Name: La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-28T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 2 s
Description: Impara a combinare stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare gli effetti sulla rete di default. Questo metodo consente di modulare l'eccitabilità corticale e analizzare le dinamiche cerebrali in vivo.

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1. Preparazione <ol class="lalpha"><li> Per iniziare, ottenere una scansione di base anatomica del soggetto. Questo dovrebbe essere fatto diversi giorni prima che l'esperimento vero e proprio. </li><li> Quindi, caricare la scansione nel pacchetto software senza cornice stereotassica. </li><li> Infine, individuare e indirizzare i tuoi coordinate stimolazione. In questo caso, ci saranno intese a promuovere l'lobo parietale inferiore sinistra. </li></ol> 2. La scansione iniziale <ol class="lalpha"><li> Il giorno dell'esperimento, il soggetto sarà, ancora una volta, inizia nella macchina di risonanza magnetica. </li><li> Inizia con una scansione anatomica. </li><li> Successivamente, condotta tre piste sperimentazione funzionale. Per questo esperimento, il compito è abbastanza semplice: un punto di fissazione è presentato in campo centrale del soggetto della visione, e lui / lei è a fissare semplicemente al passivamente. </li></ol> 3. TMS Preparazione <ol class="lalpha"><li> Poiché gli effetti della rTMS sono transitori, il tempo è essenziale quando si combinano TMS e fMRI. E 'indispensabile ottenere il nuovo soggetto nello scanner il più presto possibile dopo la cessazione stimolazione. Per questo motivo, ti consigliamo di utilizzare un dispositivo TMS portatile di stanza in una stanza adiacente o il più vicino possibile alla scansione-bay possibile. In questo caso, stiamo usando un portatile di set-up in una suite di osservazione accanto allo scanner. </li><li> Carico del soggetto pre-mirati RMN basale nel pacchetto software stereotassica. </li><li> Infine, link e calibrare la bobina stimolante con l'attrezzatura stereotassia - in questo caso, ci allineare una serie di sensori a infrarossi per la registrazione centralità della bobina. </li></ol> 4. Determinazione dei parametri TMS <ol class="lalpha"><li> Quando il soggetto arriva, lui si siede / lei comodamente su una sedia. </li><li> Poi, calibrare la testa del soggetto con l'attrezzatura sterotaxy. In questo caso, useremo sensori infrarossi per la registrazione ancoraggi di posizionamento diverse: entrambe le orecchie, il naso, e il nasion. </li><li> Determinare la soglia di riposo motore del soggetto. </li><li> Se vogliamo eccitare corteccia del soggetto, si imposterà la macchina TMS a 20 Hz con una potenza di stimolazione della soglia motoria 110%. Se vogliamo inibire corteccia del soggetto, si imposterà la macchina TMS a 1 Hz al 110% della soglia del motore. Anche se ti consigliamo di visitare entrambi i parametri nel corso di uno studio completo, ci sarà solo guardare una catena 20 eccitatorio rTMS Hz in questo articolo. </li><li> Infine, creare un modello di stimolazione dei 2 treni secondi con 28 periodi di riposo secondo. </li></ol> 5. TMS Stimolazione <ol class="lalpha"><li> Prima di stimolazione, preparare il soggetto ad andare direttamente in TMS dopo lo scanner. Ciò include la rimozione di metalli e di garantire il soggetto ha usato il bagno. </li><li> Tenendo la bobina tangenziale al cuoio capelluto, usare l'apparecchiatura in stereotassia per individuare e target di stimolazione del soggetto. </li><li> Accendere il sistema di bobine della macchina di raffreddamento. </li><li> Iniziare la stimolazione! Per questo protocollo, condurremo 45 treni stimolazione totale. A 2 secondi un treno con 28 rotture secondo, avremo un tempo totale stim di 23 minuti. </li></ol> 6. Torna Scanner <ol class="lalpha"><li> Una volta che la stimolazione è completo, è importante per ottenere il soggetto nello scanner il più presto possibile. Per rendere questa transizione il più semplice possibile, garantire lo scanner è preparato e pronto a partire. Il nostro consiglio è quello di sollevare la piattaforma corpo, e ridurre il numero e la durata delle scansioni localizzatore al minimo. </li></ol> 7. Finale di scansione <ol class="lalpha"><li> Poiché gli effetti della rTMS sono transitori, la sessione di scansione finale dovrebbe iniziare con i percorsi funzionali. Ancora una volta, eseguiamo tre, 6 minuti di piste di fissazione passiva. </li><li> Dopo le prove sperimentali sono completi, finire con una scansione anatomica. </li></ol> 8. Rappresentante Risultati <img src="/files/ftp_upload/2271/2271fig1.jpg" alt="Figura 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figura 1"> Figura 1. I dati suggeriscono che la stimolazione 20 Hz rTMS al lobo parietale inferiore sinistra, pur facilitando eccitabilità locali, atti a diminuire connettività funzionale all'interno della rete di default.

