Summary
Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de stimulation cérébrale non invasive. Il a été utilisé avec succès dans la recherche fondamentale et les paramètres cliniques de moduler le fonctionnement du cerveau chez l'homme. Cet article décrit la mise en œuvre de la STCC et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle simultanée (IRMf), pour étudier les bases neurales de STCC effets.
Abstract
Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui utilise de faibles courants électriques administrées sur le cuir chevelu pour manipuler l'excitabilité corticale et, par conséquent, le comportement et le fonctionnement du cerveau. Dans la dernière décennie, de nombreuses études ont porté sur les effets à court terme et à long terme de la STCC sur différentes mesures de la performance comportementale lors de tâches motrices et cognitives, à la fois chez les individus sains et dans un certain nombre de différentes populations de patients. Jusqu'à présent, toutefois, on sait peu sur les fondements neuronaux de la STCC action chez l'homme en ce qui concerne les réseaux de cerveau à grande échelle. Ce problème peut être résolu en combinant STCC avec des techniques d'imagerie cérébrale fonctionnelle comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ou l'électroencéphalographie (EEG).
En particulier, l'IRMf est la technique d'imagerie cérébrale la plus largement utilisée pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents des fonctions cognitives et motrices. Applicatisur de STCC pendant IRMf permet d'analyser les mécanismes neuronaux sous-jacents des effets de STCC comportement à haute résolution spatiale sur l'ensemble du cerveau. Des études récentes utilisant cette technique identifiés stimulation changements induits dans l'activité fonctionnelle du cerveau liée à la tâche sur le site de stimulation et aussi dans les régions du cerveau les plus éloignées, qui ont été associés à une amélioration du comportement. En outre, STCC administrés pendant l'état de repos IRMf a permis l'identification de vastes changements dans la connectivité fonctionnelle du cerveau entier.
Les études futures utilisant ce protocole combiné devraient produire de nouvelles connaissances sur les mécanismes d'action STCC dans la santé et la maladie et de nouvelles options pour une application plus ciblée des STCC dans la recherche et les milieux cliniques. Le présent manuscrit décrit cette nouvelle technique dans un mode étape par étape, avec un accent sur les aspects techniques de STCC administrés pendant l'IRMf.
Introduction
Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une méthode non invasive de stimulation cérébrale dans laquelle le fonctionnement du cortex est modulée au moyen d'un faible courant électrique (généralement 1-2 mA) projetée entre deux électrodes sur le cuir chevelu apposée. Physiologiquement, tDCS induit un changement de polarité neuronale dépendante dans le potentiel de membrane au repos (RMP) dans la région corticale ciblée par la manipulation des canaux de sodium et de calcium, ce qui favorise les changements dans l'excitabilité corticale 1. Plus précisément, la stimulation anodique (atDCS) a été montré pour augmenter l'activité corticale par dépolarisation neuronale de RMP pendant la stimulation cathodique (ctDCS) réduit l'excitabilité corticale 2. Comparé à d'autres types de stimulation du cerveau (par exemple, la stimulation magnétique transcrânienne) la sécurité a été bien établi et à ce jour aucun des effets secondaires graves ont été signalés, même dans les populations vulnérables 3, 4. En outre, au moins pour lointensités wer de stimulation (jusqu'à 1 mA), un placebo efficace («simulacre») condition de stimulation existe 5, permettant aveuglement efficace des participants et des chercheurs des conditions de stimulation, ce qui rend STCC un outil intéressant dans le cadre de recherches expérimentales et cliniques.
