Este trabajo fue apoyado por becas de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 y por DFG-Exc-257, UL: 423/1-1), el Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A y 01GY1144; AF y MM: 01EO0801), el Servicio de Intercambio Académico Alemán (AF: DAAD-54391829), Go8 Australia - Esquema Alemania Común de Investigación de Cooperación (DC: 2011001430), el Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) y el Consejo de Investigación Australiano (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Damos las gracias a Kate María López por su asistencia editorial.

1. Contraindicaciones y Consideraciones Especiales <ol><li> Meticulosamente el filtro de los participantes para contraindicación de resonancia magnética (por ejemplo, marcapasos, claustrofobia, etc) y excluir si es necesario. Adquirir cuestionarios estándar en instituciones clínicas o centros de investigación que operan los equipos de RM. Siga siempre los procedimientos de seguridad estándar al entrar en la sala del escáner. </li><li> Meticulosamente el filtro de los participantes para contraindicación para tDCS. Estos pueden superponerse con contraindicaciones para la RM. Ver Villamar et al. 20 para ver un ejemplo. </li><li> Consulte con el centro de operación en materia de seguridad local y las regulaciones éticas y obtener los permisos necesarios. Prueba para posibles artefactos de imagen inducidos por el equipo actual o TDCS estimulación antes del comienzo del experimento real (por ejemplo, probando el impacto de TDCS en relación de señal a ruido 17, 18). </li></ol> 2. FMConfiguración de RI, Diseño Experimental y Materiales Nota: El uso de tDCS en el interior de un escáner de resonancia magnética se necesita un equipo especial. En particular, específica se requieren cables compatibles con MRI, cajas de filtros, electrodos y correas para sujetar los electrodos a la cabeza de los sujetos. Figura 2 ilustra (A) equipo estándar tDCS y (B) componentes para su uso con la RM. Los últimos componentes son necesarios para evitar la posibilidad de la calefacción debajo de los electrodos debido a los pulsos de radiofrecuencia emitidas durante la RMN. Además, los artefactos de imagen de alta frecuencia pueden ser inducidas por el dispositivo TDCS. Ambos se pueden prevenir mediante el uso de cajas de filtros colocados fuera y dentro de la sala del escáner, cables equipados con resistencias y electrodos de goma conductiva compatibles con la RM dedicados. <ol><li> Realice generales experimental y secuencias para el experimento fMRI. Ambos dependen de los objetivos del estudio. Nota: el protocolo a continuación es especiFIC para este experimento, pero puede ser revisada para aplicar a un número de diferentes situaciones experimentales. </li><li> Use una computadora de escritorio con el software de presentación de estímulo instalada para una tarea lenguaje que implica la presentación visual de las categorías semánticas dentro del escáner. Presentar estos estímulos en una pantalla en el interior del escáner a través de un proyector conectado a la computadora y un sistema de espejos. </li><li> Utilice un micrófono compatible con resonancia magnética para la transmisión de las respuestas verbales explícitas. Adquirir dos secuencias funcionales durante tDCS: a-tarea ausente RS-secuencia de cinco minutos y una tarea palabra generación semántica manifiesta. Nota: Los detalles adicionales de la puesta en marcha experimental, y secuencias de estímulos de resonancia magnética funcional han sido previamente descrito en detalle 14, 15 y la Figura 1 ilustra el experimento. </li><li> Para configurar el dispositivo, programa TDCS el dispositivo para entregar una corriente constante directa de 1 mA durante 20 min para cubrir toda la duración de la exploración funcional de doss, incluyendo escapadas y tiempo para instrucciones entre las exploraciones 14, 15. Asegúrese de asegurarse de que el estimulador está suficientemente cargada; de lo contrario, se puede cerrar durante el experimento. </li><li> Asegúrese de que todos los materiales necesarios están disponibles (Figura 2). </li></ol> 3. Configuración tDCS Exterior e interior del escáner (Ver Figura 3 para un resumen esquemático) <ol><li> Coloque la caja de filtro exterior cerca del filtro de radio-frecuencia (RF) del tubo (es decir, el punto de penetración en el escudo de frecuencia de radio del escáner de resonancia magnética que se puede utilizar para insertar los cables desde fuera del escáner). Conecte estimulador con la caja externa mediante cable estimulador. Caja del filtro interior y exterior no debe mezclarse para arriba. Nota: La figura 4A ilustra los tDCS set-up fuera del escáner. La caja exterior está claramente marcada en la figura 4B. </li><li> Mida la longitud del cable requerido para conectar la posadaer con caja exterior usando cable de la caja (ver siguiente punto con respecto al posicionamiento del cable en la sala del escáner). Inserte el cable de la caja en el tubo de RF desde el exterior del escáner y conectar con la caja de filtro exterior (Figura 4). </li><li> Coloque la caja del filtro interno en el interior del extremo posterior del orificio del escáner (Figura 5); utilice cinta adhesiva para mantenerlo en su lugar. Conecte el cable de la caja con la caja de filtro interior y evitar los bucles en los cables ya que pueden causar calentamiento por RF. Nota: El cable debe estar alineada con las paredes de la sala del escáner y se fija con cinta adhesiva (Figura 3). </li></ol> 4. Participante Preparación y posición del participante en Escáner <ol><li> Al igual que con tDCS convencionales set-ups, inspeccione la piel del participante para encontrar lesiones pre-existentes, mueva pelo, la piel limpia con alcohol para eliminar la laca de pelo, loción corporal, etc. para mejorar la conductividad de la piel debajo de los electrodos 12, &lt;sup&gt; 21. </li><li> Remojar los bolsillos de esponja con solución salina e insertar electrodos compatibles con MRI en los bolsillos (ver DaSilva 21 para consideraciones generales de la preparación de los participantes y la colocación de los electrodos). </li><li> Posiciones de los electrodos Marcar en las cabezas de los sujetos utilizando una pluma que no deja huellas ferromagnéticos (por ejemplo, no usan delineador de ojos). Determinar la posición de destino para ánodo usando 10-20 sistema EEG (en este caso la izquierda IFG, 5 x 7 cm 2) 14, 15. Para ello, localizar (a) la intersección de T3-F3 y F7-C3 y (b) el punto medio entre F7-F3. La posición de destino está en el centro de una línea de puntos de conexión (A) y (B). Lugar de cátodo (10 x 10 cm 2) sobre la posición supraorbital derecha (para los detalles de la colocación de electrodos ver Meinzer et al. 14, 15). Conecte los electrodos a la cabeza usando la banda de goma. </li><li> Guía del participante detrás del escáner y conecte el cable del electrodo con la filt interiorcuadro er. Encienda el estimulador y la impedancia de prueba presionando la parte superior derecha y el botón inferior izquierda del estimulador simultáneamente. Si se alcanzan los límites de impedancia, a continuación, el estimulador se detendrá automáticamente. Si esto ocurre, compruebe si los electrodos están en contacto con el cuero cabelludo, la piel limpia de nuevo o aplicar más solución salina si las esponjas se han convertido en demasiado seco, y luego comprobar si hay algún cable roto. Nota: La impedancia es típicamente más altos en comparación con los montajes convencionales debido a cables adicionales y cajas de filtro entre el estimulador y los electrodos. </li><li> Guía del Participante en la sala del escáner (después de una verificación final). Coloque el participante en el pórtico del escáner y asegúrese de que los electrodos se encuentran todavía en la posición correcta. Cierre la cabeza de bobina. El cable del electrodo debe