Name: O Uso de Espectroscopia de Ressonância Magnética como ferramenta para a Medição do Bi-hemisféricas transcranianas Estimulação Elétrica Efeitos sobre Motor Primário Cortex Metabolismo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 56 s
Description: Aprenda a combinar estimulação transcraniana por corrente contínua com espectroscopia de ressonância magnética para investigar os efeitos da estimulação bilateral no metabolismo do córtex motor primário. Este método permite medir modulações nos neurotransmissores GABA e GLX.

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Isso funciona foi apoiada por doações dos Institutos Canadenses de Pesquisa em Saúde e as Ciências Naturais e Conselho de Pesquisa do Canadá Engenharia. ST foi apoiado por uma bolsa de estudos Vanier Canada Graduate do Canadian Institutes of Health Research. MM reconhece o apoio do Centro de Biotecnologia Research (BTRC) RR008079 concessão P41 e P41 EB015894 (NIBIB) e NCC P30 NS076408. Gostaríamos de reconhecer Romain Valabrègue (Centre de Recherche de NeuroImagerie - CENIR, Paris, França) e Brice Tiret (Centro de Recherche de l&#39;Institut Universiatire de Geriatrie (CRIUGM), Montréal, Canadá; Comissariado da Energia atomique et aux Énergies alternativas (CEA), Paris, França) para o desenvolvimento de ferramentas de processamento, e Edward J. Auerbach (Centro de Ressonância Magnética Research e do Departamento de Radiologia da Universidade de Minnesota, EUA). As seqüências Mega-Prima e FASTESTMAP foram desenvolvidospor Edward J. Auerbach e Małgorzata Marjańska e foram fornecidos pela Universidade de Minnesota sob um acordo C2P.

Os autores não têm nada a revelar.

O presente trabalho teve como objetivo descrever um protocolo padrão para combinar ETCC e um H-MRS, usando um scanner de 3 T. Na próxima seção, fatores metodológicos serão discutidos. Etapas críticas Contra Screening Anterior ao experimento, é crucial para os participantes de tela para qualquer contra-indicação em relação ao uso de ETCC e um H-MRS. Recomenda-se a utilização dos seguintes critérios de exclusão para o ETCC: a histór...

