일차 운동 피질 대사에 양성 반구 경 두개 전기 자극 효과의 측정을위한 도구로 자기 공명 분광학의 사용

Neuroscience

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

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Abstract

경 두개 직류 자극 (tDCS)는 점점 뇌졸중과 우울증 등의 신경 및 정신 장애의 치료에 지난 10 년 동안 사용 된 신경 수식 기술이다. 그러나, 임상 증상을 개선하기 위해 뇌의 흥분성을 조절하는 능력을 기본 메커니즘이 제대로 이해 33 남아. 그러한 영역 별 방식 (41) γ - 아미노 부티르산 (GABA) 및 글루타메이트와 같은 뇌 대사 생체 정량 허용하는이 이해를 돕기 위해, 양성자 자기 공명 분광법 (1 H-MRS)이 사용될 수있다. 사실, 최근의 연구는 1 H-MRS가 실제로 더 신경 전달 물질의 농도가 34 tDCS의 효과를 이해하는 강력한 방법임을 보여 주었다. 이 문서에서는 MEGA-PRESS 서열을 사용하여 3 T에서 1 H-MRS와 tDCS에게 (NeuroConn MR 호환 자극을) 결합의 전체 프로토콜을 설명하는 것을 목표로영향력. 우리는 일차 운동 피질 27,30,31의 양자 자극으로 구성되어 뇌졸중 후 운동 기능 장애의 치료에 대한 큰 약속을 보여 주었다 프로토콜의 영향을 설명 할 것이다. 방법 론적 고려해야 할 요인 및 프로토콜에 대한 가능한 수정도 논의된다.

Introduction

그것의 활성을 조절하는 인간의 뇌에 전기를인가하는 아이디어는 옛날부터 연구되고있다. 사실, 일찍이 11 세기 등의 글은 간질 발작 1의 치료에 어뢰 전기 물고기의 사용을 설명하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 그것은 최근이인지 기능과 운동 응답 2 조절 성 효과를 나타났다으로 비 침습적 뇌 자극은 과학계에 널리 관심을 받았다고 할 때까지이 아니다. 경 두개 자기 자극 (TMS)이 광범위하게 1980 년대 초 3 년부터 연구되었지만 그것이 지금 neuropathologies의 광범위한 실행 가능한 치료 옵션으로 간주되는 한, 경 두개 직류 자극 (tDCS)의 최근 관심은, 뇌졸중 4로 증가 알코올 중독 5, 만성 통증 (6). tDCS 예를 들어, TMS 같은 신경 자극 기술에 비해 많은 장점을 가지고,비교적 저렴 고통 때문에, 잘 따라서 맡 7에 투여하는 것을 가능하게, 환자 용인 및 휴대용. 사실, 환자의 작은 비율을 자극 8시 가벼운 따끔 거림 감각을 경험한다. 그러나,이 감각은 일반적으로 몇 초 9 후 사라집니다. 따라서, tDCS는 실제 자극 9,10에서 가짜 자극을 구별 할 수 없습니다 참가자의 대다수 이후 강력한 이중 맹검, 가짜 제어 연구를 할 수 있습니다.

tDCS 일정한 낮은 암페어의 전류 (1-2 석사)의 유도가 피사체의 두피에 위치하는 표면 전극을 통하여인가 피질 포함한다. 전극은 일반적으로 생리 식염수를 적신 스폰지에 직접 EEG 형 페이스트와 두피에 배치됩니다. tDCS 연구를 수행하기 위해 네 개의 주요 파라미터는 실험에 의해 제어 될 필요 : 자극 1) 지속 기간; 2) 자극의 세기; 3) 전극의 크기; 4) 전극 몽타주. 기준 전극은 보통 supraorbital 영역 위에 배치되는 동안 표준 프로토콜에있어서, "활성"전극은 관심 영역 위에 위치된다. 전류는 음으로 하전 된 음극을 향해 양전하 양극으로부터 흐른다. anodal 자극이 신경 세포 집단의 흥분성을 향상시키고 cathodal 자극이 (11)를 감소 여기서 일차 운동 피질 (M1)에 tDCS의 효과는 자극의 극성에 의해 결정된다. TMS는 달리, 유도 전류는 피질 뉴런에서 활동 전위를 생성하기에 불충분하다. 피질 흥분성의 변화는 막 전위의 과분극 또는 8,11의 전류 흐름 방향에 따라 신경 세포의 탈분극 촉진 어느 선도 임계 막 신경의 조절에 의한 것으로 여겨진다. 오프셋 후 흥분성 변경 기간은 최대 90 분 동안 지속될 수자극의 자극 기간 (11, 12)에 따라 다릅니다.

tDCS와 모터 재활

모터가 단일 펄스 TMS (3)에 의해 유도 된 전위 (MEP들)를 통해 유발 tDCS 의해 유발 흥분성 변화 정량 할 수 있기 때문에 M1 광범위 자극의 대상으로 사용되어왔다. tDCS 의해 유도 극성 특정 흥분성 변화를 측정 가능성을 나타내는 초기 연구는 자극 (11, 12)의 타겟으로서 M1을 사용했다. 그 이후로, M1은 임상 인구 때문에 운동 기능, 기억 형성의 중요성의 건강한 피험자 및 모터 기술 (12)의 통합을 모두 포함하는 연구에 tDCS의 주요 목표 중 하나를 유지하고있다.

뇌는 운동 (14)을 수행 할 수있는 두 반구의 운동 영역 사이의 복잡한 상호 작용에 의존한다. 하나의 영역이 손상되는 경우, 예를 들면 뇌졸중을 앓고 후, 인터반구의 상호 작용이 변경된다. 뇌 가소성에 대한 연구는 뇌의 운동 영역이 다른 방법 (15)이 변형에 적응하는 것을 보여 주었다. 내 반구 억제라는 프로세스 - 먼저, 손상된 영역의 손상, 주변 지역은 손상된 영역의 억제로 이어지는 overactived 될 수 있습니다. 둘째, 손상된 영역의 상동 지역은 overactivated되고 부상 반구에 억제를 발휘할 수있다 - 간 반구 억제라는 프로세스. 영향을받는 M1 따라서 두 번 처벌 할 수있다 : 먼저 병변에 의해 두 번째 영향을받지 M1과 영향을받는 M1 (16)의 주변 지역 모두에서 오는 억제에 의해. 최근의 한 연구는 부적응 간 반구 경쟁 (18)로 설명 된 느린 재활 (17)에 연결되어 영향을받지 반구에 흥분을 증가 것으로 나타났습니다.

이후에 발생하는 소성 이해뇌졸중은 반구의 상호 작용 (19)을 복원 할 수 있습니다 신경 수식 프로토콜의 발전으로 이어질 수 있습니다. 세 가지 주요 tDCS 치료는 뇌졸중 (20, 21) 다음과 같은 모터 적자 환자에서 제안되었다. 첫 번째 치료는 일방적 anodal 자극 (A-tDCS)에 의해 부상당한 운동 피질을 활성화하는 것을 목표로하고있다. 이 경우, 자극은 직접 복구에 필수적인 것으로 생각된다 perilesional 영역의 활성을 증가시키는 것을 목적으로한다. 사실, 연구는이 치료 22-26 다음 마비 상부 또는 하부 사지의 향상을 보여 주었다. 두 번째 처리는 그대로 M1 통해 일방적 cathodal의 tDCS (c-tDCS)을인가하여 contralesional 반구의 과도한 활성화를 감소시키는 목적으로 개발되었다. 여기에, 자극은 간접적으로 interhemispehric 상호 작용을 통해 perilesional 분야에서 활동을 증가 목표로하고있다. 이러한 연구 결과는 모터를 functi의 향상을 보여 주었다에 C-tDCS 4,27-29 후. 마지막으로, 세 번째 치료는 양자 tDCS를 사용하여 영향을받지 M1을 통해 C-tDCS의 억제 효과와 함께 부상 M1을 통해-tDCS의 흥분성 효과를 결합하는 것을 목적으로한다. 결과는 양자 tDCS 27,30,31 후 운동 기능의 향상을 보여 주었다. 또한, 한 연구는 모두 일방적 인 방법 (32)에 비해 양자 tDCS를 다음 큰 개선을 보여 주었다.

