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Neuroscience

El uso de la espectroscopia de resonancia magnética como herramienta para la medición de Bi-hemisféricos Transcraneal eléctricos Efectos de estimulación sobre la corteza primaria Motor Metabolismo

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

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica de neuromodulación que se ha utilizado cada vez más en la última década en el tratamiento de trastornos neurológicos y psiquiátricos, tales como el accidente cerebrovascular y la depresión. Sin embargo, los mecanismos subyacentes a su capacidad para modular la excitabilidad cerebral para mejorar los síntomas clínicos sigue siendo poco conocida 33. Para ayudar a mejorar este entendimiento, la espectroscopia de resonancia magnética de protón (1 H-MRS) se puede utilizar ya que permite la cuantificación in vivo de metabolitos cerebrales tales como el ácido γ-aminobutírico (GABA) y glutamato en una manera específica de la región 41. De hecho, un estudio reciente demostró que 1 H-MRS es de hecho un medio poderoso para comprender mejor los efectos de tDCS en concentración de neurotransmisores 34. Este artículo tiene como objetivo describir el protocolo completo para combinar tDCS (estimulador compatible NeuroConn MR) con 1H-MRS a 3 T utilizando un ss MEGA-PRESSuencia. Vamos a describir el impacto de un protocolo que ha demostrado una gran promesa para el tratamiento de disfunciones motoras después del accidente cerebrovascular, que consiste en la estimulación bilateral de las cortezas motoras primarias 27,30,31. Factores metodológicos a tener en cuenta y también se discuten posibles modificaciones en el protocolo.

Introduction

La idea de aplicar electricidad al cerebro humano para modular su actividad se ha estudiado desde la antigüedad. De hecho, a partir de los escritos ya en el siglo 11 ª se han encontrado que describen el uso del pez torpedo eléctrico en el tratamiento de las crisis epilépticas 1. Sin embargo, no es hasta hace poco que la estimulación cerebral no invasiva ha recibido un gran interés en la comunidad científica, ya que se demostró que producir efectos moduladores de la función cognitiva y la respuesta del motor 2. Mientras que la estimulación magnética transcraneal (TMS) ha sido ampliamente estudiado desde principios del 1980 de 3, el reciente interés en la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) ha aumentado, ya que ahora se considera una opción de tratamiento viable para una amplia gama de neuropatologías, como un accidente cerebrovascular 4, adicción al alcohol 5, 6 y dolor crónico. tDCS tiene muchas ventajas sobre las técnicas de neuroestimulación como TMS, por ejemplo,ya que es relativamente barato, indolora, bien tolerado por los pacientes, y portátil, por lo que es posible administrar junto a la cama 7. De hecho, sólo un pequeño porcentaje de los pacientes experimentan una sensación de hormigueo leve durante la estimulación 8. Sin embargo, esta sensación suele desaparecer al cabo de unos segundos 9. En consecuencia, tDCS permite estudios doble ciego, controlado por simulación robustas ya que la mayoría de los participantes no pueden diferenciar la estimulación simulada de la estimulación real, 9,10.

tDCS implica la inducción de una corriente eléctrica de bajo amperaje constante (1-2 mA) aplicada a la corteza a través de electrodos de superficie colocados en el cuero cabelludo del sujeto. Los electrodos se colocan generalmente en esponjas remojados en solución salina o directamente sobre el cuero cabelludo con una pasta de tipo EEG. Para llevar a cabo un estudio tDCS, cuatro parámetros principales necesitan ser controlados por el experimentador: 1) la duración de la estimulación; 2) la intensidad de la estimulación; 3) el tamaño del electrodo; y 4) el montaje del electrodo. En protocolos estándar, el electrodo "activo" se coloca sobre la región de interés, mientras que el electrodo de referencia se coloca generalmente sobre la región supraorbital. La corriente fluye desde el ánodo cargado positivamente hacia la cátodo cargado negativamente. El efecto de tDCS en corteza motora primaria (M1) está determinada por la polaridad de la estimulación, donde la estimulación anódica aumenta la excitabilidad de una población de neuronas y la estimulación catódica reduce 11. A diferencia de TMS, la corriente inducida es insuficiente para producir potenciales de acción en las neuronas corticales. Los cambios en la excitabilidad cortical se cree que es debida a la modulación del umbral de membrana neuronal que conduce a la hiperpolarización de cualquiera de los potenciales de membrana o una facilitación de la despolarización de las neuronas dependiendo de la dirección del flujo de corriente 8,11. La duración de los cambios de excitabilidad puede persistir hasta 90 minutos después de la compensaciónde estimulación, en función de la duración estimulación 11,12.

tDCS y Motor Rehabilitación

El M1 se ha utilizado ampliamente como un objetivo de la estimulación ya que los cambios provocados por la excitabilidad tDCS pueden ser cuantificados a través de los potenciales evocados motores (MEPS) inducidas por TMS solo pulso 3. Los primeros estudios que muestran la posibilidad de medir los cambios de excitabilidad de polaridad específica inducidos por tDCS han utilizado M1 como un objetivo de la estimulación 11,12. Desde entonces, M1 ha permanecido como uno de los objetivos principales de tDCS en los estudios que involucran ambas poblaciones clínicas y sujetos sanos debido a su importancia en la función motora, la formación de la memoria, y la consolidación de las habilidades motoras 12.

El cerebro depende de una compleja interacción entre las regiones motoras de ambos hemisferios para realizar un movimiento de 14. Cuando un área está dañado, después de sufrir un derrame cerebral, por ejemplo, inter-interacciones hemisféricas se alteran. Los estudios sobre la plasticidad del cerebro han demostrado que las áreas motoras del cerebro se adaptan a esta modificación de diferentes maneras 15. En primer lugar, las, regiones circundantes intactos de la zona dañada pueden convertirse overactived, lo que lleva a la inhibición de la zona dañada - un proceso llamado inhibición intra-hemisférico. En segundo lugar, la región homóloga de la zona dañada puede convertirse en overactivated y ejercer inhibición en el hemisferio lesionado - un proceso llamado inhibición interhemisférica. El M1 afectada, por tanto, puede ser penalizado dos veces: primero por la lesión y el segundo por la inhibición que viene tanto de la M1 no afectada y la región circundante de la M1 afectados 16. Un estudio reciente ha demostrado que el aumento de la excitabilidad en el hemisferio no afectado está vinculado a la rehabilitación más lento 17, que ha sido descrito como la competencia inter-hemisférica mala adaptación 18.

La comprensión de la plasticidad que ocurre despuésun accidente cerebrovascular puede conducir al desarrollo de protocolos de neuromodulación que puede restaurar interacciones interhemisféricas 19. Se han propuesto tres tratamientos principales tDCS en pacientes con déficits motores siguientes ictus 20,21. El primer tratamiento tiene como objetivo reactivar la corteza motora heridos por la estimulación anódica unilateral (un-tDCS). En este caso, la estimulación tiene por objeto aumentar directamente la actividad en las zonas perilesional, que se cree que es esencial para la recuperación. De hecho, los estudios han mostrado una mejora de la extremidad superior o inferior parética siguiendo este tratamiento 22-26. El segundo tratamiento se desarrolló con el objetivo de reducir la activación de más del hemisferio contralesional mediante la aplicación de tDCS catódica unilaterales (C-tDCS) sobre el M1 intacta. Aquí, la estimulación tiene por objeto aumentar indirectamente la actividad en las zonas a través de interacciones interhemispehric perilesional. Los resultados de estos estudios han mostrado una mejora de functi motordespués de c-tDCS 4,27-29. Finalmente, el tercer tratamiento tiene como objetivo la combinación de los efectos excitatorios de un tDCS sobre el M1 lesionada con los efectos inhibidores de c-tDCS más de los no afectados M1 utilizando tDCS bilaterales. Los resultados han demostrado mejoras en la función motora después de tDCS bilaterales 27,30,31. Por otra parte, un estudio demostró una mayor mejoría siguientes tDCS bilaterales en comparación con ambos métodos unilaterales 32.

