Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Het gebruik van Magnetic Resonance Spectroscopy als een instrument voor het meten van Bi-hemisferische Transcraniale Elektrische Stimulatie Beïnvloeding van de Primaire Motor Cortex Metabolisme

Published: November 19, 2014 doi: 10.3791/51631
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 1, 3, 1
1Department of Psychology, University of Montréal, 2Montreal Neurological Institute, McGill University, 3Center for Magnetic Resonance Research and Department of Radiology, University of Minnesota

Abstract

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een neuromodulatie techniek die steeds meer gebruikt in de afgelopen tien jaar bij de behandeling van neurologische en psychiatrische aandoeningen zoals beroerte en depressie. Toch blijft de mechanismen die ten grondslag liggen aan zijn vermogen om de hersenen prikkelbaarheid moduleren om klinische symptomen te verbeteren slecht begrepen 33. Om dit beter begrip kan proton magnetische resonantie spectroscopie (1H-MRS) worden gebruikt, omdat zij de in vivo kwantificatie van hersenen metabolieten zoals γ-aminoboterzuur (GABA) en glutamaat in een regiospecifieke wijze 41. In feite, een recente studie toonde aan dat 1H-MRS is inderdaad een krachtig middel om de effecten van tDCS op neurotransmitter concentratie 34 beter te begrijpen. Dit artikel heeft tot doel de volledige protocol te beschrijven voor het combineren van tDCS (NeuroConn MR compatibel stimulator) met 1H-MRS bij 3 T met behulp van een MEGA-PRESS seqinvloed. We zullen de impact van een protocol dat heeft laten zien een grote belofte voor de behandeling van motorische stoornissen na een beroerte, die bestaat uit bilaterale stimulatie van de primaire motorische cortex 27,30,31 beschrijven. Methodologische factoren te overwegen en mogelijke wijzigingen van het protocol worden ook besproken.

Introduction

Het idee om elektriciteit aan de menselijke hersenen zijn moduleren is onderzocht sinds de oudheid. In feite zijn geschriften al vanaf de 11e eeuw is gebleken dat het gebruik van de torpedo elektrische vissen in de behandeling van epileptische aanvallen 1 beschrijven. Toch is pas onlangs dat niet-invasieve hersenstimulatie grote belangstelling in de wetenschappelijke gemeenschap heeft ontvangen het bleek modulerende effecten op de cognitieve functies en motorische respons 2 produceren. Terwijl transcraniële magnetische stimulatie (TMS) uitgebreid onderzocht sinds de vroege jaren 1980 3, heeft recent belangstelling transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) toegenomen nu wordt beschouwd als een levensvatbare behandeling voor diverse neuropathologieën, zoals beroerte 4, alcoholverslaving 5, en chronische pijn 6. tDCS veel voordelen heeft boven neurostimulatie technieken zoals TMS, bijvoorbeeld,omdat het relatief goedkoop, pijnloos, goed getolereerd door patiënten en draagbaar, waardoor het mogelijk toe te dienen aan het bed 7. In feite, slechts een klein percentage patiënten ervaren een mild tintelend gevoel tijdens stimulatie 8. Echter, dit gevoel verdwijnt meestal na enkele seconden 9. Bijgevolg tDCS maakt robuuste double-blind, sham-gecontroleerde studies, omdat een meerderheid van de deelnemers kan geen onderscheid maken sham stimulatie van echte stimulatie 9,10.

tDCS betreft de inductie van een constante lage stroomsterkte elektrische stroom (1-2 mA) aangebracht op de cortex via oppervlakte-elektroden aangebracht op de hoofdhuid van het subject. De elektroden worden gewoonlijk geplaatst in zoutoplossing geweekte sponzen of direct op de hoofdhuid een EEG-type pasta. Om een ​​tDCS onderzoek uit te voeren, moeten de vier belangrijkste parameters te worden gecontroleerd door de experimentator: 1) de duur van de stimulatie; 2) de intensiteit van de stimulatie; 3) de grootte van de elektrode; en 4) de elektrode montage. In standaardprotocollen, wordt de "actieve" elektrode geplaatst over het gebied van belang, terwijl de referentie-elektrode meestal via supraorbitale gebied geplaatst. De stroom stroomt van de positief geladen anode naar de negatief geladen kathode. Het effect van tDCS op primaire motorische cortex (M1) wordt bepaald door de polariteit van de stimulatie waar anodische stimulatie verhoogt de prikkelbaarheid van een populatie van neuronen en kathodische stimulering reduceert 11. In tegenstelling tot TMS, de geïnduceerde stroom is onvoldoende om actiepotentialen produceren in corticale neuronen. De veranderingen in corticale prikkelbaarheid zijn vermoedelijk te wijten aan de modulatie van het neuronale membraan drempel waardoor ofwel de hyperpolarisatie van membraanpotentialen of vergemakkelijking van depolarisatie van neuronen afhankelijk van de richting van de stroom 8,11. De duur van de prikkelbaarheid veranderingen kunnen aanhouden tot 90 min na de offsetvan stimulatie, afhankelijk stimulatie duur 11,12.

tDCS en Motor Revalidatie

De M1 is uitgebreid gebruikt als een doel van stimulatie sinds prikkelbaarheid veranderingen uitgelokt door tDCS kan worden gekwantificeerd door middel van de motor evoked potentials (EP) veroorzaakt door enkele puls TMS 3. Vroege studies tonen de mogelijkheid van het meten van de polariteit-specifieke prikkelbaarheid veranderingen bij tDCS hebben M1 gebruikt als een doel van stimulatie 11,12. Sindsdien heeft M1 bleef een van de primaire doelstellingen van tDCS in studies waarbij zowel klinische populaties en gezonde proefpersonen, omdat het belang ervan in de motorische functies, vorming van het geheugen, en de consolidatie van motorische vaardigheden 12.

De hersenen is gebaseerd op een complexe interactie tussen motorische gebieden van beide hersenhelften om een beweging te 14 voeren. Wanneer een gebied wordt beschadigd na een beroerte bijvoorbeeld inter-hemisferische interacties worden gewijzigd. Studies over hersenplasticiteit gebleken dat de motorische gebieden van de hersenen aan te passen aan deze wijziging op verschillende manieren 15. Ten eerste kan het intacte, rond gebieden van het beschadigde gebied overactived, wat leidt tot remming van het beschadigde gebied - een proces dat intra-hemisferische remming. Ten tweede kan het homologe gebied van het beschadigde gebied overactivated geworden en oefenen remming op de geblesseerde halfrond - een proces genaamd inter-hemisferische remming. De getroffen M1 kan dus twee keer worden bestraft: eerst door de laesie en de tweede door de remming afkomstig van zowel de niet-aangedane M1 en de omliggende regio van de getroffen M1 16. Een recente studie heeft aangetoond dat verhoogde prikkelbaarheid in de onaangetaste hemisfeer gekoppeld langzamer herstel 17, die is beschreven als onaangepast inter-hemisferische concurrentie 18.

Inzicht in de plasticiteit optreedt naeen beroerte kan leiden tot de ontwikkeling van neuromodulatie protocollen die interhemisferische interacties 19 kunnen herstellen. Drie belangrijke tDCS behandelingen bij patiënten met motorische stoornissen na een beroerte 20,21 voorgesteld. De eerste behandeling is bedoeld om de benadeelde motorische cortex activeren door eenzijdige anodische stimulering (a-tDCS). In dit geval stimulatie beoogt rechtstreeks toenemende activiteit in perilesionale gebieden die vermoedelijk essentieel zijn voor herstel hebben. In feite, hebben studies aangetoond verbetering van de paretische bovenste of onderste ledematen na deze behandeling 22-26. De tweede behandeling werd ontwikkeld met het doel de overactivering van de contralesional hemisfeer door toepassing eenzijdige kathodische tDCS (c-tDCS) over het intacte M1. Hier, de stimulatie is gericht op het indirect toenemende activiteit in perilesionale gebieden via interhemispehric interacties. Resultaten van deze onderzoeken hebben aangetoond verbetering van motorische functina c-tDCS 4,27-29. Ten slotte is de derde behandeling is gericht op het combineren van de prikkelende effecten van een-tDCS over de gewonde M1 met de remmende effecten van c-tDCS over de onaangetast M1 bilaterale tDCS. De resultaten hebben aangetoond verbeteringen in de motorische functie na bilaterale tDCS 27,30,31. Bovendien is een studie toonde grotere verbeteringen volgende bilaterale tDCS vergelijking met zowel eenzijdige methodes 32.

Fysiologische mechanismen van tDCS

Ondanks het toenemende gebruik van tDCS bij de behandeling van een beroerte, de fysiologische mechanisme achter de effecten blijft onbekend 33. Een beter begrip van de fysiologische effecten zouden kunnen helpen betere behandelingsmogelijkheden te ontwikkelen en zou kunnen leiden tot gestandaardiseerde protocollen. Zoals eerder vermeld, kunnen de effecten van tDCS duren 90 minuten na de verschuiving van stimulatie 11,12. Daarom hyperpolarisatie / depolarisatieprocessen kan langdurige gevolgen 33,34 niet volledig verklaren. Verschillende hypotheses zijn voorgesteld met betrekking tot de fysiologische mechanisme dat ten grondslag tDCS na-effecten op M1 met inbegrip van veranderingen in neurotransmitter afgifte, eiwitsynthese, ionkanaalfunctie, of receptor activiteit 34,35. Inzicht in deze zaak werden voor het eerst verworven door farmacologische studies met een onderdrukking van de na-effecten van de anodische en kathodische stimulering op M1 prikkelbaarheid door de glutamatergische N-methyl-D-aspartaat (NMDA) receptor antagonist dextromethorfan 36,37 terwijl het tegenovergestelde effect werd aangetoond met een NMDA receptor agonist 38. NMDA-receptoren zijn gedacht te worden betrokken bij het ​​leren en het geheugen functie door middel van lange termijn potentiëring (LTP) en lange termijn depressie (LTD), beide gemedieerd door Glu en GABA-erge neuronen 39,40. Dierproeven zijn in lijn met deze hypothese als ze hebben aangetoond dat een-tDCS induceert LTP 13.