tDCS의 생리 학적 메커니즘

뇌졸중의 치료에서 tDCS 사용의 증가에도 불구하고, 그 효과의 기초가되는 생리적 메커니즘은 알려지지 33 남아있다. 생리적 효과의 더 나은 이해는 더 나은 치료 방법을 개발하는 데 도움이 수 및 표준화 된 프로토콜 발생할 수 있습니다. 앞서 언급 한 바와 같이 자극 (11, 12)의 오프셋 후 tDCS의 효과는 90 분 동안 지속될 수있다. 따라서, 과분극 / 탈분극프로세스는 완전히 긴 지속 효과 (33, 34)을 설명 할 수 없다. 다른 가설 후유증 M1은 신경 전달 물질 방출, 단백질 합성, 이온 채널 기능, 수용체 활성 변화 (34, 35)을 포함 tDCS에 기초가 생리기구에 관한 제안되어왔다. 반대의 효과가 도시 된 반면,이 문제에 대한 통찰력은 제 글루탐산 N 메틸 D 아스파 테이트 (NMDA) 수용체 길항제 덱스 (36, 37)에 의해 M1 흥분성에 anodal 및 cathodal 자극 효과 이후의 억제를 나타내는 약리 연구를 통해 취득한 NMDA 수용체 효능 제 (38)를 사용. NMDA 수용체는 장기간 상승 작용 (LTP) 및 장기 억제 (LTD), 글루타메이트 및 GABA 성 뉴런 39,40 의해 중재 모두를 통해 학습 및 기억 기능에 관여하는 것으로 생각된다. 그들이-tDCS는 LTP 13 유도함을 나타낸 것처럼 동물 실험이 가설과 일치한다.

<조치가 tDCS 효과, 약물 프로토콜 현재 중요한 제한을 기본의 메커니즘에 대한 우리의 이해에 만든 중요한 진전에도 불구하고 P 클래스 = "jove_content">. 실제로, 약물 작용, 특히 인간의 실험 문맥에서, tDCS만큼 공간적으로 특정 할 수없고, 그 효과의 작용 기전은 시냅스 후 수용체 (34)에 대부분 기인한다. 따라서,보다 직접적으로 인간의 두뇌에 tDCS의 영향을 조사 할 필요가있다. 그것이 특정 관심 영역에서 신경 전달 물질의 농도의 생체 검출의 비 침습적 허용하는 양성자 자기 공명 분광법 (H-1은 MRS) 좋은 후보이다. 이 방법은 뇌의 모든 양성자 - 함유 신경 화학적 특정 분자 구조를 가지고 있으며, 따라서, 1 H-MRS (41)에 의해 검출 될 수있는 특정 화학적 공명을 생성한다는 원리에 기초한다. 에서의 뇌의 볼륨에서 획득 한 신호관심 대상은 1과 5 ppm의 사이에 끌어 들여 모든 양성자에서 생성됩니다. 인수 신경 화학은 스펙트럼에 표시하고 일부 명확하게 구별 피크와 화학적 변화의 함수로 그려하지만, 다른 신경 화학 물질의 많은 공명 겹쳐진된다. 각 피크의 신호 강도가 neurometabolite (41)의 농도에 비례한다. 정량화 될 수있는 신경 화학 물질의 양은 42,43 자계의 강도에 따라 달라진다. 그러나 매우 강한 공명에 의해 가려 저농도 대사 산물, 3 T. 같은 중첩 신호에 대한 정보를 획득하는 한 가지 방법은 스펙트럼 편집 통해 강한 공진을 제거하는 것 같은 낮은 전계 강도로 정량화하기 어렵다. 그러한 기술 중 하나는 γ - 아미노 부티르산 (GABA) 신호 44,45 검출을 허용 MEGA-PRESS 시퀀스이다.

불과 몇 연구에 tDCS의 효과를 조사 하였다모터 (34, 46) 및 비 모터 영역 1 H-MRS를 사용하여 뇌 대사 스태그 (47)과 공동 (34) - tDCS, C-tDCS 및 M1 대사 가짜 자극의 효과를 평가 하였다. 그들은-tDCS 다음 GABA 농도의 현저한 감소 및 c-tDCS 다음 글루타민산 + 글루타민 (GLX)와 GABA의 상당한 감소를 발견했다. 또 다른 연구에서, M1 위에-tDCS 의해 유도 GABA 농도 변화량이 운동 학습 (46)에 관련이 있다고보고 하였다.

이들 연구는 운동 기능에 tDCS의 효과의 기초가되는 생리적 메커니즘에 대한 이해를 높이기 위해 tDCS와 1 H-MRS 결합의 가능성을 강조. 그들의 행동 효과는 잘 연구되어 있고 직접 생리적 결과에 관련 될 수 있기 때문에, 그러한 M1 위에-tDCS 및 C-tDCS 임상 프로토콜의 사용은 유용하다. 따라서, 양자 TDC를 결합하기위한 표준 프로토콜S 및 1 H-MRS는 3 T MRI 시스템을 사용하여 건강한 참가자에서 입증된다. Bihemispheric tDCS는 일방적 cathodal 또는 일방적 anodal의 tDCS가 운동 피질 (34)에 걸쳐 적용되었다 이전 MRS 연구 데이터를 대조 표시됩니다. 이 프로토콜은 MEGA-PRESS 1 H-MRS를 수행하는 지멘스 3 T 스캐너에서 NeuroConn 자극기로 자극에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

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Protocol

이 연구는 단결 드 Neuroimagerie Fonctionnelle 몬트리올 대학의 연구 및 지역 사회 윤리 보드에 의해 승인 및 헬싱키 선언에 명시된 윤리 강령을 준수하여 이루어졌다. 모든 환자는 MRI 호환성을 위해주의 선별 다음의 동의서를 작성주고 재정적으로 참여 보상했다.

1. tDCS 자료

  1. 필요한 모든 재료가 실험을 (목록 그림 1 참조) 시작하기 전에 사용할 수 있는지 확인합니다.
    참고 : 다른 전극 크기는 tDCS 사용할 수 있습니다. 이 연구를 위해 두 개의 5 × 7cm 고무 전극이 사용됩니다. 다른 크기의 자극 면적과 자극 (48)의 소망 focality에 따라 선택 될 수있다.
  2. 장치 충전 또는 플러그 인에 뒤 수 없기 때문에 DC-자극기의 배터리가 충전되어 있는지 확인하여주십시오 주기적를 충전안전을 위해 링 자극.