<ol><li>Raichle, M. E., MacLeod, A. M., Snyder, A. Z., Powers, W. J., Gusnard, D. A., Shulman, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+default+mode+of+brain+function%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Nat.+Acad.+Sciences%22%5BJournal%5D)">A default mode of brain function.</a> Proc. Nat. Acad. Sciences. 98 (2), 676-682 (2001).</li>
<li>Buckner, R. L., Andrews-Hanna, J. R., Schacter, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+brain%27s+default+network%3A+anatomy%2C+function+and+relevance+to+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+N.Y.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">The brain's default network: anatomy, function and relevance to disease.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 1124, 1-38 (2008).</li>
<li>Raichle, M. E., Snyder, A. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+default+mode+of+brain+function%3A+a+brief+history+of+an+evolving+idea%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A default mode of brain function: a brief history of an evolving idea.</a> Neuroimage. 37 (4), 1083-1090 (2007).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperactivity+and+hyperconnectivity+of+the+default+network+in+schizophrenia+and+in+first-degreerelatives+of+persons+with+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Nat.+Acad.+Sciences%22%5BJournal%5D)">Hyperactivity and hyperconnectivity of the default network in schizophrenia and in first-degreerelatives of persons with schizophrenia.</a> Proc. Nat. Acad. Sciences. 106 (4), 1279-1284 (2009).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Failure+to+deactivate+the+prefrontal+cortex+in+schizophrenia%3A+dysfunction+of+the+default+mode+network%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol+Med%22%5BJournal%5D)">Failure to deactivate the prefrontal cortex in schizophrenia: dysfunction of the default mode network?</a> Psychol Med. 38 (8), 1185-1193 (2008).</li>
<li>Garrity, A. G., Pearlson, G. D., McKiernan, K., Lloyd, D., Kiehl, K. A., Calhoun, V. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aberrant+%22default+mode%22+functional+connectivity+in+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Aberrant "default mode" functional connectivity in schizophrenia.</a> American Journal of Psychiatry. 164, 450-457 (2007).</li>
<li>Kennedy, D. P., Redcay, E., Courchesne, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Failing+to+deactivate%3A+Resting+functional+abnormalities+in+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Nat.+Acad.+Sciences%22%5BJournal%5D)">Failing to deactivate: Resting functional abnormalities in autism.</a> Proc. Nat. Acad. Sciences. 103 (21), 8275-8280 (2007).</li>
<li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular%2C+structural%2C+and+functional+characterizations+of+Alzheimer%27s+disease%3A+evidence+for+a+relationship+between+default+activity%2C+amyloid%2C+and+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Molecular, structural, and functional characterizations of Alzheimer's disease: evidence for a relationship between default activity, amyloid, and memory.</a> Journal of Neuroscience. 34, 7709-7717 (2005).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Handbook+of+Transcranial+Magnetic+Stimulation%22">Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation</a>. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).</li>
</ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

<p class="jove_content"&gt; Quando si esegue uno TMS offline / esperimento di risonanza magnetica, forse la considerazione più importante riguarda il passaggio rapido e senza sforzo dal sito di stimolazione alla baia risonanza magnetica. Come tale, essa varrebbe la pena di rivisitare molte delle idee di cui sopra suggerito di aiuto in questa transizione. Primo: utilizzare una macchina portatile TMS istituita in un luogo più vicino alla baia MRI possibile. Due: eludere qualsiasi meccanismo automatico di stand-by o equivalente programmato le appa...

