Este trabalho foi financiado em parte por uma concessão das Fundações Heritage Osteopathic para BC Clark. Gostaríamos de indicar um agradecimento especial a Marissa McGinley por sua assistência na criação de muitos dos gráficos figura.

1. TMS único e emparelhados Pulse-dos Músculos do FCR e ES <ol><li> Precauções de segurança básicas: Antes de executar TMS em um sujeito humano é necessário para a tela primeiro-las para as precauções básicas de segurança no que se refere à exposição a um campo magnético. Em nosso laboratório que siga as diretrizes estabelecidas pela triagem do Instituto de Educação Magnetic Resonance Segurança e Investigação 10. Em nosso laboratório também rotineiramente excluir indivíduos com história familiar de convulsões epilepsia. Também exigimos indivíduos sujeitos a TMS dos músculos ES usar tampões de ouvido e um protetor bucal devido à intensidade de estimulação menos focal e mais forte. </li><li> Gravações Elétricas: Estudar respostas TMS no sistema motor é necessário registro eletromiográfico (EMG) sinais de músculos esqueléticos. Para o músculo FCR nós colocamos os eletrodos de superfície no antebraço usando um arranjo de eletrodos bipolares localizados longitudinalmente ao longo tEle muscular na pele raspada e desgastados como temos descrito anteriormente 7,11. Para os músculos eretores da coluna, usamos um arranjo de eletrodos semelhantes localizados longitudinalmente ao longo dos músculos ao nível L3-L5 vertebral na pele raspada e desgastados 8. </li><li> TMS Orientação da bobina: Para ativar os neurônios piramidais predominantemente transsynaptically é necessário para posicionar a bobina TMS apropriadamente 12. Para os músculos FCR colocamos uma de 70 mm figura de oito bobina TMS tangente ao couro cabeludo e de 45 graus para a linha média, para que os fluxos de corrente induzida em um lateral-posterior ao médio-anterior direcção. Para os músculos ES usamos uma bobina de cone duplo que tem maior profundidade de penetração e é necessária devido à representação destes músculos que estão sendo mais profundo no homúnculo. Aqui, a bobina é posicionada de tal forma que a corrente flui em uma direção antero-posterior. Temos costume modificado a nossa bobina com um sistema de fixação de laser para nos ajudar a subsequent re-posicionamento da bobina de duplo cone. </li><li> Identificar &#39;Hotspot&#39;: É necessário determinar a localização estímulo que provoca o maior potencial evocado motor. Para o músculo FCR fazemos isso sutilmente mover a bobina TMS volta em incrementos muito pequenos e determinar onde observamos o maior amplitude evocado motor em potencial. Uma vez localizado podemos notar nesta área, com tinta indelével em cada couro cabeludo ou um boné de lycra. TMS dos músculos ES é consideravelmente mais desconfortável do que seres humanos TMS dos músculos dos membros superiores. Assim, temos o nosso protocolo simplificado TMS para os músculos para aumentar a ES é tolerabilidade e exeqüibilidade. Aqui, em vez de localizar o &quot;hotspot&quot; que usamos medidas antropométricas para identificar o vértice do crânio. Especificamente, nós identificamos o vértice como a intersecção do crânio no sagital (entre os nasinon e ínion) e coronal (entre o tragus) aviões. </li><li> Posicionamento biomecânica: </strong&gt; Em nosso laboratório quando realizamos TMS dos músculos dos sujeitos FCR estão sentados com o braço apoiado em uma posição estendida em um Biodex System 4 Dinamômetro (Figura 2). No entanto, devemos observar que este é apenas um exemplo de um possível set-up para medir forças exercidas. Para o ES assuntos músculos são convidados a sentar-se com uma postura ereta enquanto seu descanso as mãos em seu colo (Figura 3). Eles estão sentados em uma cadeira de base giratória com a coxa em 90 ° em relação ao tronco, a perna em ~ 45 ° em relação à coxa, e da coluna lombar em um posture8 neutro. </li><li> Quantificar Threshold Motor: Para o FCR, determinamos do motor limiar (MT), entregando pulsos única no aumento gradual intensidade de estimulação até potenciais evocados motores têm de pico a pico amplitudes superiores a 50 microvolts em mais de 50% dos ensaios (Figura 4) . Para simplificar o protocolo de TMS e aumentar a tolerabilidade ea viabilidade não determinar o limiar motor na ES músculos com a mesma precisão de quando testamos a musculatura dos membros superiores. Em vez disso, nós começamos o protocolo TMS, fornecendo um pulso inicial única de 50% da produção máxima estimulador para determinar se este intensidade do estímulo está acima ou abaixo do limiar motor. Se um deputado é observado neste estímulo de intensidade definida como MEP perceptível em relação ao nível do fundo EMG-a intensidade é reduzida para 40% da produção estimulador para determinar se este intensidade do estímulo é sub ou supra-limiar de 8. </li><li> Quantificar Amplitude MEP utilizando um único pulso TMS: Para examinar o evocado motor amplitude potencial do FCR nós entregamos um pulso TMS único para o &quot;hotspot&quot; em