti i protoni che risuonano tra 1 e 5 ppm. Le sostanze neurochimiche acquisite sono rappresentate su uno spettro e riportati in funzione del loro spostamento chimico con alcuni picchi chiaramente distinguibili, ma dove molte risonanze dei diversi neurochimiche sovrappongono. L'intensità di ogni segnale di picco è proporzionale alla concentrazione del neurometabolite 41. La quantità di sostanze neurochimiche che possono essere quantificati dipende dalla forza del campo magnetico 42,43. Tuttavia, i metaboliti a bassa concentrazione, che sono oscurati dalle risonanze molto forti, sono difficili da quantificare a intensità di campo inferiori come 3 T. Un modo per ottenere informazioni su tali segnali si sovrappongono è quello di rimuovere le forti risonanze tramite editing spettrale. Una di queste tecniche è una sequenza MEGA-PRESS, che consente il rilevamento di acido γ-amminobutirrico (GABA) segnali 44,45.

Solo pochi studi hanno indagato l'effetto della tDCS sulmetabolismo cerebrale con 1 H-MRS a motore 34,46 e non motori regioni 47. Stagg e collaboratori 34 ha valutato gli effetti di un-tDCS, c-tDCS, e la stimolazione sham sul metabolismo M1. Hanno trovato una significativa riduzione della concentrazione di GABA in seguito a-tDCS, e una significativa riduzione del glutammato + glutammina (Glx) e GABA seguente c-tDCS. In un altro studio, è stato riferito che la quantità di cambiamenti nella concentrazione di GABA indotto da un-tDCS su M1 era legata all'apprendimento del motore 46.

Questi studi mettono in luce le potenzialità di combinare 1 H-MRS con tDCS per aumentare la nostra comprensione dei meccanismi fisiologici alla base l'effetto della tDCS sulla funzione motoria. Inoltre, l'uso di protocolli clinici come un tDCS e c-tDCS sopra M1 è utile perché i loro effetti comportamentali sono ben studiata e possono essere direttamente connessi ai risultati fisiologici. Pertanto, un protocollo standard per la combinazione tDC bilateraleS e 1 H-MRS è dimostrata in soggetti sani con un sistema a 3 T MRI. Bihemispheric tDCS è presentato in contrasto con i dati di uno studio precedente in cui MRS catodica unilaterale o tDCS anodica unilaterali sono stati applicati su corteccia motoria 34. Il protocollo è descritto specificamente per la stimolazione con uno stimolatore NeuroConn in una T scanner Siemens 3 esegue MEGA-PRESS 1 H-MRS.

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Protocollo

Lo studio è stato approvato dalla ricerca e comunitarie Etica Consigli di Unité de Neuroimagerie fonctionnelle e Università di Montréal ed è stato fatto nel rispetto del codice etico come affermato nella Dichiarazione di Helsinki. Tutti i soggetti hanno firmato un consenso informato dopo un attento screening per la compatibilità con la risonanza magnetica e sono stati compensati finanziariamente per la loro partecipazione.

1. tDCS Materiale

  1. Assicurarsi che tutti i materiali necessari sono disponibili prima di iniziare l'esperimento (si veda la Figura 1 per la lista).
    Nota: I formati differenti elettrodi sono disponibili per la tDCS. Per questo studio, verranno utilizzati elettrodi in gomma due 5 x 7 cm. Altre misure possono essere scelti a seconda della zona della stimolazione e focalità desiderata della stimolazione 48.
  2. Assicuratevi di controllare che le batterie del DC-stimolatore sono addebitate a loro pagare periodicamente, in quanto il dispositivo non può essere caricato o inserito, in dustimolazione ring per motivi di sicurezza.