Fisiológicos Mecanismos de tDCS

A pesar de la creciente utilización de tDCS en el tratamiento del accidente cerebrovascular, el mecanismo fisiológico que subyace a sus efectos sigue siendo desconocido 33. Una mejor comprensión de los efectos fisiológicos podría ayudar a desarrollar mejores opciones de tratamiento y podría dar lugar a protocolos estandarizados. Como se mencionó anteriormente, los efectos de la tDCS puede durar hasta 90 minutos después de la compensación de la estimulación 11,12. Por lo tanto, la hiperpolarización / despolarizaciónprocesos no pueden explicar completamente efectos nocivos duraderos 33,34. Se han sugerido diversas hipótesis sobre el mecanismo fisiológico subyacente tDCS secuelas en M1 incluyendo cambios en la liberación de neurotransmisores, la síntesis de proteínas, la función del canal de iones, o la actividad del receptor 34,35. Insights en esta materia se adquirieron primero a través de estudios farmacológicos que muestran una supresión de los efectos después de la estimulación catódica y anódica en la excitabilidad M1 por el dextrometorfano glutamatérgica N-metil-D-aspartato (NMDA) antagonista del receptor de 36,37 mientras que el efecto opuesto se muestra el uso de un agonista del receptor NMDA 38. Los receptores de NMDA se cree que participan en la función de aprendizaje y la memoria a través de la potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD), ambos mediados por neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas 39,40. Los estudios en animales están en línea con esta hipótesis, ya que han demostrado que un-tDCS induce LTP 13.

<p class = "jove_content"> A pesar de los importantes avances en nuestra comprensión de los mecanismos de acción que subyace a efectos tDCS, protocolos farmacológicos presentan limitaciones importantes. En efecto, la acción del fármaco no puede ser tan espacialmente específico como tDCS, especialmente en el contexto de la experimentación humana, y el mecanismo de acción de sus efectos se debe principalmente a los receptores post-sinápticos 34. Por lo tanto, hay una necesidad de investigar más directamente los efectos de tDCS en el cerebro humano. Espectroscopia de resonancia magnética de protones (1 H-MRS) es un buen candidato, ya que permite no invasiva en la detección in vivo de las concentraciones de neurotransmisores en una región específica de interés. Este método se basa en el principio de que cada neuroquímico que contiene protones en el cerebro tiene una estructura molecular específica y, en consecuencia, produce resonancias específicas químicamente que pueden ser detectados por 1 H-MRS 41. La señal adquirida desde el volumen del cerebro de eninterés se genera a partir de todos los protones que resuenan entre 1 y 5 ppm. Los neuroquímicos adquiridos están representados en un espectro y se representaron gráficamente como una función de su desplazamiento químico con algunos picos claramente distinguibles, pero donde muchas resonancias de los diferentes neuroquímicos se superponen. La intensidad de señal de cada pico es proporcional a la concentración de la neurometabolite 41. La cantidad de sustancias neuroquímicas que se pueden cuantificar depende de la fuerza del campo magnético 42,43. Sin embargo, los metabolitos de baja concentración, que están ocultas por las resonancias muy fuertes, son difíciles de cuantificar en la fuerza del campo inferior, tal como 3 T. Una manera de obtener información sobre este tipo de señales se solapan es eliminar las resonancias fuertes a través de la edición espectral. Una de tales técnicas es una secuencia de MEGA-PRESS, que permite la detección de ácido γ-aminobutírico (GABA) señales 44,45.

Sólo unos pocos estudios han investigado el efecto de tDCS en elel metabolismo cerebral mediante 1H-MRS en las regiones motoras 34,46 y no motores 47. Stagg y colaboradores 34 evaluaron los efectos de un-tDCS, c-tDCS, y la estimulación simulada sobre el metabolismo de la M1. Se encontró una reducción significativa en la concentración de GABA tras un-tDCS, y una reducción significativa del glutamato + glutamina (Glx) y GABA siguiente c-tDCS. En otro estudio, se informó de que la cantidad de cambios en la concentración de GABA inducidos por una sobre-tDCS M1 estaba relacionada con el aprendizaje motor 46.

Estos estudios ponen de relieve el potencial de la combinación de 1 H-MRS con tDCS para aumentar nuestra comprensión del mecanismo fisiológico subyacente al efecto de tDCS en la función motora. Además, el uso de protocolos clínicos, tales como a-tDCS y c-tDCS sobre M1 es útil debido a que sus efectos en el comportamiento son bien estudiadas y pueden estar directamente relacionadas con los resultados fisiológicos. Por lo tanto, un protocolo estándar para la combinación de atDC bilateralS y 1 H-MRS se demuestra en los participantes sanos utilizando un sistema de 3 T MRI. Bihemisférica tDCS se presenta al contrastar los datos con un estudio MRS anterior donde se aplicaron catódica unilateral o tDCS anodal unilaterales sobre la corteza motora 34. El protocolo se describe específicamente para la estimulación con un estimulador NeuroConn en un escáner T Siemens 3 realización de MEGA-PRESS 1 H-MRS.

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Protocol

El estudio fue aprobado por las Juntas de Ética de la Investigación y de la Comunidad de Unité de Neuroimagerie fonctionnelle y la Universidad de Montreal y se llevó a cabo en cumplimiento del código de ética como se afirma en la Declaración de Helsinki. Todos los sujetos dieron su consentimiento informado por escrito después de la detección cuidadosa para MRI compatibilidad y fueron compensados ​​económicamente por su participación.

1. Material de tDCS

  1. Asegúrese de que todos los materiales necesarios están disponibles antes de iniciar el experimento (véase la figura 1 para la lista).
    Nota: Los diferentes tamaños de electrodos están disponibles para tDCS. Para este estudio, se utilizaron dos electrodos de goma de 5 x 7 cm. Otros tamaños pueden ser elegidos dependiendo de la zona de estimulación y la focalidad deseado de la estimulación 48.
  2. Asegúrese de verificar que las baterías de la CC-estimulador pagan y para cargar periódicamente ellos ya que el dispositivo no se puede cargar o enchufado duestimulación anillo por razones de seguridad.

2. Planificación de las Condiciones de Estimulación

  1. Encienda el dispositivo tDCS de acuerdo con las instrucciones incluidas con el dispositivo. Pre-configurar el dispositivo tDCS para dos modos de estimulación diferentes (activas y simuladas).
  2. Como algunos dispositivos no tienen un modo preestablecido, seleccione los parámetros simulados apropiados antes de iniciar la estimulación.
    1. Pre-definir un conjunto de parámetros mediante la carga de un ajuste. Pulse el botón 2 o 4 para seleccionar en el menú principal la opción "sistema" (ver Figura 2).
    2. Mueva el cursor a la línea 2 en la pantalla pulsando el botón 3.
    3. Pulse el botón 2 o 4 hasta que el "ajuste de la carga", muestra en la pantalla. Pulse el botón 3.
    4. Seleccione la letra de la opción (A, B, C o D) pulsando el botón 2 o 4.
    5. Mueva el cursor hacia arriba con el botón 1. La pantalla mostrará automáticamente la opción "Parámetros".
    6. Pulse el botón 1 para volver a la línea 3. Seleccione el "fade in" opción en el menú de la pantalla del dispositivo pulsando el botón 2 o 4. Presione el botón 3 para ir a la línea 4 y pulse los botones 2 y 4 para ajustar la duración a 15 s.
      Nota: Fundido de duración se puede modificar.
    7. Pulse el botón 1 para volver a la línea 3. Seleccione la opción "fade out" en el menú de la pantalla del dispositivo con los botones 2 o 4. Pulse el botón 3 para ir a la línea 4 y pulse los botones 2 y 4 para ajustar la duración a 15 s.
      Nota: Fundido de duración se puede modificar.
    8. Pulse el botón 1 para volver a la línea 3. Press el botón 2 o 4 hasta que la opción de "duración" muestra en el menú de la pantalla. Pulse el botón 3 para ir a la línea 4 y pulse el botón 2 y 4 para ajustar la duración a la duración mínima disponible en el dispositivo (15 s para el presente dispositivo; véase la Figura 3b).
      Nota: Esto inducirá una sensación de hormigueo similar a la estimulación activa.
  3. Pulse los botones 1 y 3 simultáneamente para guardar los cambios de la configuración.
  4. Pre-programa de los parámetros de estimulación activa. Para ello, siga las mismas instrucciones que para el establecimiento de la estimulación simulada, pero programar la duración de 1200 segundos (20 minutos; véase la figura 3a).
  5. Pre-programa de los parámetros de estimulación de prueba. Para ello, siga las mismas instrucciones que para el establecimiento de la estimulación simulada pero programar la duración a 45 segundos.
    Nota: La estimulación de prueba se utiliza para la medición de la impedancia antes de la experimentación.
  6. Pseudo-ranasignar aleatoriamente a las condiciones de estimulación a los participantes.
  7. Asigne un número a cada una de las tres condiciones para que una experimentación ciego: 1) bilateral: anódico derecha, izquierda catódica; 2) bilateral: anódico izquierda, derecha catódica; 3) farsa: anódico derecha, izquierda catódica.

3. El consentimiento de los participantes

  1. Informar al participante del procedimiento y firmar el formulario de consentimiento.
    1. Verifique que los participantes no tienen ninguna contraindicación para tDCS: una historia psiquiátrica o neurológica, la presencia de un marcapasos, metal implantado en el cráneo, antecedentes de desmayos, un historial de convulsiones, un historial de abuso de sustancias, una historia familiar de convulsiones, un historial de convulsiones febriles, la falta de sueño en la noche anterior, una historia de la sensibilidad de la piel, y cualquier consumo de alcohol el día anterior.
    2. Informar a los participantes de los efectos secundarios más notificados de tDCS: hormigueo leve; fatiga moderada; sensación de picazón luz debajo de los electrodos; levesensación de ardor.
  2. Informar al participante de las contraindicaciones habituales de RM y los efectos secundarios.

4. Medidas para electrodos Colocación

  1. Utilice el sistema internacional 10/20 para encontrar los siguientes puntos de referencia en la cabeza de los participantes: nasión y inion (Figura 4a), puntos preauricular, y las dos áreas específicas: C3 y C4 (Figura 4b).
    1. Localice el nasión como la zona deprimida distinta situado en el puente de la nariz en el nivel entre los dos ojos. Busque el inion como la proyección más prominente del hueso occipital situado en la parte inferior del cráneo. Busque el punto preauricular cerca de cada oído; es la indentación encima de la muesca cigomático. Busque la C3 y C4 en base a mediciones tal como se describe a continuación.
  2. Utilice una cinta métrica para medir la distancia entre la nasión y inion a lo largo de la línea media de la cabeza y hacer una marca en el 50% de la distancia de ingenioja marcador hidro no permanente.
  3. Utilice una cinta métrica para medir la distancia entre los dos puntos preauricular y hacer una marca con un marcador no permanente hidroeléctrica en el 50% de la distancia en línea con la marca anterior. Este punto corresponde a Cz (vértice).
  4. Desde el Cz, a lo largo de la línea creada entre los puntos preauriculares, marcar dos puntos, uno a cada lado, con un marcador no permanente hidro que corresponden a 20% de la distancia total. Estas marcas corresponden a las áreas objetivo (C3 y C4, la Figura 4b).
    Nota: Otros métodos tales como TMS o neuronavegación también se pueden utilizar para localizar M1.

5. Colocación de los electrodos

  1. Mueva tanto pelo como sea posible fuera de las zonas seleccionadas que serán estimuladas. Aplicar un gel exfoliante de tipo EEG con un hisopo de algodón para limpiar las zonas seleccionadas.
  2. Limpiar las zonas seleccionadas con un 70% de alcohol isopropílico y piedra pómez almohadilla Prepping para mejorar el contacto de los electrodos.
  3. Cubrir generosamente todo el electrodo con una pasta conductora de tipo EEG. Asegúrese de que la pasta es de aproximadamente 5 mm de espesor en toda la superficie. Asegúrese de que toda la zona está cubierta de goma con pasta. Ligeramente mojar las áreas objetivo y la pasta conductora en los electrodos con una solución salina.
  4. Coloque los electrodos como se muestra en la Figura 4b y presione los electrodos firmemente sobre las zonas seleccionadas. Coloque una banda elástica alrededor de la cabeza del participante para garantizar una estabilidad óptima de los electrodos. Ajuste de una manera tal que el participante experimentará ningún dolor o malestar durante la sesión de exploración.
  5. Asegúrese de que los cables no entren en contacto con la piel para evitar posibles quemaduras.

6. tDCS Prueba Fuera de la sala del escáner

  1. Use un multímetro para verificar el correcto funcionamiento del cable del electrodo y resistencia.
  2. Encienda el dispositivo tDCS y cargar la configuración de estimulación de prueba. Pulse el botón 2 o 4 para seleccionar en el menú principal la opción "sistema". Mueva el cursor a la línea 2 en la pantalla pulsando el botón 3. Pulse el botón 2 o 4 hasta que el "ajuste de la carga", muestra en la pantalla. Pulse el botón 3. Seleccione la letra de la configuración de prueba preprogramado (A, B, C o D) pulsando el botón 2 o 4.
  3. Mueva el cursor hacia arriba con el botón 1. La pantalla mostrará automáticamente "parámetros" de opciones. En la primera línea, pulse el botón 2. La pantalla mostrará "estimulación?" con los diferentes parámetros preprogramados.
  • Pulse el botón 1 para iniciar la estimulación. La pantalla mostrará el nivel de impedancia y se detendrá automáticamente si se llega a más de 20 kW. Si el nivel de impedancia es superior a 20 kW, desenchufe los cables de los electrodos de la caja interna y salir de la sala de exploración para verificar el posicionamiento de los electrodos.
  • Vuelva a realizar la prueba de estimulación. Cuando un buen nivel de impedance se alcanza y cuando la estimulación de prueba ha terminado, desconecte los electrodos de la caja interior.

    • 7. Configuración tDCS

    1. Como se muestra en la Figura 5, coloque el dispositivo tDCS y la caja exterior en la sala de control del escáner.
      Nota: El dispositivo tDCS y la caja exterior no son MR compatibles y no deben tomarse en el medio ambiente imán.
    2. Conecte los cables de la caja exterior en el dispositivo tDCS y luego conecte el cable de la caja de largo en la caja exterior.
    3. Ejecute el cable de la caja tDCS desde la sala de control del escáner en la sala de resonancia magnética. Asegúrese de ejecutar este cable lo más recta posible, evitando cualquier torcedura o bucles, a lo largo de la pared de la sala de resonancia magnética hacia la parte posterior del escáner de resonancia magnética. Poner múltiples bolsas de arena compatibles de RM en el cable para asegurar su estabilidad, como se muestra en la Figura 5.
    4. Traiga la caja interior en la sala de resonancia magnética y enchufe el cable de caja larga en ella (Figura 5).

    8. Imagen de resonancia magnética Preparation

    1. Pídale al participante para entrar en la sala de resonancia magnética, si no está ya allí desde la prueba tDCS, y para poner en tapones para los oídos.
    2. Ponga un cojín fino bajo el área de la bobina de la tabla de resonancia magnética. Pídale al participante que se acueste en la mesa. Ponga un cojín bajo las piernas del participante para la comodidad y una manta, si es necesario. Dar al participante el botón de alarma para fines de seguridad.
    3. Ponga los auriculares por separado sobre los dos oídos para permitir la transmisión de información de la sala de control del escáner para el participante en la sala de resonancia magnética.
    4. Posición de la cabeza del participante lo más alto posible en el marco del área donde la bobina de la cabeza se posicionará (parte superior de la cabeza lo más cerca posible a la parte superior de la tabla donde se colocará la bobina). Ponga los cables de electrodos a lo largo del lado derecho de la cabeza del participante, según lo recomendado por la compañía de dispositivos tDCS.
    5. Coloque el de 32 canales de sólo recibir bobina alrededor de la cabeza del participante. Pase los cables a través de los electrodosel lado derecho de la bobina. Coloque la cabeza del participante tan recta como sea posible el uso de un láser de posicionamiento rojo (característica incorporada del escáner).
    6. Pídale al participante que mover los brazos y las piernas en una posición cómoda, mientras se asegura de que las manos no se tocan. Asegúrese de recordar a los participantes a permanecer lo más quieto posible durante toda la sesión. Cuando el participante está listo, mover la mesa más allá de la línea media para llegar a los hilos de los electrodos en la parte posterior del escáner.
    7. Use cinta médica para estabilizar el cable del electrodo en el lado derecho de la parte posterior de la bobina. Conecte los cables de los electrodos situados en el interior del escáner en la caja interior tDCS. Ponga la caja interior en el lado derecho del escáner con un saco de arena sobre el mismo para la estabilidad máxima.
    8. Mueva la mesa de nuevo en su posición final. Mantenga los tDCS encendido y los electrodos enchufado a la caja exterior durante toda la sesión de resonancia magnética.

    9. Pre-tDCS 1H-MRS Sesión

    Ejecutar una secuencia localizador para adquirir imágenes necesarias para verificar el correcto posicionamiento de la cabeza y para comparar a un segundo localizador que se adquirió en el final de la sesión para comprobar si hay movimiento en general.
  • Adquirir anatómicas T 1 MPRAGE imágenes ponderadas para el posicionamiento de la voxel M1 y la detección de posibles anomalías estructurales (T R = 2,300 mseg; T E = 2,91 mseg; FA: 9 °; FOV = 256 x 256 mm; 256 x 256 matriz ; T I: 900 ms; 176 rebanadas; orientación: sagital; tiempo de adquisición: 4 min 12 seg).
  • Lleve a cabo una reconstrucción de múltiples planificador de las imágenes en planos que son más apropiadas para la visualización de la espectroscopia de volumen de interés (VOI).
    1. En la tarjeta 3D, navegar por las imágenes en bruto MPRAGE (orientación sagital). Desde la ventana "creando rangos paralelos", seleccione "2X2 axial". Ajuste la posición de las líneas paralelas y haga clic en Guardar para crear la vista ortogonal axial.
    2. Desde la ventana "creando rangos paralelos", seleccione "2X2 coronal". Ajuste la posición de las líneas paralelas y haga clic en "Guardar" para crear la vista ortogonal coronal.
  • Busque la M1 izquierda basado en Yousry y 49 puntos de referencia anatómicos colaboradores en las tres rebanadas de orientación. Entonces, la posición de la VOI (30 x 30 x 30 mm 3) en la zona sin ninguna angulación con respecto al eje de escáner (figura 6).
  • Adquirir una exploración de línea de ancho (21 s).
    1. Seleccione la tarjeta de espectroscopia para medir la anchura de la línea de agua en la parte real de la señal de esta exploración de línea de ancho. Cargue los datos en bruto de la línea de ancho desde el navegador. Cargue el (menú de protocolos: seleccione el protocolo) protocolo de medición de línea de ancho.
    2. Ajuste la fase usando el software del escáner interactivas herramientas de post-procesamiento. Seleccione la sección de corrección de fase y ajustar la fase de la línea de base con el cursor.
    3. A fin de reducir la línea de ancho,ejecutar FAST (EST) 50 MAPA secuencia tres veces. Repita la exploración de línea de ancho y la medición de línea de ancho (paso 9.5). Nota de la línea de ancho final de agua.
  • Comience a 4 cuadras de las exploraciones de 64 metabolitos (32 "OFF EDIT" y 32 "EN EDITAR", intercalada) con una secuencia de MEGA-PRESS 44,45, donde VAPOR 51, 51 OVS y almacenamiento individual de FID están habilitados (T R = 3 s, t E = 68 ms, el tiempo total de adquisición: 12 min)
  • Adquirir una referencia de agua utilizando la secuencia MEGA-PRESS sin supresión de agua MEGA, con supresión de vapor ("sólo RF off") y con una medición delta a 0 ppm. Adquirir un solo bloque de 4 escaneos de metabolitos en lugar de 64 (tiempo de adquisición: 42 seg).

    • 10. Procedimiento tDCS

    1. Informar al participante que la estimulación tDCS se iniciará y que el escáner estará en silencio durante toda la estimulación.
    2. Seleccione uno de los dos anteriormente progapisonada parámetros de acuerdo a la condición y empezar la estimulación. Lleve un registro de la impedancia y tensión durante los 20 minutos de estimulación. Cuando la estimulación es más, notificará al participante que comenzará la post-tDCS sesión MRS. No apague el dispositivo tDCS.

    11. Post-tDCS 1H-MRS Sesión

    1. Ejecute las mismas exploraciones de metabolitos con secuencia MEGA-prensa como el pre-tDCS escanear pero el doble de los bloques de adquisición (8 bloques de 64 exploraciones (32 "EDITAR OFF" y 32 "en Edit", intercalada)) para adquirir los metabolitos en dos señala diferente tiempo de post-tDCS.
    2. Al igual que con la sesión de pre-tDCS, adquirir una exploración de referencia de agua utilizando los mismos parámetros. Termine la sesión con una secuencia del localizador.
    3. Comparar visualmente las imágenes localizador adquiridos al principio y al final de la sesión de exploración como un índice de movimiento de la cabeza.
    4. Acceda a la tarjeta de visualización e ir al menú de navegación. Seleccione la primera y segunda localesIzer imágenes en bruto. Cargue las imágenes de la tarjeta de visión y comparar las dos imágenes. Exportar datos en formato DICOM a través del servidor.