ser alimentado a través de la parte inferior izquierda de la bobina de la cabeza (ver Figura 6) o de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. </li><li> Mueva participante en el agujero del escáner. Asegúrese de que el cable hagaes no ponerse en el pórtico y romper (véase la Figura 6 para una posible posición segura del cable durante esta etapa). Cuando el participante haya alcanzado la posición final dentro del escáner, alcanzar para el cable del electrodo desde el extremo posterior del escáner y conectarlo a la caja del filtro interior. Entregar botón de emergencia para los participantes y salir de la sala del escáner. </li></ol> 5. Comienzo de la estimulación <ol><li> Utilice el intercomunicador escáner para informar al participante sobre el inicio de sesión de exploración. Inicie el escaneado localizador estructural (para determinar la posición de la cabeza del participante en el escáner y permitir una planificación de exploraciones funcionales y estructurales posteriores) utilizando la consola de exploración. Inspeccione exploración localizador de artefactos de alta frecuencia: Haga doble clic en la exploración del localizador después del final del periodo de adquisición y ajustar el contraste (por Siemens Trio manteniendo pulsado el botón derecho del ratón y el ratón a izquierda y derecha en movimiento, por ejemplo, véase las figuras 7Ay 7B). </li><li> Utilice el intercomunicador escáner para comunicarse con el tema de que la estimulación se iniciará y que él / ella puede sentir una sensación de hormigueo en el cuero cabelludo por un corto tiempo. Repita las instrucciones para la primera exploración funcional. En este ejemplo, instruir a los participantes a mantener los ojos cerrados durante la duración de la exploración (5 min), moverse lo menos posible y no pensar en nada en particular. Asegúrese de que el proyector se apaga (la pantalla dentro de la perforación escáner es negro) para evitar la estimulación visual durante la RS-scan. </li><li> Iniciar la estimulación manualmente aproximadamente 1-2 min antes del inicio de la primera exploración funcional (RS-Scan). Utilice la consola del escáner para cargar RS-secuencia. Haga doble clic en RS-secuencia para abrir el campo de visión (FOV), cargo para cubrir todo el cerebro y alinearse aproximadamente con la comisura anterior-posterior ajuste. Inicie el primer análisis (utilizando el botón de escaneo START). </li><li> Monitorear la impedancia durante todo el experimento. Nota: Si el experiment se lleva a cabo en un modo de doble ciego (participante y el investigador están cegados a la estimulación), un segundo investigador puede ser necesario supervisar la impedancia. </li><li> Mientras que el RS-secuencia se está ejecutando, cargar segunda secuencia de imágenes funcionales (por tarea idioma posterior) y ajustar FOV, utilizando la consola de escáner que el anterior, para reducir el tiempo requerido entre búsquedas. Después del final de la RS-secuencia, gire en el proyector para permitir la presentación visual de los estímulos experimentales durante una tarea de idioma. Haga doble clic en el icono de software de presentación y modelo de lenguaje de carga. Utilice el intercomunicador escáner que repita las instrucciones para fMRI paradigma relacionado con la tarea y comenzar con la tarea 14, 15. </li><li> Después de que el final del experimento de estimulación / fMRI, continuar con las exploraciones estructurales planeadas. No desconecte los cables del electrodo hasta el final de la sesión de exploración. </li><li> Al final del experimento, desconecte el cable del electrodo de la caja de filtro interior antes de trasladarse fuera de la participantede diámetro interior del escáner. Retire participante desde el escáner, desconecte la bobina cabeza y pedir al participante que se siente hacia arriba y retire cuidadosamente los electrodos. </li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