De nombreuses études à ce jour ont montré que ces modifications de l'excitabilité corticale peuvent entraîner des modulations de comportement. Dans le système de moteur, des effets dépendant de la polarité cohérentes ont été rapportés 1, 6 pour les deux atDCS et ctDCS. Dans les études cognitives, la majorité des études qui emploient atDCS à améliorer les fonctions cognitives ont rapporté des effets bénéfiques sur la performance 7, tandis que ctDCS souvent n'ont pas abouti à un traitement cognitif. Celle-ci peut être expliqué par la plus grande redondance de ressources de traitement neural sous-jacent 6 cognition. La majorité des études STCC ont employé des conceptions cross-over pour étudierles effets immédiats de la stimulation, qui survivent à la fin de l'actuelle seulement pour de courtes périodes de temps 1. Cependant, il a été suggéré que les effets de stimulation répétée sur la synthèse des protéines, à savoir le mécanisme d'acquisition de compétences neural sous-jacent 8. En effet, le moteur ou la réussite de l'entraînement cognitif peuvent être améliorées lorsqu'il est combiné avec des sessions de STCC répétées et la stabilité à long terme de ces améliorations ont été rapportés pour durer jusqu'à plusieurs mois chez des adultes sains 8-10. Ces résultats ont également suscité un intérêt dans l'utilisation de STCC dans des contextes cliniques et des données préliminaires suggèrent qu'il peut aussi être utile comme une approche primaire ou auxiliaire de traitement dans diverses populations cliniques 3. Cependant, alors qu'un nombre relativement important d'études s'adresse effets neurophysiologiques de la STCC dans le système de moteur, on sait peu sur les mécanismes neuronaux sous-jacents d'effets STCC sur les fonctions cognitives du cerveau dans la santé et la maladie.Une meilleure compréhension du mode d'action du STCC est une condition préalable nécessaire pour des applications plus ciblées de STCC dans la recherche et les milieux cliniques.
Ce problème peut être résolu en combinant STCC avec des techniques d'imagerie cérébrale fonctionnelle comme l'électroencéphalographie (EEG) ou l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). La majorité des études sur les mécanismes neuronaux sous-jacents des fonctions cognitives et motrices ont choisi d'utiliser l'IRMf 11. En particulier, l'IRMf est la technique d'imagerie cérébrale la plus largement utilisée pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents des fonctions cognitives et motrices 11. En outre, lorsqu'il est combiné avec l'application simultanée de STCC, IRMf permet d'examiner les mécanismes neuronaux sous-jacents des effets de STCC comportement avec une résolution spatiale élevée sur l'ensemble du cerveau par rapport à l'EEG (pour une description de ces dernières combinée STCC-EEG voir Schestatsky et al. 12). Le présent manuscrit décrit èmeutilisation combinée de e STCC pendant simultanée IRMf. Cette nouvelle technique a été utilisée avec succès pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents STCC-induites modulations de fonctions motrices et cognitives 13-19. Dans l'avenir, ce protocole combiné donnera de nouvelles perspectives sur les mécanismes d'action STCC dans la santé et la maladie. Comprendre l'impact de la STCC sur des réseaux neuronaux à grande échelle selon l'évaluation de cette technique peut jeter les bases d'une application plus ciblée des STCC dans la recherche et les milieux cliniques.
Le manuscrit se concentrera sur les différences entre la STCC comportement expériences et l'utilisation combinée de STCC pendant simultanée IRMf, avec un accent particulier sur les besoins en matériel, la mise en œuvre de la technique, et des considérations de sécurité. A titre d'exemple, une seule session de STCC administrés au gyrus frontal inférieur gauche (IFG) pendant l'état de repos de tâches absent (RS) IRMf et pendant une tâche de langue 14, 15 wmal être décrit, mais de nombreuses autres applications sont possibles 16, 19. Les détails de la conception expérimentale, les caractéristiques des participants et les procédures d'analyse des données d'IRMf ont été décrits en détail dans les publications originales 14,15 et sont au-delà du cadre de la présente manuscrit. En outre, dans ces études, une IRMf supplémentaire scanner qui participent imposture STCC a été acquis et comparés aux résultats de la session atDCS (voir «Les résultats représentatifs" pour les détails). Cette session est identique à celui décrit dans la présente manuscrit, sauf que la stimulation a été arrêté avant le début de la session de balayage (voir la figure 1 pour plus de détails). La présente procédure a été appliquée avec succès à un scanner 3-Tesla Siemens Trio IRM au Centre de Berlin pour Advanced Imaging (Charité University Medicine, Berlin, Allemagne), et devrait en principe être applicable à d'autres scanners ainsi 13.
