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Medicine

Plan d’étude pour la stimulation magnétique transcrânienne répétitive naviguée pour la cartographie corticale de la parole

Published: March 24, 2023 doi: 10.3791/64492
Automatic Translation
1,2, 1,2, 2,3, 1,2,3, 3,5, 4, 3, 2, 1,2, 1,2
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

Summary

La stimulation magnétique transcrânienne répétitive naviguée est un outil non invasif très efficace pour cartographier les zones corticales liées à la parole. Il aide à concevoir la chirurgie du cerveau et accélère la stimulation corticale directe menée pendant la chirurgie. Ce rapport décrit comment effectuer une cartographie corticale de la parole de manière fiable pour l’évaluation et la recherche préopératoires.

Abstract

Les zones corticales impliquées dans la parole humaine doivent être caractérisées de manière fiable avant la chirurgie des tumeurs cérébrales ou de l’épilepsie résistante aux médicaments. La cartographie fonctionnelle des zones du langage pour la prise de décision chirurgicale se fait généralement de manière invasive par stimulation corticale directe électrique (DCS), qui est utilisée pour identifier l’organisation des structures corticales et sous-corticales cruciales chez chaque patient. Une cartographie préopératoire non invasive précise facilite la planification chirurgicale, réduit le temps, les coûts et les risques en salle d’opération et offre une alternative aux patients qui ne conviennent pas à la craniotomie éveillée. Les méthodes d’imagerie non invasives telles que l’IRM, l’IRMf, la MEG et la TEP sont actuellement appliquées à la conception et à la planification préchirurgicales. Bien que l’imagerie anatomique et fonctionnelle puisse identifier les régions du cerveau impliquées dans la parole, elle ne peut pas déterminer si ces régions sont critiques pour la parole. La stimulation magnétique transcrânienne (SMT) excite de manière non invasive les populations neuronales corticales au moyen de l’induction de champs électriques dans le cerveau. Lorsqu’il est appliqué dans son mode répétitif (SMTr) pour stimuler un site cortical lié à la parole, il peut produire des erreurs liées à la parole analogues à celles induites par la MDD peropératoire. La SMTr combinée à la neuronavigation (nrTMS) permet aux neurochirurgiens d’évaluer avant l’opération où ces erreurs se produisent et de planifier la SCD et l’opération pour préserver la fonction langagière. Un protocole détaillé est fourni ici pour la cartographie corticale de la parole (SCM) non invasive à l’aide de la SMTnr. Le protocole proposé peut être modifié pour mieux répondre aux demandes propres au patient et au site. Il peut également être appliqué aux études du réseau cortical du langage chez des sujets sains ou chez des patients atteints de maladies qui ne se prêtent pas à la chirurgie.

Introduction

Lors d’une neurochirurgie due à une maladie cérébrale (par exemple, une épilepsie ou une tumeur), l’étendue de la résection doit être optimisée pour préserver les régions du cerveau qui soutiennent les fonctions critiques. Les zones vitales pour l’intégrité et la qualité de vie du patient, telles que celles liées au langage, doivent être caractérisées avant le prélèvement du tissu cérébral. En règle générale, ils ne peuvent pas être identifiés individuellement simplement sur la base de repères anatomiques1. La cartographie fonctionnelle des zones du langage pour la prise de décision chirurgicale se fait généralement de manière invasive par stimulation corticale directe électrique (DCS), ce qui permet au neurochirurgien de comprendre l’organisation des structures corticales et sous-corticales cruciales chez chaque patient2. Bien que la MDD pendant la chirurgie éveillée soit considérée comme l’étalon-or de la cartographie corticale pour les fonctions de la parole, elle est limitée par son caractère invasif, ses défis méthodologiques et le stress élevé qu’elle induit à la fois pour le patient et l’équipe chirurgicale. Ce protocole décrit la cartographie corticale non invasive de la parole (SCM) à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne naviguée (TMS ou nTMS naviguée). Une cartographie non invasive précise facilite la planification chirurgicale et réduit le temps, les coûts et les risques dans la salle d’opération. Il fournit également une alternative pour les patients qui ne conviennent pas à la craniotomie éveillée3.

Les méthodes d’imagerie non invasives ont déjà grandement amélioré la planification préchirurgicale. L’imagerie par résonance magnétique anatomique (IRM) est cruciale pour localiser les tumeurs et les lésions cérébrales; en neuronavigation4 et dans la cartographie TMSnaviguée 5, il guide l’opérateur vers les sites corticaux d’intérêt. La tractographie IRM basée sur la diffusion (IRMd) fournit des informations détaillées sur les faisceaux de fibres de substance blanche qui relient les régions corticales 5,6. Au cours de la dernière décennie, les techniques d’imagerie fonctionnelle, notamment l’IRM fonctionnelle (IRMf) et la magnétoencéphalographie (MEG), ont été de plus en plus utilisées pour la cartographie corticale motrice et vocale préopératoire (SCM)2,8,9. Chaque méthode apporte des avantages à la procédure de cartographie préopératoire et peut, par exemple, fournir des informations sur les régions fonctionnellement liées en dehors des zones linguistiques conventionnelles (aires de Broca et de Wernicke). L’IRMf a été la méthode1 la plus couramment utilisée en raison de sa grande disponibilité; il a été comparé à la MDD dans la localisation des zones liées à la parole avec des résultats variables 2,10. Cependant, bien que l’imagerie fonctionnelle puisse identifier les régions cérébrales impliquées, elle ne peut pas déterminer si ces régions sont essentielles à la préservation de la fonction.

La SMT répétitive naviguée (SMTnr) est aujourd’hui utilisée comme alternative aux méthodes susmentionnées pour la MCS non invasive préopératoire11,12. La SMC nrTMS est particulièrement efficace pour identifier les zones corticales liées à la parole dans le gyrus frontal inférieur (IFG), le gyrus temporal supérieur (STG) et le gyrus supramarginal (SMG)11,13. Un avantage de la méthode est que l’analyse hors ligne des erreurs évoquées par la stimulation permet à l’analyseur d’ignorer le site de stimulation. Il est donc possible de juger de l’erreur sans information a priori de la pertinence du site cortical pour le réseau vocal. Ceci est rendu possible par un enregistrement vidéo, qui permet à l’analyseur de distinguer les différences subtiles dans les erreurs, telles que la paraphasie sémantique et phonologique, de manière plus fiable que lors de l’examen réel11,12. L’approche SCM nrTMS surpasse actuellement la performance de la cartographie vocale MEG ou IRMfseule 10,14, et des informations fonctionnelles ou anatomiques supplémentaires peuvent être utilisées pour affiner la procédure nrTMS. Il a été démontré que la cartographie préopératoire avec la nrTMS raccourcit les temps opératoires et réduit la taille requise de la craniotomie et des dommages au cortex éloquent15. Il raccourcit le temps d’hospitalisation et permet une ablation plus étendue du tissu tumoral, augmentant ainsi les taux de survie des patients15. La SMTnr a été validée par rapport à la cartographie peropératoire de la MDD ; plus précisément, la sensibilité de la SMTnr dans la SCM est élevée, mais sa spécificité reste faible, avec un nombre excessif de faux positifs par rapport à la MDN13,16.

Actuellement, la MCS non invasive préchirurgicale avec SMTnr peut aider à la sélection des patients pour l’opération, aider à la conception de la chirurgie et accélérer la MDD menée pendant la chirurgie17. Ici, une description détaillée de la façon dont la SCM nrTMS peut être effectuée pour obtenir des résultats fiables spécifiques à la parole est fournie. Après avoir acquis une expérience pratique, le protocole suggéré peut être adapté pour répondre au mieux aux demandes spécifiques du patient et du site. Le protocole peut être étendu à certaines cibles, telles que la production de la parole (arrêt de la parole)18,19 ou les fonctions visuelles et cognitives20.

Protocol

Cette étude a été approuvée par le district hospitalier d’Helsinki et le comité d’éthique d’Uusimaa. Le consentement éclairé à participer a été obtenu avant la procédure de chaque sujet.

