Dies funktioniert wurde durch Zuschüsse aus dem kanadischen Institutes of Health Research und den Naturwissenschaften und Engineering Research Council of Canada unterstützt. ST wurde von einem Vanier Canada Graduate Stipendium der kanadischen Institutes of Health Research. MM erkennt die Unterstützung von Biotechnology Research Center (BTRC) Zuschuss P41 RR008079 und P41 EB015894 (NIBIB) und NCC P30 NS076408. Wir möchten Romain Valabrègue (Centre de NeuroImagerie de Recherche - CENIR, Paris, Frankreich) anerkennen und Brice Tiret (Centre Recherche de l&#39;Institut de Universiatire Geriatrie (CRIUGM), Montréal, Kanada; Commissariat à l&#39;Energie Atomique et aux énergies Alternativen (CEA), Paris, Frankreich) für die Entwicklung von Verarbeitungswerkzeugen, und Edward J. Auerbach (Center for Magnetic Resonance Forschung und Klinik für Radiologie, Universität von Minnesota, USA). Die MEGA-PRESS und FASTESTMAP Sequenzen wurden entwickeltvon Edward J. Auerbach und Małgorzata Marjańska und wurden von der University of Minnesota unter einem C2P Vereinbarung vorgesehen.

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die vorliegende Arbeit zielte darauf ab, ein Standardprotokoll für die Kombination von tDCS und 1 H-MRS mit einem 3 T Scanner zu beschreiben. Im nächsten Abschnitt werden methodische Faktoren diskutiert werden. Kritische Steps Kontra Screening Vor dem Versuch, ist es wichtig, für jeden Teilnehmer Bildschirm Kontraindikation zur Verwendung von tDCS und 1 H-MRS. Die Verwendung der folgenden Ausschlusskriterien für tDCS empfohlen...