<p class = "jove_content"> Ondanks de belangrijke vooruitgang die is geboekt in ons begrip van de mechanismen van de actie ten grondslag liggen tDCS effecten, farmacologische protocollen aanwezig zijn belangrijke beperkingen. Inderdaad, kan drug actie niet zo ruimtelijk specifiek tDCS zijn, vooral in de context van menselijke experimenten, en het werkingsmechanisme van de gevolgen ervan is vooral te wijten aan post-synaptische receptoren 34. Daarom is er behoefte directer de effecten van tDCS op het menselijk brein onderzoeken. Proton magnetische resonantie spectroscopie (1H-MRS) is een goede kandidaat omdat hiermee niet-invasief in vivo detectie van neurotransmitter concentraties in een bepaald gebied van belang. Deze methode is gebaseerd op het principe dat elke protonbevattende neurochemische in de hersenen heeft een specifieke moleculaire structuur en bijgevolg produceert chemisch specifieke resonanties die kunnen worden gedetecteerd door 1H-MRS 41. De verworven signaal van het volume van in de hersenenlangstelling wordt gegenereerd uit alle protonen die resoneren tussen 1 en 5 ppm. De verworven neurotransmitters worden vertegenwoordigd een spectrum en uitgezet als functie van hun chemische verschuiving enkele duidelijk te onderscheiden pieken, maar waar veel resonanties van de verschillende neurochemicals overlappen. De signaalintensiteit van elke piek is evenredig met de concentratie van de neurometabolite 41. De hoeveelheid neurotransmitters kunnen worden gekwantificeerd afhankelijk van de sterkte van het magnetisch veld 42,43. Echter, een lage concentratie metabolieten, die worden overschaduwd door zeer sterke resonanties, zijn moeilijk te kwantificeren bij lagere veldsterkte zoals 3 T. Een manier om informatie over dergelijke overlappende signalen te verkrijgen is aan de sterke resonanties verwijderen via spectrale editing. Eén van dergelijke technieken is een MEGA-PRESS sequentie, die detectie van γ-aminoboterzuur (GABA) signalen 44,45 toelaat.

Slechts enkele studies hebben het effect van tDCS onderzocht op destofwisseling van de hersenen met behulp van 1H-MRS in motor 34,46 en niet-motorische gebieden 47. Stagg en medewerkers 34 beoordeelde de effecten van een-tDCS, c-tDCS en sham stimulatie op M1 metabolisme. Zij vonden een significante vermindering GABA concentratie na een tDCS en een significante vermindering van glutamaat + glutamine (Glx) en GABA na c-tDCS. In een andere studie werd gemeld dat de hoeveelheid veranderingen in GABA concentratie geïnduceerd door een tDCS dan M1 betrof motorisch leren 46.

Deze studies wijzen op de mogelijkheden van het combineren van 1 H-MRS met tDCS aan ons begrip van de fysiologische mechanismen ten grondslag liggen aan het effect van tDCS op de motorische functie te verhogen. Bovendien, het gebruik van klinische protocollen zoals een tDCS en c-tDCS dan M1 is nuttig omdat de gedragseffecten goed bestudeerd en kan direct worden gerelateerd aan fysiologische resultaten. Daarom is een standaard protocol voor het combineren bilaterale TDCS en 1H-MRS is aangetoond in gezonde vrijwilligers met een 3 T MRI systeem. Bihemispheric tDCS wordt gepresenteerd aan data contrast met een eerdere MRS studie waaraan unilaterale kathodische of eenzijdige anodale tDCS werden aangebracht over motorische cortex 34. Het protocol is specifiek beschreven voor stimulatie met een NeuroConn stimulator in een Siemens 3 T scanner uitvoeren MEGA-PRESS 1 H-MRS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De studie werd goedgekeurd door het onderzoek en de communautaire Ethiek Boards van Unité de Neuroimagerie fonctionnelle en de Universiteit van Montréal en werd gedaan in overeenstemming met de ethische code zoals aangegeven in de Verklaring van Helsinki. Alle proefpersonen gaven schriftelijk toestemming na zorgvuldige screening voor MRI-compatibiliteit en werden financieel gecompenseerd voor hun deelname.

1. tDCS Materiaal

  1. Zorg ervoor dat alle benodigde materialen zijn beschikbaar voor het starten van het experiment (zie figuur 1 voor de lijst).
    Opmerking: Verschillende elektrode maten zijn beschikbaar voor tDCS. Voor deze studie zal twee 5 x 7 cm rubber elektroden worden gebruikt. Andere afmetingen kunnen worden gekozen afhankelijk van het gebied van de stimulatie en de gewenste focality van de 48 stimulatie.
  2. Zorg ervoor om te controleren of de batterijen van de DC-stimulator betalen en hen regelmatig op te laden, omdat het apparaat niet kan worden opgeladen of ingeplugd during stimulatie om veiligheidsredenen.

2. Planning van de voorwaarden voor Stimulatie

  1. Schakel de tDCS inrichting volgens de instructies die bij het apparaat. Pre-set de tDCS apparaat voor twee verschillende stimulatie modes (actieve en sham).
  2. Zoals sommige apparaten niet over een vooraf ingestelde modus hebben, selecteert u de juiste schijnvertoning parameters voordat stimulatie.
    1. Vooraf definiëren een set van parameters door het laden van een instelling. Druk op de knop 2 of 4 om te selecteren in het hoofdmenu de optie "systeem" (zie figuur 2).
    2. Beweeg de cursor naar lijn 2 op het display door op de knop 3.
    3. Druk op de knop 2 of 4 totdat de "load-instelling" op het display. Druk op de knop 3.
    4. Selecteer de letter van de instelling (A, B, C of D) door op de knop 2 of 4.
    5. Beweeg de cursor naar boven met de toets 1. Op het display automatisch zal tonen de "parameters" optie.
    6. Druk op de knop 1 om terug naar de lijn 3. gaan Selecteer de "fade in" optie in het menu scherm van het apparaat door op de knop 2 of 4. Druk op de knop 3 om naar de lijn 4 en druk op de knoppen 2 en 4 de duur tot 15. s.
      Opmerking: Fade in duur kan worden gewijzigd.
    7. Druk op de knop 1 om terug naar de lijn 3. gaan Selecteer de "fade out" optie in het menu scherm van het apparaat door op de knoppen 2 of 4. Druk op de knop 3 om naar de lijn 4 en druk op de knoppen 2 en 4 de duur tot 15. s.
      Opmerking: Fade in duur kan worden gewijzigd.
    8. Druk op de knop 1 om terug te gaan naar de lijn 3. Press op de knop 2 of 4 totdat de "duur" optie op het display verschijnt het menu. Druk op de knop 3 om naar de lijn 4 en druk op de knop 2 en 4 tot en met de duur van de minimale duur op het apparaat beschikbaar te stellen (15 s voor de onderhavige inrichting, zie figuur 3b).
      Opmerking: Dit zal een tintelende sensatie vergelijkbaar met de actieve stimulatie induceren.
  3. Druk op de toetsen 1 en 3 gelijktijdig in om de veranderingen van de instelling op te slaan.
  4. Pre-programma de actieve stimulatie parameters. Om dit te doen, volgt u dezelfde instructies als voor de instelling van de sham stimulatie, maar programmeert de duur tot 1.200 sec (20 min; zie figuur 3a).
  5. Pre-programma de test stimulatie parameters. Om dit te doen, volgt u dezelfde instructies als voor de instelling van de sham stimulatie maar programmeert de duur tot 45 sec.
    Opmerking: De test stimulatie wordt gebruikt voor de meting van de impedantie voor de experimenten.
  6. Pseudo-rande voorwaarden van de stimulatie volgorde af toewijzen aan deelnemers.
  7. Een nummer aan elk van de drie voorwaarden voor een blinde experimenten: 1) tweezijdig: anodische rechts, links kathodische; 2) bilaterale: anodische links, rechts kathodische; 3) sham: anodale rechts kathodische links.

3. Consenting de deelnemers

  1. Informeer de deelnemer van de procedure en ondertekenen toestemmingsformulier.
    1. Controleer dat de deelnemers geen contra-indicatie voor tDCS hebben: een psychiatrische of neurologische geschiedenis, de aanwezigheid van een pacemaker, metalen geïmplanteerd in de schedel, een geschiedenis van flauwvallen, een voorgeschiedenis van convulsies, een geschiedenis van drugsmisbruik, een familiale voorgeschiedenis van convulsies, een geschiedenis van febriele past, een gebrek aan slaap in de voorgaande nacht, een geschiedenis van de gevoeligheid van de huid, en de eventuele alcoholgebruik van de vorige dag.
    2. Informeer de deelnemer van de meest gerapporteerde bijwerkingen van tDCS: milde tintelingen; matige vermoeidheid; licht gevoel van jeuk onder de elektroden; geringbranderig gevoel.
  2. Informeer de deelnemer van de gebruikelijke MR contra-indicaties en bijwerkingen.

4. Metingen voor elektrodes Placement

  1. Gebruik de 10/20 internationaal systeem om de volgende bezienswaardigheden aan de deelnemer hoofd vinden: nasion en INION (figuur 4a), preauricular punten, en de beide doelgebieden: C3 en C4 (Figuur 4b).
    1. Zoek de nasion als afzonderlijke depressieve gebied gelegen aan de brug van de neus op het niveau van beide ogen. Zoek de INION de meest prominente projectie van het occipitale bot zich aan het onderste gedeelte van de schedel. Zoek het preauricular punt in de buurt van elk oor; het is de inkeping boven het jukbeen notch. Zoek de C3 en C4 op basis van metingen zoals hieronder beschreven.
  2. Gebruik een meetlint om de afstand tussen de nasion en INION langs de middellijn van het hoofd te meten en maak een markering op 50% van de afstand witha niet-permanente hydro marker.
  3. Gebruik een meetlint om de afstand tussen de twee preauricular punten te meten en maak een markering met een niet-permanente hydro marker op 50% van de afstand in lijn met het vorige merkteken. Dit punt komt overeen met Cz (vertex).
  4. Van de Cz, langs de lijn die tussen de preauricular punten markeren twee punten, één aan elke zijde, met een niet-permanent hydro marker die overeenkomen met 20% van de totale afstand. Deze tekens komen overeen met de doelgebieden (C3 en C4, figuur 4b).
    Opmerking: Andere methoden zoals TMS of neuronavigatie kan ook worden gebruikt om M1 lokaliseren.

