Este trabalho foi financiado por doações do Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 e pela DFG-Exc-257, UL: 423/1-1), o Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A e 01GY1144; AF e MM: 01EO0801), o Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico (AF: DAAD-54391829), Go8 Austrália - Alemanha Regime Comum de Investigação Cooperação (DC: 2011001430), o Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) e do Conselho Australiano de Pesquisa (DC: ARC FT100100976; MM: ARC FT120100608). Agradecemos Kate Felipe Pessoa de assistência editorial.

1. Contra-indicações e Considerações Especiais <ol><li> Completamente selecionar os participantes para contra-indicações de ressonância magnética (por exemplo, marca-passos, claustrofobia, etc) e exclui, se necessário. Adquirir questionários padrão em instituições clínicas ou de pesquisa que atuam scanners de ressonância magnética. Obedeça sempre os procedimentos de segurança padrão ao entrar na sala de scanner. </li><li> Completamente selecionar os participantes para contra-indicações para ETCC. Estes podem sobrepor-se com contra-indicações para MRI. Veja Villamar et al. 20 para um exemplo. </li><li> Consulte com a facilidade operacional em matéria de segurança local e os regulamentos de ética e obter permissões necessárias. Teste de artefactos de imagem potenciais induzidos pelo equipamento actual ou ETCC estimulação antes do início da experiência real (por exemplo, testar o impacto da ETCC em sinal-para-ruído 17, 18). </li></ol> 2. FMConfiguração RI, Projeto Experimental, e Materiais Nota: O uso da ETCC no interior de um aparelho de ressonância magnética requer equipamento especial. Em particular, específica cabos MRI-compatível, caixas de filtro, eletrodos e correias para prender os eletrodos na cabeça dos sujeitos são obrigatórios. Figura 2 ilustra (A) equipamento padrão ETCC e componentes (B) para uso com ressonância magnética. Os últimos componentes são necessários para evitar a possibilidade de aquecimento sob os eletrodos devido a pulsos de radiofrequência emitidos durante ressonância magnética. Além disso, os artefactos de imagem de alta frequência pode ser induzida pelo dispositivo ETCC. Ambos podem ser evitadas pelo uso de caixas de filtro posicionados fora e dentro da sala o scanner, cabos equipados com resistências e eletrodos de borracha condutora MRI-compatível dedicados. <ol><li> Realize experimental set-up e seqüências geral para o experimento fMRI. Ambos dependem dos objetivos do estudo. Nota: o protocolo a seguir é especific para esta experiência, mas pode ser revisto para aplicar a um número de diferentes situações experimentais. </li><li> Use um computador desktop com software de apresentação de estímulo instalado para uma tarefa de linguagem que envolve a apresentação visual de categorias semânticas dentro do scanner. Apresentar estes estímulos num ecrã dentro do scanner através de um projector ligado ao computador e um sistema de espelhos. </li><li> Use um microfone MRI-compatível para transmissão de respostas verbais públicos. Adquirir duas sequências funcionais durante ETCC: a cinco minutos de tarefas ausente RS-seqüência e uma tarefa palavra geração semântica evidente. Nota: detalhes adicionais do conjunto experimental, as sequências de estímulos e de ressonância magnética foram previamente descritos em pormenor 14, 15 e figura 1 ilustra o experimento. </li><li> Para montar o dispositivo, o programa de ETCC dispositivo para entregar uma corrente constante de 1 mA durante 20 minutos, para cobrir a totalidade da duração do varrimento dois funcionals, incluindo estadias curtas e tempo