A ideia de aplicar energia elétrica para o cérebro humano de modular a sua atividade tem sido estudada desde os tempos antigos. Na verdade, os escritos de tão cedo quanto o século 11 foram encontrados que descrevem o uso do peixe elétrico torpedo no tratamento de crises epilépticas 1. No entanto, não é só recentemente que a estimulação cerebral não-invasiva tem recebido grande interesse na comunidade científica, uma vez que foi mostrado para produzir efeitos moduladores na função cognitiva e resposta do motor 2. Enquanto a estimulação magnética transcraniana (TMS) tem sido extensivamente estudada desde o início da década de 1980, 3, recente interesse na estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) tem aumentado, uma vez que agora é considerada uma opção viável de tratamento para uma ampla gama de neuropathologies, tais como acidente vascular cerebral 4, alcoolismo 5, 6 e dor crônica. ETCC tem muitas vantagens sobre as técnicas neurostimulation TMS como, por exemplo,uma vez que é relativamente barato, indolor, bem tolerado pelos pacientes, e portátil, tornando assim possível a administração à cabeceira 7. Na verdade, apenas uma pequena porcentagem de pacientes experimentam uma sensação de formigamento leve durante a estimulação 8. No entanto, essa sensação geralmente desaparece após alguns segundos 9. Consequentemente, ETCC permite, estudos controlados com sham duplo-cegos robustos vez que a maioria dos participantes não conseguem diferenciar a estimulação sham da estimulação verdadeira 9,10. ETCC envolve a indução de uma corrente eléctrica de baixa amperagem constante (1-2 mA) aplicada ao córtex através de eléctrodos de superfície posicionado sobre o couro cabeludo do sujeito. Os eletrodos são geralmente colocados em esponjas embebidas com solução salina ou diretamente no couro cabeludo com um tipo de EEG colar. Para se efectuar um estudo ETCC, quatro parâmetros principais precisa ser controlada pelo experimentador: 1) a duração da estimulação; 2) a intensidade de estimulação; 3) o tamanho do eléctrodo; e 4) a montagem do eletrodo. Em protocolos padrão, o eléctrodo &quot;activo&quot; é posicionado ao longo da região de interesse, enquanto o eléctrodo de referência é geralmente colocado ao longo da região supraorbital. A corrente passa do ânodo carregado positivamente em relação ao cátodo carregado negativamente. O efeito de ETCC sobre córtex motor primário (M1) é determinada pela polaridade da estimulação onde a estimulação anódica aumenta a excitabilidade de uma população de neurónios e reduz a estimulação catódica 11. Ao contrário TMS, a corrente induzida é insuficiente para produzir potenciais de acção nos neurónios corticais. As alterações na excitabilidade cortical se acredita ser devida à modulação do limiar da membrana neuronal que conduz quer à hiperpolarização do potencial da membrana ou de uma facilitação da despolarização dos neurónios, dependendo do sentido do fluxo de corrente de 8,11. A duração das alterações de excitabilidade pode persistir durante até 90 min após o deslocamentode estimulação, dependendo da duração da estimulação 11,12. ETCC e Motor Reabilitação O M1 tem sido amplamente utilizada como um alvo de estimulação desde alterações de excitabilidade desencadeados pela ETCC pode ser quantificado através de potenciais evocados motores (MPE) induzidas por pulso único TMS 3. Os primeiros estudos que mostram a possibilidade de medir as mudanças de excitabilidade específica de polaridade induzida por ETCC usaram M1 como um alvo de estimulação 11,12. Desde então, a M1 tem sido um dos principais alvos dos ETCC em estudos envolvendo populações clínicas e indivíduos saudáveis ​​devido à sua importância na função motora, a formação da memória e consolidação de habilidades motoras 12. O cérebro depende de uma complexa interação entre as regiões motoras de ambos os hemisférios para realizar um movimento 14. Quando uma área é danificada, depois de sofrer um acidente vascular cerebral, por exemplo, inter-interações hemisféricas são alterados. Estudos sobre a plasticidade do cérebro mostraram que as áreas motoras do cérebro se adaptar a esta modificação, em diferentes formas 15. Em primeiro lugar, as regiões intactas, em torno da área danificada pode se tornar overactived, levando à inibição da área danificada - um processo chamado de inibição intra-hemisférica. Em segundo lugar, a região homóloga da área danificada pode se tornar superativado e exercer inibição no hemisfério lesionado - um processo chamado de inibição inter-hemisférica. O M1 afetada pode, portanto, ser penalizado duas vezes: primeiro por lesão eo segundo pela inibição vindo tanto do M1 não afetado e da região envolvente da afetados M1 16. Um estudo recente mostrou que o aumento da excitabilidade no hemisfério não afetado está ligada à reabilitação mais lento 17, que tem sido descrito como má adaptação competição inter-hemisférica 18. Compreender a plasticidade que ocorre apósum acidente vascular cerebral pode levar ao desenvolvimento de protocolos de neuromodulação que pode restaurar interacções interhemisféricas 19. Três tratamentos principais ETCC têm sido propostas em pacientes com déficits motores seguintes AVC 20,21. O primeiro tratamento tem por objetivo reativar o córtex motor ferido por estimulação anodal unilateral (a-ETCC). Neste caso, a estimulação tem como objectivo aumentar directamente a actividade nas áreas perilesional, que se crê serem essenciais para a recuperação. De fato, estudos têm mostrado melhora do membro superior ou inferior parético após este tratamento 22-26. O segundo tratamento foi desenvolvido com o objetivo de reduzir a ativação do hemisfério sobre contralesional aplicando unilaterais ETCC catódica (c-ETCC) sobre o M1 intacta. Aqui, a estimulação visa aumentar indiretamente a atividade em áreas perilesionais através de interações interhemispehric. Os resultados destes estudos têm mostrado melhora da functi do motordepois c-ETCC 4,27-29. Finalmente, o terceiro tratamento visa combinando os efeitos excitatórios de um-ETCC através da M1 lesionada com os efeitos inibidores de c-ETCC sobre o M1 afectada usando ETCC bilaterais. Os resultados mostraram melhoras na função motora após ETCC bilaterais 27,30,31. Além disso, um estudo demonstrou melhorias maiores seguintes ETCC bilaterais em relação a ambos os métodos unilaterais 32. Fisiológicas Mecanismos de ETCC Apesar do aumento do uso de ETCC no tratamento de acidente vascular cerebral, o mecanismo fisiológico subjacente seus efeitos permanece desconhecida 33. Uma melhor compreensão dos efeitos fisiológicos poderia ajudar a desenvolver melhores opções de tratamento e pode levar a protocolos padronizados. Como mencionado anteriormente, os efeitos de ETCC pode durar até 90 minutos após a compensação de estimulação 11,12. Por isso, a hiperpolarização / despolarizaçãoprocessos não podem explicar completamente os efeitos de longa duração 33,34. Diferentes hipóteses foram aventadas sobre o mecanismo fisiológico subjacente ETCC pós-efeitos sobre M1 incluindo mudanças na liberação de neurotransmissores, a síntese de proteínas, a função de canal iônico, ou a atividade do receptor 34,35. Insights sobre este assunto foram adquiridos através de estudos farmacológicos primeiro mostrando uma supressão de os efeitos depois de anodal e estimulação catódica em M1 excitabilidade pelo dextrometorfano aspartato N-metil-D-antagonista glutamatérgico (NMDA) 36,37 enquanto que o efeito oposto foi mostrado utilizando um agonista do receptor de NMDA 38. Os receptores NMDA são pensados ​​para ser envolvido na função de aprendizagem e de memória através de potenciação de longo prazo (LTP) e depressão a longo prazo (LTD), tanto mediada por glutamatérgicos e neurónios GABAérgicos 39,40. Os estudos em animais estão em linha com esta hipótese como eles têm mostrado que a-ETCC induz LTP 13. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Apesar dos importantes progressos registados na nossa compreensão dos mecanismos de ação subjacente efeitos ETCC, protocolos farmacológicos apresentam limitações importantes. Com efeito, a acção da droga não pode ser tão específico como ETCC espacialmente, especialmente no contexto de experiências com seres humanos, e o mecanismo de acção dos seus efeitos é principalmente devido aos receptores pós-sinápticos 34. Portanto, há uma necessidade de investigar mais directamente os efeitos da ETCC no cérebro humano. Espectroscopia de ressonância magnética de protão (1H-MRS) é um bom candidato, uma vez que permite não-invasivo na detecção in vivo de concentrações de neurotransmissores de uma região específica de interesse. Este método baseia-se no princípio de que cada neuroquímica contendo protões no cérebro tem uma estrutura molecular específica e, consequentemente, produz ressonâncias quimicamente específicas que podem ser detectadas por 1H-MRS 41. O sinal adquirido a partir do volume do cérebro de emteresse é gerado a partir de todos os protões que ressoem entre 1 e 5 ppm. Os neurotransmissores são adquiridos representada num espectro e representada graficamente como uma função do seu desvio químico com alguns picos claramente distinguíveis, mas onde muitas ressonâncias dos diferentes neuroquímicos se sobrepõem. A intensidade de sinal de cada pico é proporcional à concentração do neurometabolite 41. A quantidade de neurotransmissores que podem ser quantificados depende da força do campo magnético 42,43. No entanto, metabólitos de baixa concentração, que são obscurecidas por ressonâncias muito fortes, são difíceis de quantificar a intensidade do campo inferior, tal como 3 T. Uma maneira de obter informações sobre esses sinais sobrepostos é remover as ressonâncias fortes via edição espectral. Uma dessas técnicas é uma sequência de MEGA-PRESS, o que permite a detecção de ácido γ-aminobutírico (GABA) sinais 44,45. Apenas alguns poucos estudos investigaram o efeito da ETCC nometabolismo cerebral usando um H-MRS em motores 34,46 e não-motorizado regiões 47. Stagg e colaboradores 34 avaliaram os efeitos de um-ETCC, c-ETCC, e estimulação sham no metabolismo M1. Eles descobriram uma redução significativa na concentração de GABA na sequência de um-ETCC, e uma redução significativa de glutamato + glutamina (Glx) e GABA a seguir à c-ETCC. Em outro estudo, foi relatado que a quantidade de mudanças na concentração de GABA induzida por a-ETCC sobre M1 estava relacionado com a aprendizagem motora 46. Estes estudos destacam o potencial da combinação de um H-MRS com ETCC para aumentar a nossa compreensão do mecanismo fisiológico subjacente ao efeito da ETCC na função motora. Além disso, o uso de protocolos clínicos, tais como a-ETCC e c-ETCC sobre o M1 é útil, porque os seus efeitos comportamentais são bem estudada e pode ser directamente relacionada com resultados fisiológicos. Por conseguinte, um protocolo padrão para combinar tDC bilateralS e 1H-MRS é demonstrada em indivíduos saudáveis ​​utilizando um sistema de 3 T RM. Bihemispheric ETCC é apresentado aos dados contrastam com um estudo anterior, onde MRS cathodal unilateral ou ETCC anódica unilaterais foram aplicados ao longo do córtex motor 34. O protocolo é descrito especificamente para a estimulação com um estimulador NeuroConn em um scanner T Siemens 3 realizando MEGA-PRESS 1H-MRS.