2. Pianificazione delle Condizioni di stimolazione

  1. Accendere il dispositivo tDCS in base alle istruzioni fornite con il dispositivo. Pre-impostare il dispositivo tDCS per due diverse modalità di stimolazione (attivi e sham).
  2. Poiché alcuni dispositivi non dispongono di una modalità preimpostata, selezionare i parametri sham appropriati prima di iniziare la stimolazione.
    1. Pre-definire una serie di parametri caricando un'impostazione. Premere il tasto 2 o 4 per selezionare dal menu principale l'opzione "sistema" (vedi figura 2).
    2. Spostare il cursore alla linea 2 del display premendo il tasto 3.
    3. Premere il tasto 2 o 4 fino a quando la "regolazione del carico" appare sul display. Premere il tasto 3.
    4. Selezionare la lettera della regolazione (A, B, C o D) premendo il tasto 2 o 4.
    5. Spostare il cursore verso l'alto con il tasto 1. Il display visualizza automaticamente l'opzione "Parametri".
    6. impostare il dispositivo tDCS a una corrente di 1 mA. Per fare ciò, premere il tasto 1 per selezionare la linea 3 del menu "parametri" del display. Selezionare l'opzione "corrente" premendo il tasto 2 o 4. Premere il tasto 3 per raggiungere la linea 4 e modificare l'intensità a 1000 μA premendo il tasto 2 o 4.
    7. Premere il tasto 1 per tornare alla linea 3. Selezionare il "Fade In" dal menu a video del dispositivo premendo il pulsante 2 o 4. Premere il tasto 3 per passare alla linea 4 e premere i pulsanti 2 e 4 per regolare la durata di 15 s.
      Nota: Fade in durata può essere modificata.
    8. Premere il tasto 1 per tornare alla linea 3. Selezionare l'opzione "fade out" dal menu a schermo del dispositivo premendo i tasti 2 o 4. Premere il tasto 3 per passare alla riga 4 e premere i pulsanti 2 e 4 per regolare la durata di 15 s.
      Nota: Fade in durata può essere modificata.
    9. Premere il tasto 1 per tornare alla linea 3. Press il tasto 2 o 4 fino a quando l'opzione "durata" appare sul menu del display. Premere il tasto 3 per passare alla riga 4 e premere il tasto 2 e 4 per regolare la durata della durata minima disponibile sul dispositivo (15 s per il presente dispositivo; vedi figura 3 b).
      Nota: In questo modo si induce una sensazione di formicolio simile alla stimolazione attiva.
  3. Premere i tasti 1 e 3 simultaneamente per salvare le modifiche del setting.
  4. Pre-programma i parametri di stimolazione attiva. Per fare ciò, seguire le stesse istruzioni per l'impostazione della stimolazione sham, ma programmare la durata di 1.200 secondi (20 min; vedere la Figura 3a).
  5. Pre-programma i parametri di stimolazione di prova. Per fare ciò, seguire le stesse istruzioni per l'impostazione della stimolazione sham, ma programmare la durata di 45 sec.
    Nota: La stimolazione prova sarà utilizzato per la misura dell'impedenza prima della sperimentazione.
  6. Pseudo-ransequenza casuale assegnare le condizioni di stimolazione ai partecipanti.
  7. Assegnare un numero a ciascuna delle tre condizioni per una sperimentazione cieco: 1) bilaterale: anodica destra, sinistra catodica; 2) bilaterale: anodica sinistra, destra catodica; 3) sham: anodica destra, di sinistra catodica.

3. Consenting i partecipanti

  1. Informare il partecipante della procedura e firmare modulo di consenso.
    1. Verificare che i partecipanti non hanno alcuna controindicazione alla tDCS: una storia psichiatrica o neurologica, la presenza di un pacemaker, metallico impiantato nel cranio, una storia di svenimento, una storia di convulsioni, una storia di abuso di sostanze, una storia familiare di convulsioni, una storia di convulsioni febbrili, una mancanza di sonno nella notte precedente, una storia di sensibilità della pelle, e ogni consumo di alcol il giorno precedente.
    2. Informare il partecipante dei più segnalati effetti collaterali di tDCS: formicolio lieve; moderata fatica; leggera sensazione di prurito sotto gli elettrodi; lievesensazione di bruciore.
  2. Informare il partecipante delle solite controindicazioni MR e gli effetti collaterali.

