L'utilisation de la spectroscopie par résonance magnétique, un outil pour la mesure de la Bi-hémisphériques transcrânienne électriques effets de stimulation sur le moteur primaire Cortex métabolisme

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

Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de neuromodulation qui a été de plus en plus utilisé au cours de la dernière décennie dans le traitement de troubles neurologiques et psychiatriques telles que la course et la dépression. Pourtant, les mécanismes sous-jacents sa capacité à moduler l'excitabilité du cerveau pour améliorer les symptômes cliniques demeure mal comprise 33. Pour aider à améliorer cette compréhension, la spectroscopie par résonance magnétique du proton (1 H-MRS) peut être utilisé car il permet la quantification in vivo de métabolites du cerveau comme la γ-aminobutyrique (GABA) et le glutamate de manière spécifique à la région 41. En fait, une étude récente a démontré que 1 H-MRS est en effet un puissant moyen pour mieux comprendre les effets de la STCC sur la concentration des neurotransmetteurs 34. Cet article vise à décrire le protocole complet pour combiner STCC (stimulateur compatible NeuroConn MR) avec 1 H-MRS à 3 T en utilisant une suivants MEGA-PRESSuence. Nous allons décrire l'impact d'un protocole qui a montré des résultats prometteurs pour le traitement de troubles moteurs après un AVC, qui se compose de stimulation bilatérale du cortex moteur primaire 27,30,31. Facteurs méthodologiques à prendre en compte et d'éventuelles modifications du protocole sont également discutés.

Introduction

L'idée d'appliquer l'électricité au cerveau humain de moduler son activité a été étudiée depuis les temps anciens. En fait, les écrits de dès le 11 ème siècle ont été trouvés qui décrivent l'utilisation de la torpille poisson électrique dans le traitement des crises d'épilepsie 1. Pourtant, il est pas jusqu'à récemment que la stimulation cérébrale non invasive a reçu un large intérêt dans la communauté scientifique comme il a été montré pour produire des effets modulateurs sur la fonction cognitive et la réponse du moteur 2. Alors que la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a été largement étudié depuis le début des années 1980 3, l'intérêt récent pour stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) a augmenté comme il est maintenant considéré comme une option de traitement viable pour un large éventail de neuropathologies, comme un AVC 4, dépendance à l'alcool 5, 6 et la douleur chronique. tDCS présente de nombreux avantages par rapport aux techniques de neurostimulation TMS comme, par exemple,car il est relativement peu coûteux, sans douleur, bien toléré par les patients, et portable, ce qui permet d'administrer à 7 chevet. En fait, seul un petit pourcentage de patients souffrent d'une légère sensation de picotement pendant la stimulation 8. Cependant, cette sensation disparaît généralement au bout de quelques secondes 9. Par conséquent, STCC permet, des études de faux-double aveugle, contrôlées robustes puisque la majorité des participants ne peut pas différencier stimulation simulacre de véritable stimulation 9,10.

tDCS implique l'induction d'un courant électrique de faible intensité de courant constant (1-2 mA) appliquée au cortex par des électrodes de surface placées sur le cuir chevelu du sujet. Les électrodes sont généralement placés dans des éponges imbibées de solution saline ou directement sur le cuir chevelu avec une pâte de type EEG. Pour mener une étude STCC, quatre paramètres principaux doivent être contrôlées par l'expérimentateur: 1) la durée de la stimulation; 2) l'intensité de la stimulation; 3) la taille de l'électrode; et 4) le montage de l'électrode. Dans des protocoles classiques, l'électrode "active" est positionné au-dessus de la région d'intérêt alors que l'électrode de référence est généralement placé au-dessus de la région sus-orbitaire. Le courant circule de l'anode chargée positivement vers la cathode chargée négativement. L'effet de tDCS sur cortex moteur primaire (M1) est déterminé par la polarité de la stimulation où la stimulation anodique augmente l'excitabilité des neurones de la population et elle réduit la stimulation cathodique 11. Contrairement TMS, le courant induit est insuffisant pour produire des potentiels d'action dans les neurones corticaux. Les modifications de l'excitabilité corticale sont supposés être dus à la modulation de la membrane de seuil neuronale qui conduit à une hyperpolarisation de l'une ou l'autre des potentiels de membrane ou une facilitation de la dépolarisation des neurones en fonction de la direction du flux de courant 8,11. La durée des modifications de l'excitabilité peut persister jusqu'à 90 min après le décalagede stimulation, en fonction de la durée de stimulation 11,12.

STCC et moteur de réadaptation

Le M1 a été largement utilisé comme une cible de stimulation car les changements d'excitabilité provoqués par STCC peuvent être quantifiés par potentiels évoqués moteurs (MPE) induits par impulsion unique TMS 3. Les premières études montrant la possibilité de mesurer les changements d'excitabilité spécifique polarité induites par STCC ont utilisé M1 comme une cible de stimulation 11,12. Depuis lors, M1 est resté l'une des principales cibles de la STCC dans les études portant sur ​​les populations cliniques et les sujets sains en raison de son importance dans la fonction motrice, la formation de la mémoire, et la consolidation de la motricité 12.

Le cerveau repose sur une interaction complexe entre régions motrices des deux hémisphères pour effectuer un mouvement 14. Quand un secteur est endommagé, après avoir subi un accident vasculaire cérébral par exemple, inter-interactions hémisphériques sont modifiés. Des études sur la plasticité cérébrale ont montré que les zones motrices du cerveau adapter à cette modification de diverses manières 15. Tout d'abord, les régions, intactes autour de la zone endommagée peuvent devenir overactived, conduisant à une inhibition de la zone endommagée - un processus appelé inhibition intra-hémisphérique. Deuxièmement, la région homologue de la zone endommagée peut devenir suractivé et exercer inhibition sur l'hémisphère blessé - un processus appelé inhibition inter-hémisphérique. Le M1 touché peut donc être deux fois pénalisé: d'abord par la lésion et deuxième par l'inhibition provenant à la fois de la M1 affectée et la région environnante de la M1 affecté 16. Une étude récente a montré que l'augmentation de l'excitabilité dans l'hémisphère affecté est lié à la réadaptation lente 17, qui a été décrit comme inadapté concurrence inter-hémisphérique 18.

Comprendre la plasticité survenant aprèsun accident vasculaire cérébral peut conduire à l'élaboration de protocoles de neuromodulation qui peut restaurer interactions interhémisphériques 19. Trois principaux traitements STCC ont été proposées chez les patients ayant des déficits moteurs après un AVC 20,21. Le premier traitement a pour but de relancer le cortex moteur lésé par la stimulation anodique unilatéral (a-tDCS). Dans ce cas, la stimulation vise à accroître directement l'activité dans les zones périlésionnel, qui sont censées être essentiel pour la reprise. En fait, des études ont montré une amélioration du membre supérieur ou inférieur parétique après ce traitement 22-26. Le deuxième traitement a été développé dans le but de réduire la sur-activation de l'hémisphère contralésionnel en appliquant unilatérales cathodiques STCC (c-STCC) sur la M1 intact. Ici, la stimulation vise à augmenter indirectement l'activité dans les zones périlésionnel par des interactions interhemispehric. Les résultats de ces études ont montré une amélioration de moteur functisur c après-STCC 4,27-29. Enfin, le troisième traitement vise à combiner les effets excitateurs de un-STCC sur la M1 blessé avec les effets inhibiteurs de c-STCC sur la M1 affecté à l'aide STCC bilatéraux. Les résultats ont montré des améliorations de la fonction motrice après STCC bilatéraux 27,30,31. En outre, une étude a montré une plus grande amélioration suivantes STCC bilatéraux par rapport aux deux méthodes unilatérales 32.

