방법 논문

기본 모드 네트워크를 검사하기 위해 Transcranial 자석 자극과 fMRI를 결합

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DOI:

10.3791/2271

⸱

2010년 12월 28일

 ,  ,  , 
1Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center

이 논문에서

요약

이 문서에서는, 우리는 기본 네트워크에 뇌 자극의 효과를 조사하기 위해 TMS와 fMRI의 조합과 관련된 방법론과 고려 사항을 검토하십시오.

초록

기본 모드 네트워크는 개인이 외부 세계에 초점과 두뇌에 있습니다 않을 때 활성화된 뇌의 영역의 그룹입니다 "반쯤 남은."1,2,3 이것은 기본 모드 네트워크가 자기 참조에 해당하는 생각입니다 또는 "내부 정신 작용."2,3

그것은 인간의 기본 모드 네트워크에서 활동이 특정 pathologies (예를 들어와 상관이며, 그 가상되었습니다 하이퍼 활성화는 정신 분열증 4,5,6과 네트워크의 7 반면 하이포 정품 인증이 가진 자폐증 스펙트럼 장애에 연결되어 있습니다 알츠하이머 병 및 기타 neurodegenerative 질병 8)에 연결되어되었습니다. 이 네트워크의 등, 비침 투 변조는 비정상적인 네트워크 활성화에 연결된 신경 및 정신과 pathologies의 여러 가지 잠재적인 치료 개입을 대표 있습니다. 이 변조를 적용하는 한 가지 도구는 Transcranial 자석 자극입니다 transiently 또는 lastingly화된 자기장 펄스의 응용을 통해 대뇌 피질의 흥분을 (중 증가 또는 감소) 변조 수있는 비침습 neurostimulatory 및 neuromodulatory 기술 9.

기본 모드 네트워크 향해 성향과 변조의 오차를 탐험하기 위해, 우리는 기능적인 자기 공명 영상 (fMRI)로 (왼쪽 하부 정수리 엽)를 TMS를​​ 결합합니다. 이 문서를 통해, 우리는 성공적으로이 두 neuroscientific 도구를 결합하는 데 필요한 프로토콜 및 고려 사항을 검토합니다.

프로토콜

1. 준비

  1. 시작하려면 피사체의베이스 라인 해부 검사를 구하십시오. 이것은 실제 실험을하기 전에 며칠이 완료되어야합니다.
  2. 다음, frameless stereotactic 소프트웨어 패키지로 검사를로드합니다.
  3. 마지막으로 찾아와 자극의 좌표를 타겟팅할 수 있습니다. 이 경우, 우리는 왼쪽 열등한 정수리 lobule를 타겟팅하는 것입니다.

2. 초기 스캔

  1. 실험의 날, 당신의 주제는 다시 한번, MRI 기계에서 시작됩니다.
  2. 해부 학적 검사와 함께 시작합니다.
  3. 다음 세 기능성 실험의 실행을 실시합니다. 본 실험에서는, 작업은 매우 간단합니다 : 고정 지점이 비전의 제목의 중앙 필드에 제공하고, 그 / 그녀는 단순히 수동적으로 그것을 응시하는 것입니다.

3. TMS 준비

  1. rTMS의 효과는 일시적인 때문에 TMS와 fMRI 결합하면, 시간이 관건입니다. 그것은 당신이 자극을 정지 후 가능한 빨리 스캐너로 주제를 되찾을 필수적입니다. 이 때문에, 당신은 가능한 한 검색 - 베이로 가능한 또는 가까운 인접 공간에 주둔 휴대용 TMS 장치를 사용하는 것이 좋습니다. 이 경우, 우리는 스캐너에 휴대용 관찰 제품군에 셋업 옆집을 사용하고있는 것입니다.
  2. stereotactic 소프트웨어 패키지에 주제의 사전 타겟 기준은 MRI로드합니다.
  3. 마지막으로, 링크 및 stereotaxy 장비를 사용하여 자극 코일을 보정 -이 경우, 우리는 코일 중심적 위치를 등록하는 적외선 센서의 집합을 정렬합니다.

