Name: Combinando Estimulação Magnética Transcraniana e fMRI para o Exame da rede de modo padrão (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-28T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 2 s
Description: Aprenda a combinar estimulação magnética transcraniana e fMRI para examinar a rede de modo padrão. Este método permite avaliar alterações na ativação cerebral e dinâmica de redes neurais em neurociência.

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1. Preparação <ol class="lalpha"><li> Para começar, obtenha uma varredura de linha de base anatômica de seu assunto. Isto deve ser feito alguns dias antes do experimento real. </li><li> Em seguida, coloque o scan em seu pacote sem moldura estereotáxica software. </li><li> Por fim, localize e alvo as suas coordenadas de estímulo. Neste caso, estaremos visando o lóbulo parietal inferior esquerdo. </li></ol> 2. A verificação inicial <ol class="lalpha"><li> No dia do experimento, o assunto será, mais uma vez, começar no aparelho de ressonância magnética. </li><li> Comece com uma varredura anatômica. </li><li> 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. </li></ol> 3. Preparação TMS <ol class="lalpha"><li> 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. </li><li> Carga inicial de seu objeto pré-alvo de ressonância magnética para o pacote de software estereotáxica. </li><li> 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. </li></ol> 4. Determinar parâmetros TMS <ol class="lalpha"><li> Quando o assunto chega, sente-se ele / ela confortavelmente em uma cadeira. </li><li> 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. </li><li> Determinar o limiar de seu objeto do motor em repouso. </li><li> 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. </li><li> Finalmente, estabelecer um padrão de estimulação dos dois trens em segundo lugar com 28 períodos de descanso segundo. </li></ol> 5. Estimulação TMS <ol class="lalpha"><li> 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. </li><li> Segurando a bobina tangencial para o couro cabeludo, use seu equipamento de estereotaxia para localizar e alvo do site do sujeito estimulação. </li><li> Ligue a máquina do sistema de refrigeração da bobina. </li><li> 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. </li></ol> 6. Voltar para o Scanner <ol class="lalpha"><li> 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. </li></ol> 7. Finais de digitalização <ol class="lalpha"><li> 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. </li><li> Após a execução experimental estão completos, terminar com uma varredura anatômica. </li></ol> 8. Resultados representante <img src="/files/ftp_upload/2271/2271fig1.jpg" alt="Figura 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="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.

<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>

Não há conflitos de interesse declarados.

<p class="jove_content"&gt; 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...

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

combinando estimulação magnética transcraniana e fmri para o exame da rede de modo padrão

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

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 &quot;descanso vigília.&quot; 1,2,3 Acredita-se que a rede de modo padrão corresponde a auto-referencial ou &quot;implementação interna&quot; 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.

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.

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

A rede de modo padrão é um grupo de regiões cerebrais que estão ativas quando um indivíduo não está focado no mundo exterior e o cérebro está em "vigília...