uma intensidade igual a 130% do limiar motor, e calcular a amplitude de pico a pico . Geralmente, nós normalizar este resultado para o composto potencial muscular máxima ação da fibra observada após a estimulação elétrica supramáxima do nervo mediano. Devemos notar que o tamanho MEP é very dependente do grau de excitabilidade cortical. Assim, quando o pulso TMS é entregue durante uma contração de fundo, quando a excitabilidade cortical é maior, o tamanho do MEP irá aumentar dramaticamente. Para os músculos ES, nós entregamos um pulso TMS único para o vértice, a uma intensidade de 40 ou 50% acima do limiar de intensidade sub-motor 8. Infelizmente, por causa dos nervos periféricos que inervam os músculos ES não são acessíveis à estimulação elétrica não somos capazes de normalizar esses potenciais evocados motores para o composto potencial de ação das fibras musculares. </li><li> Duração quantificar período silencioso usando um único pulso TMS: Quando um pulso TMS para o córtex é entregue durante uma contração muscular que irá produzir um potencial evocado motor seguido por quiescência elétrica antes de retomar sua atividade que é indicativo da inibição córtico e comumente referido como o silêncio período de 13 (Figura 5). Para quantificar o período de silêncio que entregamos um únicoTMS de pulso para o &quot;hotspot&quot; em uma intensidade igual a 130% do limiar motor, enquanto o participante do estudo é realizar uma contração muscular de flexão do punho em 15% de sua força máxima. Nós ainda não tenham quantificado a duração do período de silêncio dos músculos ES, no entanto, devemos notar que temos observado anecdotally sua existência neste grupo muscular quando a TMS de pulso ID entregue durante uma contração de fundo. </li><li> Quantificar facilitação intracortical usando emparelhados-Pulse TMS: Usamos emparelhado-TMS de pulso para quantificar facilitação intracortical 6,7 (Figura 6 e 7 representa esta medida para a FCR e músculos ES, respectivamente). Para o músculo FCR, primeiro determinar a intensidade do estímulo necessária para provocar um potencial evocado motor que está entre 0,5-1,0 mV. Em seguida, nós entregamos um condicionamento subliminar de pulso, que em nosso laboratório é comumente definida como igual a 70% do motor limiar-15-ms antes do pulso de teste suprathreshold. Este condicionamentopulso entregues neste período de tempo antes do pulso de teste irá aumentar, ou facilitar, a amplitude do evocado motor mais potencial do que um único pulso incondicional da mesma intensidade. Para o grupo muscular ES a intensidade de pulso condicionado é definida como a intensidade de limiar observado sub-motor (ou 40% ou 50% da produção estimulador) ea intensidade de pulso de teste é definida como 40% acima do nível do limiar sub-motor (80% ou 90% da produção estimulador) 8. Devemos notar que a intensidade dos pulsos condicionado pode ser variado, dependendo do objetivo do estudo. Da mesma forma, os intervalos de pulso pode variar dependendo do músculo e sua localização em relação ao córtex. </li><li> Quantificar curto intervalo de inibição intracortical usando emparelhados-Pulse TMS: Nós também usamos emparelhado-TMS de pulso para quantificar curto intervalo de inibição intracortical 6,7 (Figura 6 e 7 representa esta medida para os músculos FCR e ES, respectivamente). Aqui, tanto para oFCR e músculos ES, os procedimentos são os mesmos descritos para medir a facilitação intracortical com a ressalva de que o intervalo interstimulus entre os dois pulsos é reduzido para 3 ms. Este pulso condicionado entregue neste período de tempo antes do pulso de teste irá diminuir ou inibir, a amplitude do evocado motor mais potencial do que um único pulso incondicional da mesma intensidade. </li><li> Quantificação de longo intervalo inibição intracortical usando emparelhados-Pulse TMS: Disponibilizar dois pulsos suprathreshold idênticos de teste que estão separados por 100 milissegundos também pode ser usado para avaliar longo intervalo de inibição intracortical 6,7. Neste caso para o FCR músculo-o potencial evocado motor associado ao segundo pulso será menor, ou inibido mais, do que a associada com o primeiro (Figura 8). Nós ainda não tenham quantificado longo intervalo de inibição intracortical nos músculos ES devido a preocupações sobre assunto tolerabilidade. </li></ol> 2. Resultados representativos: Após a entrega de um TMS suprathreshold pulso, os músculos sendo estimulada deve demonstrar uma resposta EMG facilmente observáveis ​​(o deputado) (ilustrados nas Figuras 4-8). A latência entre o início do estímulo e do MEP irá variar entre os grupos musculares que estão sendo examinados, mas para o FCR é geralmente 16-19 ms (Figura 6) e para o ES é 17-22 ms (Figura 7; embora se deva se notar que em alguns indivíduos início MEP definitiva nos músculos ES é mais difícil de identificar visualmente). Deve-se notar que quando o teste muscular ES grupo vários outros grupos musculares também são visivelmente e dramaticamente estimulados concomitantemente (incluindo os músculos dos membros inferiores, que são representados dentro da mesma região geral do homúnculo). Durante a medição da facilitação intracortical a amplitude MEP é geralmente maior do que a observada com um único pulso incondicionada (FIGURA 6 e 7). No entanto, é nossa experiência que o grau de facilitação varia entre os grupos de músculos com alguns grupos musculares, tais como o FCR-mostrando apenas a facilitação modesto em muitos assuntos. Para a medição de curto e longo intervalo de intervalo de inibição intracortical uma diminuição na amplitude MEP é geralmente observada em comparação com um único pulso incondicionado de mesma intensidade (Figuras 6-8). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig1.jpg" /> Figura 1. Os mecanismos básicos da TMS. A bobina TMS induz um campo magnético, que penetra no couro cabeludo e induz uma corrente Eddy dentro do córtex motor. Esta corrente de eddy é então capaz de estimular os neurônios dentro do cérebro. Figura reproduzida de McGinley e Clark, In Press 14. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig2.jpg" /> Figura 2. Instalação para a realização de T<html> MS no músculo FCR. Observe a gravação de eletromiograma (EMG) dos sinais a partir do antebraço, eo paddle TMS sobre o córtex motor. Nós geralmente também gravar as forças musculares, e usar a estimulação do nervo periférico elétrica para obter o máximo potencial de ação muscular composto de fibra, já que esta é útil na interpretação de valores de amplitude (por exemplo, pode-se expressar e MEP, relativamente à resposta muscular máxima em oposição a uma absoluta mV valor que pode ser fortemente influenciado por fatores não-fisiológicos, tais como tecido adiposo subcutâneo). Figura reproduzida a partir do seguinte: Clark et al. 2008 9, Clark et al., 2010 6, e McGinley et al. 2010 7. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig3.jpg" /> Figura 3. Setup para a realização de TMS sobre os músculos eretores Spinale. Figura reproduzida de Goss et al. 2011 8. _upload/3387/3387fig4.jpg &quot;/&gt; Figura 4. Exemplo de determinação do limiar motor. Os traços representam o EMG evocado motor de resposta (MEP) potencial para intensidades de estímulos a aumentar gradualmente (representado como uma porcentagem da produção estimulador (SO)). Observe que no intensidades mais baixas (28-30% de SO) deputados foram muito pequena provocou (limiar sub-), mas que em 32% SO um deputado foi provocada limiar motor que chegou (geralmente definida como um deputado com uma amplitude pp&gt; 50 mV). Figura reproduzida de McGinley e Clark, In Press 14. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig5.jpg" /> . Figura 5 TMS durante uma contração: potencial evocado motor período e em silêncio. O período de silêncio é observado quando um sujeito realiza uma contração leve e um único estímulo é aplicado para o córtex motor. A primeira parte do período de silêncio édevido à inibição da medula espinhal e na última parte é atribuída à inibição cortical, receptores GABA B especificamente. Não há como quantificar o consenso para a duração do período de silêncio, mas nossos resultados indicam que tanto definindo-o de início do estímulo ou início MEP para o retorno do sinal de interferência voluntária eletromiograma é o 15 mais confiável. Figura reproduzida de Clark e Quick, 2011 16, e McGinley e Clark, In Press 14. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig6.jpg" /> Figura 6. Variação do potencial evocado motor tamanho om TMS de pulso emparelhado do músculo FCR. Medição de curto intervalo de inibição intracortical (SICI) e facilitação intracortical (ICF). Para quantificar SICI e ICF o pulso condicionado (CP) é definido abaixo do limiar motor, eo pulso de teste (TP) é definido para evocar MEP, entre 0,5-1 mV. , Em intervalos curtos(Por exemplo, 3-ms) do CP inibe o MEP em comparação com o TP apenas (SICI), enquanto que em intervalos mais longos interstimulus (por exemplo, 15 ms) que facilita o MEP (ICF). CP: pulso condicionado, TP: teste de pulso Figura reproduzida de Clark et al, 2010 6, McGinley et al.. 2010 14, Clark e Quick, 2011 16, e McGinley e Clark, In Press 14. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig7.jpg" /> Figura 7. Mudança no tamanho potencial evocado motor com TMS de pulso emparelhado do músculo ES. Exemplo de traços EMG dos músculos eretores da coluna e da medição de curto intervalo de inibição intracortical (SICI) e facilitação intracortical (ICF). Figura reproduzida de Goss et al. 2011 8. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/3387/3387fig8.jpg" /> Figura 8. Mudança no motor evopotencial ked porte, com TMS de pulso pareado. Medição de longo intervalo de inibição intracortical (Lici). Para quantificar Lici dois pulsos de teste são entregues em um intervalo interstimulus de 100 ms. Isso resulta no segundo MEP ser inibido em comparação com o MEP em primeiro lugar. Figura reproduzida de Clark et al., 2010 6, McGinley et al. 2010 7 e McGinley e Clark, In Press 14.