<table><tbody><tr><td>Estimulador DC mais</td><td>dispositivo compatível com NeuroConn</td><td>30DCS01E</td><td>MR</td></tr><tr><td>Gel de preparação NuPrep</td><td>Weaver and Co.</td><td># 10-61</td><td></td></tr><tr><td>Ten20 pasta condutora</td><td>Weaver and Co.</td><td>#10-20-4</td><td></td></tr><tr><td>Almofada de preparação de eletrodos</td><td>Grass technologies</td><td>MD0017</td><td>Álcool isopropílico 70% e pedra-pomes</td></tr><tr><td>Solução salina</td><td>Amostra</td><td></td> de farmácia local <td>Cloreto de sódio a 0,9%</td></tr><tr><td>Hidromarcador não permanente</td><td>Sharpie</td><td>SHPE20WH</td><td></td></tr><tr><td>SYNGO MR VB17</td><td>Siemens AG</td><td></td><td>Software de ressonância magnética</td></tr><tr><td>MAGNETOM Trio A Tim System</td><td>Siemens </td><td></td><td>Scanner de ressonância magnética AG versão</td></tr><tr><td>Matlab 2013a (Versão 8.1)</td>Software <td>de processamento e análise</td> <td>MathWorks Inc</td><td></td></tr><tr><td>LCModel 6.3</td><td>LC MODEL inc</td><td></td><td>ver: s-provencher.com</td></tr></tbody></table>

