Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti della Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 e DFG-Exc-257, UL: 423/1-1), il Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A e 01GY1144, AF e MM: 01EO0801), il Servizio di Scambio Accademico Tedesco (AF: DAAD-54391829), Go8 Australia - Germania Regime comune di ricerca della cooperazione (DC: 2011001430), l&#39;Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) e Australian Research Council (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Ringraziamo Kate Pulvirenti per l&#39;assistenza editoriale.

1. Controindicazioni e considerazioni speciali <ol><li> Vagliare accuratamente partecipanti per controindicazioni MRI (ad esempio pacemaker, claustrofobia, ecc) ed escludere, se necessario. Acquisire questionari standard presso istituti clinici o di ricerca che operano scanner MRI. Rispettare sempre le procedure di sicurezza standard quando si entra nella stanza dello scanner. </li><li> Vagliare accuratamente partecipanti per controindicazioni per tDCS. Questi possono sovrapporsi con controindicazioni per la risonanza magnetica. Per un esempio, vedere Villamar et al. 20. </li><li> Consultare l&#39;impianto operativo in materia di sicurezza locale e le normative di etica e di ottenere le autorizzazioni necessarie. Prova per potenziali artefatti di imaging indotte al materiale attuale o stimolazione tDCS prima dell&#39;inizio dell&#39;esperimento effettivo (quali l&#39;analisi dell&#39;impatto della tDCS sul rapporto segnale-rumore 17, 18). </li></ol> 2. FMRI installazione, disegno sperimentale, e Materiali Nota: L&#39;uso di tDCS all&#39;interno di uno scanner MRI richiede attrezzature speciali. In particolare, specifico sono richiesti cavi compatibili con la risonanza magnetica, scatole filtro, elettrodi e cinghie per il fissaggio degli elettrodi sulla testa dei soggetti. Figura 2 illustra (A) attrezzature tDCS serie e (B) componenti per l&#39;utilizzo con la risonanza magnetica. Questi ultimi componenti sono necessari per evitare la possibilità di riscaldamento sotto gli elettrodi a causa di impulsi a radiofrequenza emessi durante MRI. Inoltre, artefatti di imaging ad alta frequenza possono essere indotti dal dispositivo tDCS. Entrambi possono essere evitati utilizzando le caselle di filtri posizionati all&#39;esterno e all&#39;interno del locale scanner, cavi dotati di resistenze e gli elettrodi in gomma conduttiva compatibili con la risonanza magnetica dedicata. <ol><li> Eseguire generale set-up e le sequenze sperimentale per l&#39;esperimento fMRI. Entrambi dipendono sugli obiettivi dello studio. Nota: il protocollo seguito è specific a questo esperimento, ma può essere rivisto da applicare a diverse situazioni sperimentali. </li><li> Utilizzare un computer desktop con software di presentazione dello stimolo installato per un&#39;attività linguaggio che coinvolge presentazione visiva delle categorie semantiche all&#39;interno dello scanner. Presentare questi stimoli su uno schermo all&#39;interno dello scanner con un videoproiettore collegato al computer e un sistema di specchi. </li><li> Utilizzare un microfono compatibile con la risonanza magnetica per la trasmissione delle risposte verbali palesi. Acquisire due sequenze funzionali durante tDCS: a cinque minuti task-assente RS-sequenza e un compito parola generazione semantica palese. Nota: ulteriori dettagli del set-up sperimentale, sequenze fMRI e stimoli hanno già state descritte in dettaglio 14, 15 e la Figura 1 illustra l&#39;esperimento. </li><li> Per impostare il dispositivo, programma tDCS al dispositivo di erogare una corrente costante diretta di 1 mA per 20 min a coprire l&#39;intera durata dei due scansione funzionales, tra cui brevi pause e il tempo per le istruzioni