5. Plaatsing van de elektroden

  1. Bewegen zo veel haar mogelijk van de doelgebieden die worden gestimuleerd. Solliciteer een EEG-type exfoliërende gel met een katoenen-wattenstaafje om de doelgebieden te reinigen.
  2. Reinig de doelgebieden met een 70% isopropyl alcohol en puimsteen prepping pad om elektrode contact te verbeteren.
  3. Royaal bestrijken het gehele elektrode met een EEG-type geleidende pasta. Zorg ervoor dat de pasta is ongeveer 5 mm dik over het gehele oppervlak. Zorg ervoor dat de gehele rubber gebied is bedekt met deeg. Licht nat de doelgebieden en de geleidende pasta op de elektroden met een zoutoplossing.
  4. Plaats de elektroden zoals getoond in figuur 4b en druk de elektroden stevig op de beoogde gebieden. Plaats een rubberen band rond het hoofd van de deelnemer optimale stabiliteit van de elektroden te garanderen. Aanpassen zodanig dat de deelnemer geen pijn of ongemak ervaart tijdens het scannen sessie.
  5. Zorg ervoor dat de bedrading niet in contact komen met de huid om mogelijke brandwonden te voorkomen.

6. tDCS Test Buiten de Scanner Room

  1. Gebruik een multimeter om de goede werking van de elektrode kabel en de weerstand te controleren.
  2. Schakel de tDCS apparaat en laad de test stimulatie-instellingen. Druk op de knop 2 of 4 om te selecteren in het hoofdmenu de optie "systeem". Beweeg de cursor naar lijn 2 op het display door op de knop 3. Druk op de knop 2 of 4 totdat de "load-instelling" op het display. Druk op de knop 3. Selecteer de letter van de voorgeprogrammeerde toets instelling (A, B, C of D) door op de knop 2 of 4.
  3. Beweeg de cursor naar boven met de toets 1. Het display toont automatisch "parameters" optie. Op de eerste regel, druk op de knop 2. De display geeft "stimulatie?" de verschillende voorgeprogrammeerde parameters.
  • Druk op de knop 1 om de stimulatie te starten. Het display zal de impedantie niveau te laten zien en automatisch stoppen als het bereikt meer dan 20 kOhm. Als de impedantie niveau is meer dan 20 kOhm, trek de elektrode draden uit het middelste vakje en verlaat de scanning kamer aan de positionering van de elektroden te controleren.
  • Opnieuw de test stimulatie. Bij een goed niveau van impedance is bereikt en wanneer de test stimulatie voorbij is, haalt u de elektroden van de binnenbak.

    • 7. tDCS Setup

    1. Zoals getoond in figuur 5, plaatst de tDCS apparaat en de buitendoos in de scanner controlekamer.
      Opmerking: De tDCS apparaat en de buitenkant van de doos zijn niet MR compatibel en mag niet in de magneet milieu worden genomen.
    2. Steek de buitenste doos draden in de tDCS apparaat en sluit de lange doos kabel in de buitenste doos.
    3. Voer de tDCS doos los van de scanner controlekamer in de MRI-ruimte. Zorg ervoor dat deze kabel zo recht mogelijk te laten verlopen, het vermijden van eventuele knikken of lussen, langs de wand van de MRI-kamer aan de achterkant van de MRI-scanner. Zet meerdere MR verenigbaar zandzakken op de kabel om de stabiliteit, zie figuur 5.
    4. Breng de binnenbak in de MRI-kamer en steek de lange doos kabel erin (figuur 5).

    8. MRI Scan Preparation

    1. Vraag de deelnemer om de MRI-ruimte betreden, indien niet reeds daar uit de tDCS test, en in oordopjes te zetten.
    2. Leg een dun kussen onder de spoel gebied van de MRI-tafel. Vraag de deelnemer te gaan liggen op de tafel. Zet een kussen onder de benen van de deelnemer voor comfort en een deken indien nodig. Geef de deelnemer de alarmknop voor beveiligingsdoeleinden.
    3. Leg aparte koptelefoon op beide oren om de overdracht van informatie van de scanner controlekamer aan de deelnemer in de MRI-ruimte mogelijk te maken.
    4. Plaats het hoofd van de deelnemer zo hoog mogelijk in het gebied waar het hoofd spoel wordt geplaatst (bovenkant van het hoofd zo dicht mogelijk bij de bovenkant van de tabel waarin de spoel wordt geplaatst). Zet de elektrode draden langs de rechterkant van het hoofd van de deelnemer, zoals aanbevolen door de tDCS hulpmiddel bedrijf.
    5. Plaats de ontvangen alleen-32-kanaals spoel rond het hoofd van de deelnemer. Voer de elektrode kabels doorrechts van de spoel. Plaats het hoofd van de deelnemer zo recht mogelijk met behulp van een rode laser positionering (ingebouwde functie van de scanner).
    6. Vraag de deelnemer om armen en benen te bewegen in een comfortabele positie, terwijl ervoor te zorgen dat de handen elkaar niet raken. Zorg ervoor dat de deelnemer eraan te herinneren om zo stil mogelijk te blijven tijdens de hele sessie. Wanneer de deelnemer bereid, beweegt de tafel langs de middellijn om de elektrodedraden bereiken op de achterzijde van de scanner.
    7. Gebruik medische tape om de elektrodekabel stabiliseren de rechterzijde van de achterkant van de spoel. Steek de elektrode draden zich in de scanner in de binnenste doos tDCS. Zet de binnendoos aan de rechterkant van de scanner met een zandzak op het voor maximale stabiliteit.
    8. Verplaats de tafel weer op zijn definitieve plaats. Houd de tDCS ingeschakeld en de elektroden aangesloten op de buitenkant van de doos voor het gehele MRI-sessie.

    9. Pre-tDCS 1 H-MRS Session

    Voer een sequentie plaatsbepalende beelden nodig om de juiste positionering van de kop verifiëren en te vergelijken met een tweede localizer die aan het einde van de sessie wordt verworven controleren algehele beweging verkrijgen.
  • Verwerven anatomische T 1-gewogen MPRAGE beelden voor het positioneren van de M1 voxel en detectie van mogelijke structurele afwijkingen (TR = 2300 msec; T E = 2,91 msec; FA: 9 °; FOV = 256 x 256 mm, 256 x 256 matrix ; T I: 900 msec, 176 plakjes; oriëntatie: sagittale; acquisitie tijd: 4 min 12 sec).
  • Voer een multi-planner reconstructie van de beelden in vlakken die meer geschikt zijn voor visualisatie van de spectroscopie volume-of-interest (VOI) zijn.
    1. In de 3D-kaart, browse door de MPRAGE onbewerkte beelden (sagittale oriëntatie). In het venster "het creëren van parallelle reeksen" selecteer "axiale 2X2". Pas de positie van de parallelle lijnen en klik op Opslaan om de axiale orthogonale uitzicht te creëren.
    2. In het venster "het creëren van parallelle reeksen" selecteer "coronale 2X2". Pas de positie van de parallelle lijnen en klik op "opslaan" om de coronale orthogonale uitzicht te creëren.
  • Links M1 gebaseerd op Yousry en 49 anatomische oriëntatiepunten collaborateurs 'Zoek op de drie oriëntatie plakjes. Vervolgens plaatst de VOI (30 x 30 x 30 mm3) op de plaats zonder angulatie opzichte van de scanner as (figuur 6).
  • Het verwerven van een lijn-breedte scan (21 s).
    1. Selecteer de spectroscopie kaart naar water line-breedte te meten op het reële deel van het signaal van deze lijn-breedte scan. Laad de lijn-breedte ruwe data van de browser. Laad de lijn-breedte meetprotocol (menu protocollen: selecteer het protocol).
    2. Pas de fase met behulp van de scanner software interactieve nabewerking gereedschappen. Selecteer de fase correctie sectie en de fase aan te passen voor de basislijn met de cursor.
    3. Om de lijnbreedte verminderen,lopen de FAST (EST) MAP 50 opeenvolging drie keer. Herhaal de line-breedte scan en de lijn-breedte meting (stap 9.5). Let op de uiteindelijke waterlijn breedte.
  • Start 4 blokken van 64 metaboliet scans (32 "EDIT OFF" en 32 "EDIT ON", interleaved) met een MEGA-PRESS sequence 44,45, waar VAPOR 51, OVS 51 en individuele opslag van de FID worden geactiveerd (T R = 3 s, T E = 68 msec, totale overname tijd: 12 min)
  • Het verwerven van een water verwijzing behulp MEGA-PRESS-fragment dat geen MEGA water onderdrukking, met damponderdrukking ("alleen RF-off") en met een delta meting bij 0 ppm. Het verwerven van een enkel blok van 4 metaboliet scans in plaats van 64 (acquisitie tijd: 42 sec).

    • 10. tDCS Procedure

    1. Informeer de deelnemer die de tDCS stimulatie zal beginnen en dat de scanner stil voor de hele stimulatie zal zijn.
    2. Selecteer een van de twee eerder progaangestampt parameters volgens de conditie en start de stimulatie. Blijf op de hoogte van de impedantie en spanning tijdens de 20 minuten van de stimulatie. Wanneer de stimulatie voorbij is, melden de deelnemer die de post-tDCS MRS sessie zal beginnen. Laat de tDCS apparaat niet uitschakelen.

    11. Post-tDCS 1 H-MRS Session

    1. Rijden op de zelfde metaboliet scans met MEGA-PRESS volgorde als de pre-tDCS scannen, maar het dubbele van de blokken van de overname (8 blokken van 64 scans (32 "EDIT OFF" en 32 "EDIT ON", interleaved)) om de metabolieten te verwerven tegen twee verschillende tijdstippen na tDCS.
    2. Zoals bij de pre-tDCS sessie verwerven een referentiewater scan met dezelfde parameters. Beëindig de sessie met een localizer volgorde.
    3. Visueel vergelijken van de plaatsbepalende beelden die aan het begin en einde van de sessie scannen als index voor hoofdbewegingen.
    4. Toegang tot de viewing card en ga naar de browser op het menu. Selecteer de eerste en tweede lokaleIzer ruwe beelden. Laad de beelden in de viewing card en vergelijk beide afbeeldingen. Gegevens in de DICOM-formaat via de server Export.

    12. Analyse van de 1 H-MRS Gegevens

    1. Gegevens importeren met behulp van een programmeertaal en processing software, en pas de frequentie en fase van individueel opgeslagen FIDs behulp van TCR en Tcho signaal tussen 2.85 en 3.40 ppm. Om dit te doen, gebruik lsqnonlin functie van de software om de frequentie en fase van elke individuele Fourier-getransformeerde FIDs (spectra) passen aan de gemiddelde spectra van de sessie.
      Let op: dit is een site-specifieke aanpak en andere methoden voor het importeren en analyseren van gegevens zal niet per se invloed op de kwaliteit van gegevens.
    2. Om het uiteindelijke spectra te verkrijgen, af te trekken van de signalen van alternatieve scans met de selectieve dubbel-gestreepte pulsen die werden toegepast op 4,7 ppm en 7,5 ppm ("Edit OFF") en op 1,9 ppm en 4,7 ppm ("EDIT ON") (figuur 7 ).
    3. Gebruik de LCModel 52voor de analyse van zowel verschillen en "EDIT OFF" spectra. Deactiveren standaard simulaties en basislijn modellering.
    4. Voer een visuele inspectie van de spectra om sessies met besmetting door subscapulaire lipide signaal uit te sluiten (zie F igure 9).
    5. Als onderdeel van de kwaliteitscontrole, exclusief spectra met lijnbreedte van TCR-CH 3 boven 10 Hz. Alleen in de analyse mee metabolieten (GABA, Glx, TCR, tNAA) die werden gekwantificeerd met Cramer-Rao ondergrenzen (CRLB) lager dan 35%.
      Opmerking: CRLB bieden geschatte fout van de metaboliet kwantificering. CRLB> 50% is niet betrouwbaar en is een aanbevolen cut-off door LCModel handleiding. Velen in het gebied hebben een CRLB lager dan 35% gebruikt als een standaard. 53-55 Bovendien moet de CRLB in gedachten worden gehouden bij het ​​interpreteren van de resultaten.
    6. Verkrijgen van GABA en Glx kwantificeringen uit de "DIFF" spectra, TCR van de "edit OFF" spectra, en tNAA van zowel "EDIT OFF" en "; DIFF "Express concentraties van de verschillende metabolieten van belang als ratio's boven TCR Voor GABA en Glx, vermenigvuldig de verhouding door de volgende groep gemiddeld correctiefactor om rekening te houden met de verschillende grondslag die wordt gebruikt voor de teller en noemer (tNAA uit.." EDIT OFF "spectra / tNAA uit" DIFF "spectra).
      Noot: GABA en Glx concentraties kunnen ook worden gekwantificeerd met behulp van water of NAA signaal.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Figuur 6 toont de positie van de VOI op de representatie van dient M1 waar alle MRS maatregelen genomen. In figuur 6D, een 3D-visualisatie toont een duidelijke voorstelling van de tDCS elektroden geplaatst op de hoofdhuid over de vermeende primaire motorische cortex. In figuur 7 is representatief "EDIT OFF" en het verschil ("DIFF") spectra verworven in M1. Pieken die overeenkomen met Glx, GABA + MM en NAA duidelijk te zien.

    Figuur 8 toont het percentage van de verandering tussen de MRS overname pre-tDCS en post-tDCS voor de drie verschillende condities in een enkele deelnemer. De resultaten van de post-tDCS sessie worden gescheiden in twee tijdstippen aan de evolutie van tijd veranderen illustreren. Figuur 8a toont het percentage verandering Glx. Voor sham stimulatie, Glx concentratie geen opvallen modulatie. Voor bilaterale stining 1 (links anodale, rechts de kathodische), wederom geen noemenswaardige modulatie van Glx acht wordt genomen; echter, modulatie van de concentratie in de tijd tegengesteld aan wat wordt waargenomen in de sham stimulatie. Tot slot, met betrekking tot bilaterale stimulatie 2 (links is de kathodische, rechts anodale), wordt een vergelijkbaar patroon waargenomen dat de sham stimulatie maar met een opmerkelijke verbetering van de GLX-concentratie in de tweede time-punt na stimulatie.

    Figuur 8b toont het percentage verandering in de concentratie van GABA met betrekking tot de conditie van de stimulatie. Voor de sham stimulatie, GABA concentratie geen opvallen modulatie. Echter een lichte afname waargenomen op beide tijdstippen. De modulatie van GABA na de sham stimulatie belangrijker dan de Glx ,. Daarentegen wordt een opmerkelijke stijging van GABA concentratie waargenomen in het tweede tijdstip na bilaterale stimulatie 1 (links anode, kathode rechts). Tenslotte een vergelijkbaar patroon van veranderingaan de sham stimulatie wordt waargenomen voor bilaterale stimulatie 2 (links kathode, anode rechts).

    Figuur 9 toont de verkregen spectra van twee verschillende deelnemers. Figuur 9a toont een spectrum van goede kwaliteit met een aanvaardbare lipiden signaal. Figuur 9b toont een spectrum met grote lipiden signalen, die werd uitgesloten na visuele inspectie. Tenslotte figuur 10 verplaatsing van de plaats van de voxel plaats na 5 mm deelnemer beweging.

    Figuur 1
    Figuur 1: Materialen. 1) zoutoplossing; 2) geleidende pasta; 3) Elektrode gel; 4) Alcohol prepping pad; 5) Het meten van tape; 6) EEG potlood; 7) Rubber bands; 8) Laadbak; 9) tDCS apparaat; 10) Outer doos; 11) Laadbak kabel; 12) Outer doos kabel; 13) elektroden; 14) Lange kabel box


    Figuur 2: tDCS apparaat Afbeelding van de positionering van de toetsen op de specifieke tDCS kenmerk dat in het onderhavige protocol. Deze knoppen worden gebruikt voor het vooraf instellen van de verschillende instellingen.

    Figuur 3
    Figuur 3: Time loop van tDCS voorwaarden. A) Tijd loop van de actieve tDCS conditie. Na de pre-tDCS metaboliet acquisitie, zet de tDCS apparaat en de ramp-up van de stroom voor 15 seconden, tot een intensiteit van 1 mA is bereikt. Stimuleren gedurende 20 min en uitlooptijd de stroom gedurende 15 seconden, tot een intensiteit van 0 mA is bereikt. Laat de tDCS apparaat niet uitgeschakeld en overgaan tot de post-stimulatie metaboliet acquisitie. B) Time loop van de sham tDCS conditie. Na de pre-tDCS metaboliet acquisitie, turn de tDCS apparaat en opvoeren van de stroom gedurende 15 seconden tot een intensiteit van 1 mA wordt verkregen. Stimuleren gedurende 15 seconden (de minimumtijd op het huidige apparaat) en uitlooptijd de stroom gedurende 15 seconden, tot een intensiteit van 0 mA is bereikt. Wacht 20 minuten. Laat de tDCS apparaat niet uitgeschakeld en overgaan tot de post-stimulatie metaboliet acquisitie.

    Figuur 4
    Figuur 4: elektrode positie A) 10/20 internationale oriëntatiepunten gebruikt voor de identificatie van C3 en C4. De top (Cz) overeenkomt met 50% van de afstand tussen de nasion en INION en 50% van de afstand tussen de twee punten preauricular. B) C3 en C4 overeen met 20% van de totale afstand tussen de preauricular punten, gemeten vanaf de top punt. Zorg ervoor dat u minstens 8 cm van afstand te laten tussen beide elektroden.


    Figuur 5: Schematische weergave van de MR kamer. Plaatsing van de materialen in de MR scannen en console kamers. Het is essentieel om het protocol voor de positionering van de verschillende onderdelen van de inrichting volgen om een ​​MR-signaal van goede kwaliteit te verkrijgen en voor veiligheidsdoeleinden.

    Figuur 6
    Figuur 6: VOI plaatsing. Positie van de VOI (30 x 30 x 30 mm3) via linkerbenedenhoek van M1 in (A) sagittale, (B) coronaal, en (C) axiale segmenten. 3D-visualisatie van de positionering van de elektroden wordt weergegeven in (D).

    Figuur 7
    Figuur 7: 1H-MRS metaboliet spectrum. Vertegenwoordiger (A) "EDIT OFF" en (B) het verschil ("DIFF") spectra verkregen met het MEGA-PRESS sequence 44,45 inclusief de ruwe data, de pasvorm van LCModel en de residuen. Cr: totaal creatine (creatine + phosphocreatine (Cr-CH 3 + PCr-CH 3)); NAA: N-acetyl-aspartaat + NAAG (SNAA + NAAG); Glx: + glutamine glutamaat (Glu + Gln); GABA + MM: γ-aminoboterzuur + macromoleculen

    Figuur 8
    Figuur 8: Effecten van bilaterale tDCS op Glx en GABA een enkel onderwerp. A) tDCS effecten Glx concentratie worden getoond voor de drie voorwaarden. De resultaten worden uitgedrukt als percentage van de verandering tussen de pre-tDCS overname en de twee post stimulatie overnames. B) tDCS effect op GABA concentratie worden getoond voor de drie voorwaarden. Resultaten worden uitgedrukt als percentage van chaNSE tussen de pre-tDCS overname en de twee post stimulatie overnames. Sham: Bilaterale, Bilaterale 1: links anode, kathode rechts; Bilaterale 2: linker kathode, anode rechts

    Figuur 9
    Figuur 9: Visuele inspectie van de spectra A) Voorbeeld van een goede kwaliteit data. De figuur toont het "EDIT OFF" en "DIFF" spectra met een aanvaardbare hoeveelheid lipiden. SNR van analyse van "DIFF" spectra: 56 CRLB van de GABA signaal: 14% Lw van TCR-CH 3 op 3 ppm: 5.6 Hz. B) Voorbeeld van een slechte kwaliteit van data veroorzaakt door overmatige beweging van de deelnemer. De figuur toont het "EDIT OFF" en "DIFF" spectra. SNR van analyse van "DIFF" spectra: 39 CRLB van de GABA signaal: 47% Lw van TCR-CH 3 op 3 ppm: 4,4 Hz


    Figuur 10: VOI locatie na verplaatsing positie van de VOI (30 x 30 x 30 mm3) over de linkerbenedenhoek van M1 in (A) sagittale en (B) coronale plakjes na een verplaatsing van 5 mm. Opneming van de craniale botten en de hersenvliezen in de doos zou leiden tot opname van lipiden en verwijdering van de scan. De lichtgrijze vierkant toont de uitgangspositie van de VOI.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Dit document gericht aan een standaard protocol te beschrijven voor het combineren van tDCS en 1H-MRS met behulp van een 3 T scanner. In de volgende paragraaf zal methodologische factoren worden besproken.

    Kritische Stappen
    Contra Screening
    Voorafgaand aan het experiment, is het cruciaal om het scherm deelnemers voor eventuele contra-indicatie met betrekking tot het gebruik van tDCS en 1H-MRS. Het gebruik van de volgende uitsluitingscriteria wordt aanbevolen voor tDCS: een psychiatrische of neurologische geschiedenis, de aanwezigheid van een pacemaker, een stuk metaal geïmplanteerd in de schedel, een geschiedenis van flauwvallen, een voorgeschiedenis van convulsies of een geschiedenis van drugsmisbruik. Omdat alleen metabolieten van links M1 zal worden verworven, is de uitsluiting van linkshandige deelnemers uit het onderzoek aanbevolen. In feite, heeft recent onderzoek aangetoond verschil interhemisferische remming tussen dominante en niet-dominante hemisferen naargelang de handvoorkeurHierbij wordt het effect van stimulatie 15 kunnen moduleren. Bovendien, voor aanvang van het experiment, controleren op eventuele laesie op de hoofdhuid en vraag om welke huidziekte 56. Als er een laesie aanwezig proberen te vermijden direct stimuleren van het getroffen gebied. Het wordt ook aanbevolen om de huid te inspecteren na stimulatie 57. Ook screenen op de aanwezigheid van allergie voor een van de voor elektrode montage producten. Voor 1H-MRS, moet de uitsluitingscriteria hetzelfde als voor magnetische resonantie imaging studie bestaande zorgvuldige screening van een eerdere operaties op de aanwezigheid van metaal in het lichaam.

    Het is ook belangrijk om te bepalen of de deelnemer voelde ongemak tijdens tDCS stimulatie. Nogmaals, na het experiment, deelnemer moet worden gevraagd over eventuele bijwerkingen. Het is mogelijk om een opname-vorm, ook de bijwerkingen om hun aanwezigheid in verband kwantificeren het protocol (zie 58 vooreen voorbeeld). De meest gemelde bijwerkingen zijn milde tintelingen (70,6%), matige vermoeidheid (35,3%), een licht gevoel van jeuk onder de elektroden (30,4%), en licht brandend gevoel (21,6%) 58.

    Beweging Artefacten Reduction

    Beweging van de deelnemer in de scanner is een belangrijke kwestie in 1H-MRS aangezien dit één van de belangrijkste factoren die de kwaliteit van de data 59. Zoals getoond in figuur 10, kan een beweging van het onderwerp (van 1 mm tot 5 mm) tot grote lipiden signaal in het spectrum waardoor de kwaliteit van de gegevens wijzigen en bijgevolg, met uitsluiting van de acquisitie van de gegevens. Daarom is het belangrijk om zorgvuldig leggen aan de deelnemer het belang van kop stabiliteit gedurende de hele scan. Het plaatsen van de deelnemer in de scanner, is het belangrijk om het onderwerp te vragen de meest comfortabele positie om verdere beweging te voorkomen. During positionering van het VOI, is het ook belangrijk om de deelnemer dat hoewel de scan zwijgt, is het essentieel om nog steeds kennis.

    Bovendien, de duur van het experiment is een belangrijke factor om te minimaliseren totale hoeveelheid beweging. Ten eerste is het belangrijk om een ​​optimale lengte voor de anatomische sequentie, zo kort mogelijk, maar lang genoeg om een ​​goede beeldkwaliteit te verkrijgen voor plaatsing van de VOI. Ten tweede is het gebruik van een korte sequentie van metaboliet overname aanbevolen vóór tDCS. Ten derde, om het tijdsverloop van stimulatie-effecten vangen, het gebruik van een langere sequentie van verwerving na stimulatie geadviseerd. Vierde vergelijken voor en na experiment plaatsbepalende beelden te schatten deelnemer beweging.

    Analyse
    De MEGA-PRESS sequence 44,45 wordt gebruikt voor het verwerven van gelokaliseerde, water onderdrukt, en bewerkt spectra. Een ruimtelijke lokalisatie in PERS wordt uitgevoerd met behulp van een 906; -Hamming gefilterd sync puls (bandbreedte tijd product = 8.75, duur = 2,12 msec, bandbreedte (FWHM) = 4,2 kHz) en twee 180 ° mao pulsen (duration = 5,25 msec, bandbreedte = 1,2 kHz). Alle lokalisatie pulsen worden uitgevoerd bij 3 ppm. Een selectieve dubbel gestreepte 180 ° Shinnar-Le Roux puls wordt 1,9, de resonantiefrequentie van β-CH2 van GABA en 4,7 ppm afgewisseld met 7,5 en 4,7 ppm. Extra water onderdrukking met variabel vermogen met geoptimaliseerde relaxatie vertragingen (DAMP) en buitenvolume onderdrukking, OVS 50 zijn aangepast voor de menselijke 3 T systeem verwerkt voor MEGA-PRESS en worden gebruikt om water te onderdrukken en de lokalisatie van de VOI verbeteren. Wanneer de selectieve puls wordt 1,9 ppm, worden de resonantie bij 1,9 ppm en de resonanties binnen de bandbreedte van de puls geïnverteerd waardoor heroriëntatie van γ-CH2 resonantie van GABA ("EDIT ON"). Wanneer de selectieve puls wordt op 7,5 ppm, de gebruikelijke spectrum bij T E van 68 msec wordt verkregen ("EDIT UIT") met de γ-CH 2 resonantie van GABA fasegemoduleerd. Het aftrekken van signalen van alternatieve scans leidt tot selectieve waarneming van de buitenste lijnen van GABA triplet en annulering van de totale creatine (creatine + creatinefosfaat) resonantie ("DIFF"). Door de bandbreedte van de inversiepuls worden extra resonanties van NAA, Glu + Gln en macromoleculen ook waargenomen. Het gehele protocol is verdeeld in vier interleaved acquisities en de frequentie bijgewerkt voordat elke afzonderlijke scan om de frequentie afwijkingen die worden veroorzaakt door de hardware. De interleaved acquisitie en single FID opslag kan de correctie van de frequentie en fase in post-processing.

    De analysemethode beschreven in het protocol laat de berekening van de beste fit van de experimentele spectrum als een lineaire combinatie van model spectra. Model spectra in de basis set voor"EDIT OFF" spectra werden gesimuleerd op basis van de dichtheid matrix formalisme 59 en bekende chemische verschuivingen en J koppelingen 60, en omvatte het volgende: acetyl-groep van N -acetylaspartate (SNAA), alanine (Ala), ascorbaat (ASC), aspartaat (Asp ), aspartaat deel van NAA (mNAA), CH2 groep Cr (Cr-CH2), CH 3 groep Cr (Cr-CH2), CH 2 groep PCR (PCR-CH2), CH3 groep PCR (PCR-CH2), GABA, glucose (Glc), Glu, Gin, glycerophosphorylcholine (GPC), glycine (Gly), glutathion (GSH), lactaat (Lac), myo-inositol (mI), N -acetylaspartylglutamate ( NAAG), fosforylcholine (PCho), phosphorylethanolamine (PE), scyllo inositol (SI) en taurine.

    De set voor "DIFF" spectra basis werd gegenereerd uit experimenteel gemeten spectra van vier 100 mM oplossingen van NAA, GABA, Glu en Gin (600 ml bolvormige glazen flasks) met dezelfde parameters en scanner als in vivo experimenten. Elke oplossing bevatte bovendien K 2 HPO 4 (72 mM), KH 2PO 4 (28 mM), natrium azide (0,1 mM), 3- (trimethylsilyl) -1-propaansulfonzuur natriumzout (TSP; 2 mM), formiaat ( 200 mm, optioneel), en gedestilleerd water. De basis set spectra werden verworven bij de fysiologische temperatuur van 37 ° C en alles in het werk werd gesteld om de koeling te minimaliseren (~ 1 ° C binnen de 15 van acquisitie) door het voorverwarmen van de fantomen in een grote watertank voor het plaatsen van een ieder in een kleinere water -gevulde geïsoleerd kunststof, in de spoel is geplaatst. Temperatuur en pH zijn bijzonder belangrijk spectroscopie omdat deze factoren de chemische verschuiving van de metabolieten. Daarnaast is het voor zowel de "EDIT OFF" en "DIFF" spectra, basis sets bevatten een-metaboliet nulled macromoleculaire spectrum experimenteel gemeten van 10 onderwerpen uit de occipitale cortex met behulp van deinversie-herstel (inversietijd, T I = 760 msec) techniek met dezelfde parameters als vaste MEGA-PRESS overname (behalve voor TR = 2,7 s) 61.

