Summary
I denna artikel undersöker vi de metoder och överväganden som ligger på kombinationen av TMS och fMRI för att undersöka effekterna av hjärnstimulering på default-nätverket.
Abstract
Standardläget nätverk är en grupp av områden i hjärnan som är aktiva när en person inte är fokuserad på omvärlden och hjärnan är "vakna vila." 1,2,3 Det är tänkt standardläget nätverket motsvarar självrefererande eller "intern genomförandet". 2,3
Det har hypoteser om att, hos människor, är aktivitet inom standardläget nätverket korrelerade med vissa sjukdomstillstånd (till exempel, har hyper-aktivering har kopplats till schizofreni 4,5,6 och autism 7 medan hypo-aktivering i nätverket har varit kopplade till Alzheimers sjukdom och andra neurodegenerativa sjukdomar 8). Som sådan, icke-invasiv modulering av detta nätverk kan utgöra en potentiell terapeutisk intervention för ett antal neurologiska och psykiska sjukdomar kopplade till onormal nätverk aktivering. Ett möjligt verktyg för att åstadkomma denna modulering är transkraniell magnetisk stimulering: en icke-invasiv neurostimulatory och neuromodulatory teknik som kan tillfälligt eller varaktigt modulera kortikal retbarhet (antingen öka eller minska den) genom tillämpning av lokala magnetfält pulser 9.
För att utforska standardläget nätverkets benägenheten för och tolerans av modulering, kommer vi att kombinera TMS (till vänster sämre Hjässloben) med funktionell magnetkamera (fMRI). Genom denna artikel kommer vi att granska protokollet och överväganden som krävs för att lyckas kombinera dessa två neurovetenskapliga verktyg.
Protocol
1. Förberedelser
- Till att börja med få en genomsökning baslinje anatomiska av ditt ämne. Detta bör göras flera dagar innan det verkliga experimentet.
- Därefter laddar skanna in din ramlösa stereotaktisk programpaketet.
- Slutligen, leta upp och rikta dina stimulering koordinater. I detta fall kommer vi att rikta den vänstra sämre parietala lob.
2. Den första MRI
- På dagen för experimentet, kommer ditt ämne återigen börja i MR maskin.
- Börja med en anatomisk scan.
- Därefter genomföra tre funktionella experiment körs. För detta experiment, är uppgiften ganska enkelt: En fixering punkt presenteras i ämnet centrala synfält och han / hon är att helt enkelt stirrar på den passivt.
3. TMS Förberedelser
- Eftersom effekterna av rTMS är övergående, är tiden det väsentliga när man kombinerar TMS och fMRI. Det är absolut nödvändigt får du frågan tillbaka i scannern så snart som möjligt efter stimulering upphörande. På grund av detta kommer du vill använda en bärbar TMS enhet stationerade i ett rum i anslutning till eller så nära som möjligt skanning-bay som möjligt. I det här fallet, vi använder en bärbar set-up i en observation svit granne med skannern.
- Ladda ditt motiv på förhand riktade baslinjen MRT i stereotaktisk programpaketet.
- Slutligen, länk och kalibrera stimulerande spole med stereotaxi utrustning - i det här fallet kommer vi att anpassa en uppsättning av infraröda sensorer för att registrera spole centralitet.
4. Bestämma TMS Parametrar
- När motivet kommer, sätta honom / henne bekvämt i en stol.
- Därefter kalibrera ditt ämne huvud med sterotaxy utrustning. I det här fallet använder vi infraröda sensorer för att registrera flera positionering ankare: båda öronen, näsan och nasion.
- Bestäm ditt ämne vilar motor tröskel.
- Om vi vill väcka personens cortex, kommer vi att ställa in TMS maskinen till 20 Hz med en stimulering makt 110% motor tröskel. Om vi vill hämma personens cortex, kommer vi att ställa in TMS maskinen till 1 Hz vid 110% motor tröskel. Även om du vill utforska båda parametrarna under loppet av en fullständig undersökning, kommer vi att titta bara på en 20 Hz excitatoriska rTMS kedja i denna artikel.
- Slutligen, inrätta en stimulering mönster av 2 sekund tåg med 28 sekunders vila perioder.
5. TMS Stimulering
- Före stimulering, förbereda motivet för att gå direkt i TMS scannern följande. Detta inkluderar borttagning av metall och se till att ämnet har använt toaletten.
- Håll spolen tangerar hårbotten, använd din stereotaxi utrustning för att hitta och rikta motivets stimulans webbplats.
- Slå på maskinens spolen kylsystem.
- Börja stimulering! För detta protokoll kommer vi att genomföra 45 totalt stimulering tåg. På 2 sekunder av ett tåg med 28 second raster, kommer vi att ha totalt Stim tid 23 minuter.
6. Tillbaka till Scanner
- När stimulering är klar är det viktigt att få frågan tillbaka i scannern så snart som möjligt. För att göra denna övergång så smidig som möjligt, se till att skannern är beredd och redo att gå. Vårt råd är att höja kroppen plattform och minska antalet och varaktigheten av Localizer skanningar till ett minimum.
7. Slutlig skanning
- Eftersom effekterna av rTMS är övergående, bör den slutliga skanningen sessionen börjar med funktionella körningar. Återigen kommer vi att genomföra tre, 6-minuters kör passiv fixering.
- Efter den experimentella körningar är kompletta, avsluta med en anatomisk scan.
8. Representativa resultat
Figur 1. Uppgifterna tyder på att 20 Hz rTMS stimulans till vänster sämre parietal lob, även underlätta för lokala upphetsning, agerar för att minska funktionell anslutning inom den förvalda nätverk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MRI Equipped for fMRI (pictured in video is a Philips) | |||
| TMS Device Capable of Repetitive Stimulation (pictured in video is a Magstim) | |||
| Frameless Stereotaxy Equipment (pictured in video is Brainsight) | |||
| Ear Plugs | |||
| Chair for Subject during Stimulation | |||
| Back Projection Screen or MRI Compatible Goggles | |||
| Blank Stimuli Screen |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kennedy, D. P., Redcay, E., Courchesne, E. Failing to deactivate: Resting functional abnormalities in autism. Proc. Nat. Acad. Sciences. 103 (21), 8275-8280 (2007).
- 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).
- Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).