Não há conflitos de interesse declarados.

O objetivo geral deste artigo é fornecer cientistas e clínicos uma conta de visual de nossos laboratórios uso da estimulação magnética transcraniana. No entanto, além de proporcionar uma visualização desses experimentos, a seguir discutimos questões básicas a serem consideradas ao executar TMS desta maneira, apresentar um breve panorama da fisiologia da resposta TMS, e também discutir o nosso uso da TMS no que diz respeito ao uso de os outros. Questões gerais Para estar ciente de q...

<table border="1"><tbody><tr><th> Nome do Equipamento </th><th> Companhia </th><th> Número de catálogo </th><th> Comments (opcional) </th></tr><tr><td> Estimulador magnético transcraniano 2002 Estimulador magnético transcraniano Bi-Stim2 Figure-Eight 70 milímetros-coil Bobina Cone Duplo </td><td> A Companhia Magstim </td><td> NA </td><td> TMS equipamento (incluindo bobinas) </td></tr><tr><td> Biodex System 4 </td><td> Biodex </td><td> NA </td><td> Dinamômetro </td></tr><tr><td> Biopac MP150 Sistema de Aquisição de Dados </td><td> Biopac </td><td> MP150WSW </td><td> AD conversor para EMG e força </td></tr><tr><td> AcqKnowledge 4,0 software de aquisição de dados </td><td> Biopac </td><td> ACK100W </td><td></td></tr><tr><td> Nikomed Rastreamento uma eletrodos ECG </td><td> Nikomed </td><td> 2015 </td><td> Eletrodos EMG </td></tr><tr><td> Estimulador atual constante </td><td> Digitimer </td><td> DS7A </td><td> Estimulador de nervo periférico </td></tr></tbody></table>

utilizing transcranial magnetic stimulation to study the human neuromuscular system

A estimulação magnética transcraniana (EMT) tem sido usado por mais de 20 anos 1, e tem crescido exponencialmente em popularidade na última década. Enquanto o uso de TMS tem se expandido para o estudo de muitos sistemas e processos durante este tempo, a aplicação original e talvez um dos usos mais comuns do TMS envolve o estudo da fisiologia, plasticidade e função do sistema neuromuscular humano. TMS de pulso único aplicado ao córtex motor excita neurônios piramidais transsynaptically 2 (Figura 1) e resulta em uma resposta mensurável eletromiográfica que pode ser usado para estudar e avaliar a integridade e excitabilidade do trato corticoespinhal em seres humanos 3. Além disso, os recentes avanços na estimulação magnética permite agora para o particionamento de excitabilidade cortical contra espinhal 4,5. Por exemplo, pares de pulso-TMS pode ser usado para avaliar intracortical propriedades facilitador e inibitórios através da combinação de uma condiçãoing estímulo e um estímulo de teste, em intervalos diferentes 3,4,6-8. Neste artigo vamos demonstrar vídeo os aspectos metodológicos e técnicos destas técnicas. Especificamente, vamos demonstrar pulso único e técnicas emparelhado pulso-TMS, aplicada ao flexor radial (FCR) muscular, bem como a musculatura eretores da espinha (ES). O nosso laboratório estuda o músculo FCR, uma vez que é de interesse para nossa pesquisa sobre os efeitos do pulso de mão-imobilização gessada sobre o desempenho muscular reduzido 6,9, e estudamos os músculos ES devido a estes músculos relevância clínica no que se refere à dor lombar 8. Com este declarou, devemos notar que TMS foi usado para estudar muitos músculos da mão, braço e pernas, e deve repetir que a nossa manifestações na FCR e grupos musculares ES estão selecionados apenas exemplos de TMS sendo usado para estudar a neuromuscular humano do sistema.

