Ce travaux ont été soutenus par des subventions des Instituts de recherche en santé et en sciences naturelles et en génie du Canada. ST a été soutenue par une bourse supérieures du Canada Vanier par les Instituts de recherche en santé du Canada. MM reconnaît le soutien du centre de recherche en biotechnologie (BTRC) subvention P41 de RR008079 et P41 EB015894 (NIBIB), et la CCN P30 NS076408. Nous tenons à remercier Romain Valabrègue (Centre de neuroimagerie de Recherche - CENIR, Paris, France) et Brice Tiret (Centre Recherche de l&#39;Institut de Gériatrie Universiatire (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l&#39;énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Paris, France) pour le développement d&#39;outils de traitement, et Edward J. Auerbach (Centre de Résonance Magnétique de recherche et Département de radiologie, Université du Minnesota, Etats-Unis). Les séquences MEGA-PRESS et FASTESTMAP ont été développéspar Edward J. Auerbach et Małgorzata Marjańska et ont été fournis par l&#39;Université du Minnesota en vertu d&#39;un accord de C2P.

Les auteurs ont rien à divulguer.

Le présent document vise à décrire un protocole standard pour STCC combinaison et 1 H-MRS en utilisant un scanner 3 T. Dans la section suivante, les facteurs méthodologiques seront abordés. Étapes critiques Contre le dépistage Avant l&#39;expérience, il est crucial pour les participants de l&#39;écran pour une contre-indication concernant l&#39;utilisation du STCC et 1 H-MRS. L&#39;utilisation de critères d&#39;exclusion...