La aplicación combinada de tDCS con simultánea fMRI ha mostrado potencial para la aclaración de las bases neurales de los efectos inmediatos de la estimulación a través de todo el cerebro con una alta resolución espacial 13-19. En el futuro, este tipo de estudios pueden ser complementados por estudios combinados EEG-tDCS, para explotar la resolución temporal superior de esta última técnica. Además, intrascanner estimulación permite la verificación de la correcta colocación de los electrodos en el...

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es un método no invasivo de la estimulación cerebral cortical en el que el funcionamiento es modulada por medio de una corriente eléctrica débil (típicamente 1-2 mA) proyectada entre dos electrodos del cuero cabelludo-fijada. Fisiológicamente, TDCS induce un cambio de polaridad dependiente en neuronal potencial de membrana en reposo (RMP) dentro de la región cortical objetivo a través de la manipulación de los canales de sodio y de calcio, promoviendo de este modo cambios en la excitabilidad cortical 1. Específicamente, la estimulación anódica (atDCS) se ha demostrado que aumenta la actividad cortical a través de la despolarización neuronal de RMP, mientras que la estimulación catódica (ctDCS) reduce la excitabilidad cortical 2. En comparación con otros tipos de estimulación cerebral (por ejemplo, la estimulación magnética transcraneal) de seguridad ha sido bien establecido y hasta el momento no tiene efectos secundarios graves se han reportado incluso en poblaciones vulnerables 3, 4. Además, al menos por lower intensidades de estimulación (hasta 1 mA), un placebo eficaz (&quot;sham&quot;) la condición de estimulación existe 5, permitiendo cegamiento eficaz de los participantes y los investigadores a las condiciones de estimulación, lo que hace tDCS una herramienta atractiva en entornos clínicos y experimentales de investigación. Numerosos estudios hasta la fecha han demostrado que estos cambios en la excitabilidad cortical puede dar lugar a modulaciones de comportamiento. En el sistema de motor, los efectos dependientes de polaridad consistentes se han reportado 1, 6 para ambos atDCS y ctDCS. En los estudios cognitivos, la mayoría de los estudios que emplearon atDCS para mejorar las funciones cognitivas informó de efectos beneficiosos sobre el rendimiento 7, mientras que ctDCS con frecuencia no dieron como resultado el procesamiento cognitivo deterioro. El último puede ser explicado por la mayor redundancia de recursos de procesamiento neurales que subyacen la cognición 6. La mayoría de los estudios han empleado tDCS diseños cross-over para estudiarlos efectos inmediatos de la estimulación, que duran más que la terminación de la corriente sólo por períodos cortos de tiempo 1. Sin embargo, se ha sugerido que repite impactos de estimulación sobre la síntesis de proteínas, es decir, el mecanismo de adquisición de la habilidad subyacente neuronal 8. De hecho, el motor o el éxito entrenamiento cognitivo pueden aumentar cuando se combinan con las repetidas sesiones tDCS y estabilidad a largo plazo de estas mejoras se han notificado a durar hasta varios meses en adultos sanos de 8-10. Tales resultados también han despertado un interés en el uso de TDCS en contextos clínicos y los datos preliminares sugieren que también puede ser útil como un enfoque de tratamiento primario o adyuvante en diversas poblaciones clínicas 3. Sin embargo, mientras que un número relativamente grande de estudios aborda los efectos neurofisiológicos de tDCS en el sistema motor, se sabe poco sobre los mecanismos neurales subyacentes de efectos tDCS sobre las funciones cerebrales cognitivas en la salud y la enfermedad.Una mejor comprensión del modo de acción de tDCS es un requisito previo necesario para aplicaciones más específicas de tDCS en la investigación y el ámbito clínico. Este problema puede abordarse mediante la combinación de tDCS con técnicas de imágenes cerebrales funcionales como la electroencefalografía (EEG) o la resonancia magnética funcional (fMRI). La mayoría de los estudios que investigan los mecanismos neurales que subyacen a las funciones cognitivas y motoras han optado por emplear fMRI 11. En particular, la fMRI es la técnica de imagen cerebral más ampliamente utilizado para investigar los mecanismos neurales que subyacen a las funciones cognitivas y motoras 11. Por otra parte, cuando se combina con aplicación simultánea de TDCS, fMRI permite el examen de los mecanismos neurales que subyacen a los efectos de comportamiento tDCS con mayor resolución espacial a través de todo el cerebro en comparación con EEG (para las descripciones recientes de combinado TDCS-EEG ver Schestatsky et al. 12). El presente manuscrito describe ªuso e combinada de tDCS en simultáneo fMRI. Esta nueva técnica se ha utilizado con éxito para estudiar los mecanismos neurales que subyacen tDCS inducida por modulaciones de las funciones motoras y cognitivas 13-19. En el futuro, este protocolo combinado producirá nuevos conocimientos sobre los mecanismos de acción tDCS en salud y enfermedad. Comprender el impacto de tDCS en redes neuronales a gran escala según la evaluación de esta técnica puede sentar las bases para una aplicación más específica de tDCS en la investigación y el ámbito clínico. El manuscrito se centrará en las diferencias entre tDCS experimentos de comportamiento y el uso combinado de tDCS en simultáneo fMRI, con un especial énfasis en los requisitos de hardware, implementación de la técnica y las consideraciones de seguridad. A modo de ejemplo, una sola sesión de tDCS administrados a la circunvolución frontal inferior izquierda (IFG) durante la tarea ausente en reposo por el estado (RS) y de resonancia magnética funcional durante una tarea de lenguaje 14, 15 wenfermo puede describir, aunque muchas otras aplicaciones son posibles 16, 19. Los detalles del diseño experimental, características de los participantes y los procedimientos de análisis de datos de resonancia magnética funcional han sido descritos en detalle en las publicaciones originales 14,15 y están más allá del alcance de la presente manuscrito. Por otra parte, en estos estudios, una resonancia magnética funcional adicional scan que involucren farsa tDCS se adquirió y se compara con los resultados de la sesión atDCS (ver &quot;Los resultados representativos&quot; para más detalles). Esta sesión fue idéntica a la descrita en el presente manuscrito, excepto que la estimulación se interrumpió antes del inicio de la sesión de exploración (véase la Figura 1 para más detalles). El presente procedimiento se ha aplicado con éxito en un escáner 3-Tesla MRI Siemens Trio en el Centro de Berlín para Advanced Imaging (Charité de la Universidad de Medicina de Berlín, Alemania), y debe ser aplicable a otros escáneres, así 13 en principio.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="662">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DC-Stimulator Plus</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td align="right" style="width:133px;">21</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:216px;">Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable)</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">2 sponge pads for rubber electrodes (7x5 and 10x10 ccm)</td>
			<td style="width:147px;">NeuroConn, Illmenau, Germany</td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rubber head band</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaCL solution</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Measurement tape</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td>To determine electrode position using the EEG 10-20 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pen</td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:133px;"></td>
			<td>Used during electrode positioning</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

