用于语音皮质映射的导航重复经颅磁刺激的研究设计

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09:16 min

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March 24th, 2023

DOI :

10.3791/64492-v

March 24th, 2023

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Pantelis Lioumis¹^,², Salla Autti¹^,², Juha Wilenius²^,³, Selja Vaalto¹^,²^,³, Henri Lehtinen³^,⁵, Aki Laakso⁴, Erika Kirveskari³, Jyrki P. Mäkelä², Mia Liljeström¹^,², Hanna Renvall¹^,²

¹Department of Neuroscience and Biomedical Engineering, Aalto University School of Science, ²BioMag Laboratory, HUS Diagnostic Center, University of Helsinki, Aalto University, and Helsinki University Hospital, ³Department of Clinical Neurophysiology, HUS Diagnostic Center, University of Helsinki and Helsinki University Hospital, ⁴Department of Neurosurgery, University of Helsinki and Helsinki University Hospital, ⁵Department of Child Neurology, University of Helsinki and Helsinki University Hospital

副本

我们的协议是无创的，可与侵入性黄金标准相媲美。因此，它可以帮助选择患者设计手术，并加快手术过程中进行的直接皮质刺激。该技术允许详细的语音皮层映射以及任务和刺激参数的灵活更改。

它也可以应用于健康的人群，并针对任何类型的语言任务进行调整。我们的方案可以在无法执行的情况下代替直接皮质刺激，也可以在识别中风患者要刺激的语言网络节点时应用。决定首先更改哪些参数以引起更多命名错误具有挑战性。

建议一次更改一个参数，并从不同的成像模式（如 MEG、EEG 或 FMRI）获取先前的空间和时间信息。首先，在基线对象命名任务之前，让受试者熟悉印刷或数字格式的图像。使用日常环境中常见的标准化和标准化颜色的图像，具有最少的同义词和高名称一致性。

在课程开始之前，让受试者练习图像。受试者也可以在家里练习。接下来，在喉部和声带上方的皮肤上安装加速度计以记录言语开始。

在放置在0.5至1米距离的屏幕上将图像一一呈现给受试者，并要求他们命名允许的无刺激图像。铁钳。一个蛋糕。调整图像间隔 IPI，使每个主题的任务略有挑战性，从 2， 500 毫秒开始，在 1， 500 到 4， 000 毫秒之间变化。

如果在基线命名任务期间出现更多错误，请按 200 到 300 毫秒的步长增加 IPI。如果任务太简单，请以 200 到 300 毫秒的步长降低 IPI。对于使用导航重复TMS进行的实际语音映射会话，请省略在基线测试期间未充分训练，未正确命名，未清晰命名，未正确表达，延迟命名或犹豫不决或对受试者似乎难以命名的图像。

运行基线命名任务三次，如果性能不理想，请调整 IPI。在开始刺激之前，检查两个半球不同语音相关区域的感应电场值是否大致相似。如果需要，调整皮质深度，并确保线圈中心不在空气中。

从默认图片到 TMS 间隔 PTI 开始，即 300 毫秒，或使用 0 到 400 毫秒的 PTI。首选大于 150 毫秒的 PTI 以优化刺激与语言处理的重叠。从与语音处理无关的皮质区域的五赫兹速率开始五个脉冲，以便受试者习惯刺激引起的感觉。

然后将线圈移动到预期的语音相关区域。将线圈保持在相同位置，直到脉冲序列结束并且受试者的命名完成。专注于受试者的表现。

如果没有错误，请转到下一个轨迹。如果观察到错误甚至犹豫，请继续刺激该站点，再增加两到三列导航重复TMS列车，然后继续前进。但请记住该部位，以便以后可能再次刺激。

当检测到轻微错误时，即使出现轻微错误，也要进行小的线圈调整，例如在命名过程中由于增加努力以引发更清晰的错误而导致声音更大。避免在同一部位重复刺激超过连续五列。继续其他皮质部位，稍后再访问该部位。

如果在几个刺激位置出现重复错误，请将线圈抬起头皮上方的空气并检查是否仍然发生错误。如果仍然出现错误，请休息一下，等待命名恢复正常。然后连续刺激 7 到 10 分钟，中间休息 2 到 5 分钟。

刺激所有可能相关的解剖区域，以获得尽可能多的受控反应。如果映射引起疼痛或不适，则以最大刺激器输出的 2% 至 5% 为步长降低 TMS 强度。如果受试者不能忍受引起的疼痛或不适，请停止测量。

当没有发生命名错误时，如图所示终止刺激并更改刺激参数。将 IPI 从默认值降低 200 毫秒。与专家合作，专家应以最佳方式出现在手术室中，并通过观察线圈位置和视频记录中可能的疼痛干扰来仔细检查诱发的命名错误。

将错误分类为异常、语义和语音副读以及性能错误。如果特定类型的错误在基线视频中重复出现，请不要将其视为错误。如果对象以重复模式 TMS 列车命名，则将其视为延迟或无错误。

另外，检查受试者在脉冲输送过程中是否可能感到不适。如果受试者无法命名给定的物体，尽管舌头、嘴唇和下颌在移动，请记录无响应错误。如果不确定，请用相同的图像控制相邻刺激部位的性能或另一个半球的刺激效果。

此处显示了在 180、200 和 215 毫秒的不同 PTI 下，健康受试者在任务期间的不同 TMS 诱发命名错误。大多数错误是在经典语音区域以及连接预补充运动区域和布罗卡区域的路径上引起的。本文将比较难治性癫痫患者术外直接皮质刺激映射与固定PTI为300毫秒的导航重复性TMS的结果。

在直接皮质刺激映射中，黄色球体代表皮层上的所有电极。用两到五毫安的刺激部位诱导手和嘴的运动反应，命名停止，并中断句子重复。语音皮层映射的导航重复TMS诱导异常，语义和语音副读以及犹豫。

具有高度可重现性和可靠误差感应的区域被圈出。相关和标准化的图像、足够的基线、更改参数的灵活性（如果不是错误）以及仔细的视频分析在此过程中至关重要。MEG、FMRI 和基于弥散的 MRI 可以个性化程序并提高该协议的敏感性和特异性。

脑电图将来将有助于实时定位功能相关区域。这项技术改变了术前评估标准，使皮质映射领域的科学家能够研究皮质结构和功能连接与认知任务期间行为之间的联系。

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