L&#39;idée d&#39;appliquer l&#39;électricité au cerveau humain de moduler son activité a été étudiée depuis les temps anciens. En fait, les écrits de dès le 11 ème siècle ont été trouvés qui décrivent l&#39;utilisation de la torpille poisson électrique dans le traitement des crises d&#39;épilepsie 1. Pourtant, il est pas jusqu&#39;à récemment que la stimulation cérébrale non invasive a reçu un large intérêt dans la communauté scientifique comme il a été montré pour produire des effets modulateurs sur la fonction cognitive et la réponse du moteur 2. Alors que la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a été largement étudié depuis le début des années 1980 3, l&#39;intérêt récent pour stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) a augmenté comme il est maintenant considéré comme une option de traitement viable pour un large éventail de neuropathologies, comme un AVC 4, dépendance à l&#39;alcool 5, 6 et la douleur chronique. tDCS présente de nombreux avantages par rapport aux techniques de neurostimulation TMS comme, par exemple,car il est relativement peu coûteux, sans douleur, bien toléré par les patients, et portable, ce qui permet d&#39;administrer à 7 chevet. En fait, seul un petit pourcentage de patients souffrent d&#39;une légère sensation de picotement pendant la stimulation 8. Cependant, cette sensation disparaît généralement au bout de quelques secondes 9. Par conséquent, STCC permet, des études de faux-double aveugle, contrôlées robustes puisque la majorité des participants ne peut pas différencier stimulation simulacre de véritable stimulation 9,10. tDCS implique l&#39;induction d&#39;un courant électrique de faible intensité de courant constant (1-2 mA) appliquée au cortex par des électrodes de surface placées sur le cuir chevelu du sujet. Les électrodes sont généralement placés dans des éponges imbibées de solution saline ou directement sur le cuir chevelu avec une pâte de type EEG. Pour mener une étude STCC, quatre paramètres principaux doivent être contrôlées par l&#39;expérimentateur: 1) la durée de la stimulation; 2) l&#39;intensité de la stimulation; 3) la taille de l&#39;électrode; et 4) le montage de l&#39;électrode. Dans des protocoles classiques, l&#39;électrode &quot;active&quot; est positionné au-dessus de la région d&#39;intérêt alors que l&#39;électrode de référence est généralement placé au-dessus de la région sus-orbitaire. Le courant circule de l&#39;anode chargée positivement vers la cathode chargée négativement. L&#39;effet de tDCS sur cortex moteur primaire (M1) est déterminé par la polarité de la stimulation où la stimulation anodique augmente l&#39;excitabilité des neurones de la population et elle réduit la stimulation cathodique 11. Contrairement TMS, le courant induit est insuffisant pour produire des potentiels d&#39;action dans les neurones corticaux. Les modifications de l&#39;excitabilité corticale sont supposés être dus à la modulation de la membrane de seuil neuronale qui conduit à une hyperpolarisation de l&#39;une ou l&#39;autre des potentiels de membrane ou une facilitation de la dépolarisation des neurones en fonction de la direction du flux de courant 8,11. La durée des modifications de l&#39;excitabilité peut persister jusqu&#39;à 90 min après le décalagede stimulation, en fonction de la durée de stimulation 11,12. STCC et moteur de réadaptation Le M1 a été largement utilisé comme une cible de stimulation car les changements d&#39;excitabilité provoqués par STCC peuvent être quantifiés par potentiels évoqués moteurs (MPE) induits par impulsion unique TMS 3. Les premières études montrant la possibilité de mesurer les changements d&#39;excitabilité spécifique polarité induites par STCC ont utilisé M1 comme une cible de stimulation 11,12. Depuis lors, M1 est resté l&#39;une des principales cibles de la STCC dans les études portant sur ​​les populations cliniques et les sujets sains en raison de son importance dans la fonction motrice, la formation de la mémoire, et la consolidation de la motricité 12. Le cerveau repose sur une interaction complexe entre régions motrices des deux hémisphères pour effectuer un mouvement 14. Quand un secteur est endommagé, après avoir subi un accident vasculaire cérébral par exemple, inter-interactions hémisphériques sont modifiés. Des études sur la plasticité cérébrale ont montré que les zones motrices du cerveau adapter à cette modification de diverses manières 15. Tout d&#39;abord, les régions, intactes autour de la zone endommagée peuvent devenir overactived, conduisant à une inhibition de la zone endommagée - un processus appelé inhibition intra-hémisphérique. Deuxièmement, la région homologue de la zone endommagée peut devenir suractivé et exercer inhibition sur l&#39;hémisphère blessé - un processus appelé inhibition inter-hémisphérique. Le M1 touché peut donc être deux fois pénalisé: d&#39;abord par la lésion et deuxième par l&#39;inhibition provenant à la fois de la M1 affectée et la région environnante de la M1 affecté 16. Une étude récente a montré que l&#39;augmentation de l&#39;excitabilité dans l&#39;hémisphère affecté est lié à la réadaptation lente 17, qui a été décrit comme inadapté concurrence inter-hémisphérique 18. Comprendre la plasticité survenant aprèsun accident vasculaire cérébral peut conduire à l&#39;élaboration de protocoles de neuromodulation qui peut restaurer interactions interhémisphériques 19. Trois principaux traitements STCC ont été proposées chez les patients ayant des déficits moteurs après un AVC 20,21. Le premier traitement a pour but de relancer le cortex moteur lésé par la stimulation anodique unilatéral (a-tDCS). Dans ce cas, la stimulation vise à accroître directement l&#39;activité dans les zones périlésionnel, qui sont censées être essentiel pour la reprise. En fait, des études ont montré une amélioration du membre supérieur ou inférieur parétique après ce traitement 22-26. Le deuxième traitement a été développé dans le but de réduire la sur-activation de l&#39;hémisphère contralésionnel en appliquant unilatérales cathodiques STCC (c-STCC) sur la M1 intact. Ici, la stimulation vise à augmenter indirectement l&#39;activité dans les zones périlésionnel par des interactions interhemispehric. Les résultats de ces études ont montré une amélioration de moteur functisur c après-STCC 4,27-29. Enfin, le troisième traitement vise à combiner les effets excitateurs de un-STCC sur la M1 blessé avec les effets inhibiteurs de c-STCC sur la M1 affecté à l&#39;aide STCC bilatéraux. Les résultats ont montré des améliorations de la fonction motrice après STCC bilatéraux 27,30,31. En outre, une étude a montré une plus grande amélioration suivantes STCC bilatéraux par rapport aux deux méthodes unilatérales 32. Physiologiques mécanismes de STCC Malgré l&#39;utilisation croissante de STCC dans le traitement de l&#39;accident vasculaire cérébral, le mécanisme physiologique sous-jacente de ses effets reste inconnue 33. Une meilleure compréhension des effets physiologiques pourrait aider à développer de meilleures options de traitement et pourrait conduire à des protocoles standardisés. Comme mentionné précédemment, les effets de tDCS peuvent durer jusqu&#39;à 90 minutes après le décalage de stimulation 11,12. Par conséquent, l&#39;hyperpolarisation / dépolarisationprocessus ne peuvent pas expliquer complètement les effets à long terme 33,34. Différentes hypothèses ont été proposés en ce qui concerne le mécanisme physiologique sous-jacent tDCS séquelles M1 sur des variations de la libération des neurotransmetteurs, la synthèse des protéines, la fonction des canaux ioniques, ou d&#39;une activité de récepteur de 34,35. Regards sur cette question ont d&#39;abord été acquis par des études pharmacologiques montrent une suppression de l&#39;après effets de la stimulation cathodique et anodique sur l&#39;excitabilité M1 par le dextrométhorphane glutamatergique N-méthyl-D-aspartate (NMDA) antagoniste des récepteurs de 36,37 alors que l&#39;effet inverse a été démontré l&#39;utilisation d&#39;un agoniste du récepteur NMDA 38. Les récepteurs NMDA sont considérés comme étant impliqués dans la fonction d&#39;apprentissage et de la mémoire à travers la potentialisation à long terme (LTP) et dépression à long terme (LTD), à la fois médiée par glutamatergique et neurones GABAergiques 39,40. Les études animales sont en accord avec cette hypothèse comme ils l&#39;ont montré qu&#39;une STCC-induit LTP 13. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Malgré les progrès importants réalisés dans la compréhension des mécanismes d&#39;action sous-jacente STCC effets, protocoles pharmacologiques présentent des limitations importantes. En effet, l&#39;action du médicament peut ne pas être aussi précis que l&#39;espace STCC, en particulier dans le cadre de l&#39;expérimentation humaine, et le mécanisme d&#39;action de leurs effets est principalement due à des récepteurs post-synaptiques 34. Par conséquent, il est nécessaire d&#39;étudier plus directement les effets de tDCS sur le cerveau humain. Proton spectroscopie par résonance magnétique (1 H-MRS) est un bon candidat car il permet non invasive la détection in vivo des concentrations de neurotransmetteurs dans une région d&#39;intérêt. Cette méthode est basée sur le principe selon lequel tous les protons contenant neurochimique dans le cerveau a une structure moléculaire spécifique et, par conséquent, produit des résonances chimiquement spécifiques qui peuvent être détectés par une 41 H-MRS. Le signal obtenu à partir du volume du cerveau dans desintérêt est généré à partir de tous les protons qui résonnent entre 1 et 5 ppm. Les substances neurochimiques acquises sont représentés sur un spectre et tracés en fonction de leur déplacement chimique avec des pics bien distinctes, mais où plusieurs résonances des différents neurotransmetteurs se chevauchent. L&#39;intensité du signal de chaque pic est proportionnelle à la concentration de la neurometabolite 41. La quantité de substances neurochimiques qui peuvent être quantifiés dépend de l&#39;intensité du champ magnétique 42,43. Cependant, les métabolites à faible concentration, qui sont obscurcies par des résonances très fortes, sont difficiles à quantifier en bas à l&#39;intensité du champ comme 3 T. Une façon d&#39;obtenir des informations sur ces signaux se chevauchent est d&#39;éliminer les résonances fortes via l&#39;édition spectrale. Une de ces techniques est une séquence MEGA-PRESS, qui permet la détection de l&#39;acide γ-aminobutyrique (GABA) signaux 44,45. Seules quelques études ont étudié l&#39;effet de la STCCle métabolisme du cerveau en utilisant 1 H-MRS dans les régions à moteur 34,46 et non-moteur 47. Stagg et collaborateurs 34 a évalué les effets d&#39;un-STCC, c-STCC, et la stimulation factice sur le métabolisme M1. Ils ont constaté une réduction significative de la concentration en GABA suivant un tDCS, et une réduction significative de glutamate + glutamine (Glx) et GABA-C suivant tDCS. Dans une autre étude, il a été signalé que le nombre de changements dans la concentration de GABA induites par un STCC sur M1 a été liée à l&#39;apprentissage moteur 46. Ces études mettent en évidence le potentiel de combiner 1 H-MRS avec STCC pour améliorer notre compréhension du mécanisme physiologique sous-jacente de l&#39;effet de STCC sur la fonction motrice. En outre, l&#39;utilisation de protocoles cliniques comme un STCC et c-STCC sur M1 est utile parce que leurs effets sur le comportement sont bien étudiés et peuvent être directement liées aux résultats physiologiques. Par conséquent, un protocole standard pour combiner tDC bilatéraleS et 1 H-MRS est démontrée chez les participants en bonne santé utilisant un système IRM 3 T. Bihemispheric STCC est présenté pour contraster avec les données d&#39;une étude de MRS précédente où cathodique unilatérale ou STCC anodiques de unilatérales ont été appliquées sur le cortex moteur 34. Le protocole est décrit spécifiquement pour la stimulation d&#39;un stimulateur NeuroConn dans un scanner Siemens T 3 exécuter 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

Stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) est une technique de neuromodulation qui a été de plus en plus utilisé au cours de la dernière décennie dans le traitement de troubles neurologiques et psychiatriques telles que la course et la dépression. Pourtant, les mécanismes sous-jacents sa capacité à moduler l&#39;excitabilité du cerveau pour améliorer les symptômes cliniques demeure mal comprise 33. Pour aider à améliorer cette compréhension, la spectroscopie par résonance magnétique du proton (1 H-MRS) peut être utilisé car il permet la quantification in vivo de métabolites du cerveau comme la γ-aminobutyrique (GABA) et le glutamate de manière spécifique à la région 41. En fait, une étude récente a démontré que 1 H-MRS est en effet un puissant moyen pour mieux comprendre les effets de la STCC sur la concentration des neurotransmetteurs 34. Cet article vise à décrire le protocole complet pour combiner STCC (stimulateur compatible NeuroConn MR) avec 1 H-MRS à 3 T en utilisant une suivants MEGA-PRESSuence. Nous allons décrire l&#39;impact d&#39;un protocole qui a montré des résultats prometteurs pour le traitement de troubles moteurs après un AVC, qui se compose de stimulation bilatérale du cortex moteur primaire 27,30,31. Facteurs méthodologiques à prendre en compte et d&#39;éventuelles modifications du protocole sont également discutés.