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Protocol
1. Contre-indications et considérations particulières
- Bien écran participants pour les contre-indications d'IRM (par exemple, les stimulateurs cardiaques, claustrophobie, etc) et d'exclure si nécessaire. Acquérir des questionnaires standard dans les établissements cliniques ou de recherche qui exploitent des appareils d'IRM. Respectez toujours les règles de sécurité habituelles en entrant dans la salle du scanner.
- Bien écran participants pour des contre-indications pour STCC. Ceux-ci peuvent se chevaucher avec les contre-indications pour l'IRM. Voir Villamar et al. 20 pour un exemple.
- Consultez la facilité d'exploitation concernant la sécurité locale et des règles de déontologie et d'obtenir les autorisations nécessaires. Essai pour les artefacts d'imagerie potentiels induits par l'équipement actuel ou tDCS stimulation avant le début de l'expérience réelle (par exemple, en testant l'impact de tDCS le rapport signal-bruit 17, 18).
2. FMConfiguration RI, conception expérimentale et Matériaux
Note: L'utilisation de STCC l'intérieur d'un scanner IRM nécessite un équipement spécial. En particulier, spécifique des câbles compatibles avec l'IRM, boîtes de filtres, des électrodes et des sangles pour attacher des électrodes sur la tête de sujets sont nécessaires. Figure 2 illustre (A) l'équipement standard et STCC (B) des composants pour une utilisation avec l'IRM. Les derniers éléments sont nécessaires pour empêcher la possibilité de chauffage sous les électrodes dues à des impulsions radio-fréquence émis pendant l'IRM. En outre, à haute fréquence artefacts d'imagerie peuvent être induites par le dispositif STCC. Les deux peuvent être évités en utilisant des boîtes de filtres positionnés à l'extérieur et à l'intérieur de la chambre de scanner, des câbles équipés de résistances et d'électrodes en caoutchouc conducteur dédiés compatibles avec l'IRM.
- Effectuer set-up et des séquences expérimental général pour l'expérience IRMf. Les deux dépendent des objectifs de l'étude. Remarque: le protocole ci-dessous est spécifiéfic de cette expérience, mais peut être révisé à s'appliquer à un certain nombre de situations expérimentales.
- Utilisez un ordinateur de bureau avec le logiciel de présentation du stimulus installé pour une tâche de langage qui implique la présentation visuelle des catégories sémantiques à l'intérieur du scanner. Présenter ces stimuli sur un écran à l'intérieur du dispositif de balayage par l'intermédiaire d'un projecteur relié à l'ordinateur et un système de miroirs.
- Utilisez un microphone compatible avec l'IRM pour la transmission des réponses verbales manifestes. L'acquisition de deux séquences fonctionnelles pendant STCC: à cinq minutes de tâches absent RS-séquence et une tâche évidente mot génération sémantique. Remarque: des détails supplémentaires sur le dispositif expérimental, des séquences et des stimuli IRMf ont déjà été décrites en détail 14, 15 et la figure 1 illustre l'expérience.
- Pour mettre en place le dispositif, programme STCC le dispositif pour fournir un courant continu constant de 1 mA pendant 20 minutes pour couvrir toute la durée de l'analyse fonctionnelle de deuxs, y compris courts séjours et pour les instructions entre les deux scans 14, 15. Assurez-vous que le stimulateur est suffisamment chargée; sinon il peut s'arrêter pendant l'expérience.
- Assurez-vous que tous les documents nécessaires sont disponibles (Figure 2).
