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Neuroscience

La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete

Published: December 28, 2010 doi: 10.3791/2271

Summary

In questo articolo prendiamo in esame la metodologia e le considerazioni rilevanti per la combinazione di TMS e fMRI per esaminare gli effetti della stimolazione cerebrale sulla rete di default.

Abstract

La rete di modalità di default è un gruppo di regioni del cervello che si attiva quando un individuo non è focalizzata sul mondo esterno e il cervello è in "riposo vigile." 1,2,3 Si pensa alla rete in modalità di default corrisponde alla auto-referenziale o "attuazione interna". 2,3

E 'stato ipotizzato che, negli esseri umani, l'attività all'interno della rete modalità di default è correlata con alcune patologie (per esempio, iper-attivazione è stato collegato alla schizofrenia 4,5,6 e disturbi dello spettro autistico 7 mentre ipo-attivazione della rete ha stati collegati al morbo di Alzheimer e altre malattie neurodegenerative 8). Come tale, la modulazione non invasiva di questa rete può rappresentare un intervento terapeutico potenziale per un certo numero di patologie neurologiche e psichiatriche legate alla attivazione della rete anormale. Uno strumento possibile per effetto di questa modulazione è Stimolazione Magnetica Transcranica: un non-invasiva e tecnica neurostimulatory neuromodulatori che possono transitoriamente o durevolmente modulare l'eccitabilità corticale (sia aumentando o diminuendo esso) attraverso l'applicazione localizzata di impulsi di campo magnetico 9.

Al fine di esplorare la propensione alla rete in modalità di default e la tolleranza nei confronti di modulazione, saremo combinando TMS (al lobo parietale inferiore sinistra) con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Attraverso questo articolo prenderemo in esame il protocollo e le considerazioni necessarie per coniugare con successo questi due strumenti neuroscientifiche.

Protocol

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1. Preparazione

  1. Per iniziare, ottenere una scansione di base anatomica del soggetto. Questo dovrebbe essere fatto diversi giorni prima che l'esperimento vero e proprio.
  2. Quindi, caricare la scansione nel pacchetto software senza cornice stereotassica.
  3. Infine, individuare e indirizzare i tuoi coordinate stimolazione. In questo caso, ci saranno intese a promuovere l'lobo parietale inferiore sinistra.

2. La scansione iniziale

  1. Il giorno dell'esperimento, il soggetto sarà, ancora una volta, inizia nella macchina di risonanza magnetica.
  2. Inizia con una scansione anatomica.
  3. Successivamente, condotta tre piste sperimentazione funzionale. Per questo esperimento, il compito è abbastanza semplice: un punto di fissazione è presentato in campo centrale del soggetto della visione, e lui / lei è a fissare semplicemente al passivamente.

3. TMS Preparazione

  1. Poiché gli effetti della rTMS sono transitori, il tempo è essenziale quando si combinano TMS e fMRI. E 'indispensabile ottenere il nuovo soggetto nello scanner il più presto possibile dopo la cessazione stimolazione. Per questo motivo, ti consigliamo di utilizzare un dispositivo TMS portatile di stanza in una stanza adiacente o il più vicino possibile alla scansione-bay possibile. In questo caso, stiamo usando un portatile di set-up in una suite di osservazione accanto allo scanner.
  2. Carico del soggetto pre-mirati RMN basale nel pacchetto software stereotassica.
  3. Infine, link e calibrare la bobina stimolante con l'attrezzatura stereotassia - in questo caso, ci allineare una serie di sensori a infrarossi per la registrazione centralità della bobina.

4. Determinazione dei parametri TMS

  1. Quando il soggetto arriva, lui si siede / lei comodamente su una sedia.
  2. Poi, calibrare la testa del soggetto con l'attrezzatura sterotaxy. In questo caso, useremo sensori infrarossi per la registrazione ancoraggi di posizionamento diverse: entrambe le orecchie, il naso, e il nasion.
  3. Determinare la soglia di riposo motore del soggetto.
  4. Se vogliamo eccitare corteccia del soggetto, si imposterà la macchina TMS a 20 Hz con una potenza di stimolazione della soglia motoria 110%. Se vogliamo inibire corteccia del soggetto, si imposterà la macchina TMS a 1 Hz al 110% della soglia del motore. Anche se ti consigliamo di visitare entrambi i parametri nel corso di uno studio completo, ci sarà solo guardare una catena 20 eccitatorio rTMS Hz in questo articolo.
  5. Infine, creare un modello di stimolazione dei 2 treni secondi con 28 periodi di riposo secondo.

5. TMS Stimolazione

  1. Prima di stimolazione, preparare il soggetto ad andare direttamente in TMS dopo lo scanner. Ciò include la rimozione di metalli e di garantire il soggetto ha usato il bagno.
  2. Tenendo la bobina tangenziale al cuoio capelluto, usare l'apparecchiatura in stereotassia per individuare e target di stimolazione del soggetto.
  3. Accendere il sistema di bobine della macchina di raffreddamento.
  4. Iniziare la stimolazione! Per questo protocollo, condurremo 45 treni stimolazione totale. A 2 secondi un treno con 28 rotture secondo, avremo un tempo totale stim di 23 minuti.

6. Torna Scanner

  1. Una volta che la stimolazione è completo, è importante per ottenere il soggetto nello scanner il più presto possibile. Per rendere questa transizione il più semplice possibile, garantire lo scanner è preparato e pronto a partire. Il nostro consiglio è quello di sollevare la piattaforma corpo, e ridurre il numero e la durata delle scansioni localizzatore al minimo.

7. Finale di scansione

  1. Poiché gli effetti della rTMS sono transitori, la sessione di scansione finale dovrebbe iniziare con i percorsi funzionali. Ancora una volta, eseguiamo tre, 6 minuti di piste di fissazione passiva.
  2. Dopo le prove sperimentali sono completi, finire con una scansione anatomica.

8. Rappresentante Risultati

Figura 1
Figura 1. I dati suggeriscono che la stimolazione 20 Hz rTMS al lobo parietale inferiore sinistra, pur facilitando eccitabilità locali, atti a diminuire connettività funzionale all'interno della rete di default.

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Discussion

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

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

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References

  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).
La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete
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Halko, M. A., Eldaief, M. C., Horvath, J. C., Pascual-Leone, A. Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network. J. Vis. Exp. (46), e2271, doi:10.3791/2271 (2010).More

Halko, M. A., Eldaief, M. C., Horvath, J. C., Pascual-Leone, A. Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network. J. Vis. Exp. (46), e2271, doi:10.3791/2271 (2010).

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