Questi lavori è stato supportato da sovvenzioni dal Canadian Institutes of Health Research e le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada. ST è stato sostenuto da una borsa di studio Vanier Canada Graduate dal Canadian Institutes of Health Research. MM riconosce il sostegno da parte Biotechnology Research Center (BTRC) concessione P41 e P41 RR008079 EB015894 (NIBIB), e NCC P30 NS076408. Vorremmo ringraziare Romain Valabrègue (Centre de Recherche de NeuroImagerie - CENIR, Parigi, Francia) e Brice Tiret (Centro Recherche de l&#39;Institut de Universiatire Gériatrie (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l&#39;énergie atomique et aux énergies alternative (CEA), Parigi, Francia) per lo sviluppo di strumenti di elaborazione, e Edward J. Auerbach (Centro per la Risonanza Magnetica Ricerca e Dipartimento di Radiologia, Università del Minnesota, USA). Le sequenze MEGA-PRESS e FASTESTMAP sono stati sviluppatida Edward J. Auerbach e Małgorzata Marjańska e sono stati forniti dalla University of Minnesota nell&#39;ambito di un accordo C2P.

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il presente lavoro mira a descrivere un protocollo standard per tDCS conciliano e 1 H-MRS utilizzando uno scanner 3 T. Nella sezione successiva, saranno discussi i fattori metodologici. Fasi critiche Controindicazioni Screening Precedente all&#39;esperimento, è fondamentale ai partecipanti dello schermo per qualsiasi controindicazione per quanto riguarda l&#39;uso di tDCS e 1 H-MRS. L&#39;uso dei seguenti criteri di esclusione è...

L&#39;idea di applicare energia elettrica al cervello umano di modulare la sua attività è stato studiato fin dai tempi antichi. Infatti, scritti da fin dal 11 ° secolo sono stati trovati che descrivono l&#39;uso del pesce siluro elettrico nel trattamento delle crisi epilettiche 1. Eppure, non è fino a poco tempo che la stimolazione cerebrale non invasiva ha ricevuto l&#39;interesse diffuso nella comunità scientifica, come è stato dimostrato di produrre effetti modulatori sulla funzione cognitiva e la risposta del motore 2. Mentre Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) è stato ampiamente studiato fin dai primi anni del 1980 del 3, recente interesse transcranica stimolazione corrente continua (tDCS) è aumentata in quanto è ormai considerato una valida opzione di trattamento per una vasta gamma di neuropatologie, come l&#39;ictus 4, dipendenza da alcol 5, 6 e il dolore cronico. tDCS ha molti vantaggi rispetto alle tecniche di neurostimolazione come TMS, per esempio,poiché è relativamente poco costoso, indolore, ben tollerata dai pazienti, e portatile, rendendo così possibile somministrare al letto 7. In realtà, solo una piccola percentuale dei pazienti avvertono una sensazione di formicolio lieve durante la stimolazione 8. Tuttavia, questa sensazione generalmente scompare dopo pochi secondi 9. Di conseguenza, tDCS permette, studi sham-controllato in doppio cieco robusti in quanto la maggioranza dei partecipanti non permette di distinguere la stimolazione sham da vera stimolazione 9,10. tDCS comporta l&#39;induzione di una costante di corrente elettrica a basso amperaggio (1-2 mA) applicata alla corteccia tramite elettrodi di superficie posizionati sulla cute del soggetto. Gli elettrodi sono generalmente inseriti in spugna imbevuti di soluzione fisiologica o direttamente sul cuoio capelluto con una pasta EEG tipo. Per condurre uno studio tDCS, devono essere controllati dallo sperimentatore quattro parametri principali: 1) la durata della stimolazione; 2) l&#39;intensità della stimolazione; 3) la dimensione dell&#39;elettrodo; e 4) il montaggio dell&#39;elettrodo. In protocolli standard, l&#39;elettrodo &quot;attiva&quot; è posizionato sopra la regione di interesse mentre l&#39;elettrodo di riferimento è solitamente posizionato sulla regione sopraorbitali. La corrente fluisce dall&#39;anodo carica positiva verso il catodo caricato negativamente. L&#39;effetto della tDCS sulla corteccia motoria primaria (M1) è determinato dalla polarità della stimolazione dove stimolazione anodica aumenta l&#39;eccitabilità di una popolazione di neuroni e la stimolazione catodica riduce 11. Diversamente TMS, la corrente indotta è insufficiente a produrre potenziali d&#39;azione nei neuroni corticali. Le variazioni dell&#39;eccitabilità corticale si ritiene essere dovuto alla modulazione della membrana neuronale soglia che conduce sia alla iperpolarizzazione del potenziale di membrana o di una facilitazione di depolarizzazione dei neuroni a seconda della direzione del flusso di corrente 8,11. La durata dei cambiamenti di eccitabilità può durare fino a 90 minuti dopo l&#39;offsetdella stimolazione, a seconda della durata di stimolazione 11,12. tDCS e Riabilitazione Motoria La M1 è stato ampiamente utilizzato come un obiettivo di stimolazione in quanto i cambiamenti di eccitabilità indotte da tDCS possono essere quantificati attraverso potenziali evocati motori (MEP) indotti da singolo impulso TMS 3. I primi studi che mostrano la possibilità di misurare specifici di polarità di eccitabilità cambiamenti indotti dalla tDCS hanno usato M1 come bersaglio di stimolazione 11,12. Da allora, M1 è rimasto uno degli obiettivi primari della tDCS in studi che coinvolgono entrambe le popolazioni cliniche e soggetti sani a causa della sua importanza nella funzione motoria, la formazione della memoria, e il consolidamento delle capacità motorie 12. Il cervello si basa su una complessa interazione tra le regioni a motore di entrambi gli emisferi per l&#39;esecuzione di un movimento 14. Quando un settore è danneggiato, dopo aver subito un ictus ad esempio, inter-interazioni emisferiche sono alterati. Studi sulla plasticità del cervello hanno dimostrato che le aree motorie del cervello adattarsi a questa modifica in diversi modi 15. In primo luogo, le intatte, regioni circostanti della zona danneggiata può diventare overactived, che porta alla inibizione della zona danneggiata - un processo chiamato inibizione intra-emisferica. In secondo luogo, la regione omologa della zona danneggiata può diventare overactivated ed esercitare inibizione dell&#39;emisfero ferito - un processo chiamato inibizione inter-emisferica. L&#39;interessato M1 può quindi essere penalizzato due volte: prima dalla lesione e in secondo luogo l&#39;inibizione proveniente sia dal inalterato M1 e la regione circostante della M1 colpito 16. Un recente studio ha dimostrato che una maggiore eccitabilità nell&#39;emisfero inalterato è legata alla riabilitazione più lenta 17, che è stato descritto come disadattivi concorrenza tra emisferica 18. Comprendere la plasticità che si verifica dopoun ictus può portare allo sviluppo di protocolli di neuromodulazione in grado di ripristinare le interazioni interemisferiche 19. Tre principali trattamenti tDCS sono stati proposti in pazienti con deficit motori seguenti ictus 20,21. Il primo trattamento ha lo scopo di riattivare la corteccia motoria lesa dalla stimolazione anodica unilaterale (a-tDCS). In questo caso, la stimolazione mira ad aumentare direttamente l&#39;attività in aree perilesionali, che si ritiene essere essenziale per il recupero. Infatti, gli studi hanno mostrato un miglioramento del paretico arto superiore o inferiore dopo questo trattamento 22-26. Il secondo trattamento è stata sviluppata con l&#39;obiettivo di ridurre l&#39;eccessiva attivazione dell&#39;emisfero controlesionale applicando tDCS catodica unilaterali (c-tDCS) sulla M1 intatta. Qui, la stimolazione mira ad indirettamente, aumentando l&#39;attività nelle aree perilesionali attraverso interazioni interhemispehric. I risultati di questi studi hanno dimostrato un miglioramento della functi motoredopo c-tDCS 4,27-29. Infine, il terzo trattamento mira a combinare gli effetti eccitatori di un tDCS sulla ferita M1 con gli effetti inibitori di c-tDCS sul inalterato M1 utilizzando tDCS bilaterali. I risultati hanno mostrato miglioramenti nella funzione motoria dopo tDCS bilaterali 27,30,31. Inoltre, uno studio ha dimostrato grandi miglioramenti seguenti tDCS bilaterali rispetto a entrambi i metodi unilaterali 32. Fisiologici meccanismi di tDCS Nonostante il crescente utilizzo di tDCS nel trattamento di ictus, il meccanismo fisiologico sottostante suoi effetti rimane sconosciuta 33. Una migliore comprensione degli effetti fisiologici potrebbe contribuire allo sviluppo di migliori opzioni di trattamento e potrebbe portare a protocolli standardizzati. Come accennato in precedenza, gli effetti della tDCS può durare fino a 90 minuti dopo l&#39;offset della stimolazione 11,12. Pertanto, iperpolarizzazione / depolarizzazioneI processi non possono spiegare completamente gli effetti di lunga durata 33,34. Diverse ipotesi sono state proposte per quanto riguarda il meccanismo fisiologico alla base tDCS postumi sulla M1 compresi i cambiamenti di rilascio dei neurotrasmettitori, la sintesi proteica, la funzione dei canali ionici, o attività del recettore 34,35. Approfondimenti sulla materia sono stati acquisiti attraverso studi farmacologici che mostrano una soppressione della postumi di anodica e la stimolazione catodica sulla M1 eccitabilità da parte del glutammato N-metil-D-aspartato (NMDA) destrometorfano 36,37, mentre l&#39;effetto contrario è stato dimostrato con un agonista del recettore NMDA 38. Recettori NMDA sono pensati per essere coinvolti nella funzione di apprendimento e memoria attraverso potenziamento a lungo termine (LTP) e depressione a lungo termine (LTD), sia mediato da neuroni GABAergici del glutammato e 39,40. Gli studi su animali sono in linea con questa ipotesi in quanto hanno dimostrato che una-tDCS induce LTP 13. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Nonostante i notevoli progressi compiuti nella comprensione dei meccanismi di azione alla base tDCS effetti, i protocolli farmacologici attuali limitazioni importanti. Infatti, l&#39;azione farmaco non può essere spazialmente specifico tDCS, specialmente nel contesto della sperimentazione umana, e il meccanismo di azione dei loro effetti è dovuto principalmente ai recettori postsinaptici 34. Pertanto, vi è la necessità di indagare più direttamente gli effetti della tDCS sul cervello umano. Spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS) è un buon candidato in quanto consente non invasivo in vivo di rilevamento delle concentrazioni di neurotrasmettitori in una regione specifica di interesse. Questo metodo si basa sul principio che ogni neurochimico-protone contenente nel cervello ha una struttura molecolare specifica e, di conseguenza, produce risonanze chimicamente specifici che possono essere rilevati da 1 H-MRS 41. Il segnale acquisito dal volume del cervello inTERESSE è generato da tutti i protoni che risuonano tra 1 e 5 ppm. Le sostanze neurochimiche acquisite sono rappresentate su uno spettro e riportati in funzione del loro spostamento chimico con alcuni picchi chiaramente distinguibili, ma dove molte risonanze dei diversi neurochimiche sovrappongono. L&#39;intensità di ogni segnale di picco è proporzionale alla concentrazione del neurometabolite 41. La quantità di sostanze neurochimiche che possono essere quantificati dipende dalla forza del campo magnetico 42,43. Tuttavia, i metaboliti a bassa concentrazione, che sono oscurati dalle risonanze molto forti, sono difficili da quantificare a intensità di campo inferiori come 3 T. Un modo per ottenere informazioni su tali segnali si sovrappongono è quello di rimuovere le forti risonanze tramite editing spettrale. Una di queste tecniche è una sequenza MEGA-PRESS, che consente il rilevamento di acido γ-amminobutirrico (GABA) segnali 44,45. Solo pochi studi hanno indagato l&#39;effetto della tDCS sulmetabolismo cerebrale con 1 H-MRS a motore 34,46 e non motori regioni 47. Stagg e collaboratori 34 ha valutato gli effetti di un-tDCS, c-tDCS, e la stimolazione sham sul metabolismo M1. Hanno trovato una significativa riduzione della concentrazione di GABA in seguito a-tDCS, e una significativa riduzione del glutammato + glutammina (Glx) e GABA seguente c-tDCS. In un altro studio, è stato riferito che la quantità di cambiamenti nella concentrazione di GABA indotto da un-tDCS su M1 era legata all&#39;apprendimento del motore 46. Questi studi mettono in luce le potenzialità di combinare 1 H-MRS con tDCS per aumentare la nostra comprensione dei meccanismi fisiologici alla base l&#39;effetto della tDCS sulla funzione motoria. Inoltre, l&#39;uso di protocolli clinici come un tDCS e c-tDCS sopra M1 è utile perché i loro effetti comportamentali sono ben studiata e possono essere direttamente connessi ai risultati fisiologici. Pertanto, un protocollo standard per la combinazione tDC bilateraleS e 1 H-MRS è dimostrata in soggetti sani con un sistema a 3 T MRI. Bihemispheric tDCS è presentato in contrasto con i dati di uno studio precedente in cui MRS catodica unilaterale o tDCS anodica unilaterali sono stati applicati su corteccia motoria 34. Il protocollo è descritto specificamente per la stimolazione con uno stimolatore NeuroConn in una T scanner Siemens 3 esegue 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

