A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
עיבוד שמיעתי הוא בסיס לדיבור ועיבוד הקשורים למוסיקה. גרייה מגנטית (TMS) שמשה בהצלחה ללמוד מערכות קוגניטיביים, חושיות ומוטוריות, אך רק לעתים נדירות יושמה לאודישן. כאן אנו חקרנו TMS בשילוב עם סורק תהודה מגנטי תפקודי כדי להבין את הארגון התפקודי של קליפת המוח השמיעתי.
Auditory cortex pertains to the processing of sound, which is at the basis of speech or music-related processing1. However, despite considerable recent progress, the functional properties and lateralization of the human auditory cortex are far from being fully understood. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a non-invasive technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses, and represents a unique method of exploring plasticity and connectivity. It has only recently begun to be applied to understand auditory cortical function 2.
An important issue in using TMS is that the physiological consequences of the stimulation are difficult to establish. Although many TMS studies make the implicit assumption that the area targeted by the coil is the area affected, this need not be the case, particularly for complex cognitive functions which depend on interactions across many brain regions 3. One solution to this problem is to combine TMS with functional Magnetic resonance imaging (fMRI). The idea here is that fMRI will provide an index of changes in brain activity associated with TMS. Thus, fMRI would give an independent means of assessing which areas are affected by TMS and how they are modulated 4. In addition, fMRI allows the assessment of functional connectivity, which represents a measure of the temporal coupling between distant regions. It can thus be useful not only to measure the net activity modulation induced by TMS in given locations, but also the degree to which the network properties are affected by TMS, via any observed changes in functional connectivity.
Different approaches exist to combine TMS and functional imaging according to the temporal order of the methods. Functional MRI can be applied before, during, after, or both before and after TMS. Recently, some studies interleaved TMS and fMRI in order to provide online mapping of the functional changes induced by TMS 5-7. However, this online combination has many technical problems, including the static artifacts resulting from the presence of the TMS coil in the scanner room, or the effects of TMS pulses on the process of MR image formation. But more importantly, the loud acoustic noise induced by TMS (increased compared with standard use because of the resonance of the scanner bore) and the increased TMS coil vibrations (caused by the strong mechanical forces due to the static magnetic field of the MR scanner) constitute a crucial problem when studying auditory processing.
This is one reason why fMRI was carried out before and after TMS in the present study. Similar approaches have been used to target the motor cortex 8,9, premotor cortex 10, primary somatosensory cortex 11,12 and language-related areas 13, but so far no combined TMS-fMRI study has investigated the auditory cortex. The purpose of this article is to provide details concerning the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools to investigate auditory processing.
Previously we showed that repetitive TMS (rTMS) at high and low frequencies (resp. 10 Hz and 1 Hz) applied over the auditory cortex modulated response time (RT) in a melody discrimination task 2. We also showed that RT modulation was correlated with functional connectivity in the auditory network assessed using fMRI: the higher the functional connectivity between left and right auditory cortices during task performance, the higher the facilitatory effect (i.e. decreased RT) observed with rTMS. However those findings were mainly correlational, as fMRI was performed before rTMS. Here, fMRI was carried out before and immediately after TMS to provide direct measures of the functional organization of the auditory cortex, and more specifically of the plastic reorganization of the auditory neural network occurring after the neural intervention provided by TMS.
Combined fMRI and TMS applied over the auditory cortex should enable a better understanding of brain mechanisms of auditory processing, providing physiological information about functional effects of TMS. This knowledge could be useful for many cognitive neuroscience applications, as well as for optimizing therapeutic applications of TMS, particularly in auditory-related disorders.
הפרוטוקול מחולק בפגישה בת ימים (לא בהכרח ברציפות). היום הראשון מורכב מאתר fMRI המורכב עם אנטומי ותפקודיות בסריקות MR להגדיר לכל משתתף את האזורים כדי להיות ממוקדים עם TMS. היום השני מורכב בישיבות fMRI מראש ופוסט TMS בי TMS מוחל בתוך הסורק באמצעות MR סליל מיוחד תואם TMS (Magstim בע"מ, ווילס, אנגליה) ומערכת stereotactic frameless (Brainsight). האחרונים משמשים לעמדה בסליל TMS בזמן אמת על אזורים יחסית לנתונים אנטומיים ותפקודיים של כל משתתף בקליפת מוח.
1. מושב Localizer
2. ניסוי fMRI טרום ופוסט TMS
מפגש fMRI טרום TMS
stereotaxy וTMS ללא מסגרת בסביבת ה-MRI
מערכת stereotaxy frameless מורכבת ממצלמת אינפרא אדום (פולאריס ספקטרה), כמה כלים וגששים (Brainsight) המשמשים להליך הרישום ומחשב. המחשב נמצא מחוץ לחדר הסורק, אבל הוא מוצב בכניסה לחדר הסורק ודלת הסורק נשמרה נפתחה במהלך יישום TMS. הכלים והגששים הם MR תואמים, כמו גם חצובה (תוצרת בית-) תמיכה במצלמת אינפרא האדום והם הerefore משמש בתוך החדר של הסורק. מצלמת אינפרא האדום היא לא MR-תואמת, ולכן ממוקמת בתוך חדר הסורק, ליד דלת הסורק בכשני מטרים ממשטח הסורק (ראה דיון על נהלי בטיחות). מערכת ממריץ TMS נמצאת בחדר סמוך לחדר הסורק MRI. אנו משתמשים בסליל TMS תואם MRI נמצא בתוך החדר והסורק מחובר למערכת TMS באמצעות כבל 7-מ 'דרך צינור מסנן RF.
