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Method Article
聴覚処理は、音声や音楽関連の処理の基礎となっています。経頭蓋磁気刺激(TMS)を認知、感覚と運動のシステムを研究するために正常に使用されているが、まれにオーディションを受けるために適用されていません。ここでは、聴覚皮質の機能的な組織を理解することは機能的磁気共鳴画像法と組み合わせるTMSを検討した。
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.
プロトコルは2日間のセッション(必ずしも連続しない)に分かれています。初日は領域は、TMSと対象とするために、各参加者のために定義するために解剖学的および機能的MRスキャンで構成fMRIのローカライザーで構成されています。二日目は、fMRIのセッションで構成されています事前とTMSは特別なMRコンパチブルTMSコイル(Magstim株式会社、ウェールズ、英国)とフレームレス定位システム(Brainsight)を使用して、スキャナの内部に適用されるポストTMS。後者は、各参加者の解剖学的および機能的なデータに相対皮質領域でリアルタイムTMSコイルの位置に使用されます。
1。ローカライザーセッション
2。事前·事後のTMSのfMRI実験
プリTMS fMRIのセッション
MRI環境におけるフレームレス定位とTMS
フレームレス定位システムは、赤外線カメラ(ポラリススペクトル)、登録手順とコンピュータのために使用するいくつかのツールとトラッカー(Brainsight)から構成される。コンピュータがスキャナ室の外側に位置するが、スキャナ室の入口に位置し、スキャナのドアは、TMSの適用中に開いたままです。ツールやトラッカーは、MR互換性があるだけでなく、赤外線カメラを支える三脚(自家製)とthアールereforeはスキャナ室の内部で使用。赤外線カメラは、MR-互換性がありませんので、スキャナーベッドから約2メートルで、スキャナのドアの近くスキャナ室、(安全手順についての説明を参照してください)の内側に配置されています。 TMSの刺激システムは、MRIスキャナ室に隣接する部屋に位置しています。我々は、MRI適合性のTMSコイルスキャナ室の内側に位置しており、RFフィルターチューブを通って、7メートルケーブルを介して、TMSシステムに接続を使用しています。
ポストTMSのfMRIのセッション
3。代表的な結果
fMRIデータの解析は、事前·事後のTMS fMRIのセッションの両方に対して個別に行われている。各fMRIのセッションのために( すなわち 、事前と事後TMS)は、メロディーと聴覚制御タスクとのコントラストが左右Heschlの脳回、上側頭脳回、下前頭脳回とprecenでタスク関連活性を示す最大スペクトル脳回( 図1のB)。事前·事後のTMS fMRIのセッションとの違いを評価するために、我々はスチューデントのt検定を用いて、ランダム効果分析を行う。意義は、z> 2のしきい値とpの補正されたクラスタのしきい値= 0.05で識別されるクラスタを使用して決定されます。 図1 Cは単一の参加者のためのコントラストポストマイナスプレCTBSを表しています。データは右Heschlの回(黒丸)を標的CTBSは左Heschlの回を含む反対(左)聴覚野におけるfMRIの応答の増加を誘導することを示唆している。 fMRIの応答の変化はまた、二国間で左中心後回、左の島にと横後頭葉皮質で発見されています。しかし、fMRIの応答に有意な変化は、コイルの下に見られません。また、同様の結合されたTMS-fMRIのプロトコルは、頂点(コントロール·サイト)を刺激するために繰り返されます。頂点の上に適用さCTBSと事前·事後fMRIのセッションの比較は、どのsignificaを示さなかったntの効果(データは示さず)。
図1:個々のプレTMS fMRIのデータ()、ポストTMS fMRIデータ(B)とポストマイナスプレTMS fMRIのデータ(C)の分析。プリTMS fMRIのセッション(A)中とポストTMS fMRIのセッション(B)の単一の参加者のためのコントラストメロディ差別マイナス聴覚制御試験のAの結果。左から右へ:軸冠状および矢状ビュー。 (a)も(b)、TMSのコイルは、次の場所に右Heschlの回(黒丸)を標的としたx = 54、Y = -13、Z = 1(MNI152標準スペース)。事前·事後のTMS fMRIのセッションの両方の場合、座標値は、x = -54、Y = -13、Z = 1(MNI152標準スペース)刺激部位( すなわち右Heschlの回で左半球の変化を示すことで表示されます)。スチューデントのt検定を用いたコントラストポストマイナスプレTMS fMRIのセッションの後は、結果。
我々は、聴覚野の機能的な組織を調査するためにオフラインTMSおよびfMRIを組み合わせるプロトコルを記述します。次のセクションでは、我々はそのようなアプローチを実施する際に考慮すべき方法論的な要因を説明します。
ポストTMS fMRIのセッションの取得とタイミング
事前·事後のTMS fMRIのセッションのスキャンの取得と相殺の順序
特別な利害関係は宣言されません。
CIBCフェローシップ(ja)およびNSERC助成(RZ)。我々は、赤外線カメラに関する彼の助けのためロッシュM.コモ(Brainsight)、MRコンパチブルトラッカーや他のハードウェアのサポートに感謝しています。我々はまた、コイルホルダ用の多関節アームを設計し、ビデオで表示される数値のいくつかを提供するブライアン·ハインズ(Hybexイノベーション株式会社)に感謝しています。そして、私たちは、実験の設計を最適化する助けモントリオール神経学研究所のマクコーネル脳イメージングセンターからすべてのMR技術とM.フェレイラ氏に感謝します。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
材料名 | タイプ | 会社 | |
経頭蓋磁気刺激 | MagstimスーパーRapid2刺激すると、Rapid-2プラスワンモジュール | Magstim株式会社、ウェールズ、イギリス | |
磁気刺激用コイル | MRI対応70ミリメートル8の字コイル | Magstim株式会社、ウェールズ、イギリス | |
磁気共鳴画像 | 3-Tシーメンストリオスキャナ、32チャネル·ヘッドコイル | シーメンス社、ドイツ | |
フレームレス定位脳手術 | Brainsight | ローグリサーチ社、モントリオール、カナダ | |
光学測定システム | ポラリススペクトル | ノーザン·デジタル社は、オンタリオ州、カナダ | |
コイルホルダ用の多関節アーム | 標準 | Hybex Innovatイオン(株)、アンジュ、カナダ | |
MRI対応インサートイヤホン | Sensimetrics、モデルS14 | Sensimetricsコーポレーション、米国マサチューセッツ州 |
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