Theta sonrası etkileri Haritalama Fonksiyonel Görüntüleme ile İnsan İşitsel korteks üzerine Stimülasyon Burst

Özet

İşitsel işleme konuşma ve müzikle ilgili işleme temelidir. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) bilişsel, duyusal ve motor sistemleri incelemek için başarıyla kullanılmaktadır ancak nadiren seçmelere uygulanmıştır. Burada işitsel korteksinin fonksiyonel organizasyon anlamak için fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme ile birlikte TMS araştırıldı.

Özet

İşitsel korteks konuşma veya müzik ile ilgili işleme ¹ temelinde olan ses işleme ile ilgilidir. Ancak, kayda değer yeni gelişmelere rağmen, insan işitme korteksinin fonksiyonel özellikleri ve lateralizasyon kadar tam olarak anlaşılmış olmaktan vardır. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) geçici veya lastingly lokalize manyetik alan bakliyat uygulaması ile kortikal uyarılma modüle bir non-invaziv bir tekniktir ve plastisite ve bağlantı keşfetmek benzersiz bir yöntemi temsil eder. Sadece son zamanlarda işitsel kortikal fonksiyon ² anlamak için uygulanacak başlamıştır.

TMS kullanarak önemli bir konu stimülasyon fizyolojik sonuçlarını kurmak zor olmasıdır. Birçok TMS çalışmaları bobin hedeflediği alandaki etkilenen alanda olduğunu örtük varsayım yapmak olsa da, bu özellikle karmaşık bilişsel fonksiyonlar için, WHI durumda olması gerekmezch birçok beyin bölgelerinde ³ genelinde etkileşimleri bağlıdır. Bu soruna bir çözüm fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile TMS birleştirmektir. Burada fikir fMRI TMS ile bağlantılı beyindeki aktivite değişikliklerini bir dizin sağlayacak olmasıdır. Böylece, fMRI alanları TMS ve nasıl onlar ⁴ modüle etkilenen hangi değerlendirmenin bağımsız bir araç verecek. Buna ek olarak, fMRI uzak bölgeler arasındaki zamansal kaplin bir göstergesidir fonksiyonel bağlantısı, değerlendirmesini sağlar. Böylece işlevsel bağlantıda herhangi gözlenen değişiklikler yolu ile verilen konumlarda TMS ile indüklenen net modülasyon aktivitesi, aynı zamanda ağ özellikleri TMS etkilenen için derecesini ölçmek için yararlı sadece olabilir.

Farklı yaklaşımlar yöntemleri zamansal sırasına göre TMS ve fonksiyonel görüntüleme birleştirmek için vardır. Fonksiyonel MRI sonrasında, öncesinde, sırasında uygulanan, ya da TMS önce hem de sonra alınabilir. GeçenlerdeBazı çalışmalarda, ^5-7 TMS ile indüklenen fonksiyonel değişiklikler online haritalama sağlamak için TMS ve fMRI içiçe. Ancak, bu online kombinasyonu tarayıcı odasında TMS bobini veya MR görüntü oluşumu süreci üzerinde TMS nabızları etkilerinin varlığından kaynaklanan statik eserler de dahil olmak üzere birçok teknik sorunlar vardır. Ama daha da önemlisi, yüksek akustik gürültü TMS (çünkü tarayıcı delgi rezonans standart kullanımı ile karşılaştırıldığında artış) ve artan TMS bobin titreşimleri (MR tarayıcının statik manyetik alan nedeniyle güçlü mekanik kuvvetler nedeniyle) ile indüklenen işitsel işleme çalışılırken önemli bir sorun teşkil etmektedir.

Bu fMRI çalışmada TMS öncesi ve sonrasında yürütülen bir nedeni de budur. Benzer yaklaşımlar motor korteks ^8,9, premotor korteks ^10, primer somatosensoriyel korteks ^11,12 ve dil ile ilgili alanlarda ¹³ hedeflemek için kullanılmıştır, Ama şimdiye kadar hiç birlikte TMS-fMRI çalışması işitsel korteks araştırmıştır. Bu makalenin amacı başarıyla işitsel işleme araştırmak için bu iki sinirbilimsel araçları birleştirmek için gerekli protokol ve düşünceler ile ilgili detaylar sağlamaktır.

