Transcraniana direto Estimulação atual e simultânea Ressonância Magnética Funcional

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 ("sham") 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 "Os resultados representativos" 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.