Sondando Excitabilidade Cortical e Função Cognitiva com TMS

No total, 60 participantes serão recrutados para participar deste estudo. Os investigadores pretendem recrutar 30 pacientes com MCI e 30 adultos saudáveis ​​da mesma idade. A faixa etária para inclusão será de 18 a 80 anos, e a idade média da coorte saudável será comparada com a idade média da coorte MCI. Os seguintes critérios revisados ​​da Mayo Clinic para MCI serão usados: (1) preocupação cognitiva expressa por um médico, informante, participante ou enfermeiro; (2) prejuízo em 1 ou mais domínios cognitivos (memória, linguagem, habilidades visuoespaciais ou funções executivas); (3) atividades funcionais essencialmente normais; e (4) ausência de demência. Indivíduos com MCI terão pontuações no Mini-Exame do Estado Mental (MMSE, Apêndice 19) entre 18 e 23 (inclusive) e terão uma pontuação na Escala de Avaliação de Demência Clínica de 0,5.

Este protocolo de estudo compreende uma única visita de teste, composta por quatro componentes separados: a) fMRI em estado de repouso, b) paradigma TMS de pulso único, c) paradigma rTMS de explosão teta e d) uma breve tarefa motora realizada em um iPad.

Essas tarefas serão repetidas antes e depois do paradigma rTMS theta-burst (c). Portanto, a visita de teste é:

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

Este protocolo permitirá aos investigadores estudar o seguinte antes e depois do paradigma rTMS: 1) padrões de conectividade que compreendem as redes funcionais do cérebro, 2) medidas de excitabilidade cortical derivadas de TMS de pulso único e 3) velocidade do motor da extremidade superior e acuidade.

Estimulação magnética transcraniana:

A estimulação magnética será realizada com um MagPro X100 de alta potência (MagVenture Inc. Dinamarca)(Apêndice 11). Quando a máquina TMS fornece estímulos, os pacientes podem sentir e/ou uma sensação de clique/toque sob a bobina. Os participantes receberão fones de ouvido como uma precaução de segurança adicional para proteger a audição durante a sessão TMS. Antes de iniciar a sessão TMS, a equipe de pesquisa garantirá que o participante esteja o mais confortável possível na cadeira TMS.

Paradigma TMS de pulso único:

Primeiro, o aparelho precisará ser calibrado para cada indivíduo, pois cada um tem uma sensibilidade diferente aos campos magnéticos gerados pelo TMS. O dispositivo TMS será calibrado para garantir que o participante receba a "dose" mais baixa possível. Para isso, a bobina TMS será colocada no couro cabeludo diretamente acima da região do cérebro responsável pelos movimentos dos dedos, que é uma região específica do córtex motor localizada no giro pré-central. A bobina do TMS fornecerá pulsos que aumentam gradualmente até atingir um nível que faz com que a mão se contorça (especificamente, o polegar e o dedo indicador). Isso será observado visualmente e registrado quantitativamente com sensores de eletromiografia (EMG). A quantidade de energia necessária para fazer a mão contrair é chamada de "limiar motor" e varia para todos. Este "limiar do motor" será usado para calibrar a máquina para o protocolo TMS.

Uma bobina de TMS em forma de oito será mantida sobre o córtex motor na posição ideal do couro cabeludo para provocar potenciais evocados motores (MEPs) no músculo primeiro interósseo dorsal (FDI) contralateral. Além de observar o movimento do dedo visualmente, os investigadores também anexarão eletrodos de eletromiografia (EMG) de superfície à pele no FDI direito. Os eletrodos detectarão qualquer atividade nos músculos, o que produzirá uma medição mais precisa do "limiar motor" pessoal. A localização exata que provoca uma resposta motora no FDI contralateral é chamada de "ponto quente". Esta localização será registrada usando o Sistema de Neuronavegação TMS 3D em tempo real (Localite TMS Navigator, Alemanha, http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572) para garantir a consistência dos testes nas tentativas seguintes. Localite é um pacote de software usado em conjunto com equipamentos TMS. Ele incorpora uma câmera infravermelha para registrar a localização da bobina TMS em relação à cabeça do participante. Isso permite que os pesquisadores coloquem a bobina de forma confiável no mesmo local preciso durante toda a sessão.

O limiar motor de repouso (RMT) é definido como a intensidade mínima do estímulo que produz um MEP liminar (cerca de 50 μV em 50% de 10 tentativas) em repouso. O limiar motor ativo (AMT) é geralmente definido como a intensidade mínima do estímulo que produz um MEP liminar (cerca de 200 μV em 50% de 10 tentativas) durante a contração isométrica do músculo testado. Ambos RMT e AMT serão expressos como uma porcentagem da saída máxima do estimulador magnético. Os dados de RMT e AMT de participantes individuais servirão como uma medida de linha de base de excitabilidade para orientar a intensidade de nossos protocolos de pulsos únicos e TMS repetitivos, respectivamente. Isso será realizado para o hemisfério esquerdo. Os pesquisadores também usarão o algoritmo de teste sequencial de estimativa de parâmetro (PEST) para identificar com mais eficiência o RMT e o AMT.

Depois que o limiar motor e o "ponto quente" forem identificados para o participante, a bobina TMS será colocada sobre o "ponto quente" que foi previamente registrado pelo software Localite Navigator e definirá a intensidade do estímulo em 80% dos participantes identificados exclusivamente AMT . Por exemplo, se o limite do motor ativo de um indivíduo específico for determinado como 40% da saída máxima do MagPro, a intensidade do dispositivo será definida como 32% da saída máxima para o protocolo de pulso único (32 é igual a 80% de 40% , o AMT neste exemplo). Neste momento, 8 pulsos TMS são aplicados (separados por 6 segundos) enquanto a bobina TMS é fixada no "ponto quente". Esta etapa é repetida em incrementos crescentes (ou seja, 10% da AMT) até uma intensidade equivalente a 150% da AMT do participante. Este protocolo consiste em 64 estímulos de pulso único, que serão entregues repetidamente com 6 segundos de intervalo. Este procedimento é seguro e segue os protocolos TMS de pulso único padrão que foram publicados anteriormente.

Este protocolo TMS de pulso único será executado duas vezes, antes e depois do protocolo rTMS. Cada protocolo TMS de pulso único durará aproximadamente 30 minutos. Combinados, isso equivale a 128 estímulos durante os paradigmas "Single Pulses TMS". Ao longo do protocolo de pulso único, os participantes serão solicitados a tocar seus dedos mindinho e polegar para fornecer uma contração voluntária sutil de fundo. Isso "facilitará" a via motora e diminuirá o limiar de intensidade de estimulação ao longo do protocolo.

rTMS:

No protocolo TMS repetitivo (rTMS), será usado um paradigma padronizado de rTMS chamado estimulação intermitente theta burst (iTBS). O iTBS consiste em três estímulos TMS bifásicos apresentados a 50 Hz, repetidos a cada 200 ms por 2 segundos a uma intensidade de 80% do AMT (por exemplo, se o AMT for determinado como 40% da saída máxima, o TMS será fornecido a 32% para este protocolo). Portanto, cada trem de estimulação terá duração de dois segundos (30 estímulos por trem) com um intervalo entre os treinos de 8 s. Este protocolo rTMS é composto por 10 trens iTBS, totalizando 300 estímulos da bobina magnética.

Durante este protocolo rTMS, a bobina será colocada sobre o "hotspot" do hemisfério esquerdo. O protocolo rTMS será realizado apenas uma vez e terá duração aproximada de 10 minutos.

Protocolos de ressonância magnética:

Isso ocorrerá no mesmo prédio, em uma sala adjacente ao dispositivo TMS. Para sua segurança, os participantes serão solicitados a deixar todos os objetos de metal e itens pessoais (por exemplo, carteira, telefone, joias) na sala de espera do centro de ressonância magnética antes de entrar na sala do scanner. Os participantes serão solicitados a deitar de costas e permanecer imóveis durante a ressonância magnética. Eles receberão tampões de ouvido para amortecer o ruído e proteger a audição enquanto estiverem no scanner. Uma tira de velcro também pode ser colocada sobre a testa e almofadas de espuma serão fornecidas para minimizar o movimento da cabeça durante os exames. Todo esforço será feito para deixar os participantes o mais confortável possível durante o exame, incluindo cobertores para aquecer e almofadas para serem colocadas sob os joelhos/costas para reduzir o estresse de deitar de costas.

Os participantes serão lembrados antes da verificação de que sua participação é voluntária e podem sinalizar para interromper a verificação a qualquer momento. Existe um sistema de intercomunicação no scanner, que permitirá aos participantes se comunicarem com o técnico de ressonância magnética e membro(s) da equipe de pesquisa durante todo o tempo em que estiverem no scanner. Além disso, poderão interromper imediatamente o exame a qualquer momento, seja apertando uma bola sinalizadora colocada em sua mão, que alertará o técnico de ressonância magnética na sala de controle, seja levantando as pernas, o que será visto pelo experimentador na sala de controle.

É importante ressaltar que nenhum agente de contraste será usado em nossa coleta de dados de ressonância magnética. Além disso, todos os dados de ressonância magnética serão adquiridos em "estado de repouso", de modo que os participantes serão apenas solicitados a relaxar e permanecer imóveis durante o exame.

Mais especificamente, os dados de ressonância magnética serão coletados em um Siemens 3.0 Tesla Skyra Magnet equipado com uma bobina de cabeça de 32 canais. O tempo total de varredura será de 30 minutos. A ordem das sequências será a seguinte: varredura do localizador (62 segundos), uma MPRAGE estrutural (9 minutos), uma varredura de fMRI em estado de repouso (5 minutos) e uma varredura de imagem por tensor de difusão (DTI) (14 minutos). O localizador será coletado usando os seguintes parâmetros - direção: inferior para superior, TR= 8,6 ms, tempo de eco (TE)=4,0 ms, flip angle = 20, FOV=250 mm, 5 cortes, 7 mm de espessura do corte. Imagens estruturais de alta resolução serão adquiridas usando uma sequência recuperada de gradiente estragado ponderada em T1 (TR = 22 ms; TE = 5,4 ms; FOV = 25,6 cm; ângulo de inclinação = 20 °; tamanho da matriz no plano = 256 x 256 ; espessura do corte= 1mm; número de cortes= 172). Os dados de fMRI em estado de repouso do cérebro total serão coletados usando imagem ecoplanar (EPI) ponderada em T2* (TR = 1,5 s; TE = 30 ms; FOV = 25,6 cm; ângulo de rotação = 90 °; tamanho da matriz no plano = 64 x 64; espessura do corte= 4mm), resultando em dados funcionais de 39 cortes axiais com voxels isotrópicos de 4mm3. Durante a varredura fMRI em estado de repouso, os participantes irão se fixar em uma cruz com os olhos abertos. As imagens DTI serão adquiridas no plano axial usando uma sequência EPI paralela sensibilizada por difusão que mede a difusão em 86 direções (fator b= 1000 s/mm2; TR= 7s; TE= 82,5ms; campo de visão (FOV)= 25,6cm , matriz= 128 x 128, fatias intercaladas de 2mm; fator de aceleração paralela= 2).

Os dados de fMRI em estado de repouso serão pré-processados ​​usando um pipeline (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) e ferramentas no Oxford Centre for Functional MRI da Brain Software Library (FSL versão 5.0.5, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). As etapas de pré-processamento incluem correção do tempo de corte, MCFLIRT para correção de movimento, Brain Extraction Tool (BET) para extração cerebral e FLIRT para normalização para o modelo MNI 152 T1 (Montreal Neurological Institute, Montreal, Canadá). Os investigadores regredirão o sinal da substância branca e do líquido cefalorraquidiano com base em máscaras criadas no FSL FAST e suavizarão os dados com um kernel de 5 mm usando o FSL SUSAN. A filtragem passa-faixa temporal limitará os dados a frequências na banda de 0,001 a 0,08 Hz. Seguindo a recomendação de Power et al., os investigadores realizarão a depuração de movimento usando um limite de deslocamento frame-wise de 0,5 e um limite de variação de curso de tempo (DVARS) de 0,5%.

Medida Comportamental: Tarefa Motora

Os pesquisadores usarão iPads equipados com o software de computador digital Cantab (Cambridge Cognition Ltd., Inglaterra) para nossas medidas comportamentais. Cantab é um software de avaliação cognitiva computadorizada baseado em nuvem que é uma ferramenta bem validada para pesquisa acadêmica. Os investigadores pretendem usar 1) Tarefa de Triagem Motora, 2) Teste de Aprendizagem de Associados Pareados (em um tablet) para medir as funções do motor e da memória, respectivamente.

A Tarefa de Triagem Motora requer que os participantes toquem na cruz piscante, que é mostrada em diferentes locais na tela. As medidas de resultado incluem a precisão de apontar e o tempo de reação.