    Phantom Testing
    Testen van de procedure in een 100 mM GABA fantoom met en zonder tDCS stimulator die zal worden gebruikt op deelnemers met precies scanner en volgorde parameters wordt sterk aangeraden voorafgaand aan de eerste deelnemer bestudeerd. De procedure moet voorzien in een localizer sequence, een anatomische volgorde (dwz MPRAGE), een line-breedte scan en 16 "EDIT ON" en "EDIT OFF" scans. Dit moet herhaald worden indien stimulator, stimulatieparameters of scanners worden gewijzigd. Om de aanwezigheid van voorwerpen op het signaal onderzoeken, moet men spectra beoordelen veranderingen in SNR met en zonder tDCS simulator, aanwezigheid van pieken en lawaai op bepaalde frequenties en de SNR waarden en alle belangrijke artefact van de anatomische images.

    Mogelijke wijzigingen van het Protocol
    1 H-MRS Parameters
    Om metabolietconcentraties met 1H-MRS verkrijgen, moet een bepaalde regio lokaliseren en wekken signalen in deze bundel 35. In het voorliggende document, de procedure voor de plaatsing van een enkele VOI over LV M1 werd beschreven. Echter, veel verschillende aanpassingen aan dit protocol worden toegepast. Succesvolle meting van de metaboliet concentraties zijn aangetoond in verschillende corticale en subcorticale regio's, zoals de prefrontale cortex 62, hippocampus 63, cerebellum striatum en pons 64, visuele cortex 66, en auditieve cortex 67. De grootte van de VOI kan ook verschillen afhankelijk van het gebied van belang, maar het volume varieert gewoonlijk tussen 3 en 27 cm 3 68. Het is echter moeilijk om de concentratie van lage concentratie metabolieten suc verkrijgenh GABA uit voxels kleiner dan 20 cm3. Een belangrijk punt is om ervoor te zorgen dat aan elk contact van de VOI met de schedelbeenderen, hersenvliezen, en extra-cerebrale cerebrospinale vloeistof te voorkomen. In kleinere hersenen, kan de VOI onder meer een deel van de linker laterale ventrikel. In dit geval is de opname van de ventrikel voorkeur via integratie van craniale botten.

    Bovendien, afhankelijk van de geselecteerde aankoop sequentie verschillende metabolieten kunnen worden gekwantificeerd 69. Eerdere werkwijzen, zoals Point-RE-opgelost spectroscopie (PRESS) sequentie 70 en gestimuleerde echo acquisitiemodus (stoom) 71 heeft kwantificering van GABA niet toestaan ​​1.5 T. Vanwege de polariteit-specifiek effect van tDCS corticale prikkelbaarheid, de kwantificering van zowel prikkelende (glutamaat) en remmende (GABA) neurotransmitters essentieel. In het huidige protocol is het gebruik van de MEGA-PRESS spectrale editing sequence 44,45 werd getoondDat de kwantificering van de belangrijkste neurotransmitters, waaronder GABA staat (zie figuur 6). Andere sequenties waardoor GABA kwantificering, zoals ultra-korte TE MRS en J -resolved MRS, zijn ontwikkeld in de afgelopen jaren (zie 41 voor een overzicht).

    Tenslotte, aangezien metabolietconcentraties gewoonlijk uitgedrukt als een verhouding ten opzichte van andere metabolieten (relatieve concentratie), de keuze van de referentie metaboliet is zeer belangrijk, en bijzonder in klinische onderzoeken waarbij populaties 69. De meest gebruikte referentie metabolieten TCR en NAA, hun concentraties worden relatief stabiel in de menselijke hersenen. Opgemerkt kan ook een absolute kwantificering van metabolieten die vereist verwijzen naar ofwel een externe (bijvoorbeeld fantoom) of intern signaal (bijvoorbeeld water signaal) 68 gebruiken. Het gebruik van een interne referentie water vereist een extrastap weefsel correctie omdat de waterconcentratie en ontspanning eigenschappen verschillen grijze stof, witte stof en cerebrospinale vloeistof (CSF). 72 Het weefsel correctie kan worden uitgevoerd ofwel met de geschatte weefsel samenstelling in het VOI van alle deelnemers of met vakspecifieke weefselsamenstelling van segmentatie 73. Bovendien moet worden opgemerkt dat tDCS draagt ​​het theoretisch risico van het induceren van oedeem, hetgeen een geringe gevolgen water concentraties kunnen hebben. Echter, Nitsche en medewerkers 74 rechtstreeks geëvalueerd deze specifieke zorg en toonde geen tekenen van oedeem na tDCS op de frontale cortex. Derhalve wordt het gebruik van water als referentie een haalbare optie.

    tDCS Parameters
    Verschillende elektroden uitvoering kan door 9 afhankelijk van de regio van de stimulatie en de gewenste focality stimulatie 75,76. Da Silva en medewerkers 56 1H-MRS is een nuttige techniek die kan worden gebruikt om de onderliggende werkingsmechanismen specifieke tDCS protocollen die zijn aangetoond in verschillende klinische symptomen populaties verbeteren verifiëren. Elektrode positie duur van de stimulatie kan worden aangepast om de effecten van deze specifieke tDCS protocollen, zoals gebruikt in de behandeling van pijn, depressies, tinnitus, Parkinson, migraine en alcoholmisbruik onderzoeken (zie 77 voor een beschrijving van de protocollen ). Ook moet worden opgemerkt dat de impedantie niveau boven 20 kQ, zal het apparaat niet stimuleren en een impedantie foutmelding op het scherm. Verschillende factoren die een hoge impedantie kan veroorzaken omvatten: 1) onvoldoende hoeveelheid geleidende pasta op de elektroden; 2) onvoldoende druk op de elektroden; 3) slechte contact met de hoofdhuid (door haar); 4) verdikking van de hoofdhuid door kaalheid; 5) problemen met de aansluitingen; 6) problemen met de bedrading; (7) problemen stimulator; en 8) problemen met de elektroden.

    Ook moet worden opgemerkt dat de lokalisatie van primaire motorische cortex voor tDCS nauwkeuriger kan worden. In het huidige protocol, wordt het 10/20 EEG-systeem gebruikt, wat kleine speling tussen de maximale elektrische veld projectie en werkelijke vertegenwoordiging van M1 binnen precentrale gyrus kunnen introduceren. Een mogelijke manier om dit probleem te omzeilen is om transcraniële magnetische stimulatie te gebruiken om de hand vertegenwoordiging in M1 via de TMS-geïnduceerde spierreactie precies lokaliseren. Beschikbaarheid van een TMS eenheid in de nabijheid van het MR scanner deze mogelijkheid beperken.

    Veiligheid van tDCS en 1H-MRS
    Veiligheid van tDCS
    Meerdere studies hebben aangetoond dat tDCS iseen veilige neuromodulatie techniek produceren in zowel niet-klinische en klinische populaties 10 slechts geringe bijwerkingen. In feite is geen enkel geval van epileptische aanval ooit gemeld na tDCS 10. De veiligheid van tDCS moet nog worden onderzocht bij kinderen en zwangere vrouwen 78.

    MR Compatibel Materials
    Voorzichtigheid is geboden bij het stimuleren van in een MR-scanner. Alle materialen die daartoe op de MR kamer moet MR compatibel zijn (zie figuur 1). Vanwege de mogelijke interactie tussen de elektrische stroom die door de tDCS en de MR scanner moet tDCS altijd ingeschakeld en de elektroden aangesloten blijven tijdens de MR sequenties in het onderhavige protocol beschreven. Wikkelen van de draden onder de kop spoel kan artefacten en vervorming in het signaal te produceren. Bovendien zou foutief aansluiten van de draden potentieel produceren een stroom sterk genoeg is om de deelnemer te branden <sup> 79. Tenslotte is het belangrijk om niet verbreken de elektroden terwijl de stroom vloeit omdat dit een ongewenst hoog voltage stimulatie veroorzaken.

    tDCS-MRS Techniek
    Met behulp van tDCS in combinatie met MRS biedt de mogelijkheid om beter inzicht in de onderliggende mechanisme van modulatie van hersenactiviteit met deze relatief nieuwe neuromodulatie techniek. Er moet echter enkele beperkingen van de techniek worden aangepakt. Eerst, de elektrodes voor tDCS zijn meestal vrij groot en de effecten van de stimulatie wordt aangenomen bestrijken een breed ruimtelijke omvang van hersenweefsel. In combinatie met het feit dat mevrouw overname is beperkt tot een klein voxel van belang, tDCS-MRS staat alleen voor de beoordeling van ruimtelijk begrensde gevolgen ondanks veronderstelde wijdverspreide modulatie van de hersenen prikkelbaarheid. Een mogelijke manier om dit probleem te omzeilen is om meerdere voxels plaats verdeeld over de hersenen te gebruiken. Dit zal echter sigdend verhogen duur van het experimentele sessie, die reeds een grote beperking van de onderhavige techniek. Inderdaad, bij het overwegen van deelnemer voorbereiding, pre-tDCS MRS, tDCS interventie en post-tDCS MRS, een volledige sessie kan gemakkelijk duren maximaal twee uur. Duur kan ook toenemen als men wil het tijdsverloop van tDCS effecten op de metaboliet concentratie in kaart.

    Een belangrijk punt van de duur van het experiment is het mogelijk dat elektrode impedantie zullen na de deelnemer in de scanner. Aangezien tDCS gemakkelijk later zijn dat 45 minuten na elektrodeplaatsing, bestaat het risico dat de stimulerende elektroden geleidelijk verliezen naleving van de hoofdhuid van de deelnemer als pasta toepassing niet optimaal en elektroden niet goed genoeg gehouden. Als impedantie bereikt meer dan 20 kOhm, zal stimulatie niet mogelijk zijn en de deelnemer moet uit de scanner te worden verwijderd om het probleem op te lossen. Sinds the procedure omvat meerdere scan van hetzelfde gebied voor en na tDCS verwijderen van de deelnemer van de scanner belangrijke verplaatsing van de voxel plaats creëren. Het is daarom erg belangrijk om te testen impedantie onmiddellijk voor scannen en zeer zorgvuldig installatie elektroden.