    12. Análisis de la 1 H-MRS Datos

    1. Importar datos utilizando un software de programación y procesamiento, y ajustar la frecuencia y la fase de la FID almacenados individualmente utilizando TCR y TCHO señal entre 2.85 y 3.40 ppm. Para ello, utilice la función lsqnonlin del software para adaptarse a la frecuencia y la fase de cada FID individuales transformadas de Fourier (espectros) de los espectros promedio de la sesión.
      Nota: este es un enfoque específico del sitio y otros métodos para la importación y el análisis de los datos no afectará necesariamente la calidad de datos.
    2. Para obtener los espectros final, restar las señales procedentes de las exploraciones se alternan con los pulsos con doble fleje selectivos que se aplicaron en 4,7 ppm y 7,5 ppm ("Edit OFF") y en 1,9 ppm y 4,7 ppm ("EDIT ON") (Figura 7 ).
    3. Utilice la LCModel 52para el análisis tanto de la diferencia y "EDIT OFF" espectros. Desactivar simulaciones por defecto y el modelado de línea de base.
    4. Realice una inspección visual de los espectros de excluir sesiones con la contaminación de la señal de lípidos subescapular (ver F igura 9).
    5. Como parte del control de calidad, excluir espectros con ancho de línea de TCR-CH 3 por encima de 10 Hz. Sólo incluir en los análisis de metabolitos (GABA, GLX, TCR, TnaA) que fueron cuantificados con Cramer-Rao límites inferiores (CRLB) inferior al 35%.
      Nota: CRLB proporcionar error estimado de la cuantificación de metabolitos. CRLB> 50% no es confiable y es un punto de corte recomendado por el manual LCModel. Muchos en el campo han utilizado un CRLB inferior al 35% como un estándar. 53-55 Además, el CRLB debe tenerse en cuenta a la hora de interpretar los resultados.
    6. Obtener GABA y GLX cuantificaciones de los espectros "DIF", TCR de la "EDITAR OFF" espectros, y TnaA tanto "EDIT OFF" y "; DIF "concentraciones expreso de los diferentes metabolitos de interés como cocientes más de TCR para GABA y GLX, multiplicar el cociente por el siguiente factor de corrección grupo promediada para dar cuenta de la diferente conjunto base utilizada para el numerador y el denominador (TnaA de.." EDITAR OFF "espectros / TnaA de" espectros DIF ").
      Nota: Nota: las concentraciones de GABA y GLX también pueden ser cuantificados usando agua o NAA señal.

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    Representative Results

    La figura 6 muestra la posición de la VOI se encuentra en la representación de la mano en M1, donde se tomaron todas las medidas de MRS. En la figura 6D, una visualización en 3D muestra una representación clara de los electrodos tDCS posicionado en el cuero cabelludo sobre la corteza motora primaria putativo. La Figura 7 muestra representativa ("diff") espectros adquiridos en M1 "EDIT OFF" y la diferencia. Picos correspondientes a Glx, GABA + MM, así como NAA se pueden ver claramente.

    La figura 8 muestra el porcentaje de cambio entre la adquisición MRS pre-tDCS y post-tDCS para las tres condiciones diferentes en un solo participante. Los resultados de la sesión de post-tDCS se separan en dos puntos de tiempo para ilustrar la evolución del cambio en el tiempo. La Figura 8A muestra el porcentaje de cambio para Glx. Para la estimulación simulada, pantallas de concentración Glx sin modulación notable. Para Stimu bilateralción 1 (anódica izquierda, derecha catódica), de nuevo se observa ninguna modulación notable de Glx; Sin embargo, la modulación de la concentración con el tiempo es opuesta a lo que se observa en la estimulación simulada. Por último, en cuanto a la estimulación bilateral 2 (catódica izquierda, anodal derecha), un patrón similar se observa para la estimulación simulada pero con una mejora notable de la concentración de GLX en el segundo punto de tiempo después de la estimulación.

    La Figura 8b muestra el porcentaje de cambio en la concentración de GABA en relación a la condición de estimulación. Para la estimulación simulada, muestra de concentración de GABA sin modulación notable. Sin embargo, se observa una ligera reducción en ambos puntos temporales. La modulación de GABA después de la estimulación simulada es más importante que para la Glx ,. En contraste, un notable aumento de la concentración de GABA se ve en el segundo punto de tiempo después de la estimulación bilateral 1 (ánodo izquierda, cátodo derecha). Finalmente, un patrón similar de cambioa la estimulación simulada se observa para la estimulación bilateral 2 (cátodo izquierda, ánodo de la derecha).

    La Figura 9 muestra los espectros obtenidos a partir de dos participantes diferentes. Figura 9a muestra un espectro de buena calidad con una señal de lípidos aceptables. La Figura 9B muestra un espectro con grandes señales de lípidos, que fue excluido después de la inspección visual. Finalmente, la figura 10 muestra el desplazamiento de la ubicación de la voxel de interés después de 5 mm movimiento participante.

    Figura 1
    Figura 1: Materiales. 1) La solución salina; 2) pasta conductiva; 3) gel de electrodo; 4) El alcohol preparando almohadilla; 5) Cinta de medición; 6) lápiz EEG; 7) Las bandas de goma; 8) Caja interna; 9) dispositivo tDCS; 10) Caja exterior; 11) Cable interno de la caja; 12) Cable Caja exterior; 13) electrodos; 14) Cable de caja de largo


    Figura 2: tDCS Dispositivo de imagen de la posición de los botones en el dispositivo tDCS específicos utilizados en el presente protocolo. Estos botones se utilizan para pre-configurar los distintos ajustes.

    Figura 3
    Figura 3: Evolución temporal de las condiciones de tDCS. A) Evolución temporal de la condición activa tDCS. Después de la adquisición metabolito pre-tDCS, encienda el dispositivo tDCS y aceleración de la corriente durante 15 segundos hasta una intensidad de 1 mA se alcanza. Estimular para que se alcanza 20 min y deceleración de la corriente durante 15 segundos hasta una intensidad de 0 mA. No apague el dispositivo tDCS y proceder a la adquisición metabolito después de la estimulación. B) Evolución temporal de la condición tDCS farsa. Después de la adquisición metabolito pre-tDCS, TURn se obtiene en el dispositivo tDCS y aceleración de la corriente durante 15 segundos hasta una intensidad de 1 mA. Estimular durante 15 segundos (el tiempo mínimo disponible en el dispositivo actual) y hacia abajo rampa de la corriente durante 15 segundos hasta una intensidad de 0 mA se alcanza. Espere 20 minutos. No apague el dispositivo tDCS y proceder a la adquisición metabolito después de la estimulación.

    Figura 4
    Figura 4: Electrodo de posicionamiento A) 10/20 puntos de referencia del sistema internacionales utilizados para la identificación de C3 y C4. El vértice (Cz) corresponde a 50% de la distancia entre el nasion y el inion, y el 50% de la distancia entre los dos puntos preauriculares. B) C3 y C4 corresponden a 20% de la distancia total entre los puntos preauriculares, medida desde el punto de vértice. Asegúrese de dejar al menos 8 cm de distancia entre los dos electrodos.


    Figura 5: Vista esquemática de la sala de RM. La colocación de los materiales en las salas de exploración de RM y de la consola. Es esencial seguir el protocolo para el posicionamiento de las diferentes partes del dispositivo con el fin de obtener una señal de MR de buena calidad y para fines de seguridad.

    Figura 6
    Figura 6: colocación VOI. Posición del VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sobre el área de la mano izquierda de M1 en (A) sagital, (B) coronal, y (c) cortes axiales. Visualización en 3D de la colocación de los electrodos se muestra en (D).