o uso de espectroscopia de ressonância magnética como ferramenta para a medição do bi-hemisféricas transcranianas estimulação elétrica efeitos sobre motor primário cortex metabolismo

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Estimulação transcraniana de corrente contínua (ETCC) é uma técnica de neuromodulação que tem sido utilizado cada vez mais ao longo da última década, no tratamento de desordens neurológicas e psiquiátricas, tais como acidente vascular cerebral e depressão. No entanto, os mecanismos subjacentes à sua capacidade para modular a excitabilidade cerebral de melhorar os sintomas clínicos permanece pouco compreendido 33. Para ajudar a melhorar este entendimento, a espectroscopia de ressonância magnética de protão (1H-MRS) pode ser utilizado, uma vez que permite a quantificação in vivo dos metabolitos do cérebro, tais como o ácido γ-aminobutírico (GABA), glutamato e de uma forma específica da região 41. De fato, um estudo recente demonstrou que um H-MRS é de fato um poderoso meio para compreender melhor os efeitos da ETCC sobre a concentração de neurotransmissores 34. Este artigo tem como objetivo descrever o protocolo completo para combinar ETCC (estimulador compatível NeuroConn MR) com um H-MRS em 3 T usando uma seq MEGA-PRESSuência. Vamos descrever o impacto de um protocolo que tem mostrado grande promessa para o tratamento de disfunções motoras após acidente vascular cerebral, que consiste na estimulação bilateral do córtex motor primário 27,30,31. Fatores metodológicos para analisar e possíveis modificações no protocolo também são discutidos.

A Figura 6 mostra a posição do VOI localizado na representação da mão no M1, onde foram tomadas todas as medidas da MRS. Na figura 6D, uma visualização 3D mostra uma representação clara dos eletrodos ETCC posicionados no couro cabeludo sobre o córtex motor primário putativo. A Figura 7 mostra representativa &quot;EDIT OFF&quot; ea diferença (&quot;DIFF&quot;) espectros adquiridos em M1. Os picos correspondentes a Glx, GABA + MM, bem como NAA pode ser claramente visto. <...

Este artigo tem como objetivo descrever um protocolo básico para combinar medidas de estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) com espectroscopia de ressonância magnética de prótons (1H-MRS) para investigar os efeitos da estimulação bilateral no metabolismo do córtex motor primário.

O Uso de Espectroscopia de Ressonância Magnética como ferramenta para a Medição do Bi-hemisféricas transcranianas Estimulação Elétrica Efeitos sobre Motor Primário Cortex Metabolismo

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

O objetivo geral deste procedimento é combinar a estimulação transcraniana de corrente contínua com medições de espectroscopia por ressonância magnética de prótons para investigar os efeitos da estimulação bilateral no metabolismo do córtex motor primário. Isso é realizado posicionando cuidadosamente os eletrodos de estimulação sobre a área-alvo e fixando-os no couro cabeludo do participante enquanto este está fora do escâner. Após determinar a posição do vóxel de espectroscopia por ressonância magnética utilizando uma imagem anatômica do cérebro do participante, são realizados quatro blocos de 64 varreduras de metabólitos com uma sequência MRS mega press.Em seguida, com os participantes ainda no scanner de ressonância magnética, realiza-se a estimulação bilateral do córtex motor primário durante 20 minutos com uma intensidade de um miliampere. Nesse caso, o passo final consiste em realizar as mesmas aquisições de metabólitos da varredura anterior à estimulação transcraniana de corrente contínua ou varredura pré-TCC. Em última análise, a combinação da estimulação transcraniana de corrente contínua com espectroscopia por ressonância magnética é utilizada para demonstrar modulações n

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