Transcranica stimolazione in corrente continua (tDCS) è una tecnica di neuromodulazione che è stato sempre più utilizzato negli ultimi dieci anni nel trattamento dei disturbi neurologici e psichiatrici come l&#39;ictus e la depressione. Tuttavia, i meccanismi alla base la sua capacità di modulare l&#39;eccitabilità del cervello per migliorare i sintomi clinici rimane poco compresa 33. Per migliorare questa comprensione, la spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS) può essere utilizzato in quanto consente la quantificazione in vivo dei metaboliti cerebrali come l&#39;acido γ-amminobutirrico (GABA) e glutammato di una determinata regione maniera 41. In realtà, un recente studio ha dimostrato che 1 H-MRS è infatti un potente mezzo per capire meglio gli effetti della tDCS sulla concentrazione del neurotrasmettitore 34. Questo articolo si propone di descrivere il protocollo completo per combinare tDCS (NeuroConn MR stimolatore compatibile) con 1 H-MRS a 3 T con un seguenti MEGA-PRESSinfluenza. Descriveremo l&#39;impatto di un protocollo che ha mostrato una grande promessa per il trattamento di disfunzioni del motore dopo l&#39;ictus, che consiste in una stimolazione bilaterale delle cortecce motorie primarie 27,30,31. Fattori metodologici da considerare e eventuali modifiche al protocollo sono anche discussi.