Daha önce biz gösterdi ki bir melodi ayrımcılık Görev ^2'de işitsel korteks modülasyonlu tepki süresi (RT) üzerine uygulanan yüksek ve alçak frekanslar (sırasıyla 10 Hz ve 1 Hz) tekrarlayan TMS (TMU). Biz de RT modülasyonu fMRI kullanarak işitsel ağ fonksiyonel bağlantısı ile değerlendirildi korele olduğu tespit edildi: görev performans sırasında sol ve sağ işitsel korteks arasındaki yüksek fonksiyonel bağlantısı, facilitatory etkisi (yani RT azalma) rTMU ile gözlenen yüksek. FMRI rTMU önce yapıldı Ancak bu bulgular, özellikle korelasyon vardı. Burada, fMRI önce yapıldı ve hemen TMS sonra doğrudan önlem sağlamakişitsel korteks fonksiyonel organizasyonu, ve daha özel olarak TMS tarafından sağlanan sinir müdahale sonrasında meydana gelen işitsel sinir ağı plastik yeniden düzenlenmesi.

Kombine fMRI ve işitsel korteks üzerinde uygulanan TMS TMS fonksiyonel etkileri hakkında fizyolojik bilgi veren, işitsel işleme beyin mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına imkan vermelidir. Bu bilgi, pek çok bilişsel nöroloji uygulama için, hem de özellikle işitme ile bağlantılı bozukluklar içinde, TMS ve terapötik uygulamalarda optimize etmek için yararlı olabilir.

Protokol

Protokol iki günlük bir oturum (ille ardışık) ayrılmıştır. İlk gün bir anatomik ve alanları TMS ile hedeflenmesi gereken her katılımcı için tanımlamak için bir fonksiyonel MR taramaları ile oluşan fMRI Localizer oluşur. İkinci gün fMRI oturumlarda oluşur ön ve TMS özel MR uyumlu TMS bobini (Magstim Ltd, Galler, İngiltere) ve çerçevesiz stereotaktik sistemi (Brainsight) kullanarak tarayıcı içine uygulanır post-TMS. Ikincisi Her bir katılımcının anatomik ve fonksiyonel veri göre kortekste ilişkin gerçek zamanlı TMS bobin içinde konumlandırmak için kullanılır.

1. Localizer Oturum

• Sizin katılımcı yüksek çözünürlüklü anatomik görüntü elde ile başlayın.
• Sonra, herhangi bir BOLD etkisi veya MRI tarama gürültü ^14,15 nedeniyle işitsel maskeleme en aza indirmek için bir degrade eko EPI darbe ve seyrek örnekleme paradigma ile fonksiyonel görüntüler elde. Bizim durumumuzda, fMRI d yapılırKatılımcılar iki ardışık 5-not melodi aynı ya da farklı ^2,16 olup olmadığını belirlemek için sahip olduğu bir melodi görev uring. Bir ayrımcılık işitsel denetim görevi de denekler beş notlar iki eşit uzunlukta desenler, C5 aynı perdede tüm duymak ve ikinci uyaranı takiben sol tuşuna tıklayın talimatı olduğu, dahildir. Sessizlik dönemleri de her vadede görev denemeler arasında rastgele yerleştirilir. 12 dk 16 sn olmak üzere toplam süresi için, melodi ayrımcılık, 24 işitme kontrol denemeleri ve sessizlik 24 dönemlerinin 24 duruşmaları: Toplamda, 72 çalışma randomize bir şekilde sunulmuştur.
• Anatomik ve / veya fonksiyonel simgesel kullanarak uyarımı sitesi tanımlayın. Bir TMS çünkü derinlemesine elektrik alan gücü zayıflatma uyarılması sitenin derinliğine göre sınırlı olduğunu farkında olmak zorunda, ve 3 cm ^6,17 daha derin bölgelere ulaşmak için bekleyemeyiz. Önemli bir adım her bölümü için işaretlerini benzerliklerine kullanmaktırÇünkü katılımcılar arasında anatomi ve fonksiyon farklılıkları zor olabilir icipant. Burada, anatomik ve fonksiyonel görülecek her ikisini de kullanarak bulunduğu her katılımcının Heschl en girus, hedef. Biz Harvard-Oxford yapısal atlaslar (tarafından sağlanan Heschl en girus maskeler kullanın http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html ) ve TMS hedef tepe tarafından ayrı ayrı tanımlanır Heschl en girus ² içinde aktivasyon. Buna ek olarak, aynı zamanda, akustik ve somatosensoriyel eşya olarak TMS spesifik olmayan etkileri kontrol etmek için bir kontrol alanı olarak kullanılır tepe pozisyonu tanımlar. Vertex inion ve burun köprüsü arasında bir nokta yarıda olarak anatomik tanımlanan ve sağ ve sol intertragal çentikleri paralellerin edilir. Stimülasyon site sıralaması (örn. Heschl en girus veya tepe) arasında gevşetilebilirbireyler.