para instruções entre as varreduras 14, 15. Certifique-se de que o estimulador é suficientemente carregada; caso contrário, pode desligar durante o experimento. </li><li> Certifique-se de que todos os materiais necessários estão disponíveis (Figura 2). </li></ol> 3. Setup ETCC Fora e interna do scanner (veja a Figura 3 para uma visão esquemática) <ol><li> Coloque a caixa de filtro externo perto do filtro de rádio-freqüência (RF) tubo (ou seja, o ponto de penetração no escudo de freqüência de rádio do aparelho de ressonância magnética que pode ser usado para inserir os cabos de fora do scanner). Conecte-estimulador com a caixa exterior usando o cabo estimulador. Caixa de filtro interno e externo não devem ser misturados. Nota: A Figura 4A ilustra os ETCC set-up externa do scanner. A caixa externa é claramente marcada na Figura 4B. </li><li> Meça o comprimento do cabo necessário para conectar pousadaer com a caixa exterior usando o cabo caixa (ver ponto seguinte sobre o posicionamento do cabo na sala de scanner). Insira o cabo caixa no tubo de RF do lado de fora do scanner e conectar-se com a caixa do filtro externo (Figura 4A). </li><li> Colocar a caixa do filtro interno no interior da extremidade traseira do furo do scanner (Figura 5); utilizar fita adesiva para o manter no lugar. Conecte o cabo de caixa com caixa de filtro interno e evitar loops em todos os cabos, pois podem induzir o aquecimento RF. Nota: O cabo deve estar alinhado com as paredes da sala de scanner e afixado com fita adesiva (Figura 3). </li></ol> 4. Participante Preparação e Posicionamento do participante em Scanner <ol><li> Tal como acontece com ETCC convencionais set-ups, inspecionar a pele do participante por quaisquer lesões pré-existentes, mova o cabelo longe, a pele limpa com álcool para remover hairspray, loção corporal, etc. para melhorar a condutividade da pele por baixo dos eléctrodos 12, &lt;sup&gt; 21. </li><li> Mergulhe bolsos esponjas com soro fisiológico e inserir eletrodos MRI-compatível para os bolsos (veja DaSilva 21 para considerações gerais de preparação dos participantes e posicionamento dos eletrodos). </li><li> Posições dos eletrodos marca na cabeça das pessoas, utilizando uma caneta que não deixa vestígios ferromagnéticos (por exemplo, não usar delineador). Determinar a posição alvo para ânodo usando 10-20 sistema de EEG (aqui: esquerda IFG, 5 x 7 cm 2) 14, 15. Para fazê-lo, localizar (a) o cruzamento de T3-F3 e F7-C3 e (b) o ponto médio entre F7-F3. A posição alvo é o centro de uma linha de pontos de ligação (a) e (b). Local catódicos (10 x 10 cm 2) sobre a posição supra-orbital direita (para obter detalhes sobre a colocação do eletrodo ver Meinzer et al. 14, 15). Anexar eletrodos de cabeça utilizando elástico. </li><li> Orientar o participante por trás do scanner e conectar o cabo do eletrodo com o filt interiorcaixa er. Ligue estimulador e impedância de teste pressionando o botão direito superior e inferior esquerdo do estimulador simultaneamente. Se os limites de impedância são alcançados, em seguida, o estimulador irá parar automaticamente. Se isso ocorrer, verifique se os eletrodos têm contato com o couro cabeludo, pele limpa novamente ou aplicar mais solução salina se esponjas tornaram-se muito seca, e, em seguida, verificar se algum cabo está quebrado. Nota: A impedância é normalmente maior em relação ao set-ups convencionais por causa de cabos adicionais e caixas de filtro entre estimulador e eletrodos. </li><li> Guia participante na sala do scanner (após uma verificação final de segurança). Posicione o participante sobre o pórtico do scanner e certifique-se de que os eletrodos