    Figura 7
    Figura 7: 1 H-MRS metabolito Spectrum. Representante (A) "OFF EDIT" y (B) diferencia ("DIF") espectros adquiridos con la secuencia de MEGA-PRESS 44,45 incluyendo los datos en bruto, el ajuste de LCModel y los residuos. Cr: creatina total (creatina + fosfocreatina (Cr-CH 3 + PCr-CH 3)); NAA: N-acetil-aspartato + NAAG (SNAA + NAAG); Glx: glutamato + glutamina (Gln Glu +); GABA + MM: ácido + macromoléculas-γ-aminobutírico

    Figura 8
    Figura 8: Efectos de la tDCS bilaterales sobre Glx y GABA para un solo tema. A) tDCS efectos sobre la concentración de GLX se muestran para las tres condiciones. Los resultados se expresan como porcentaje de cambio entre la adquisición de pre-tDCS y las dos adquisiciones posteriores de estimulación. B) efectos sobre la concentración de GABA tDCS se muestran para las tres condiciones. Los resultados se expresan como porcentaje de chaENS entre la adquisición de pre-tDCS y las dos adquisiciones posteriores de estimulación. Sham: Bilateral, Bilateral 1: ánodo izquierda, derecha cátodo; Bilateral 2: cátodo izquierda, derecha ánodo

    Figura 9
    Figura 9: La inspección visual de los espectros A) Ejemplo de una buena calidad de datos. La figura muestra la "OFF EDIT" y espectros "DIF" con una cantidad aceptable de los lípidos. SNR a partir del análisis de "DIF" espectros: 56 CRLB de la señal de GABA: 14% Lw de TCR-CH 3 a 3 ppm: 5,6 Hz. B) Ejemplo de un conjunto de datos de mala calidad causados ​​por el movimiento excesivo de la participante. La figura muestra la "OFF EDIT" y espectros "DIF". SNR a partir del análisis de "DIF" espectros: 39 CRLB de la señal de GABA: 47% Lw de TCR-CH 3 a 3 ppm: 4,4 Hz


    Figura 10: ubicación VOI después de movimiento de posición de la VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sobre el área de la mano izquierda de M1 en (A) y sagital (B) cortes coronales después de un movimiento de 5 mm. La inclusión de los huesos del cráneo y las meninges en el cuadro daría lugar a la inclusión de los lípidos y la eliminación de la exploración. El cuadrado gris claro muestra la posición inicial de la VOI.

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    Discussion

    El presente trabajo tuvo como objetivo describir un protocolo estándar para tDCS combinan y 1H-MRS utilizando un escáner 3 T. En la siguiente sección, se discutirán los factores metodológicos.

    Pasos Críticos
    Contraindicaciones Screening
    Previo al experimento, es crucial para los participantes de pantalla para cualquier contraindicación con respecto al uso de tDCS y 1H-MRS. Se recomienda el uso de los siguientes criterios de exclusión para tDCS: una historia psiquiátrica o neurológica, la presencia de un marcapasos, un pedazo de metal implantado en el cráneo, antecedentes de desmayos, antecedentes de convulsiones o antecedentes de abuso de sustancias. Debido a que sólo los metabolitos de la M1 a la izquierda serán adquiridas, se recomienda la exclusión de los participantes zurdos del estudio. De hecho, un estudio reciente ha demostrado la inhibición interhemisférica diferencial entre los hemisferios dominantes y no dominantes, dependiendo de la preferencia de mano, Lo que podría modular el efecto de la estimulación 15. Además, antes de iniciar el experimento, comprobar si hay alguna lesión en el cuero cabelludo y solicitar cualquier enfermedad de la piel 56. Si hay una lesión presente, tratar de evitar la estimulación directa de la zona afectada. También se recomienda para inspeccionar la piel después de la estimulación 57. Además, la detección de la presencia de alergias a alguno de los productos que se utilizan para el montaje de electrodos. Para 1 H-MRS, los criterios de exclusión debe ser el mismo que para cualquier estudio de imágenes de resonancia magnética que incluye un examen cuidadoso de cualquier cirugía anterior para la presencia de metal en el cuerpo.

    También es importante determinar si el participante sintió ninguna molestia durante tDCS estimulación. Una vez más, después del experimento, los participantes se le debe pedir sobre cualquier efecto secundario. Es posible utilizar un formulario de registro, incluyendo los efectos secundarios más reportados para cuantificar su presencia en relación con el protocolo (véase 58 paraun ejemplo). Los efectos secundarios más reportados son hormigueo leve (70,6%), fatiga moderada (35,3%), una ligera sensación de picor bajo los electrodos (30,4%), y sensación de ardor leve (21,6%) 58.

    Movimiento Artefactos Reducción

    Movimiento de la participante en el escáner es un problema importante durante 1 H-MRS ya que este es uno de los principales factores que afectan a la calidad de los datos 59. Como se muestra en la figura 10, un movimiento del sujeto (de 1 mm a 5 mm) puede conducir a la gran señal de lípidos en el espectro alterando así la calidad de los datos y, en consecuencia, a la exclusión de esta adquisición de los datos. Por lo tanto, es crucial para explicar cuidadosamente al participante la importancia de la estabilidad de la cabeza durante toda la exploración. Durante la colocación de la participante en el escáner, es importante preguntar el tema para encontrar la posición más cómoda para evitar cualquier movimiento adicional. During posicionamiento de la VOI, también es importante para notificar al participante que a pesar de la exploración es silenciosa, es esencial que permanecer inmóvil.

    Además, la duración del experimento es un factor importante para ayudar a minimizar la cantidad total de movimiento. En primer lugar, es importante utilizar una longitud óptima para la secuencia anatómica, lo más corto posible, pero lo suficientemente largo para obtener imágenes de buena calidad para la colocación del VOI. En segundo lugar, se recomienda el uso de una secuencia corta de adquisición metabolito antes de tDCS. En tercer lugar, con el fin de capturar el curso temporal de los efectos de estimulación, se recomienda el uso de una secuencia más larga de la adquisición después de la estimulación. En cuarto lugar, se comparan las imágenes pre y post-localizador experimento para estimar el movimiento participante.

    Análisis
    La secuencia de MEGA-PRESS 44,45 se usa para adquirir localizada, el agua suprimida, y editado espectros. Una localización espacial en prensa se realiza usando un 906; Hamming-filtrada pulso de sincronización (producto momento de ancho de banda = 8,75, duración = 2.12 ms, ancho de banda (FWHM) = 4,2 kHz) y dos pulsos de 180 ° de la MAO (duración = 5,25 ms, ancho de banda = 1.2 kHz). Todos los impulsos de localización se ejecutan a 3 ppm. A 180 ° pulso selectiva de doble bandas Shinnar-Le Roux se aplica en 1.9, la frecuencia de resonancia de β-CH 2 de GABA, y 4,7 ppm alternando con 7,5 y 4,7 ppm. Supresión adicional de agua utilizando energía variable con retrasos optimizados de relajación (vapor) y la supresión de volumen exterior, OVS 50 fueron adaptadas para el sistema humano 3 T e incorporados antes de la MEGA-PRESS y se utilizan para suprimir el agua y para mejorar la localización de la VOI. Cuando se aplica el impulso selectivo a 1,9 ppm, la resonancia a 1,9 ppm y las resonancias dentro del ancho de banda del pulso se invierten causando reorientación de γ-CH 2 resonancia del GABA ("EDIT ON"). Cuando se aplica el impulso selectivo a 7,5 ppm, la s habitualpectrum en T E de 68 ms se obtiene ("OFF EDIT") con la γ-CH2 resonancia de fase modulada GABA. La sustracción de las señales de los análisis alternativos resultados en la observación selectiva de líneas exteriores de triplete GABA y cancelación de la creatina total (creatina + fosfocreatina) resonancia ("DIF"). Debido a la anchura de banda del impulso de inversión, también se observan resonancias adicionales de NAA, Glu + Gln, y macromoléculas. Todo el protocolo se divide en cuatro adquisiciones intercalados y la frecuencia se actualiza antes de cada exploración individual a minimizar las derivas de frecuencia debido al hardware. La adquisición intercalada y solo almacenamiento FID permite la corrección de la frecuencia y la fase de post-procesamiento.

    El método de análisis descrito en el protocolo permite el cálculo de la mejor ajuste del espectro experimental como una combinación lineal de modelo de espectros. Los espectros de Modelo en el conjunto de base paraSe simularon "OFF" EDITAR espectros basado en matriz de densidad formalismo 59 y conocen los desplazamientos químicos y acoplamientos J 60, y fueron los siguientes: acetil fracción de N -acetylaspartate (SNAA), alanina (Ala), ascorbato (Asc), aspartato (Asp ), resto de aspartato de NAA (MNAA), CH 2 grupo de Cr (Cr-CH 2), CH 3 grupo de Cr (Cr-CH 2), CH 2 grupo de PCr (PCr-CH 2), CH 3 grupo de PCR (PCr-CH 2), GABA, glucosa (Glc), Glu, Gln, glicerofosforilcolina (GPC), glicina (Gly), glutatión (GSH), lactato (Lac), mio inositol (MI), N -acetylaspartylglutamate ( NAAG), fosforilcolina (PCho), fosforiletanolamina (PE), scylo inositol (SI), y la taurina.

    La base fijada para espectros "DIF" se genera a partir de los espectros medidos experimentalmente de soluciones cuatro de 100 mm de NAA, GABA, Glu y Gln (600 ml vidrio esférica flasks) utilizando los mismos parámetros y escáner como para los experimentos in vivo. Cada solución contenía adicionalmente K 2 HPO 4 (72 mM), KH 2 PO 4 (28 mM), azida de sodio (0,1 mM), 3- (trimetilsilil) -1-propanosulfónico sal sódica del ácido (TSP; 2 mM), formiato ( 200 mM; opcional), y agua destilada. Los espectros de ajuste básicos fueron adquiridos a la temperatura fisiológica de 37 ° C y todo el esfuerzo se hizo para minimizar la refrigeración (~ 1 ° C en el 15 de adquisición) precalentando los fantasmas en un gran tanque de agua antes de colocar cada uno en un agua más pequeña aislado, repleto recipiente de plástico, que se colocó en la bobina. Temperatura y pH son particularmente importantes en la espectroscopia porque afectan el desplazamiento químico de los metabolitos. Además, tanto para los que "EDIT OFF" y espectros de "Diferencias", conjuntos básicos incluyen un espectro macromolecular metabolito anulado experimentalmente medido de 10 sujetos de la corteza occipital utilizando elinversión-recuperación (tiempo de inversión, T I = 760 ms) técnica que utiliza los mismos parámetros que la adquisición MEGA-PRESS regular (a excepción de TR = 2,7 s) 61.

    Prueba Phantom
    Probar el procedimiento en un fantasma mM GABA 100 con y sin el estimulador tDCS que se utilizará en los participantes con los parámetros exactos del escáner y la secuencia es muy recomendable antes de la primera participante en estudio. El procedimiento debe incluir una secuencia de localizador, una secuencia anatómica (es decir MPRAGE), una exploración de línea de ancho y 16 "EN EDITAR" y que "EDIT" OFF exploraciones. Esto se debe repetir si se cambian los parámetros de estimulación del estimulador, o escáneres. Con el fin de investigar la presencia de artefactos en la señal, se debe revisar espectros para los cambios en la SNR con y sin el simulador tDCS, la presencia de picos y ruido a ciertas frecuencias, y los valores de SNR y cualquier artefacto importante en la ima anatómicaGES.

    Las posibles modificaciones en el Protocolo
    1H-MRS Parámetros
    Para adquirir las concentraciones de metabolitos mediante 1H-MRS, es necesario localizar una región específica y excitar señales en este volumen 35. En el presente trabajo, se describe el procedimiento para la colocación de una sola VOI sobre izquierda M1. Sin embargo, muchas modificaciones diferentes a este protocolo se pueden aplicar. Medición exitosa de las concentraciones de metabolitos han demostrado en varias regiones corticales y subcorticales, como la corteza prefrontal 62, el hipocampo 63, el cuerpo estriado y el cerebelo Pons 64, la corteza visual de 66 años, y la corteza auditiva 67. El tamaño de la VOI también pueden diferir en función de la región de interés, pero el volumen varía típicamente entre 3 y 27 cm 3 68. Sin embargo, es difícil obtener la concentración de metabolitos de baja concentración such como GABA de voxels menor que 20 cm 3. Una cuestión importante es asegurarse de que para evitar cualquier contacto de la VOI con los huesos craneales, las meninges y el líquido cefalorraquídeo extra-cerebral. En los cerebros más pequeños, el VOI podría incluir parte del ventrículo lateral izquierdo. En este caso, la inclusión del ventrículo es preferible a la inclusión de los huesos craneales.

    Además, dependiendo de la secuencia de adquisición seleccionado, diferentes metabolitos pueden cuantificarse 69. Los métodos anteriores, como la espectroscopia Resuelto-Point-RE (PRENSA) secuencia 70 y estimulado el modo de adquisición de eco (vapor) de 71 años, no permitió la cuantificación de GABA en el 1,5 T. Sin embargo, debido al efecto de polaridad específica de tDCS en cortical excitabilidad, la cuantificación de ambos excitatorios (glutamato) y (GABA) neurotransmisores inhibidores es esencial. En el presente protocolo, se muestra el uso de la secuencia de edición espectral MEGA-PRESS 44,45, Que permite la cuantificación de los principales neurotransmisores, incluyendo el GABA (véase la figura 6). Otras secuencias que permiten la cuantificación de GABA, como el ultra-corto TE MRS y J -resolved MRS, se han desarrollado en los últimos años (véase 41 para una revisión).

    Finalmente, dado que las concentraciones de metabolitos se expresan generalmente como una proporción en relación con otro metabolito (concentración relativa), la elección del metabolito de referencia es muy importante, y en particular por lo que en estudios que emplean poblaciones clínicas 69. Los metabolitos de referencia más comúnmente utilizados son TCR y NAA, ya que sus concentraciones se encuentran para ser relativamente estable en el cerebro humano. Cabe señalar que también es posible utilizar una cuantificación absoluta de los metabolitos que requiere referencia ya sea a un externo (por ejemplo, línea de puntos) o la señal interna (por ejemplo, señal de agua) 68. El uso de una referencia interna de agua requiere un adicional depaso de la corrección de tejido ya que las propiedades de concentración de agua y de relajación difiere entre la materia gris, la materia blanca y el líquido cefalorraquídeo (LCR). 72 La corrección de tejido puede realizarse ya sea usando la composición del tejido estimado en el VOI de todos los participantes o el uso de la composición del tejido sujeto específica de segmentación 73. Además, cabe señalar que tDCS conlleva el riesgo teórico de inducir edema, que podría tener un impacto menor en las concentraciones de agua. Sin embargo, Nitsche y colaboradores 74 evaluaron directamente esta preocupación específica y no mostraron evidencia de edema después de tDCS en la corteza frontal. En consecuencia, el uso de una referencia de agua se considera una opción viable.

    Parámetros tDCS
    Diferentes electrodos tamaños se pueden utilizar 9 dependiendo de la región de la estimulación y la focalidad deseada de estimulación 75,76. Da Silva y colaboradores 56 1 H-MRS es una técnica útil que se puede utilizar para verificar los mecanismos subyacentes de la acción de los protocolos de tDCS específicos que han demostrado mejorar los síntomas en diferentes poblaciones clínicas. Colocación de los electrodos y la duración de la estimulación pueden modificarse para investigar los efectos de estos protocolos específicos tDCS, tales como los que se usa en el tratamiento del dolor, depresión, tinnitus, enfermedad de Parkinson, migraña, y el abuso del alcohol (véase 77 para una descripción de los protocolos ). También debe tenerse en cuenta que si el nivel de impedancia está por encima de 20 kW, el dispositivo no estimulará y mostrar un mensaje de error de impedancia en la pantalla. Los diferentes factores que pueden causar una alta impedancia incluyen: 1) cantidad insuficiente de pasta conductora sobre los electrodos; 2) presión insuficiente en los electrodos; 3) mala contact con el cuero cabelludo (causada por pelo); 4) el engrosamiento del cuero cabelludo debido a la calvicie; 5) problemas con las conexiones; 6) problemas con el cableado; (7) problemas con el estimulador; y 8) problemas con los electrodos.