O objetivo geral deste procedimento é alterar a excitabilidade cortical utilizando estimulação magnética transcraniana repetitiva e, em seguida, examinar esses efeitos na ativação cerebral da rede padrão por meio de ressonância magnética funcional. Isso é realizado primeiramente obtendo-se uma imagem anatômica de linha de base do seu sujeito, que pode ser usada para direcionar um local cortical de estimulação. O segundo passo do procedimento é adquirir várias séries de RMf em estado de repouso antes da estimulação.O terceiro passo do procedimento é aplicar a EST ao alvo cortical selecionado utilizando parâmetros de estimulação escolhidos por seus efeitos modulatórios. O passo final do procedimento é, novamente, adquirir várias séries de imagens funcionais. Em última análise, podem ser obtidos resultados que mostram alterações induzidas pela EST na ativação da rede padrão por meio da análise de imagens dependentes do nível de oxigenação sanguínea.A principal vantagem dessa técnica em comparação com a FMRI isolada é que, com o TMS, podemos modular uma área para observar a dinâmica da rede. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área da neurociência cognitiva. Não apenas pode elucidar melhor as interações dentro de uma rede de repouso específica, como a rede padrão, como também pode nos ajudar a compreender melhor as interações entre a rede padrão e outras redes de estado de repouso.Vários dias antes dos experimentos reais de TMS e de imagem funcional. Peça ao seu participante que venha ao scanner para uma aquisição anatômica de referência que será utilizada para neuro-navegação durante o procedimento de TMS. Comece solicitando que o participante complete.Toda a papelada necessária, incluindo um formulário de consentimento para pesquisa e quaisquer outros documentos do estudo. Inclua um formulário padrão de triagem para ressonância magnética e revise-o para garantir que não haja contraindicações para a ressonância magnética, como stents ou clipes de aneurisma. Além disso, aproveite esta oportunidade para pré-triar o sujeito para estimulação magnética transcraniana (TMS) e explicar os detalhes do experimento.Em seguida, leve o sujeito até o scanner e posicione-o sobre a maca do aparelho. Deve-se adquirir uma imagem ponderada em T1 em 3D SPGR MP rage ou equivalente, com um campo de visão que inclua toda a cabeça, incluindo orelhas, nariz e couro cabeludo. Recomenda-se uma espessura de corte de cerca de um milímetro.Carregue esta varredura no seu software estereotáxico sem moldura que será utilizado para neuro-navegação durante o procedimento de TMS e use esse software para localizar e definir as coordenadas de estimulação. Para este experimento, vamos direcionar à loja parietal inferior esquerda vista aqui no dia do experimento. Tenha em mente que os efeitos neuromoduladores do RTMS são transitórios e que o tempo é essencial ao realizar experimentos combinados de TMS e FMRI.Portanto, as seguintes etapas devem ser realizadas para garantir uma transição rápida entre os passos experimentais. Primeiro, posicione um dispositivo portátil de EMT em uma sala adjacente ou o mais próximo possível da sala de aquisição. Neste experimento, o sistema é montado na sala de observação ao lado do scanner.Certifique-se, no entanto, de que todos os equipamentos incompatíveis com ressonância magnética permaneçam fora da linha cinco em todos os momentos. Em segundo lugar, assegure-se de que a ressonância magnética anatômica prévia do sujeito, já adquirida e pré-direcionada, esteja carregada no pacote de software estereotáxico e pronta para uso durante o procedimento de estimulação magnética transcraniana (TMS). Por fim, acople o equipamento estereotáxico à bobina estimuladora e calibre a bobina com o pacote de software escolhido.Aqui, um conjunto de sensores infravermelhos é alinhado para registrar a centralização da bobina. Uma vez que a configuração experimental esteja completa, prepare o sujeito para a ressonância magnética, reavalie a segurança para a RM e peça ao sujeito que remova todos os objetos metálicos e certifique-se de que ele ou ela tenha usado o banheiro. Conduza o sujeito até a sala do scanner e posicione-o confortavelmente sobre a maca do aparelho, fornecendo suporte para as costas e o pescoço conforme necessário para garantir conforto.Durante os exames, conecte a bobina de cabeça e use almofadamento de espuma ao redor da cabeça do sujeito para reduzir artefatos por movimento. Adquira seus exames LOCALIZADORES e um exame anatômico inicial. Em seguida, realize três corridas experimentais funcionais de seis minutos cada.Sugerimos os seguintes parâmetros: imagem por eco planar com TR de 2,5 segundos, tamanho de vóxel de três milímetros e campo de visão abrangendo todo o cérebro. Durante cada aquisição, é apresentado um ponto de fixação no campo visual central do sujeito, e este é instruído a relaxar e olhar para ele passivamente. Uma tarefa simples de fixação como esta é apropriada para examinar a ativação da rede padrão.Após a conclusão da sessão inicial de escaneamento funcional, ajude o sujeito a sair do escâner e peça-lhe que se sente confortavelmente em uma cadeira ao lado do equipamento de TMS. Forneça protetores auriculares para proteção auditiva durante a estimulação.Em seguida, apresente o seu sujeito à máquina de EST e à bobina de estimulação. Dispare alguns pulsos próximos à cabeça do sujeito para que ele ou ela se familiarize com o ruído alto de clique e dispare um pulso sobre a mão para que ele ou ela possa sentir a sensação de batida que é gerada. Agora você está pronto para calibrar a cabeça do sujeito com o equipamento estereotáxico.Primeiro, coloque um rastreador infravermelho na cabeça do sujeito aqui. Sensores infravermelhos são usados para registrar diversos marcos anatômicos, incluindo ambas as orelhas, o nariz e o nasion. Esses marcos são registrados pelo pacote de software estereotáxico para que a varredura anatômica previamente adquirida seja coregistrada com a cabeça do sujeito.Em seguida, determine o limiar motor de repouso do seu sujeito. Para este protocolo, utilize pulsos únicos sobre o córtex motor primário conforme mostrado aqui, mova a bobina e ajuste a intensidade da estimulação até encontrar a área que provoca quatro contrações musculares em oito tentativas na mão contralateral. Por fim, configure a intensidade e os parâmetros do equipamento de TMS para os valores que serão utilizados durante a estimulação.Para este experimento, utiliza-se uma estimulação de 20 hertz a 110% do limiar motor com um padrão de estimulação de estímulos de dois segundos e períodos de repouso de 28 segundos, o que tem demonstrado aumentar a excitabilidade cortical. Em experimentos futuros, pode-se utilizar uma estimulação de um hertz para explorar efeitos inibitórios. Estamos agora prontos para iniciar a parte do experimento com estimulação magnética transcraniana (TMS); portanto, certifique-se novamente de que o sujeito está confortável e preparado para retornar diretamente ao escâner.Após a sessão de TMS. Antes da estimulação, segure a bobina tangencial ao couro cabeludo e use o equipamento de ataxia estereotáxica e a tela do software para localizar e direcionar o sítio de estimulação cortical previamente determinado do sujeito; ligue o sistema de refrigeração da máquina. Mantendo agora a bobina sobre o alvo cortical, inicie a estimulação.Realizar 45 séries de estimulação com os parâmetros previamente definidos, com duas segundos por série. Com intervalos de 28 segundos, o tempo total de estimulação deve ser de 23 minutos. Imediatamente após a TMS, certifique-se de que o participante seja levado de volta à maca do scanner o mais rapidamente possível e inicie a sessão final de imagem funcional para garantir que os efeitos transitórios off-line da TMS sejam avaliados. Reduza ao mínimo absoluto o número e a duração dos exames de localização, de modo que as aquisições funcionais possam ser iniciadas rapidamente. Utilize rapidamente os mesmos parâmetros de imagem das aquisições iniciais, sendo três aquisições de seis minutos cada com fixação passiva, usando o mesmo paradigma de fixação.Após a conclusão de todas as aquisições funcionais, obtenha uma varredura anatômica final de alta resolução com os mesmos parâmetros de imagem utilizados nas sessões previamente adquiridas. E, por fim, ajude o participante a sair do scanner. Certifique-se de transferir e arquivar todos os dados de imagem e agradeça ao participante pela sua participação.Uma vez que os dados sejam adquiridos para pelo menos 15 sujeitos, utilize o pacote de processamento de fRMI de sua escolha para o pós-processamento das imagens e análise subsequente de múltiplos sujeitos; resultados representativos para a estimulação de 20 hertz na região parietal inferior esquerda são mostrados aqui. Embora a estimulação TMS de 20 hertz facilite a excitabilidade local, os dados mostram que ela reduz a conectividade funcional dentro da rede padrão. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar-se de transferir o sujeito o mais rapidamente possível após a estimulação para dentro do scanner, de modo que os efeitos transitórios do RTMS possam ser registrados por imagem.Também podemos alterar os parâmetros de estimulação por EMT. Por exemplo, podemos aumentar a intensidade do aparelho de EMT para avaliar se o efeito sobre a rede padrão é paramétrico. Também podemos tentar utilizar a estimulação por explosão teta.Finalmente, podemos observar os efeitos da EMT realizando diferentes tipos de delineamentos de RNM após a EMT, como delineamentos por blocos ou delineamentos relacionados a eventos. Durante uma tarefa cognitiva.

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Neurociência

Processamento auditivo é a base de voz e música relacionada com o processamento. Estimulação Magnética Transcraniana (TMS) foi usado com sucesso para estudar cognitivas, sistemas sensoriais e motores, mas raramente tem sido aplicada para a audição. Aqui nós investigamos TMS combinados com ressonância magnética funcional para entender a organização funcional do córtex auditivo.

Mapear as sequelas de Theta Explosão Estimulação no córtex auditivo humano com Imagem Funcional

Fonte: Lioumis, P. et al. Estimulação Magnética Transcraniana Combinada e Eletroencefalografia do Córtex Pré-Frontal Dorsolateral.  J. Vis. Exp. (2018)Este vídeo demonstra um protocolo para combinar estimulação magnética transcraniana e eletroencefalografia para avaliar a excitabilidade cortical e o equilíbrio entre excitação e inibição no córtex pré-frontal dorsolateral.

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Fonte: Shafi, M. M., et al. Um método multimodal baseado em imagem e estimulação para avaliar a excitabilidade cerebral relacionada à conectividade em pacientes com epilepsia. J. Vis. Exp. (2016)O vídeo demonstra o procedimento para usar a estimulação magnética transcraniana (EMT) e a eletroencefalografia (EEG) para avaliar a excitabilidade neuronal em pacientes com epilepsia. Ele detalha as etapas para alinhar a cabeça do paciente com uma varredura cerebral pré-gravada, posicionar a bobina TMS...

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Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva. Tem sido utilizado com sucesso em pesquisas básicas e clínicas para modular a função cerebral em seres humanos. Este artigo descreve a implementação de ETCC e simultânea a ressonância magnética funcional (fMRI), para investigar as bases neurais dos efeitos ETCC.

Transcraniana direto Estimulação atual e simultânea Ressonância Magnética Funcional

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Estimulação de corrente alternada transcraniana simultânea e ressonância magnética funcional

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Estimulação magnética transcraniana combinada e Eletroencefalografia do córtex pré-frontal Dorsolateral

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Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

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Estimulação Transcraniana Focalizada por Corrente Contínua Neuronavegada Administrada Durante a Ressonância Magnética Funcional

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