3. STCC installation extérieur et l'intérieur du scanner (voir la figure 3 pour une vue d'ensemble schématique)
- Placer le boîtier de filtre externe à proximité du filtre à haute fréquence (RF) tube (à savoir le point du blindage radiofréquence de l'appareil d'IRM qui peut être utilisé pour insérer des câbles de l'extérieur du dispositif de balayage de pénétration). Connectez stimulateur de la boîte extérieure en utilisant un câble de stimulation. Boîte de filtre interne et externe ne doit pas être mélangé. Remarque: La figure 4A illustre les STCC set-up à l'extérieur du scanner. La boîte extérieure est clairement indiqué sur la figure 4B.
- Mesurer la longueur de câble nécessaire pour connecter aubergeer avec la boîte extérieure en utilisant le câble de la boîte (voir point suivant concernant le positionnement de câble dans la chambre de scanner). Insérez le câble de la boîte dans le tube de RF de l'extérieur du scanner et connecter avec la boîte de filtre externe (figure 4A).
- Placer boîtier de filtre interne à l'intérieur de l'extrémité arrière de l'alésage de scanner (figure 5); utiliser du ruban adhésif pour le maintenir en place. Branchez le câble de la boîte avec la boîte de filtre intérieur et éviter les boucles dans les câbles comme ceux-ci peuvent induire un chauffage RF. Remarque: le câble doit être aligné avec les parois de la chambre de scanner et attaché avec un ruban adhésif (figure 3).
4. Participant Préparation et positionnement du participant en Scanner
- Comme STCC classiques set-ups, inspecter la peau du participant pour toutes les lésions pré-existantes, déplacer cheveu, de la peau avec de l'alcool pour enlever la laque, lotion pour le corps, etc. pour améliorer la conductivité de la peau sous les électrodes 12, <sup> 21.
- Faire tremper poches éponge avec une solution saline et insérer les électrodes compatibles avec l'IRM dans les poches (voir DaSilva 21 pour des considérations générales de la préparation des participants et le positionnement de l'électrode).
- Marquer les positions des électrodes sur la tête des sujets à l'aide d'un stylo qui ne laisse aucune trace ferromagnétiques (par exemple ne pas utiliser l'eyeliner). Déterminer la position cible à l'aide de 10 à 20 pour l'anode système EEG (ici: IFG gauche, 5 x 7 cm 2) 14, 15. Pour ce faire, recherchez (a) l'intersection de T3-F3 et F7-C3 et (b) le point médian entre F7-F3. La position de destination se trouve au centre d'une ligne reliant les points (a) et (b). Lieu cathode (10 x 10 cm 2) sur la position sus-orbitaire droite (pour les détails de positionnement des électrodes voir Meinzer et al. 14, 15). Appliquez les électrodes à la tête en utilisant la bande de caoutchouc.
- Guide du participant derrière le scanner et connecter le câble de l'électrode avec le filt intérieureboîte er. Mettez stimulateur et l'impédance de test en appuyant sur la partie supérieure droite et le bouton en bas à gauche du stimulateur simultanément. Si les limites d'impédance sont atteints, alors le stimulateur s'arrête automatiquement. Si cela se produit, vérifier si les électrodes sont en contact avec le cuir chevelu, la peau propre nouveau ou appliquer plus de solution saline si éponges sont devenus trop sec, et puis vérifier si un câble est cassé. Remarque: L'impédance est généralement supérieur à celui de set-up classiques en raison de câbles supplémentaires et des boîtes de filtre entre stimulateur et les électrodes.
- Guide participant dans la salle du scanner (après un contrôle de sécurité final). Placez le participant sur le portique de scanner et assurez-vous que les électrodes sont toujours dans la bonne position. Fermez la bobine de la tête. Le câble de l'électrode doit être alimenté par la partie inférieure gauche de la bobine de la tête (voir figure 6) ou selon les recommandations du fabricant.
- Déplacez participant en scanner alésage. Assurez-vous que le câble fairees pas attraper sur le portique et casser (voir la figure 6 pour une possible position de sécurité du câble lors de cette étape). Lorsque le participant a atteint la position finale à l'intérieur du scanner, pour atteindre le câble d'électrode de l'extrémité arrière du scanner et le connecter à la boîte de filtre interne. Remettre le bouton d'urgence de participant et de quitter la salle du scanner.