<ul><li> MRI Dotato di fMRI (nella foto in video è un Philips) </li><li> Dispositivo TMS grado di stimolazione ripetitiva (nella foto in video è un Magstim) </li><li> Stereotassi apparecchiature senza telaio (nella foto in video è Brainsight) </li><li> Tappi per le orecchie </li><li> Sedia per soggetto durante la stimolazione </li><li> Indietro schermo di proiezione o la RMN Goggles compatibile </li><li> Stimoli schermo vuoto </li></ul>

la combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fmri per esaminare il modo predefinito della rete

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

La rete di modalità di default è un gruppo di regioni del cervello che si attiva quando un individuo non è focalizzata sul mondo esterno e il cervello è in &quot;riposo vigile.&quot; 1,2,3 Si pensa alla rete in modalità di default corrisponde alla auto-referenziale o &quot;attuazione interna&quot;. 2,3 E &#39;stato ipotizzato che, negli esseri umani, l&#39;attività all&#39;interno della rete modalità di default è correlata con alcune patologie (per esempio, iper-attivazione è stato collegato alla schizofrenia 4,5,6 e disturbi dello spettro autistico 7 mentre ipo-attivazione della rete ha stati collegati al morbo di Alzheimer e altre malattie neurodegenerative 8). Come tale, la modulazione non invasiva di questa rete può rappresentare un intervento terapeutico potenziale per un certo numero di patologie neurologiche e psichiatriche legate alla attivazione della rete anormale. Uno strumento possibile per effetto di questa modulazione è Stimolazione Magnetica Transcranica: un non-invasiva e tecnica neurostimulatory neuromodulatori che possono transitoriamente o durevolmente modulare l&#39;eccitabilità corticale (sia aumentando o diminuendo esso) attraverso l&#39;applicazione localizzata di impulsi di campo magnetico 9. Al fine di esplorare la propensione alla rete in modalità di default e la tolleranza nei confronti di modulazione, saremo combinando TMS (al lobo parietale inferiore sinistra) con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Attraverso questo articolo prenderemo in esame il protocollo e le considerazioni necessarie per coniugare con successo questi due strumenti neuroscientifiche.

In questo articolo prendiamo in esame la metodologia e le considerazioni rilevanti per la combinazione di TMS e fMRI per esaminare gli effetti della stimolazione cerebrale sulla rete di default.

La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete

Il network della modalità predefinita è un gruppo di regioni cerebrali che risultano attive quando un individuo non è focalizzato sul mondo esterno e il cervello si trova in uno stato di "veglia...

