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Combinando Estimulação Magnética Transcraniana e fMRI para o Exame da rede de modo padrão

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DOI:

10.3791/2271

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28 de dezembro de 2010

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

Neste artigo

Resumo

Neste artigo, vamos examinar a metodologia e considerações relevantes para a combinação de TMS e fMRI para examinar os efeitos de estimulação cerebral na rede padrão.

Resumo

A rede de modo padrão é um grupo de regiões do cérebro que estão ativas quando uma pessoa não está focada no mundo exterior eo cérebro está em "descanso vigília." 1,2,3 Acredita-se que a rede de modo padrão corresponde a auto-referencial ou "implementação interna" 2,3.

Postula-se que, em humanos, a atividade dentro da rede de modo padrão é correlacionada com certas patologias (por exemplo, hiper-ativação tem sido associada à esquizofrenia 4,5,6 e transtornos do espectro autista, enquanto 7 hipo-ativação da rede tem sido associada a doença de Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas 8). Como tal modulação, não invasivo desta rede pode representar uma intervenção potencial terapêutico para uma série de patologias neurológicas e psiquiátricas relacionadas com a ativação da rede anormal. Uma ferramenta possível efeito dessa modulação é Estimulação Magnética Transcraniana: uma neurostimulatory não-invasivo e técnica neuromoduladores que pode transitoriamente ou duradoura modular a excitabilidade cortical (aumentando ou diminuindo-a), através da aplicação de pulsos de campo magnético localizada 9.

A fim de explorar a propensão a rede de modo padrão em relação à tolerância e de modulação, estaremos combinando TMS (no lobo parietal esquerdo inferior) com ressonância magnética funcional (fMRI). Através deste artigo, vamos examinar o protocolo e as considerações necessárias de forma a combinar essas duas ferramentas da neurociência.

Protocolo

1. Preparação

  1. Para começar, obtenha uma varredura de linha de base anatômica de seu assunto. Isto deve ser feito alguns dias antes do experimento real.
  2. Em seguida, coloque o scan em seu pacote sem moldura estereotáxica software.
  3. Por fim, localize e alvo as suas coordenadas de estímulo. Neste caso, estaremos visando o lóbulo parietal inferior esquerdo.

2. A verificação inicial

  1. No dia do experimento, o assunto será, mais uma vez, começar no aparelho de ressonância magnética.
  2. Comece com uma varredura anatômica.
  3. Em seguida, realizar três corridas experimentação funcional. Para este experimento, a tarefa é bastante simples: um ponto de fixação é apresentado no campo central do sujeito de visão, e ele / ela é simplesmente ficar olhando passivamente.

3. Preparação TMS

  1. Porque os efeitos da EMTr são transitórios, o tempo é da essência quando se combina TMS e fMRI. É imperativo que você começa a voltar assunto no scanner o mais rapidamente possível após a interrupção da estimulação. Devido a isso, você vai querer usar um dispositivo portátil TMS estacionados em uma sala adjacente ou o mais próximo possível da digitalização bay-possível. Neste caso, estamos usando uma porta de set-up em uma suíte de observação portátil ao lado do scanner.
  2. Carga inicial de seu objeto pré-alvo de ressonância magnética para o pacote de software estereotáxica.
  3. Finalmente, link e calibrar sua bobina estimulante com o equipamento de estereotaxia - neste caso, vamos alinhar um conjunto de sensores de infravermelho para registrar centralidade da bobina.

4. Determinar parâmetros TMS

  1. Quando o assunto chega, sente-se ele / ela confortavelmente em uma cadeira.
  2. Em seguida, calibre da cabeça da pessoa com o equipamento sterotaxy. Neste caso, vamos usar sensores de infravermelho para registrar âncoras posicionamento várias: ambas as orelhas, o nariz, eo násio.
  3. Determinar o limiar de seu objeto do motor em repouso.
  4. Se queremos excitar o córtex do sujeito, vamos configurar a máquina TMS a 20 Hz, com uma potência de estímulo limiar motor 110%. Se queremos inibir córtex do sujeito, vamos configurar a máquina TMS a 1 Hz a 110% do limiar motor. Embora você vai querer explorar ambos os parâmetros durante todo o curso de um estudo completo, vamos apenas olhar para uma cadeia de 20 Hz rTMS excitatórios neste artigo.
  5. Finalmente, estabelecer um padrão de estimulação dos dois trens em segundo lugar com 28 períodos de descanso segundo.

5. Estimulação TMS

  1. Anterior à estimulação, prepare o assunto para ir diretamente no TMS seguintes scanner. Isto inclui a remoção de metal e garantindo o sujeito tem usado o banheiro.
  2. Segurando a bobina tangencial para o couro cabeludo, use seu equipamento de estereotaxia para localizar e alvo do site do sujeito estimulação.
  3. Ligue a máquina do sistema de refrigeração da bobina.
  4. Começar a estimulação! Para este protocolo, vamos realizar 45 trens estímulo total. Menos 2 segundos de um trem com 28 breaks segundo, teremos um tempo stim total de 23 minutos.

6. Voltar para o Scanner

  1. Uma vez que a estimulação é completo, é importante para obter o assunto de volta ao scanner o mais rápido possível. Para fazer essa transição tão simples quanto possível, garantir que o seu scanner é preparado e pronto para ir. Nosso conselho é para elevar a plataforma, corpo e reduzir o número ea duração das verificações localizer a um mínimo.

7. Finais de digitalização

  1. Porque os efeitos da EMTr são transitórios, a sessão de digitalização final deve começar com as corridas funcional. Mais uma vez, vamos realizar três, seis minutos-runs de fixação passiva.
  2. Após a execução experimental estão completos, terminar com uma varredura anatômica.

8. Resultados representante

Figura 1
Figura 1. Os dados sugerem que 20 Hz rTMS estímulo ao lóbulo parietal inferior esquerdo, apesar de facilitar a excitabilidade local, atua para diminuir a conectividade funcional dentro da rede padrão.

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Discussão

Ao se realizar um TMS offline / experiência de ressonância magnética, sem dúvida o aspecto mais importante envolve a transição rápida e sem esforço a partir do local de estimulação para a baía de ressonância magnética. Como tal, valeria a pena revisitar várias das idéias sugeridas acima para ajudar nessa transição. Primeiro: use uma máquina portátil TMS criado em um local tão perto da baía de ressonância magnética quanto possível. Dois: contornar qualquer mecanismo automático stand-by ou equivalente programado no equ...

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Divulgações

Não há conflitos de interesse declarados.

Materiais

  • MRI Equipado para fMRI (na foto em vídeo é uma Philips)
  • TMS dispositivo capaz de estimulação repetitiva (retratado no vídeo é um Magstim)
  • Equipamentos Estereotaxia Frameless (foto no vídeo é Brainsight)
  • Tampões para os ouvidos
  • Cadeira para Assunto durante a estimulação
  • Tela de projeção traseira ou ressonância magnética Goggles Compatível
  • Tela em branco Estímulos

Referências

  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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