transcranial direct current stimulation and simultaneous  functional magnetic resonance imaging

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva que utiliza corrientes eléctricas débiles administrados al cuero cabelludo para manipular la excitabilidad cortical y, en consecuencia, el comportamiento y la función cerebral. En la última década, numerosos estudios se han ocupado de los efectos a corto plazo ya largo plazo de la tDCS sobre diferentes medidas de rendimiento de comportamiento durante las tareas motoras y cognitivas, tanto en individuos sanos y en un número de diferentes poblaciones de pacientes. Hasta ahora, sin embargo, se sabe poco sobre las bases neurales de la tDCS-acción en el ser humano con respecto a las redes del cerebro a gran escala. Este problema puede abordarse mediante la combinación de tDCS con técnicas de imágenes cerebrales funcionales como las imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) o la electroencefalografía (EEG). En particular, la fMRI es la técnica de imagen cerebral más ampliamente utilizado para investigar los mecanismos neurales que subyacen a las funciones cognitivas y motoras. Applicatiel de tDCS durante fMRI permite el análisis de los mecanismos neurales que subyacen efectos tDCS comportamiento con alta resolución espacial a través de todo el cerebro. Estudios recientes utilizando esta técnica identifican los cambios inducidos por la estimulación de la actividad funcional del cerebro relacionada con las tareas en el lugar de estimulación y también en las regiones del cerebro más distantes, lo que se asoció con una mejoría del comportamiento. Además, tDCS administrados durante el estado de reposo fMRI permitieron la identificación de cambios generalizados en la conectividad funcional de todo el cerebro. Futuros estudios que utilizan este protocolo combinado deben producir nuevos conocimientos sobre los mecanismos de acción tDCS en la salud y la enfermedad y nuevas opciones para la aplicación más selectiva de tDCS en la investigación y el ámbito clínico. El presente manuscrito describe esta nueva técnica de una manera paso a paso, con un enfoque en los aspectos técnicos de tDCS administrados durante fMRI.