Die Idee der Anwendung von Elektrizität zu dem menschlichen Gehirn, um seine Aktivität zu modulieren, ist seit der Antike sucht. Tatsächlich Schriften bereits ab dem 11. Jahrhundert wurde festgestellt, dass die Verwendung des Torpedos elektrische Fische bei der Behandlung von epileptischen Anfällen 1 beschreiben. Dennoch ist es bis vor kurzem nicht, dass nicht-invasive Gehirnstimulation hat breites Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft erhalten, wie es wurde gezeigt, dass modulatorische Effekte auf die kognitive Funktion und motorische Antwort 2 zu produzieren. Während transkranielle Magnetstimulation (TMS) wurde ausgiebig seit den frühen 1980er Jahren 3 studiert, hat kürzlich Interesse an der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) erhöht, wie es jetzt gilt als eine praktikable Behandlungsoption für eine breite Palette von Neuropathologien, wie Schlaganfall 4, Alkoholsucht 5, und chronischen Schmerzen 6. tDCS hat viele Vorteile gegenüber Neurostimulationstechniken wie TMS, zBda sie relativ billig, schmerzlos ist, von den Patienten gut toleriert wird, und tragbar ist, wodurch es möglich ist, am Bett 7 verwalten. In der Tat, nur ein kleiner Prozentsatz der Patienten berichten über ein leichtes Kribbeln während der Stimulation 8. Allerdings verschwindet dieses Gefühl in der Regel nach ein paar Sekunden 9. Folglich ermöglicht tDCS robuste doppelblinde, scheinkontrollierte Studien, da ein Großteil der Teilnehmer können Scheinstimulation nicht zu unterscheiden von echten Stimulation 9,10. tDCS beinhaltet die Induktion einer konstanten Niederstromstärken (1-2 mA) über Oberflächenelektroden auf der Kopfhaut der Person angeordnet ist, um den Kortex aufgebracht. Die Elektroden werden in der Regel in Kochsalzlösung getränkten Schwamm oder direkt auf der Kopfhaut mit einem EEG-Aktivität Paste gegeben. Um eine tDCS Studie durchzuführen, müssen vier Hauptparameter vom Experimentator gesteuert werden: 1) die Dauer der Stimulation; 2) die Intensität der Stimulation; 3) die Elektrodengröße; und 4) die Elektrode Montage. In Standardprotokollen wird die &quot;aktive&quot; Elektrode, die über dem interessierenden Bereich positioniert ist, während die Bezugselektrode ist in der Regel über der Augenpartie gelegt. Der Strom fließt von der positiv geladenen Anode zur negativ geladenen Kathode. Die Wirkung der tDCS auf primären Motorkortex (M1) durch die Polarität der Stimulations bestimmt, wobei anodische Stimulation erhöht die Erregbarkeit einer Population von Neuronen und die kathodische Stimulation reduziert 11. Im Gegensatz zu TMS, ist der induzierte Strom nicht ausreicht, um Aktionspotentiale in kortikalen Neuronen zu erzeugen. Die Veränderungen in der kortikalen Erregbarkeit wird angenommen aufgrund der Modulation der neuronalen Membran Schwellen die entweder zur Hyperpolarisation der Membran-Potentialen oder eine Erleichterung der Depolarisation von Neuronen in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses 8,11 sein. Die Dauer der Erregbarkeit Veränderungen kann für bis zu 90 min für die Dauer der Offset-der Stimulation in Abhängigkeit von Stimulationsdauer 11,12. tDCS und motorische Rehabilitation M1 wurde ausgiebig als Ziel der Stimulation verwendet wird, da die Erregbarkeit Änderungen tDCS ausgelöst quantifiziert werden durch den Motor hervorgerufenen Potentialen (MEP) von Einzelpuls TMS 3 induziert. Frühe Studien, die die Möglichkeit der Messung Polarität spezifische Erregbarkeit Veränderungen durch tDCS bewogen haben M1 als ein Ziel der Stimulation 11,12 eingesetzt. Seitdem hat M1 eines der primären Ziele der tDCS in Studien mit sowohl klinischen Populationen und gesunden Probanden wegen seiner Bedeutung in Motorik, Gedächtnisbildung und Konsolidierung der Motorik 12 geblieben. Das Gehirn beruht auf einem komplexen Zusammenspiel zwischen Motor Regionen beider Hemisphären, eine Bewegung 14 durchzuführen. Wenn ein Bereich beschädigt ist, nach einem Schlaganfall zum Beispiel inter-hemisphärische Wechselwirkungen verändert. Untersuchungen an Gehirnplastizität zeigen, dass die motorischen Arealen des Gehirns Anpassung an diese Änderung in unterschiedlicher Weise 15. Erstens können die intakten, umliegenden Regionen des beschädigten Bereichs overactived geworden, was zu einer Hemmung der den beschädigten Bereich - einen Prozess namens inner hemisphärischen Hemmung. Zweitens kann die homologe Region des beschädigten Bereich überaktiviert werden und üben Hemmung auf den verletzten Hemisphäre - einen Prozess namens inter-hemisphärische Hemmung. Der betroffene M1 kann daher doppelt bestraft werden: erstens durch die Läsion und zweiten durch die Hemmung kommen sowohl aus dem unberührt M1 und der Region des betroffenen M1 16. Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass eine erhöhte Erregbarkeit in der betroffenen Hemisphäre wird langsamer Rehabilitation 17, die als maladaptive inter-hemisphärische Wettbewerb 18 beschrieben wurde verlinkt. Das Verständnis der Plastizität nach vorkommendenein Schlaganfall kann zur Entwicklung der Neuromodulation Protokolle, interhemisphärische Wechselwirkungen 19 wiederherstellen führen. Drei Haupt tDCS-Behandlungen bei Patienten mit motorischen Defiziten nach Schlaganfall 20,21 vorgeschlagen. Die erste Behandlung zielt darauf ab, den verletzten Motorkortex durch einseitige anodische Stimulation (a-tDCS) zu reaktivieren. In diesem Fall soll die Stimulation direkt auf zunehmende Aktivität in periläsionalen Bereiche, die als wesentlich für die Wiederherstellung angesehen werden. In der Tat haben Studien Verbesserung der paralytischen oberen oder unteren Extremität gezeigt nach dieser Behandlung 22-26. Die zweite Behandlung wurde mit dem Ziel der Reduzierung der Überaktivierung des kontraläsionalen Hemisphäre durch die Anwendung einseitiger kathodische tDCS (c-tDCS) über den intakten M1 entwickelt. Hier zielt Stimulation bei indirekt zunehmende Aktivität in periläsionalen Gebieten durch interhemispehric Interaktionen. Ergebnisse aus diesen Studien haben die Verbesserung der Motor functi gezeigtenauf nach der C-tDCS 4,27-29. Schließlich zielt die dritte Behandlung in Kombination der erregenden Wirkungen einer-tDCS über dem verletzten M1 mit den hemmenden Wirkungen von c-tDCS über die unberührt M1 bilaterale tDCS. Ergebnisse wurden Verbesserungen der motorischen Funktion nach bilateralen tDCS 27,30,31 gezeigt. Darüber hinaus eine Studie gezeigt, größere Verbesserungen folgenden bilateralen tDCS im Vergleich zu den beiden einseitigen Methoden 32. Physiologische Mechanismen der tDCS Trotz der zunehmenden Verwendung von tDCS bei der Behandlung von Schlaganfall, bleibt die physiologische Mechanismus hinter seine Wirkungen nicht bekannt 33. Ein besseres Verständnis der physiologischen Wirkungen helfen könnte