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Neuroscience

TMS: Utilizzo del Theta Burst protocollo Esplora Mechasnism di plasticità in individui con Sindrome X Fragile e autismo

Published: December 28, 2010 doi: 10.3791/2272

Summary

In questo articolo esaminiamo gli effetti di Theta Burst stimolazione TMS sulla plasticità corticale in soggetti affetti da sindrome dell'X fragile e gli individui nello spettro autistico.

Abstract

Sindrome X Fragile (FXS), nota anche come sindrome di Martin-Bell, è una anomalia genetica trova sul cromosoma X 1,2 individui affetti da anomalie visualizzare FXS nell'espressione di FMR1. - Una proteina necessaria per tipico, sano sviluppo neurale. 3 Dati recenti hanno suggerito che la perdita di questa proteina può causare la corteccia da ipereccitabili interessando così modelli generali di plasticità neurale. 4,5

Inoltre, Fragile X mostra una forte comorbidità con l'autismo: infatti, il 30% dei bambini con FXS sono diagnosticati con autismo, e 2 - 5% dei bambini autistici soffrono di FXS 6.

Stimolazione Magnetica Transcranica (un non-invasiva e tecnica neurostimulatory neuromodulatori che possono transitoriamente o durevolmente modulare l'eccitabilità corticale attraverso l'applicazione localizzata di impulsi di campo magnetico 7,8) rappresenta un metodo unico di esplorare plasticità e le manifestazioni di FXS all'interno di individui affetti. Più in particolare, Theta Burst Stimulation (TBS), un protocollo di stimolazione specifica dimostrato di modulare la plasticità corticale per una durata fino a 30 minuti dopo la sospensione stimolazione a popolazioni sane, ha già dimostrato uno strumento efficace per l'esplorazione di plasticità anormale. 9,10

Studi recenti hanno dimostrato gli effetti delle ultime TBS molto più a lungo negli individui sulla dello spettro autistico. - Fino a 90 minuti 11 Questo esteso effetto-durata suggerisce un sottostante anomalia nello stato di plasticità naturale del cervello in individui autistici - simile alla ipereccitabilità indotta da Fragile Sindrome X.

In questo esperimento, utilizzando singolo impulso potenziali evocati motori (MEP), come il nostro benchmark, esploreremo gli effetti sia intermittente e continuo TBS sulla plasticità corticale in soggetti affetti da FXS e gli individui nello spettro autistico.

Protocol

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1. Determinare Soglia Riposo motore:

  1. Per iniziare, sede il soggetto in una comoda poltrona.
  2. Quindi, applicare gli elettrodi EMG di superficie sopra il muscolo prima inerosseus dorsale della mano destra del soggetto. (INSERT figura 1) Se si hanno problemi a trovare questo muscolo, chiedere al soggetto di eseguire un movimento pizzicare o di spostare la sua / il suo dito indice avanti e indietro - questo dovrebbe rendere il muscolo più facile da individuare.
  3. Posizionare un elettrodo di terra sulla parte carnosa di avambraccio del soggetto.
  4. Determinare la posizione della corteccia sinistra del soggetto motore. Anche se questa zona è leggermente diversa per tutti, sarà generalmente intorno 3,5 centimetri rostrolateral di vertice del cranio. Non abbiate paura di esplorare una piccola griglia intorno a questa regione e di regolare l'angolo di stimolazione fino a trovare il "punto caldo" del motore.
  5. Una volta trovato M1, partendo da 50% di potenza, iniziare la stimolazione singolo impulso a questa regione e misurare i deputati che ne risulta evocato.
  6. Regolare la potenza verso l'alto o verso il basso fino a quando si è in grado di produrre un eurodeputato superiore a 50 uV su esattamente 5 su 10 impulsi consecutivi. Questo livello di potenza è soglia motoria a riposo del soggetto.

2. Determinare Soglia attiva motore

  1. Utilizzando l'elettrodo stesso set-up come descritto sopra, chiedere al soggetto di pizzicare l'indice destro il suo / la sua e il pollice insieme con circa il 20% di pressione.
  2. Mentre il soggetto mantiene questa posizione pizzicotti, cominciano singolo impulso stimolazione al 50% il potere su M1 e misurare i deputati che ne risulta.
  3. Regolare la potenza verso l'alto o verso il basso fino a quando si è in grado di produrre un eurodeputato di superiore a 200 uV su esattamente 5 su 10 impulsi consecutivi. Questo livello di potenza è soglia motoria attiva del soggetto.

3. Determinare Baseline Mep

  1. Per determinare l'ampiezza di un soggetto di base MEP, stimolare il motore hotspot al 120% soglia motoria a riposo con 10 impulsi singoli.
  2. Misurare l'eurodeputato dopo ogni impulso.
  3. Media l'eurodeputato valori da tre lotti di 10 impulsi.

4. TMS impostazione dei parametri

  1. Saremo utilizzando standard di Theta Burst parametri: tre impulsi a 50 Hz con intensità 80% soglia motoria attiva per intervalli di 200 ms.
  2. Per amministrare intermittenti TBS, generare un treno di due secondi stim (presso i parametri di cui sopra), seguita da otto secondi senza stimolazione. Ripetere l'operazione per 190 secondi (un totale di 600 impulsi). iTBS ha dimostrato di facilitare l'attività corticale.
  3. Per amministrare continuo Theta Burst, generano un treno ininterrotto stim (presso i parametri di cui sopra) per 47 secondi (un totale di 600 impulsi). CTBS ha dimostrato di inibire l'attività corticale.

5. TMS Stimolazione

  1. Per questo protocollo, amministrare sia iTBS o CTBS sul precedente stabilito hotspot motore M1.

6. Determinare post-stimolazione MEP

  1. A seguito di TBS, come prima, stimola motore hotspot al 120% soglia motoria a riposo con 10 singoli impulsi.
  2. Media del lotto di 10 livelli MEP.
  3. Raccogliere nuovi impulsi 10-medie batch in 5 minuti, 10 minuti, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90, 105 e 120 minuti dopo la stimolazione.

7. Rappresentante Risultati

Quando si utilizza un modello iTBS, si dovrebbe notare un aumento dei valori eurodeputato per una durata che riflette lo stato naturale del soggetto di plasticità. Allo stesso modo, quando si utilizza un modello CTBS, si dovrebbe notare una diminuzione dei valori di eurodeputato per una durata che riflette lo stato naturale del soggetto di plasticità.

Figura 1
Figura 1. Schema di posizionamento degli elettrodi per la misurazione MEP.

Figura 2
Figura 2. Schema del modello di stimolazione iTBS.

Figura 3
Figura 3. Schema del modello di stimolazione CTBS.

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Discussion

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Sapendo che la durata prolungata della TMS postumi è riflettente di atipico plasticità neurale, studi come questo potrebbe servire a creare migliori e più precisi protocolli diagnostici per l'Autismo e disturbi correlati.

Allo stesso modo, con più dati, potremmo essere in grado di trovare temporale marcatori biologici per le altre patologie neurologiche - tra cui la sindrome dell'X fragile. In questo caso, anche se non è ancora un'opzione terapeutica di bonifica, la diagnosi precoce potrebbe aiutare i genitori e gli educatori di determinare le migliori pratiche per la traiettoria unica di sviluppo dei propri figli.

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

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: Utilizzo del Theta Burst protocollo Esplora Mechasnism di plasticità in individui con Sindrome X Fragile e autismo
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Cite this Article

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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