Funcional RM es la técnica de imagen funcional más utilizado para hacer frente a los mecanismos neurales subyacentes de las funciones motoras o cognitivas. Más recientemente, fMRI también se ha utilizado para evaluar los efectos tDCS en la actividad cortical y la conectividad. Sin embargo, la mayoría de estos estudios tDCS administrados fuera del escáner y evaluaron los efectos de la estimulación fuera de línea (es decir, administrado tDCS antes de escanear 22, 23). Sólo unos pocos estudios ...

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Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva. Se ha utilizado con éxito en la investigación básica y entornos clínicos para modular la función cerebral en los seres humanos. En este artículo se describe la implementación del tDCS y la resonancia magnética funcional simultánea (fMRI), para investigar las bases neuronales de los efectos tDCS.

Transcraneal directa Estimulación actual y Resonancia Magnética Funcional simultánea

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

transcranial-direct-current-stimulation-simultaneous-functional

Research

JoVE Journal

Behavior

21.6K vistas.  University of Queensland.  Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es una técnica de estimulación cerebral no invasiva. Se ha utilizado con éxito en la investigación básica y entornos clínicos para modular la función cerebral en los seres humanos. En este artículo se describe la implementación del tDCS y la resonancia magnética funcional simultánea (fMRI), para investigar las bases neuronales de los efectos tDCS. 

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Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and molecular approaches allow the investigation of either different stimuli on few neurons, or one stimulus in large parts of the brain, blood oxygenation level dependent (BOLD) functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) allows combining both advantages, i.e. compare the neural activation induced by different stimuli in the entire brain at once. fMRI in songbirds is challenging because of the small size of their brains and because their bones and especially their skull comprise numerous air cavities, inducing important susceptibility artifacts. Gradient-echo (GE) BOLD fMRI has been successfully applied to songbirds 1-5 (for a review, see 6). These studies focused on the primary and secondary auditory brain areas, which are regions free of susceptibility artifacts. However, because processes of interest may occur beyond these regions, whole brain BOLD fMRI is required using an MRI sequence less susceptible to these artifacts. This can be achieved by using spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8 . In this article, we describe how to use this technique in zebra finches (Taeniopygia guttata), which are small songbirds with a bodyweight of 15-25 g extensively studied in behavioral neurosciences of birdsong. The main topic of fMRI studies on songbirds is song perception and song learning. The auditory nature of the stimuli combined with the weak BOLD sensitivity of SE (compared to GE) based fMRI sequences makes the implementation of this technique very challenging.

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

This article shows an optimized procedure for imaging of the neural substrates of auditory stimulation in the songbird brain using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). It describes the preparation of the sound stimuli, the positioning of the subject and the acquisition and subsequent analysis of the fMRI data.

Resonancia magnética funcional (fMRI) con estimulación auditiva en Songbirds

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Investigación

Comportamiento

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

Mejor práctica actual de obtención de datos de alta calidad EEG durante fMRI simultánea

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

Monitoreo EEG simultáneo Durante La estimulación transcraneal de corriente directa

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

Estimular el Lip Corteza Motora con Estimulación Magnética Transcraneal

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

Estimulación magnética transcraneal para Investigar las relaciones causales Brain-conductuales y su Curso de Tiempo