    Theoretisch zou de stroom van de tDCS artefacten in het MR-signaal te produceren. Antal en 80 medewerkers onderzochten deze specifieke zorg door de resultaten van verschillende tDCS omstandigheden (met en zonder elektroden, met en zonder stimulatie, etc.) aan de kwaliteit van functionele magnetische resonantie beelden. Echter, voor zover wij weten, de aanwezigheid van artefacten in de spectroscopie signaal door de aanwezigheid van de tDCS inrichting in de scanner nog worden beoordeeld.

    Tenslotte moet erop worden met betrekking tot de weerstanden in de elektrode kabels. Het veld MR kan weerstanden beschadigen, dus preventing stimulatie. Als voorzorgsmaatregel moet de weerstand buiten de scanner milieu worden onderzocht, voordat elke MRS sessie. Bovendien kan een impedantie van meer dan 20 kQ tot huidreacties en hoge impedantie kan een beginnende of daadwerkelijke probleem met de stimulator weerspiegelen. Daarom is de stimulator moet worden zorgvuldig voor elke deelnemer en impedantie niveaus buiten de scanner kamer gecontroleerd voor elke MRS sessie gecontroleerd.

    Gecombineerd tDCS en 1H-MRS is een krachtig hulpmiddel dat een kwantitatieve maatstaf voor het effect van de klinisch gebruikte behandelingen op hersenstofwisseling biedt. Als de fysiologische mechanisme van tDCS effecten blijft slecht begrepen, is er behoefte aan multimodale benaderingen die licht kunnen werpen op deze processen. Met de recente toename van belangstelling tDCS als klinisch hulpmiddel voor ziekten zoals beroerte 27,30,31 en depressie 81 blijkt dat combinatie van tDCS met MRS belangrijk kan zijninstrument om de therapeutische effecten van tDCS beter te begrijpen. Bovendien kan tDCS-MRS dienen als een vroege hulpmiddel om te bepalen welke patiënten een betere kans hebben om klinisch reageren op tDCS. Indien een dergelijke marker wordt gevonden, kan tDCS-MRS worden gebruikt als een screening test voor de inschrijving patiënten in een tDCS interventie.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    De auteurs hebben niets te onthullen.

    Acknowledgments

    Dit werk werd ondersteund door subsidies van de Canadese Institutes of Health Research en de Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada. ST werd ondersteund door een Vanier Canada Graduate beurs van de Canadese Institutes of Health Research. MM erkent de steun van Biotechnology Research Center (BTRC) subsidie ​​P41 RR008079 en P41 EB015894 (NIBIB), en NCC P30 NS076408.

    We willen graag Romain Valabrègue (Centre de NeuroImagerie de Recherche - CENIR, Parijs, Frankrijk) erkent en Brice Tiret (Centre Recherche de l'Institut Universiatire de Geriatrie (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatieven (CEA), Parijs, Frankrijk) voor het ontwikkelen van hulpmiddelen voor de verwerking, en Edward J. Auerbach (Center for Magnetic Resonance Research en Afdeling Radiologie, Universiteit van Minnesota, USA). De MEGA-PRESS en FASTESTMAP sequenties werden ontwikkelddoor Edward J. Auerbach en Małgorzata Marjańska en werden verstrekt door de Universiteit van Minnesota onder een C2P overeenkomst.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    DC-stimulator plus NeuroConn 30DCS01E MR compatible device
    NuPrep preparation gel Weaver and Co. #10-61
    Ten20 conductive paste Weaver and Co. #10-20-4
    Electrode prepping pad Grass technologies MD0017 70% isopropyl alcohol and pumice
    Saline solution Local drugstore sample 0.9% sodium chloride
    Non permanent hydro-marker Sharpie SHPE20WH
    SYNGO MR VB17 Siemens AG MRI software
    MAGNETOM Trio A Tim System Siemens AG MRI scanner version
    Matlab 2013a (Version 8.1) MathWorks Inc processing and analysis software
    LCModel 6.3 LC MODEL inc see: s-provencher.com

