Name: Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci w trybie domyślnym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-28T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 2 s
Description: Poznaj metodę łączenia TMS i fMRI do badania sieci w trybie domyślnym. Ta technika pozwala modyfikować pobudliwość kory mózgowej i obserwować zmiany aktywacji neuronalnej w czasie rzeczywistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

1. Przygotowanie
<ol class="lalpha">
<li>W pierwszej kolejności należy wykonać anatomiczny skan bazowy badanego obiektu. Powinno to zostać zrobione na kilka dni przed właściwym eksperymentem.</li>
<li>Następnie należy załadować skan do oprogramowania do stereotaksji bezramkowej.</li>
<li>Na koniec należy wyznaczyć i zaplanować współrzędne stymulacji. W tym przypadku celem będzie lewy dolny zakręt ciemieniowy.</li>
</ol>
2. Skan wstępny
<ol class="lalpha">
<li>W dniu eksperymentu badany ponownie zostanie umieszczony w skanerze MRI.</li>
<li>Należy rozpocząć od skanu anatomicznego.</li>
<li>Następnie przeprowadza się trzy funkcjonalne serie eksperymentalne. W tym eksperymencie zadanie jest bardzo proste: w centralnym polu widzenia badanego wyświetlany jest punkt fiksacyjny, na który osoba ta ma po prostu pasywnie patrzeć.</li>
</ol>
3. Przygotowanie TMS
<ol class="lalpha">
<li>Ponieważ efekty rTMS są przejściowe, czas ma kluczowe znaczenie przy łączeniu TMS i fMRI. Niezbędne jest wprowadzenie badanego z powrotem do skanera tak szybko, jak to możliwe po zaprzestaniu stymulacji. Z tego powodu zaleca się stosowanie przenośnego urządzenia TMS umieszczonego w pomieszczeniu sąsiadującym lub znajdującym się jak najbliżej stanowiska skanowania. W niniejszym przypadku wykorzystujemy przenośny zestaw w pomieszczeniu obserwacyjnym obok skanera.</li>
<li>Wczytaj bazowy obraz MRI badanego, uzyskany podczas wstępnego targetowania, do pakietu oprogramowania stereotaktycznego.</li>
<li>Na koniec połącz i skalibruj cewkę stymulującą z urządzeniem do stereotaksji – w tym przypadku wyrównamy zestaw czujników podczerwieni w celu zarejestrowania centralności cewki.</li>
</ol>
4. Określanie parametrów TMS
<ol class="lalpha">
<li>Po przybyciu badanego, posadź go wygodnie na krześle.</li>
<li>Następnie skalibruj pozycję głowy badanego za pomocą sprzętu stereotaktycznego. W tym przypadku użyjemy czujników podczerwieni do zarejestrowania kilku punktów orientacyjnych: obu uszu, nosa oraz nasionu.</li>
<li>Wyznacz spoczynkowy próg motoryczny badanego.</li>
<li>W celu pobudzenia kory mózgowej badanego, ustawimy urządzenie TMS na 20 Hz przy mocy stymulacji wynoszącej 110% progu motorycznego. Aby zahamować korę mózgową badanego, ustawimy urządzenie TMS na 1 Hz przy 110% progu motorycznego. Choć w toku pełnego badania należy zbadać oba parametry, w niniejszym artykule skupimy się wyłącznie na pobudzającej serii rTMS o częstotliwości 20 Hz.</li>
<li>Na koniec ustaw schemat stymulacji składający się z 2-sekundowych serii z 28-sekundowymi okresami odpoczynku.</li>
</ol>
5. Stymulacja TMS
<ol class="lalpha">
<li>Przed stymulacją przygotuj badanego do bezpośredniego przejścia do skanera po zakończeniu TMS. Obejmuje to usunięcie przedmiotów metalowych oraz upewnienie się, że badany skorzystał z toalety.</li>
<li>Trzymając cewkę stycznie do skóry głowy, użyj sprzętu stereotaktycznego, aby zlokalizować i wyznaczyć miejsce stymulacji u badanego.</li>
<li>Włącz system chłodzenia cewki urządzenia.</li>
<li>Rozpocznij stymulację! W ramach tego protokołu przeprowadzimy łącznie 45 serii stymulacji. Przy czasie 2 sekund na serię i 28-sekundowych przerwach, całkowity czas stymulacji wyniesie 23 minuty.</li>
</ol>
6. Powrót do skanera
<ol class="lalpha">
<li>Po zakończeniu stymulacji ważne jest, aby jak najszybciej wprowadzić badanego z powrotem do skanera. Aby przejście to przebiegło jak najsprawniej, należy upewnić się, że skaner jest przygotowany i gotowy do pracy. Zalecamy podniesienie platformy pod ciałem oraz ograniczenie liczby i czasu trwania skanów lokalizacyjnych do niezbędnego minimum.</li>
</ol>
7. Skan końcowy
<ol class="lalpha">
<li>Ponieważ efekty rTMS są przejściowe, ostatnia sesja skanowania powinna rozpocząć się od serii funkcjonalnych. Ponownie przeprowadzimy trzy, 6-minutowe serie pasywnej fiksacji.</li>
<li>Po zakończeniu serii eksperymentalnych należy wykonać skan anatomiczny.</li>
</ol>
8. Reprezentatywne wyniki
<img src="/files/ftp_upload/2271/2271fig1.jpg" alt="Schemat aktywności mózgu, badanie TMS, lewa i prawa półkule, porównanie przed i po stymulacji." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> Rycina 1. Dane sugerują, że stymulacja rTMS o częstotliwości 20 Hz skierowana na lewy dolny zakręt ciemieniowy, mimo zwiększania lokalnej pobudliwości, działa ograniczająco na łączność funkcjonalną w obrębie sieci stanu spoczynkowego (default network).