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di modificare l'eccitabilità corticale mediante stimolazione magnetica transcranica ripetitiva, e successivamente esaminare gli effetti di tale manipolazione sull'attivazione cerebrale della rete predefinita utilizzando la risonanza magnetica funzionale. Ciò viene realizzato innanzitutto ottenendo una scansione anatomica di base del soggetto, che può essere utilizzata per individuare un sito corticale da stimolare. Il secondo passaggio della procedura consiste nell'acquisire diverse serie di risonanza magnetica funzionale a riposo prima della stimolazione.Il terzo passaggio della procedura consiste nell'applicare la stimolazione magnetica transcranica (TMS) alla regione corticale selezionata, utilizzando parametri di stimolazione scelti per i loro effetti modulatori. L'ultimo passaggio della procedura prevede l'acquisizione di diverse serie di immagini funzionali. In definitiva, è possibile ottenere risultati che mostrano variazioni indotte dalla TMS nell'attivazione della rete neuronale predefinita, mediante l'analisi delle immagini basate sul livello di ossigenazione ematica (BOLD).Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto alla sola fMRI è che, con la TMS, possiamo modulare un'area per osservare la dinamica della rete. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo delle neuroscienze cognitive. Non solo permette di chiarire meglio le interazioni all'interno di una specifica rete in stato di riposo, come la rete predefinita, ma può anche aiutarci a comprendere più a fondo le interazioni tra la rete predefinita e altre reti in stato di riposo.Alcuni giorni prima degli effettivi esperimenti di stimolazione magnetica transcranica (TMS) e di imaging funzionale, far venire il soggetto presso lo scanner per un'acquisizione anatomica di base che verrà utilizzata per la neuro-navigazione durante la procedura TMS. Iniziare facendo completare al soggetto.Tutta la documentazione necessaria, inclusi il modulo di consenso alla ricerca e tutti gli altri documenti dello studio. Includere un modulo standard di screening per risonanza magnetica e verificarlo per assicurarsi che non vi siano controindicazioni alla risonanza magnetica, come stent o clip per aneurismi. Inoltre, approfittare di questa occasione per effettuare uno screening preliminare del soggetto per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e spiegare nel dettaglio i particolari dell'esperimento.Successivamente, portare il soggetto presso lo scanner e posizionarlo sul lettino dello scanner. È necessario acquisire una scansione pesata in T1 SPGR MP rage 3D o equivalente, con un campo visivo che includa l'intera testa, compresi orecchie, naso e cuoio capelluto. Si raccomanda uno spessore di fetta di circa un millimetro.Caricare questa scansione nel software stereotassico senza telai che verrà utilizzato per la neuro-navigazione durante la procedura di TMS e utilizzare questo software per individuare e mirare alle coordinate di stimolazione. Per questo esperimento, si mirerà al lobo parietale inferiore sinistro, visibile qui nella giornata dell'esperimento. Tenere presente che gli effetti neuromodulatori della rTMS sono transitori e che il tempo è essenziale quando si conducono esperimenti combinati di TMS e fMRI.Pertanto, devono essere seguiti i seguenti passaggi per garantire una transizione tempestiva tra le fasi sperimentali. In primo luogo, posizionare un dispositivo TMS portatile in una stanza adiacente o il più vicina possibile all'area di scansione. In questo esperimento, il sistema è configurato nella stanza di osservazione accanto al dispositivo di scansione.Assicurarsi comunque che tutti gli apparecchi non compatibili con la risonanza magnetica rimangano sempre al di fuori della linea dei cinque. In secondo luogo, verificare che la risonanza magnetica anatomica preesistente e precedentemente pianificata del soggetto sia stata caricata nel pacchetto software stereotassico e sia pronta per l'uso durante la procedura di stimolazione magnetica transcranica (TMS). Infine, fissare l'equipaggiamento stereotassico alla bobina stimolante e calibrare la bobina mediante il pacchetto software scelto.Qui, un insieme di sensori a infrarossi è allineato per registrare la centralità della bobina. Una volta completata la configurazione sperimentale, preparare il soggetto per la risonanza magnetica, rieseguire la valutazione di sicurezza per la risonanza magnetica e chiedere al soggetto di rimuovere tutti gli oggetti metallici, assicurandosi che abbia usato il bagno. Condurre il soggetto nella stanza dello scanner e posizionarlo comodamente sul lettino, fornendo supporto per la schiena e il collo secondo necessità per garantire comfort.Durante le scansioni, collegare la bobina per la testa e utilizzare imbottiture in schiuma intorno alla testa del soggetto per ridurre gli artefatti dovuti al movimento. Eseguire le scansioni LOCALIZER e una scansione anatomica iniziale. Successivamente, effettuare tre acquisizioni sperimentali funzionali della durata di sei minuti ciascuna.Suggeriamo i seguenti parametri: imaging a eco planare con un TR di 2,5 secondi, dimensione del voxel di tre millimetri e campo visivo che comprende l'intero cervello. Durante ogni acquisizione, viene presentato un punto di fissazione nel campo visivo centrale del soggetto, al quale viene chiesto di rilassarsi