La Figura 6 mostra la posizione del VOI situato sulla rappresentazione della mano in M1 cui sono state effettuate le misure MRS. Nella figura 6D, una visualizzazione 3D mostra una chiara rappresentazione degli elettrodi tDCS posizionati sul cuoio capelluto sopra il presunto corteccia motoria primaria. La figura 7 mostra rappresentante &quot;EDIT OFF&quot; e la differenza (&quot;DIFF&quot;) spettri acquisiti in M1. Picchi corrispondenti a Glx, GABA + MM e NAA può essere...

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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;uso di Spettroscopia di Risonanza Magnetica come uno strumento per la misura della Bi-emisferici transcraniali elettrici effetti di stimolazione sul motore principale Cortex 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 Views.  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.

La combinazione di stimolazione magnetica transcranica e fMRI per esaminare il modo predefinito della rete

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 ...

Ricerca

Neuroscienze

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.

Stato-dipendenza Effetti sulla TMS: uno sguardo al comportamento Motive fosfene

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.

Effetti della stimolazione transcranica con corrente alternata la corteccia motoria primaria di approccio combinato Online con stimolazione magnetica transcranica

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.

Stimolazione magnetica transcranica combinata e l'elettroencefalografia della corteccia prefrontale dorsolaterale

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.

Spettroscopia di risonanza magnetica funzionale a 7 T nella corteccia di canna del ratto durante l'attivazione 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.

Valutazione bilaterale delle vie Corticospinal dei muscoli della caviglia utilizzando navigato la stimolazione magnetica transcranica

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.

Misurazione e manipolazione dei percorsi neurali funzionalmente specifici nel sistema motorio umano con stimolazione magnetica transcranica

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.

Screening dei partecipanti per la stimolazione magnetica transcranica

Migliorare la mappatura della corteccia visiva per una migliore valutazione dei disturbi visivi

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.

Autore in primo piano: approfondimenti sulla ricerca sulla corteccia visiva attraverso la mappatura fMRI ad ampia visuale 

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.

Risonanza magnetica funzionale (fMRI) della corteccia visiva con stimolazione retinotopica ad ampio raggio

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