자극에 대한 조건 2. 계획

  1. 장치에 포함 된 지침에 따라 tDCS 장치를 켭니다. (활성 및 사기) 두 개의 서로 다른 자극 모드에 대한 tDCS 장치를 미리 설정합니다.
  2. 일부 장치는 미리 설정 모드를 가지고 있지 않기 때문에, 자극을 시작하기 전에 적절한 모의 파라메터를 선택한다.
    1. 설정을 로딩하여 파라미터 세트를 사전 정의한다. 2 또는 4 주 메뉴 "시스템"옵션에서 선택할 수있는 버튼을 누릅니다 (그림 2 참조).
    2. 버튼 3을 눌러 디스플레이의 라인 2 커서를 이동합니다.
    3. "부하 설정은"디스플레이에 표시 될 때까지 버튼을 2 또는 4를 누릅니다. 버튼 3을 누릅니다.
    4. 버튼 2를 누름으로써 설정 (A, B, C 또는 D)의 문자를 선택 (4).
    5. 화면이 자동으로 "매개 변수"옵션을 표시합니다 1. 버튼을 위쪽으로 커서를 이동합니다.
    6. 다시 라인 (3)에 이동 버튼을 3 라인 4로 이동하는 버튼 2 4.를 눌러 장치의 화면 메뉴에서 옵션을 "페이드"를 선택하고 버튼을 눌러 버튼 1을 눌러 2 4 15 초에 지속 시간을 조정합니다.
      주 : 기간의 페이드가 수정 될 수 있습니다.
    7. 다시 라인 (3)에 이동 버튼을 3 라인 4로 이동하는 버튼 2 4.를 눌러 장치의 화면 메뉴에서 "페이드 아웃"옵션을 선택하고 버튼을 눌러 버튼 1을 눌러 2 4 15 초에 지속 시간을 조정합니다.
      주 : 기간의 페이드가 수정 될 수 있습니다.
    8. 라인에 다시 3 대가 이동 버튼 (1)을 눌러"기간"옵션은 디스플레이 메뉴에 표시 될 때까지 버튼을 2 또는 4이야. 4 행으로 이동하여 장치에서 사용할 수있는 최소 기간에 기간 조정 버튼 2와 4를 눌러 버튼 3을 눌러 (본 장치에 대한 15 초를, 그림 3B).
      참고 :이 활성 자극과 유사한 따끔 거림 감각을 유도 할 것이다.
  3. 설정의 변경 사항을 저장하는 동시에 버튼 1과 3을 누릅니다.
  4. 사전 프로그램 활성 자극 매개 변수를 설정합니다. 이렇게 가짜 자극의 설정과 동일한 지침을 따르하지만, 1200 초 동안 프로그래밍하려면 (; 그림 3a 참조 20 분).
  5. 사전 프로그램 테스트 자극 매개 변수를 설정합니다. 이렇게하려면, 가짜 자극의 설정과 동일한 지침을 따르하지만 45 초 지속 시간을 프로그래밍합니다.
    주 : 시험 자극은 실험 전에 임피던스의 측정을 위해 사용될 것이다.
  6. 의사-RANdomly 참가자들에게 자극의 조건을 지정합니다.
  7. 1) 양자 : 블라인드 실험의 세 가지 조건 중 각각에 번호를 할당 anodal 오른쪽 cathodal 왼쪽; 2) 양자 : anodal, cathodal 좌우; 3) 가짜 : anodal 오른쪽 cathodal 왼쪽.

3. 참가자 동의

  1. 절차의 참가자를 알리고 동의서에 서명.
    1. 참가자 tDCS에 대한 금기 사항이없는 것을 확인합니다 정신과 또는 신경 학적 역사, 페이스 메이커의 존재가, 금속 두개골에 이식, 실신의 역사, 발작의 병력, 약물 남용, 발작의 가족력의 역사, 열성 발작, 앞 밤에 수면 부족, 피부 감도의 역사, 및 알코올 소비 전날의 역사.
    2. tDCS의 대부분의보고 된 부작용의 참가자 통보 : 가벼운 따끔 거림을; 적당한 피로; 전극에서 가려움증의 빛 감각; 근소한타는듯한 느낌.
  2. 보통 MR의 금기 사항 및 부작용의 참가자를 알립니다.

전극 배치 4. 측정

  1. 참가자 머리에 다음과 같은 랜드 마크를 찾기 위해 10/20 국제 시스템을 사용 nasion 및 inion (그림 4a), preauricular 점, 두 대상 지역 : C3와 C4 (그림 4B).
    1. 두 눈 사이의 수준에서 코의 다리에있는 별개의 우울 영역으로 nasion을 찾습니다. 두개골의 아랫 부분에있는 후두골의 가장 눈에 띄는 투사로 inion를 찾습니다. 각각의 귀 근처 preauricular 점을 찾습니다; 그것은 광대뼈 노치 위의 들여 쓰기입니다. 아래에 설명 된대로 측정을 기반으로 C3와 C4를 찾습니다.
  2. 헤드의 정중선을 따라 nasion 및 inion 사이의 거리를 측정하는 측정 테이프를 사용하여 거리 재치의 50 % 마크를 만들하 비 영구적 인 수력 마커.
  3. 두 preauricular 점 사이의 거리를 측정하고 이전의 표시가있는 라인에서의 거리의 50 %가 아닌 영구적 인 하이드로 마커로 표시를 확인하기 위해 측정 테이프를 사용합니다. 이 점은 Cz에 (정점)에 해당합니다.
  4. Cz에에서 preauricular 점 사이에 생성 된 라인을 따라, 총 거리의 20 %에 해당하는 비 영구적 인 수력 마커, 두 지점, 각면에 하나를 표시합니다. 이들 마크는 타겟 영역 (C3와 C4,도 4b)에 대응한다.
    참고 사항 : TMS 또는 neuronavigation 같은 다른 방법도 M1을 지역화하는데 사용될 수있다.

전극 5. 배치

  1. 자극되는 대상 지역에서 멀리 가능한 한 많은 머리를 이동합니다. 대상 지역을 청소하는 솜 면봉으로 EEG 형 엑스 폴리 에이 팅 젤을 적용합니다.
  2. 전극 접촉을 향상시키기 위해 70 % 이소 프로필 알코올 경 석 준비하고 패드와 대상 영역을 청소합니다.
  3. 넉넉한 EEG 형 전도성 페이스트 전체 전극을 커버한다. 붙여 넣기가 전체 표면에 걸쳐 두께 약 5mm 있는지 확인하십시오. 전체 고무 영역 붙여 넣기로 덮여 있는지 확인합니다. 가볍게 대상 지역과 식염수 용액으로 전극에 도전성 페이스트를 젖은.
  4. 도 4b에 도시 된 바와 같이 전극의 위치를 단단히 타겟 영역 상에 전극을 누른다. 전극의 최적 안정성을 보장하는 참가자의 머리 주위로 고무줄을 놓는다. 참가자가 스캔 세션 중에 통증이나 불편 함을 경험하지 않습니다 같은 방법으로 조정합니다.
  5. 리드가 잠재적 인 화상을 방지하기 위해 피부에 접촉하지 않도록해야합니다.

스캐너 룸 외부 6. tDCS 테스트

  1. 전극 케이블과 저항의 적절한 기능을 확인하기 위해 멀티 미터를 사용합니다.
  2. tDCS 장치의 전원을 켜고 테스트 자극 설정을로드합니다. 2 또는 4 주 메뉴 "시스템"옵션에서 선택 버튼을 누릅니다. "부하 설정은"디스플레이에 표시 될 때까지 버튼 3. 버튼을 눌러 2 또는 4를 눌러 디스플레이의 라인 2 커서를 이동합니다. 버튼을 눌러 사전 프로그래밍 된 테스트 설정 (A, B, C 또는 D)의 문자를 선택하십시오 버튼을 누르면 2 또는 4.
  3. 자동으로 "매개 변수"옵션이 표시됩니다 표시 1. 버튼을 위쪽으로 커서를 이동합니다. 첫 번째 줄에 버튼 2. 디스플레이됩니다 눌러 "자극을?" 다른 사전 프로그램 매개 변수.
  • 자극을 시작하는 버튼 1을 누릅니다. 디스플레이는 임피던스 레벨을 표시하고 자동으로 20 kΩ 이상에 도달하면 중지됩니다. 임피던스 레벨 20 kΩ의 위에있는 경우, 내부 상자로부터 전극 와이어를 뽑고 전극의 위치를​​ 확인하기 위해 스캔 룸을 종료.
  • 테스트 자극을 다시 실행. 때 impedan의 좋은 수준CE를 달성하여 테스트 자극이 끝나면, 내부 상자로부터 전극을 분리한다.
  • 7. tDCS 설정

    1. 도 5에 도시 된 바와 같이, tDCS 장치와 스캐너 제어실 바깥 상자를 배치했다.
      주 : tDCS 장치와 외부 상자 호환 MR 아니며 자석 환경으로 간주되지 않아야한다.
    2. tDCS 장치에 외부 상자 와이어를 연결 한 다음 외부 상자에 긴 상자 케이블을 연결합니다.
    3. MRI 실에 스캐너 제어실 tDCS 박스 케이블을 실행. MRI 스캐너의 뒤쪽으로 MRI 실의 벽을 따라, 어떤 단점을 보완 또는 루프를 피하고, 가능한 똑바로이 케이블을 실행해야합니다. 그림 5와 같이, 안정성을 보장하기 위해 케이블에 여러 MR 호환 모래 주머니를 넣어.
    4. (그림 5) MRI 방으로 내부 상자를 가져오고 그것으로 긴 상자 케이블을 연결합니다.