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Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta não invasiva para obter uma visão sobre a fisiologia ea função do sistema nervoso humano. Aqui, apresentamos nossas técnicas de TMS para estudar a excitabilidade cortical do membro superior e musculatura lombar.

Utilizando Estimulação Magnética Transcraniana para o Estudo do sistema neuromuscular humano

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

26.4K visualizações.  Ohio University. A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta não invasiva para obter uma visão sobre a fisiologia ea função do sistema nervoso humano. Aqui, apresentamos nossas técnicas de TMS para estudar a excitabilidade cortical do membro superior e musculatura lombar.

Vídeo: Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

A Murine Model of Muscle Training by Neuromuscular Electrical Stimulation

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional capacity. Transcutaneous surface stimulation of skeletal muscle involves a current flow between a cathode and an anode, thereby inducing excitement of the motor unit and the surrounding muscle fibers. 
NMES is an attractive modality to evaluate skeletal muscle adaptive responses for several reasons. First, it provides a reproducible experimental model in which physiological adaptations, such as myofiber hypertophy and muscle strengthening6, angiogenesis7-9, growth factor secretion9-11, and muscle precursor cell activation12 are well documented. Such physiological responses may be carefully titrated using different parameters of stimulation (for Cochrane review, see 13). In addition, NMES recruits motor units non-selectively, and in a spatially fixed and temporally synchronous manner14, offering the advantage of exerting a treatment effect on all fibers, regardless of fiber type. Although there are specified contraindications to NMES in clinical populations, including peripheral venous disorders or malignancy, for example, NMES is safe and feasible, even for those who are ill and/or bedridden and for populations in which rigorous exercise may be challenging. 
Here, we demonstrate the protocol for adapting commercially available electrodes and performing a NMES protocol using a murine model. This animal model has the advantage of utilizing a clinically available device and providing instant feedback regarding positioning of the electrode to elicit the desired muscle contractile effect. For the purpose of this manuscript, we will describe the protocol for muscle stimulation of the anterior compartment muscles of a mouse hindlimb.

A murine model of neuromuscular electrical stimulation (NMES), a safe and inexpensive clinical modality, to the anterior compartment muscles is described. This model has the advantage of modifying a readily available clinical device for the purpose of eliciting targeted and specific muscle contractions in mice.

Um modelo murino de treinamento muscular por eletroestimulação neuromuscular

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a common clinical modality that is widely used to restore1, maintain2 or enhance3-5 muscle functional ...

Medicina

Human Neuroendocrine Tumor Cell Lines as a Three-Dimensional Model for the Study of Human Neuroendocrine Tumor Therapy

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human malignancies.1 Other than surgery for the minority of patients who present with localized disease, there is little or no survival benefit of systemic therapy. Therefore, there is a great need to better understand the biology of NETs, and in particular define new therapeutic targets for patients with nonresectable or metastatic neuroendocrine tumors. 3D cell culture is becoming a popular method for drug screening due to its relevance in modeling the in vivo tumor tissue organization and microenvironment.2,3 The 3D multicellular spheroids could provide valuable information in a more timely and less expensive manner than directly proceeding from 2D cell culture experiments to animal (murine) models.
To facilitate the discovery of new therapeutics for NET patients, we have developed an in vitro 3D multicellular spheroids model using the human NET cell lines. The NET cells are plated in a non-adhesive agarose-coated 24-well plate and incubated under physiological conditions (5% CO2, 37 &deg;C) with a very slow agitation for 16-24 hr after plating. The cells form multicellular spheroids starting on the 3rd or 4th day. The spheroids become more spherical by the 6th day, at which point the drug treatments are initiated. The efficacy of the drug treatments on the NET spheroids is monitored based on the morphology, shape and size of the spheroids with a phase-contrast light microscope. The size of the spheroids is estimated automatically using a custom-developed MATLAB program based on an active contour algorithm. Further, we demonstrate a simple method to process the HistoGel embedding on these 3D spheroids, allowing the use of standard histological and immunohistochemical techniques. 
This is the first report on generating 3D spheroids using NET cell lines to examine the effect of therapeutic drugs. We have also performed histology on these 3D spheroids, and displayed an example of a single drug's effect on growth and proliferation of the NET spheroids. Our results support that the NET spheroids are valuable for further studies of NET biology and drug development.