2. Öncesi ve Sonrası TMS fMRI Deneyi

Pre-TMS fMRI oturumu

• Tarayıcıyı doğrudan gitmek için katılımcı hazırlayın. Bu metal kaldırma ve TMS ve MR tarama formu doldurarak içerir.
• Anatomik ve fonksiyonel taramaları (Localizer oturumda yürütülen bir aynıdır, bakınız bölüm 1) ile MR edinimi başlatın.

MRI ortamında Çerçevesiz stereotaksi ve TMS

Çerçevesiz stereotaksi sistemi, kızılötesi kamera (Polaris Spectra), kayıt prosedürü ve bir bilgisayar için kullanılan bazı araçlar ve izci (Brainsight) oluşmaktadır. Bilgisayarınızın tarayıcı oda dışında bulunan, ancak tarayıcının oda girişinde konumlandırılmış ve tarayıcı kapağını TMS uygulaması sırasında açılan tutulur edilir. Aletler ve iz MR uyumlu yanı sıra, kızılötesi kamera destek üçayak (ev yapımı) ve incierefore tarayıcı oda içinde kullanılır. Kızılötesi kamera MR-uyumlu değildir ve bu nedenle tarayıcı yatağına yaklaşık iki metre tarayıcı kapı yakınındaki tarayıcı odası, (güvenlik prosedürü için tartışmaya bakınız) içine yerleştirilir. TMS stimülatör sistemi MRI tarayıcı odasına bitişik bir oda yer almaktadır. Biz tarayıcının oda içinde bulunan ve bir RF filtre tüp aracılığıyla bir 7-m kablo ile TMS sistemine bağlı bir MR uyumlu TMS bobin kullanın.

• Stereotaktik yazılım paketi (örneğin Brainsight) içine katılımcının anatomik ve fonksiyonel görüntüler ve stimülasyon hedefleri yükleyin. Burada, sağ Heschl en girus hedeflemesi olacaktır.
• Önceden TMS fMRI satın alınmasından sonra, 32 kanallı kafa bobini (Siemens 3T tarayıcı ve 32 kanallı kafa bobini yapılandırması kullanıyorsanız) üst MR kafa bobini parçası kaldırın.
• Sonra, tarayıcı yatağı üzerindeki katılımcının aşağı doğru kaydırın.
• Particip üzerinde kafa bandı ve izci grubu Fixkarınca başını.
• Tarayıcı yatağına çok eklemli kol takın ve kolu üzerine MR uyumlu TMS bobini düzeltmek.
• Tüm izci ve bobin kameranın görüş alanında olduğunu doğrulayın. Burada, kameranın biraz sağ hemisfer hedeflerken bobin yerinden daha kolay bir izleme etkinleştirmek için katılımcının sağ tarafına taşınır.
• Stereotaksi araçları (yani işaretçi aracı) ile konu kafasını kalibre. Bu anatomik veriler üzerinde aynı yerler ile katılımcının kafası (burun, nasion ile her iki kulağın tragus ucu bizim durumumuzda gibi) üzerinde çeşitli yerlerinden coregistering tarafından yapılır. Bu yordam, iki deneyciler birinin katılımcı kafasına işaretçi aracını yerleştirmek için katılımcının kafasına çok yakın, gerekli ve tarayıcı odanın girişinde başka bir deneyci bilgisayarda kaydı gerçekleştirmek için.
• T teğet MR uyumlu TMS bobini konumlandırıno kafa derisi, ve bobin izci kızılötesi kamera yönelik. Bobin orta hat ² için geriye doğru ve paralel işaret bobin kulplu aydınlatmaktadır. Multi-eklemli kol vidaları kullanarak bobin konumunu saptamak.
• MRI tarayıcı bitişik odada, TMS sistemi açmak ve stimülasyon başlar. TMS 40'lı için 5Hz tekrarlanır 50Hz az 3 bakliyat oluşan desenli protokolü, yani sürekli teta burst stimülasyon (CTBS), ardından uygulanır. Bu stimülatör çıktı ^18,19 tarafından tanımlanan sabit bir uyarım yoğunluk (% 41) kullanılır. O (güvenlik prosedürü için tartışma bölümüne bakınız), sağlıklı halkların ²⁰ stimülasyon kesilmesinden sonra 30 dk süreyle kortikal plastisite kadar modüle gösterilmiştir Biz bu protokolü seçtik.

Post-TMS fMRI oturumu

• Bir kez stimülasyon tamamlandığında, bunu en kısa sürede tarayıcı içine konu geri almak için önemlidir. T çıkarınMS Tarayıcı odadan bobin ve çok eklemli kolu kaldırın. MR kafa bobini içine katılımcının kafasını geriye doğru kaydırın. Tarayıcınızı hazırlanan ve gitmek için hazır olduğundan emin olun. Bizim tavsiyemiz bütün TMS oturumu sırasında gündeme vücut platformu tutmak ve en az yerelleştirici taramalarının sayısını ve süresini azaltmak.
• RTMU etkileri geçici olduğundan, nihai tarama oturumu fonksiyonel taraması ile başlamalıdır. Yine, melodi görevin 12 dakikalık çalışma sırasında fMRI yürütülmüştür.
• Son tarama işlemi tamamlandıktan sonra, anatomik bir tarama ile bitiriyoruz.

3. Temsilcisi Sonuçlar

FMRI veri analizi pre-ve post-TMS fMRG oturum her ikisi için ayrı ayrı gerçekleştirilmektedir. Her fMRI oturumu için (yani, öncesi ve sonrası-TMS), melodiler ve işitsel kontrol görevi arasındaki kontrast sol ve sağ Heschl en girus, süperior temporal girus, inferior frontal girus ve precen görev ile ilgili faaliyet göstermektedirmerkezî girus (Şekil 1 A, B). Öncesi ve sonrası-TMS fMRI oturumları arasındaki farkları değerlendirmek için, Öğrenci eşleştirilmiş t-testi kullanılarak rasgele bir etki analizi yapmak. Anlamlılık az> 2 eşik ve p bir düzeltilmiş küme eşik = 0.05 ile tanımlanır kümeleri kullanılarak tespit edilir. Şekil 1 C, tek bir katılımcı için kontrast sonrası eksi ön CTBS temsil eder. Veri doğru Heschl en girus (siyah daire) hedefleme CTBS sol Heschl en girus dahil kontralateral (sol) işitsel korteks fMRI yanıt olarak bir artış, uyardığını göstermektedir. FMRI yanıt değişiklikler de sol presentral girus bulunur, insula bıraktı ve lateral oksipital kortekste bilateral. Bununla birlikte, fMRI yanıt olarak anlamlı bir değişiklik bobin altında görülür. Buna ek olarak, benzer kombine TMS-fMRI protokolü verteks (kontrol sitesi) uyarmak için tekrarlanır. Verteks üzerine uygulanan CTBS ile pre-ve post-fMRI oturumları Karşılaştırılması herhangi significa gelmedint etkisi (veriler gösterilmemiştir).

Şekil 1. Ayrı ön TMS f MRI veri (A), post-TMS f MRI veri (B), ve post-eksi ön TMS f MRI veri (C) analizi. Önceden TMS fMRI oturumu (A) ve post-TMS fMRI oturumu (B) tek bir katılımcı için kontrast melodi ayrımcılık eksi işitsel kontrol denemeleri A. Sonuçları. Soldan sağa: koronal ve sagital manzarası. Her iki (A) ve (B), TMS bobin bulunan doğru Heschl en girus (siyah daire) hedefleme x = 54, y = -13, z = 1 (MNI152 standart alanı). Hem öncesi ve sonrası-TMS fMRI oturumları için koordinatlarda görüntülenir x = -54, y = -13, z stimülasyon sitesi (yani sağ Heschl en girus, sol hemisfer değişiklikleri göstermek için = 1 (MNI152 standart boşluk) ). C. kontrast Sonuçlar Student eşleştirilmiş t-testi kullanılarak post-eksi öncesi TMS fMRI oturumları.

Tartışmalar

Biz çevrimdışı TMS ve işitsel korteks fonksiyonel organizasyon araştırmak için fMRI birleştiren bir protokol açıklar. Sonraki bölümlerde, bu tür bir yaklaşım yaparken metodolojik faktörleri dikkate tartışacağız.

Post-TMS fMRI oturum için Toplama ve zamanlama

Taramaları edinimi Sipariş ve pre-ve post-TMS fMRI seans counterbalancing

Bu iki fonksiyonel taramaları arasında sağlam bir kaydı almak için TMS...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Malzeme Adı	Tip	Şirket
Transkraniyal manyetik stimülasyon	Magstim süper Rapid2 uyarıcı, Rapid-2 Plus One Modülü	Magstim Ltd, Galler, İngiltere
Manyetik stimülasyon Bobin	MRI uyumlu 70 mm şek-sekiz-coil	Magstim Ltd, Galler, İngiltere
Manyetik rezonans görüntüleme	3-T Siemens Trio tarayıcı, 32 kanallı Başkanı Rulo	Siemens, Inc, Almanya
Çerçevesiz stereotaksi	Brainsight	Rogue Research Inc, Montreal, Kanada
Optik ölçüm sistemi	Polaris Spectra	Kuzey Digital Inc, Ontario, Kanada
Bobin tutucu için Multi-eklemli kol	Standart	Hybex innovatiyonları Inc, Anjou, Kanada
MRI Uyumlu Ekle Kulaklıklar	Sensimetrics, Model S14	Sensimetrics Corporation, MA, USA