Name: the use of magnetic resonance spectroscopy as a tool for the measurement of bi-hemispheric transcranial electric stimulation effects on primary motor cortex metabolism
Uploaded: 2014-11-19T13:00:00
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Ce travaux ont été soutenus par des subventions des Instituts de recherche en santé et en sciences naturelles et en génie du Canada. ST a été soutenue par une bourse supérieures du Canada Vanier par les Instituts de recherche en santé du Canada. MM reconnaît le soutien du centre de recherche en biotechnologie (BTRC) subvention P41 de RR008079 et P41 EB015894 (NIBIB), et la CCN P30 NS076408. Nous tenons à remercier Romain Valabrègue (Centre de neuroimagerie de Recherche - CENIR, Paris, France) et Brice Tiret (Centre Recherche de l&#39;Institut de Gériatrie Universiatire (CRIUGM), Montréal, Canada; Commissariat à l&#39;énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Paris, France) pour le développement d&#39;outils de traitement, et Edward J. Auerbach (Centre de Résonance Magnétique de recherche et Département de radiologie, Université du Minnesota, Etats-Unis). Les séquences MEGA-PRESS et FASTESTMAP ont été développéspar Edward J. Auerbach et Małgorzata Marjańska et ont été fournis par l&#39;Université du Minnesota en vertu d&#39;un accord de C2P.

L&#39;étude a été approuvée par la recherche et la Communauté des comités d&#39;éthique de Neuroimagerie Fonctionnelle Unité de et de l&#39;Université de Montréal et a été fait en conformité avec le code de déontologie comme indiqué dans la Déclaration d&#39;Helsinki. Tous les sujets ont donné leur consentement éclairé écrit après examen minutieux de la compatibilité IRM et ont été indemnisés pour leur participation. 1. STCC Matériel <ol><li> Assurez-vous que tous...

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

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

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>DC-stimulator plus</td>
			<td>NeuroConn</td>
			<td>30DCS01E</td>
			<td>MR compatible device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NuPrep preparation gel</td>
			<td>Weaver and Co.</td>
			<td>#10-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ten20 conductive paste</td>
			<td>Weaver and Co.</td>
			<td>#10-20-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode prepping pad</td>
			<td>Grass technologies</td>
			<td>MD0017</td>
			<td>70% isopropyl alcohol and pumice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saline solution</td>
			<td>Local drugstore sample</td>
			<td></td>
			<td>0.9% sodium chloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non permanent hydro-marker</td>
			<td>Sharpie</td>
			<td>SHPE20WH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYNGO MR VB17</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td></td>
			<td>MRI software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAGNETOM Trio A Tim System</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td></td>
			<td>MRI scanner version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab 2013a (Version 8.1)</td>
			<td>MathWorks Inc</td>
			<td></td>
			<td>processing and analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCModel 6.3</td>
			<td>LC MODEL inc</td>
			<td></td>
			<td>see: s-provencher.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FASTESTMAP</td>
			<td colspan="2">Developers: Edward J. Auerbach and Ma&#322;gorzata Marja&#324;ska</td>
			<td>shimming sequence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEGA-PRESS</td>
			<td colspan="2">Developers: Edward J. Auerbach and Ma&#322;gorzata Marja&#324;ska</td>
			<td>MRS sequence</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the use of magnetic resonance spectroscopy as a tool for the measurement of bi-hemispheric transcranial electric stimulation effects on primary motor cortex metabolism

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

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

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The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

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

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