    8. MRI 스캔 홍보eparation

    1. 아니 이미의 tDCS 테스트에서 경우, MRI 실을 입력 참가자를 물어 귀마개에 넣어.
    2. MRI 테이블의 코일 영역 아래 얇은 쿠션을 넣어. 테이블에 누워 참가자를 요청합니다. 필요한 경우에 완벽 함을 기하기 위해 참가자와 담요의 다리 아래에 쿠션을 넣어. 참가자에게 보안을 위해 알람 버튼을 제공합니다.
    3. MRI 실에서 참여자 스캐너 제어실로부터의 정보의 송신을 허용하도록 양쪽 귀 위에 별도의 헤드폰을 넣어.
    4. 헤드 코일 (코일이 배치 될 테이블의 상부에 가능한 한 가깝게 정수리)에 위치 될 영역 아래 가능한 한 높은 참가자의 머리를 위치. tDCS 장치 회사에 의해 권장되는 바와 같이, 참가자의 헤드의 우측에 전극 와이어를 넣어.
    5. 참가자의 머리 주위 32 채널 수신 전용 코일을 놓습니다. 을 통해 전극 케이블을 실행코일의 오른쪽. (내장 된 스캐너의 기능) 빨간색 위치 레이저를 이용하여 가능한 똑바로 참가자의 머리를 놓습니다.
    6. 손으로 만지지 않도록하면서, 편안한 자세로 팔과 다리를 이동하는 참가자에게 물어보십시오. 전체 세션 동안으로 여전히 가능한 한 유지하기 위해 참가자를 생각 나게해야합니다. 참가자가 준비되면, 스캐너의 뒷면에 전극 와이어를 도달 중간 배관지나 테이블을 이동.
    7. 코일의 후면의 우측 상에 전극 케이블 안정화 의료용 테이프를 사용한다. tDCS 내부 상자에 스캐너 내부에 전극 와이어를 연결합니다. 최대한의 안정성을 위해 그것에 모래 주머니와 스캐너의 오른쪽에있는 내부 상자를 넣습니다.
    8. 최종 위치로 테이블을 다시 이동합니다. tDCS 계속 켜져 및 전극 전체 MRI 세션에 대한 외측 상자에 연결.

    9. 전 tDCS 1 H-MRS 세션

    헤드의 적절한 위치를 확인하고 전체적인 움직임을 확인하는 세션이 끝날 때 획득 될 번째 로컬 라이저 비교하는데 필요한 화상을 획득하기 로컬 라이저 시퀀스를 실행.
  • M1 복셀 가능한 구조적 이상 검출의 위치에 대한 해부학 T 1 -weighted MPRAGE 이미지를 취득 (T R = 2300 밀리 초, T E = 2.91 밀리 초, FA : 9 °, FOV = 256 X 256mm 256 X 256 매트릭스 ; T I : 900 밀리 초 176 조각; 방향 : 시상, 획득 시간 : 4 분 12 초).
  • 분광 볼륨의 관심 (VOI)의 시각화를위한 더 적합 비행기에 이미지의 멀티 플래너 재구성을 수행합니다.
    1. 3D 카드에서 MPRAGE RAW 이미지 (시상 방향)을 찾습니다. "창조 병렬 범위"창에서 "축 × 2"를 선택합니다. 평행선의 위치를​​ 조정하고 축 직교 뷰를 생성하려면 저장을 클릭합니다.
    2. "창조 병렬 범위"창에서 "관상 × 2"를 선택합니다. 평행선의 위치를​​ 조정하고 관상 직교 뷰를 생성하려면 "저장"을 클릭합니다.
  • 세 방향의 조각에 Yousry에 따라 왼쪽 M1 및 협력자 '49 해부학 적 랜드 마크를 찾습니다. 이어서, 스캐너의 축에 대하여 임의의 각 형성 (도 6)없이 영역 VOI (30 X 30 X 30mm 3) 위치.
  • 라인 폭 스캔 (21 S)을 취득.
    1. 이 선폭 스캔에서 신호의 실수 부에 물 선폭을 측정하는 분광 카드를 선택한다. 브라우저에서 라인 폭 원시 데이터를로드합니다. 라인 폭 측정 프로토콜 (프로토콜 메뉴 : 프로토콜을 선택)을로드합니다.
    2. 스캐너 소프트웨어 대화식 후 처리 도구를 사용하여 위상을 조정한다. 위상 보정 섹션을 선택하고 커서 기준에 대한 위상을 조정합니다.
    3. 선폭을 감소시키기 위하여,FAST (EST) MAP (50) 순서를 세 번 실행합니다. 라인 폭 스캔과 라인 폭 측정 (단계 9.5)을 반복합니다. 최종 물 라인 폭을합니다.
  • 증기 (51), (51) FIDS의 개별 스토리지를 OVS MEGA-를 순서대로 44, 45,와 함께 사용할 수 있습니다 (인터리브 32 "편집 OFF"및 32 "편집 ON") (64) 대사 스캔의 4 블록을 시작합니다 (T R = 3 S, T E = 68 밀리 초, 총 수집 시간 : 12 분)
  • 증기 억제 ( "만 RF OFF")와 0 ppm에서 델타 측정과 MEGA 물 억제하지 않고 MEGA-를 순서대로 사용하여 물 참조를 취득. (42 초 획득 시간) 대신에 64의 4 대사 산물 검사의 단일 블록을 획득.
  • 10 tDCS 절차

    1. tDCS 자극이 시작되고 스캐너가 전체 자극에 대한 침묵 것을 참가자에게 알리십시오.
    2. 두 이전에 음식물의 하나를 선택자극 조건과 시작에 따라 매개 변수를 받힌. 자극의 20 분 동안 임피던스 및 전압을 추적합니다. 자극이 종료되면, 이후의 MRS tDCS 세션이 시작될 것이라는 참가자 통지. tDCS 장치를 끄지 마십시오.

    11. 사후 tDCS 1 H-MRS 세션

    1. 사전 tDCS 스캔하지만 인수의 더블 블록으로 MEGA-를 순서와 같은 대사 산물 검사를 실행합니다 (64 스캔 8 블록 (32 "EDIT OFF"및 32 "편집 ON", 인터리브)) 두 가지에 대사를 취득 다른 시간 후 tDCS를 가리 킵니다.
    2. 사전 tDCS 세션과 마찬가지로 동일한 매개 변수를 사용하여 물 기준 스캔을 획득. 로컬 라이저 순서로 세션을 마칩니다.
    3. 시각적 머리 움직임의 지표로 스캐닝 세션의 시작과 끝에서 취득한 로컬 라이저 이미지를 비교한다.
    4. 보기 카드에 액세스하고 브라우저 메뉴로 이동합니다. 첫 번째 지역 두 번째를 선택izer RAW 이미지. 보기 카드에서 이미지를로드하고 두 이미지를 비교. 서버를 통해 DICOM 형식으로 데이터를 내 보냅니다.