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Kellaway, P. The part played by electric fish in the early history of bioelectricity and electrotherapy. Bull. Hist. Med. 20 (2), 112-137 (1946).
    2. Brunoni, A. R., et al. Clinical research with transcranial direct current stimulation (tDCS): Challenges and future directions. Brain Stim. 5 (3), 175-195 (2011).
    3. Reis, J., Fritsch, B. Modulation of motor performance and motor learning by transcranial direct current stimulation. Curr. Opin. Neurol. 24 (6), 590-596 (2011).
    4. Boggio, P. S., et al. Repeated sessions of noninvasive brain DC stimulation is associated with motor function improvement in stroke patients. Restor. Neurol. Neuros. 25 (2), 123-129 (2007).
    5. Boggio, P. S., et al. Prefrontal cortex modulation using transcranial DC stimulation reduces alcohol craving: a double-blind, sham-controlled study. Drug Alcohol. Depend. 92 (1-3), 55-60 (2008).
    6. Fregni, F., et al. A sham-controlled, phase II trial of transcranial direct current stimulation for the treatment of central pain in traumatic spinal cord injury. Pain. 122 (1-2), 197-209 (2006).
    7. Fusco, A., et al. The ABC of tDCS: Effects of Anodal, Bilateral and Cathodal Montages of Transcranial Direct Current Stimulation in Patients with Stroke-A Pilot Study. Stroke Res. Treat. , 837595 (2013).
    8. Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by weak direct current stimulation--technical, safety and functional aspects. Suppl. Clin. Neurophysiol. 56, 255-276 (2003).
    9. Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation. Clin. Neurophysiol. 117 (4), 845-850 (2006).
    10. Poreisz, C., Boros, K., Antal, A., Paulus, W. Safety aspects of transcranial direct current stimulation concerning healthy subjects and patients. Brain Res. Bull. 72 (4-6), 208-214 (2007).
    11. Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J. Physiol. 527 Pt 3, 633-639 (2000).
    12. Priori, A., Berardelli, A., Rona, S., Accornero, N., Manfredi, M. Polarization of the human motor cortex through the scalp. Neuroreport. 9 (10), 2257-2260 (1998).
    13. Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).
    14. Schulz, R., Gerloff, C., Hummel, F. C. Non-invasive brain stimulation in neurological diseases. Neuropharmacol. 64 (1), 579-587 (2013).
    15. Johansson, B. B. Current trends in stroke rehabilitation. A review with focus on brain plasticity. Acta Neurol. Scand. 123 (3), 147-159 (2011).
    16. Kandel, M., Beis, J. -M., Le Chapelain, L., Guesdon, H., Paysant, J. Non-invasive cerebral stimulation for the upper limb rehabilitation after stroke: a review. Annals Phys. Rehab. Med. 55 (9-10), 657-680 (2012).
    17. Hummel, F. C., Cohen, L. G. Non-invasive brain stimulation: a new strategy to improve neurorehabilitation after stroke. Lancet Neurol. 5 (8), 708-712 (2006).
    18. Murase, N., Duque, J., Mazzocchio, R., Cohen, L. G. Influence of interhemispheric interactions on motor function in chronic stroke. Annals Neurol. 55 (3), 400-409 (2004).
    19. Adeyemo, B. O., Simis, M., Macea, D. D., Fregni, F. Systematic review of parameters of stimulation, clinical trial design characteristics, and motor outcomes in non-invasive brain stimulation in stroke. Front. Psychiatry. 3, 88 (2012).
    20. Butler, A. J., et al. A meta-analysis of the efficacy of anodal transcranial direct current stimulation for upper limb motor recovery in stroke survivors. J. Hand Ther. 26 (2), 162-170 (2013).
    21. Marquez, J., van Vliet, P., McElduff, P., Lagopoulos, J., Parsons, M. Transcranial direct current stimulation (tDCS): Does it have merit in stroke rehabilitation? A systematic review. Int. J. Stroke. , (2013).
    22. Hummel, F. C., et al. Facilitating skilled right hand motor function in older subjects by anodal polarization over the left primary motor cortex. Neurobiol. Aging. 31 (12), 2160-2168 (2010).
    23. Reis, J., et al. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation. PNAS. 106 (5), 1590-1595 (2009).
    24. Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: a pilot study. Restor. Neurol. Neuros. 25 (1), 9-15 (2007).
    25. Madhavan, S., Weber, K. A., Stinear, J. W. Non-invasive brain stimulation enhances fine motor control of the hemiparetic ankle: implications for rehabilitation. Exp. Brain Res. 209 (1), 9-17 (2011).
    26. Tanaka, S., et al. Single session of transcranial direct current stimulation transiently increases knee extensor force in patients with hemiparetic stroke. Neurorehab. Neural Rep. 25 (6), 565-569 (2011).
    27. Mahmoudi, H., et al. Transcranial direct current stimulation: electrode montage in stroke. Disabil. Rehabil. 33 (15-16), 1383-1388 (2011).
    28. Mansur, C. G., et al. A sham stimulation-controlled trial of rTMS of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neurology. 64 (10), 1802-1804 (2005).
    29. Fregni, F., et al. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16 (14), 1551-1555 (2005).
    30. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75 (24), 2176-2184 (2010).
    31. Bolognini, N., et al. Neurophysiological and behavioral effects of tDCS combined with constraint-induced movement therapy in poststroke patients. Neurorehab. Neural Rep. 25 (9), 819-829 (2011).
    32. Vines, B. W., Cerruti, C., Schlaug, G. Dual-hemisphere tDCS facilitates greater improvements for healthy subjects' non-dominant hand compared to uni-hemisphere stimulation. BMC Neurosci. 9, 103 (2008).
    33. Edwardson, M. A., Lucas, T. H., Carey, J. R., Fetz, E. E. New modalities of brain stimulation for stroke rehabilitation. Exp. Brain Res. 224 (3), 335-358 (2013).
    34. Stagg, C. J., et al. Polarity-sensitive modulation of cortical neurotransmitters by transcranial stimulation. J. Neurosci. 29 (16), 5202-5206 (2009).
    35. Clark, V. P., Coffman, B. A., Trumbo, M. C., Gasparovic, C. Transcranial direct current stimulation (tDCS) produces localized and specific alterations in neurochemistry: a H magnetic resonance spectroscopy study. Neurosci. Lett. 500 (1), 67-71 (2011).
    36. Liebetanz, D., Nitsche, M. A., Tergau, F., Paulus, W. Pharmacological approach to the mechanisms of transcranial DC-stimulation-induced after-effects of human motor cortex excitability. Brain. 125 (10), 2238-2247 (2002).
    37. Nitsche, M. A., et al. Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. J. Physiol. 553 (Pt 1), 293-301 (2003).
    38. Nitsche, M. A., et al. Consolidation of human motor cortical neuroplasticity by D-cycloserine). Neuropsychopharmacol. 29 (8), 1573-1578 (2004).
    39. Shors, T. J., Matzel, L. D. Long-term potentiation: what's learning got to do with it. Behav. Brain Sci. 20 (4), 597-614 (1997).
    40. Miyamoto, E. Molecular mechanism of neuronal plasticity: induction and maintenance of long-term potentiation in the hippocampus. J. Pharmacol. Sci. 100 (5), 433-442 (2006).
    41. Puts, N. A. J., Edden, R. A. E. In vivo magnetic resonance spectroscopy of GABA: a methodological review. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 60, 29-41 (2012).
    42. Tkác, I., Oz, G., Adriany, G., Ugurbil, K., Gruetter, R. In vivo 1H NMR spectroscopy of the human brain at high magnetic fields: metabolite quantification at 4T vs. 7T. Magn. Res. Med. 62 (4), 868-879 (2009).
    43. Marjanska, M., et al. Localized 1H NMR spectroscopy in different regions of human brain in vivo at 7 T2 relaxation times and concentrations of cerebral metabolites. NMR Biomed. 25 (2), 332-339 (2012).
    44. Mescher, M., Merkle, H., Kirsch, J., Garwood, M., Gruetter, R. Simultaneous in vivo spectral editing and water suppression. NMR Biomed. 11 (6), 266-272 (1998).
    45. Mescher, M., Tannus, A., Johnson, M. O., Garwood, M. Solvent suppression using selective echo dephasing. J. Magn. Res. Series A. 123, 226-229 (1996).
    46. Stagg, C. J., Bachtiar, V., Johansen-Berg, H. The role of GABA in human motor learning. Curr. Biol. 21 (6), 480-484 (2011).
    47. Rango, M., et al. Myoinositol content in the human brain is modified by transcranial direct current stimulation in a matter of minutes: a 1H-MRS study. Magn. Reson. Med. 60 (4), 782-789 (2008).
    48. Bastani, A., Jaberzadeh, S. a-tDCS Differential Modulation of Corticospinal Excitability: The Effects of Electrode Size. Brain Stim. 6 (6), 932-937 (2013).
    49. Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain. 120 (Pt 1), 141-157 (1997).
    50. Gruetter, R., Tkác, I. Field mapping without reference scan using asymmetric echo-planar techniques). Magn. Res. Med. 43 (2), 319-323 (2000).
    51. Tkác, I., Starcuk, Z., Choi, I. Y., Gruetter, R. In vivo 1H NMR spectroscopy of rat brain at 1 ms echo time. Magn. Res. Med. 41 (4), 649-656 (1999).
    52. Provencher, S. W. Estimation of metabolite concentrations from localized in vivo proton NMR spectra. Magn. Res. Med. 30 (6), 672-679 (1993).
    53. Oz, G., et al. Assessment of adrenoleukodystrophy lesions by high field MRS in non-sedated pediatric patients. Neurology. 64 (3), 434-441 (2005).
    54. Henry, P. -G., et al. Brain energy metabolism and neurotransmission at near-freezing temperatures: in vivo (1)H MRS study of a hibernating mammal. J. Neurochem. 101 (6), 1505-1515 (2007).
    55. Westman, E., et al. In vivo 1H-magnetic resonance spectroscopy can detect metabolic changes in APP/PS1 mice after donepezil treatment. BMC Neurosci. 10, 33 (2009).
    56. DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (51), (2011).
    57. Nitsche, M. A., et al. Transcranial direct current stimulation: State of the art. Brain Stim. 1 (3), (2008).
    58. Brunoni, A. R., et al. A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation. Int. J. Neuropsychopharmacol. 14 (8), 1133-1145 (2011).
    59. Zaitsev, M., Speck, O., Hennig, J., Büchert, M. Single-voxel MRS with prospective motion correction and retrospective frequency correction. NMR Biomed. 23, 325-332 (2010).
    60. Henry, P. -G., et al. Proton-observed carbon-edited NMR spectroscopy in strongly coupled second-order spin systems. Magn. Res. Med. 55 (2), 250-257 (2006).
    61. Govindaraju, V., Young, K., Maudsley, A. A. Proton NMR chemical shifts and coupling constants for brain metabolites. NMR Biomed. 13 (3), 129-153 (2000).
    62. Pfeuffer, J., Tkác, I., Provencher, S. W., Gruetter, R. Toward an in vivo neurochemical profile: quantification of 18 metabolites in short-echo-time (1)H NMR spectra of the rat brain. J. Magn. Res. 141 (1), 104-120 (1999).
    63. Adler, C. M., et al. Neurochemical effects of quetiapine in patients with bipolar mania: a proton magnetic resonance spectroscopy study. J. Clin. Psychopharmacol. 33 (4), 528-532 (2013).
    64. Aoki, Y., Inokuchi, R., Suwa, H. Reduced N-acetylaspartate in the hippocampus in patients with fibromyalgia: A meta-analysis. Psychiatry Res. 213 (3), 242-248 (2013).
    65. Zahr, N. M., et al. In glutamate measured with magnetic resonance spectroscopy: behavioral correlates in aging. Neurobiol. Aging. 34 (4), 1265-1276 (2013).
    66. Reyngoudt, H., et al. Does visual cortex lactate increase following photic stimulation in migraine without aura patients? A functional (1)H-MRS study. J. Headache Pain. 12 (3), 295-302 (2011).
    67. Nenadic, I., et al. Superior temporal metabolic changes related to auditory hallucinations: a (31)P-MR spectroscopy study in antipsychotic-free schizophrenia patients. Brain Struct. Funct. , (2013).
    68. Currie, S., et al. Magnetic resonance spectroscopy of the brain. Postgrad. Med. J. 89 (1048), 94-106 (2013).
    69. Stagg, C. J. Magnetic Resonance Spectroscopy as a tool to study the role of GABA in motor-cortical plasticity. NeuroImage. , (2013).
    70. Bottomley, P. A. Spatial localization in NMR spectroscopy in vivo. Ann. N. Y. Acad. Sci. , 333-348 (1987).
    71. Frahm, J., et al. Localized high-resolution proton NMR spectroscopy using stimulated echoes: initial applications to human brain in vivo. Magn. Res. Med. 9 (1), 79-93 (1989).
    72. Gussew, A., et al. Absolute quantitation of brain metabolites with respect to heterogeneous tissue compositions in (1)H-MR spectroscopic volumes. Mag. Res. Mat. Phys. 25 (5), 321-333 (2012).
    73. Gasparovic, C., et al. Use of tissue water as a concentration reference for proton spectroscopic imaging. Magn. Res. Med. 55 (6), 1219-1226 (2006).
    74. Nitsche, M. A., et al. MRI study of human brain exposed to weak direct current stimulation of the frontal cortex. Clin. Neurophysiol. 115 (10), 2419-2423 (2004).
    75. Miranda, P. C., Faria, P., Hallett, M. What does the ratio of injected current to electrode area tell us about current density in the brain during tDCS? Clin. Neurophysiol. 120 (6), 1183-1187 (2009).
    76. Faria, P., Leal, A., Miranda, P. C. Comparing different electrode configurations using the 10-10 international system in tDCS: a finite element model analysis. IEEE Engineering Med. Biol. Soc. 2009, 1596-1599 (2009).
    77. Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. Simultaneous EEG monitoring during transcranial direct current stimulation. J. Vis. Exp. (76), 1-11 (2013).
    78. Reidler, J. S., Zaghi, S., Fregni, F. Chapter 12. Neurophysiological Effects of Transcranial Direct Current Stimulation. Neurofeedback and neuromodulation techniques and applications. Coben, R., Evans, J. R. , Elsevier. Philadelphia, PA. (2011).
    79. Zheng, X., Alsop, D. C., Schlaug, G. Effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on human regional cerebral blood flow. NeuroImage. 58 (1), 26-33 (2011).
    80. Antal, A., Polanía, R., Schmidt-Samoa, C., Dechent, P., Paulus, W. Transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex during fMRI. NeuroImage. 55 (2), 590-596 (2011).
    81. Brunoni, A. R., et al. The sertraline vs. electrical current therapy for treating depression clinical study: results from a factorial, randomized, controlled trial. JAMA Psychiatry. 70, 383-391 (2013).

    Tags

    Neurowetenschappen proton magnetische resonantie spectroscopie transcraniële gelijkstroom stimulatie primaire motorische cortex GABA glutamaat beroerte
    Het gebruik van Magnetic Resonance Spectroscopy als een instrument voor het meten van Bi-hemisferische Transcraniale Elektrische Stimulatie Beïnvloeding van de Primaire Motor Cortex Metabolisme
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Tremblay, S., Beaulé, V.,… More

    Tremblay, S., Beaulé, V., Proulx, S., Lafleur, L. P., Doyon, J., Marjańska, M., Théoret, H. The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism. J. Vis. Exp. (93), e51631, doi:10.3791/51631 (2014).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter