Sondaggio dell'eccitabilità corticale e della funzione cognitiva con TMS

In totale, 60 partecipanti saranno reclutati per partecipare a questo studio. Gli investigatori mirano a reclutare 30 pazienti con MCI e 30 adulti sani di pari età. L'intervallo di età per l'inclusione sarà 18-80 anni e l'età media della coorte sana sarà abbinata all'età media della coorte MCI. Verranno utilizzati i seguenti criteri rivisti della Mayo Clinic per MCI: (1) preoccupazione cognitiva espressa da un medico, informatore, partecipante o infermiere; (2) compromissione in uno o più domini cognitivi (memoria, linguaggio, abilità visuospaziali o funzioni esecutive); (3) attività funzionali essenzialmente normali; e (4) assenza di demenza. Gli individui con MCI avranno punteggi del Mini-Mental State Exam (MMSE, Appendice 19) compresi tra 18 e 23 (inclusi) e avranno un punteggio della Clinical Dementia Rating Scale di 0,5.

Questo protocollo di studio comprende una singola visita di test, composta da quattro componenti separati: a) fMRI a stato di riposo, b) paradigma TMS a impulso singolo, c) paradigma rTMS theta-burst e d) un breve compito motorio eseguito su un iPad.

Questi compiti saranno ripetuti prima e dopo il paradigma theta-burst rTMS (c). Pertanto, la visita di prova è:

(a) --> (d) --> (b) --> (c) --> (b) --> (a) --> (d)

Questo protocollo consentirà agli investigatori di studiare quanto segue sia prima che dopo il paradigma rTMS: 1) modelli di connettività che comprendono le reti funzionali del cervello, 2) misure di eccitabilità corticale derivate da TMS a impulso singolo e 3) velocità motoria dell'estremità superiore e acutezza.

Stimolazione magnetica transcranica:

La stimolazione magnetica verrà eseguita con un MagPro X100 ad alta potenza (MagVenture Inc. Danimarca)(Appendice 11). Quando la macchina TMS eroga stimoli, i pazienti possono avvertire e/o una sensazione di clic/tocco sotto la bobina. Ai partecipanti verranno forniti auricolari come ulteriore precauzione di sicurezza per proteggere l'udito durante la sessione TMS. Prima di iniziare la sessione TMS, il team di ricerca si assicurerà che il partecipante sia il più a suo agio possibile sulla sedia TMS.

Paradigma TMS a impulso singolo:

Innanzitutto, il dispositivo dovrà essere calibrato per ogni individuo perché ognuno ha una diversa sensibilità ai campi magnetici generati da TMS. Il dispositivo TMS sarà calibrato per garantire che il partecipante riceva la "dose" più bassa possibile. Per fare ciò, la bobina TMS verrà posizionata sul cuoio capelluto direttamente sopra la regione del cervello responsabile dei movimenti delle dita, che è una regione specifica della corteccia motoria situata nel giro precentrale. La bobina TMS emetterà quindi impulsi che aumentano in modo incrementale fino a raggiungere un livello che fa contrarre la mano (in particolare, pollice e indice). Questo sarà osservato visivamente e registrato quantitativamente con sensori elettromiografici (EMG). La quantità di energia necessaria per far contrarre la mano è chiamata "soglia motoria" e varia per tutti. Questa "soglia motore" verrà poi utilizzata per calibrare la macchina per il protocollo TMS.

Una bobina TMS a forma di otto verrà tenuta sopra la corteccia motoria nella posizione ottimale del cuoio capelluto per suscitare potenziali evocati motori (MEP) nel primo muscolo interosseo dorsale (FDI) controlaterale. Oltre a osservare visivamente il movimento del dito, gli investigatori attaccheranno anche gli elettrodi per l'elettromiografia di superficie (EMG) alla pelle sull'FDI destro. Gli elettrodi rileveranno qualsiasi attività nei muscoli, il che produrrà una misurazione più accurata della "soglia motoria" personale. La posizione esatta che suscita una risposta motoria nell'IDE controlaterale viene definita "punto caldo". Questa posizione verrà registrata utilizzando il sistema di neuronavigazione 3D TMS in tempo reale (Localite TMS Navigator, Germania, http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572) per garantire la coerenza dei test nelle prove successive. Localite è un pacchetto software utilizzato insieme alle apparecchiature TMS. Incorpora una telecamera a infrarossi per registrare la posizione della bobina TMS rispetto alla testa dei partecipanti. Ciò consente ai ricercatori di posizionare in modo affidabile la bobina nella stessa posizione precisa per tutta la sessione.

La soglia motoria a riposo (RMT) è definita come l'intensità minima dello stimolo che produce un MEP liminale (circa 50 μV nel 50% di 10 prove) a riposo. La soglia motoria attiva (AMT) è generalmente definita come l'intensità minima dello stimolo che produce un MEP liminale (circa 200 μV nel 50% di 10 prove) durante la contrazione isometrica del muscolo testato. Sia RMT che AMT saranno espressi come percentuale dell'output massimo dello stimolatore magnetico. I dati RMT e AMT dei singoli partecipanti serviranno come misura di base dell'eccitabilità per guidare l'intensità dei nostri successivi protocolli TMS a singolo impulso e ripetitivi, rispettivamente. Questo verrà eseguito per l'emisfero sinistro. I ricercatori utilizzeranno anche l'algoritmo Parameter Estimation Sequential Testing (PEST) per identificare in modo più efficiente RMT e AMT.

Dopo che la soglia motoria e il "punto caldo" sono stati identificati per il partecipante, la bobina TMS verrà posizionata sopra il "punto caldo" precedentemente registrato dal software Localite Navigator e imposterà l'intensità dello stimolo all'80% dei partecipanti identificati in modo univoco AMT . Ad esempio, se si determina che la soglia motoria attiva di un individuo specifico è il 40% dell'uscita massima del MagPro, l'intensità del dispositivo sarà impostata al 32% dell'uscita massima per il protocollo a impulso singolo (32 equivale all'80% del 40% , l'AMT in questo esempio). A questo punto, vengono applicati 8 impulsi TMS (separati da 6 secondi) poiché la bobina TMS è fissata sul "punto caldo". Questo passaggio viene ripetuto con incrementi crescenti (ad esempio, 10% di AMT) fino a un'intensità equivalente al 150% dell'AMT del partecipante. Questo protocollo è costituito da 64 stimoli a impulso singolo, che verranno erogati ripetutamente a distanza di 6 secondi. Questa procedura è sicura e segue i protocolli TMS a impulso singolo standard che sono stati pubblicati in precedenza.

Questo protocollo TMS a singolo impulso verrà eseguito due volte, sia prima che dopo il protocollo rTMS. Ogni protocollo TMS a singolo impulso durerà circa 30 minuti. Combinato, ciò equivale a 128 stimoli durante i paradigmi "Single Pulses TMS". Durante il protocollo a impulso singolo, ai partecipanti verrà chiesto di toccare il mignolo e il pollice per fornire una sottile contrazione volontaria di fondo. Ciò "faciliterà" il percorso motorio e abbasserà la soglia per l'intensità della stimolazione durante tutto il protocollo.

RTMS:

Nel protocollo TMS ripetitivo (rTMS), verrà utilizzato un paradigma rTMS modellato chiamato stimolazione theta burst intermittente (iTBS). L'iTBS è costituito da tre stimoli TMS bifasici presentati a 50 Hz, ripetuti ogni 200 ms per 2 secondi a un'intensità dell'80% dell'AMT (ad esempio, se l'AMT è determinato per essere il 40% dell'uscita massima, il TMS verrà erogato al 32% per questo protocollo). Pertanto, ogni treno di stimolazione durerà due secondi (30 stimoli per treno) con un intervallo inter-treno di 8 s. Questo protocollo rTMS è composto da 10 treni iTBS, per un totale di 300 stimoli dalla bobina magnetica.

Durante questo protocollo rTMS, la bobina verrà posizionata sopra il "punto caldo" dell'emisfero sinistro. Il protocollo rTMS verrà eseguito solo una volta e durerà circa 10 minuti.

Protocolli MRI:

Ciò avverrà nello stesso edificio, in una stanza adiacente al dispositivo TMS. Per la loro sicurezza, ai partecipanti verrà chiesto di lasciare tutti gli oggetti metallici e gli oggetti personali (ad es. Portafoglio, telefono, gioielli) nella sala d'attesa del centro di risonanza magnetica prima di entrare nella sala scanner. Ai partecipanti verrà chiesto di sdraiarsi sulla schiena e rimanere fermi per tutta la durata della scansione MRI. Riceveranno tappi per le orecchie per attutire il rumore e per proteggere l'udito mentre si trovano nello scanner. Un cinturino in velcro può anche essere posizionato sulla fronte e verranno forniti cuscini di schiuma per ridurre al minimo il movimento della testa durante le scansioni. Verrà fatto ogni sforzo per rendere i partecipanti il ​​più comodi possibile durante la scansione, comprese coperte per il calore e cuscini da posizionare sotto le ginocchia/schiena per ridurre lo stress da sdraiarsi sulla schiena.

Ai partecipanti verrà ricordato prima della scansione che la loro partecipazione è volontaria e possono segnalare di interrompere la scansione in qualsiasi momento. C'è un sistema di interfono nello scanner, che consentirà ai partecipanti di comunicare con il tecnico MRI e i membri del gruppo di ricerca per l'intera durata della permanenza nello scanner. Inoltre, potranno interrompere immediatamente l'esame in qualsiasi momento, stringendo una sfera di segnalazione posta nella loro mano, che avviserà il tecnico della risonanza magnetica nella sala di controllo, o alzando le gambe, che saranno viste dallo sperimentatore nella sala di controllo.

È importante sottolineare che nessun agente di contrasto verrà utilizzato nella nostra raccolta di dati MRI. Inoltre, tutti i dati della risonanza magnetica verranno acquisiti in "stato di riposo", quindi ai partecipanti verrà chiesto solo di rilassarsi e rimanere fermi per tutta la durata della scansione.

Più specificamente, i dati MRI saranno raccolti su un magnete Siemens 3.0 Tesla Skyra dotato di una bobina per la testa a 32 canali. Il tempo totale di scansione sarà di 30 minuti. L'ordine delle sequenze sarà il seguente: scansione del localizzatore (62 secondi), un MPRAGE strutturale (9 minuti), una scansione fMRI a riposo (5 minuti) e una scansione del tensore di diffusione (DTI) (14 minuti). Il localizzatore sarà raccolto utilizzando i seguenti parametri - direzione: da inferiore a superiore, TR= 8.6 ms, tempo di eco (TE)=4.0 ms, flip angle = 20, FOV=250 mm, 5 fette, spessore fette 7 mm. Le immagini strutturali ad alta risoluzione saranno acquisite utilizzando una sequenza SPGR (spoiled gradient recall) pesata in T1 (TR= 22ms; TE= 5.4ms; FOV= 25.6cm; flip angle= 20°; dimensione della matrice nel piano= 256 x 256 ; spessore fetta= 1mm; numero di fette= 172). I dati fMRI dello stato di riposo dell'intero cervello saranno raccolti utilizzando l'imaging ecoplanare (EPI) pesato in T2 * (TR = 1,5 s; TE = 30 ms; FOV = 25,6 cm; angolo di rotazione = 90 °; dimensione della matrice nel piano = 64 x 64; spessore della fetta = 4 mm), risultanti in dati funzionali da 39 fette assiali con voxel isotropici di 4 mm3. Durante la scansione fMRI a riposo, i partecipanti si fisseranno su un mirino con gli occhi aperti. Le immagini DTI saranno acquisite nel piano assiale utilizzando una sequenza EPI parallela sensibilizzata alla diffusione che misura la diffusione in 86 direzioni (b-factor= 1000 s/mm2; TR= 7s; TE= 82.5ms; campo visivo (FOV)= 25.6cm , matrice= 128 x 128, fette interfogliate da 2 mm; fattore di accelerazione parallela= 2).

I dati fMRI in stato di riposo saranno preelaborati utilizzando una pipeline (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) e strumenti nell'Oxford Center for Functional MRI della Brain Software Library (FSL versione 5.0.5, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Le fasi di pre-elaborazione includono la correzione dello slice-time, MCFLIRT per la correzione del movimento, Brain Extraction Tool (BET) per l'estrazione del cervello e FLIRT per la normalizzazione al modello MNI 152 T1 (Montreal Neurological Institute, Montreal, Canada). Gli investigatori faranno regredire il segnale dalla materia bianca e dal liquido cerebrospinale sulla base di maschere create in FSL FAST e appianeranno i dati con un kernel di 5 mm usando FSL SUSAN. Il filtraggio passa-banda temporale limiterà i dati alle frequenze nella banda da 0,001 a 0,08 Hz. Seguendo la raccomandazione di Power et al., i ricercatori eseguiranno il lavaggio del movimento utilizzando una soglia di spostamento frame-wise di 0,5 e una soglia di varianza nel corso del tempo (DVARS) dello 0,5%

Misura comportamentale: attività motoria

I ricercatori utilizzeranno iPad dotati del software per computer digitale Cantab (Cambridge Cognition Ltd., Inghilterra) per le nostre misure comportamentali. Cantab è un software di valutazione cognitiva computerizzato basato su cloud che è uno strumento ben convalidato per la ricerca accademica. Gli investigatori intendono utilizzare 1) Motor Screening Task, 2) Paired Associates Learning Test (su un tablet) per misurare rispettivamente le funzioni del motore e della memoria.

Il compito di screening motorio richiede ai partecipanti di toccare la croce lampeggiante, che viene mostrata in diverse posizioni sullo schermo. Le misure dei risultati includono l'accuratezza del puntamento e il tempo di reazione.