We present a simple agarose overlay platform to grow 3D multicellular spheroids using neuroendocrine cancer cell lines. This method provides a very convenient way to examine the effect of therapeutic drugs on the neuroendocrine tumor cells. It could also help us establish human neuroendocrine tumor spheroids for cancer therapy.

Humanos Linhas tumor neuroendócrino de células como um modelo tridimensional para o estudo da terapia de tumores humanos Neuroendócrino

Neuroendocrine tumors (NETs) are rare tumors, with an incidence of two per 100,&#x200A;000 individuals per year, and they account for 0.5% of all human ...

Utilizing Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to Improve Language Function in Stroke Patients with Chronic Non-fluent Aphasia

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been shown to significantly improve language function in patients with non-fluent aphasia1. In this experiment, we demonstrate the administration of low-frequency repetitive TMS (rTMS) to an optimal stimulation site in the right hemisphere in patients with chronic non-fluent aphasia. A battery of standardized language measures is administered in order to assess baseline performance. Patients are subsequently randomized to either receive real rTMS or initial sham stimulation. Patients in the real stimulation undergo a site-finding phase, comprised of a series of six rTMS sessions administered over five days; stimulation is delivered to a different site in the right frontal lobe during each of these sessions. Each site-finding session consists of 600 pulses of 1 Hz rTMS, preceded and followed by a picture-naming task. By comparing the degree of transient change in naming ability elicited by stimulation of candidate sites, we are able to locate the area of optimal response for each individual patient. We then administer rTMS to this site during the treatment phase. During treatment, patients undergo a total of ten days of stimulation over the span of two weeks; each session is comprised of 20 min of 1 Hz rTMS delivered at 90% resting motor threshold. Stimulation is paired with an fMRI-naming task on the first and last days of treatment. After the treatment phase is complete, the language battery obtained at baseline is repeated two and six months following stimulation in order to identify rTMS-induced changes in performance. The fMRI-naming task is also repeated two and six months following treatment. Patients who are randomized to the sham arm of the study undergo sham site-finding, sham treatment, fMRI-naming studies, and repeat language testing two months after completing sham treatment. Sham patients then cross over into the real stimulation arm, completing real site-finding, real treatment, fMRI, and two- and six-month post-stimulation language testing.

We explore the use of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to improve language abilities in patients with chronic stroke and non-fluent aphasia. After identifying a site in the right frontal gyrus for each patient that responds optimally to stimulation, we target this site during ten days of rTMS treatment.

Utilizando estimulação magnética transcraniana repetitiva para melhorar a função da linguagem em pacientes com AVC crônico com afasia não-fluente

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been shown to significantly improve language function in patients with non-fluent aphasia1. In this ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson's and Huntington's can disrupt it. People with Parkinson's disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson's disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.

This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.

Usando Saccadometry com Estimulação Cerebral Profunda para estudar normal e patológico função cerebral

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Using Retinal Imaging to Study Dementia

The retina offers a unique &#8220;window&#8221; to study pathophysiological processes of dementia in the brain, as it is an extension of the central nervous system (CNS) and shares prominent similarities with the brain in terms of embryological origin, anatomical features and physiological properties.&#160; The vascular and neuronal structure in the retina can now be visualized easily and non-invasively using retinal imaging techniques, including fundus photography and optical coherence tomography (OCT), and quantified semi-automatically using computer-assisted analysis programs. Studying the associations between vascular and neuronal changes in the retina and dementia could improve our understanding of dementia and, potentially, aid in diagnosis and risk assessment.&#160; This protocol aims to describe a method of quantifying and analyzing retinal vasculature and neuronal structure, which are potentially associated with dementia. This protocol also provides examples of retinal changes in subjects with dementia, and discusses technical issues and current limitations of retinal imaging.

The retina shares prominent similarities with the brain and thus represents a unique window to study vasculature and neuronal structure in the brain non-invasively. This protocol describes a method to study dementia using retinal imaging techniques. This method can potentially aid in diagnosis and risk assessment of dementia.