    1 H-MRS 12. 데이터 분석

    1. 프로그래밍 및 처리 소프트웨어를 사용하여 데이터 가져 오기, 그리고 PPM 2.85 사이 3.40 TCR과 TCHO 신호를 사용하여 개별적으로 저장 FIDS의 주파수와 위상을 조정합니다. 이를 위해, 세션의 평균 스펙트럼을 주파수 및 개별 푸리에 변환 FIDS (스펙트럼)의 위상에 맞게 소프트웨어의 lsqnonlin 함수를 사용한다.
      참고 :이 사이트 별 접근과 반드시​​ 데이터 품질에 영향을주지 않습니다 데이터를 가져 오기 및 분석을위한 다른 방법이다.
    2. 4.7 ppm으로 7.5 ppm으로 ( "OFF 편집")에 적용 및 1.9 ppm으로 4.7 ppm으로 ( "EDIT ON") (그림 7에서 한 선택적 이중 줄무늬 펄스 대체 검사에서 신호를 빼기, 최종 스펙트럼을 얻으려면 ).
    3. 사용 LCModel (52)모두 차이의 분석과 "편집 OFF"스펙트럼합니다. 기본 시뮬레이션과 기본 모델링을 비활성화합니다.
    4. 어깨 밑 지질 신호로부터 오염과 세션을 배제하는 스펙트럼의 육안 검사를 수행 (F의 igure 9 참조).
    5. 품질 관리의 일환으로, TCR-CH 3 Hz에서 10 위의 선폭과 스펙트럼을 제외 할 수 있습니다. 35 %보다 낮은 크레이머 - 라오 하한 (CRLB)으로 정량화 된 분석 대사 물질 (GABA, GLX, TCR, tNAA)에 포함.
      참고 : CRLB는 대사 산물의 정량화 예상 오류를 제공합니다. CRLB> 50 %는 신뢰할 수 없습니다 및 LCModel 설명서에 의해 추천 차단합니다. 결과를 해석 할 때 필드에 많은 표준 CRLB보다 낮은 35 %를 사용했다. 53-55을 또한 CRLB 명심해야한다.
    6. "EDIT OFF"와 "모두에서"OFF 편집 "스펙트럼과 tNAA에서"DIFF "스펙트럼, TCR에서 GABA 및 GLX 정량화를 얻습니다; DIFF "TCR 위에 비 같은 관심 상이한 대사 익스프레스 농도 GABA와 GLX 들어에서 분자와 분모 (tNAA 사용 상이한 기저 집합을 고려하여 다음 기 평균 된 보정 계수에 의한 비율을 곱한다.." DIFF "스펙트럼"의 스펙트럼 / tNAA "EDIT OFF).
      참고 : 참고 : GABA 및 GLX 농도는 물이나 NAA 신호를 사용하여 정량화 할 수있다.

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    Representative Results

    그림 6은 모든 MRS 대책되었다 M1 손의 표현에 위치한 VOI의 위치를 보여줍니다. 그림 6D에서 3D 시각화 추정 일차 운동 피질을 통해 두피에 위치 tDCS 전극의 명확한 표현을 보여줍니다. 7은 담당자 "EDIT OFF"와 차이가 M1에서 획득 ( "DIFF") 스펙트럼을 그림. GLX, GABA + MM뿐만 아니라 NAA에 대응하는 피크가 명확하게 알 수있다.

    그림 8은 단일 참가자의 세 가지 조건에 대한 MRS 획득 사전 tDCS 및 사후 tDCS 사이의 변화의 비율을 보여줍니다. 포스트 tDCS 세션의 결과는도 8a. 시간이 지남에 따라 변화의 진화를 설명하기 위해 두 개의 시점으로 분리 GLX에 대한 변화의 비율을 보여줍니다된다. 가짜 자극, GLX 농도 표시 주목할만한 변조. 양자 stimu 들어만큼은 1 (왼쪽 anodal 오른쪽 cathodal), 다시 GLX의 주목할만한 변조는 관찰되지; 그러나, 시간에 따른 농도의 변조는 가짜 자극에서 관찰되는 것과 반대이다. 마지막으로, 양자 자극이 (왼쪽 cathodal 오른쪽 anodal)에 대해 유사한 패턴은 가짜 자극하지만 자극 다음 두 번째 점에서 GLX 농도의 주목할만한 향상으로 관찰된다.

    도 8b는 자극의 조건과 관련하여 GABA의 농도 변화의 비율을 나타낸다. 가짜 자극, GABA 농도를 표시 주목할만한 변조. 그러나, 약간의 감소는 두 시점에서 관찰된다. 가짜 자극 다음 GABA의 변조는 GLX보다 더 중요하다 ,. 반면, GABA 농도의 현저한 증가는 양측 자극 한 (좌측 애노드, 캐소드 오른쪽) 후에 두 번째 시점에서 볼 수있다. 변화의 마지막으로, 유사한 패턴가짜 자극에 양자 자극이 (왼쪽 음극 오른쪽 양극)에 대한 관찰된다.

    도 9는 두 개의 서로 다른 참가자들로부터 얻어진 스펙트럼을 나타낸다.도 9a는 허용 가능한 지질 신호 양질의 스펙트럼을 나타낸다.도 9b도 육안 후 제외 하였다 큰 지질 신호와 스펙트럼을 나타낸다. 마지막으로,도 10은 5mm 참가자 운동 다음 관심 복셀의 위치의 변위를 나타낸다.

    그림 1
    그림 1 : 재료. 1) 식염수; 2) 전도성 페이스트; 3) 전극 젤; 4) 알코올 패드를 준비하고; 5) 테이프를 측정하는 단계; 6) EEG 연필; 7) 고무 밴드; 8) 내부 상자; 9) tDCS 장치; 10) 외부 상자; 11) 내부 상자 케이블; 12) 외부 상자 케이블; 13) 전극; 14) 긴 상자 케이블


    그림 2 : 본 프로토콜에서 사용되는 특정 tDCS 장치의 버튼의 위치의 tDCS 장치의 이미지. 이 버튼은 다른 설정을 미리 설정하는 데 사용됩니다.

    그림 3
    그림 3 : tDCS 조건의 시간 코스. 활성 tDCS 조건 A) 시간 코스. 사전 tDCS 대사 산물 수집 한 후, 메사추세츠에 도달 1의 강도까지 tDCS 장치 및 램프 업 (ramp-up) 15 초에 대한 현재의 전원을 켭니다. 0mA의 강도까지 20 분 및 하강 램프 15 초 동안 전류가 도달 대한 자극. tDCS 장치를 끄고 후 자극 대사 산물 수집을 진행하지 마십시오. B) 가짜 tDCS 조건의 시간 코스. 사전 tDCS 대사 산물 수집 한 후, tur로1mA의 세기까지 tDCS 장치 및 램프 업 (ramp-up) 15 초 동안 전류에 n을 얻을 수있다. 0밀리암페어의 강도까지 15 초 (현재 장치에서 사용할 수있는 최소 시간) 및 램프 다운 15 초 동안 전류 자극하는 도달. 20 분 동안 기다립니다. tDCS 장치를 끄고 후 자극 대사 산물 수집을 진행하지 마십시오.

    그림 4
    도 4 : 전극 위치 A) C3과 C4의 식별을 위해 사용되는 시스템의 국제 10/20 건축물. 정점 (CZ)은 nasion 및 inion 및 preauricular 두 점 사이의 거리의 50 % 사이의 거리의 50 %에 상당한다. B) C3 및 C4는 꼭지점으로부터 측정 preauricular 점 사이의 총 거리의 20 %에 해당한다. 두 전극 사이의 거리의 최소 8cm를 남겨해야합니다.


    그림 5 : MR 룸의 개략도. MR 검사 및 콘솔 객실에서 재료의 배치. 이는 양질의 MR 신호를 얻기 위해 및 안전을 위해 상기 장치의 다른 부분의 위치 결정을위한 프로토콜을 수행하는 것이 필수적이다.

    그림 6
    그림 6 : VOI 배치. (A) 시상, (B) 코로나, 및 (C)의 축 슬라이스 M1의 좌측 영역에 걸쳐 VOI의 위치 (30 X 30 X 30mm 3). 전극의 위치 결정의 3 차원 시각화가 (D)에 나타낸다.

    그림 7
    그림 7 : 1 H-MRS 대사 산물 spectr음. 대표 (A) "편집 OFF"와 (B)의 차이 원시 데이터, LCModel의 착용감과 잔차를 포함 MEGA-를 순서대로 44, 45으로 얻은 ( "DIFF") 스펙트럼. CR : 총 크레아틴 (크레아틴 + 포스 포 (CR-CH 3 + PCR-CH 3)); NAA : N 아세틸 아스파 테이트 + NAAG (sNAA + NAAG); GLX : 글루타민산 + 글루타민 (글루 + 올리고 펩타이드); GABA + MM : γ - 아미노 산 + 고분자

    그림 8
    그림 8 : 하나의 주제에 대한 GLX와 GABA에 양자 tDCS의 효과. A) GLX 농도에 tDCS의 효과는 세 가지 조건에 대해 표시됩니다. 결과는 사전 tDCS 수집 및 두 개의 포스트 자극 인수 사이의 변화의 비율로 표시된다. B) GABA 농도에 tDCS의 효과는 세 가지 조건에 대해 표시됩니다. 결과는 차의 백분율로 표시된다사전 tDCS 수집 및 두 개의 포스트 자극 인수 사이의 NGE. 가짜 : 양자, 양자 간 1 : 왼쪽 양극, 음극 권리; 양자 간 2 : 왼쪽 음극, 양극 권리

    그림 9
    그림 9 : 스펙트럼의 육안 검사) 좋은 품질 데이터의 예. 그림은 지질의 허용 가능한 양 "편집 OFF"와 "DIFF"스펙트럼을 보여줍니다. 5.6 Hz에서 : 3 ppm에서 TCR-CH 3의 14 % LW : GABA 신호의 56 CRLB "DIFF"스펙트럼의 분석 SNR. 참가자의 과도한 이동으로 인한 데이터의 품질 불량 B) 실시 예. 그림은 "편집 OFF"와 "DIFF"스펙트럼을 보여줍니다. 3 ppm에서 TCR-CH 3의 47 % LW : GABA 신호의 39 CRLB "DIFF"스펙트럼의 분석 SNR 4.4 Hz에서


    도 10 : 5mm의 이동 후 (A)과 시상 (B)에서 M1 관상 슬라이스의 좌측 영역에 걸쳐 VOI의 이동 위치 (30 X 30 X 30mm 3) 후 VOI 위치. 두개골과 상자에 수막의 포함은 스캔의 지질의 포함과 배제로 이어질 것입니다. 빛 회색 사각형은 VOI의 초기 위치를 보여줍니다.

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    Discussion

    목표 본 논문은 3 T 스캐너를 사용하여 결합 tDCS 1 H-MRS위한 표준 프로토콜을 설명합니다. 다음 섹션에서는 방법 론적 요인이 논의 될 것이다.

    중요한 단계
    금기 상영
    실험에 이전, 그것은 tDCS 1 H-MRS의 사용에 관한 금기에 대한 스크린 참가자들에게 매우 중요하다. 다음의 제외 기준의 사용은 tDCS 권장 : 정신과 또는 신경 학적 역사, 심장 박동의 존재, 두개골에 이식 금속 조각, 실신의 역사, 발작의 병력이나 약물 남용의 역사를. 왼쪽 M1 만 대사가 획득되기 때문에,이 연구에서 왼손잡이 참가자를 배제하는 것이 좋습니다. 사실, 최근의 연구는 손 선호도에 따라 우세 및 비 우세 반구 사이의 차동 반구 억제를 보여 주었다자극 (15)의 효과를 조절할 수있다. 또한, 실험을 시작하기 전에, 두피에 어떤 병변의 유무를 확인하여, 피부 질환 (56)을 부탁드립니다. 병변의 존재가 있으면, 직접 환부에 자극을 피하려고. 또한 자극 57 후 피부를 검사하는 것이 좋습니다. 또한, 전극 몽타주 사용 제품의 모든 알레르기의 존재를 화면. 1 H-MRS를 들어, 배제 기준은 체내에서 금속의 존재 여부를 사전 수술주의 선별을 포함하는 임의의 자기 공명 영상 연구와 동일해야한다.

    이 참가자가 tDCS 자극하는 동안 불편 함을 느꼈다 있는지 확인하는 것도 중요하다. 또, 실험 후, 참가자는 부작용에 ​​대해 질문해야한다. 그것은 프로토콜과 관련하여 자신의 존재를 정량화하기 가장보고 된 부작용을 포함하여 기록 형태를 사용할 수있다 (58 참조예). 보고 된 대부분의 부작용은 가벼운 따끔 거림 (70.6 %), 보통 피로 (35.3 %), 전극에서 가려움증의 가벼운 감각 (30.4 %), 약간의 작열감 (21.6 %), 58이다.

    운동 공예품 감소

    이러한 데이터 (59)의 품질에 영향을 미치는 주요 요인 중의 하나이기 스캐너 참가자의 운동은 1 H-MRS 동안 중요한 문제이다. 도 10에 도시 된 바와 같이, (5 mm의 1mm)에서 피사체의 이동에 따라서 데이터의 품질을 변경 스펙트럼에서 큰 지질 신호로 이어질 수 있으며, 결과적으로, 데이터로부터이 취득 배제. 따라서 신중 전체 스캔 중에 참가자 헤드 안정성의 중요성을 설명하기 위해 중요하다. 스캐너에서 참가자의 위치 결정 동안, 추가적인 이동을 방지하기 위해 가장 편안한 위치를 찾을 수있는 피사체를 보는 것이 중요하다. 지속VOI의 위치 보내고, 그것을 스캔 침묵에도 여전히 유지하는 것이 필수적이다 참가자 통지하는 것도 중요하다.

    또한, 실험 기간은 움직임의 총량을 최소화하기위한 중요한 요소이다. 우선, VOI의 배치 좋은 품질의 이미지를 얻기 위해 가능한 짧게되지만 충분히 길게 해부학 시퀀스에 대한 최적의 길이를 사용하는 것이 중요하다. 둘째, 대사 취득 짧은 시퀀스의 사용은 tDCS 전에 추천. 셋째, 자극 효과의 시간 코스를 캡처하기 위해, 자극 후 취득 긴 시퀀스의 사용이 권장된다. 넷째, 사전 비교 및​​ 사후 실험 로컬 라이저 이미지는 참가자의 움직임을 추정 할 수 있습니다.

    분석
    MEGA-를 순서대로 44, 45은 지역화, 물이 억제 얻기 위해 사용하고 스펙트럼을 편집됩니다. 보도에 공간 지역화 (90)를 사용하여 수행됩니다6; 해밍 필터링 동기 펄스를 (대역폭 시간 제품 = 8.75, 기간 = 2.12 밀리 초, 대역폭 (FWHM) = 4.2 KHZ)와 두 개의 180 ° 마오 펄스 (지속 시간 = 5.25 밀리 초, 대역폭 = 1.2 kHz에서). 모든 현지화 펄스는 3 ppm으로 실행됩니다. 선택적 이중 줄무늬 180 Shinnar 르 루 펄스는 7.5과 4.7 ppm으로하여, 1.9에서 GABA의 β-CH 2, 4.7 ppm의 교호의 공진 주파수를인가한다. 최적화 된 휴식 지연 (증기) 및 외부 볼륨 억제 가변 전원을 사용하여 추가 물 억제, (50)는 인간의 3 T 시스템에 대한 적응과 MEGA-PRESS 이전 통합과 물을 억제하고 VOI의 현지화를 개선하는 데 사용됩니다했다 OVS. 선택적 펄스가 1.9 ppm에서인가되는 경우, 1.9 ppm에서 공진 펄스의 대역폭 내 공명 GABA ( "EDIT ON")의 γ-CH 2 공진의 집속을 일으키는 반전. 선택적 펄스가 7.5 ppm에서인가되고, 통상의68 밀리의 T E에서 pectrum 변조 GABA 단계의 γ-CH 2 공명 ( "편집 OFF")을 얻을 수있다. GABA의 삼중과 총 크레아틴 (크레아틴 + 포스 포) 공명 ( "DIFF")의 취소의 외부 라인을 선택적으로 관찰에서 다른 검사 결과에서 신호의 뺄셈. 인해 반전 펄스의 대역폭, NAA, 글루 + Gln도 및 거대 분자의 추가적인 공진 또한 관찰된다. 전체 프로토콜은 네 개의 인터리브 인수로 분할되고, 주파수 인해 하드웨어 주파수 드리프트를 최소화하기 위해 각 주사 전에 업데이트된다. 인터리브 수집 및 단일 FID 스토리지는 후 처리에서 주파수 및 위상의 보정을 허용한다.

    프로토콜에 기재된 분석 방법은 모델 스펙트럼의 선형 조합으로서 실험 스펙트럼의 최적의 계산을 허용한다. 의 기초 세트의 모델 스펙트럼N의 -acetylaspartate (sNAA), 알라닌 (ALA), 아스 코르 베이트 (ASC), 아스 파르 테이트의 잔기 아세틸 (ASP : 「EDIT의 OFF "스펙트럼은 다음 밀도 행렬 형식주의 (59)에 기초하여 시뮬레이션 알려진 화학적 이동 및 J 커플(60), 및 포함 된 ), NAA의 아스파 테이트 부분 (mNAA), (CR-CH 2), CR의 CH 3 그룹 (CR-CH 2), PCR (의 CH 2 그룹 PCR-CH 2)의 CH 3 그룹의 CH 2 그룹 PCR (PCR-CH 2), GABA, 포도당 (Glc를), 글루, 올리고 펩타이드, glycerophosphorylcholine (GPC), 글리신 (은 Gly), 글루타치온 (GSH), 젖산 (락), 미오 -inositol (MI), N의 -acetylaspartylglutamate ( NAAG), 포스 포릴 (PCho) phosphorylethanolamine (PE), 실로 -inositol (SI), 타우린.

    "DIFF"스펙트럼에 대해 설정 한 근거는 NAA, GABA, 글루 및 올리고 펩타이드의 네 100 mM의 용액 (600 ml의 구형 유리 F의 실험적으로 측정 된 스펙트럼에서 생성 된lasks) 같은 매개 변수 및 생체 내 실험으로 스캐너를 사용하여. (2 mM의 TSP), 포름산 (각 용액을 별도로 K 2 HPO 4 (72 mM)을 KH 2 PO 4 (28 mM)을 아 지드 화 나트륨 (0.1 mM)을, 3- (트리메틸 실릴) -1- 프로판 술폰산 나트륨 염을 포함 ) 옵션, 증류수 200 mm이다. 기초 세트 스펙트럼이 37 ° C와 노력의 생리적 온도에서 취득한는 냉각 최소화하기 위해 만들어졌다 (~ 1 ° C 인수의 15 이내) 작은 물에 각각 배치하기 전에 큰 물 탱크에 팬텀을 예열하여 - 채워진 코일에 배치 된 플라스틱 컨테이너를 격리합니다. 그들은 대사 산물의 화학 시프트 영향을 미치므로 온도 및 pH는 분광법에서 특히 중요하다. 또한, 모두 "OFF EDIT"및 "DIFF"스펙트럼에 대해, 기준 세트를 사용하여 실험적으로 후두 피질에서 10 피험자로부터 측정 대사 - 널링 거대 분자 스펙트럼을 포함반전 복구 (반전 시간, T I = 760 밀리 초) (61) (T R = 2.7의 제외) 일반 MEGA-PRESS 수집과 같은 매개 변수를 사용하여 기술.

    팬텀 테스트
    로 강하게 첫 번째 참가자에 앞서이 연구되고 좋습니다 정확한 스캐너와 순서 매개 변수와 함께 참가자에 사용되는 tDCS 자극없이 100 mM의 GABA 팬텀의 절차를 테스트. 절차는 로컬 라이저 순서, 해부학 적 순서 (즉 MPRAGE), 라인 폭 스캔 및 16 "편집 ON"과 "편집 OFF"검사를 포함해야한다. 자극, 자극 매개 변수 나 스캐너가 변경되는 경우 반복해야합니다. 신호상의 인공물의 존재를 조사하기 위해, 하나와 tDCS 시뮬레이터없이 SNR의 변화 스펙트럼을 검토해야, 스파이크 및 특정 주파수에서 잡음 및 SNR 값의 존재 및 해부학 심상에 중요한 인위GES.

    의정서 가능한 수정
    1 H-MRS 파라미터
    1 H-MRS를 사용하여 대사 산물의 농도를 얻기 위해서는, 특정한 영역을 지역화 및이 볼륨 (35)에 신호를 여기하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 왼쪽 M1 위에 단일 VOI의 배치를위한 절차를 설명 하였다. 그러나,이 프로토콜에 대한 다양한 변형이 적용될 수있다. 대사 산물 농도의 성공적인 측정은 같은 전두엽 피질 (62) 등의 다양한 대뇌 피질과 피질 영역에서 증명 63, 소뇌 선조체 (striatum)를 해마와, 64 시각 피질 (66), 청각 피질 67 뇌교되었습니다. VOI의 크기도 관심 영역의 함수로서 달라질 수 있지만, 볼륨은 일반적으로 68 세 cm 3 내지 27의 범위이다. 그러나, 저농도의 대사 산물 SUC에게 농도를 얻기 어렵다복셀에서 GABA와 같은 H 20cm 3보다 작은. 중요한 문제는 두개골, 수막, 그리고 여분의 뇌 뇌척수액과 VOI의 접촉을 피할 수 있는지 확인하는 것입니다. 작은 두뇌에서, VOI는 왼쪽 측면 뇌실의 일부를 포함 할 수 있습니다. 이 경우, 심실의 포함은 두개골의 포함을 통해 바람직하다.

    또한, 선택한 취득 순서에 따라, 다른 대사 물질 (69)을 정량화 할 수있다. 때문에 대뇌 피질에 tDCS의 극성 별 효과 같은 포인트 - RE-해결 분광법 (PRESS) 순서 70 그러나 1.5 T.에서 GABA의 정량화를 허용하지 않았다, 에코 획득 모드 (STEAM) (71)을 자극 등의 이전 방법, 흥분은 모두 흥분 (글루타민산)과 억제 (GABA) 신경 전달 물질의 정량이 필수적이다. 본 프로토콜에서는 MEGA-PRESS 스펙트럼 편집 순서 44, 45의 사용이 나타났다, GABA를 포함한 주요 신경 화학 물질의 정량화를 허용한다 (그림 6 참조). 이러한 초단 TE MRS와 J로 GABA 정량을 허용 다른 시퀀스는, MRS는, 지난 몇 년 동안 (리뷰 41 참조)를 통해 개발 된 -resolved.

    대사 산물의 농도는 일반적으로 다른 대사 물질 (상대 농도)과 관련하여 비로서 표현되기 때문에 마지막으로 기준 대사 물질의 선택은 임상 인구 (69)를 채용 한 매우 중요하고, 특히 너무 연구. 그 농도는 인간의 뇌에서 비교적 안정한 것으로 밝혀로서 가장 일반적으로 사용되는 기준 대사, TCR 및 NAA이다. 그것은 외부 (예를 들면, 점선) 하나에 참조 요구 대사의 절대적 정량 또는 내부 신호 (예를 들면, 수분 신호) (68)를 사용하는 것도 가능하다 주목해야한다. 내부 물 기준의 사용은 추가가 필요티슈 보정 단계는 물의 농도와 완화 특성이 회백질, 백질 뇌척수액 (CSF) 사이에 차이가 있기 때문이다. (72) 조직 정정 모든 참가자의 VOI에서 추정 된 조직 조성물을 사용 또는 주제 특정 조직 조성물을 이용하거나 수행 될 수있다 분할 73. 또한, 그것은 tDCS 물 농도에 작은 영향을 미칠 수 유도 부종 이론적 위험을 운반 주목해야한다. 그러나 Nitsche 및 공동 (74)는 직접이 특정 문제를 평가하고, 전두엽 피질에 tDCS 다음과 부종의 증거를 보이지 않았다. 결과적으로, 물 기준의 사용 가능한 옵션으로 간주된다.

    tDCS 매개 변수
    다른 전극 ​​크기는 자극의 자극 영역과 75, 76의 원하는 focality에 따라 구를 사용할 수있다. 다 실바와 공동 (56) 1 H-MRS 다른 임상 집단에서 증상을 개선하는 것으로 나타났다 특정 tDCS 프로토콜의 작용 기전을 확인하는 데 사용할 수있는 유용한 기술이다. 전극 위치 및 자극 지속 기간 (프로토콜에 대한 설명 (77)을 참조 통증, 우울증, 이명, 파킨슨 병, 편두통, 및 알코올 중독의 치료에 사용되는 것과 같은 이러한 특정 tDCS 프로토콜의 효과를 조사하기 위해 변형 될 수있다 ). 또한 임피던스 레벨 20 kΩ의 이상이면, 장치는 자극 화면 임피던스 에러 메시지를 표시하지 않은 경우도있다. 높은 임피던스를 일으킬 수있는 다른 요인은 다음과 같습니다 전극에 도전성 페이스트의 1) 불충분 한 양; 전극 2) 불충분 한 압력; 3) 나쁜 공동(머리에 의한) 두피와 ntact; 대머리에 의한 두피 4) 증점제; 5) 연결에 문제가; 6) 배선에 문제가; (7) 자극기 문제; 8) 전극에 문제가.

    또한 tDCS위한 일차 운동 피질의보다 정확한 위치 파악 이루어질 수 있다는 점에 유의해야한다. 본 프로토콜에서, 10/20 EEG 시스템은 최대 전기장 프로젝션 및 precentral 이랑 내 (M1)의 실제 표현 사이에 약간의 어긋남을 소개 할 수있는, 사용됩니다. 이 문제를 회피하는 하나의 가능한 방법은 정밀 유도 TMS 근육 응답을 통해 M1에서 손 표현 현지화 경 두개 자기 자극을 사용하는 것이다. MR 스캐너의 근방 TMS 유닛의 가용성은이 가능성을 제한 할 수있다.

    tDCS의 안전 및 1 H-MRS
    tDCS의 안전
    여러 연구 tDCS임을 보여 주었다모두 비 임상 및 임상 인구 10 만 작은 부작용을 생산하는 안전한 신경 수식 기술. 사실, 간질 발작의 사례는 이제까지 tDCS 10 다음보고되고있다. 그러나 tDCS의 안전은 아직 어린이와 임산부 (78)에서 조사되어야한다.

    MR 호환 재료
    MR 스캐너 내부 자극 할 때주의를 기울여야합니다. MR 방하게 모든 물질이 호환 MR이어야 (도 1 참조). 때문에 tDCS 및 MR 스캐너에 의해 생성 된 전류 사이의 가능한 상호 작용, 본 프로토콜에 기재된 MR 시퀀스 동안 tDCS 항상 켜져 있어야하고, 전극으로 연결되어있는 것이다. 헤드 코일에서 와이어 감기하면 신호의 유물과 왜곡을 생성 할 수 있습니다. 또한, 전선의 부적절한 연결은 잠재적으로 참가자를 구울 정도로 강한 전류를 생산할 수있는 <SUP> 79. 이것이 불필요한 고전압 자극을 일으킬 수로서 마지막으로, 전류가 흐르는 동안 전극을 분리하지 것이 중요하다.

    tDCS-MRS의 기술
    MRS와 함께 tDCS를 사용하면 더 신경 수식이 비교적 새로운 기술로 뇌 활동의 변조를 기본 메커니즘을 이해할 수있는 가능성을 제공한다. 그러나, 기술의 몇 가지 제한 사항이 해결되어야한다. 먼저, tDCS에 사용 전극은 보통 약간 큰이며 자극 효과는 뇌 조직의 넓은 공간적 범위를 커버하도록 여겨진다. MRS 획득 관심의 작은 복셀로 제한된다는 사실과 결합, tDCS-MRS은 뇌의 흥분 추정 광범위한 변조 불구 외접 공간적 효과의 평가를 허용한다. 이 문제를 회피하는 하나의 가능한 방법은 뇌 전체에 분포 여러 관심 복셀을 사용하는 것이다. 그러나, 이것은 시그마 것심하게 저 이미 본 기술의 주요 제한 사항입니다 실험 세션의 지속 시간을 증가시킨다. 참가자 준비를 고려할 때 실제로, 사전 tDCS MRS, tDCS 개입 및 사후 tDCS MRS는 전체 세션은 쉽게 최대 두 시간 지속될 수 있습니다. 하나의 대사 물질의 농도에 tDCS 효과의 시간 경과에 매핑하기를 원하는 경우 재생 시간도 증가 할 수있다.

    실험 기간과 관련된 중요한 문제는 참가자 스캐너 후 전극 임피던스가 증가 할 가능성이있다. tDCS 쉽게 전극 배치 후 더 그 45 분 시작할 수 있기 때문에, 페이스트 애플리케이션이 최적이 아닌 전극 단단히 충분히 유지하지 않으면 자극 전극 서서히 참가자의 두피에 대한 접착 성을 잃게 될 우려가있다. 임피던스 20 kΩ 이상에 도달하면, 자극은 가능하지 않으며 학습자는 문제를 해결하기 위해 스캐너로부터 제거 될 필요가있을 것이다. 일 이후전자 기술 된 절차는 관심의 복셀의 중요한 변위를 만들 수 있습니다 스캐너에서 참가자를 제거, 같은 지역 사전 및 사후 tDCS의 여러 스캔을 포함한다. 이 검사에 임피던스가 직전에 테스트하고 전극을 설치할 때 상당한주의를 기울하는 것이 매우 중요합니다.

    이론적 tDCS의 전류 흐름은 MR 신호의 아티팩트를 생성 할 수있다. 안탈 협력자 (80)는 기능 자기 공명 영상의 품질에 (등으로 자극하지 않고, 함께 전극없이) 다른 tDCS 조건의 영향을 측정하여 이러한 우려를 조사 하였다. 그러나, 우리의 지식으로 인해 스캐너 tDCS 장치의 존재 분광 신호에서의 인공물의 존재를 아직 평가되어야한다.

    마지막으로, 치료는 전극 케이블의 저항에 관하여주의를 기울여야한다. MR 필드 따라서 preventin, 저항이 손상 될 수 있습니다G 자극. 만약의 경우를 대비하여, 저항은 이전의 모든 MRS 세션에 스캐너 환경 외부에서 테스트해야합니다. 또한, 20 kΩ 이상의 임피던스는 자극과 함께 초기 또는 실제 문제를 반영 피부 반응과 높은 임피던스로 이어질 수 있습니다. 따라서, 자극 전에 모든 MRS 세션에 스캐너 방 밖에 체크 모든 참가자 및 임피던스 수준하기 전에 반드시 확인해야합니다.

    결합 tDCS 1 H-MRS는 뇌의 신진 대사에 임상 적으로 사용 치료의 효과의 정량적 측정을 제공하는 강력한 도구입니다. tDCS 효과 생리기구가 제대로 이해 남아 바와 같이, 이러한 프로세스에 빛을 발산 할 수 복합 방식에 대한 필요성이 존재한다. 뇌졸중 27,30,31과 우울증 (81) 등의 병변에 대한 임상 도구로 tDCS에 대한 관심이 최근 급증과 함께, 그것은 MRS와 tDCS의 조합이 중요 할 것이 분명하다도구는 더 나은 tDCS의 치료 효과를 이해합니다. 또한, tDCS-MRS는 환자 tDCS에 임상 적으로 대응할 수있는 더 좋은 기회를 확인하려면 초기 도구로 역할을 할 수있다. 이러한 마커가 발견되면, tDCS-MRS는 tDCS 개입 환자를 등록하기 전에 선별 검사로서 이용 될 수있다.

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    Disclosures

    저자가 공개하는 게 없다.

    Acknowledgments

    이 작품은 건강 연구의 캐나다 연구소와 자연 과학 및 캐나다의 공학 연구위원회에서 보조금에 의해 지원되었다. ST는 건강 연구의 캐나다 연구소에서 그리고 Vanier 캐나다 대학원 장학금에 의해 지원되었다. MM은 생명 공학 연구 센터 (BTRC) 보조금 P41의 RR008079과 P41의 EB015894 (NIBIB) 및 NCC P30 NS076408의 지원을 인정합니다.

    우리는 로맹 Valabrègue (센터 드 NeuroImagerie 드 공들인 - CENIR, 파리, 프랑스) 인정하고 싶습니다 브라이스 Tiret (센터 공들인 드 난 문화원 Universiatire 드 Gériatrie (CRIUGM), 몬트리올, 캐나다, 미사리 라모 에네르기 atomique 등 보조 에너지 대안 처리 도구 개발을위한 (CEA), 파리, 프랑스), 에드워드 J. 아워 (자기 공명 연구 및 영상 의학과, 미네소타 대학 센터, 미국). MEGA-PRESS 및 FASTESTMAP 시퀀스 개발되었다에드워드 아우어 바흐와 말고 자타 Marjańska에 의해 C2P 계약에 따라 미네소타 대학에 의해 제공되었다.

    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

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