e fissare passivamente il punto. Un compito di fissazione semplice come questo è appropriato per esaminare l'attivazione della rete predefinita.Una volta completata la sessione iniziale di scansione funzionale, aiutare il soggetto a uscire dalla risonanza e farlo sedere comodamente su una sedia adiacente al sistema TMS. Fornire tappi per le orecchie per la protezione dell'udito durante la stimolazione.Successivamente, presenti il soggetto alla macchina per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e alla bobina di stimolazione. Emetta alcuni impulsi vicino alla testa del soggetto in modo che questi si abitui al forte rumore di scatto ed emetta un impulso sopra la mano in modo che possa percepire la sensazione di picchiettamento che genera. Ora è pronto per calibrare la posizione della testa del soggetto mediante l'equipaggiamento stereotassico.Posizionare innanzitutto un tracker a infrarossi sulla testa del soggetto in questo punto. I sensori a infrarossi vengono utilizzati per rilevare diversi punti di repère anatomici, inclusi entrambi i padiglioni auricolari, il naso e il nasione. Questi punti di repère vengono registrati dal pacchetto software stereotassico in modo che la scansione anatomica acquisita in precedenza venga coregistrata rispetto alla testa del soggetto.Successivamente, determini la soglia motoria a riposo del soggetto. Per questo protocollo, utilizzi impulsi singoli sulla corteccia motoria primaria come mostrato qui, sposti la bobina e regoli l'intensità della stimolazione finché non individua l'area che provoca quattro contrazioni muscolari su otto nel mano controlaterale. Infine, imposti l'intensità e i parametri della macchina TMS su quelli che verranno utilizzati durante la stimolazione.Per questo esperimento, si utilizza una stimolazione a 20 hertz al 110% della soglia motoria con un modello di stimolazione costituito da treni di due secondi e periodi di riposo di 28 secondi, che si è dimostrato in grado di aumentare l'eccitabilità corticale. Negli esperimenti futuri, si potrà utilizzare una stimolazione a 1 hertz per esplorare gli effetti inibitori. Siamo ora pronti per iniziare la parte dell'esperimento relativa alla stimolazione magnetica transcranica (TMS); pertanto, verificare nuovamente che il soggetto sia comodo e pronto a tornare immediatamente nella risonanza magnetica.Dopo la sessione di stimolazione magnetica transcranica. Prima della stimolazione, posizionare la bobina in modo tangenziale rispetto al cuoio capelluto e utilizzare l'attrezzatura per l'atassia stereotassica e la relativa interfaccia software per individuare e mirare al sito di stimolazione corticale precedentemente determinato del soggetto; quindi attivare il sistema di raffreddamento della macchina. Tenendo ora la bobina posizionata sopra la regione corticale bersaglio, iniziare la stimolazione.Eseguire 45 serie di stimolazioni con i parametri precedentemente definiti, della durata di due secondi per serie. Con pause di 28 secondi, la stimolazione totale dovrebbe durare 23 minuti. Immediatamente dopo la TMS, assicurarsi che il soggetto venga riportato sul lettino della risonanza il più rapidamente possibile e iniziare con l'ultima sessione di imaging funzionale, al fine di ridurre al minimo gli effetti transitori offline della TMS. Ridurre al minimo il numero e la durata delle scansioni di localizzazione, in modo da poter avviare rapidamente le acquisizioni funzionali. Utilizzare rapidamente gli stessi parametri di imaging delle scansioni iniziali, effettuando tre acquisizioni di sei minuti ciascuna con fissazione passiva, impiegando lo stesso paradigma di fissazione.Una volta completate tutte le acquisizioni funzionali, eseguire una scansione anatomica finale ad alta risoluzione con gli stessi parametri di imaging utilizzati nelle sessioni precedenti. Infine, aiutare il soggetto a uscire dallo scanner. Assicurarsi di trasferire e archiviare tutti i dati di imaging e ringraziare il soggetto per aver partecipato.Una volta acquisiti i dati per almeno 15 soggetti, utilizzare il pacchetto di elaborazione fMRI di propria scelta per il post-elaborazione delle immagini e l'analisi successiva su più soggetti; qui vengono mostrati risultati rappresentativi per una stimolazione a 20 hertz applicata al lobulo parietale inferiore sinistro. Sebbene la stimolazione TMS a 20 hertz migliori l'eccitabilità locale, i dati mostrano che riduce la connettività funzionale all'interno della rete predefinita. Quando si esegue questa procedura, è importante ricordare di trasferire il soggetto nel lettore il più rapidamente possibile dopo la stimolazione, in modo da poter visualizzare gli effetti transitori della stimolazione magnetica ripetitiva.È inoltre possibile modificare i parametri di stimolazione TMS. Ad esempio, si può aumentare l'intensità della macchina TMS per valutare se l'effetto sulla rete neuronale predefinita è parametrico. Si può anche provare a utilizzare la stimolazione a burst theta.Infine, possiamo osservare gli effetti della TMS eseguendo diversi tipi di disegni di risonanza magnetica dopo la TMS, come disegni a blocchi o disegni correlati a eventi. Durante un compito cognitivo.

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Mappatura delle postumi di Theta Burst stimolazione sulla corteccia uditiva umana con imaging funzionale

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