Physiologiques mécanismes de STCC

Malgré l'utilisation croissante de STCC dans le traitement de l'accident vasculaire cérébral, le mécanisme physiologique sous-jacente de ses effets reste inconnue 33. Une meilleure compréhension des effets physiologiques pourrait aider à développer de meilleures options de traitement et pourrait conduire à des protocoles standardisés. Comme mentionné précédemment, les effets de tDCS peuvent durer jusqu'à 90 minutes après le décalage de stimulation 11,12. Par conséquent, l'hyperpolarisation / dépolarisationprocessus ne peuvent pas expliquer complètement les effets à long terme 33,34. Différentes hypothèses ont été proposés en ce qui concerne le mécanisme physiologique sous-jacent tDCS séquelles M1 sur des variations de la libération des neurotransmetteurs, la synthèse des protéines, la fonction des canaux ioniques, ou d'une activité de récepteur de 34,35. Regards sur cette question ont d'abord été acquis par des études pharmacologiques montrent une suppression de l'après effets de la stimulation cathodique et anodique sur l'excitabilité M1 par le dextrométhorphane glutamatergique N-méthyl-D-aspartate (NMDA) antagoniste des récepteurs de 36,37 alors que l'effet inverse a été démontré l'utilisation d'un agoniste du récepteur NMDA 38. Les récepteurs NMDA sont considérés comme étant impliqués dans la fonction d'apprentissage et de la mémoire à travers la potentialisation à long terme (LTP) et dépression à long terme (LTD), à la fois médiée par glutamatergique et neurones GABAergiques 39,40. Les études animales sont en accord avec cette hypothèse comme ils l'ont montré qu'une STCC-induit LTP 13.

<p class = "jove_content"> Malgré les progrès importants réalisés dans la compréhension des mécanismes d'action sous-jacente STCC effets, protocoles pharmacologiques présentent des limitations importantes. En effet, l'action du médicament peut ne pas être aussi précis que l'espace STCC, en particulier dans le cadre de l'expérimentation humaine, et le mécanisme d'action de leurs effets est principalement due à des récepteurs post-synaptiques 34. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier plus directement les effets de tDCS sur le cerveau humain. Proton spectroscopie par résonance magnétique (1 H-MRS) est un bon candidat car il permet non invasive la détection in vivo des concentrations de neurotransmetteurs dans une région d'intérêt. Cette méthode est basée sur le principe selon lequel tous les protons contenant neurochimique dans le cerveau a une structure moléculaire spécifique et, par conséquent, produit des résonances chimiquement spécifiques qui peuvent être détectés par une 41 H-MRS. Le signal obtenu à partir du volume du cerveau dans desintérêt est généré à partir de tous les protons qui résonnent entre 1 et 5 ppm. Les substances neurochimiques acquises sont représentés sur un spectre et tracés en fonction de leur déplacement chimique avec des pics bien distinctes, mais où plusieurs résonances des différents neurotransmetteurs se chevauchent. L'intensité du signal de chaque pic est proportionnelle à la concentration de la neurometabolite 41. La quantité de substances neurochimiques qui peuvent être quantifiés dépend de l'intensité du champ magnétique 42,43. Cependant, les métabolites à faible concentration, qui sont obscurcies par des résonances très fortes, sont difficiles à quantifier en bas à l'intensité du champ comme 3 T. Une façon d'obtenir des informations sur ces signaux se chevauchent est d'éliminer les résonances fortes via l'édition spectrale. Une de ces techniques est une séquence MEGA-PRESS, qui permet la détection de l'acide γ-aminobutyrique (GABA) signaux 44,45.

Seules quelques études ont étudié l'effet de la STCCle métabolisme du cerveau en utilisant 1 H-MRS dans les régions à moteur 34,46 et non-moteur 47. Stagg et collaborateurs 34 a évalué les effets d'un-STCC, c-STCC, et la stimulation factice sur le métabolisme M1. Ils ont constaté une réduction significative de la concentration en GABA suivant un tDCS, et une réduction significative de glutamate + glutamine (Glx) et GABA-C suivant tDCS. Dans une autre étude, il a été signalé que le nombre de changements dans la concentration de GABA induites par un STCC sur M1 a été liée à l'apprentissage moteur 46.

Ces études mettent en évidence le potentiel de combiner 1 H-MRS avec STCC pour améliorer notre compréhension du mécanisme physiologique sous-jacente de l'effet de STCC sur la fonction motrice. En outre, l'utilisation de protocoles cliniques comme un STCC et c-STCC sur M1 est utile parce que leurs effets sur le comportement sont bien étudiés et peuvent être directement liées aux résultats physiologiques. Par conséquent, un protocole standard pour combiner tDC bilatéraleS et 1 H-MRS est démontrée chez les participants en bonne santé utilisant un système IRM 3 T. Bihemispheric STCC est présenté pour contraster avec les données d'une étude de MRS précédente où cathodique unilatérale ou STCC anodiques de unilatérales ont été appliquées sur le cortex moteur 34. Le protocole est décrit spécifiquement pour la stimulation d'un stimulateur NeuroConn dans un scanner Siemens T 3 exécuter MEGA-PRESS 1 H-MRS.

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Protocol

L'étude a été approuvée par la recherche et la Communauté des comités d'éthique de Neuroimagerie Fonctionnelle Unité de et de l'Université de Montréal et a été fait en conformité avec le code de déontologie comme indiqué dans la Déclaration d'Helsinki. Tous les sujets ont donné leur consentement éclairé écrit après examen minutieux de la compatibilité IRM et ont été indemnisés pour leur participation.

1. STCC Matériel

  1. Assurez-vous que tous les matériaux nécessaires sont disponibles avant de commencer l'expérience (voir la figure 1 pour la liste).
    Remarque: Les différentes tailles d'électrodes sont disponibles pour STCC. Pour cette étude, deux électrodes en caoutchouc de 5 x 7 cm sont utilisés. D'autres dimensions peuvent être choisies en fonction de la zone de stimulation et la focalité souhaitée de la stimulation 48.
  2. Assurez-vous de vérifier que les piles de la DC-stimulateur sont facturés à facturer périodiquement eux depuis le périphérique ne peut pas être chargé ou branché dans dustimulation de l'anneau pour des raisons de sécurité.

2. Planification des Conditions pour la stimulation

  1. Allumez l'appareil STCC selon les instructions fournies avec l'appareil. Pré-configurer l'appareil STCC pour deux modes de stimulation différents (actifs et faux).
  2. Comme certains appareils ne disposent pas d'un mode de pré-série, sélectionnez les paramètres fictifs appropriées avant de commencer la stimulation.
    1. Pré-définir un ensemble de paramètres par le chargement d'un réglage. Appuyez sur la touche 2 ou 4 pour sélectionner dans le menu principal l'option «système» (voir Figure 2).
    2. Déplacez le curseur à la ligne 2 de l'écran en appuyant sur la touche 3.
    3. Appuyez sur la touche 2 ou 4 jusqu'à ce que le "réglage de charge" apparaît sur l'affichage. Appuyez sur le bouton 3.
    4. Sélectionnez la lettre du cadre (A, B, C ou D) en appuyant sur la touche 2 ou 4.
    5. Déplacez le curseur vers le haut avec le bouton 1. L'écran affiche automatiquement l'option "Paramètres".
    6. Appuyez sur la touche 1 pour revenir à la ligne 3. Sélectionnez le "fondu" option dans le menu de l'écran de l'appareil en appuyant sur la touche 2 ou 4. Appuyez sur le bouton 3 pour aller à la ligne 4 et appuyez sur les touches 2 et 4 pour ajuster la durée de 15 s.
      Remarque: Fade in durées peut être modifié.
    7. Appuyez sur la touche 1 pour revenir à la ligne 3. Sélectionnez l'option "fade out" dans le menu de l'écran de l'appareil en appuyant sur les boutons 2 ou 4. Appuyez sur le bouton 3 pour aller à la ligne 4 et appuyez sur les touches 2 et 4 pour ajuster la durée de 15 s.
      Remarque: Fade in durées peut être modifié.
    8. Appuyez sur la touche 1 pour revenir à la ligne 3. Press sur la touche 2 ou 4 jusqu'à ce que l'option "durée" apparaît sur le menu d'affichage. Appuyez sur le bouton 3 pour aller à la ligne 4 et appuyez sur le bouton 2 et 4 pour ajuster la durée à la durée minimale disponible sur le périphérique (15 s pour le présent dispositif; voir Figure 3b).
      Note: Ceci induire une sensation de picotement semblable à la stimulation active.
  3. Appuyez sur les touches 1 et 3 simultanément pour enregistrer les modifications de la configuration.
  4. Pré-programme, les paramètres de stimulation active. Pour ce faire, suivez les mêmes instructions que pour le réglage de la stimulation factice, mais programmer la durée de 1200 secondes (20 min; voir Figure 3a).
  5. Pré-programme, les paramètres de stimulation de test. Pour ce faire, suivez les mêmes instructions que pour le réglage de la stimulation factice mais programmer la durée de 45 secondes.
    Remarque: La stimulation de test est utilisé pour la mesure de l'impédance avant l'expérimentation.
  6. Pseudo-ranaléatoirement affecter les conditions de stimulation pour les participants.
  7. Attribuer un numéro à chacune des trois conditions pour une expérimentation aveugle: 1) bilatérale: anodique droite, gauche cathodique; 2) bilatérale: anodique gauche, à droite cathodique; 3) imposture: anodique droite, gauche cathodique.

3. Le consentement des participants

  1. Informer le participant de la procédure et signer le formulaire de consentement.
    1. Vérifiez que les participants ne sont pas contre-indication aux STCC: une histoire psychiatrique ou neurologique, la présence d'un stimulateur cardiaque, métal implanté dans le crâne, une histoire de perte de connaissance, des antécédents de convulsions, une histoire d'abus de substance, une histoire de famille de la saisie, une histoire de crises fébriles, un manque de sommeil dans la nuit précédente, une histoire de la sensibilité de la peau, et toute consommation d'alcool de la veille.
    2. Informez le participant des effets secondaires les plus rapportés les de STCC: léger picotement; fatigue modérée; légère sensation de démangeaisons sous les électrodes; mincesensation de brûlure.
  2. Informez le participant des contre-indications habituelles de MR et les effets secondaires.

4. Mesures pour le placement des électrodes

  1. Utilisez le système international 10/20 pour trouver les points de repère suivants sur la tête des participants: nasion et inion (figure 4a), les points préauriculaires, et les deux zones ciblées: C3 et C4 (figure 4b).
    1. Localisez le nasion que la zone déprimée distinct situé sur le pont du nez au niveau entre les deux yeux. Localisez l'inion comme la projection la plus importante de l'os occipital situé à la partie inférieure du crâne. Localisez le point préauriculaire près de chaque oreille; il est l'indentation dessus de l'encoche zygomatique. Localisez le C3 et C4 basée sur des mesures décrites ci-dessous.
  2. Utilisez un ruban à mesurer pour mesurer la distance entre le nasion et inion le long de la ligne médiane de la tête et faire une marque à 50% de l'esprit à distanceha marqueur hydro non-permanent.
  3. Utilisez un ruban à mesurer pour mesurer la distance entre les deux points préauriculaires et faire une marque avec un marqueur hydro non-permanent à 50% de la distance en ligne avec la marque précédente. Ce point correspond à Cz (sommet).
  4. De l'Cz, le long de la ligne créée entre les points préauriculaires, marquer deux points, un sur chaque côté, avec un marqueur non permanent hydro qui correspond à 20% de la distance totale. Ces marques correspondent à des zones cibles (C3 et C4, figure 4b).
    Note: D'autres procédés tels que TMS ou neuronavigation peuvent également être utilisés pour localiser M1.

5. Positionnement des électrodes

  1. Déplacer autant que possible les cheveux loin des zones ciblées qui seront stimulés. Appliquer un gel exfoliant EEG de type avec un coton-tige pour nettoyer les zones ciblées.
  2. Nettoyez les zones ciblées avec un alcool isopropylique à 70% et la pierre ponce pavé apprêter pour améliorer le contact de l'électrode.
  3. Couvrir généreusement l'ensemble électrode avec une pâte conductrice de type EEG. Assurez-vous que la pâte est d'environ 5 mm d'épaisseur sur toute la surface. Assurez-vous que la zone de caoutchouc est entièrement recouverte avec de la pâte. Légèrement humidifier les zones cibles et de la pâte conductrice sur les électrodes avec une solution saline.
  4. Placer les électrodes comme indiqué sur la figure 4b et appuyez fermement les électrodes sur les zones ciblées. Placez une bande de caoutchouc autour de la tête du participant afin d'assurer une stabilité optimale des électrodes. Réglez-le de façon à ce que le participant connaîtra pas de douleur ou d'inconfort lors de la session de numérisation.
  5. Assurez-vous que les fils ne sont pas en contact avec la peau pour éviter les brûlures potentielles.

6. STCC essai à l'extérieur du scanner Chambre

  1. Utiliser un multimètre pour vérifier le bon fonctionnement du câble d'électrode et de résistance.
  2. Allumez l'appareil STCC et charger les paramètres de stimulation de test. Appuyez sur la touche 2 ou 4 pour sélectionner dans le menu principal l'option "système". Déplacez le curseur à la ligne 2 de l'écran en appuyant sur la touche 3. Appuyez sur le bouton 2 ou 4 jusqu'à ce que le "réglage de charge" apparaît sur l'affichage. Appuyez sur le bouton 3. Sélectionnez la lettre de la valeur d'essai pré-programmé (A, B, C ou D) en appuyant sur la touche 2 ou 4.
  3. Déplacez le curseur vers le haut avec le bouton 1. L'écran affiche automatiquement "paramètres" option. Sur la première ligne, appuyez sur la touche 2. L'écran affiche "stimulation?" avec les différents paramètres préprogrammés.
  • Appuyez sur la touche 1 pour démarrer la stimulation. L'écran affiche le niveau d'impédance et arrêter automatiquement si elle atteint plus de 20 kQ. Si le niveau d'impédance est supérieure à 20 kQ, débranchez les fils de l'électrode de la boîte intérieure et quitter la salle d'examen pour vérifier le positionnement des électrodes.
  • Refaire la stimulation de test. Quand un bon niveau de impedanCE est atteint et lorsque la stimulation de test est terminé, débranchez les électrodes de la boîte intérieure.
  • 7. Configuration STCC

    1. Comme le montre la Figure 5, placer le dispositif tDCS et la boîte externe dans la salle de commande du scanner.
      Remarque: Le dispositif STCC et la boîte extérieure ne sont pas compatibles MR et ne doivent pas être prises dans l'environnement de l'aimant.
    2. Branchez les fils de la boîte extérieure dans le dispositif STCC et puis branchez le câble de boîte longue dans la boîte extérieure.
    3. Faites passer le câble de la boîte STCC de la salle de contrôle du scanner dans la salle d'IRM. Assurez-vous d'exécuter ce câble aussi droite que possible, en évitant les plis ou des boucles, le long du mur de la salle d'IRM à l'arrière de l'appareil d'IRM. Mettre les sacs de sable compatibles MR multiples sur le câble pour assurer sa stabilité, comme le montre la figure 5.
    4. Apportez la boîte intérieure dans la salle d'IRM et de brancher le câble de la boîte longue en elle (Figure 5).

    8. résonance magnétique Pra séparation

    1. Demandez au participant d'entrer dans la salle d'IRM, si pas déjà là du test STCC, et de mettre en bouchons d'oreilles.
    2. Mettez un coussin mince sous la zone de bobine de la table IRM. Demandez au participant de se coucher sur la table. Mettre un coussin sous les pieds du participant pour un confort et une couverture en cas de besoin. Donnez au participant le bouton d'alarme pour des raisons de sécurité.
    3. Mettez un casque distincts sur les deux oreilles pour permettre la transmission d'informations à partir de la salle de contrôle du scanner pour le participant dans la salle d'IRM.
    4. Placez la tête du participant le plus haut possible dans le cadre du domaine où la bobine de tête sera positionné (sommet de la tête aussi près que possible de la hauteur de la table où la bobine sera placé). Mettez les fils de l'électrode le long du côté droit de la tête du participant, tel que recommandé par le fabricant d'appareils STCC.
    5. Placez le 32 canal de réception seule bobine autour de la tête du participant. Faites passer les câbles d'électrodes parle côté droit de la bobine. Placez la tête du participant le plus droit possible en utilisant un laser de positionnement rouge (fonctionnalité intégrée du scanner).
    6. Demandez au participant de bouger les bras et les jambes dans une position confortable, tout en veillant à ce que les mains ne se touchent pas. Assurez-vous de rappeler aux participants de rester aussi immobile que possible pendant toute la session. Lorsque le participant est prêt à recevoir, déplacer la table-delà de la ligne médiane pour accéder aux fils d'électrode à l'arrière de l'appareil.
    7. Utilisez du ruban adhésif médical pour stabiliser le câble d'électrode sur le côté droit de l'arrière de la bobine. Branchez les fils d'électrodes situées à l'intérieur du scanner dans la boîte intérieure STCC. Mettez la boîte intérieure sur le côté droit du scanner avec un sac de sable sur elle pour un maximum de stabilité.
    8. Déplacez la table dans sa position finale. Gardez le STCC allumé et branché les électrodes dans la boîte extérieure pour toute la session de l'IRM.

    9. Pré-STCC 1 H-MRS session

    Exécutez une séquence d'alignement de piste pour acquérir des images nécessaires pour vérifier le bon positionnement de la tête et à comparer à un deuxième localisateur qui seront acquises à la fin de la session pour vérifier mouvement d'ensemble.
  • Acquérir une T anatomiques des images pondérées en MPRAGE pour le positionnement du voxel M1 et la détection de possibles anomalies de structure (T R = 2,300 ms; T E = 2,91 ms; FA: 9 °, FOV = 256 x 256 mm, 256 x 256 matrice ; T I: 900 ms; 176 tranches; orientation: sagittal, le temps d'acquisition: 4 min 12 sec).
  • Effectuez une reconstruction multi-planificateur des images dans des plans qui sont plus appropriés pour la visualisation de la spectroscopie volume d'intérêt (VOI).
    1. Dans la carte 3D, parcourez les images brutes de MPRAGE (orientation sagittale). Dans la fenêtre «Création de chaînes parallèles", sélectionnez "2X2 axial". Ajustez la position des lignes parallèles et cliquez sur Enregistrer pour créer la vue orthogonale axial.
    2. Dans la fenêtre «Création de chaînes parallèles", sélectionnez "2X2 coronaire". Ajustez la position des lignes parallèles et cliquez sur «Enregistrer» pour créer la vue orthogonale coronaire.
  • Localisez le M1 gauche basé sur Yousry et 49 points de repère anatomiques des collaborateurs sur les trois tranches d'orientation. Ensuite, placez le VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sur la zone sans angulation par rapport à l'axe du scanner (figure 6).
  • Acquérir une ligne de balayage de largeur (21 s).
    1. Sélectionnez la carte de spectroscopie pour mesurer l'eau largeur de ligne sur la partie réelle du signal à partir de cette analyse de la ligne de largeur. Charger les premières données de largeur de ligne à partir du navigateur. Chargez le protocole de mesure largeur de ligne (menu protocoles: sélectionnez le protocole).
    2. Réglez la phase à l'aide du logiciel de numérisation des outils interactifs de post-traitement. Sélectionner la section de correction de phase et ajuster la phase de la ligne de base avec le curseur.
    3. Afin de réduire la largeur de raie,exécuter le (HNE) CARTE 50 séquence FAST trois fois. Répéter le balayage de ligne et la largeur de la mesure de largeur de ligne (étape 9.5). Notez l'eau largeur de ligne finale.
  • Lancer 4 blocs de 64 analyses de métabolites (32 "EDIT OFF" et 32 "EDIT ON", entrelacé) avec une séquence MEGA-PRESS 44,45, où la vapeur 51, OVS 51 et stockage individuel de FID sont activées (T R = 3 S, T E = 68 ms, temps d'acquisition total: 12 min)
  • Acquérir une référence de l'eau à l'aide séquence MEGA-PRESS sans suppression de l'eau MEGA, avec suppression de vapeur ("seulement RF off") et avec une mesure de delta à 0 ppm. Acquérir un seul bloc de 4 scans de métabolites au lieu de 64 (temps d'acquisition: 42 sec).
  • 10. STCC procédure

    1. Informer le participant que la stimulation STCC démarre et que le scanner sera silencieuse pour l'ensemble de la stimulation.
    2. Sélectionnez l'une des deux précédemment progdamée paramètres en fonction de l'état et démarrer la stimulation. Gardez une trace de l'impédance et de tension pendant les 20 min de stimulation. Lorsque la stimulation est plus, en aviser le participant que le poste STCC session MRS va commencer. Ne pas éteindre l'appareil STCC.

    11. Post-STCC 1 H-MRS session

    1. Exécutez les mêmes analyses métabolites avec séquence MEGA-PRESS comme la pré-STCC scanner mais le double des blocs d'acquisition (8 blocs de 64 balayages (32 "EDIT OFF" et 32 ​​"EDIT ON», entrelacé)) pour acquérir les métabolites à deux souligne temps différent post-STCC.
    2. Comme la séance de pré-STCC, acquérir un balayage de référence de l'eau en utilisant les mêmes paramètres. Terminez la séance par une séquence d'alignement de piste.
    3. Comparer visuellement les images de radiophare acquis au début et à la fin de la session de numérisation comme un indice de mouvement de la tête.
    4. Accédez à la carte de visualisation et allez dans le menu du navigateur. Sélectionnez la première et deuxième localeimages brutes izer. Charger les images de la carte de visualisation et de comparer les deux images. Exporter des données dans le format DICOM via le serveur.

    12. L'analyse de la 1 H-MRS données

    1. Importer des données à l'aide d'un logiciel de programmation et de traitement, et régler la fréquence et la phase du FID stockées individuellement à l'aide de signaux TCR et Tcho entre 2,85 et 3,40 ppm. Pour ce faire, utilisez la fonction de lsqnonlin du logiciel à adapter la fréquence et la phase de chaque individu FID à transformée de Fourier (spectres) à la moyenne des spectres de la session.
      Note: ceci est une approche spécifique au site et d'autres méthodes pour l'importation et l'analyse des données ne sera pas nécessairement une incidence sur la qualité des données.
    2. Pour obtenir les spectres finale, soustraire les signaux de scans alternent avec les impulsions doubles à bandes sélectifs qui ont été appliqués à 4,7 ppm et 7,5 ppm ("EDIT OFF") et à 1,9 ppm et 4,7 ppm ("EDIT ON") (Figure 7 ).
    3. Utilisez le LCModel 52pour l'analyse de la fois la différence et "EDIT OFF" spectres. Désactiver simulations par défaut et la modélisation de base.
    4. Effectuer une inspection visuelle des spectres d'exclure sessions de contamination à partir du signal de lipides sous-scapulaire (voir F igure 9).
    5. Dans le cadre de contrôle de la qualité, exclure spectres avec largeur de raie de TCR-CH 3 ci-dessus de 10 Hz. Inclure seulement dans les métabolites d'analyse (GABA, Glx, TCR, TnaA) qui ont été quantifiés avec Cramer-Rao (BCR) baisse inférieure à 35%.
      Remarque: BCR fournir erreur estimée de la quantification des métabolites. CRLB> 50% ne sont pas fiables et est une coupure recommandée par le manuel LCModel. Beaucoup dans le domaine ont utilisé un CRLB inférieure à 35% en tant que norme. 53-55 En outre, la BCR doit être gardé à l'esprit lors de l'interprétation des résultats.
    6. Obtenir GABA et Glx quantifications des spectres "DIFF", TCR de la "EDIT OFF" spectres, et TnaA à la fois "EDIT OFF" et "; DIFF "Les concentrations expresse des différents métabolites d'intérêt que des ratios plus de TCR Pour GABA et Glx, multiplier le rapport par le facteur de correction moyenne de groupe suivant pour tenir compte de l'autre jeu de base utilisé pour le numérateur et le dénominateur (TnaA de.." EDIT OFF "spectres / TnaA de" DIFF "spectres).
      Remarque: Remarque: Les concentrations de GABA et Glx peuvent également être quantifiés en utilisant signal de l'eau ou NAA.

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    Representative Results

    La figure 6 montre la position de la VOI situé sur la représentation de la main dans M1 où toutes les mesures de MRS ont été prises. Dans la figure 6D, une visualisation 3D montre une représentation claire des électrodes positionnées STCC sur le cuir chevelu sur le cortex moteur primaire putatif. La figure 7 montre représentant "EDIT OFF" et la différence («diff») spectres acquis en M1. Pics correspondant à Glx, GABA + MM ainsi que NAA peut être clairement vu.

    La figure 8 montre le pourcentage de changement entre l'acquisition de MRS pré-STCC et post-STCC pour les trois conditions différentes dans un seul participant. Les résultats de la session post-STCC sont séparés en deux points dans le temps pour illustrer l'évolution des changements au fil du temps. La figure 8a montre le pourcentage de changement de Glx. Pour la stimulation factice, Glx concentration ne présente aucune modulation notable. Pour Stimu bilatéraletion 1 (anodique gauche, droit cathodique), encore une fois pas de modulation notable de Glx est observée; Cependant, la modulation de la concentration au cours du temps est à l'opposé de ce qui est observé dans la stimulation factice. Enfin, en ce qui concerne la stimulation bilatérale 2 (cathodique gauche, droit anodique), une tendance similaire est observée à la stimulation factice mais avec une amélioration notable de la concentration Glx dans le deuxième point de temps après la stimulation.

    La figure 8b montre le pourcentage de changement dans la concentration de GABA par rapport à l'état de stimulation. Pour la stimulation factice, GABA concentration ne présente aucune modulation notable. Cependant, une légère réduction est observée dans les deux points dans le temps. La modulation de GABA après la stimulation factice est plus important que pour la Glx ,. En revanche, une augmentation notable de la concentration de GABA est vu dans le point deuxième temps après stimulation bilatérale 1 (anode gauche, cathode à droite). Enfin, une évolution similaireà la stimulation factice qui est observé pour la stimulation bilatérale 2 (cathode gauche, anode à droite).

    La figure 9 montre les spectres obtenus à partir de deux participants différents. La figure 9a montre un spectre de bonne qualité avec un signal de lipides acceptables. La figure 9b montre un spectre avec des grands signaux de lipides, qui a été exclu après l'inspection visuelle. Enfin, la figure 10 montre le déplacement de la position du voxel d'intérêt suite à 5 mm de mouvement participant.

    Figure 1
    Figure 1: Matériaux. 1) solution saline; 2) pâte conductrice; 3) gel de l'électrode; 4) préparant alcool tampon; 5) ruban à mesurer; 6) crayon EEG; 7) Les bandes élastiques; 8) boîte intérieure; 9) dispositif de STCC; 10) boîte extra-atmosphérique; 11) Câble de boîte intérieure; 12) Câble de boîte extra-atmosphérique; 13) électrodes; 14) Long câble de boîte


    Figure 2: STCC dispositif Image du positionnement des boutons sur le dispositif de STCC spécifiques utilisés dans le présent protocole. Ces boutons sont utilisés pour pré-régler les différents paramètres.

    Figure 3
    Figure 3: Évolution dans le temps des conditions STCC. A) temps de parcours de la condition STCC active. Après l'acquisition de métabolite pré-STCC, allumer l'appareil STCC et la montée en puissance du courant pendant 15 secondes jusqu'à ce que l'intensité de 1 mA est atteint. Stimuler pendant 20 min et de descente du courant pendant 15 secondes jusqu'à ce que l'intensité de 0 mA est atteint. Ne pas éteindre l'appareil STCC et procéder à l'acquisition de métabolite post-stimulation. B) de cours Durée de l'état de simulacre STCC. Après l'acquisition de métabolite pré-STCC, TURn sur le dispositif STCC et la montée en puissance du courant pendant 15 secondes jusqu'à ce que l'intensité de 1 mA est obtenue. Stimuler pendant 15 secondes (le temps minimum disponible sur le périphérique actuel) et de descente du courant pendant 15 secondes jusqu'à ce que l'intensité de 0 mA est atteint. Attendre 20 min. Ne pas éteindre l'appareil STCC et procéder à l'acquisition de métabolite post-stimulation.

    Figure 4
    Figure 4: Positionnement des électrodes A) 10/20 des sites internationaux des systèmes utilisés pour l'identification des C3 et C4. Le sommet (Cz) correspond à 50% de la distance entre le nasion et l'inion, et 50% de la distance entre les deux points préauriculaires. B) C3 et C4 correspondent à 20% de la distance totale entre les points préauriculaires, mesurée à partir du point de sommet. Assurez-vous de laisser au moins 8 cm de distance entre les deux électrodes.


    Figure 5: Vue schématique de la chambre de M.. Placement des matériaux dans le balayage MR et console chambres. Il est essentiel de suivre le protocole pour le positionnement des différentes parties du dispositif afin d'obtenir un signal RM de bonne qualité et à des fins de sécurité.

    Figure 6
    Figure 6: placement VOI. Position du VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sur la zone de la main gauche de M1 à (A) sagittal, (B) coronale, et (C) des coupes axiales. Visualisation 3D de la position des électrodes est illustré en (D).