ainda estão na posição correta. Feche a bobina de cabeça. O cabo de força deve ser alimentado através da parte inferior esquerda da bobina de cabeça (ver Figura 6) ou de acordo com as recomendações do fabricante. </li><li> Mova participante no orifício scanner. Certifique-se de que o cabo de fazeres não pegar no pórtico e quebrar (ver Figura 6 para uma possível posição segura do cabo durante esta fase). Quando o participante tenha atingido a posição final dentro do scanner, para alcançar o cabo de força da parte traseira do scanner e conecte-o à caixa de filtro interno. Entregar botão de emergência para participante e sair da sala de scanner. </li></ol> 5. Iniciando o Estimulação <ol><li> Use scanner de interfone para informar o participante sobre o início da sessão de digitalização. Inicie a digitalização localizador estrutural (para determinar a posição da cabeça do participante no scanner e permitir o planejamento de exames funcionais e estruturais subseqüentes) usando o console de digitalização. Inspecione varredura localizador de artefatos de alta freqüência: Dê um clique duplo na Varredura localizador após o final do período de aquisição e ajustar o contraste (para Siemens Trio segurando o botão direito do mouse e mouse para a esquerda e para a direita em movimento, por exemplos, veja Figuras 7Ae 7B). </li><li> Use scanner de interfone para se comunicar com o assunto que a estimulação será iniciada e que ele / ela pode sentir uma sensação de formigamento no couro cabeludo por um curto período de tempo. Repita as instruções para a primeira varredura funcional. Neste exemplo, instruir o participante a manter os olhos fechados para a duração do exame (5 min), mova o mínimo possível e não pensar em nada em particular. Certifique-se de que projector é desligado (tela dentro do furo do scanner é preto) para evitar a estimulação visual durante RS-scan. </li><li> Iniciar a estimulação manualmente aproximadamente 1-2 minutos antes do início do primeiro exame funcional (RS-scan). Use consola scanner para carregar RS-sequência. Clique duas vezes no RS-seqüência para abrir campo de visão (FOV), ajustar a posição para cobrir todo o cérebro e alinhar aproximadamente com a comissura ântero-posterior. Comece a primeira varredura (usando o botão de digitalização START). </li><li> Monitorar impedância durante todo o experimento. Nota: Se o experiment é conduzida em um modo duplo-cego (participante e pesquisador estão cegos para a estimulação), um segundo pesquisador pode ser necessário controlar a impedância. </li><li> Enquanto o RS-seqüência está sendo executado, carregar segunda seqüência imagem funcional (por tarefa língua subsequente) e ajustar FOV, usando o console do scanner, como acima, para reduzir o tempo necessário entre as varreduras. Após o final da RS-sequência, ligar projector para permitir a visualização de estímulos experimentais durante a tarefa de linguagem. Clique duas vezes no ícone do software de apresentação e paradigma língua carga. Use scanner de interfone para repetir instruções para relacionado com a tarefa fMRI paradigma e começar com tarefas 14, 15. </li><li> Após o final do experimento estimulação / fMRI, continue com scans estruturais planejadas. Não desligue cabos de força até o final da sessão de digitalização. </li><li> No final do experimento, desconecte o cabo do eletrodo a partir da caixa de filtro interno antes de se mudar para fora participantedo furo scanner. Remover participante do scanner, retire bobina de cabeça e pedir ao participante para sentar-se e retire os eletrodos com cuidado. </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

A aplicação combinada de ETCC com simultânea fMRI mostrou potencial para elucidar as bases neurais dos efeitos imediatos da estimulação através de todo o cérebro com alta resolução espacial 13-19. No futuro, estes estudos podem ser complementados por estudos de EEG-ETCC combinados, para explorar a resolução temporal superior da última técnica. Além disso, intrascanner estimulação permite a verificação do correto posicionamento dos eletrodos no couro cabeludo (por exemplo, o uso de i...

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é um método não invasivo de estimulação cerebral em que o funcionamento cortical é modulada por meio de uma corrente elétrica fraca (tipicamente 1-2 mA) projetada entre dois eletrodos afixados-couro cabeludo. Fisiologicamente, ETCC induz um deslocamento dependente da polaridade do potencial de repouso da membrana neuronal (PGR) no interior da região cortical alvo através da manipulação dos canais de sódio e de cálcio, promovendo assim a alterações na excitabilidade cortical 1. Especificamente, a estimulação anódica (atDCS) foi mostrada para aumentar a atividade cortical através da despolarização neuronal PGR enquanto a estimulação catódica (ctDCS) reduz a excitabilidade cortical 2. Em comparação com outros tipos de estimulação cerebral (por exemplo, a estimulação transcraniana magnética) de segurança foi bem estabelecida e, até agora, sem efeitos colaterais graves têm sido relatadas, mesmo em populações vulneráveis ​​3, 4. Além disso, pelo menos para lointensidades de estimulação wer (até 1 mA), um placebo eficaz (&quot;sham&quot;) condição estimulação existe 5, permitindo mascaramento efetivo de participantes e investigadores para as condições de estimulação, tornando ETCC uma ferramenta atraente em ambientes de pesquisa experimentais e clínicos. Numerosos estudos até agora têm mostrado que essas mudanças na excitabilidade cortical pode resultar em modulações comportamentais. No sistema motor, de polaridade efeitos dependentes consistentes foram relatados 1, 6 para ambos os atDCS e ctDCS. Nos estudos cognitivos, a maioria dos estudos que utilizaram atDCS para melhorar as funções cognitivas relatados efeitos benéficos sobre o desempenho 7, enquanto ctDCS frequentemente não resultou no processamento cognitivo. O último pode ser explicado pela maior redundância de recursos de processamento neurais subjacentes cognição 6. A maioria dos estudos ETCC empregaram projetos cross-over para estudaros efeitos imediatos da estimulação, o que durar mais que o término do atual apenas por curtos períodos de tempo 1. No entanto, tem sido sugerido que os impactos repetidos de estimulação sobre a síntese de proteínas, ou seja, o mecanismo de captação de habilidade neural subjacente 8. Com efeito, o motor ou o sucesso treino cognitivo pode ser aumentada quando combinado com sessões repetidas TDCs e estabilidade a longo prazo destes melhoramentos têm sido relatados para durar até vários meses em adultos saudáveis ​​8-10. Tais achados também têm suscitado um interesse no uso da ETCC em contextos clínicos e dados preliminares sugerem que ele também pode ser útil como uma abordagem de tratamento primário ou auxiliar em várias populações clínicas 3. No entanto, enquanto um número relativamente grande de estudos abordaram os efeitos neurofisiológicos da ETCC no sistema motor, pouco se sabe sobre os mecanismos neurais subjacentes de efeitos ETCC sobre as funções cognitivas do cérebro na saúde e na doença.Uma melhor compreensão do modo de ação do ETCC é um pré-requisito necessário para aplicações mais específicas de ETCC em pesquisa e na clínica. Esta questão pode ser abordada através da combinação de ETCC com técnicas de imagem cerebral funcionais, como a eletroencefalografia (EEG) ou a ressonância magnética funcional (fMRI). A maioria dos estudos que investigam os mecanismos neurais subjacentes às funções cognitivas e motoras optaram por empregar fMRI 11. Em particular, fMRI é a técnica de imagem do cérebro mais amplamente utilizado para investigar os mecanismos neurais subjacentes às funções cognitivas e motoras 11. Além disso, quando combinado com a aplicação simultânea de ETCC, fMRI permite o exame dos mecanismos neurais subjacentes efeitos ETCC comportamentais com maior resolução espacial em todo o cérebro em comparação com EEG (para descrições recentes de combinado ETCC-EEG ver 12 Schestatsky et al.). O presente manuscrito descreve ªuso e combinado de ETCC durante simultânea fMRI. Esta nova técnica tem sido utilizada com sucesso para estudar os mecanismos neurais subjacentes ETCC induzida por modulações de funções motoras e cognitivas 13-19. No futuro, este protocolo combinado trará novos insights sobre os mecanismos de ação ETCC na saúde e na doença. Compreender o impacto da ETCC em redes neurais em larga escala, avaliada com esta técnica pode lançar as bases para uma aplicação mais focalizada dos ETCC na pesquisa e na clínica. O manuscrito incidirá sobre as diferenças entre experimentos ETCC comportamentais eo uso combinado de ETCC durante simultânea fMRI, com uma ênfase específica sobre os requisitos de hardware, implementação da técnica, e considerações de segurança. Como exemplo, uma única sessão de ETCC administrados ao giro frontal inferior esquerdo (IFG) durante a tarefa ausente descanso do estado (RS) e fMRI durante uma tarefa de linguagem 14, 15 wdoente ser descrito, embora muitas outras aplicações são possíveis 16, 19. Os detalhes da concepção experimental, as características dos participantes e os procedimentos de análise de dados de ressonância magnética têm sido descritos em detalhe nas publicações originais 14,15 e estão fora do âmbito da presente manuscrito. Além disso, nesses estudos, um fMRI adicional varredura que farsa envolvidos ETCC foi adquirida e comparados com os resultados da sessão atDCS (ver &quot;Os resultados representativos&quot; para mais detalhes). Esta sessão foi idêntico ao descrito no presente manuscrito, excepto que a estimulação foi interrompida antes do início da sessão de varredura (ver Figura 1 para detalhes). O presente procedimento foi implementado com sucesso em um scanner de 3 Tesla Siemens Trio MRI no Centro de Berlim para Advanced Imaging (Charité University Medicine, Berlin, Alemanha), e deve, em princípio, ser aplicáveis ​​a outros scanners, bem 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

