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Neuroscience

TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus

Published: December 28, 2010 doi: 10.3791/2272

Summary

In diesem Artikel untersuchen wir die Auswirkungen der Theta-Burst TMS Stimulation auf die kortikale Plastizität bei Menschen leiden Fragile X-Syndrom und Einzelpersonen auf dem autistischen Spektrum.

Abstract

Fragile X-Syndrom (FXS), auch als Martin-Bell-Syndrom genannt, ist eine genetische Anomalie auf dem X-Chromosom gefunden 1,2 Personen leiden FXS-Display Auffälligkeiten in der Expression von FMR1 -. Ein Protein für typische, gesunde Entwicklung des Nervensystems erforderlich. 3 Jüngste Daten hat vorgeschlagen, dass der Verlust dieses Proteins kann die Hirnrinde zu sein hypererregbarer dadurch beeinträchtigt allgemeinen Muster der neuronalen Plastizität. 4,5

Darüber hinaus zeigt Fragile X eine starke Komorbidität mit Autismus: In der Tat, 30% der Kinder mit FXS mit Autismus, diagnostiziert und 2 - 5% der autistischen Kinder leiden unter FXS 6.

Transkranielle Magnetstimulation (eine nicht-invasive neurostimulatory und neuromodulatorischen Technik, die vorübergehend oder dauerhaft modulieren können kortikale Erregbarkeit über die Anwendung der lokalisierten Magnetfeldimpulsen 7,8) stellt eine einzigartige Methode zur Erforschung Plastizität und die Erscheinungsformen der FXS innerhalb der betroffenen Individuen. Genauer gesagt, Theta-Burst Stimulation (TBS), eine bestimmte stimulierende Protokoll gezeigt zu modulieren kortikale Plastizität für eine Dauer bis zu 30 Minuten nach der Stimulation Einstellung in gesunden Populationen, hat bereits ein wirksames Werkzeug in der Erforschung der abnormen Plastizität bewährt. 9,10

Jüngste Studien haben die Auswirkungen der TBS deutlich länger bei Personen auf dem autistischen Spektrum gezeigt -. Bis zu 90 Minuten 11 Diese erweiterten Effekt-Dauer deutet auf eine zugrunde liegende Störung im Gehirn natürliche Plastizität Staat in Autisten - ähnlich wie die Übererregbarkeit von Fragile induzierten X-Syndrom.

In diesem Experiment unter Verwendung von Single-Schrittmotor-evozierte Potentiale (MEPs) als Maßstab, werden wir die Auswirkungen der beiden intermittierende und kontinuierliche TBS auf die kortikale Plastizität bei Menschen leiden FXS und Einzelpersonen auf dem autistischen Spektrum zu erforschen.

Protocol

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1. Bestimmen Sie Resting Motor Threshold:

  1. Um zu beginnen, Sitz Ihres Motivs in einem bequemen Sessel.
  2. Als nächstes gilt EMG Oberflächenelektroden über die erste Rückenflosse inerosseus Muskel des Subjekts der rechten Hand. (INSERT Abbildung 1) Wenn Sie Schwierigkeiten haben, Auffinden dieses Muskels, fragen Sie den Gegenstand einer kneifen Bewegung zu machen oder seine / ihre Zeigefinger hin und her bewegen - diese sollten die Muskeln leichter zu lokalisieren.
  3. Legen Sie eine Masseelektrode auf dem fleischigen Teil des Subjekts Unterarm.
  4. Bestimmen Sie den Speicherort des Subjekts linken motorischen Kortex. Obwohl dieser Bereich unterscheidet sich leicht für jedermann, wird es in der Regel ca. 3,5 cm rostrolateral von kranialen Scheitel werden. Scheuen Sie sich nicht zu einem kleinen Gitter rund um die Region zu erkunden und den Winkel der Stimulation bis zum Finden des Motors "Hotspot".
  5. Sobald Sie M1 gefunden, beginnend bei 50% Leistung, beginnen einzigen Impuls Stimulation dieser Region und messen die daraus resultierenden evozierten MEPs.
  6. Passen Sie die Leistung nach oben oder unten, bis Sie in der Lage, ein Abgeordneter von mehr als 50 uV auf genau 5 von 10 aufeinander folgenden Pulsen erzeugt werden. Diese Leistung ist das Thema der Ruhe Motor Schwelle.

2. Bestimmen Aktive Motor Threshold

  1. Mit der gleichen Elektrode Set-up, wie oben beschrieben, fragen Sie den Gegenstand seiner / ihrer rechten Zeigefinger und Daumen zusammen kneifen mit ca. 20% Druck.
  2. Während das Thema in dieser Kneifen Position beginnen single-pulse Stimulation bei 50% Leistung über M1 und messen die resultierende Abgeordneten.
  3. Passen Sie die Leistung nach oben oder unten, bis Sie in der Lage, ein Abgeordneter von mehr als 200 uV auf genau 5 von 10 aufeinander folgenden Pulsen erzeugt werden. Diese Leistung ist das Thema der aktiven motorischen Schwelle.