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain regions involved in working memory and attention using transcranial electrical brain stimulation. Some researchers now believe the cerebellum supports cognition, possibly via a remote neuromodulatory effect on the prefrontal cortex. This paper describes a procedure for investigating a role for the cerebellum in cognition using transcranial direct current stimulation (tDCS), and a selection of information-processing tasks of varying task difficulty, which have previously been shown to involve working memory, attention and cerebellar functioning. One task is called the Paced Auditory Serial Addition Task (PASAT) and the other a novel variant of this task called the Paced Auditory Serial Subtraction Task (PASST). A verb generation task and its two controls (noun and verb reading) were also investigated. All five tasks were performed by three separate groups of participants, before and after the modulation of cortico-cerebellar connectivity using anodal, cathodal or sham tDCS over the right cerebellar cortex. The procedure demonstrates how performance (accuracy, verbal response latency and variability) could be selectively improved after cathodal stimulation, but only during tasks that the participants rated as difficult, and not easy. Performance was unchanged by anodal or sham stimulation. These findings demonstrate a role for the cerebellum in cognition, whereby activity in the left prefrontal cortex is likely dis-inhibited by cathodal tDCS over the right cerebellar cortex. Transcranial brain stimulation is growing in popularity in various labs and clinics. However, the after-effects of tDCS are inconsistent between individuals and not always polarity-specific, and may even be task- or load-specific, all of which requires further study. Future efforts might also be guided towards neuro-enhancement in cerebellar patients presenting with cognitive impairment once a better understanding of brain stimulation mechanisms has emerged.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) over the cerebellum exerts a remote effect on the prefrontal cortex, which can modulate cognition and performance. This was demonstrated using two information-processing tasks of varying complexity, whereby only cathodal tDCS improved performance when the task was difficult, but not easy.

Cognición modulante Usando transcraneal directa Estimulación actual del cerebelo

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

Estimulación Magnética Transcraneal Repetitiva Neuronavegación guiada por Afasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to integrate cognitive neural processes. Transcranial alternating current stimulation (tACS) holds the promise to elucidate the causal link between specific frequencies of oscillatory brain activity and cognitive processes. Simultaneous electroencephalography (EEG) recording during tACS would offer an opportunity to directly explore immediate neurophysiological effects of tACS. However, it is not trivial to measure EEG signals during tACS, as tACS creates a huge artifact in EEG data. Here we explain how to set up concurrent tACS-EEG experiments. Two necessary considerations for successful EEG recording while applying tACS are highlighted. First, bridging of the tACS and EEG electrodes via leaking EEG gel immediately saturates the EEG amplifier. To avoid bridging via gel, the viscosity of the EEG gel is the most important parameter. The EEG gel must be viscous to avoid bridging, but at the same time sufficiently fluid to create contact between the tACS electrode and the scalp. Second, due to the large amplitude of the tACS artifact, it is important to consider using an EEG system with a high resolution analog-to-digital (A/D) converter. In particular, the magnitude of the tACS artifact can exceed 100 mV at the vicinity of a stimulation electrode when 1 mA tACS is applied. The resolution of the A/D converter is of importance to measure good quality EEG data from the vicinity of the stimulation site. By following these guidelines for the procedures and technical considerations, successful concurrent EEG recording during tACS will be realized.

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

In this article we explain how to set up a concurrent transcranial alternating current stimulation and EEG experiment.

Grabación Electroencefalografía Concurrente Durante transcraneal de corriente alterna Estimulación (TAC)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses electromagnetic coils to stimulate areas of the brain non-invasively. Deep transcranial magnetic stimulation (dTMS) with the Brainsway H1-coil system specifically is a type of rTMS indicated for treating patients with major depressive disorder (MDD) who are resistant to medication. The unique H1-coil design of this device is able to stimulate neuronal pathways that lie deeper in the targeted brain areas than those reached by conventional rTMS coils. dTMS is considered to be low-risk and well tolerated, making it a viable treatment option for people who have not responded to medication or psychotherapy trials for their depression.
Randomized, sham-control studies have demonstrated that dTMS produces significantly greater improvement in depressive symptoms than sham dTMS treatment in patients with major depression that has not responded to antidepressant medication. In this paper, we will review the methodology for treating major depression with dTMS using an H1-coil.

Here we present a protocol outlining the methodology for treatment of Major Depressive Disorder using the deep Transcranial Magnetic Stimulation (dTMS) system.

Tratamiento de la depresión clínica con repetitiva profunda Estimulación Magnética Transcraneal Uso del Brainsway H1-bobina

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45&#176; to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.

We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45&#176;. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.

La estimulación magnética transcraneal repetitiva en el Hemisferio unilateral de cerebro de rata

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

Transcraneal directa Estimulación actual y Resonancia Magnética Funcional simultánea

PLAYLIST