Utilizando imagens da retina para estudar a demência

The retina offers a unique &#8220;window&#8221; to study pathophysiological processes of dementia in the brain, as it is an extension of the central ...

Surgical Labyrinthectomy of the Rat to Study the Vestibular System

To study the vestibular system or the vestibular compensation process, a number of methods have been developed to cause vestibular damage, including surgical or chemical labyrinthectomy and vestibular neurectomy. Surgical labyrinthectomy is a relatively simple, reliable, and rapid method. Here, we describe the surgical technique for rat labyrinthectomy. A postauricular incision is made under general anesthesia to expose the external auditory canal and the tympanic membrane, after which the tympanic membrane and the ossicles are removed without the stapes. The stapes artery, which is located between the stapes and the oval window, is a vulnerable structure and must be preserved to obtain a clear surgical field. A hole to fenestrate the vestibule is made with a 2.1-mm drill bur superior to the stapes. Then, 100% ethanol is injected through this hole and aspirated several times. Meticulous dissection under a microscope and careful bleeding control are essential to obtain reliable results. Symptoms of vestibular loss, such as nystagmus, head tilting, and a rolling motion, are seen immediately after surgery. The rotarod or rotation chair test can be used to objectively and quantitatively evaluate the vestibular function.

This protocol describes the surgical labyrinthectomy of a rat, which is a useful method for studying the vestibular system.

Vestibulotóxicos cirúrgico do rato para estudar o sistema Vestibular

To study the vestibular system or the vestibular compensation process, a number of methods have been developed to cause vestibular damage, including ...

Updated Technique for Reliable, Easy, and Tolerated Transcranial Electrical Stimulation Including Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of brain stimulation presents several potential advantages compared to other techniques, as it is noninvasive, cost-effective, broadly deployable, and well-tolerated provided proper equipment and protocols are administered. Even though tDCS is apparently simple to perform, correct administration of the tDCS session, especially the electrode positioning and preparation, is vital for ensuring reproducibility and tolerability. The electrode positioning and preparation steps are traditionally also the most time consuming and error-prone. To address these challenges, modern tDCS techniques, using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes, reduce complexity and setup time while also ensuring that the electrodes are consistently placed as intended. These modern tDCS methods present advantages for research, clinic, and remote-supervised (at home) settings. This article provides a comprehensive step-by-step guide for administering a tDCS session using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes. This guide demonstrates tDCS using commonly applied montages intended for motor cortex and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) stimulation. As described, selection of the head size and montage-specific headgear automates electrode positioning. Fully assembled pre-saturated snap-electrodes are simply affixed to the set position snap-connectors on the headgear. The modern tDCS method is shown to reduce setup time and reduce errors for both novice and expert operators. The methods outlined in this article can be adapted to different applications of tDCS as well as other forms of transcranial electrical stimulation (tES) such as transcranial alternating current stimulation (tACS) and transcranial random noise stimulation (tRNS). However, since tES is application specific, as appropriate, any methods recipe is customized to accommodate subject, indication, environment, and outcome specific features.

When administering transcranial direct current stimulation (tDCS), reproducible electrode preparation and placement are vital for a tolerated and effective session. The purpose of this article is to demonstrate updated modern setup procedures for the administration of tDCS and related transcranial electrical stimulation techniques, such as transcranial alternating current stimulation (tACS).

Técnica atualizada para estimulação elétrica transcraniana confiável, fácil e tolerada, incluindo estimulação transcraniana de corrente direta

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of ...

Visualization of Endogenous Mitophagy Complexes In Situ in Human Pancreatic Beta Cells Utilizing Proximity Ligation Assay

Mitophagy is an essential mitochondrial quality control pathway, which is crucial for pancreatic islet beta cell bioenergetics to fuel glucose-stimulated insulin release. Assessment of mitophagy is challenging and often requires genetic reporters or multiple complementary techniques not easily utilized in tissue samples, such as primary human pancreatic islets. Here we demonstrate a robust approach to visualize and quantify formation of key endogenous mitophagy complexes in primary human pancreatic islets. Utilizing the sensitive proximity ligation assay technique to detect interaction of the mitophagy regulators NRDP1 and USP8, we are able to specifically quantify formation of essential mitophagy complexes in situ. By coupling this approach to counterstaining for the transcription factor PDX1, we can quantify mitophagy complexes, and the factors that can impair mitophagy, specifically within beta cells. The methodology we describe overcomes the need for large quantities of cellular extracts required for other protein-protein interaction studies, such as immunoprecipitation (IP) or mass spectrometry, and is ideal for precious human islet&#160;samples generally not available in sufficient quantities for these approaches. Further, this methodology obviates the need for flow sorting techniques to purify beta cells from a heterogeneous islet population for downstream protein applications. Thus, we describe a valuable protocol for visualization of mitophagy highly compatible for use in heterogeneous and limited cell populations.

This protocol outlines a method for quantitative analysis of mitophagy protein complex formation specifically in beta cells from primary human islet samples. This technique thus allows analysis of mitophagy from limited biological material, which are crucial in precious human pancreatic beta cell samples.

Visualização de complexos de Mitophagy endógenos in situ em células beta pancreáticas humanas utilizando o ensaio de ligadura de proximidade

Mitophagy is an essential mitochondrial quality control pathway, which is crucial for pancreatic islet beta cell bioenergetics to fuel glucose-stimulated ...

Employing the Forced Oscillation Technique for the Assessment of Respiratory Mechanics in Adults

There is increasing interest in the use of the forced oscillation technique (FOT) or oscillometry to characterize respiratory mechanics in healthy and diseased individuals. FOT, a complementary method to traditional pulmonary function testing, utilizes a range of oscillatory frequencies superimposed on tidal breathing to measure the functional relationship between airway pressure and flow. This passive assessment provides an estimate of respiratory system resistance (Rrs) and reactance (Xrs) that reflect airway caliber and energy storage and dissipation, respectively. Despite the recent increase in popularity and updated Technical Standards, clinical adoption has been slow which relates, in part, to the lack of standardization regarding the acquisition and reporting of FOT data. The goal of this article is to address the lack of standardization across laboratories by providing a comprehensive written protocol for FOT and an accompanying video. To illustrate that this protocol can be utilized irrespective of a particular device, three separate FOT devices have been employed in the case examples and video demonstration. This effort is intended to standardize the use and interpretation of FOT, provide practical suggestions, as well as highlight future questions that need to be addressed.

As the use of forced oscillation technique (FOT) is increasingly utilized to characterize respiratory mechanics, there is a need to standardize methods with respect to nascent technical guidelines and various manufacturer's recommendations. A detailed protocol is provided including FOT assessment and interpretation for two cases to facilitate the standardization of methods.

Empregando a Técnica de Oscilação Forçada para a Avaliação da Mecânica Respiratória em Adultos

There is increasing interest in the use of the forced oscillation technique (FOT) or oscillometry to characterize respiratory mechanics in healthy and ...

Study Design for Navigated Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Speech Cortical Mapping

The cortical areas involved in human speech should be characterized reliably prior to surgery for brain tumors or drug-resistant epilepsy. The functional mapping of language areas for surgical decision-making is usually done invasively by electrical direct cortical stimulation (DCS), which is used to identify the organization of the crucial cortical and subcortical structures within each patient. Accurate preoperative non-invasive mapping aids surgical planning, reduces time, costs, and risks in the operating room, and provides an alternative for patients not suitable for awake craniotomy. Non-invasive imaging methods like MRI, fMRI, MEG, and PET are currently applied in presurgical design and planning. Although anatomical and functional imaging can identify the brain regions involved in speech, they cannot determine whether these regions are critical for speech. Transcranial magnetic stimulation (TMS) non-invasively excites the cortical neuronal populations by means of electric field induction in the brain. When applied in its repetitive mode (rTMS) to stimulate a speech-related cortical site, it can produce speech-related errors analogous to those induced by intraoperative DCS. rTMS combined with neuronavigation (nrTMS) enables neurosurgeons to preoperatively assess where these errors occur and to plan the DCS and the operation to preserve the language function. A detailed protocol is provided here for non-invasive speech cortical mapping (SCM) using nrTMS. The proposed protocol can be modified to best fit the patient- and site-specific demands. It can also be applied to language cortical network studies in healthy subjects or in patients with diseases that are not amenable to surgery.

Navigated repetitive transcranial magnetic stimulation is a highly efficient non-invasive tool for mapping speech-related cortical areas. It helps in designing brain surgery and speeds up the direct cortical stimulation conducted during the surgery. This report describes how to perform speech cortical mapping reliably for preoperative evaluation and research.

Desenho de Estudo para Estimulação Magnética Transcraniana Repetitiva Navegada para Mapeamento Cortical de Fala

The cortical areas involved in human speech should be characterized reliably prior to surgery for brain tumors or drug-resistant epilepsy. The functional ...