4. TMS 매개 변수 결정

  1. 주제가 도착하면, 그녀는 의자에 편안하게 / 앉혀.
  2. 다음 sterotaxy 장비 피사체의 머리를 보정. 이 경우, 우리는 여러 위치 앵커를 등록하는 적외선 센서를 사용합니다 : 두 귀, 코, nasion합니다.
  3. 피사체의 쉬고있는 모터 한계를 결정합니다.
  4. 우리가 피사체의 피질을 자극하고 싶다면, 우리는 110 %의 모터 임계값의 자극 능력 20 Hz로 TMS 시스템을 설정합니다. 우리가 피사체의 피질을 억제하려는 경우, 우리는 110 %의 모터 임계값 1 Hz로 TMS 시스템을 설정합니다. 당신은 전체 연구의 과정을 통해 두 매개 변수를 탐험하고자하더라도, 우리는이 문서에서 20 Hz에서 흥분성의 rTMS 체인 살펴볼 것입니다.
  5. 마지막으로, 28초 휴식 기간과 이초 열차의 자극 패턴을 설정합니다.

5. TMS의 자극

  1. 이전 자극에, 스캐너 다음의 TMS에서 직접 갈 수있는 주제를 준비합니다. 이것은 금속의 제거 및 피사체가 화장실을 사용했습니다 보장을 포함합니다.
  2. 두피에 접선 코일 개최, 주제의 자극 사이트를 찾아 대상에 stereotaxy 장비를 사용합니다.
  3. 기계 코일 냉각 시스템을 켜십시오.
  4. 자극을 시작! 이 프로토콜을 위해, 우리는 45 총 자극 열차를 실시합니다. 이초 28초 휴식과 기차에서, 우리는 23 분 총 stim 시간을 것입니다.

6. 위로 스캐너에

  1. 일단 자극이 완료, 그것은 가능한 빨리 스캐너에 다시 적용을하는 것이 중요합니다. 최대한 원활하게이 전환을하려면 스캐너가 준비하고 갈 준비가되어 있는지 확인하십시오. 우리의 조언은 신체 플랫폼을 인상하고, 최소한으로 localizer 검사의 수와 기간을 줄일 수 있습니다.

7. 최종 스캔

  1. rTMS의 효과는 일시적인이기 때문에, 최종 검사 세션 기능 실행 시작한다. 다시, 우리는 수동 고정 세, 6 분 실행을 실시합니다.
  2. 실험 실행이 완료되면, 해부 학적 검사와 함께 마무리.

8. 대표 결과

그림 1
그림 1. 데이터는 왼쪽 열등한 정수리 lobule 20 Hz에서 rTMS의 자극은 지방 흥분을 촉진하지만, 기본 네트워크 내의 기능적 연결을 감소 역할을하는 것이 좋습니다.

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토론

오프라인 TMS / MRI 실험, 거의 틀림없이 가장 중요한 고려 사항은 자극의 사이트에서 MRI를 베이에 신속하고 손쉽게 전환을 포함을 실시하는 경우. 따라서,이 전환에 도움을 제안 상기 아이디어 몇 가지를 다시 방문 가치가있을 것입니다. 첫째 가능한 MRI 베이에 가까운 위치에 설치 휴대용 TMS 시스템을 사용합니다. 둘째, MRI 장비에 프로그래밍된 모든 자동 독립 또는 이에 상응하는 메커니즘을 우회. 3 : 플랫폼 증가되었는지 확인하고 피사체가 TMS을 완료하기 전에 자극이로드됩니다. 그리고, 마침내, 넷 : 혼자이 작업을 수행하지 마십시오. 항상 두 가지 활성 연구자 최소를 각 실험 세션과 관련된 - TMS 부분, MRI 부분의 담당의 다른 담당에 한.

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공개 사항

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

재료

  • MRI는 fMRI (필립스가 동영상에 그림)을 갖추고
  • 반복 자극 가능한 TMS 장치는 (비디오에서 그림 Magstim입니다)
  • Frameless Stereotaxy 장비 (Brainsight이 동영상 그림)
  • 이어 플러그
  • 자극 중에 제목을위한 의자
  • 백 프로젝션 화면이나 MRI 호환 고글
  • 빈 자극 화면

참고문헌

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

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