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva que utiliza correntes elétricas fracas administrados para o couro cabeludo para manipular a excitabilidade cortical e, conseqüentemente, o comportamento ea função cerebral. Na última década, vários estudos têm abordado a curto prazo e de longo prazo efeitos da ETCC em diferentes medidas de desempenho comportamental durante tarefas motoras e cognitivas, tanto em indivíduos saudáveis ​​e em um número de diferentes populações de pacientes. Até agora, no entanto, pouco se sabe sobre as bases neurais da ETCC-action em seres humanos no que diz respeito a redes cerebrais em grande escala. Esta questão pode ser abordada através da combinação de ETCC com técnicas de imagem cerebral funcionais, como a ressonância magnética funcional (fMRI) ou eletroencefalografia (EEG). Em particular, fMRI é a técnica de imagem do cérebro mais amplamente utilizado para investigar os mecanismos neurais subjacentes às funções cognitivas e motoras. Applicatino de ETCC durante fMRI permite a análise dos mecanismos neurais subjacentes efeitos ETCC comportamentais com alta resolução espacial em todo o cérebro. Estudos recentes utilizando esta técnica de estimulação identificado mudanças induzidas na atividade cerebral funcional relacionado com a tarefa no local de estímulo e também em regiões cerebrais mais distantes, que foram associados com melhora de comportamento. Além disso, a ETCC administrados durante descansando em estado fMRI permitiu a identificação de mudanças generalizadas na conectividade funcional do cérebro todo. Futuros estudos utilizando este protocolo combinado deve render novos insights sobre os mecanismos de ação ETCC na saúde e na doença e novas opções de aplicação mais focalizada dos ETCC na pesquisa e na clínica. O presente manuscrito descreve esta nova técnica de forma passo-a-passo, com foco em aspectos técnicos do ETCC administrados durante fMRI.

MRI funcional é a técnica de imagem funcional mais utilizado para tratar os mecanismos neurais subjacentes de funções motoras ou cognitivas. Mais recentemente, RMf também tem sido utilizado para avaliar TDCs efeitos sobre a actividade cortical e conectividade. No entanto, a maioria desses estudos ETCC administrado fora do scanner e avaliados os efeitos off-line da estimulação (ou seja, administrado ETCC antes da digitalização 22, 23). Apenas alguns estudos até agora têm administrado ETCC d...

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Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva. Tem sido utilizado com sucesso em pesquisas básicas e clínicas para modular a função cerebral em seres humanos. Este artigo descreve a implementação de ETCC e simultânea a ressonância magnética funcional (fMRI), para investigar as bases neurais dos efeitos ETCC.

Transcraniana direto Estimulação atual e simultânea Ressonância Magnética Funcional

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 visualizações.  University of Queensland.  Estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) é uma técnica de estimulação cerebral não invasiva. Tem sido utilizado com sucesso em pesquisas básicas e clínicas para modular a função cerebral em seres humanos. Este artigo descreve a implementação de ETCC e simultânea a ressonância magnética funcional (fMRI), para investigar as bases neurais dos efeitos ETCC. 

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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.

Ressonância Magnética Funcional (fMRI), com estimulação auditiva em aves canoras

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

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.

Melhores práticas correntes para obtenção de dados de alta qualidade durante o EEG fMRI simultâneo

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.

Monitorização EEG simultâneo Durante direto Estimulação Transcraniana atual

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

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

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

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

Estimular o Lip Motor Cortex com Estimulação Magnética Transcraniana

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.

Estimulação Magnética Transcraniana para investigar relações causais Brain-comportamentais e seu Curso de 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.

Modulando Cognition Usando Transcraniana direto Estimulação atual do cerebelo

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

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

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

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

Repetitiva Estimulação Magnética Transcraniana guiada por neuronavegação para a 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 Gravação Eletroencefalografia Durante Transcranial estimulação alternada 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.

Tratar depressão clínica com Estimulação Magnética Transcraniana repetitiva profundo Usando o H1-coil Brainsway

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.

Estimulação Magnética Transcraniana repetitiva para o Hemisfério unilateral do cérebro de rato

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