in tra le scansioni 14, 15. Assicurarsi sicuro che lo stimolatore è sufficientemente carica; altrimenti può arrestare durante l&#39;esperimento. </li><li> Assicurarsi che tutti i materiali necessari sono disponibili (Figura 2). </li></ol> 3. Setup tDCS all&#39;esterno e all&#39;interno dello scanner (vedere la Figura 3 per una schematica panoramica) <ol><li> Posizionare la scatola filtro esterno vicino al filtro a radio frequenza (RF) tubo (cioè il punto di penetrazione nello scudo radiofrequenza dello scanner MRI che può essere utilizzato per inserire cavi dall&#39;esterno dello scanner). Collegare stimolatore con la scatola esterna utilizzando un cavo stimolatore. Scatola filtro interno ed esterno non deve essere confuso. Nota: La Figura 4A illustra le tDCS set-up di fuori dello scanner. La scatola esterna è chiaramente indicata in Figura 4B. </li><li> Misurare la lunghezza del cavo necessaria per collegare inner con la scatola esterna tramite cavo di dialogo (vedi punto successivo per quanto riguarda il posizionamento del cavo in camera scanner). Inserire casella cavo nel tubo RF dall&#39;esterno dello scanner e collegare con la scatola filtro esterno (Figura 4A). </li><li> Posizionare scatola filtro interno dentro l&#39;estremità posteriore del foro scanner (Figura 5); usare nastro adesivo per tenerlo in posizione. Collegare il cavo scatola con scatola filtro interno e di evitare loop in tutti i cavi come questi possono indurre riscaldamento RF. Nota: il cavo deve essere allineato con le pareti della stanza scanner e fissato con nastro adesivo (Figura 3). </li></ol> 4. Partecipanti Preparazione e posizionamento del partecipante in Scanner <ol><li> Come con tDCS tradizionali set-up, ispezionare la pelle del partecipante per eventuali lesioni pre-esistenti, spostare i capelli lontano, pelle pulita con alcool per rimuovere la lacca, lozione per il corpo, ecc. per migliorare la conducibilità della pelle sotto gli elettrodi 12, &lt;sup&gt; 21. </li><li> Bagnare tasche spugna con soluzione fisiologica e inserire gli elettrodi compatibili MRI nelle tasche (vedi DaSilva 21 per considerazioni generali di preparazione dei partecipanti e posizionamento degli elettrodi). </li><li> Posizioni degli elettrodi Segna sulle teste dei soggetti utilizzando una penna che non lascia tracce ferromagnetici (ad esempio non utilizzare eyeliner). Determinare la posizione di destinazione per l&#39;anodo con 10-20 sistema EEG (qui: a sinistra IFG, 5 x 7 cm 2) 14, 15. Per fare ciò, individuare (a) l&#39;intersezione di T3-F3 e F7-C3 e (b) il punto intermedio tra F7-F3. La posizione target è al centro di una linea di collegamento punti (a) e (b). Luogo catodo (10 x 10 cm 2) su posizione sopraorbitali destra (per i dettagli di posizionamento degli elettrodi vedere Meinzer et al. 14, 15). Attaccare gli elettrodi alla testa con elastico. </li><li> Guida del partecipante dietro lo scanner e collegare il cavo elettrodo con il filt internobox er. Accendere stimolatore e impedenza test premendo il pulsante in alto a destra e in basso a sinistra dello stimolatore contemporaneamente. Se vengono raggiunti i limiti di impedenza, quindi lo stimolatore si arresterà automaticamente. In questo caso, verificare se gli elettrodi sono di nuovo a contatto con il cuoio capelluto, pelle pulita o applicare più soluzione fisiologica se le spugne sono diventate troppo secca, e poi controllare se il cavo è rotto. Nota: impedenza è in genere più elevata rispetto ai tradizionali set-up a causa di ulteriori cavi e scatole filtro tra stimolatore e gli elettrodi. </li><li> Guida partecipante nella stanza scanner (dopo un controllo di sicurezza finale). Posizionare il partecipante sulla torre scanner e assicurarsi che gli elettrodi sono ancora in posizione