    También hay que señalar que la localización de la corteza motora primaria para tDCS podría ser más preciso. En el presente protocolo, se utiliza el sistema de EEG 10/20, lo que puede introducir una ligera desalineación entre la máxima proyección de campo eléctrico y la representación real de M1 dentro de giro precentral. Una posible forma de evitar este problema es el uso de la estimulación magnética transcraneal para localizar con precisión la representación mano en M1 a través de la respuesta muscular inducida TMS. La disponibilidad de una unidad de TMS en la proximidad del escáner MR puede limitar esta posibilidad.

    Seguridad de tDCS y 1H-MRS
    Seguridad de tDCS
    Múltiples estudios han demostrado que tDCS esuna técnica de neuromodulación segura producir efectos adversos sólo menores en ambas poblaciones no clínicos y clínicos 10. De hecho, ningún caso de ataque epiléptico nunca ha sido reportado siguiente tDCS 10. Sin embargo, la seguridad de tDCS aún no se ha investigado en los niños y las mujeres embarazadas 78.

    MR Materiales Compatibles
    Se debe tener cuidado al estimular el interior de un escáner de RM. Todos los materiales introducidos en la sala de RM deben ser compatibles MR (ver figura 1). Debido a la posible interacción entre la corriente eléctrica producida por el tDCS y el escáner de RM, tDCS siempre debe estar encendido, y los electrodos debe permanecer conectado, durante las secuencias de RM que se describen en el presente protocolo. Bobinado de los hilos bajo la bobina de la cabeza puede producir artefactos y las distorsiones en la señal. Por otra parte, la conexión incorrecta de los cables podría potencialmente producir una corriente lo suficientemente fuerte como para quemar el participante <sup> 79. Por último, es importante no desconectar los electrodos, mientras que la corriente está fluyendo ya que esto podría causar una estimulación de alta tensión no deseada.

    tDCS-MRS Técnica
    Uso de tDCS en conjunción con MRS ofrece la posibilidad de comprender mejor el mecanismo que subyace a la modulación de la actividad cerebral con esta técnica relativamente nueva neuromodulación. Sin embargo, algunas limitaciones de la técnica deben dirigirse. En primer lugar, los electrodos utilizados en tDCS son generalmente bastante grandes y los efectos de la estimulación se cree que cubrir una amplia extensión espacial de tejido cerebral. Junto con el hecho de que la adquisición MRS se limita a un pequeño voxel de interés, tDCS-MRS sólo permite la evaluación de los efectos espacialmente circunscritos a pesar presunta modulación de la excitabilidad cerebral generalizada. Una manera posible de evitar este problema es utilizar múltiples voxels de interés distribuidos por todo el cerebro. Sin embargo, esto sigaumentar significativamente la duración de la sesión experimental, que ya es una de las principales limitaciones de la técnica actual. En efecto, al considerar la preparación de los participantes, antes de la tDCS MRS, intervención y post-tDCS tDCS MRS, una sesión completa puede durar fácilmente hasta dos horas. Duración también puede aumentar si se desea asignar el curso temporal de los efectos sobre la concentración de metabolito tDCS.

    Un problema importante relacionado con la duración del experimento es la posibilidad de que la impedancia del electrodo se aumenta después de que el participante está en el escáner. Desde tDCS puede comenzar fácilmente más que 45 minutos después de la colocación de los electrodos, hay un riesgo de que los electrodos de estimulación se pierden gradualmente la adhesión al cuero cabelludo del participante si aplicación de la pasta no es óptima y los electrodos no se llevan a cabo con suficiente fuerza. Si la impedancia llega a más de 20 kW, la estimulación no será posible y será necesario que el participante ha sido eliminada del escáner para solucionar el problema. Desde ªe procedimiento descrito implica el escaneado múltiple de la misma zona de pre y post-tDCS, eliminando el participante desde el escáner puede crear importante desplazamiento del voxel de interés. Por eso es muy importante para probar la impedancia de inmediato antes de escanear y tener mucho cuidado al instalar electrodos.

    Teóricamente, el flujo de corriente de la tDCS podría producir artefactos en la señal de MR. Antal y colaboradores investigaron 80 esta preocupación específica midiendo el impacto de las diferentes condiciones tDCS (con y sin electrodos, con y sin estimulación, etc.) sobre la calidad de las imágenes de resonancia magnética funcional. Sin embargo, a nuestro entender, la presencia de artefactos en la señal de la espectroscopia debido a la presencia del dispositivo de tDCS en el escáner todavía no se ha evaluado.

    Por último, se debe tener cuidado con respecto a las resistencias en los cables del electrodo. El campo MR puede dañar resistencias, por lo tanto preventing estimulación. Como medida de precaución, la resistencia debe ser probado fuera del entorno del escáner antes de cada sesión de MRS. Además, una impedancia de más de 20 kW puede conducir a reacciones de la piel y de alta impedancia puede reflejar un problema incipiente o real con el estimulador. Por lo tanto, el estimulador se debe revisar cuidadosamente antes de cada participante y de impedancia niveles controladas fuera de la sala del escáner antes de cada sesión de MRS.

    TDCS combinados y 1 H-MRS es una poderosa herramienta que proporciona una medida cuantitativa del efecto de los tratamientos utilizados clínicamente en el metabolismo cerebral. A medida que el mecanismo fisiológico de los efectos tDCS sigue siendo poco conocida, hay una necesidad de enfoques multimodales que pueden arrojar luz sobre estos procesos. Con el reciente aumento de interés en tDCS como una herramienta clínica para patologías como el ictus 27,30,31 y la depresión 81, está claro que la combinación de tDCS con MRS puede ser un importanteherramienta para comprender mejor los efectos terapéuticos de la tDCS. Por otra parte, tDCS-MRS puede servir como una herramienta de pronto para determinar qué pacientes tienen una mejor oportunidad de responder clínicamente a tDCS. Si no se encuentra tal marcador, tDCS-MRS puede ser utilizado como prueba de detección antes de la inclusión de pacientes en una intervención tDCS.

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    Disclosures

    Los autores no tienen nada que revelar.

    Acknowledgments

    Esta obra fue apoyado por becas de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud y Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá. ST fue apoyado por una beca Vanier Canadá Posgrado de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud. MM reconoce el apoyo del Centro de Investigación de Biotecnología (BTRC) RR008079 P41 y P41 subvención EB015894 (NIBIB), y NCC P30 NS076408.

    Nos gustaría reconocer Romain Valabrègue (Centre de Recherche de NeuroImagerie - ceñir, París, Francia) y Brice Tiret (Centro de Investigación de l'Institut Universiatire de Geriatría (CRIUGM), Montreal, Canadá; Comisariado de la Energía Atómica et aux énergies alternativas (CEA), París, Francia) para el desarrollo de herramientas de procesamiento, y Edward J. Auerbach (Centro de Investigación de Resonancia Magnética y el Departamento de Radiología de la Universidad de Minnesota, EE.UU.). Se desarrollaron las secuencias MEGA-prensa y FASTESTMAPpor Edward J. Auerbach y Małgorzata Marjańska y fueron proporcionados por la Universidad de Minnesota en virtud de un acuerdo de C2P.

    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

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