Esta obra fue apoyado por becas de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud y Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá. ST fue apoyado por una beca Vanier Canadá Posgrado de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud. MM reconoce el apoyo del Centro de Investigación de Biotecnología (BTRC) RR008079 P41 y P41 subvención EB015894 (NIBIB), y NCC P30 NS076408. Nos gustaría reconocer Romain Valabrègue (Centre de Recherche de NeuroImagerie - ceñir, París, Francia) y Brice Tiret (Centro de Investigación de l&#39;Institut Universiatire de Geriatría (CRIUGM), Montreal, Canadá; Comisariado de la Energía Atómica et aux énergies alternativas (CEA), París, Francia) para el desarrollo de herramientas de procesamiento, y Edward J. Auerbach (Centro de Investigación de Resonancia Magnética y el Departamento de Radiología de la Universidad de Minnesota, EE.UU.). Se desarrollaron las secuencias MEGA-prensa y FASTESTMAPpor Edward J. Auerbach y Małgorzata Marjańska y fueron proporcionados por la Universidad de Minnesota en virtud de un acuerdo de C2P.

Los autores no tienen nada que revelar.

El presente trabajo tuvo como objetivo describir un protocolo estándar para tDCS combinan y 1H-MRS utilizando un escáner 3 T. En la siguiente sección, se discutirán los factores metodológicos. Pasos Críticos Contraindicaciones Screening Previo al experimento, es crucial para los participantes de pantalla para cualquier contraindicación con respecto al uso de tDCS y 1H-MRS. Se recomienda el uso de los siguientes criterios de...

