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
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex M

עבודות זו נתמכה על ידי מענקים מהמכון הקנדי לחקר בריאות ומדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה. ST נתמכה על ידי מלגת Vanier קנדה בוגר מהמכון הקנדי לחקר בריאות. MM מודה תמיכה ממרכז ביוטכנולוגיה מחקר (BTRC) RR008079 P41 המענק וEB015894 P41 (NIBIB), וNCC P30 NS076408. ברצוננו להודות רומן Valabrègue (מרכז דה NeuroImagerie דה משוכלל ונדיר - CENIR, פריז, צרפת) ורייס Tiret (המרכז משוכלל ונדיר de l&#39;Institut Universiatire דה Gériatrie (CRIUGM), מונטריאול, קנדה; Commissariat à l&#39;Energie atomique et aux אנרגיות חלופות (CEA), פריז, צרפת) לפיתוח כלים לעיבוד, ואדוארד ג &#39;אורבך (מרכז לחקר תהודה מגנטית והמחלקה לרדיולוגיה, אוניברסיטת מינסוטה, ארה&quot;ב). רצפי MEGA-PRESS וFASTESTMAP פותחועל ידי אדוארד ג &#39;אורבך ומלגורז&#39;טה Marjańska ונמסרו על-ידי אוניברסיטת מינסוטה במסגרת הסכם C2P.

המחקר אושר על ידי לוחות האתיקה המחקר וקהילה של להתאחד דה Neuroimagerie Fonctionnelle ואוניברסיטת מונטריאול ונעשה בעמידה בקוד אתי כאמור בהצהרת הלסינקי. כל הנבדקים נתנו סכמה בכתב הודיעה הבאים סינון קפדני לתאימות MRI וקבלו פיצוי מבחינה כלכלית עבור השתתפותם. <p class="jove_title" style=";text-align:...

העבודה הנוכחית נועדה לתאר פרוטוקול סטנדרטי לtDCS שילוב ו1 H-MRS באמצעות סורק 3 T. בחלק הבא, גורמים מתודולוגיים יידונו. שלבים קריטיים הקרנת התוויות נגד קודם לניסוי, הוא חיוני למשתתפי מסך לכל תוויות נגד בנוגע ?...