4. Misure per posizionamento elettrodi

  1. Utilizzare il sistema internazionale 10/20 per trovare i seguenti punti di riferimento sulla testa partecipante: nasion e inion (Figura 4a), punti preauricolari, e le due aree interessate: C3 e C4 (figura 4b).
    1. Individuare il nasion come area depressa distinta situato sul ponte del naso al livello tra entrambi gli occhi. Individuare la inion come proiezione più prominente dell'osso occipitale situato nella parte inferiore del cranio. Individuare il punto di preauricolare vicino a ciascun orecchio; è la rientranza sopra la tacca zigomatica. Individuare C3 e C4 sulla base di misurazioni come descritto di seguito.
  2. Utilizzare un metro per misurare la distanza tra la nasion e inion lungo la linea mediana della testa e fare un segno al 50% della distanza di ingegnoha marcatore idro non permanente.
  3. Utilizzare un metro per misurare la distanza tra i due punti preauricolari e fare un segno con un pennarello non permanente idro al 50% della distanza in linea con il marchio precedente. Questo punto corrisponde Cz (vertice).
  4. Dal Cz, lungo la linea creata tra i punti preauricolari, segnare due punti, uno su ciascun lato, con un pennarello non permanente idro che corrispondono al 20% della distanza totale. Questi segni corrispondono alle aree bersaglio (C3 e C4, Figura 4b).
    Nota: Altri metodi come TMS o neuronavigazione possono anche essere usate per localizzare M1.

5. Posizionamento degli elettrodi

  1. Spostare il più capelli il più possibile lontano dalle zone in questione che saranno stimolati. Applicare un gel esfoliante EEG-tipo con un tampone di cotone per pulire le aree mirate.
  2. Pulire le zone interessate con alcool isopropilico al 70% e pomice Prepping pad per migliorare il contatto degli elettrodi.
  3. Coprire generosamente l'intero elettrodo con una pasta conduttiva EEG-tipo. Assicurarsi che la pasta è di circa 5 mm di spessore su tutta la superficie. Assicurarsi che l'intera area è ricoperta in gomma con pasta. Leggermente bagnare le aree di destinazione e la pasta conduttiva sugli elettrodi con una soluzione salina.
  4. Posizionare gli elettrodi come mostrato in Figura 4b e premere saldamente gli elettrodi sulle zone mirate. Inserire un elastico intorno alla testa del partecipante per garantire la stabilità ottimale degli elettrodi. Regolare in modo tale che il partecipante sperimenterà nessun dolore o disagio durante la sessione di scansione.
  5. Assicurarsi che i cavi non vengano a contatto con la pelle, per evitare il rischio di ustioni.

6. tDCS prova ai lati della camera Scanner

  1. Utilizzare un tester per verificare il corretto funzionamento del cavo dell'elettrodo e la resistenza.
  2. Accendere il dispositivo tDCS e caricare le impostazioni di stimolazione di prova.
    1. Premere il tasto 2 o 4 per selezionare dal menu principale l'opzione "sistema". Spostare il cursore alla linea 2 del display premendo il tasto 3. Premere il pulsante 2 o 4 fino a quando la "regolazione del carico" appare sul display. Premere il pulsante 3. Selezionare la lettera dell'impostazione test pre-programmata (A, B, C o D) premendo il tasto 2 o 4.
    2. Spostare il cursore verso l'alto con il tasto 1. Il display mostrerà automaticamente "parametri" opzione. Nella prima riga, premere il tasto 2. Il display visualizzerà "stimolazione?" con i diversi parametri preimpostati.
  3. Premere il tasto 1 per iniziare la stimolazione. Il display visualizza il livello di impedenza e arresta automaticamente se raggiunge più di 20 kΩ. Se il livello di impedenza è superiore a 20 kΩ, scollegare i cavi dell'elettrodo dalla scatola interna ed uscire dalla camera scansione per verificare il posizionamento degli elettrodi.
  4. Ripeti la stimolazione di prova. Quando un buon livello di impedance viene raggiunto e quando la stimolazione test, scollegare gli elettrodi dalla scatola interna.

7. tDCS Setup

  1. Come mostrato in Figura 5, collocare il dispositivo tDCS e la scatola esterna nella sala di controllo dello scanner.
    Nota: Il dispositivo tDCS e la scatola esterna non sono MR compatibili e non devono essere presi nell'ambiente magnete.
  2. Collegare i fili scatola esterna nel dispositivo tDCS e quindi collegare il cavo lunga scatola nella scatola esterna.
  3. Far passare il cavo di dialogo tDCS dalla sala di controllo dello scanner nella stanza MRI. Accertarsi di far passare questo cavo il più diritta possibile, evitando pieghe o loop, lungo la parete della stanza risonanza magnetica verso il retro dello scanner MRI. Mettere diversi sacchetti di sabbia compatibili MR sul cavo per assicurarne la stabilità, come mostrato in Figura 5.
  4. Portare la scatola interna nella stanza MRI e collegare il cavo di dialogo lungo in esso (Figura 5).

8. RMN Preparation

  1. Chiedere al partecipante di entrare nella stanza risonanza magnetica, se non già in là dalla prova tDCS, e di mettere in tappi per le orecchie.
  2. Mettere un cuscino sottile sotto l'area della bobina del tavolo risonanza magnetica. Chiedere al partecipante di sdraiarsi sul tavolo. Mettere un cuscino sotto le gambe del partecipante per comodità e una coperta, se necessario. Dare il pulsante di allarme per motivi di sicurezza il partecipante.
  3. Mettete le cuffie separati su entrambe le orecchie per consentire la trasmissione delle informazioni dalla sala di controllo dello scanner al partecipante nella stanza MRI.
  4. Posizionare la testa del partecipante in alto possibile sotto la zona in cui la bobina testa sarà posizionata (parte superiore della testa più vicino possibile alla parte superiore della tabella in cui verrà inserito bobina). Mettere i fili elettrodi lungo il lato destro della testa del partecipante, come raccomandato dalla ditta dispositivo tDCS.
  5. Posizionare il 32 canali di sola ricezione bobina intorno alla testa del partecipante. Far passare i cavi degli elettrodi attraversoil lato destro della bobina. Posizionare la testa del partecipante più diritta possibile utilizzando un laser di posizionamento rosso (built-in funzione dello scanner).
  6. Chiedere al partecipante di muovere braccia e gambe in una posizione comoda, facendo in modo che le mani non si toccano. Assicurati di ricordare ai partecipanti di rimanere il più fermo possibile durante l'intera sessione. Quando il partecipante è pronto, spostare la tabella oltre la linea di mezzo per raggiungere i fili degli elettrodi sul retro dello scanner.
  7. Utilizzare nastro medico per stabilizzare il cavo dell'elettrodo sul lato destro della parte posteriore della bobina. Collegare i fili degli elettrodi situati all'interno dello scanner nella scatola interna tDCS. Posizionare la scatola interna sul lato destro dello scanner con un sacchetto di sabbia su di esso per la massima stabilità.
  8. Spostare il tavolo nella sua posizione finale. Tenere i tDCS acceso e gli elettrodi collegato a scatola esterna per l'intera sessione di risonanza magnetica.

9. Pre-tDCS 1 H-MRS sessione

  1. Eseguire una sequenza localizzatore di acquisire immagini necessarie per verificare il corretto posizionamento della testa e di confrontare una seconda localizzatore che verrà acquisita alla fine della sessione per controllare il movimento complessivo.
  2. Acquisire anatomiche T 1 immagini MPRAGE pesate per il posizionamento del voxel M1 e rilevazione di eventuali anomalie strutturali (T R = 2,300 msec; T E = 2,91 msec, FA: 9 °; FOV = 256 x 256 mm, 256 x 256 matrice ; T I: 900 msec, 176 fette; orientamento: sagittale; tempo di acquisizione: 4 min 12 sec).
  3. Eseguire una ricostruzione multi-progettista delle immagini in piani che sono più appropriati per la visualizzazione della spettroscopia volume-di-interesse (VOI).
    1. Nella scheda 3D, sfogliare le foto prime MPRAGE (orientamento sagittale). Dalla finestra "Creazione di campi paralleli" selezionare "2X2 assiale". Regolare la posizione delle linee parallele e fare clic su Salva per creare la vista ortogonale assiale.
    2. Dalla finestra "Creazione di campi paralleli" selezionare "2X2 coronale". Regolare la posizione delle linee parallele e fare clic su "Salva" per creare la vista ortogonale coronale.
  4. Individuare la M1 a sinistra sulla base di Yousry e 49 punti di repere anatomici dei collaboratori sui tre fette di orientamento. Quindi, posizionare la VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sull'area senza angolazione rispetto all'asse dello scanner (figura 6).
  5. Acquisire una scansione linea di larghezza (21 s).
    1. Selezionare la scheda spettroscopia per misurare acqua linea larghezza sulla parte reale del segnale da questa linea di scansione larghezza. Caricare i dati grezzi line-larghezza dal browser. Caricare il protocollo di misura linea di larghezza (menu protocolli: selezionare il protocollo).
    2. Regolare la fase utilizzando gli strumenti di post-processing interattive software dello scanner. Selezionare la sezione di correzione di fase e regolare la fase per la linea di base con il cursore.
    3. Per ridurre la linea di larghezza,eseguire il FAST (EST) MAP 50 sequenza per tre volte. Ripetere la scansione linea di larghezza e la misurazione linea di larghezza (punto 9.5). Si noti la linea di acqua-larghezza finale.
  6. Avviare 4 blocchi di scansioni 64 metaboliti (32 "EDIT OFF" e 32 "EDIT ON", Interleaved) con una sequenza MEGA-PRESS 44,45, dove VAPOR 51, OVS 51 e lo stoccaggio individuale di FID sono abilitati (T R = 3 S, T E = 68 msec, tempo di acquisizione totale: 12 min)
  7. Acquisire un riferimento di acqua utilizzando la sequenza MEGA-PRESS senza soppressione acqua MEGA, con soppressione VAPORE ("solo RF off") e con una misura delta a 0 ppm. Acquisire un unico blocco di 4 scansioni metaboliti invece di 64 (tempo di acquisizione: 42 sec).