5. Démarrage de la stimulation
- Utilisez scanner interphone pour informer le participant sur le début de la session de numérisation. Lancez la numérisation d'alignement de piste structurelle (pour déterminer la position de la tête de participant à scanner et de permettre une planification des analyses fonctionnelles et structurelles ultérieures) utilisant la console de balayage. Inspectez analyse d'alignement de piste pour les objets à haute fréquence: Double-cliquez sur balayage d'alignement de piste après la fin de la période d'acquisition et de régler le contraste (pour Siemens Trio en maintenant le bouton droit de la souris et en déplaçant la souris vers la gauche et la droite, par des exemples, voir les figures 7Aet 7B).
- Utilisez scanner interphone pour communiquer sur le sujet que la stimulation débutera et qu'il / elle peut ressentir une sensation de picotement sur le cuir chevelu pendant une courte période. Répétez les instructions pour le premier balayage fonctionnelle. Dans cet exemple, demander au participant de garder les yeux fermés pour la durée de l'analyse (5 min), déplacer le moins possible et ne penser à rien en particulier. Assurez-vous que le projecteur est éteint (écran intérieur de l'alésage du scanner est noir) pour éviter la stimulation visuelle pendant RS-scan.
- Lancer la stimulation manuelle environ 1-2 min avant le début de la première analyse fonctionnelle (RS-scan). Utilisez la console du scanner pour charger RS-séquence. Double-cliquez sur RS-séquence pour ouvrir champ de vision (FOV), mesure de couvrir l'ensemble du cerveau et aligner environ avec la commissure antéro-postérieur ajuster. Démarrez le premier balayage (en utilisant le bouton de numérisation de START).
- Surveillance de l'impédance pendant toute l'expérience. Remarque: Si l'experiment est effectuée dans un mode double-aveugle (participant et du chercheur sont aveuglés à la stimulation), un deuxième chercheur peut être nécessaire de surveiller l'impédance.
- Alors que le RS-séquence est en cours d'exécution, charger deuxième séquence d'imagerie fonctionnelle (pour tâche de langue ultérieure) et d'ajuster FOV, en utilisant la console du scanner, comme ci-dessus, de réduire le temps requis entre des recherches. Après la fin de la RS-séquence, tourner sur le projecteur pour permettre l'affichage visuel des stimuli expérimentaux pendant la tâche de la langue. Double-cliquez sur l'icône du logiciel de présentation et le paradigme de la langue de charge. Utilisez scanner interphone de répéter les instructions pour les tâches à accomplir IRMf paradigme et de commencer à la tâche 14, 15.
- Après la fin de l'expérience de stimulation / IRMf, poursuivre les analyses structurelles prévues. Ne pas débrancher les câbles d'électrodes jusqu'à la fin de la session de numérisation.
- A la fin de l'expérience, débrancher le câble de l'électrode de la boîte de filtre interne avant de passer participant àde scanner alésage. Retirer participant du scanner, détacher la bobine de la tête et de demander au participant de s'asseoir et retirez soigneusement les électrodes.
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Representative Results
L'IRM fonctionnelle est la technique la plus largement utilisée de l'imagerie fonctionnelle pour répondre aux mécanismes neuronaux sous-jacents de fonctions motrices ou cognitives. Plus récemment, l'IRMf a également été utilisé pour évaluer STCC effets sur l'activité corticale et la connectivité. Cependant, la plupart de ces études STCC administrés en dehors du scanner et évalué les effets hors de la stimulation (c.-à-administré STCC avant la numérisation 22, 23). Seules quelques études ont jusqu'ici administré STCC pendant simultanée IRMf, en utilisant différents contraste dépendant du niveau d'oxygénation du sang (BOLD) 14-17, 24 ou imagerie de perfusion séquences 13, 19. Ces études utilisées dans les sujets conçoit pour comparer l'activité fonctionnelle du cerveau ou des changements de perfusion pendant atDCS vs STCC fictives pour faire la lumière sur les mécanismes neuronaux sous-jacents des effets comportementaux immédiats de STCC en matière de santé et de la maladie 1, 3.
Par exemple, dans deux études récentes, Meinzer et ses collègues ont évalué les fondements neuronaux de l'amélioration des performances atDCS-induits lors sémantique mot génération chez les jeunes de 15 ans et plus 14 adultes en bonne santé. Dans les deux études, le rendement était supérieur au cours atDCS administrés à l'IFG gauche par rapport à la stimulation factice, indiqué par une réduction significative du nombre d'erreurs au cours de la tâche. Plus particulièrement, les performances des personnes âgées au cours de sémantique mot-génération, une tâche qui est connue pour être affectée négativement par de pointe 25-28 ans, a été améliorée au niveau d'un groupe témoin de jeunes adultes 14.
IRMf tâche liée révélé que l'amélioration de la performance au cours atDCS rapport à imposture a été associée à très localisée réduction de l'activité liée à la tâche dans la partie ventrale de l'IFG dans les deux études (figure 8). S'il vous plaît noter, l'activité dans l'IFG dorsale gauche (une sontun au voisinage du site de stimulation) n'a pas été affectée par la stimulation. En accord avec une étude précédente chez les adultes âgés en bonne santé qui emploient un type de tâche de mot-récupération (photo nommer 17) différents, ces réductions d'activité peuvent être liés à la transformation de neurones plus efficace dans les régions du cerveau tâches pertinentes 14, 15. Par ailleurs, dans le groupe des plus âgés, atDCS réduits amélioration liée à l'âge de l'activité de l'hémisphère droit et l'activité réduite a été corrélée avec une amélioration du comportement 14. Ces résultats illustrent le potentiel de cette nouvelle technique pour identifier les fondements neuraux de la tDCS action au niveau du site de stimulation et également dans des régions cérébrales éloignées.
En outre, les effets de réseau à grande échelle de atDCS ont été confirmés dans deux études utilisant RS-IRMf. Une approche de la connectivité fonctionnelle basée sur les graphes révélé: (1) la connectivité (c'est à dire de communication renforcée) renforcée entre pôles majeurs de la sy languesouches chez les jeunes adultes au cours atDCS rapport à imposture (pour un exemple, voir la figure 9, adapté de Meinzer et al. 15). Chez les personnes âgées, atDCS entraîné renversement partiel de la structure du réseau modifié par rapport aux adultes plus jeunes 14. Ces résultats montrent que les effets de réseau à grande échelle de la stimulation peuvent être identifiés en utilisant cette technique.
Figure 1. Vue d'ensemble de combinés expérience STCC-IRMf. Deux analyses fonctionnelles IRMf ont été acquises (une analyse de l'état de repos suivie d'une tâche sémantique mot-génération). Stimulation (feinte ou atDCS) a commencé environ 1-2 min avant l'analyse de l'état de repos et a commencé à la fin de la tâche de la langue (atDCS), ou a été réduit jusqu'à avant le début de l'analyse de l'état de repos (sham; pas décrit ici; pour plus de détails voir Meinzer et al. 14,15). Analyses structurelles supplémentaires ont été acquises après la fin de la stimulation. Lieu de stimulation (IFG, point rouge dans le schéma) a été déterminée en utilisant le système EEG 10-20 (jaune). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2. Équipements STCC. (A) montre l'équipement standard pour une étude STCC. Cela comprend (1) le stimulateur, (2) de deux câbles d'électrodes classiques, et (3) des électrodes de caoutchouc et des poches d'éponges pour électrodes. (B) illustre les composants supplémentaires nécessaires pour STCC de intrascanner: (4) Câble de stimulateur, (5) Câble d'électrodeéquipé de résistances, (6) extérieures et (7) des boîtes de filtrage interne, (8) Câble de boîte pour relier les deux boîtes de filtres, et (9) électrodes en caoutchouc compatibles avec l'IRM. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. Schéma aperçu de STCC mis en place à l'extérieur et à l'intérieur du scanner. Stimulateur à courant continu (1) est relié avec la boîte de filtre externe en utilisant le câble de stimulation (2). Boîte de câble pénètre dans la chambre de balayage par la radio tube de filtre de fréquence (3). Câble de boîte doit être alignée avec la paroi de la chambre de balayage IRM (4) et relié à la boîte de filtre interne qui est positionné à l'intérieur de l'appareil d'IRM (5). Les électrodes sont fixées à la tête de l'objet et l'électrode câble est alimenté par la partie inférieure gauche de la bobine de la tête et relié à la boîte de filtre interne (6). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Détails de mise en place à l'intérieur du scanner. (A) montre le placement du boîtier de filtre extérieur au voisinage de la radio tubes de filtrage de fréquence et de câble de la boîte qui est insérée dans le tube de filtre gauche. (B) Close-up de la boîte extérieure qui n'est pas compatible avec l'IRM. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5. Placement de la boîte de filtre interne. Ce chiffre illustre la position de la boîte de filtre interne à l'intérieur du scanner (arrière). boîte de filtre est placé sous un écran sur lequel des stimuli expérimentaux sont présentés à l'aide d'un projecteur. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 6. Placement de câble d'électrode. Cette figure montre la bobine fermée à la tête de scanner. (A) La tête du sujet est placé dans la bobine de la tête avec les électrodes fixéesà la tête avec des électrodes en caoutchouc. sorties de câble d'électrode tête bobine sur le côté inférieur gauche. (B) de l'électrode est placée sur le dessus de la bobine de la tête lors du déplacement de l'objet dans l'alésage du scanner. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 7. Illustre artefacts de haute fréquence induits par une rupture de câble. (A) Artefact n'est pas visible sur la tranche axiale de l'analyse d'alignement de piste en utilisant le contraste standard dans MRIcron (www.mrico.com). (B) artefact devient visible après le réglage des paramètres de contraste (flèches blanches, les paramètres de contraste 0-20). De même, à haute fréquence artefact n'est pas visibledans la séquence d'imagerie fonctionnelle contraste par défaut (C), mais devient visible après le réglage du contraste (D). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 8. Impact de atDCS sur l'activité fonctionnelle liée à la tâche. Illustre des réductions significatives de l'activité liée à la tâche au cours de la tâche mot génération sémantique dans la partie ventrale du gyrus frontal inférieur (VIFG) dans les jeunes et les adultes plus âgés (atDCS <imposture, les deux p <0,05). Aucune différence significative n'a été trouvée dans la dorsale IFG gauche (dIFG) dans les deux groupes. Pbail en cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 9. Impact de atDCS sur la connectivité fonctionnelle état de repos. Illustre régions qui ont montré amélioré (rouge) ou réduite (bleu) lors de connectivité atDCS par rapport à une stimulation placebo lors de l'analyse de l'état de repos (tranches sagittales x = -52/52, coronale tranche z = 5). L = hémisphère gauche, R = l'hémisphère droit. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 10.;. Vérification de la position de la cible (A) Le côté gauche de la figure montre l'emplacement de l'électrode sur le cuir chevelu (rendu de surface basé sur l'image pondérée en T1 en utilisant MRIcron). (B) Le côté droit de l'image représente la projection du centre de l'électrode dans le cerveau d'un même sujet. Orientation de l'image est identique dans les deux images. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Discussion
L'application combinée de STCC avec simultanée IRMf a montré un potentiel pour élucider les fondements neuraux des effets immédiats de la stimulation sur l'ensemble du cerveau à haute résolution spatiale 13-19. Dans l'avenir, de telles études peuvent être complétées par des études combinées EEG-STCC, pour exploiter la résolution temporelle supérieure de cette dernière technique. En outre, intrascanner stimulation permet de vérifier le bon positionnement des électrodes sur le cuir chevelu (par exemple en utilisant des images de T-pondéré, voir figure 10). Cela peut aider à réduire la variance indésirables dans les études expérimentales en raison de placement des électrodes incorrect.
Sécurité pour la stimulation de intrascanner a été mis en place et à la configuration appropriée, pas de chaleur est induite sous les électrodes (par exemple Holland et al. 17, voir les documents supplémentaires de cette étude). La stimulation affecte que très peu l'imagequalité. Par exemple, STCC peut induire légèrement réduit le rapport signal-sur-bruit et des artefacts de susceptibilité ou distorsions de champ B0 sous les électrodes 17, 18, ce dernier restreint sur le cuir chevelu (pour revue, voir Saiote et al. 23). Toutefois, ainsi que des artefacts du cuir chevelu, une étude post-mortem par Antal et al. 29 ont trouvé artefacts STCC-induites de magnitude comparable d'effets BOLD physiologiques au cours d'une tâche de tapotement des doigts dans les ventricules. Par conséquent, les chercheurs sont invités à mener des procédures d'assurance de la qualité d'image appropriées 23. En outre, le mauvais fonctionnement de l'équipement (par exemple, connexion interrompue ou électrodes câbles) peut induire des artefacts de haute fréquence dans les séquences BOLD (voir les figures 7C et 7D). Par conséquent, une attention particulière doit être prise lors de la manipulation du matériel et pré-balayage des procédures d'assurance de qualité. Remplacement des câbles brisés peut empêcher une telle artifacts.
Dans le protocole actuel, l'utilisation combinée de STCC avec deux séquences IRMf a été décrite. Pour éviter les interactions possibles entre les effets IRMf liées à la tâche sur les séquences ultérieures IRMf, et en particulier RS-IRMf 30, le RS-IRMf a été acquis avant la tâche sémantique mot-génération. En outre, des séquences structurelles supplémentaires (par exemple, T1, T2, et de diffusion pondérée scans) ont été acquis après les séquences fonctionnelles parce que les salines imbibé électrodes éponge peuvent sécher au fil du temps et la stimulation peut être compromise si intrascanner STCC est administré à la fin d'un long session de numérisation.
Mis à part l'utilisation dans des contextes expérimentaux chez les participants en bonne santé, les futures applications de cette nouvelle technique sont envisageables dans les populations de patients. Par exemple, la combinaison de STCC avec le traitement de la langue administré pendant plusieurs jours consécutifs a été montré pour améliorer les résultats du traitement en post-AVC langtroubles de la gue (aphasie) 31, 32. Cependant, tandis que les effets de stimulation étaient significatives entre les groupes de patients, jusqu'à 30% des patients n'ont pas bénéficié de la stimulation 32. L'utilisation combinée de STCC avec l'IRMf pourrait à l'avenir permettre d'identifier les patients qui répondent favorablement à un type donné de stimulation et aident à identifier les patients qui ne présentent pas ces effets. Ces études sont une condition préalable à l'amélioration de l'efficacité de futurs essais cliniques qui combinent l'intervention comportementale avec STCC. D'autres applications peuvent inclure l'évaluation des fondements neuronaux de la STCC effets bénéfiques dans la démence et de ses précurseurs ou autre maladie neurologique ou psychiatrique 3.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par des subventions de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 et par DFG-HT-257, UL: 423/1-1), le Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A et 01GY1144; AF et MM: 01EO0801), l'allemand d'échanges universitaires (AF: DAAD-54391829), Go8 Australie - Régime Allemagne commun de recherche de la coopération (DC: 2011001430), Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) et l'Australian Research Council (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Nous remercions Kate Palier pour aide à la rédaction.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DC-Stimulator Plus | NeuroConn, Illmenau, Germany | 21 | |
| Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| 2 Sponge pads for rubber electrodes (7 cm x 5 cm and 10 cm x 10 cm) | NeuroConn, Illmenau, Germany | ||
| Rubber head band | |||
| NaCl solution | |||
| Measurement tape | To determine electrode position using the EEG 10-20 system | ||
| Pen | Used during electrode positioning |
References
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