3. Bestimmen Baseline Mep

  1. Um zu bestimmen, ein Thema der Grundlinie MEP Amplitude, stimulieren Motor Hotspot bei 120% ruht Motor Schwelle mit 10 Einzel-Impulse.
  2. Messen Sie die MEP nach jedem Impuls.
  3. Durchschnittliche die MEP-Werte von drei Chargen von 10 Impulsen.

4. Einstellen TMS-Parameter

  1. Wir werden unter Verwendung von Standard Theta-Burst-Parameter: drei Impulse bei 50 Hz bei einer Intensität von 80% aktive Motor Schwelle für 200 ms Intervallen.
  2. Zur Verwaltung intermittierende TBS, erzeugen eine Zwei-Sekunden-stim-Bahn (an der oben genannten Parameter) nach acht Sekunden keine Stimulation. Wiederholen Sie dies für 190 Sekunden (insgesamt 600 Pulse). ITBS hat sich gezeigt, dass kortikale Aktivität zu erleichtern.
  3. Für die Verwaltung kontinuierlicher Theta-Burst, erzeugen eine ununterbrochene stim-Bahn (an der oben genannten Parameter) für 47 Sekunden (insgesamt 600 Pulse). CTBs hat sich gezeigt, dass kortikale Aktivität zu hemmen.

5. Tms Stimulation

  1. Aus diesem Protokoll verwalten entweder ITBS oder CTBs gegenüber den früheren etablierten M1 Motor-Hotspot.

6. Bestimmen Post-Stimulation MdEP

  1. Nach TBS nach wie vor regen Motor Hotspot bei 120% ruht Motor Schwelle mit 10 Einzel-Impulse.
  2. Durchschnittliche die Charge von 10 MEP Ebenen.
  3. Sammeln Sie neue 10-Puls-Charge im Durchschnitt bei 5 Minuten, 10 Minuten, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 und 120 Minuten nach der Stimulation.

7. Repräsentative Ergebnisse

Wenn unter Verwendung eines ITBS Muster, sollten Sie eine Erhöhung der MEP-Werte für eine Dauer spiegelt das Thema der natürliche Zustand der Plastizität kündigen. Ebenso, wenn die Verwendung eines CTBs Muster, sollten Sie eine Abnahme der MEP-Werte für eine Dauer spiegelt das Thema der natürliche Zustand der Plastizität kündigen.

Abbildung 1
Abbildung 1. Diagramm der Platzierung der Elektroden für MEP-Messung.

Abbildung 2
Abbildung 2. Schematische Darstellung der ITBS Stimulationsmusters.

Abbildung 3
Abbildung 3. Schematische Darstellung der CTBs Stimulationsmusters.

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Discussion

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Zu wissen, dass eine längere Dauer der TMS Nachwirkungen reflektiert atypische neuronalen Plastizität, könnte Studien wie diese dienen dazu, bessere und genauere Diagnose-Protokolle für Autismus und verwandten Erkrankungen zu schaffen.

Auch mit mehr Daten, können wir in der Lage sein, um die zeitliche biologische Marker für andere neurologische Erkrankungen zu finden - einschließlich Fragile X-Syndrom. In diesem Fall, obwohl es noch nicht eine therapeutische Option Sanierung, könnte die Früherkennung hilft Eltern und Pädagogen bestimmen, Best Practices für das eigene Kind ist einzigartig Entwicklungsstörungen Flugbahn.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

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)

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References

  1. Pfeiffer, B. E., Huber, K. M. The state of synapses in fragile x syndrome. Neuroscientist. 15, 549-567 (2009).
  2. O'Donnel, W. T., Warren, S. T. A decade of molecular studies of fragile x syndrome. Annual Review of Neuroscience. 25, 315-338 (2002).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Hagerman, R. J. Fragile X: perspectives from birth through aging. Biological Psychiatry. 57, 73s-73s (2005).
  7. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. Edward Arnold. London. (2002).
  8. Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. MIT Press. Cambridge. (2005).
  9. Thickbroom, G. W. Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models. Experimental Brain Research. 180, 583-593 (2007).
  10. 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).
  11. Oberman, L., Eldaief, M. C., Gautam, S., Fecteau, S., Tormos, J. M. Abnormal Cortical Plasticity in Adults with Asperger's Syndrome. Forthcoming Forthcoming.
TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus
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Oberman, L. M., Horvath, J. C., Pascual-Leone, A. TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism. J. Vis. Exp. (46), e2272, doi:10.3791/2272 (2010).More

Oberman, L. M., Horvath, J. C., Pascual-Leone, A. TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism. J. Vis. Exp. (46), e2272, doi:10.3791/2272 (2010).

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