<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>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

Podczas przeprowadzania eksperymentu TMS/MRI w trybie offline, najważniejszym aspektem jest prawdopodobnie szybkie i sprawne przejście z miejsca stymulacji do pomieszczenia z rezonansem magnetycznym. W związku z tym warto ponownie rozważyć kilka wspomnianych wcześniej sugestii, które mają ułatwić ten proces. Po pierwsze: należy użyć przenośnego urządzenia TMS, ustawionego w miejscu tak blisko pomieszczenia MRI, jak to tylko możliwe. Po drugie: należy wyłączyć wszelkie automatyczne tryby czuwania lub równoważne mechaniz...

<table><tbody><tr><td>MRI przystosowany do fMRI (na filmie przedstawiono urządzenie Philips)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Urządzenie TMS z możliwością stymulacji powtarzalnej (na filmie przedstawiono urządzenie Magstim)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sprzęt do stereotaksji bezramkowej (na filmie przedstawiono system Brainsight)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zatyczki do uszu</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Krzesło dla badanej osoby podczas stymulacji</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ekran projekcyjny z tyłu lub gogle kompatybilne z MRI</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ekran z pustymi bodźcami</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fmri w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (default mode network)

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

Sieć stanu spoczynkowego (default mode network) to grupa obszarów mózgu, które są aktywne, gdy jednostka nie koncentruje się na świecie zewnętrznym, a mózg znajduje się w stanie „czuwania w spoczynku”.1,2,3 Uważa się, że sieć stanu spoczynkowego odpowiada za procesy autoreferencyjne lub „wewnętrzne myślenie”.2,3
Postawiono hipotezę, że u ludzi aktywność w obrębie sieci stanu spoczynkowego (default mode network) koreluje z określonymi patologiami (na przykład nadaktywność powiązano ze schizofrenią 4,5,6 i zaburzeniami spektrum autyzmu 7, podczas gdy hypoaktywność tej sieci powiązano z chorobą Alzheimera oraz innymi chorobami neurodegeneracyjnymi 8). W związku z tym nieinwazyjna modulacja tej sieci może stanowić potencjalną interwencję terapeutyczną w przypadku wielu patologii neurologicznych i psychiatrycznych związanych z nieprawidłową aktywacją sieci. Jednym z możliwych narzędzi służących do przeprowadzenia takiej modulacji jest przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (Transcranial Magnetic Stimulation): nieinwazyjna technika neurostymulacyjna i neuromodulacyjna, która pozwala na przejściową lub trwałą modulację pobudliwości kory (zarówno jej zwiększanie, jak i zmniejszanie) poprzez przyłożenie lokalnych impulsów pola magnetycznego.9
W celu zbadania skłonności oraz tolerancji sieci stanu spoczynkowego (DMN) na modulację, połączymy TMS (skierowany na lewy dolny płat ciemieniowy) z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (fMRI). W niniejszym artykule omówimy protokół oraz kwestie niezbędne do skutecznego połączenia tych dwóch narzędzi neuronaukowych.

W niniejszym artykule omawiamy metodologię oraz kwestie istotne dla łączenia TMS i fMRI w celu zbadania wpływu stymulacji mózgu na sieć stanu spoczynkowego.

Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (Default Mode Network)

Sieć stanu spoczynkowego (default mode network) to grupa obszarów mózgu, które są aktywne, gdy jednostka nie koncentruje się na świecie zewnętrznym, a mózg znajduje się w stanie „czuwania...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zmiana pobudliwości kory za pomocą powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, a następnie zbadanie tych efektów w zakresie aktywacji sieci stanu spoczynkowego mózgu przy użyciu funkcjonalnego MRI. Osiąga się to najpierw poprzez wykonanie anatomicznego skanu bazowego badanego obiektu, który może posłużyć do wyznaczenia miejsca stymulacji kory. Drugim krokiem procedury jest przeprowadzenie kilku serii fMRI w stanie spoczynku przed rozpoczęciem stymulacji.Trzecim krokiem procedury jest zastosowanie TMS w wybranym celu korowym, przy użyciu parametrów stymulacji dobranych pod kątem ich efektów modulujących. Ostatnim krokiem procedury jest ponowne przeprowadzenie kilku serii obrazowania funkcjonalnego. W rezultacie można uzyskać wyniki wykazujące zmiany w aktywacji sieci stanu spoczynkowego wywołane przez TMS, na podstawie analizy obrazowania zależnego od poziomu utlenowania krwi.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z samym fMRI jest to, że dzięki TMS możemy modulować jeden obszar, aby obserwować dynamikę sieci. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie neuronauki poznawczej. Pozwala ona nie tylko lepiej wyjaś

combining-transcranial-magnetic-stimulation-fmri-to-examine-default

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Łączenie stymulacji magnetycznej transkranialnej i rezonansu magnetycznego funkcjonalnego w celu zbadania domyślnej sieci modowej