1. Préparation des images structurelles

  1. Enregistrer une IRM structurelle pondérée en T1 à haute résolution de toute la tête pour chaque sujet (de préférence avec un écart de tranche de 0 mm et une épaisseur de tranche de 1 mm). Acquérir les images comme spécifié dans les instructions du système de neuronavigation.
  2. Téléchargez les images MR dans le système de navigation dans leur format préféré (généralement DICOM ou NifTI).
  3. Parcourez les images RM et vérifiez les erreurs (par exemple, les points cardinaux flous, les perturbations du bruit ou les erreurs de placement dans la reconstruction du modèle 3D).
  4. Trouvez les points cardinaux (c’est-à-dire le milieu de la crête dans chaque lobe d’oreille et la nasion) dans les plans d’IRM axial, sagittal et coronal, marquez-les en appuyant sur la fonction de réticule dans les plans et choisissez l’endroit exact en cliquant sur le bouton gauche de la souris. Ensuite, appuyez sur le bouton « ajouter des points de repère » avec la souris.
  5. Insérer des parcellations des zones d’intérêt du cerveau (p. ex., localisées par d’autres méthodes fonctionnelles [MEG, IRMf, TEP] ou basées sur des bases de données ou des atlas d’IRM)21. Choisissez la fonction « image de superposition ».

2. Préparation à la neuronavigation

  1. Vérifiez que le sujet n’a pas d’objets métalliques (p. ex., boucles d’oreilles) dans la région de la tête et du cou, et assurez-vous qu’il n’y a pas de contre-indications absolues telles que des pinces métalliques intracrâniennes.
  2. Placez le sujet dans le fauteuil du patient. Ajustez la chaise de manière à ce que le sujet soit assis confortablement, avec le cou, les mains et les jambes détendus. Ajustez la hauteur de la chaise afin que l’opérateur puisse stimuler confortablement tout l’hémisphère étudié.
  3. Placez le tracker de tête de manière à ce qu’il soit stabilisé pendant la séance de stimulation (avec un autocollant ou une sangle) et n’empêche pas la bobine TMS d’être déplacée librement sur la tête, en particulier sur les zones tempoorales. Le tracker peut être situé légèrement à droite sur le front si l’hémisphère gauche est stimulé et vice versa si l’hémisphère droit est stimulé pour s’assurer que les zones du lobe frontal antérieur peuvent être stimulées.
  4. Co-enregistrez la tête du sujet sur le modèle de tête 3D reconstruit par IRM. Utilisez un stylo numérisant sur la tête du participant pour marquer les points cardinaux (nasion, points pré-auriculaires) qui ont été sélectionnés sur les IRM. Numérisez des points supplémentaires sur toute la surface du crâne pour réduire l’erreur d’enregistrement finale. Placez le stylet numérique sur chaque point mis en surbrillance sur le modèle de tête 3D et appuyez sur la pédale gauche lorsque le spot commence à clignoter sur l’écran du navigateur.
  5. Valider l’enregistrement, même si l’erreur globale est acceptable (inférieure à 4 mm). Touchez la tête du sujet avec la pointe du stylo numérisant. Vérifiez visuellement que le stylo se trouve à l’endroit analogue sur la surface du modèle basé sur l’IRM 3D. Si sa position ne correspond pas au point de l’IRM, répétez les étapes 2.1-2.4.
  6. Assurez-vous que le sujet et l’opérateur portent une protection auditive avant de commencer la stimulation.