10. Procedura tDCS

  1. Informare il partecipante che la stimolazione tDCS verrà avviato e che lo scanner sia in silenzio per tutta la stimolazione.
  2. Selezionare una delle due in precedenza progsbattuta parametri secondo la condizione e iniziare la stimolazione. Tenere traccia dell'impedenza e della tensione durante i 20 min di stimolazione. Quando la stimolazione è finita, informa il partecipante che il posto tDCS-MRS sessione avrà inizio. Non spegnere il dispositivo tDCS.

11. Post-tDCS 1 H-MRS sessione

  1. Eseguire le stesse scansioni metaboliti con sequenza MEGA-PRESS come il pre-tDCS eseguire la scansione, ma il doppio dei blocchi di acquisizione (8 blocchi di 64 scansioni (32 "EDIT OFF" e 32 "EDIT ON", Interleaved)) per acquisire i metaboliti a due tempo diversi punti di post-tDCS.
  2. Come per la sessione di pre-tDCS, acquisire una scansione di riferimento dell'acqua utilizzando gli stessi parametri. Terminare la sessione con una sequenza localizzatore.
  3. Confrontare visivamente le immagini acquisite localizzatore all'inizio e alla fine della sessione di scansione come indice di movimento della testa.
  4. Accedere alla scheda di visualizzazione e passare al menu del browser. Selezionare la prima e la seconda localiimmagini RAW dell'equalizzatore. Caricare le immagini nella scheda di visualizzazione e confrontare le due immagini. Esportazione dei dati in formato DICOM tramite il server.

