Methodenartikel

De combinatie van Transcranial Magnetic Stimulation en fMRI om de standaard-modus Netwerk Onderzoek

12.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/2271

⸱

28 december 2010

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

In dit artikel

Samenvatting

In dit artikel onderzoeken we de methodologie en de overwegingen die relevant zijn voor de combinatie van TMS en fMRI om de effecten van brain stimulation te onderzoeken op het standaard netwerk.

Samenvatting

De standaard mode-netwerk is een groep van hersengebieden die actief zijn wanneer een individu is niet gericht op de buitenwereld en de hersenen is bij "wakker te rusten." 1,2,3 Het is dacht dat de standaard modus netwerk komt overeen met zelf-referentiële of "interne uitvoering". 2,3

Het wordt geopperd dat, bij mensen, activiteit in de standaard modus netwerk is gecorreleerd met bepaalde pathologieën (bijvoorbeeld, is hyper-activatie in verband gebracht met schizofrenie 4,5,6 en autisme spectrum stoornissen 7 terwijl de hypo-activering van het netwerk in verband gebracht met de ziekte van Alzheimer en andere neurodegeneratieve ziekten 8). Als zodanig, niet-invasieve modulatie van dit netwerk kan een potentieel therapeutische interventie voor een aantal neurologische en psychiatrische aandoeningen gekoppeld aan abnormale netwerk activering. Een mogelijke instrument om dit te modulatie-effect is Transcranial Magnetic Stimulation: een niet-invasieve neurostimulatory en neuromodulatory techniek die kan kortstondig of langdurig corticale prikkelbaarheid (ofwel te verhogen of te verlagen) moduleren via de toepassing van gelokaliseerde magnetische veld pulsen 9.

Om de standaard modus netwerk neiging naar en de tolerantie van de modulatie te verkennen, zullen we het combineren van TMS (aan de linkerkant inferieure pariëtale kwab) met functionele magnetische resonantie imaging (fMRI). Door middel van dit artikel zullen we onderzoeken het protocol en de overwegingen die nodig zijn om succesvol te combineren deze twee neurowetenschappelijke tools.

Protocol

1. Voorbereiding

  1. Om te beginnen, het verkrijgen van een baseline anatomische scan van uw onderwerp. Dit moet gebeuren enkele dagen voor het eigenlijke experiment.
  2. Vervolgens laadt u de scan in uw frameless stereotactische softwarepakket.
  3. Tot slot, vinden en richten op uw stimulatie coördinaten. In dit geval, zullen wij gericht op de linker inferieure lobulus parietalis.

2. De eerste scan

  1. Op de dag van het experiment, zal het onderwerp opnieuw beginnen in de MRI-machine.
  2. Begin met een anatomische scan.
  3. Vervolgens voeren drie functionele experimenten runs. Voor dit experiment, de taak is heel eenvoudig: een fixatie punt wordt gepresenteerd in de centrale van het onderwerp gezichtsveld, en hij / zij is om gewoon te passief staren in.

3. TMS Voorbereiding

  1. Omdat de effecten van rTMS zijn van voorbijgaande aard, de tijd is van essentieel belang bij het combineren van TMS en fMRI. Het is noodzakelijk je het onderwerp terug in de scanner zo snel mogelijk na stimulatie stoppen. Vanwege dit, wil je een draagbaar apparaat TMS gestationeerd in een ruimte naast of zo dicht mogelijk bij de scanning-bay als mogelijk te gebruiken. In dit geval gebruiken we een draagbare set-up in een observatie-suite naast de scanner.
  2. Laad het onderwerp pre-gerichte baseline MRI in de stereotactische softwarepakket.
  3. Tot slot, link en kalibreren van uw stimulerende rol bij de stereotaxie apparatuur - in dit geval, zullen we een aantal infrarood sensoren af ​​te stemmen op spoel centraliteit registreren.