La idea de aplicar electricidad al cerebro humano para modular su actividad se ha estudiado desde la antigüedad. De hecho, a partir de los escritos ya en el siglo 11 ª se han encontrado que describen el uso del pez torpedo eléctrico en el tratamiento de las crisis epilépticas 1. Sin embargo, no es hasta hace poco que la estimulación cerebral no invasiva ha recibido un gran interés en la comunidad científica, ya que se demostró que producir efectos moduladores de la función cognitiva y la respuesta del motor 2. Mientras que la estimulación magnética transcraneal (TMS) ha sido ampliamente estudiado desde principios del 1980 de 3, el reciente interés en la estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) ha aumentado, ya que ahora se considera una opción de tratamiento viable para una amplia gama de neuropatologías, como un accidente cerebrovascular 4, adicción al alcohol 5, 6 y dolor crónico. tDCS tiene muchas ventajas sobre las técnicas de neuroestimulación como TMS, por ejemplo,ya que es relativamente barato, indolora, bien tolerado por los pacientes, y portátil, por lo que es posible administrar junto a la cama 7. De hecho, sólo un pequeño porcentaje de los pacientes experimentan una sensación de hormigueo leve durante la estimulación 8. Sin embargo, esta sensación suele desaparecer al cabo de unos segundos 9. En consecuencia, tDCS permite estudios doble ciego, controlado por simulación robustas ya que la mayoría de los participantes no pueden diferenciar la estimulación simulada de la estimulación real, 9,10. tDCS implica la inducción de una corriente eléctrica de bajo amperaje constante (1-2 mA) aplicada a la corteza a través de electrodos de superficie colocados en el cuero cabelludo del sujeto. Los electrodos se colocan generalmente en esponjas remojados en solución salina o directamente sobre el cuero cabelludo con una pasta de tipo EEG. Para llevar a cabo un estudio tDCS, cuatro parámetros principales necesitan ser controlados por el experimentador: 1) la duración de la estimulación; 2) la intensidad de la estimulación; 3) el tamaño del electrodo; y 4) el montaje del electrodo. En protocolos estándar, el electrodo &quot;activo&quot; se coloca sobre la región de interés, mientras que el electrodo de referencia se coloca generalmente sobre la región supraorbital. La corriente fluye desde el ánodo cargado positivamente hacia la cátodo cargado negativamente. El efecto de tDCS en corteza motora primaria (M1) está determinada por la polaridad de la estimulación, donde la estimulación anódica aumenta la excitabilidad de una población de neuronas y la estimulación catódica reduce 11. A diferencia de TMS, la corriente inducida es insuficiente para producir potenciales de acción en las neuronas corticales. Los cambios en la excitabilidad cortical se cree que es debida a la modulación del umbral de membrana neuronal que conduce a la hiperpolarización de cualquiera de los potenciales de membrana o una facilitación de la despolarización de las neuronas dependiendo de la dirección del flujo de corriente 8,11. La duración de los cambios de excitabilidad puede persistir hasta 90 minutos después de la compensaciónde estimulación, en función de la duración estimulación 11,12. tDCS y Motor Rehabilitación El M1 se ha utilizado ampliamente como un objetivo de la estimulación ya que los cambios provocados por la excitabilidad tDCS pueden ser cuantificados a través de los potenciales evocados motores (MEPS) inducidas por TMS solo pulso 3. Los primeros estudios que muestran la posibilidad de medir los cambios de excitabilidad de polaridad específica inducidos por tDCS han utilizado M1 como un objetivo de la estimulación 11,12. Desde entonces, M1 ha permanecido como uno de los objetivos principales de tDCS en los estudios que involucran ambas poblaciones clínicas y sujetos sanos debido a su importancia en la función motora, la formación de la memoria, y la consolidación de las habilidades motoras 12. El cerebro depende de una compleja interacción entre las regiones motoras de ambos hemisferios para realizar un movimiento de 14. Cuando un área está dañado, después de sufrir un derrame cerebral, por ejemplo, inter-interacciones hemisféricas se alteran. Los estudios sobre la plasticidad del cerebro han demostrado que las áreas motoras del cerebro se adaptan a esta modificación de diferentes maneras 15. En primer lugar, las, regiones circundantes intactos de la zona dañada pueden convertirse overactived, lo que lleva a la inhibición de la zona dañada - un proceso llamado inhibición intra-hemisférico. En segundo lugar, la región homóloga de la zona dañada puede convertirse en overactivated y ejercer inhibición en el hemisferio lesionado - un proceso llamado inhibición interhemisférica. El M1 afectada, por tanto, puede ser penalizado dos veces: primero por la lesión y el segundo por la inhibición que viene tanto de la M1 no afectada y la región circundante de la M1 afectados 16. Un estudio reciente ha demostrado que el aumento de la excitabilidad en el hemisferio no afectado está vinculado a la rehabilitación más lento 17, que ha sido descrito como la competencia inter-hemisférica mala adaptación 18. La comprensión de la plasticidad que ocurre despuésun accidente cerebrovascular puede conducir al desarrollo de protocolos de neuromodulación que puede restaurar interacciones interhemisféricas 19. Se han propuesto tres tratamientos principales tDCS en pacientes con déficits motores siguientes ictus 20,21. El primer tratamiento tiene como objetivo reactivar la corteza motora heridos por la estimulación anódica unilateral (un-tDCS). En este caso, la estimulación tiene por objeto aumentar directamente la actividad en las zonas perilesional, que se cree que es esencial para la recuperación. De hecho, los estudios han mostrado una mejora de la extremidad superior o inferior parética siguiendo este tratamiento 22-26. El segundo tratamiento se desarrolló con el objetivo de reducir la activación de más del hemisferio contralesional mediante la aplicación de tDCS catódica unilaterales (C-tDCS) sobre el M1 intacta. Aquí, la estimulación tiene por objeto aumentar indirectamente la actividad en las zonas a través de interacciones interhemispehric perilesional. Los resultados de estos estudios han mostrado una mejora de functi motordespués de c-tDCS 4,27-29. Finalmente, el tercer tratamiento tiene como objetivo la combinación de los efectos excitatorios de un tDCS sobre el M1 lesionada con los efectos inhibidores de c-tDCS más de los no afectados M1 utilizando tDCS bilaterales. Los resultados han demostrado mejoras en la función motora después de tDCS bilaterales 27,30,31. Por otra parte, un estudio demostró una mayor mejoría siguientes tDCS bilaterales en comparación con ambos métodos unilaterales 32. Fisiológicos Mecanismos de tDCS A pesar de la creciente utilización de tDCS en el tratamiento del accidente cerebrovascular, el mecanismo fisiológico que subyace a sus efectos sigue siendo desconocido 33. Una mejor comprensión de los efectos fisiológicos podría ayudar a desarrollar mejores opciones de tratamiento y podría dar lugar a protocolos estandarizados. Como se mencionó anteriormente, los efectos de la tDCS