corretta. Chiudere la bobina testa. Il cavo dell&#39;elettrodo dovrebbe essere alimentato attraverso la parte inferiore sinistra della bobina testa (vedere Figura 6) o secondo le raccomandazioni del fabbricante. </li><li> Spostare partecipante nel foro scanner. Assicurarsi che il cavo nones non prendere sul cavalletto e rompere (vedere Figura 6 per una possibile posizione sicura del cavo durante questa fase). Quando il partecipante ha raggiunto la posizione finale all&#39;interno dello scanner, per raggiungere il cavo dell&#39;elettrodo dall&#39;estremità posteriore dello scanner e collegarlo alla scatola filtro interno. Consegnare pulsante di emergenza per partecipante e lasciare la stanza dello scanner. </li></ol> 5. Avvio del Stimolazione <ol><li> Utilizzare scanner citofono per informare i partecipanti circa l&#39;inizio della sessione di scansione. Avviare la scansione localizzatore strutturale (per determinare la posizione della testa del partecipante scanner e consentire la pianificazione delle successive scansioni funzionali e strutturali) utilizzando la console di scansione. Ispezionare scansione localizzatore per artefatti ad alta frequenza: Fare doppio clic su scan localizzatore dopo la fine del periodo di acquisizione e regolare il contrasto (per Siemens Trio tenendo premuto il tasto destro del mouse e spostando il mouse a destra ea sinistra, per esempio, vedi figure 7Ae 7B). </li><li> Utilizzare scanner interfono per comunicare al soggetto che la stimolazione inizierà e che lui / lei potrebbe sentire una sensazione di formicolio sul cuoio capelluto per un breve periodo. Ripetere le istruzioni per la prima scansione funzionale. In questo esempio, indicare al partecipante di tenere gli occhi chiusi per tutta la durata della scansione (5 min), spostare il meno possibile e pensare a nulla in particolare. Assicurarsi che il proiettore sia spento (schermo all&#39;interno del foro scanner è nero) per evitare la stimolazione visiva durante RS-scan. </li><li> Inizia stimolazione manualmente circa 1-2 min prima dell&#39;inizio della prima scansione funzionale (RS-scan). Utilizzare console scanner per caricare RS-sequenza. Fare doppio clic su RS-sequenza per aprire il campo di vista (FOV), regolare la posizione di coprire l&#39;intero cervello e allineare approssimativamente con la commessura anteriore-posteriore. Avviare la prima scansione (utilizzando il pulsante Avvia scansione). </li><li> Monitorare l&#39;impedenza tutto l&#39;esperimento. Nota: Se l&#39;experiment è condotta in una modalità in doppio cieco (partecipante e ricercatore sono accecati alla stimolazione), un secondo ricercatore può essere necessario monitorare l&#39;impedenza. </li><li> Mentre la RS-sequenza è in esecuzione, caricare seconda sequenza di imaging funzionale (per una successiva attività di lingua) e regolare FOV, con console scanner come sopra, per ridurre il tempo richiesto tra le scansioni. Dopo la fine del RS-sequenza, attivare proiettore per consentire la visualizzazione di stimoli sperimentali durante compito lingua. Fare doppio clic sull&#39;icona del software di presentazione e il paradigma lingua carico. Utilizzare scanner citofono per ripetere le istruzioni per la attività relative fMRI paradigma e cominciare con attività 14, 15. </li><li> Dopo la fine dell&#39;esperimento stimolazione / fMRI, continuare con le scansioni strutturali previste. Non scollegare cavi per elettrodi fino alla fine della sessione di scansione. </li><li> Alla fine dell&#39;esperimento, scollegare il cavo elettrodo dalla scatola filtro interno prima di trasferirsi partecipante fuoridel foro scanner. Rimuovere partecipante dallo scanner, staccare la bobina testa e chiedere al partecipante di sedersi e rimuovere con attenzione gli elettrodi. </li></ol>