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

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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.

L&#39;utilisation de la spectroscopie par résonance magnétique, un outil pour la mesure de la Bi-hémisphériques transcrânienne électriques effets de stimulation sur le moteur primaire Cortex métabolisme

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 vues.  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.

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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.

Alliant la stimulation magnétique transcrânienne et l&#39;IRMf pour examiner le réseau en mode par défaut

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 ...

Recherche

Neurosciences

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.

Etat-dépendance Effets sur TMS: Un regard sur le comportement Phosphène Motive

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.

Effets de la Stimulation transcrânienne courant alternatif sur le Cortex moteur primaire par en ligne approche combinée avec la Stimulation magnétique transcrânienne

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.

La Stimulation magnétique transcrânienne combinée et électroencéphalographie du Cortex préfrontal dorsolatéral

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.

La spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle à 7 T dans le Cortex de baril de Rat pendant l’Activation de Whisker

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.

Évaluation bilatérale des voies Corticospinaux les muscles de la cheville à l’aide de navigué la Stimulation magnétique transcrânienne

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.

Mesurer et manipuler des voies neuronales fonctionnellement spécifiques dans le système moteur humain avec stimulation magnétique transcrânienne

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.

Dépistage des participants pour la stimulation magnétique transcrânienne

Faire progresser la cartographie du cortex visuel pour une meilleure évaluation des troubles de la vision

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.

Pleins feux sur l’auteur : Aperçu de la recherche sur le cortex visuel grâce à la cartographie IRMf à grande échelle 

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.

Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) du cortex visuel avec stimulation rétinotopique à grand angle

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