הרעיון של החלת חשמל למוח האנושי כדי לווסת את פעילותו נחקר מאז ימי קדם. למעשה, כתבים ממוקדם ככל המאה ה -11 נמצאו שמתארים את השימוש בדגים חשמליים הטורפדו בטיפול בהתקפים אפילפטיים 1. ובכל זאת, זה לא עד לאחרונה כי גירוי המוח לא פולשני זכה לעניין נרחב בקהילה המדעית כפי שהוצג כדי ליצור אפקטי ויסות על תפקוד הקוגניטיבי ותגובה מוטורית 2. בעוד גירוי המגנטי transcranial (TMS), נחקר בהרחבה מאז תחילת 1980 3, הריבית האחרונה בגירוי הנוכחי ישיר transcranial (tDCS) גדלה כפי שהוא נתפס כיום כאפשרות טיפול מעשית עבור מגוון רחב של neuropathologies, כגון שבץ 4, התמכרות לאלכוהול 5, וכאב כרוני 6. יש tDCS יתרונות רבים על פני שיטות גירוי עצביות כמו TMS, למשל,שכן הוא זול יחסית, ללא כאבים, נסבל היטב על ידי חולים, ונייד, וכך מאפשר לנהל ליד המיטה 7. למעשה, רק אחוז קטן של מטופלים חווה תחושת עקצוץ קלה במהלך גירוי 8. עם זאת, תחושה זו בדרך כלל נעלמת לאחר מספר שניות 9. כתוצאה מכך, tDCS מאפשר מחקרי מבוקרי דמה חזקים כפולים סמיות, שכן רוב המשתתפים לא יכול להבחין גירוי מזויף מגירוי אמיתי 9,10. tDCS כרוך האינדוקציה של זרם חשמלי נמוך amperage קבוע (1-2 mA) מוחלת על הקורטקס באמצעות אלקטרודות משטח ממוקמות על הקרקפת של הנושא. אלקטרודות ממוקמות בדרך כלל בספוגים ספוגים מי מלח או ישירות על הקרקפת עם דבק EEG-סוג. לערוך מחקר tDCS, ארבעה פרמטרים עיקריים צריכים להיות נשלטו על ידי הנסיין: 1) זמן גירוי; 2) עוצמת הגירוי; 3) גודל אלקטרודה; ו 4) מונטאז &#39;אלקטרודה. בפרוטוקולים סטנדרטיים, אלקטרודה &quot;הפעילה&quot; ממוקמת מעל האזור של עניין תוך האלקטרודה ההתייחסות מושמת בדרך כלל על אזור supraorbital. הזרם זורם מן האנודה הטעונה חיובי לכיוון הקתודה הטעונה השלילי. ההשפעה של tDCS על קליפת המוח המוטורי ראשוני (M1) נקבעת על ידי הקוטביות של הגירוי בי anodal גירוי משפר את הרגישות של אוכלוסייה של תאי עצב וגירוי cathodal מפחית לו 11. שלא כמו TMS, הנוכחי המושרה אינו מספיק כדי לייצר פוטנציאל פעולה בתאי עצב בקליפת המוח. השינויים ברגישות קליפת המוח הם האמינו להיות עקב האפנון של הסף העצבי הקרום מוביל לאו hyperpolarization של פוטנציאלי הממברנה או סיוע של שלילת קוטביות של תאי עצב בהתאם לכיוון הזרימה הנוכחית 8,11. משך שינויי הרגישות יכול להימשך עד 90 דקות לאחר הקיזוזשל גירוי, בהתאם למשך גירוי 11,12. שיקום tDCS ומוטורי M1 כבר נעשה שימוש נרחב כמטרה של גירוי שכן שינויי רגישות שהושרו על ידי tDCS ניתן לכמת באמצעות מנוע פוטנציאלים מעורר (חברי הפרלמנט האירופי) הנגרמים על ידי הדופק יחיד TMS 3. מחקרים מוקדמים מראים את האפשרות של מדידת שינויי רגישות קוטביות ספציפית הנגרמים על ידי tDCS השתמשו M1 כמטרה של גירוי 11,12. מאז, M1 נשאר אחד היעדים העיקריים של tDCS במחקרים שכלל שני אוכלוסיות קליניות ונבדקים בריאים בגלל חשיבותו בתפקוד מוטורי, יצירת זיכרון, ואיחוד של מיומנויות מוטוריות 12. המוח מסתמך על יחסי גומלין מורכבים בין האזורים המוטוריים של שני ההמיספרות לבצע תנועה 14. כאשר אזור אחד ניזוק, לאחר שסבל משבץ למשל, הביןאינטראקציות של חצי מוח משתנות. מחקרים על גמישות מוחית הראו כי האזורים המוטוריים של המוח להסתגל לשינוי הזה בדרכים שונות 15. ראשית, האזורים שלמים, המקיפים את האזור הפגוע יכולים להיות overactived, שהובילו לעיכוב של האזור הפגוע - תהליך הנקרא עיכוב תוך חצאים מוח. שנית, האזור הומולוגי של האזור הפגוע יכול להיות overactivated ולהפעיל עיכוב בחצי הכדור הפצוע - תהליך הנקרא עיכוב בין חצאים מוח. M1 המושפע ולכן יכול להיענש פעמיים: תחילה על ידי הנגע והשני על ידי העיכוב מגיע משני M1 לא הושפע, והאזור שמסביב של M1 המושפע 16. מחקר שנערך לאחרונה הראה כי הגדיל את רגישות בחצי הכדור מושפע קשורה לשיקום איטי 17, אשר תואר כתחרות בין חצי מוח הסתגלות 18. הבנת הפלסטיות שהתרחשה לאחרשבץ עלול להוביל לפיתוח פרוטוקולי neuromodulation שיכולה להחזיר את אינטראקציות המיספרי 19. שלושה טיפולי tDCS עיקריים הוצעו בחולים עם ליקויים מוטוריים לאחר השבץ 20,21. הטיפול הראשון נועד להפעיל מחדש את קליפת המוח המוטורי נפגע על ידי גירוי חד צדדי anodal (א-tDCS). במקרה זה, גירוי מטרה ישירות הגברת פעילות באזורי perilesional, שהם האמינו להיות חיוניים להחלמה. למעשה, מחקרים הראו שיפור של הגפה העליונה או תחתונה המשותקת לאחר טיפול זה 22-26. הטיפול השני פותח במטרה לצמצם את-הפעלת יתר של חצי הכדור contralesional על ידי יישום tDCS cathodal חד-צדדי (c-tDCS) מעל M1 שלם. כאן, גירוי מטרה בעקיפין הגדלת פעילות באזורי perilesional דרך אינטראקציות interhemispehric. תוצאות ממחקרים אלה הראו שיפור של functi מנועעל לאחר כ-tDCS 4,27-29. לבסוף, הטיפול השלישי שמטרתו שילוב ההשפעות המעוררות של-tDCS מעל M1 הפצוע עם ההשפעות המעכבות של c-tDCS מעל M1 מושפע באמצעות tDCS הדו-צדדי. תוצאות מצביעות על שיפור בתפקוד מוטורי לאחר tDCS דו-צדדי 27,30,31. יתר על כן, מחקר אחד הראה שיפור גדול יותר הבא tDCS הדו-צדדי בהשוואה לשתי שיטות חד-צדדיות 32. פיסיולוגי מנגנוני tDCS למרות השימוש הגובר של tDCS בטיפול בשבץ מוחי, המנגנון הפיזיולוגי שבסיס השפעותיו עדיין לא ידועים 33. הבנה טובה יותר של ההשפעות הפיזיולוגיות יכולה לעזור לפתח אפשרויות טיפול טובות יותר ועלולה להוביל לפרוטוקולים סטנדרטיים. כפי שהוזכר קודם לכן, את ההשפעות של tDCS יכולות להימשך עד 90 דקות לאחר הקיזוז של גירוי 11,12. לכן, hyperpolarization / שלילת קוטביותתהליכים לא יכולים להסביר לגמרי את ההשפעות ארוכות טווח 33,34. השערות שונות הוצעו בנוגע למנגנון הפיזיולוגי הבסיסי tDCS לאחר לוואי על M1 לרבות שינויים בשחרור הנוירוטרנסמיטר, סינתזת חלבון, פונקצית ערוץ יון, או פעילות קולטן 34,35. תובנות בעניין זה נרכשו תחילה דרך מחקרים פרמקולוגיים הראו דיכוי של אחרי ההשפעות של anodal וגירוי cathodal על רגישות M1 על ידי החומר שממשמש glutamatergic N-methyl-D-aspartate אנטגוניסט לרצפטור (NMDA) 36,37 ואילו ההשפעה ההפוכה הוצגה באמצעות אגוניסט הקולטן NMDA 38. קולטני ה- NMDA הם חשבו להיות מעורבים בתפקוד למידה וזיכרון באמצעות הגברה ארוכה טווח (LTP) ודיכאון לטווח ארוך (בע&quot;מ), שניהם בתיווכו של glutamatergic ונוירונים GABAergic 39,40. מחקרים בבעלי חיים בקנה אחד עם השערה זו כפי שהם הראו ש- tDCS גורם 13 LTP. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; למרות ההתקדמות החשובה שנעשתה בהבנה של מנגנוני פעולה שבבסיס תופעות tDCS, פרוטוקולים תרופתיים מגבלות חשובות הווה שלנו. ואכן, פעולת תרופה לא יכולה להיות כמו במרחב ספציפי כtDCS, במיוחד בהקשר של ניסויים בבני אדם, ומנגנון פעולה של ההשפעות שלהם הוא בעיקר בשל קולטנים פוסט-סינפטי 34. לכן, יש צורך לחקור בצורה ישירה יותר את ההשפעות של tDCS על המוח האנושי. ספקטרוסקופיה פרוטון התהודה מגנטית (1 H-MRS) היא מועמד טוב שכן היא מאפשרת לא פולשנית באיתור vivo של ריכוזים של נוירוטרנסמיטרים באזור מסוים של עניין. שיטה זו מבוססת על העיקרון שלכל neurochemical המכיל פרוטון במוח מבנה מולקולרי ספציפי וכתוצאה מכך, מייצרת תהודה כימית ספציפית שיכול להיות מזוהה על ידי 1 H-MRS 41. האות נרכשה משל נפח המוח של בההתעניינות נוצרה מכל הפרוטונים שמהדהדים בין עמודים לדקה 1 ו -5. Neurochemicals רכשה מיוצגת על ספקטרום ולהתוות כפונקציה של ההיסט הכימי שלהם עם כמה פסגות באופן ברור להבחנה, אבל איפה תהודות רבות מneurochemicals השונות חופפות. עוצמת האות של כל שיא היא פרופורציונלית לריכוז של neurometabolite 41. כמות neurochemicals שניתן לכמת תלויה בעוצמת השדה המגנטי 42,43. עם זאת, מטבוליטים ריכוז נמוך, אשר מוסתרים על ידי תהודה מאוד חזקה, קשה לכמת בעוצמת שדה נמוכה כגון 3 ט דרך אחת לקבל מידע על אותות חופפים כזה הוא להסיר את התהודות חזקות באמצעות עריכת רפאים. אחת טכניקות אלו הוא רצף MEGA-PRESS, המאפשר זיהוי של חומצת γ-aminobutyric אותות (GABA) 44,45. רק מעט מאוד מחקרים שבחנו את ההשפעה של tDCS בחילוף חומרים במוח באמצעות 1 H-MRS באזורים מוטוריים 34,46 ולא מנועי 47. Stagg ומשתפי פעולה 34 העריכו את ההשפעות של-tDCS, ג-tDCS, וגירוי מזויף על חילוף חומרים M1. הם מצאו ירידה משמעותית בריכוז GABA הבא-tDCS, והפחתה משמעותית של גלוטמט + גלוטמין (GLX) וGABA הבא c-tDCS. במחקר אחר, דווח כי הסכום של שינויים בריכוז GABA הנגרמים על ידי-tDCS מעל M1 היה קשור ללמידה מוטורית 46. מחקרים אלה מדגישים את הפוטנציאל של שילוב 1 H-MRS עם tDCS להגביר את ההבנה של המנגנון הפיזיולוגי העומד בבסיס השפעת tDCS על תפקוד מוטורי שלנו. בנוסף, השימוש בפרוטוקולים קליניים כגון-tDCS ו- c-tDCS מעל M1 הוא שימושי משום שההשפעות ההתנהגותיות שלהם הן גם למדו ויכולות להיות קשורות ישירות לתוצאות פיסיולוגיות. לכן, פרוטוקול סטנדרטי לשילוב TDC הדו-צדדיS ו 1 H-MRS בא לידי ביטוי במשתתפים בריאים באמצעות מערכת של 3 T MRI. Bihemispheric tDCS מוצג להשוות נתונים עם מחקר MRS קודם בי cathodal חד-צדדי או חד-צדדי tDCS anodal יושמו על הקורטקס מוטורי 34. הפרוטוקול מתואר במפורש לגירוי עם ממריץ NeuroConn בסורק T סימנס 3 ביצוע 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