Przetwarzanie słuchowe stanowi podstawę przetwarzania mowy oraz muzyki. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) została z sukcesem wykorzystana do badania systemów poznawczych, sensorycznych i motorycznych, lecz rzadko stosowano ją w badaniach słuchu. W niniejszej pracy zbadaliśmy połączenie TMS z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansem magnetycznym (fMRI), aby zrozumieć organizację funkcjonalną kory słuchowej.

Mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

Źródło: Lioumis, P. et al. Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej.  J. Vis. Exp. (2018)Ten film przedstawia protokół łączenia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii w celu oceny pobudliwości kory mózgowej oraz równowagi między pobudzeniem a hamowaniem w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej.

Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej

Źródło: Shafi, M. M., et al. Multimodalna metoda obrazowania i stymulacji oceny pobudliwości mózgu związanej z łącznością u pacjentów z padaczką. J. Vis. Exp. (2016)Film przedstawia procedurę stosowania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) i elektroencefalografii (EEG) do oceny pobudliwości neuronalnej u pacjentów z padaczką. Szczegółowo opisuje kroki ustawiania głowy pacjenta za pomocą wcześniej nagranego skanu mózgu, umieszczania cewki TMS nad funkcjonalnie połączonym celem korowym i...

Ocena nadpobudliwości mózgu za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii

Ten artykuł opisuje metodę zbierania i analizowania danych elektroencefalografii (EEG) podczas jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) sterowanej aktywacjami ujawnionymi za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Opisano metodę usuwania artefaktów TMS i ekstrakcji potencjałów związanych ze zdarzeniami, a także rozważania dotyczące projektowania paradygmatu i konfiguracji eksperymentalnej.

Ekstrakcja wizualnych potencjałów wywołanych z danych EEG zarejestrowanych podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej pod kontrolą fMRI

Sieć trybu domyślnego (DMN) w padaczce skroniowej (TLE) jest analizowana w stanie spoczynku mózgu za pomocą rezonansu magnetycznego (fcMRI) opartego na nasionach.

Analiza sieciowa sieci w trybie domyślnym z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego łączności funkcjonalnej w padaczce skroniowej

Ten protokół opisuje uzupełniające techniki neuroobrazowania połączeń strukturalnych w stanie spoczynku, dezaktywacji wywołanej zadaniem i analiz połączeń strukturalnych w celu zbadania domyślnej sieci w zespole stresu pourazowego. Zastosowanie metod synergicznych może potencjalnie prowadzić do poprawy diagnostyki i oceny ciężkości, wyników i innych istotnych czynników klinicznych.

Opracowywanie fenotypów neuroobrazowania sieci trybu domyślnego w PTSD: integracja stanu spoczynku, pamięci roboczej i łączności strukturalnej

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest techniką nieinwazyjnej stymulacji mózgu. Z powodzeniem stosuje się go w badaniach podstawowych i warunkach klinicznych do modulowania funkcji mózgu u ludzi. W artykule opisano implementację tDCS i jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) w celu zbadania neuronalnych podstaw efektów tDCS.

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) jest obiecującym narzędziem do nieinwazyjnego badania oscylacji mózgu, chociaż jej efekty nie są w pełni zrozumiałe. W tym artykule opisano bezpieczną i niezawodną konfigurację do jednoczesnego stosowania tACS z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym, która może zwiększyć zrozumienie oscylacyjnej funkcji mózgu i skutków tACS.

Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Przedstawiony tutaj protokół jest przeznaczony do badań TMS-EEG wykorzystujących paradygmaty projektowania test-retest pobudliwości wewnątrzkorowej. Celem protokołu jest uzyskanie wiarygodnych i powtarzalnych miar pobudliwości kory mózgowej do oceny funkcjonowania neurofizjologicznego związanego z interwencjami terapeutycznymi w leczeniu chorób neuropsychiatrycznych, takich jak duża depresja.

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Ten protokół opisuje metodę umieszczania elektrod sterowanych neuronami do ogniskowej, przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) podawanej podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI).

Neuronavigated Zogniskowana przezczaszkowa stymulacja prądem stałym podawana podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

Poznaj metodę łączenia TMS i fMRI do badania sieci w trybie domyślnym. Ta technika pozwala modyfikować pobudliwość kory mózgowej i obserwować zmiany aktywacji neuronalnej w czasie rzeczywistym.

Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (Default Mode Network)

Przeglądaj więcej filmów