3. Définition du point chaud et du seuil moteur pour la stimulation M1

  1. Pour déterminer le seuil moteur au repos (rMT), choisissez un muscle distal de la main (par exemple, l’abducteur pollicis brevis [APB]) de la main droite.
    NOTE. Le seuil moteur est utilisé pour définir l’intensité de stimulation initiale, qui peut être modifiée ultérieurement comme expliqué ci-dessous. Ainsi, n’importe quel muscle distal de la main peut être utilisé à cette fin.
  2. Placez une électrode de gel à usage unique (diamètre: ~30 mm) sur l’APB droit (le ventre du muscle) et une autre au milieu du pouce (tendon). Placez l’électrode de masse près du poignet (ou suivez les directives du fabricant).
  3. Connectez les électrodes à l’amplificateur d’électromyographie (EMG) et vérifiez que l’APB est au repos en observant le signal EMG continu. Changez la position de la main si le muscle enregistré ne peut pas être facilement détendu.
  4. Trouvez le point chaud cortical pour déterminer le seuil du moteur APB. À partir de la zone22 de la poignée du moteur, délivrez quelques impulsions TMS et continuez en déplaçant et en tournant la bobine jusqu’à ce que les potentiels évoqués du moteur APB (MEP) apparaissent.
    REMARQUE: Habituellement, les représentations motrices du pouce sont situées perpendiculairement à la paroi latérale de la poignée.
    1. Choisissez une intensité TMS qui évoque des MEP d’environ 200-500 μV. Optimisez l’emplacement et l’orientation de la bobine en modifiant légèrement son angle pour évoquer le maximum de MEP.
  5. Enregistrez l’emplacement optimal de la bobine dans le logiciel de neuronavigation en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le nombre d’impulsions correspondant au site du point chaud et en choisissant l’option de répétition du stimulus. Répétez les stimuli, et appliquez un algorithme de chasse automatiqueau seuil 23 en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le point chaud et en choisissant l’option de seuil moteur du logiciel de neuronavigation.
  6. Si ces options ne sont pas disponibles, appliquez la règle selon laquelle une impulsion TMS doit évoquer 10 MEP (≥50 μV) sur 20 essais24.

4. Dénomination de base des images

  1. Familiarisez le sujet avec les images avant la tâche de dénomination d’objetde base 11,12. Imprimez les images (ou montrez-les en format numérique) et laissez le sujet s’entraîner avant le début de la séance (le sujet pourrait également pratiquer à la maison).
    1. Utiliser des images couleur normalisées correctement normalisées (p. ex., de la Banque de stimuli normalisés25; Figure supplémentaire 1).
    2. N’utilisez que des images fréquemment vues dans un environnement quotidien, qui ont un nombre minimal de synonymes et qui ont un nombre élevé de noms.
  2. Si disponible, fixer un accéléromètre sur la peau au-dessus du larynx et des cordes vocales pour enregistrer le début de la parole, comme expliqué dans Vitikainen et coll.26.
  3. Montrez les images au sujet une par une et demandez-lui de nommer les images à haute voix sans stimulation.
    1. Présentez les images au sujet sur un écran placé à une distance de 0,5 à 1 m.
    2. Utilisez un temps d’affichage de 700 à 1 000 ms par image.
  4. Ajustez l’intervalle inter-images (IPI) pour rendre la tâche légèrement difficile pour chaque sujet (par exemple, commencez avec 2 500 ms et variez entre 1 500 et 4 000 ms).
    1. Si de nombreuses erreurs se produisent pendant la tâche de dénomination de base, augmentez l’IPI par pas de 200 à 300 ms. Si la tâche est trop facile, diminuez l’IPI par pas de 200 à 300 ms.
  5. Pour la séance de cartographie vocale avec nrTMS, omettez les images qui, au cours des tests de base, n’ont pas été formées adéquatement, pas nommées correctement, pas nommées clairement, pas articulées correctement, nommées avec retard ou hésitation, ou semblaient difficiles pour le sujet.
  6. Exécutez la tâche d’appellation de base trois fois et répétez les étapes 4.3 à 4.5 si les performances ne sont pas satisfaisantes.

5. Cartographie corticale de la parole

  1. Variez l’intensité de la stimulation en l’augmentant/diminuant par pas de 1% de la production du stimulateur afin que chaque zone cible reçoive le même champ électrique induit (champ E), tel que défini pour le rMT des muscles de la main au point chaud du moteur cortical de la main. Habituellement, des intensités plus élevées doivent être appliquées pour les cibles pariétales que pour les cibles frontotemporales afin d’atteindre des champs E corticaux similaires à ceux du point chaud rMT.
    1. Réduisez l’intensité lors de la stimulation de structures corticales situées plus près de la surface de la tête (champ E au-dessus du champ E rMT prédéfini).
  2. Vérifiez avant de commencer la stimulation que les valeurs du champ E induit sont approximativement similaires (avec une différence de 2-3 V / m) dans les différentes zones liées à la parole dans les deux hémisphères.
    1. Ajustez la profondeur corticale (profondeur de pelage) si nécessaire.
    2. Assurez-vous que le centre de la bobine n’est pas dans l’air.
  3. Commencez avec un intervalle image-TMS (PTI) par défaut de 300 ms, ou utilisez un PTI 0-400 ms ; un PTI supérieur à 150 ms est préféré pour optimiser le chevauchement de la stimulation avec le traitement du langage.
  4. Commencez avec cinq impulsions à une vitesse de stimulation de 5 Hz. Commencez par une zone corticale non liée au traitement de la parole afin que le sujet s’habitue à la sensation induite par la stimulation. Ensuite, déplacez la bobine vers les zones attendues liées à la parole.
  5. Gardez la bobine dans la même position jusqu’à ce que le train d’impulsions soit terminé et que la dénomination du sujet soit terminée.
  6. Concentrez-vous sur la performance du sujet comme décrit ci-dessous.
    1. Si aucune erreur n’est observée, passez au locus suivant.
    2. Si une erreur, ou même une hésitation, est observée, continuez à stimuler ce site pour deux ou trois trains nrTMS supplémentaires, puis passez à autre chose. Gardez le site à l’esprit pour une éventuelle re-stimulation ultérieure.
    3. Faites de petits ajustements de bobine lorsqu’une légère erreur est détectée (par exemple, une hésitation mineure ou une voix plus forte lors de la dénomination en raison d’un effort accru) pour provoquer des erreurs plus claires.
    4. Évitez de répéter la stimulation sur le même site pendant plus de cinq trains consécutifs. Continuez avec d’autres sites corticaux et revisitez le site plus tard.
    5. Si des erreurs répétées apparaissent à plusieurs endroits stimulés, soulevez la bobine dans l’air au-dessus du cuir chevelu et vérifiez si des erreurs se produisent encore.
    6. Si des erreurs persistent, faites une pause et attendez que la dénomination revienne à la normale.
      NOTE. Des erreurs de dénomination répétées non liées à la stimulation peuvent être fréquentes si des zones liées à la parole sont affectées par une tumeur ou une autre lésion.
    7. Stimulez par blocs de 7-10 min (maximum) en continu, et faites des pauses de 2-5 min entre les deux.
      REMARQUE: Les erreurs deviennent plus fréquentes avec de longues stimulations et si le sujet est fatigué.
  7. Stimuler toutes les zones anatomiques éventuellement connexes (p. ex., IFG, STG, SMG, gyri moyen temporel, précentral, postcentral et angulaire, et le cortex préfrontal) pour obtenir autant de réponses de contrôle que possible.
  8. Si possible et/ou cliniquement soutenu, stimuler les deux hémisphères. Stimuler soigneusement à l’intérieur et autour de la région tumorale ou de l’emplacement estimé de la lésion, même si ces régions n’appartiennent pas aux zones classiques liées à la parole (pour les patients atteints de tumeur et d’épilepsie).
    1. Étudier les zones corticales situées loin du site de la lésion afin d’identifier les changements spatiaux possibles dans les zones du langage dus aux changements plastiques ou à l’effet de masse, en particulier chez les patients présentant de grandes lésions.
  9. Réduire l’intensité de la SMT par pas de 2 % à 5 % de la sortie maximale du stimulateur si la cartographie induit de la douleur ou de l’inconfort.
  10. Arrêter la mesure si la douleur ou l’inconfort induit n’est pas toléré par le sujet.

6. Stratégie lorsqu’aucune erreur de dénomination ne se produit

  1. Mettez fin à la stimulation et modifiez les paramètres de stimulation.
  2. Réduisez l’IPI par pas de 200 ms par rapport à la valeur par défaut (par exemple, de 2 500 ms à 2 300 ms).
  3. Changez la fréquence de délivrance des impulsions de 5 Hz à 7 Hz. Modifier l’intervalle entre le début de l’image présentée et la SMTr (actuellement, il n’y a pas de consensus sur l’augmentation ou la diminution). Augmenter l’intensité de la stimulation (sans évoquer d’inconfort).

7. Analyse hors ligne des erreurs de nommage évoquées

  1. Collaborez avec un expert (p. ex., un neuropsychologue), qui devrait être présent de façon optimale dans la salle d’opération.
  2. Vérifiez les erreurs de dénomination évoquées en observant le positionnement de la bobine et les éventuelles interférences douloureuses des enregistrements vidéo.
  3. Classer les erreurs selon Corina et coll.27 (p. ex., anomie, paraphasie sémantique et phonologique, erreurs de performance).
    1. Si un type particulier d’erreur se répète dans la vidéo de base, ne le considérez pas comme une erreur lors de l’analyse des vidéos de la séance de stimulation.
  4. Si un objet porte le nom du train rTMS, considérez cela comme un retard ou une absence d’erreur ; Vérifiez également s’il y a une éventuelle gêne du sujet pendant l’administration du pouls.
  5. Si le sujet ne peut pas nommer un objet donné bien que la langue, les lèvres et les mâchoires bougent, notez une erreur de non-réponse.
  6. Si une image est nommée différemment à chaque session, ignorez-la.
  7. En cas de doute, contrôlez les performances du site de stimulation voisin ou l’effet de la stimulation de l’autre hémisphère avec la même image.

Representative Results

Un système de stimulation magnétique transcrânienne navigué avec écrans et caméras intégrés a été utilisé. La figure 1A-C met en évidence les différentes erreurs de dénomination évoquées par TMS dans un sujet au cours de la tâche à différents PTI (180 ms, 200 ms et 215 ms). L’effet de la synchronisation des impulsions TMS sur le nombre d’erreurs évoquées est évident. En d’autres termes, des changements de performance liés au TMS ont été détectés dans différentes zones à différentes ITF. Le nombre d’erreurs variait en fonction du moment des impulsions TMS, même sur les mêmes sites corticaux, conformément aux études MEG démontrant la variation du moment de l’activation dans différentes zones corticales liées à la parole28. Une comparaison des résultats entre la cartographie extraopératoire de la MDD et la SMTnr avec un PTI fixe à 300 ms chez un patient atteint d’épilepsie réfractaire est présentée à la Figure 2. Les données proviennent d’une publication antérieure portant sur l’épilepsie29.

Figure 1
Figure 1 : Résultats d’un SCM nrTMS illustré sur un modèle 3D basé sur l’IRM d’un volontaire en bonne santé. (A) PTI de 180 ms. (B) PTI de 200 ms. (C) PTI de 215ms. En plus des principales zones liées à la parole, la zone motrice pré-supplémentaire (pré-SMA) a été stimulée comme décrit dans le protocole (étape 5.7). La plupart des erreurs ont été évoquées dans les aires classiques de la parole (IFG, STG, SMG), mais aussi le long du chemin reliant le pré-SMA et l’aire de Broca (les points verts proches de la ligne médiane en A et B). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Comparaison des résultats entre la cartographie extraopératoire de la MDD et la SMTnr avec un PTI fixe à 300 ms chez un patient atteint d’épilepsie réfractaire. (A) Cartographie de grille extraopératoire à l’âge de 13 ans. Les sphères jaunes représentent toutes les électrodes du cortex. Les sites de stimulation des électrodes (2-5 mA) qui induisent des réponses motrices de la main et de la bouche (cercles verts), l’arrêt de dénomination (anomie; cercles rouges) et l’interruption de la répétition de phrases (cercles roses) sont montrés. (B) SMC nrTMS du même patient à l’âge de 15 ans. Les sites des anomies induites par la SMTn (points rouges), des paraphasies sémantiques et phonologiques (points jaunes) et des hésitations (points blancs) sont indiqués. Les zones avec une induction d’erreur hautement reproductible et fiable sont encerclées. Les données de cette image proviennent de l’étude de Lehtinen et al.29. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure supplémentaire 1 : Exemples d’images présentées dans l’expérience nrTMS SCM (entre parenthèses en finnois). a) Cintre (Henkari). b) Ciseaux (Sakset). c) fraise (mansikka). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Ici, un protocole est présenté pour nrTMS SCM, qui permet une cartographie corticale non invasive pratiquement complète des hubs les plus importants du réseau de la parole et du langage. Son principal avantage est qu’il peut simuler de manière non invasive la cartographie de la MDD lors de la craniotomie éveillée30 ou extraopératoire29 (voir Figure 2). De plus, il peut être appliqué aux études de réseaux corticaux du langage dans des populations saines31 et chez des patients atteints de maladies qui ne se prêtent pas à la chirurgie32. La SMTn pour la MCS peut également être appliquée à l’élaboration de stratégies de neuroréadaptation telles que la sélection de cibles (p. ex. après un AVC). L’induction de la plasticité dans les représentations corticales liées à la parole par la MDD avant la chirurgie a été étudiée33 pour augmenter l’étendue de la résection34. Les possibilités de MCS nrTMS dans de telles études devraient être examinées.

Dans les résultats actuels, une zone relativement vaste, y compris les zones classiques liées à la parole et la pré-SMA, a été stimulée à plusieurs reprises à trois PTI différents. Chaque ITP a montré une sensibilité et une spécificité différentes aux erreurs, mais a également démontré la variabilité de réponse bien connue dans les stimulations cérébrales non invasives35. La plupart des erreurs ont été induites par la stimulation de l’IFG, du STG, du pré-SMA et le long du tractus oblique frontal36. Cela met en évidence la puissance de nrTMS SCM; plus précisément, par rapport à la MDD, la stimulation peut être ciblée de manière assez flexible sur plusieurs domaines. Nous avons observé que changer le PTI et enregistrer de nombreuses sessions n’accélère pas clairement les temps de réaction26,29, ce qui serait associé à un effet d’apprentissage.

Le protocole met en évidence différents paramètres qui peuvent affecter la précision de nrTMS SCM. Les résultats peuvent être sensibles aux choix faits par l’opérateur TMS ; Le présent document vise à fournir une ligne directrice standard avec des paramètres de stimulation bien testés. La spécificité élevée résulte d’un choix approprié de plusieurs paramètres différents, y compris l’ISI, le PTI, l’emplacement de la bobine et la fréquence rTMS. Ces paramètres affectent la spécificité des erreurs induites, qui reflètent les fonctions dans les zones corticales sous-jacentes; La sélection des paramètres doit être basée sur les connaissances actuelles sur la neurobiologie du langage.

Les images pour la tâche de dénomination doivent être sélectionnées de manière à ne pas induire de dénomination erronée par elles-mêmes (Figure supplémentaire 1). Ici, les images ont été choisies à partir d’une banque d’images standardisée et contrôlées pour divers paramètres de nommage25,37. Par exemple, le pool d’images a été limité à des éléments d’une complexité et d’une fréquence similaires dans l’utilisation quotidienne, ainsi qu’à un accord de nom élevé. Le choix des images peut varier en fonction des besoins de chaque centre chirurgical38, de la population étudiée39, de la langue maternelle du sujet testé 40,41 et de la tâche utilisée42. Comme présenté dans le protocole, la sélection de l’image de base est finalement individualisée pour chaque sujet, car la dénomination sur place est subjective.

La fréquence de stimulation doit être définie individuellement, car elle peut déterminer la distribution des erreurs lors de la stimulation cérébrale magnétique transcrâniennenaviguée 43. Le choix présenté, 4-8 Hz, est basé sur les travaux de SMTr d’Epstein et al.44. La fréquence de stimulation initiale est réglée sur 5 Hz. Si aucune erreur n’est détectée, la fréquence de stimulation est augmentée à 7 Hz. Des fréquences plus élevées peuvent réduire la douleur induite par la SMTn et augmenter la spécificité des erreurs de dénomination45. Les fréquences plus élevées ont également l’avantage de limiter les impulsions à un intervalle de temps court et plus spécifique. Elles peuvent toutefois affecter des fonctions liées, par exemple, à l’exécution motrice de la parole44,46, qui ne sont pas la cible principale du présent protocole.

Il est recommandé de faire varier le PTI entre 150 et 400 ms. Il s’agit d’une fenêtre de temps importante pour la récupération de mots pendant la tâche de dénominationd’objet 28,47. Le protocole vise la spécificité de la parole en évitant l’interférence du traitement visuel de base, qui se produit pendant les 150 premières ms après la présentation de l’image et peut affecter la dénomination des objets, mais n’est pas liée à la production de la parole. La limite supérieure recommandée pour le PTI est basée sur les latences de réponse typiques dans la dénomination des images chez le même sujet28,48, et on peut s’attendre à une variation individuelle des valeurs optimales entre les sujets (voir la figure 1). La sélection de l’ITP devrait idéalement être basée sur des mesures personnalisées, bien que cela puisse être exigeant sur le plan logistique dans un contexte clinique. Les protocoles de l’hôpital universitaire d’Helsinki commencent généralement par un PTI de 300 ms. Il peut également être utile de modifier le PTI en fonction de la zone stimulée12,13,49, comme indiqué par plusieurs études linguistiques28,47,50. Néanmoins, les ITP en dehors de la fenêtre susmentionnée peuvent également induire des erreurs de dénomination utiles pour l’évaluation préchirurgicale (pour une étude comparative, voir Krieg et al.49 utilisant des PTI de 0 à 300 ms).

Le réseau de la parole corticale est répandu et varie d’un individu à l’autre, en particulier chez les patients atteints de tumeurs et d’épilepsie29,30,39. La nrTMS induit des troubles du langage avec une grande variabilité entre les individus, analogues à celles observées lors des stimulations de craniotomie éveillée27,51. Les informations obtenues à partir de l’IRMf50, du DTI 52,53,54 et du MEG 55 peuvent orienter l’utilisateur de la SMTn et aboutir à une procédure adaptée à chaque individu et donc plus spécifique et précise. L’objectif de la GDS nrTMS est d’augmenter la spécificité, de réduire le nombre de non-répondants, de guider le SCD de manière fiable ou de le remplacer lorsque les ressources et les conditions ne permettent pas à une équipe d’experts hautement spécialisés de l’exécuter. À l’avenir, la SMT multilocus (mTMS) pourrait être appliquée dans la procédure pour stimuler différentes parties du cortex sans déplacer physiquement la bobine de stimulation56.

Le présent protocole peut être réalisé avec plusieurs types de tâches de nommage42,57 ou d’autres tâches cognitives (calculs, prise de décision, etc.) 58. L’enregistrement vidéo peut révéler des caractéristiques cruciales de l’exécution de la tâche (p. ex., des grimaces du sujet indiquant qu’aucun arrêt moteur de la parole n’est induit) qui peuvent passer inaperçues pendant la stimulation. La configuration permet également d’interroger le sujet sur les expériences et les sensations induites par la nrTMS en visionnant conjointement l’enregistrement vidéo. Cela peut aider à distinguer les erreurs induites par la douleur des effets réels de la SMTnr. Enfin, le protocole peut être facilement modifié pour différents groupes de sujets (p. ex., les personnes bilingues31) et pour répondre aux besoins de chaque équipe chirurgicale ou de recherche.

Disclosures

P.L. a été consultant pour Nexstim Ltd. pour la cartographie corticale motrice et vocale.

Acknowledgments

Pantelis Lioumis a bénéficié d’une subvention HUS VTR (TYH2022224), Salla Autti de la Fondation Päivikki et Sakari Sohlberg et Hanna Renvall de la Fondation Paulo et de l’Académie de Finlande (subvention 321460).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Neurology surface electrodes Ambu A/S Ambu Neuroline Ground
Neurology surface electrodes Ambu A/S Ambu Neuroline 720
Off-line speech error analyzer Nexstim Ltd NexSpeech 2.1.0
Single patient surface electrode Ambu A/S Ambu Neuroline 700
Stimulator Nexstim Ltd NBS 4.3

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Ce mois-ci dans JoVE numéro 193
Plan d’étude pour la stimulation magnétique transcrânienne répétitive naviguée pour la cartographie corticale de la parole
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Lioumis, P., Autti, S., Wilenius,… More

Lioumis, P., Autti, S., Wilenius, J., Vaalto, S., Lehtinen, H., Laakso, A., Kirveskari, E., Mäkelä, J. P., Liljeström, M., Renvall, H. Study Design for Navigated Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Speech Cortical Mapping. J. Vis. Exp. (193), e64492, doi:10.3791/64492 (2023).

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