גירוי Transcranial הישיר הנוכחי (tDCS) הוא טכניקת neuromodulation כי נעשתה שימוש יותר ויותר בעשור האחרון בטיפול בהפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות כגון שבץ ודיכאון. עם זאת, המנגנונים העומדים בבסיס יכולתה לווסת את רגישות מוח לשיפור תסמינים קליניים נשאר הבינו היטב 33. כדי לשפר את ההבנה זו, ספקטרוסקופיה פרוטון תהודה המגנטית (1 H-MRS) יכולה לשמש כפי שהוא מאפשר כימות vivo של מטבוליטים מוח כגון חומצת γ-aminobutyric (GABA) וגלוטמט באופן ספציפי לאזור 41. למעשה, מחקר שנערך לאחרונה הראה כי 1 H-MRS הוא אכן אמצעי רב עוצמה כדי להבין טוב יותר את ההשפעות של tDCS בריכוז מוליך עצבי 34. מטרת מאמר זה הוא לתאר את הפרוטוקול המלא לשילוב tDCS (ממריץ תואם NeuroConn MR) עם 1 H-MRS ב -3 T באמצעות seq MEGA-PRESSהשפעה. נתאר את ההשפעה של פרוטוקול שהראה הבטחה גדולה לטיפול בליקויים מוטוריים לאחר שבץ, אשר מורכב מגירוי דו-צדדי של קליפת מוח מוטורי הראשוני 27,30,31. גורמים מתודולוגיים לשקול ושינויים אפשריים לפרוטוקול הם דנו גם.

איור 6 מציג את העמדה של VOI ממוקמת על הייצוג של יד בM1 שבו כל אמצעי MRS נלקחו. באיור 6 ד, הדמיית 3D מציגה הצגה ברורה של אלקטרודות tDCS ממוקמות על הקרקפת מעל הקורטקס המוטורי הראשוני המשוערת. איור 7 נציג מופעים &quot;הערוך OFF&quot; והבדל ספקטרום (&quot;בדיקת הבד...

Watch this Scientific Journal Video about The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex M

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.

השימוש בספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית ככלי למדידה של השפעות דו חצי מוח Transcranial חשמלי גירוי על יסודי Motor Cortex מטבוליזם

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

גישה חדשנית עבור תיעוד Phosphenes מושרה על ידי גירוי מגנטי Transcranial

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

State-Dependency Effects on TMS:  A Look at Motive Phosphene Behavior

המדינה תלות השפעות על TMS: מבט על התנהגות Phosphene מניע

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

ההשפעות של גירוי זרם חילופין טראנס על קליפת המוח המוטורית הראשי על-ידי גישה משולבת מקוון עם גירוי מגנטי טראנס

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

גירוי מגנטי טראנס המשולבת ואת אלקטרואנצפלוגרם של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

השימוש המשולב של גירוי הנוכחי טראנס ישיר וטיפול רובוטית עבור הגפיים העליונות

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation

ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית תפקודית-7 T בקליפת חבית חולדה במהלך ההפעלה שפם

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

הערכה דו-צדדית של המסלולים Corticospinal של שרירי הקרסול באמצעות מנווט גירוי מגנטי טראנס

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

מדידת ושינוי פונקציונלית מסלולים עצביים ספציפיים במערכת המנוע האנושי עם גירוי מגנטי Transcranial

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...