entwickeln bessere Behandlungsmöglichkeiten und könnte zu standardisierten Protokolle führen. Wie bereits erwähnt, können die Effekte der tDCS für bis zu 90 min dauern, nachdem der Offset der Stimulations 11,12. Daher Hyperpolarisation / DepolarisationProzesse können langfristiger Wirkung 33,34 nicht vollständig erklären. Unterschiedliche Hypothesen hinsichtlich des physiologischen Mechanismus Nachwirkungen von M1 einschließlich Änderungen der Freisetzung von Neurotransmittern, Proteinsynthese, Ionenkanalfunktion oder Rezeptoraktivität 34,35 Basiswert tDCS vorgeschlagen. Einblicke in dieser Angelegenheit wurden zuerst durch pharmakologische Studien, die eine Unterdrückung der die Nachwirkungen von anodische und die kathodische Stimulation auf M1 Erregbarkeit durch den glutamatergen N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) -Rezeptor-Antagonist Dextromethorphan 36,37 erworben, während die entgegengesetzte Wirkung zeigte mit einem NMDA-Rezeptor-Agonisten 38. NMDA-Rezeptoren sind vermutlich bei Lern- und Gedächtnisfunktion durch Langzeitpotenzierung (LTP) und Langzeit-Depression (LTD), beide von Glutamat und GABA-erge Neuronen 39,40 vermittelte einbezogen werden. Tierexperimentelle Studien sind im Einklang mit dieser Hypothese, da sie zeigen, dass a-tDCS induziert LTP 13. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Trotz der bedeutenden Fortschritte in unserem Verständnis der Wirkmechanismen zugrunde liegenden tDCS-Effekte, pharmakologische Protokolle vorliegenden wichtige Einschränkungen gemacht. Tatsächlich können Arzneimittelwirkung nicht so spezifisch wie räumlich tDCS, insbesondere im Rahmen der Experimente an Menschen und der Mechanismus der Wirkung ihrer Wirkungen ist hauptsächlich auf post-synaptischen Rezeptoren 34. Daher besteht ein Bedarf mehr direkt die Auswirkungen der tDCS auf das menschliche Gehirn zu untersuchen. Protonenmagnetische Resonanzspektroskopie (1 H-MRS) ist ein guter Kandidat, da es ermöglicht nicht-invasive in vivo-Nachweis von Neurotransmitterkonzentration in einem bestimmten Bereich von Interesse. Dieses Verfahren basiert auf dem Prinzip, daß jedes Proton enthaltenden neuro im Gehirn hat eine spezifische molekulare Struktur und folglich erzeugt chemisch bestimmten Resonanzen, die durch 1 H-MRS 41 detektiert werden kann bezogen. Das erworbene Signal aus dem Gehirn Volumen inInteresse von allen Protonen, zwischen 1 und 5 ppm Resonanz erzeugt. Die erworbenen Neurochemikalien werden auf ein Spektrum repräsentiert, und als Funktion ihrer chemischen Verschiebung mit einigen klar unterscheidbare Peaks, aber wo viele Resonanzen der verschiedenen Neurotransmittern lappen. Die Signalintensität der einzelnen Peaks ist proportional zu der Konzentration des neurometabolite 41. Die Menge an Neurochemikalien, die quantifiziert werden können, hängt von der Stärke des Magnetfeldes 42,43. Allerdings niedriger Konzentration Metaboliten, die sich durch sehr starke Resonanzen verdeckt sind, sind schwer zu bei niedrigeren Feldstärken zu quantifizieren, wie 3 T. Eine Möglichkeit, Informationen über solche überlappenden Signale zu erhalten ist es, die starke Resonanzen über spektrale Bearbeitung zu entfernen. Eine dieser Techniken ist eine MEGA-PRESS-Sequenz, die Detektion von γ-Aminobuttersäure (GABA) Signale 44,45 ermöglicht. Nur wenige Studien haben die Wirkung auf die untersuchten tDCSHirnstoffwechsel unter Verwendung von 1 H-MRS in Kraft 34,46 und nicht-motorischen Regionen 47. Stagg und Mitarbeiter 34 beurteilt die Auswirkungen einer-tDCS, c-tDCS und Scheinstimulation auf M1 Stoffwechsel. Sie fanden eine signifikante Reduktion der GABA-Konzentration Ein-tDCS und eine signifikante Reduktion der Glutamat + Glutamin (Glx) und GABA folgenden C-tDCS. In einer anderen Studie wurde berichtet, dass die Menge an Änderungen in GABA-Konzentration von a-tDCS über M1 induziert Motorlern 46 zusammen. Diese Studien zeigen das Potential der Kombination von 1 H-MRS mit tDCS zu unserem Verständnis der physiologischen Mechanismus die Wirkung der tDCS auf die motorische Funktion zugrunde liegenden erhöhen. Darüber hinaus ist die Verwendung von klinischen Protokollen wie a-tDCS und c-tDCS über M1 nützlich, weil ihre Verhaltenswirkungen sind gut untersucht und kann direkt an physiologischen Ergebnisse beziehen. Daher ist ein Standardprotokoll zum Kombinieren bilateralen tDCS und 1 H-MRS ist bei gesunden Teilnehmern mit einem 3 T-MRT-System demonstriert. Bihemispheric tDCS wird präsentiert, um Daten mit einer früheren Studie, in der MRS einseitige kathodische oder unilaterale anodale tDCS wurden über motorischen Kortex 34 angelegt kontrastieren. Das Protokoll wurde speziell für die Stimulation mit einem neuroConn Stimulator in einem Siemens 3 T Scanner Durchführung MEGA-PRESS 1 H-MRS beschrieben.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>DC-stimulator plus</td>
			<td>NeuroConn</td>
			<td>30DCS01E</td>
			<td>MR compatible device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NuPrep preparation gel</td>
			<td>Weaver and Co.</td>
			<td>#10-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ten20 conductive paste</td>
			<td>Weaver and Co.</td>
			<td>#10-20-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode prepping pad</td>
			<td>Grass technologies</td>
			<td>MD0017</td>
			<td>70% isopropyl alcohol and pumice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline solution</td>
			<td>Local drugstore sample</td>
			<td></td>
			<td>0.9% sodium chloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non permanent hydro-marker</td>
			<td>Sharpie</td>
			<td>SHPE20WH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYNGO MR VB17</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td></td>
			<td>MRI software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAGNETOM Trio A Tim System</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td></td>
			<td>MRI scanner version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab 2013a (Version 8.1)</td>
			<td>MathWorks Inc</td>
			<td></td>
			<td>processing and analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCModel 6.3</td>
			<td>LC MODEL inc</td>
			<td></td>
			<td>see: s-provencher.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FASTESTMAP</td>
			<td colspan="2">Developers: Edward J. Auerbach and Ma&#322;gorzata Marja&#324;ska</td>
			<td>shimming sequence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEGA-PRESS</td>
			<td colspan="2">Developers: Edward J. Auerbach and Ma&#322;gorzata Marja&#324;ska</td>
			<td>MRS sequence</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the use of magnetic resonance spectroscopy as a tool for the measurement of bi-hemispheric transcranial electric stimulation effects on primary motor cortex metabolism

Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist ein Neuromodulation Technik, die zunehmend im letzten Jahrzehnt in der Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen wie Schlaganfall und Depression verwendet wurde. Dennoch bleibt die Mechanismen seiner Fähigkeit, die Erregbarkeit des Gehirns zu modulieren, um klinische Symptome zu verbessern zugrunde liegenden schlecht verstanden 33. Zur Verbesserung dieses Verständnis kann Magnetresonanzspektroskopie (1 H-MRS) verwendet werden, da sie den in vivo Quantifizierung von Hirnstoffwechselprodukte wie γ-Aminobuttersäure (GABA) und Glutamat in einer Region-spezifischen Weise 41. In der Tat, eine aktuelle Studie gezeigt, dass ein H-MRS ist in der Tat ein wirksames Mittel, um die Auswirkungen der tDCS auf Neurotransmitter-Konzentration 34 besser zu verstehen. Dieser Artikel soll die komplette Protokoll zum Kombinieren tDCS (neuroConn MR-kompatible Stimulator) mit 1 H-MRS bei 3 T mit einem MEGA-PRESS seq beschreibenuss. Wir beschreiben die Auswirkungen eines Protokolls, das große Versprechen für die Behandlung von Bewegungsstörungen nach Schlaganfall, die bilaterale Stimulation der primären motorischen Kortex 27,30,31 besteht gezeigt hat. Methodische Faktoren zu berücksichtigen und mögliche Änderungen an dem Protokoll werden ebenfalls diskutiert.

Abbildung 6 zeigt die Position des VOI auf der Darstellung der Hand in M1, wo alle MRS Maßnahmen ergriffen wurden entfernt. In 6D, ein 3D-Visualisierung zeigt eine übersichtliche Darstellung der tDCS Elektroden auf der Kopfhaut über dem vermeintlichen primären motorischen Kortex positioniert. 7 zeigt repräsentative &quot;EDIT OFF&quot; und Differenz (&quot;Diff&quot;) Spektren in M1 erworben. Peaks, Glx, GABA + MM sowie NAA kann deutlich gesehen werden. <p clas...

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The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

Die Verwendung von magnetischen Resonanzspektroskopie als Werkzeug für die Messung der Bi-hemisphärische transkranielle elektrische Stimulation Auswirkungen auf primären motorischen Kortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

the-use-magnetic-resonance-spectroscopy-as-tool-for-measurement-bi

Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.0K Aufrufe.  University of Montréal. This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

Serie: The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

Die Kombination TMS und fMRT dem Standard-Modus Netzwerk Untersuchen

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

Forschung

Neurowissenschaften

State-Dependency Effects on TMS:  A Look at Motive Phosphene Behavior

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.1,2 Within the field of TMS, the term state dependency refers to the initial, baseline condition of the particular neural region targeted for stimulation. As can be inferred, the effects of TMS can (and do) vary according to this primary susceptibility and responsiveness of the targeted cortical area.3,4,5

In this experiment, we will examine this concept of state dependency through the elicitation and subjective experience of motive phosphenes. Phosphenes are visually perceived flashes of small lights triggered by electromagnetic pulses to the visual cortex. These small lights can assume varied characteristics depending upon which type of visual cortex is being stimulated. In this particular study, we will be targeting motive phosphenes as elicited through the stimulation of V1/V2 and the V5/MT+ complex visual regions.6

In this article, we examine the effects of visually relevant state dependency on TMS induced motive phosphenic presentations.

State-Dependency Auswirkungen auf TMS: Ein Blick auf Motive Phosphene Behavior

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

Kombinierte Transcranial magnetische Anregung und Elektroenzephalographie des dorsolateralen präfrontalen Kortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to technological developments over the last decade and the increase in magnetic field strength, it is now possible to obtain good resolution spectra in vivo in the rat brain. Neuroenergetics (i.e., the study of brain metabolism) and, especially, metabolic interactions between the different cell types have attracted more and more interest in recent years. Among these metabolic interactions, the existence of a lactate shuttle between neurons and astrocytes is still debated. It is, thus, of great interest to perform functional proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) in a rat model of brain activation and monitor lactate. However, the methyl lactate peak overlaps lipid resonance peaks and is difficult to quantify. The protocol described below allows metabolic and lactate fluctuations to be monitored in an activated brain area. Cerebral activation is obtained by whisker stimulation and 1H-MRS is performed in the corresponding activated barrel cortex, whose area is detected using blood-oxygen-level-dependent functional magnetic resonance imaging (BOLD fMRI). All steps are fully described: the choice of anesthetics, coils, and sequences, achieving efficient whisker stimulation directly in the magnet, and data processing.

After checking by blood-oxygen-level-dependent functional magnetic resonance imaging (BOLD fMRI) that the corresponding somatosensory barrel field cortex area (called S1BF) is correctly activated, the main goal of this study is to quantify lactate content fluctuations in the activated rat brains by localized proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) at 7 T.

Funktionelle Magnet-Resonanz-Spektroskopie bei 7 T in der Ratte Barrel Cortex während der Whisker-Aktivierung

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans and can be assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Given the role of distal leg muscles in upright postural and dynamic tasks, such as walking, a growing research interest in the assessment and modulation of the corticospinal tracts relative to the function of these muscles has emerged in the last decade. However, methodological parameters used in previous work have varied across studies making the interpretation of results from cross-sectional and longitudinal studies less robust. Therefore, use of a standardized TMS protocol specific to the assessment of leg muscles&#39; corticomotor response (CMR) will allow for direct comparison of results across studies and cohorts. The objective of this paper is to present a protocol that provides the flexibility to simultaneously assess the bilateral CMR of two main ankle antagonistic muscles, the tibialis anterior and soleus, using single pulse TMS with a neuronavigation system. The present protocol is applicable while the examined muscle is either fully relaxed or isometrically contracted at a defined percentage of maximum isometric voluntary contraction. Using each subject&#39;s structural MRI with the neuronavigation system ensures accurate and precise positioning of the coil over the leg cortical representations during assessment. Given the inconsistency in CMR derived measures, this protocol also describes a standardized calculation of these measures using automated algorithms. Though this protocol is not conducted during upright postural or dynamic tasks, it&#160;can be used to assess bilaterally any pair of leg muscles, either antagonistic or synergistic, in both neurologically intact and impaired subjects.

The present protocol describes the simultaneous, bilateral assessment of the corticomotor response of the tibialis anterior and soleus during rest and tonic voluntary activation using a single pulse transcranial magnetic stimulation and neuronavigation system.

Bilateralen Bewertung der kortikospinalen Bahnen der Knöchel Muskeln mit navigierte transkranielle Magnetstimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has provided important insights into fundamental processes of the brain like cognition, learning, and motor control. However, this approach cannot provide causal evidence for the involvement of brain areas of interest. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, noninvasive tool for studying the human brain that can overcome this limitation by transiently modifying brain activity. Here, we highlight recent advances using a paired-pulse, dual-site TMS method with two coils that causally probes cortico-cortical interactions in the human motor system during different task contexts. Additionally, we describe a dual-site TMS protocol based on cortical paired associative stimulation (cPAS) that transiently enhances synaptic efficiency in two interconnected brain areas by applying repeated pairs of cortical stimuli with two coils. These methods can provide a better understanding of the mechanisms underlying cognitive-motor function as well as a new perspective on manipulating specific neural pathways in a targeted fashion to modulate brain circuits and improve behavior. This approach may prove to be an effective tool to develop more sophisticated models of brain-behavior relations and improve diagnosis and treatment of many neurological and psychiatric disorders.

This article describes new approaches to measure and strengthen functionally specific neural pathways with transcranial magnetic stimulation. These advanced noninvasive brain stimulation methodologies can provide new opportunities for the understanding of brain-behavior relations and development of new therapies to treat brain disorders.

Messung und Manipulation funktionell spezifischer neuronaler Bahnen im menschlichen Motorsystem mit transkranieller Magnetstimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

﻿Participant Screening for Transcranial Magnetic Stimulation

Participant Screening for Transcranial Magnetic Stimulation  

To begin, screen the participant for any contraindications to transcranial magnetic stimulation, or TMS. Inform the participant about the study objectives and procedures. Review the risks outlined in the institution's ethics review board-approved consent document.Answer any questions about the potential risks and obtain written, informed consent before beginning any study procedures.

Teilnehmer-Screening auf transkranielle Magnetstimulation

Weiterentwicklung des Visual Cortex Mapping für eine verbesserte Bewertung von Sehstörungen

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) of the Visual Cortex with Wide-View Retinotopic Stimulation

High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) with a wide-view presentation can be used to functionally map the peripheral and central visual cortex. This method for measuring functional changes of the visual brain allows for functional mapping of the occipital lobe, stimulating &gt;100&#176; (&plusmn;50&#176;) or more of the visual field, compared to standard fMRI visual presentation setups which usually cover &lt;30&#176; of the visual field. A simple wide-view stimulation system for BOLD fMRI can be set up using common MR-compatible projectors by placing a large mirror or screen close to the subject's face and using only the posterior half of a standard head coil to provide a wide-viewing angle without obstructing their vision. The wide-view retinotopic fMRI map can then be imaged using various retinotopic stimulation paradigms, and the data can be analyzed to determine the functional activity of visual cortical regions corresponding to central and peripheral vision. This method provides a practical, easy-to-implement visual presentation system that can be used to evaluate changes in the peripheral and central visual cortex due to eye diseases such as glaucoma and the vision loss that may accompany them.

Autor im Rampenlicht: Einblicke in die Forschung des visuellen Kortex durch Wide-View-fMRT-Mapping 

We have developed techniques for mapping the visual cortex function utilizing more of the visual field than is commonly used. This approach has the potential to enhance the evaluation of vision disorders and eye diseases.

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) der Sehrinde mit retinotopischer Stimulation

High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) with a wide-view presentation can be ...