puede durar hasta 90 minutos después de la compensación de la estimulación 11,12. Por lo tanto, la hiperpolarización / despolarizaciónprocesos no pueden explicar completamente efectos nocivos duraderos 33,34. Se han sugerido diversas hipótesis sobre el mecanismo fisiológico subyacente tDCS secuelas en M1 incluyendo cambios en la liberación de neurotransmisores, la síntesis de proteínas, la función del canal de iones, o la actividad del receptor 34,35. Insights en esta materia se adquirieron primero a través de estudios farmacológicos que muestran una supresión de los efectos después de la estimulación catódica y anódica en la excitabilidad M1 por el dextrometorfano glutamatérgica N-metil-D-aspartato (NMDA) antagonista del receptor de 36,37 mientras que el efecto opuesto se muestra el uso de un agonista del receptor NMDA 38. Los receptores de NMDA se cree que participan en la función de aprendizaje y la memoria a través de la potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD), ambos mediados por neuronas glutamatérgicas y GABAérgicas 39,40. Los estudios en animales están en línea con esta hipótesis, ya que han demostrado que un-tDCS induce LTP 13. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; A pesar de los importantes avances en nuestra comprensión de los mecanismos de acción que subyace a efectos tDCS, protocolos farmacológicos presentan limitaciones importantes. En efecto, la acción del fármaco no puede ser tan espacialmente específico como tDCS, especialmente en el contexto de la experimentación humana, y el mecanismo de acción de sus efectos se debe principalmente a los receptores post-sinápticos 34. Por lo tanto, hay una necesidad de investigar más directamente los efectos de tDCS en el cerebro humano. Espectroscopia de resonancia magnética de protones (1 H-MRS) es un buen candidato, ya que permite no invasiva en la detección in vivo de las concentraciones de neurotransmisores en una región específica de interés. Este método se basa en el principio de que cada neuroquímico que contiene protones en el cerebro tiene una estructura molecular específica y, en consecuencia, produce resonancias específicas químicamente que pueden ser detectados por 1 H-MRS 41. La señal adquirida desde el volumen del cerebro de eninterés se genera a partir de todos los protones que resuenan entre 1 y 5 ppm. Los neuroquímicos adquiridos están representados en un espectro y se representaron gráficamente como una función de su desplazamiento químico con algunos picos claramente distinguibles, pero donde muchas resonancias de los diferentes neuroquímicos se superponen. La intensidad de señal de cada pico es proporcional a la concentración de la neurometabolite 41. La cantidad de sustancias neuroquímicas que se pueden cuantificar depende de la fuerza del campo magnético 42,43. Sin embargo, los metabolitos de baja concentración, que están ocultas por las resonancias muy fuertes, son difíciles de cuantificar en la fuerza del campo inferior, tal como 3 T. Una manera de obtener información sobre este tipo de señales se solapan es eliminar las resonancias fuertes a través de la edición espectral. Una de tales técnicas es una secuencia de MEGA-PRESS, que permite la detección de ácido γ-aminobutírico (GABA) señales 44,45. Sólo unos pocos estudios han investigado el efecto de tDCS en elel metabolismo cerebral mediante 1H-MRS en las regiones motoras 34,46 y no motores 47. Stagg y colaboradores 34 evaluaron los efectos de un-tDCS, c-tDCS, y la estimulación simulada sobre el metabolismo de la M1. Se encontró una reducción significativa en la concentración de GABA tras un-tDCS, y una reducción significativa del glutamato + glutamina (Glx) y GABA siguiente c-tDCS. En otro estudio, se informó de que la cantidad de cambios en la concentración de GABA inducidos por una sobre-tDCS M1 estaba relacionada con el aprendizaje motor 46. Estos estudios ponen de relieve el potencial de la combinación de 1 H-MRS con tDCS para aumentar nuestra comprensión del mecanismo fisiológico subyacente al efecto de tDCS en la función motora. Además, el uso de protocolos clínicos, tales como a-tDCS y c-tDCS sobre M1 es útil debido a que sus efectos en el comportamiento son bien estudiadas y pueden estar directamente relacionadas con los resultados fisiológicos. Por lo tanto, un protocolo estándar para la combinación de atDC bilateralS y 1 H-MRS se demuestra en los participantes sanos utilizando un sistema de 3 T MRI. Bihemisférica tDCS se presenta al contrastar los datos con un estudio MRS anterior donde se aplicaron catódica unilateral o tDCS anodal unilaterales sobre la corteza motora 34. El protocolo se describe específicamente para la estimulación con un estimulador NeuroConn en un escáner T Siemens 3 realización de MEGA-PRESS 1 H-MRS.

<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

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

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

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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.

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

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

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.0K vistas.  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.

Video: 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.

La combinación de Estimulación Magnética Transcraneal y fMRI para examinar la red en modo por defecto

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 ...

Investigación

Neurociencias

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.

La dependencia estatal Efectos sobre la EMT: Una mirada a la conducta motriz fosfeno

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.

Efectos de la corriente alterna la estimulación transcraneal en la corteza de Motor primaria por Online enfoque combinado con la estimulación magnética transcraneal

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.

Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral

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.

Espectroscopia de resonancia magnética funcional en 7 T en la corteza del cañón de rata durante la activación de la barba

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.

Navegado de evaluación bilateral de las vías corticoespinales de los músculos del tobillo mediante estimulación magnética transcraneal

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.

Medición y manipulación de vías neuronales funcionalmente específicas en el sistema motor humano con estimulación magnética transcraneal

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.

Evaluación de participantes para estimulación magnética transcraneal

Avance del mapeo de la corteza visual para una mejor evaluación de los trastornos de la visión

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 destacado: Perspectivas sobre la investigación de la corteza visual a través del mapeo de resonancia magnética funcional de visión amplia 

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.

Resonancia magnética funcional (fMRI) de la corteza visual con estimulación retinotópica de visión amplia

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