    Figure 7
    Figure 7: 1 H-MRS métabolite spectrum. Représentant (A) "OFF EDIT" et (B) différence («diff») spectres acquis avec la séquence MEGA-PRESS 44,45 y compris les données brutes, l'ajustement de LCModel et les résidus. Cr: créatine totale (créatine + phosphocréatine (Cr-CH 3 + PCR-CH 3)); NAA: N-acétyl-aspartate + NAAG (SnaA + NAAG); Glx: + glutamine glutamate (Glu + Gln); GABA + MM: acide γ + macromolécules-aminobutyrique

    Figure 8
    Figure 8: Effets de la STCC bilatéraux sur Glx et GABA pour un seul sujet. A) STCC effets sur la concentration Glx sont présentés pour les trois conditions. Les résultats sont exprimés en pourcentage de changement entre l'acquisition de pré-STCC et les deux acquisitions post-stimulation. B) STCC effets sur la concentration de GABA sont présentés pour les trois conditions. Les résultats sont exprimés en pourcentage de la chaESN entre l'acquisition de pré-STCC et les deux acquisitions post-stimulation. Sham: bilatéral, bilatérale 1: anode gauche, droit cathode; Bilatérale 2: cathode gauche, droit anode

    Figure 9
    Figure 9: Inspection visuelle des spectres A) Exemple de données de bonne qualité. La figure montre le "OFF EDIT" et "DIFF" spectres avec une quantité acceptable de lipides. SNR à partir de l'analyse de "DIFF" spectres: 56 BCR du signal de GABA: 14% Lw de TCR-CH 3 à 3 ppm: 5,6 Hz. B) Exemple de données de qualité médiocre en raison de mouvements excessifs du participant. La figure montre le "OFF EDIT" et "DIFF" spectres. SNR à partir de l'analyse de "DIFF" spectres: 39 BCR du signal de GABA: 47% Lw de TCR-CH 3 à 3 ppm: 4,4 Hz


    Figure 10: VOI lieu après déplacement de la position VOI (30 x 30 x 30 mm 3) sur la zone de la main gauche de M1 à (A) et sagittal (B) des tranches coronales après un déplacement de 5 mm. Inclusion des os du crâne et les méninges dans la boîte conduirait à l'inclusion des lipides et l'élimination de l'analyse. Le carré gris clair montre la position initiale de la VOI.

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    Discussion

    Le présent document vise à décrire un protocole standard pour STCC combinaison et 1 H-MRS en utilisant un scanner 3 T. Dans la section suivante, les facteurs méthodologiques seront abordés.

    Étapes critiques
    Contre le dépistage
    Avant l'expérience, il est crucial pour les participants de l'écran pour une contre-indication concernant l'utilisation du STCC et 1 H-MRS. L'utilisation de critères d'exclusion suivants est recommandée pour STCC: une histoire psychiatrique ou neurologique, la présence d'un stimulateur cardiaque, un morceau de métal implanté dans le crâne, une histoire de perte de connaissance, des antécédents de convulsions ou des antécédents d'abus de substance. Parce que seuls métabolites de la M1 gauche seront acquises, l'exclusion de participants gauchers de l'étude est recommandée. En fait, une étude récente a montré une inhibition interhémisphérique différentiel entre les hémisphères dominants et non dominants en fonction de la préférence de la main, Ce qui pourrait moduler l'effet de stimulation 15. Par ailleurs, avant de commencer l'expérience, vérifier pour toute lésion sur le cuir chevelu et demander une maladie de la peau 56. Si il ya une lésion présente, essayez d'éviter de stimuler directement la zone touchée. Il est également recommandé d'inspecter la peau après stimulation 57. En outre, le dépistage de la présence de l'allergie à l'un des produits utilisés pour l'électrode montage. Pour 1 H-MRS, les critères d'exclusion doivent être les mêmes que pour toute étude d'imagerie par résonance magnétique comprenant un examen minutieux de toutes les chirurgies antérieures de la présence de métal dans le corps.

    Il est également important de déterminer si le participant, tout inconfort pendant STCC stimulation. Encore une fois, après l'expérience, participant doit être interrogé sur les effets secondaires. Il est possible d'utiliser un disque-forme, y compris les effets secondaires les plus souvent signalés à quantifier leur présence par rapport au protocole (voir 58 pourun exemple). Les effets secondaires les plus souvent signalés sont de légers fourmillements (70,6%), la fatigue modérée (35,3%), une légère sensation de démangeaisons sous les électrodes (30,4%), et une légère sensation de brûlure (21,6%) 58.

    Mouvement Artefacts Réduction

    Mouvement du participant dans le scanner est un enjeu majeur pendant 1 H-MRS comme cela est l'un des principaux facteurs qui influent sur ​​la qualité des données 59. Comme le montre la figure 10, un mouvement de l'objet (à partir de 1 mm à 5 mm) peut conduire à un grand signal de lipides dans le spectre altérant ainsi la qualité des données et, par conséquent, à l'exclusion de cette acquisition de données. Par conséquent, il est essentiel de bien expliquer le participant à l'importance de la stabilité de la tête au cours de l'ensemble de balayage. Pendant le positionnement du participant dans le scanner, il est important de demander à la personne de trouver la position la plus confortable pour éviter tout mouvement supplémentaire. Durment le positionnement de la VOI, il est également important d'informer le participant que même si l'analyse est silencieux, il est essentiel de rester immobile.

    En outre, la durée de l'expérience est un facteur important pour aider à minimiser quantité totale de mouvement. Tout d'abord, il est important d'utiliser une longueur optimale pour la séquence anatomique, aussi courte que possible, mais suffisamment longue pour obtenir des images de bonne qualité pour le placement de la VOI. Deuxièmement, l'utilisation d'une courte séquence d'acquisition de métabolite est recommandé avant STCC. Troisièmement, dans le but de capturer l'évolution dans le temps des effets de la stimulation, l'utilisation d'une séquence plus longue d'acquisition après stimulation est conseillée. Quatrièmement, comparer avant et les images post-expérience d'alignement de piste pour estimer le mouvement de participant.

    Analyse
    La séquence MEGA-PRESS 44,45 est utilisé pour acquérir localisée, eau supprimée, et les spectres édité. Une localisation spatiale dans la presse est réalisée en utilisant un 906; Hamming filtré impulsion de synchronisation (produit de temps de bande passante = 8,75, durée = 2.12 ms, la bande passante (LMH) = 4,2 kHz) et deux impulsions 180 ° de la MAO (durée = 5.25 ms, la bande passante = 1,2 kHz). Toutes les impulsions de localisation sont exécutées à 3 ppm. Un double-bandes 180 ° Shinnar-Le Roux impulsion sélective est appliquée à 1,9, la fréquence de résonance de β-CH 2 de GABA, et en alternance avec 4,7 ppm 7,5 ppm et 4,7. Suppression de l'eau supplémentaire à l'aide puissance variable avec des retards optimisés de relaxation (de vapeur) et la suppression de volume extérieur, OVS 50 ont été adaptés pour le système humain 3 T et incorporé avant MEGA-PRESS et sont utilisés pour supprimer l'eau et d'améliorer la localisation de la VOI. Lorsque l'impulsion sélective est appliquée à 1,9 ppm, la résonance à 1,9 ppm et les résonances au sein de la bande passante de l'impulsion sont inversées à l'origine recentrage de γ-CH 2 résonance de GABA ("EDIT ON"). Lorsque l'impulsion sélective est appliquée à 7,5 ppm, l'habitude depectrum à T E de 68 ms est obtenu («OFF EDIT") avec le γ-CH 2 résonance de la phase de GABA modulé. La soustraction des signaux à partir de scans de remplacement résultats en observation sélective des lignes extérieures de GABA triplet et l'annulation de la créatine totale (créatine + phosphocréatine) résonance ("Diff"). En raison de la largeur de bande de l'impulsion d'inversion, des résonances supplémentaires de NAA, Glu + Gln, et les macromolécules sont également observées. L'ensemble du protocole est divisé en quatre acquisitions entrelacés et la fréquence est mis à jour avant chaque analyse individuelle de minimiser les dérives de fréquence due au matériel. L'acquisition entrelacée et unique stockage FID permet la correction de fréquence et de phase en post-traitement.

    La méthode d'analyse décrite dans le protocole permet de calculer le meilleur ajustement du spectre expérimental comme une combinaison linéaire des spectres de modèle. spectres de modèle dans le jeu de base pourSpectres "EDIT OFF" ont été simulées sur la base de la matrice densité formalisme 59 et connus déplacements chimiques et J raccords 60, et notamment les suivantes: acétyl fraction de N -acetylaspartate (SnaA), alanine (Ala), l'ascorbate (Asc), aspartate (Asp ), groupement aspartate de NAA (MNAA), un groupe CH 2 de Cr (Cr-CH 2), CH 3 de Cr (Cr-CH 2), CH 2 de PCR (PCR-CH 2), CH 3 du groupe PCR (PCR-CH 2), le GABA, le glucose (Glc), Glu, Gin, glycérophosphorylcholine (GPC), la glycine (Gly), le glutathion (GSH), le lactate (Lac), myo-inositol (MI), N -acetylaspartylglutamate ( NAAG), la phosphorylcholine (PCho), phosphoryléthanolamine (PE), le scyllo-inositol (IP), et la taurine.

    La base fixé pour "DIFF" spectres a été générée à partir des spectres mesurés expérimentalement de quatre solutions 100 mm de NAA, GABA, Glu, Gin et (600 ml sphérique verre flasks) en utilisant les mêmes paramètres et scanner comme pour les expériences in vivo. Chaque solution contient en outre K 2 HPO 4 (72 mM), KH 2 PO 4 (28 mM), de l'azoture de sodium (0,1 mM), de 3- (triméthylsilyl) -1-propane sulfonique sel de sodium de l'acide (TSP; 2 mM), le formiate ( 200 mm; en option), et de l'eau distillée. Les set spectres de base ont été acquises à la température physiologique de 37 ° C et tout a été fait pour minimiser le refroidissement (~ 1 ° C dans le 15 d'acquisition) par préchauffage des fantômes dans un grand réservoir d'eau avant de placer chacun dans une eau plus petit -filled isolé récipient en matière plastique, qui a été placée dans la bobine. La température et le pH sont particulièrement importantes dans la spectroscopie car ils affectent le déplacement chimique des métabolites. En outre, pour les deux "EDIT OFF" et des spectres "DIFF", ensembles de base inclus un spectre macromoléculaire métabolite nulled mesurée expérimentalement à partir de 10 sujets de la cortex occipital en utilisant lainversion-récupération (temps d'inversion, T I = 760 ms) technique en utilisant les mêmes paramètres que l'acquisition MEGA-presse régulière (sauf pour T R = 2,7 s) 61.

    Test Phantom
    Test de la procédure sur un mM GABA fantôme 100 avec et sans le stimulateur STCC qui sera utilisé sur les participants avec le scanner et les paramètres exacts séquence est fortement conseillé avant le premier participant à l'étude. La procédure devrait inclure une séquence d'alignement de piste, une séquence anatomique (c.-à-MPRAGE), un balayage de ligne de largeur et 16 "EDIT ON" et "OFF" EDIT scans. Cela devrait être répété si stimulatrices, les paramètres de stimulation ou scanners sont modifiés. Afin d'étudier la présence d'objets sur le signal, il faut examiner les spectres des changements de SNR avec et sans le simulateur STCC, présence de pointes et bruit à certaines fréquences, et les valeurs de SNR et tout artefact importante sur l'ima anatomiqueges.

    Modifications possibles au Protocole
    1 H-MRS Paramètres
    Pour obtenir des concentrations de métabolites utilisant 1H-MRS, il est nécessaire de localiser une région spécifique et exciter les signaux dans ce volume 35. Dans le présent article, la procédure pour la mise en place d'un seul VOI sur gauche M1 a été décrit. Cependant, de nombreuses modifications différentes de ce protocole peuvent être appliquées. Une mesure réussie de concentrations de métabolites ont été mis en évidence dans diverses régions corticales et sous-corticales, comme le cortex préfrontal 62, 63 hippocampe, le striatum et le cervelet Pons 64, 66 cortex visuel et le cortex auditif 67. La taille du VOI peut également varier en fonction de la région d'intérêt, mais le volume est généralement compris entre 3 et 27 cm 3 68. Toutefois, il est difficile d'obtenir une concentration des métabolites de faible concentration such comme GABA de voxels inférieure à 20 cm 3. Une question importante est de veiller à éviter tout contact de la VOI avec les os du crâne, les méninges et le liquide céphalorachidien extra-cérébrale. Dans des cerveaux plus petits, le VOI pourrait inclure une partie du ventricule latéral gauche. Dans ce cas, l'inclusion du ventricule est préférable à l'inclusion des os du crâne.

    En outre, en fonction de la séquence d'acquisition choisie, les différents métabolites peuvent être quantifiés 69. Les méthodes précédentes, comme la spectroscopie Point-RE-Résolu (PRESS) séquence 70 et stimulé le mode d'acquisition d'écho (MEETS) 71, ne permettait pas de quantification de GABA à 1,5 T. Toutefois, en raison de l'effet spécifique de polarité de STCC sur corticale excitabilité, la quantification des deux excitateurs (glutamate) et inhibiteurs (GABA) neurotransmetteurs est essentiel. Dans le présent protocole, l'utilisation de la séquence MEGA-PRESS édition spectrale 44,45 a été montré, Qui permet la quantification des principaux neurotransmetteurs, y compris GABA (voir figure 6). Autres séquences permettant GABA quantification, comme ultra-court TE MRS et J -resolved MRS, ont été développés au cours des dernières années (voir 41 pour une revue).

    Enfin, puisque les concentrations de métabolites sont généralement exprimés sous forme de ratio par rapport à un autre métabolite (concentration relative), le choix du métabolite de référence est très importante, et particulièrement dans les études employant des populations cliniques 69. Les métabolites de référence les plus couramment utilisés sont TCR et NAA, que se trouvent leurs concentrations relativement stables dans le cerveau humain. Il est à noter qu'il est également possible d'utiliser une quantification absolue des métabolites qui nécessite soit une référence à l'extérieur (par exemple, fantôme) ou d'un signal interne (par exemple, le signal de l'eau) 68. L'utilisation d'une référence interne de l'eau nécessite un supplémentairel'étape de correction de tissu depuis les propriétés de concentration de l'eau et de relaxation diffèrent entre la matière grise, la matière blanche et du liquide céphalo-rachidien (LCR). 72 La correction de tissu peut être effectuée soit à l'aide de la composition des tissus estimé dans le VOI de tous les participants, ou en utilisant la composition d'un tissu spécifique de l'objet de segmentation 73. En outre, il convient de noter que STCC comporte le risque théorique de l'œdème induire, ce qui pourrait avoir un impact mineur sur les concentrations dans l'eau. Cependant, Nitsche et collaborateurs 74 évalués directement cette préoccupation et ne présentaient aucun signe d'œdème après STCC sur le cortex frontal. Par conséquent, l'utilisation d'une référence de l'eau est considérée comme une option viable.

    STCC Paramètres
    Des électrodes différentes tailles peuvent être utilisés 9 en fonction de la région de stimulation et la focalité désirée de stimulation 75,76. Da Silva et ses collaborateurs 56 1 H-MRS est une technique utile qui peut être utilisé pour vérifier les mécanismes sous-jacents de l'action de protocoles spécifiques de STCC qui ont été montrés pour améliorer les symptômes dans différentes populations cliniques. positionnement de l'électrode et de la durée de stimulation peuvent être modifiés pour étudier les effets de ces protocoles STCC spécifiques, tels que ceux que l'on utilise dans le traitement de la douleur, la dépression, les acouphènes, la maladie de Parkinson, la migraine, et l'abus d'alcool (voir 77 pour une description des protocoles ). Il convient également de noter que si le niveau d'impédance est au-dessus de 20 kQ, le dispositif ne sera pas stimuler et afficher un message d'erreur de l'impédance à l'écran. Différents facteurs qui peuvent causer une impédance élevée comprennent: 1) une quantité insuffisante de pâte conductrice sur les électrodes; 2) une pression insuffisante sur les électrodes; 3) mauvaise coNTACT avec le cuir chevelu (causée par les cheveux); 4) l'épaississement du cuir chevelu en raison de la calvitie; 5) problèmes avec les connexions; 6) Les problèmes de câblage; (7) des problèmes avec stimulateur; et 8) les problèmes avec des électrodes.

    Il convient également de noter que la localisation de cortex moteur primaire pour tDCS pourrait être rendu plus précis. Dans le présent protocole, le système EEG 10/20 est utilisé, ce qui peut présenter un léger désalignement entre projection de champ électrique maximale et la représentation réelle de M1 dans le gyrus précentral. Une façon de contourner ce problème est d'utiliser la stimulation magnétique transcrânienne de localiser précisément la représentation de la main en M1 à la réponse musculaire induite par TMS. La disponibilité d'une unité de TMS dans le voisinage de l'appareil d'IRM peut limiter cette possibilité.

    Sécurité des STCC et 1 H-MRS
    Sécurité des STCC
    De nombreuses études ont montré que tDCS estune technique de neuromodulation sûr produire des effets négatifs mineurs dans les deux populations non-cliniques et cliniques 10. En fait, aucun cas de crise d'épilepsie n'a jamais été signalé suivant STCC 10. Cependant, la sécurité de STCC n'a pas encore été étudiées chez les enfants et les femmes enceintes 78.

    MR matériaux compatibles
    Il faut être prudent lors de la stimulation à l'intérieur d'un scanner IRM. Tous les matériaux introduits dans la chambre de M. MR doivent être compatibles (voir la figure 1). En raison de l'interaction possible entre le courant électrique produit par le STCC et le scanner RM, STCC doit toujours être activé, et les électrodes doit rester connectée, pendant les séquences d'IRM décrites dans le présent protocole. Enroulement des fils sous la bobine de la tête peut produire des artefacts et des distorsions dans le signal. En outre, une mauvaise connexion des fils pourrait produire un courant assez fort pour brûler le participant <sup> 79. Enfin, il est important de ne jamais débrancher les électrodes tandis que l'appareil est sous tension, car cela pourrait provoquer une stimulation à haute tension indésirable.

    STCC-MRS Technique
    Utilisation STCC en collaboration avec MRS offre la possibilité de mieux comprendre le mécanisme sous-jacent modulation de l'activité cérébrale avec cette technique relativement nouvelle de la neuromodulation. Cependant, certaines limites de la technique doivent être adressées. En premier lieu, les électrodes utilisées dans tDCS sont généralement assez grandes et les effets de la stimulation sont censés couvrir une large étendue spatiale du tissu cérébral. Couplé avec le fait que l'acquisition MRS est limitée à un petit voxel d'intérêt, STCC-MRS permet seulement pour l'évaluation des effets spatialement circonscrits malgré modulation généralisée présumée de l'excitabilité du cerveau. Une façon de contourner ce problème est d'utiliser plusieurs voxels d'intérêt répartis dans tout le cerveau. Toutefois, cela sigsignificative augmenter la durée de la session expérimentale, qui est déjà une limitation majeure de la technique actuelle. En effet, lorsque l'on considère la préparation des participants, pré-STCC MRS, intervention STCC et post-STCC MRS, une session complète peut facilement durer jusqu'à deux heures. La durée peut également augmenter si l'on veut cartographier l'évolution dans le temps des effets STCC sur la concentration de métabolites.

    Un problème important lié à la durée de l'expérience est la possibilité que l'impédance de l'électrode va augmenter après que le participant se trouve dans le scanner. Depuis STCC peut facilement commencer plus de 45 minutes après le placement des électrodes, il existe un risque que les électrodes de stimulation perdront progressivement le respect du cuir chevelu du participant si la demande de pâte ne sont pas optimales et les électrodes ne sont pas tenus assez serré. Si impédance atteint plus de 20 kQ, la stimulation ne sera pas possible et le participant devra être retiré du scanner pour résoudre le problème. Depuis èmee procédure décrite implique balayage multiple de la même zone de pré et post-STCC, retirer le participant du scanner peut créer déplacement important du voxel d'intérêt. Il est donc très important de tester impédance immédiatement avant la numérisation et à prendre le plus grand soin lors de l'installation des électrodes.

    Théoriquement, le flux de courant de la tDCS peut produire des artefacts du signal MR. Antal et collaborateurs 80 étudiés cette préoccupation par la mesure de l'impact des différentes conditions de STCC (avec et sans électrodes, avec et sans stimulation, etc.) sur la qualité des images de résonance magnétique fonctionnelle. Toutefois, à notre connaissance, la présence d'artefacts dans le signal de spectroscopie en raison de la présence de l'appareil STCC dans le scanner n'a pas encore été évalué.

    Enfin, il faut veiller en ce qui concerne les résistances dans les câbles d'électrodes. Le champ de MR peut endommager les résistances, ainsi preventing stimulation. Par mesure de précaution, la résistance doit être testée en dehors de l'environnement du scanner avant chaque session de MRS. En outre, une impédance supérieure à 20 kQ peut conduire à des réactions de la peau et une haute impédance peut refléter un problème naissante ou réelle avec le stimulateur. Par conséquent, le stimulateur doit être soigneusement vérifié avant chaque participant et d'impédance niveaux vérifiés en dehors de la salle du scanner avant chaque session de MRS.

    STCC combinés et 1 H-MRS est un outil puissant qui fournit une mesure quantitative de l'effet des traitements utilisés en clinique sur le métabolisme du cerveau. Comme le mécanisme physiologique d'effets STCC reste mal comprise, il est nécessaire d'adopter des approches multimodales qui peuvent faire la lumière sur ces processus. Avec la récente flambée des intérêts en STCC comme un outil clinique pour des pathologies telles que la course 27,30,31 et 81 dépression, il est clair que la combinaison de STCC avec MRS peut être une importanteoutil pour mieux comprendre les effets thérapeutiques de la STCC. En outre, STCC-MRS peut servir comme un outil tôt pour déterminer quels patients ont une meilleure chance de répondre en clinique pour STCC. Si un tel marqueur est trouvé, STCC-MRS peut être utilisé comme un test de dépistage avant le recrutement des patients dans une intervention STCC.

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    Disclosures

    Les auteurs ont rien à divulguer.

    Acknowledgments

    Ce travaux ont été soutenus par des subventions des Instituts de recherche en santé et en sciences naturelles et en génie du Canada. ST a été soutenue par une bourse supérieures du Canada Vanier par les Instituts de recherche en santé du Canada. MM reconnaît le soutien du centre de recherche en biotechnologie (BTRC) subvention P41 de RR008079 et P41 EB015894 (NIBIB), et la CCN P30 NS076408.

    Nous tenons à remercier Romain Valabrègue (Centre de neuroimagerie de Recherche - CENIR, Paris, France) et Brice Tiret (Centre Recherche de l'Institut de Gériatrie Universiatire (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Paris, France) pour le développement d'outils de traitement, et Edward J. Auerbach (Centre de Résonance Magnétique de recherche et Département de radiologie, Université du Minnesota, Etats-Unis). Les séquences MEGA-PRESS et FASTESTMAP ont été développéspar Edward J. Auerbach et Małgorzata Marjańska et ont été fournis par l'Université du Minnesota en vertu d'un accord 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

    1. Kellaway, P. The part played by electric fish in the early history of bioelectricity and electrotherapy. Bull. Hist. Med. 20, (2), 112-137 (1946).
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