12. Analisi della 1 H-MRS dati

  1. Importazione di dati utilizzando un software di programmazione e di elaborazione, e regolare la frequenza e la fase di FID memorizzati singolarmente con segnale TCR e TCHO tra 2,85 e 3,40 ppm. Per fare ciò, utilizzare la funzione lsqnonlin del software per adattarsi frequenza e la fase di ogni singolo FID Fourier-trasformati (spettri) per gli spettri media della sessione.
    Nota: questo è un approccio site-specific e altri metodi per l'importazione e l'analisi dei dati non necessariamente influire sulla qualità dei dati.
  2. Per ottenere gli spettri finale, sottrarre i segnali provenienti da scansioni si alternano con gli impulsi a doppio fasciato selettive che sono state applicate a 4,7 ppm e 7,5 ppm ("EDIT OFF") e di 1,9 ppm e 4,7 ppm ("EDIT ON") (Figura 7 ).
  3. Utilizzare il LCModel 52per l'analisi sia differenza e spettri "EDIT OFF". Disattivare simulazioni di default e la modellazione di base.
  4. Eseguire un controllo visivo degli spettri di escludere le sessioni con la contaminazione da segnale lipidico sottoscapolare (vedi F IGURA 9).
  5. Nell'ambito del controllo di qualità, escludere spettri con larghezza di riga di TCR-CH 3 superiore a 10 Hz. Includere solo nei metaboliti di analisi (GABA, GLX, TCR, tNAA) che sono stati quantificati con Cramer-Rao limiti inferiori (CRLB) inferiore al 35%.
    Nota: CRLB forniscono errore previsto per la quantificazione metabolita. CRLB> 50% non è affidabile ed è un cut-off raccomandato dal manuale LCModel. Molti nel settore hanno utilizzato un CRLB inferiore al 35% come standard. 53-55 Inoltre, il CRLB dovrebbe essere tenuto in considerazione quando si interpretano i risultati.
  6. Ottenere GABA e GLX quantificazioni dagli spettri "DIFF", TCR dal "EDIT OFF" spettri, e tNAA sia "EDIT OFF" e "; DIFF "Express Le concentrazioni dei diversi metaboliti di interesse, rapporti di oltre TCR per GABA e GLX, moltiplicare il rapporto dal seguente fattore di correzione gruppo-media per tenere conto del diverso set di base utilizzato per il numeratore e il denominatore (tNAA da.". EDIT OFF "spettri / tNAA da" spettri DIFF ").
    Nota: Nota: le concentrazioni di GABA e GLX possono essere quantificati con segnale d'acqua o NAA.

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Risultati

La Figura 6 mostra la posizione del VOI situato sulla rappresentazione della mano in M1 cui sono state effettuate le misure MRS. Nella figura 6D, una visualizzazione 3D mostra una chiara rappresentazione degli elettrodi tDCS posizionati sul cuoio capelluto sopra il presunto corteccia motoria primaria. La figura 7 mostra rappresentante "EDIT OFF" e la differenza ("DIFF") spettri acquisiti in M1. Picchi corrispondenti a Glx, GABA + MM e NAA può essere ...

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Discussione

Il presente lavoro mira a descrivere un protocollo standard per tDCS conciliano e 1 H-MRS utilizzando uno scanner 3 T. Nella sezione successiva, saranno discussi i fattori metodologici.

Fasi critiche
Controindicazioni Screening
Precedente all'esperimento, è fondamentale ai partecipanti dello schermo per qualsiasi controindicazione per quanto riguarda l'uso di tDCS e 1 H-MRS. L'uso dei seguenti criteri di esclusione è r...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Questi lavori è stato supportato da sovvenzioni dal Canadian Institutes of Health Research e le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada. ST è stato sostenuto da una borsa di studio Vanier Canada Graduate dal Canadian Institutes of Health Research. MM riconosce il sostegno da parte Biotechnology Research Center (BTRC) concessione P41 e P41 RR008079 EB015894 (NIBIB), e NCC P30 NS076408.

Vorremmo ringraziare Romain Valabrègue (Centre de Recherche de NeuroImagerie - CENIR, Parigi, Francia) e Brice Tiret (Centro Recherche de l'Institut de Universiatire Gériatrie (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternative (CEA), Parigi, Francia) per lo sviluppo di strumenti di elaborazione, e Edward J. Auerbach (Centro per la Risonanza Magnetica Ricerca e Dipartimento di Radiologia, Università del Minnesota, USA). Le sequenze MEGA-PRESS e FASTESTMAP sono stati sviluppatida Edward J. Auerbach e Małgorzata Marjańska e sono stati forniti dalla University of Minnesota nell'ambito di un accordo C2P.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Stimolatore CC piùcompatibile NeuroConn30DCS01EMR
di preparazione NuPrepWeaver and Co.#10-61
Ten20 pasta conduttivaWeaver and Co.#10-20-4
Tampone per la preparazione degli elettrodiGrass technologiesMD001770% alcool isopropilico e pomice
Soluzione salinaCampione0,9% di cloruro di sodio
Idromarcatore non permanenteSharpieSHPE20WH
SYNGO MR VB17Siemens AGSoftware MRI
MAGNETOM Trio A Tim SystemSiemens Scanner MRI AGversione
Matlab 2013a (Versione 8.1)di elaborazione e analisiMathWorks Inc
LCModel 6.3LC MODEL incvedi: s-provencher.com
dispositivo gel locale in farmacia Software

Riferimenti

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