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

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.