4. Het bepalen van TMS Parameters

  1. Wanneer het onderwerp aankomt, zit hem / haar comfortabel in een stoel.
  2. Vervolgens kalibreren van uw onderwerp hoofd met de sterotaxy apparatuur. In dit geval gebruiken we infrarood sensoren om verschillende positionering ankers registreren: beide oren, de neus, en de nasion.
  3. Bepaal het onderwerp rusten motor drempel.
  4. Als we willen het onderwerp cortex te wekken, zullen we de TMS machine ingesteld op 20 Hz met een stimulatie vermogen van 110% motor drempel. Als we willen het onderwerp cortex remmen, zullen we de TMS machine ingesteld op 1 Hz bij 110% motor drempel. Hoewel u zult willen beide parameters te onderzoeken in de loop van een volledige studie, zullen we alleen kijken naar een 20 Hz excitatoire rTMS keten in dit artikel.
  5. Ten slotte is het opzetten van een stimulatie patroon van twee seconden treinen met 28 seconden rust periodes.

5. TMS stimulatie

  1. Voorafgaand aan de stimulatie, bereiden het onderwerp om direct te gaan in de scanner volgende TMS. Dit omvat het verwijderen van metalen en het waarborgen van het onderwerp heeft het toilet gebruikt.
  2. Houd de spoel raakt aan de hoofdhuid, gebruik je stereotaxie apparatuur te lokaliseren en doel van het onderwerp stimulatie site.
  3. Zet spoel de machine koelsysteem.
  4. Begin stimulatie! Voor dit protocol, zal voeren wij 45 in totaal stimulatie treinen. Op twee seconden een trein met 28 seconden breekt, zullen we een totaal stim tijd van 23 minuten.

6. Terug naar de scanner

  1. Zodra stimulatie is voltooid, is het belangrijk om het onderwerp terug te krijgen in de scanner zo snel mogelijk. Om deze overgang zo naadloos mogelijk, zorgen ervoor dat uw scanner is voorbereid en klaar om te gaan. Ons advies is om het lichaam platform te verhogen, en het aantal en de duur van de localizer scans te reduceren tot een absoluut minimum.

7. Final Scan

  1. Omdat de effecten van rTMS zijn van voorbijgaande aard, moet de definitieve scan sessie beginnen met de functionele loopt. Nogmaals, we voeren drie, zes-minuten loopt van passieve fixatie.
  2. Na de experimentele runs zijn compleet en eindig met een anatomische scan.

8. Representatieve resultaten

Figuur 1
Figuur 1. De gegevens suggereren dat 20 Hz rTMS stimulatie van de linker inferieure lobulus parietalis, hoewel faciliteren lokale prikkelbaarheid, handelt om functionele connectiviteit daling in het standaard netwerk.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Bij het uitvoeren van een offline TMS / MRI-experiment, misschien wel de belangrijkste overweging heeft betrekking op de snelle en moeiteloze overgang van de plaats van stimulatie van de MRI-baai. Als zodanig zou het de moeite waard zijn herzien van een aantal van de bovengenoemde ideeën geopperd om te helpen bij deze overgang. Ten eerste: een draagbare TMS machine opgezet op een locatie zo dicht mogelijk bij de MRI-baai mogelijk te maken. Twee: omzeilen van enige automatische stand-by of een equivalent mechanisme ge...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Geen belangenconflicten verklaard.

Materialen

  • MRI Uitgerust voor fMRI (afgebeeld in video is een Philips)
  • TMS apparaat waarmee Repetitive Stimulation (afgebeeld in video is een Magstim)
  • Frameloze stereotaxie apparatuur (afgebeeld in video is Brainsight)
  • Oordopjes
  • Stoel voor Subject tijdens de stimulatie
  • Terug projectiescherm of MRI Compatible Goggles
  • Blank Stimuli scherm

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Functionele magnetische resonantiebeeldvormingrusttoestand fMRIcorticale exciteerbaarheidneuronavigatieinferieure pari tale kwabmotordrempelhersenconnectiviteitrusttoestandnetwerken

Gerelateerde artikelen