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L&#39;applicazione combinata di tDCS con simultanea fMRI ha mostrato il potenziale per chiarire le basi neurali degli effetti immediati della stimolazione attraverso l&#39;intero cervello con alta risoluzione spaziale 13-19. In futuro, tali studi possono essere integrati da studi combinati EEG-tDCS, per sfruttare la risoluzione temporale superiore di quest&#39;ultima tecnica. Inoltre, intrascanner stimolazione consente la verifica della corretta posizione degli elettrodi sul cuoio capelluto (ad esempio</e...

Stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è un metodo non invasivo di stimolazione cerebrale in cui funzionamento corticale viene modulata mediante una debole corrente elettrica (tipicamente 1-2 mA) previsto tra due elettrodi sul cuoio capelluto-apposti. Fisiologicamente, tDCS induce un cambiamento di polarità-dipendente neuronale potenziale di membrana a riposo (RMP) nella regione corticale mirati attraverso la manipolazione dei canali del sodio e di calcio, promuovendo in tal modo variazioni di eccitabilità corticale 1. In particolare, la stimolazione anodica (atDCS) ha dimostrato di aumentare l&#39;attività corticale mediante depolarizzazione neuronale RMP, mentre la stimolazione catodica (ctDCS) riduce l&#39;eccitabilità corticale 2. Rispetto ad altri tipi di stimolazione cerebrale (ad esempio, la stimolazione magnetica transcranica) la sicurezza è stata ben stabilita e finora senza gravi effetti collaterali sono stati segnalati anche in popolazioni vulnerabili 3, 4. Inoltre, almeno per loesiste intensità di stimolazione mannaro (fino a 1 mA), un placebo efficace (&quot;sham&quot;) condizione di stimolazione 5, permettendo efficace accecamento dei partecipanti e dei ricercatori alle condizioni di stimolazione, rendendo tDCS uno strumento interessante nelle impostazioni di ricerca sperimentale e clinica. Numerosi studi finora hanno dimostrato che questi cambiamenti nella eccitabilità corticale possono comportare modulazioni comportamentali. Nel sistema motorio, effetti dipendenti polarità coerenti sono stati riportati 1, 6 per entrambi atDCS e ctDCS. Negli studi cognitivi, la maggior parte degli studi che hanno impiegato atDCS per migliorare le funzioni cognitive riferito effetti benefici sulle prestazioni 7, mentre ctDCS spesso non hanno comportato l&#39;elaborazione cognitiva. Quest&#39;ultimo può essere spiegato dalla maggiore ridondanza delle risorse di elaborazione neurali alla base della cognizione 6. La maggior parte degli studi tDCS hanno impiegato disegni cross-over a studiaregli effetti immediati della stimolazione, che sopravvivono alla cessazione della corrente solo per brevi periodi di tempo 1. Tuttavia, è stato suggerito che i ripetuti impatti stimolazione sulla sintesi proteica, cioè il meccanismo neurale sottostante acquisizione di abilità 8. Infatti, il motore o il successo training cognitivo possono essere aumentati quando combinato con sessioni tDCS ripetuti e stabilità a lungo termine di questi miglioramenti sono stati segnalati per durare fino a diversi mesi in adulti sani 8-10. Questi risultati hanno suscitato un interesse per l&#39;uso della tDCS in contesti clinici e dati preliminari suggeriscono che può anche essere utile come un approccio di trattamento primario o coadiuvante in diverse popolazioni cliniche 3. Tuttavia, mentre un numero relativamente elevato di studi indirizzato effetti neurofisiologici della tDCS nel sistema motorio, poco si sa circa i meccanismi neurali alla base degli effetti tDCS sulle funzioni cognitive del cervello in salute e malattia.Una migliore comprensione del meccanismo d&#39;azione di tDCS è un prerequisito necessario per le applicazioni più mirate di tDCS nella ricerca e nella clinica. Questo problema può essere affrontato combinando tDCS con tecniche di imaging funzionale del cervello come l&#39;elettroencefalografia (EEG) o la risonanza magnetica funzionale (fMRI). La maggior parte degli studi che indagano i meccanismi neurali alla base di cognizione e funzioni motorie hanno scelto di impiegare fMRI 11. In particolare, fMRI è la tecnica di imaging cerebrale più utilizzata per studiare i meccanismi neurali alla base di cognizione e funzioni di motore 11. Inoltre, quando combinato con l&#39;applicazione simultanea di tDCS, fMRI permette l&#39;esame dei meccanismi neurali alla base degli effetti comportamentali tDCS con maggiore risoluzione spaziale attraverso l&#39;intero cervello rispetto a EEG (per i recenti descrizioni di combinata tDCS-EEG vedere Schestatsky et al. 12). Il presente manoscritto descrive thuso e combinato di tDCS durante la simultanea fMRI. Questa nuova tecnica è stata utilizzata con successo per studiare i meccanismi neurali alla base tDCS-indotta modulazioni di funzioni motorie e cognitive 13-19. In futuro, questo protocollo combinato produrrà nuove intuizioni sui meccanismi di azione tDCS nella salute e nella malattia. Comprendere l&#39;impatto della tDCS su reti neurali su larga scala come valutato con questa tecnica può porre le basi per un&#39;applicazione più mirata della tDCS nella ricerca e nella clinica. Il manoscritto si concentrerà sulle differenze tra tDCS comportamentali esperimenti e l&#39;uso combinato di tDCS durante la simultanea fMRI, con particolare enfasi sui requisiti hardware, l&#39;attuazione della tecnica, e considerazioni di sicurezza. A titolo di esempio, una singola sessione di tDCS somministrati al giro frontale inferiore sinistro (IFG) durante la task-assente riposo-stato (RS) e fMRI durante un compito linguaggio 14, 15 will essere descritta, anche se molte altre applicazioni sono possibili 16, 19. Dettagli del disegno sperimentale, caratteristiche dei partecipanti e procedure di analisi dati fMRI sono state descritte in dettaglio nelle pubblicazioni originali 14,15 e sono al di là del campo di applicazione della presente manoscritto. Inoltre, in questi studi, un ulteriore scansione fMRI che sham coinvolte tDCS è stato acquisito e confrontato i risultati della sessione atDCS (vedi &quot;I risultati rappresentativi&quot; per i dettagli). Questa sessione era identica a quella descritta nel presente manoscritto, tranne che la stimolazione è stato interrotto prima dell&#39;inizio della sessione di scansione (vedere la Figura 1 per i dettagli). La presente procedura è stata implementata con successo in uno scanner 3-Tesla Siemens Trio risonanza magnetica presso il Centro di Berlino for Advanced Imaging (Charité Università di Medicina, Berlino, Germania), e dovrebbe, in linea di principio essere applicabile ad altri scanner e 13.

