Transcraneal directa Estimulación actual y Resonancia Magnética Funcional simultánea

Estimulación transcraneal de corriente directa (tDCS) es un método no invasivo de la estimulación cerebral cortical en el que el funcionamiento es modulada por medio de una corriente eléctrica débil (típicamente 1-2 mA) proyectada entre dos electrodos del cuero cabelludo-fijada. Fisiológicamente, TDCS induce un cambio de polaridad dependiente en neuronal potencial de membrana en reposo (RMP) dentro de la región cortical objetivo a través de la manipulación de los canales de sodio y de calcio, promoviendo de este modo cambios en la excitabilidad cortical ^1. Específicamente, la estimulación anódica (atDCS) se ha demostrado que aumenta la actividad cortical a través de la despolarización neuronal de RMP, mientras que la estimulación catódica (ctDCS) reduce la excitabilidad cortical ^2. En comparación con otros tipos de estimulación cerebral (por ejemplo, la estimulación magnética transcraneal) de seguridad ha sido bien establecido y hasta el momento no tiene efectos secundarios graves se han reportado incluso en poblaciones vulnerables ^{3, 4.} Además, al menos por lower intensidades de estimulación (hasta 1 mA), un placebo eficaz ("sham") la condición de estimulación existe ^5, permitiendo cegamiento eficaz de los participantes y los investigadores a las condiciones de estimulación, lo que hace tDCS una herramienta atractiva en entornos clínicos y experimentales de investigación.

Numerosos estudios hasta la fecha han demostrado que estos cambios en la excitabilidad cortical puede dar lugar a modulaciones de comportamiento. En el sistema de motor, los efectos dependientes de polaridad consistentes se han reportado ^{1, 6} para ambos atDCS y ctDCS. En los estudios cognitivos, la mayoría de los estudios que emplearon atDCS para mejorar las funciones cognitivas informó de efectos beneficiosos sobre el rendimiento ^7, mientras que ctDCS con frecuencia no dieron como resultado el procesamiento cognitivo deterioro. El último puede ser explicado por la mayor redundancia de recursos de procesamiento neurales que subyacen la cognición ^6. La mayoría de los estudios han empleado tDCS diseños cross-over para estudiarlos efectos inmediatos de la estimulación, que duran más que la terminación de la corriente sólo por períodos cortos de tiempo ^1. Sin embargo, se ha sugerido que repite impactos de estimulación sobre la síntesis de proteínas, es decir, el mecanismo de adquisición de la habilidad subyacente neuronal ^8. De hecho, el motor o el éxito entrenamiento cognitivo pueden aumentar cuando se combinan con las repetidas sesiones tDCS y estabilidad a largo plazo de estas mejoras se han notificado a durar hasta varios meses en adultos sanos ^{de 8-10.} Tales resultados también han despertado un interés en el uso de TDCS en contextos clínicos y los datos preliminares sugieren que también puede ser útil como un enfoque de tratamiento primario o adyuvante en diversas poblaciones clínicas ^3. Sin embargo, mientras que un número relativamente grande de estudios aborda los efectos neurofisiológicos de tDCS en el sistema motor, se sabe poco sobre los mecanismos neurales subyacentes de efectos tDCS sobre las funciones cerebrales cognitivas en la salud y la enfermedad.Una mejor comprensión del modo de acción de tDCS es un requisito previo necesario para aplicaciones más específicas de tDCS en la investigación y el ámbito clínico.

Este problema puede abordarse mediante la combinación de tDCS con técnicas de imágenes cerebrales funcionales como la electroencefalografía (EEG) o la resonancia magnética funcional (fMRI). La mayoría de los estudios que investigan los mecanismos neurales que subyacen a las funciones cognitivas y motoras han optado por emplear fMRI ^11. En particular, la fMRI es la técnica de imagen cerebral más ampliamente utilizado para investigar los mecanismos neurales que subyacen a las funciones cognitivas y motoras ^11. Por otra parte, cuando se combina con aplicación simultánea de TDCS, fMRI permite el examen de los mecanismos neurales que subyacen a los efectos de comportamiento tDCS con mayor resolución espacial a través de todo el cerebro en comparación con EEG (para las descripciones recientes de combinado TDCS-EEG ver Schestatsky et al. ^12). El presente manuscrito describe ªuso e combinada de tDCS en simultáneo fMRI. Esta nueva técnica se ha utilizado con éxito para estudiar los mecanismos neurales que subyacen tDCS inducida por modulaciones de las funciones motoras y cognitivas ^13-19. En el futuro, este protocolo combinado producirá nuevos conocimientos sobre los mecanismos de acción tDCS en salud y enfermedad. Comprender el impacto de tDCS en redes neuronales a gran escala según la evaluación de esta técnica puede sentar las bases para una aplicación más específica de tDCS en la investigación y el ámbito clínico.

El manuscrito se centrará en las diferencias entre tDCS experimentos de comportamiento y el uso combinado de tDCS en simultáneo fMRI, con un especial énfasis en los requisitos de hardware, implementación de la técnica y las consideraciones de seguridad. A modo de ejemplo, una sola sesión de tDCS administrados a la circunvolución frontal inferior izquierda (IFG) durante la tarea ausente en reposo por el estado (RS) y de resonancia magnética funcional durante una tarea de lenguaje ^{14, 15} wenfermo puede describir, aunque muchas otras aplicaciones son posibles ^{16, 19.} Los detalles del diseño experimental, características de los participantes y los procedimientos de análisis de datos de resonancia magnética funcional han sido descritos en detalle en las publicaciones originales ^14,15 y están más allá del alcance de la presente manuscrito. Por otra parte, en estos estudios, una resonancia magnética funcional adicional scan que involucren farsa tDCS se adquirió y se compara con los resultados de la sesión atDCS (ver "Los resultados representativos" para más detalles). Esta sesión fue idéntica a la descrita en el presente manuscrito, excepto que la estimulación se interrumpió antes del inicio de la sesión de exploración (véase la Figura 1 para más detalles). El presente procedimiento se ha aplicado con éxito en un escáner 3-Tesla MRI Siemens Trio en el Centro de Berlín para Advanced Imaging (Charité de la Universidad de Medicina de Berlín, Alemania), y debe ser aplicable a otros escáneres, así ¹³ en principio.