מפגש fMRI לאחר TMS
3. נציג תוצאות
ניתוח של נתוני ה-fMRI שנערך בנפרד לשניהם פגישת fMRI לפני ואחרי-TMS. לכל מפגש fMRI (כלומר, לפניו ולאחריו TMS), את הניגוד בין המלודיות ומשימת השליטה השמיעתית מראה פעילות משימה הקשורה בשמאל וימין gyri של Heschl, gyri הזמני מעולה, חזיתית הנח gyri וprecentral gyri (איור 1 א, ב). כדי להעריך את ההבדלים בין הפעלות fMRI לפני ואחרי-TMS, אנו מבצעים ניתוח אפקט אקראי באמצעות סטודנטי מבחן t של זיווג. משמעות נקבעת באמצעות אשכולות שזוהו על ידי az> 2 סף וסף אשכול תקן של p = 0.05. איור 1 C מייצג את-cTBS טרום הניגוד לאחר הניכוי למשתתף יחיד. הנתונים מראים כי cTBS המיקוד הנכון של Heschl gyrus (העיגול שחור) גורם לעלייה בתגובה בfMRI (משמאל) קליפת המוח השמיעתי הנגדית, כולל gyrus של שמאל Heschl. שינויים בתגובת fMRI נמצאים גם ברכס postcentral השמאל, השאירה אינסולה, ובקליפת המוח העורפית לרוחב בילטרלי. עם זאת, לא חל שינוי משמעותי בתגובת fMRI נתפס תחת הסליל. בנוסף, פרוטוקול משולב דומה TMS-fMRI חוזר על עצמו כדי לעורר (אתר שליטה) קודקוד. ההשוואה של פגישות לפני ואחרי-fMRI עם cTBS מיושם על הקודקוד לא הראתה שום significaהשפעת NT (מידע לא מוצג).
איור 1. ניתוח של נתוני פרט מראש TMS fMRI (A), שלאחר TMS fMRI נתונים (B) ונתוני ה-fMRI מראש TMS לאחר הניכוי (C). תוצאות של א אפלית ניגוד מנגינת מינוס ניסויי בקרה שמיעתית למשתתף יחיד בפגישת fMRI מראש TMS () ובמושב fMRI לאחר TMS (B). משמאל לימין: ציריות, עטרה וsagittal תצוגות. בשניהם () ו (ב), סליל TMS הוא המיקוד הנכון של Heschl gyrus (העיגול שחור) ממוקם בx = 54, y = -13, z = 1 (MNI152 חלל סטנדרטי). לשני המפגשים fMRI לפני ואחרי-TMS, קואורדינטות מוצגות בx = -54, y = -13, z = 1 (MNI152 חלל סטנדרטי) כדי להראות שינויים באונה השמאלית באתר של גירוי (כלומר זכותו של gyrus Heschl ). תוצאות ג ניגוד הודעת מינוס פגישות מראש באמצעות TMS fMRI סטודנטי מבחן t של זיווג.
אנו מתארים פרוטוקול שילוב TMS לא מקוון וfMRI כדי לחקור את הארגון התפקודי של קליפת המוח השמיעתי. בסעיפים הבאים, אנחנו נדון גורמים מתודולוגיים לשקול בעת ביצוע גישה כזו.
רכישה ועיתוי ל- TMS הודעת הפעלת fMRI
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
CIBC מלגה (JA) וNSERC מענק (RZ). אנו מודים למר הרוש Comeau (Brainsight) על עזרתו בעניין מצלמת אינפרא האדום, הגששים התואמים MR ותמיכת חומרה אחרת. אנו מודים גם לבריאן היינס (Hybex חידושים בע"מ) שעצב את הזרוע רבת מפרקים לבעל סליל וספק כמה מהדמויות המוצגות בסרט הווידאו. ותודה מיוחדת לכל טכנאי MR ומ פריירה ממרכז מקונל מוח ההדמיה של מונטריאול נוירולוגיות המכון שעזר לנו לייעל את העיצוב של הניסוי.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם חומר | סוג | חברה | |
גרייה מגנטית | Magstim סופר Rapid2 ממריץ, ראפיד-2 פלוס מודול אחד | Magstim בע"מ, ווילס, אנגליה | |
קויל לגירוי מגנטי | MRI תואם 70 מ"מ דמות של שמונה סליל | Magstim בע"מ, ווילס, אנגליה | |
דימות בתהודה מגנטית | סורק טריו סימנס 3-T, קויל הראש 32-ערוץ | סימנס, Inc, גרמניה | |
Stereotaxy ללא מסגרת | Brainsight | Rogue מחקר בע"מ, במונטריאול, קנדה | |
מערכת מדידה אופטית | פולאריס ספקטרה | צפון הדיגיטלי Inc, אונטריו, קנדה | |
זרוע רבת מפרקים לבעל סליל | תקן | Hybex innovatיוני Inc, אנז'ו, קנדה | |
אוזניות תואמות-Insert MRI | Sensimetrics, הדגם S14 | Sensimetrics תאגיד, מסצ'וסטס, ארה"ב |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved