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

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.