Summary
I denna artikel undersöker vi effekterna av Theta-Burst TMS stimulering på kortikala plasticitet hos personer som lider av Fragile X-syndrom och individer med autism.
Abstract
Fragil X-syndromet (FXS), även känd som Martin-Bell Syndrom är en genetisk avvikelse som finns på X-kromosomen 1,2 Personer som lider av FXS visa avvikelser i uttrycket av FMR1 -. Ett protein som krävs för normal, frisk neurala utveckling. 3 Nya data tyder på att förlusten av detta protein kan leda till att hjärnbarken vara hyperexciterbara detta påverkar övergripande mönster av neural plasticitet. 4,5
Dessutom visar Fragil X en stark samsjuklighet med autism: i själva verket är 30% av barn med FXS diagnosen autism, och 2 - 5% av autistiska barn lider av FXS 6.
Transkraniell magnetisk stimulering (en icke-invasiv neurostimulatory och neuromodulatory teknik som kan tillfälligt eller varaktigt modulera kortikal retbarhet genom tillämpning av lokala magnetfält pulser 7,8) representerar en unik metod att utforska plasticitet och manifestationer av FXS inom berörda individer. Mer specifikt, Theta-Burst Stimulering (TBS), en viss stimulerande protokoll visat att anpassa kortikala plasticitet under en period upp till 30 minuter efter stimulering upphört hos friska populationer, har redan visat ett effektivt verktyg i utforskandet av onormala plasticitet. 9,10
Nyligen genomförda studier har visat effekter av TBS förra betydligt längre i individer med autism -. Upp till 90 minuter 11 Detta förlängd effekt och varaktighet tyder på en underliggande missbildning i hjärnans naturliga plasticitet tillstånd hos autistiska individer - liknande den hyperexcitabilitet framkallas av Fragile X-syndromet.
I detta experiment använder en enstaka puls motor-evoked potentials (MEP) som vårt riktmärke, kommer vi att undersöka effekterna av både intermittent och kontinuerlig TBS på kortikala plasticitet hos personer som lider av FXS och individer med autism.
Protocol
1. Bestäm vila Motor Tröskel:
- Till att börja med säte ditt ämne i en bekväm stol.
- Applicera därefter EMG ytan elektroder under de första dorsala inerosseus muskel i motivets högra hand. (INSERT figur 1) Om du har problem med att hitta denna muskel, be ämnet att göra en nypa rörelse eller för att flytta hans / hennes pekfingret fram och tillbaka - detta borde göra att muskeln lättare att hitta.
- Placera en jordelektrod på köttiga delen av motivets underarmen.
- Bestäm platsen för motivet vänstra motor cortex. Även om detta område skiljer sig något för alla, kommer det att vara i allmänhet omkring 3,5 cm rostrolateral på kranial vertex. Var inte rädd för att utforska ett litet rutnät runt denna region och justera vinkeln av stimulering tills att hitta motorn "hotspot".
- När du har hittat M1, med början vid 50% effekt, börjar enstaka puls stimulans till denna region och mäta den resulterande väckte ledamöterna.
- Justera strömmen uppåt eller nedåt tills du kan producera en ledamot av Europaparlamentet är större än 50 μV om exakt 5 av 10 på varandra följande pulser. Denna effekt är föremål vilar motor tröskel.
2. Bestäm aktiv Motor Threshold
- Med samma elektrod set-up som beskrivs ovan, be med förbehåll för nypa hans / hennes högra pekfingret och tummen ihop med ca 20% tryck.
- Medan ämnet har denna nypa ställning, börjar en enstaka puls stimulering vid 50% makt över M1 och mäta den resulterande ledamöterna.
- Justera strömmen uppåt eller nedåt tills du kan producera en ledamot av Europaparlamentet är större än 200 μV om exakt 5 av 10 på varandra följande pulser. Denna effekt är föremål aktiva motoriska tröskel.
3. Bestäm Baseline Mep
- För att avgöra en persons baslinje ledamot amplitud, stimulera motorisk hotspot på 120% vila motor tröskel med 10 enstaka pulser.
- Mät MEP efter varje puls.
- Genomsnitt MEP värden från tre partier av 10 pulser.
4. Inställning av TMS Parametrar
- Vi kommer att använda standard Theta-Burst parametrar: tre pulser vid 50 Hz vid en intensitet på 80% aktiv motor tröskeln för 200 ms intervall.
- För att administrera intermittent TBS, generera en två sekunders stim tåget (på ovan nämnda parametrar), följt av åtta sekunder utan stimulering. Upprepa för 190 sekunder (totalt 600 pulser). iTBS har visat sig underlätta kortikal aktivitet.
- För att administrera kontinuerlig Theta-Burst, genererar en oavbruten Stim tåget (på ovan nämnda parametrar) för 47 sekunder (totalt 600 pulser). cTBS har visats hämma kortikal aktivitet.
5. TMS Stimulering
- För detta protokoll, administrera antingen iTBS eller cTBS över den tidigare etablerade M1 motor hotspot.
6. Bestäm Post-stimulering MEP
- Efter TBS, som tidigare, stimulera motorisk hotspot på 120% vila motor tröskel med 10 single-pulser.
- Genomsnittlig partiet på 10 MEP nivåer.
- Samla nya 10-puls parti genomsnitt på 5 minuter, 10 minuter, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 och 120 minuter efter stimulering.
7. Representativa resultat
Vid användning av en iTBS mönster, bör du märka en ökning av parlamentsledamot värden för en period som speglar ämnet naturliga tillstånd plasticitet. Likaså när använder en cTBS mönster, bör du märka en minskning av parlamentsledamot värden för en period som speglar ämnet naturliga tillstånd plasticitet.
Figur 1. Schema över elektrod placering för MEP mätning.
Figur 2. Diagram över iTBS stimulans mönster.
Figur 3. Diagram i cTBS stimulans mönster.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Att veta att förlängd TMS efterverkningar reflekterar atypiska neural plasticitet, kan studier som denna tjänar till att skapa bättre och mer exakt diagnostik protokoll för autism och liknande sjukdomar.
Likaså med mer data, kan vi kanske hitta temporal biologiska markörer för andra neurologiska sjukdomar - inklusive Fragile X-syndromet. I det här fallet, även om det ännu inte finns ett terapeutiskt sanering alternativ, kan tidig upptäckt hjälpa föräldrar och lärare fastställa bästa praxis för sina egna barns unika utveckling bana.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol Swabs | |||
| EMG Electrodes | |||
| EMG Measuring Equipment/Software | |||
| Ear Plugs | |||
| Marker or Grease Pen | |||
| Any Single Pulse Capable TMS Device | |||
| Any rTMS Capable TMS Device (for TBS) | |||
| Any Compatible Figure-of-Eight Coil | |||
| Frameless Stereotactic Equipment (Optional) |
References
- Pfeiffer, B. E., Huber, K. M. The state of synapses in fragile x syndrome. Neuroscientist. 15, 549-567 (2009).
- O'Donnel, W. T., Warren, S. T. A decade of molecular studies of fragile x syndrome. Annual Review of Neuroscience. 25, 315-338 (2002).
- Tassone, F., Hagerman, R. J., Taylor, A. K., Mills, J. B., Wood, S., Gane, L. W., Hagerman, P. J. American Journal of Human Genetics. 65, A493-A493 (1999).
- Hagerman, R. J., Miller, L. J., McGrath-Clarke, J., Riley, K., Goldson, E., Harris, S. W., Simon, J., Church, K., Bonnell, J., Ognibene, T. C., McIntosh, D. N. Influence of stimulants on electrodermal studies in fragile x syndrome. Microscopy Research and Technique. 57, 168-173 (2002).
- Miller, L. J., McIntosh, D. N., McGrath, J., Shyu, V., Lampe, M., Taylor, A. K., Tassone, F., Neitzel, K., Stackhouse, T., Hagerman, R. J. Electrodermal response to sensory stimuli in individuals with fragile x syndrome: a preliminary report. American Journal of Medical Genetics. 83, 268-279 (1999).
- Hagerman, R. J. Fragile X: perspectives from birth through aging. Biological Psychiatry. 57, 73s-73s (2005).
- Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).
- Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. , MIT Press. Cambridge. (2005).
- Thickbroom, G. W. Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models. Experimental Brain Research. 180, 583-593 (2007).
- Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
- Oberman, L., Eldaief, M. C., Gautam, S., Fecteau, S., Tormos, J. M. Abnormal Cortical Plasticity in Adults with Asperger's Syndrome. , Forthcoming Forthcoming.