<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

Transcranica stimolazione in corrente continua (tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che utilizza deboli correnti elettriche somministrate al cuoio capelluto per manipolare eccitabilità corticale e, di conseguenza, il comportamento e la funzione del cervello. Nell&#39;ultimo decennio, numerosi studi hanno affrontato a breve e lungo termine effetti di tDCS sulle diverse misure di prestazioni comportamentali durante compiti motori e cognitivi, sia in soggetti sani e in un certo numero di diverse popolazioni di pazienti. Finora, tuttavia, poco si sa circa le basi neurali della tDCS-action in esseri umani per quanto riguarda le reti del cervello di grandi dimensioni. Questo problema può essere affrontato combinando tDCS con tecniche di imaging funzionale del cervello come la risonanza magnetica funzionale (fMRI) o elettroencefalografia (EEG). In particolare, fMRI è la tecnica di imaging cerebrale più utilizzata per studiare i meccanismi neurali alla base di cognizione e funzioni di motore. Applicatisu tDCS durante fMRI permette l&#39;analisi dei meccanismi neurali alla base degli effetti comportamentali tDCS con alta risoluzione spaziale attraverso l&#39;intero cervello. Recenti studi che utilizzano questa tecnica identificati stimolazione cambiamenti indotti nelle attività cerebrale funzionale compito legate al sito di stimolazione e anche nelle regioni del cervello più lontane, che sono stati associati con un miglioramento comportamentale. Inoltre, tDCS somministrati durante il riposo dallo Stato fMRI ha permesso l&#39;identificazione di cambiamenti diffusi in tutta la connettività funzionale del cervello. Futuri studi che utilizzano questo protocollo combinato dovrebbero produrre nuove conoscenze sui meccanismi d&#39;azione tDCS in nuove opzioni per l&#39;applicazione più mirato di tDCS nella ricerca e contesti clinici salute e malattia e. Il presente manoscritto descrive questa nuova tecnica in modo step-by-step, con un focus sugli aspetti tecnici della tDCS somministrati durante fMRI.

La risonanza magnetica funzionale è la tecnica di imaging funzionale più utilizzata per affrontare i meccanismi neurali alla base delle funzioni motorie o cognitive. Più di recente, fMRI è stato utilizzato anche per valutare gli effetti tDCS sull&#39;attività corticale e la connettività. Tuttavia, la maggior parte di questi studi tDCS somministrato esterna dello scanner e valutati gli effetti della stimolazione offline (cioè tDCS somministrato prima della scansione 22, 23). Solo pochi studi fi...

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Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranica stimolazione in corrente continua (tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva. E &#39;stato utilizzato con successo nella ricerca di base e impostazioni cliniche di modulare la funzione del cervello nell&#39;uomo. Questo articolo descrive l&#39;implementazione di tDCS e simultanea risonanza magnetica funzionale (fMRI), per indagare le basi neurali degli effetti tDCS.

Transcranica diretta stimolazione corrente e simultanea Magnetic Resonance Imaging funzionale

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

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Research

JoVE Journal

Behavior

21.5K Views.  University of Queensland.  Transcranica stimolazione in corrente continua (tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva. E 'stato utilizzato con successo nella ricerca di base e impostazioni cliniche di modulare la funzione del cervello nell'uomo. Questo articolo descrive l'implementazione di tDCS e simultanea risonanza magnetica funzionale (fMRI), per indagare le basi neurali degli effetti 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.

Risonanza magnetica funzionale (fMRI) con Auditory Stimulation in uccelli canori

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

Ricerca

Comportamento

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.

Migliori prassi attuale per ottenere dati di alta qualità durante l&#39;EEG fMRI simultanea

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.

Monitoraggio simultaneo EEG Durante transcranica diretta stimolazione corrente

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.

Stimolare il Lip Motor Cortex con la Stimolazione Magnetica Transcranica

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.

Stimolazione Magnetica Transcranica per indagare le relazioni causali Brain-comportamentali e la loro Corso di Tempo

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.

Modulante Cognition Utilizzando transcranica diretta stimolazione attuale del cervelletto

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.

Repetitive stimolazione magnetica transcranica neuronavigazione-guidata per 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.

Concurrent registrazione elettroencefalografia Durante transcranica alternata stimolazione corrente (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.

Trattamento della depressione clinica con ripetitivo profonda stimolazione magnetica transcranica Utilizzando la Brainsway H1-coil

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.

Repetitive stimolazione magnetica transcranica al unilaterale emisfero del cervello di ratto

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