Repetitive stimolazione magnetica transcranica neuronavigazione-guidata per Afasia

Riepilogo

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

Abstract

Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) è ampiamente usato per diverse malattie neurologiche, come si è guadagnato il riconoscimento per i suoi potenziali effetti terapeutici. Cervello eccitabilità è non invasivo modulato da TMS, e rTMS alle aree linguistiche ha dimostrato i suoi effetti potenziali sul trattamento di afasia. Nel nostro protocollo, ci proponiamo di indurre artificialmente afasia virtuale in soggetti sani inibendo zona Brodmann 44 e 45 con neuronavigational TMS (misure non tariffarie) e F3 del sistema internazionale 10-20 EEG per TMS convenzionale (CTM). Per misurare il grado di afasia, i cambiamenti nel tempo di reazione a un quadro denominazione pre-compito e post-stimolazione sono misurati e confrontare il ritardo nel tempo di reazione tra misure non tariffarie e marchi comunitari. La precisione dei due metodi di stimolazione TMS viene confrontato la media coordina la Talairach del bersaglio e la stimolazione reale. Consistenza stimolazione è dimostrata dalla gamma di errore dal bersaglio. Lo scopo di questo study è quello di dimostrare l'utilizzo di misure non tariffarie e per descrivere i vantaggi ei limiti delle misure non tariffarie rispetto a quelli dei marchi comunitari.

Introduzione

Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) attiva in modo non invasivo i circuiti neuronali nel sistema nervoso centrale e periferico. ¹ rTMS modula cervello eccitabilità ² e ha potenziali effetti terapeutici in diverse condizioni psichiatriche e neurologiche, come la debolezza motoria, afasia, incuria, e il dolore . ³ I siti bersaglio per rTMS diversi sono convenzionalmente identificati utilizzando il sistema internazionale 10-20 EEG corteccia motoria o per distanze da determinati punti di riferimento esterni di misurazione.

Tuttavia, differenze inter-individuali in taglia, anatomia e la morfologia della corteccia cerebrale non vengono presi in considerazione, rendendo localizzazione bersaglio ottimale impegnativo. ³ Un altro punto critico per applicazioni rTMS è la discordanza tra posizionamento della bobina magnetica e la regione corticale stimolazione previsto.

Otticamente rintracciato neurochirurgia di navigazione ha exple applicazioni IT AND al comprendono il campo delle neuroscienze cognitive tra cui rTMS per l'orientamento della bobina magnetica. Il sistema neuronavigational aiuta a identificare le strutture bersaglio ottimali per rTMS. ^4,5 Tale divergenza nel posizionamento della bobina sulla zona di destinazione si verifica frequentemente con il metodo convenzionale adozione del sistema EEG 10-20, e questo dovrebbe essere superato da neuronavigazione.

Questo protocollo studio dimostra un metodo per indurre l'afasia virtuale in soggetti sani di rTMS neuronavigational di targeting l'area di Broca, utilizzando la mappatura anatomica individuale. Il grado di afasia virtuale in termini di cambiamento nel tempo di reazione di immagine di denominazione viene misurato e confrontato con quelli del metodo di stimolazione convenzionale. Il metodo neuronavigazione-guidata ha una maggiore precisione per fornire impulsi magnetici al cervello, ed è quindi dovrebbe dimostrare una maggiore cambiamento clinico di quella del metodo convenzionale. L'obiettivo di questo stalloney era di introdurre un metodo più preciso ed efficace di stimolazione per i pazienti con afasia in ambito clinico.

Protocollo

dichiarazione etica: Questo studio è stato approvato dal Comitato Etico di un ospedale accecato.

1. preparazione di materiali (tabella 1)

1. Utilizzare attrezzature TMS con un'uscita massima di 3,0 Tesla e un'alimentazione di 200-240 Vac 50/60 Hz 5A ad una larghezza di impulso di 350 microsec.
2. Acquisire soglia motoria (RMT) riposo in ogni materia per l'elettromiografia (EMG) per determinare il motore potenziali evocati (MEP) utilizzando il sistema TMS e l'elettrodo attivo (vedere il punto 3.1 per i dettagli). Impostare la RMT come intensità individuale per l'attuale protocollo di studio TMS (Figura 1).
   Nota: Il sistema neuronavigational include uno schermo di computer, inseguitore soggettivo, bobina inseguitore, puntatore, blocco di calibrazione, la macchina fotografica, e una sedia TMS sistema di sedute. (Figure 2 - 4)
3. Utilizzare il programma SuperLab per impostare l'immagine denominazione compito e presentare lo stimolo ai soggetti per testare il grado di virtù indottaal afasia.
4. tempo di reazione Record per ogni immagine usando un sistema di registrazione vocale, descritto in dettaglio nel passaggio 4.
5. Analizzare latenza e la durata dell'immagine denominazione reazione di un sistema di analisi vocale, descritto in dettaglio nel passaggio 4.

2. Verifica della progettazione Studio

1. Utilizzare rTMS per indurre virtuale afasia.
   1. Chiedere al soggetto per eseguire l'operazione immagine denominazione, descritto in dettaglio al punto 4. Immagine compito di denominazione.
   2. Applicare sia rTMS neuronavigazione-guidata (misure non tariffarie) o rTMS convenzionali (MC) durante l'operazione immagine denominazione. I dettagli dei marchi comunitari sono descritte nei passi 5.3.2 e 5.5.
2. Misurare il tempo di reazione e il tasso di errore per l'immagine denominazione e confrontare i risultati in entrambe le condizioni, come descritto in dettaglio al punto 4.

3. Preparazione del protocollo TMS

1. determinare RMT
   1. Posizionare l'elettrodo attivo a sinistra prima dorsaleterosseous (IDE) muscolare.
   2. Invia 10 stimolazioni consecutive a destra dell'area M1 a intervalli interstimulus 4-6 sec, controllando la contrazione del muscolo FDI partita.
   3. Determinare RMT soggetto usando l'intensità minima TMS in cui un MEP ampiezza picco-picco superiore a 50 uV è prodotto almeno cinque volte.
2. Mappatura TMS
   1. Ottenere una risonanza alta risoluzione T1 ponderate magnetica (MR) immagini anatomiche utilizzando un MR scanner 3-T del soggetto per l'utilizzo del sistema neuronavigational. I parametri per la scansione MRI sono riassunti in Tabella 1.
      Nota: Trasferire le immagini del cervello RM al programma neuronavigazione, che ricostruisce la curvilinea cervello e pelle di ogni individuo sotto guida anatomica della commissura anteriore (AC) e commissura posteriore (PC), come mostrato in Figura 5.
      1. Ricostruire la struttura della pelle
         1. Ottenere il file di MR cervello del soggettoimmagine di imaging standard digitale e delle comunicazioni in Medicina e Chirurgia (DICOM). formato. Convertire l'immagine MR selezionando "studio convertito". Impostare la directory di ricerca da cui il file viene trasferito al computer neuronavigazione. Tipo Convertire deve essere scelto in base al tipo DICOM per essere utilizzato nel programma neuronavigazione.
         2. Trasferire il file DICOM al computer in cui è installato il programma neuronavigazione. Attuare il programma di navigazione. L'icona di default è "anatomico". Per un nuovo record paziente, selezionare uno dei file di immagini DICOM.
         3. Fai clic su "spazi Atlas". Questo passo è quello di impostare il punto di riferimento per ricostruire ogni immagine. Premere il tasto "nuova" nel set e impostare la struttura anatomica di riferimento cliccando su "manuale (scatola AC-PC)".
         4. Trova AC del paziente del corpo calloso, appena la linea mediana di due emisferi poste di fronte alle colonne del fornice. Mark AC l'immagine MR e cliccare "set AC".
         5. Trova PC del paziente, la linea mediana dei due emisferi nella parte dorsale dell'estremità superiore del canale cerebrale. Mark PC l'immagine MR e cliccare "set PC".
         6. Fai clic su "ricostruzioni" per rendere la struttura della pelle. Premere il tasto "nuova" nel set per selezionare "Skin". Impostare l'intervallo per la ricostruzione delle immagini RM. Assicurati di includere l'intero cranio con la punta del naso e entrambe le orecchie.
         7. Fai clic su "pelle di calcolo" nella nuova struttura. Attendere fino a quando viene fatto il processo. Dopo il completamento della costruzione della pelle, dovrebbe essere visualizzato morfologia della pelle.
      2. Selezionare "curvilineo completa del cervello" nella sezione "Ricostruzione" di ricostruire il cervello curvilineo seguente 3.2.1.1. Simile al passaggio precedente, impostare l'intervallo per la ricostruzione delle immagini RM contenenti la punta del naso. Fai clic su "curvilineo di calcolo". curvilineo cervello completo dovrebbe essere visualizzato dopo la costruzione è stata completata.
   2. Mark il nasion, punta del naso, ed entrambi trago per registrare i punti di riferimento anatomici. Questo passaggio è quello di abbinare il punto anatomica tra il paziente e la struttura della pelle ricostruita per la configurazione della posizione relativa del bersaglio sulla corteccia cerebrale (Figura 6).
      1. Fare clic sull'icona "Landmark". Per configurare il punto di riferimento, segnare il nasion (punto tra il naso sulla fronte, a livello della giunzione delle ossa nasali) sulla struttura della pelle calcolata. Registrati cliccando "nuovo" e conservarlo come "Landmark 1"
      2. Mark la punta del naso dopo la registrazione nasion come punto di riferimento 1. Registrare la punta del naso cliccando su "nuovi" e memorizzarlo come "Landmark 2"
      3. Contrassegnare ogni trago sulla struttura della pelle. Il trago è la piccola eminenza punta dell'orecchio esterno, situata di fronte alla conca. Registrati ogni trago dopo la marcatura e facendo clic su "nuovi" punti di riferimento. Per questo protocollo, il trago destra è regnominative come "Landmark 3" e la sinistra è registrato come "Landmark 4".
   3. Mettere la cinghia testa con il tracker soggettivo sulla testa del partecipante. Calibrare il tracker bobina con il blocco calibrazione del sistema di sedute di navigazione ad ogni sessione per ciascun soggetto. Assicurarsi che le rileva telecamera di navigazione e visualizza tutti del sistema di tracciamento del soggetto, la sedia, la bobina, e il puntatore sullo schermo del computer prima di procedere.
      1. Calibrazione la bobina con il sistema di sedute.
         1. Calibrare il tracker della bobina prima di ogni stimolazione misure non tariffarie. Nel menu del computer principale, selezionare "Window". Fai clic su "Calibrazione bobina TMS" nel set. Fai clic su "nuova Calibra". Alla seconda sessione, selezionare il nome della bobina usato la prima volta e fare clic su "Re-calibrare".
         2. Posizionare la bobina TMS sul punto posteriore livello di blocco di calibrazione. Assicurarsi che la bobina è in senso orizzontale posto. Controllare che ilfotocamera rileva sia il blocco di calibrazione e la bobina inseguitore (in verde). Quindi, fare clic su "Begin conto alla rovescia di calibrazione", e un 5 secondi di conto alla rovescia inizierà. Tenere la bobina ancora durante il conto alla rovescia.

4. Picture Naming Task

1. Impostare il programma quadro di denominazione di presentare ogni stimolo per 3.000 msec prima di passare automaticamente sul immagine successiva.
2. Chiedere al partecipante di nominare il quadro presentato nel modo più accurato e veloce possibile.
3. Misurare il tempo di reazione (latenza dal pop up dello stimolo sullo schermo per la prima suono fatto dal partecipante) per ogni immagine, rilevando il suono prodotto dal soggetto attraverso il microfono della cuffia utilizzando il programma di analisi vocale freeware.
   1. immagini Quaranta abbinate in lunghezza e segmenti di due nome a tre dalla banca dati immagine della versione coreana del Boston Naming Test (K-BNT) vengono presentati sullo schermoprima e dopo la stimolazione, come nello studio di Kim et al., (2014).

5. TMS protocollo Mapping

1. Hz stimolazione Deliver1 ad un'intensità del 90% di RMT per 10 minuti, con un totale di 600 impulsi TMS.
2. Tenere la tangenzialmente coil figura-otto al cranio con la bobina orientato perpendicolarmente al bersaglio.
3. TMS Mapping (Figura 7)
   1. Identificare i anatomiche giro frontale inferiore (IFG) basati sulla superficie del cervello normalizzato, per NTMS.
      1. Registrare il IFG come destinazione misure non tariffarie.
         1. Fai clic su "Target" e premere "obiettivi Configura". Segnare la IFG sulla finestra che visualizza il curvilineo cervello. la definizione di obiettivi dettagliata si ottiene prendendo di mira ciascuno immagini trasversali e sagittali MR. Salvare il punto come "traiettoria".
      2. Registrati punti di riferimento con i soggetti del cuoio capelluto.
         1. Fai clic su "sessioni" per la mappatura. Creareuna nuova sessione selezionando "sessione online" nel nuovo set. Viene creata una finestra "Session 1", all'interno della quale l'icona di default è "bersagli". Selezionare il nome di destinazione salvato nel passaggio 3.2.2.2. (Selezionare "Traiettoria 1"). Fare clic sul pulsante "Aggiungi", e passare alla fase successiva.
         2. Fai clic su "Registrazione". Questo passo è quello di abbinare la curvilinea cervello ricostruito con il soggetto. Il punto di riferimento registrato nel passaggio 3.2.2.1. viene utilizzato per la corrispondenza del punto anatomica con la vera struttura anatomica.
         3. Assicurarsi che la fotocamera identifica sia il puntatore e l'inseguitore soggetto, visualizzato in colore verde. Puntare al nasion del soggetto con il puntatore. Fai clic su "Sample% Vai alla Landmark Avanti". Punto di punta del naso del soggetto e il campione di esso. Ripetere l'operazione fino a quando tutti e quattro i punti di riferimento sono abbinati.
   2. Posizionare la bobina su F3 del sistema 10-20 EEG internazionale ⁷ per i marchi comunitari.
4. Guardare lo schermo per garantire la bobina è sul bersaglio desiderato e sia mantenuto durante tutta la procedura di misure non tariffarie. Lo schermo dovrebbe visualizzare la superficie del soggetto cervello, bersaglio, e la bobina, così come la gamma di errore come la bobina si allontana dal bersaglio dimostra il bersaglio (Figura 8). Facendo riferimento allo schermo, l'operatore regola la bobina sul bersaglio come viene allontanato.
   1. Eseguire misure non tariffarie sopra il bersaglio registrato
      1. Fai clic su "Esegui" sullo schermo dopo la registrazione punti di riferimento del soggetto come descritto al punto 5.3.1.1. Per modificare l'impostazione predefinita della telecamera per rilevare il puntatore, scegliere il nome della bobina salvato durante la fase 3.2.3.1. nella parte inferiore del set "driver". Assicurarsi che la fotocamera identifica sia il tracker soggetto e la bobina tracker.
      2. Verificare che lo schermo visualizza la distanza relativa e l'angolo della bobina TMS dal bersaglio registrato (IFG). Se la bobina si allontana dal bersaglio, lala distanza è segnato in rosso, mentre è segnato in verde quando la bobina è all'interno della gamma bersaglio designato. Prova per ottenere l'angolo tra la bobina e il bersaglio come un occhio di bue, per quanto possibile.
5. Girare lo schermo lontano dall'operatore per la procedura di CTM di consegnare ciecamente il TMS. La bobina viene mantenuta come era all'inizio della sessione.

6. Topograhic Data Acquisition

1. posizione della bobina record per la stimolazione manualmente premendo il pulsante "record" sul telecomando.
2. Su ciascuna registrazione stimolazione, acquisisce le coordinate Taliarach in x, y, z per il bersaglio designato e attuale zona stimolata.
3. Raffigurano le coordinate su un singolo cervello normalizzata utilizzando il programma di elaborazione delle immagini freeware (MRIcro, http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricro/index.html).
4. Acquisire corrispondenti aree cerebrali anatomiche, compresa l'area di Brodmann, la gyrus, lobo, e regione dell'emisfero etichette al Talairach coordinate utilizzando un programma di etichettatura freeware (Talairachclient, http://www.talairach.org/client.html).

Risultati

Kim et al. Hanno dimostrato un effetto più superiore di TMS con sistema di guida neuronavigational rispetto al metodo convenzionale non navigabili con meno dispersione di stimolo e stimolo più focale verso destra dell'area M1, ⁸ come mostrato nella Figura 9. Ulteriore evidenza per sostenere incorporando il sistema neuronavigational con TMS è dimostrato da un esperimento di crossover randomizzato per indurre afasia virtuale in soggetti sani di m...

Discussione

TMS è ampiamente utilizzato sia nella pratica clinica e la ricerca di base. ¹⁰ effetti terapeutici di valore sono offerti per l'influenza fisiologica di rTMS, tra cui un effetto neuromodulatorio inibitorio sulla eccitabilità corticale con rTMS a bassa frequenza per il trattamento di afasia. ¹¹ interruzione transitoria di elaborazione neurale o virtuale lesione indotta da TMS può cambiare prestazioni comportamentali. ¹² Tuttavia, l'effetto desiderato di rTMS può essere diluito...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Medtronic MagPro X100	MagVenture	9016E0711
MCF-B65 Butterfly coil	MagVenture	9016E042
Brainsight TMS Navigation	Rogue Research	KITBSF1003