الجمع بين التنشيط المغناطيسي عبر الجمجمة والرنين المغناطيسي الوظيفي لدراسة وضع الشبكة الافتراضية

الهدف العام من هذا الإجراء هو تعديل الاستثارة القشرية باستخدام التحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة، ثم فحص هذه التأثيرات على تنشيط شبكة الوضع الافتراضي في الدماغ باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق الحصول على مسح تشريحي أساسي للشخص الخاضع للتجربة، والذي يمكن استخدامه لاستهداف موقع التحفيز القشري. وتتمثل الخطوة الثانية من الإجراء في إجراء عدة جولات من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة قبل عملية التحفيز.

تتمثل الخطوة الثالثة من الإجراء في تطبيق TMS على الهدف القشري المختار باستخدام معايير تحفيز تم اختيارها لتأثيراتها التعديلية. وتتمثل الخطوة النهائية من الإجراء في الحصول مجدداً على عدة جولات من التصوير الوظيفي. وفي النهاية، يمكن الحصول على نتائج تظهر التغيرات التي أحدثها TMS في تنشيط الشبكة الافتراضية من خلال تحليل التصوير المعتمد على مستوى أكسجين الدم.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنةً بالتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FMRI) وحده في أنه يمكننا باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) تعديل منطقة واحدة لمراقبة ديناميكيات الشبكة. ويمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة جوهرية في مجال العلوم العصبية الإدراكية؛ فهي لا تكتفي بتوضيح التفاعلات داخل شبكة سكون معينة بشكل أفضل، مثل الشبكة الوضعية الافتراضية (default network)، بل يمكنها أيضاً مساعدتنا في فهم التفاعلات بين الشبكة الوضعية الافتراضية وشبكات حالة السكون الأخرى بشكل أدق.

قبل عدة أيام من تجارب التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) والتصوير الوظيفي الفعلية، اطلب من الخاضع للتجربة الحضور إلى جهاز المسح لإجراء مسح تشريحي أساسي سيُستخدم للملاحة العصبية أثناء إجراء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة. ابدأ بجعل الخاضع للتجربة يكمل.

جميع الأوراق اللازمة، بما في ذلك نموذج الموافقة على البحث وأي مستندات أخرى خاصة بالدراسة. قم بتضمين نموذج فحص قياسي للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ومراجعته للتأكد من عدم وجود أي موانع لإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي، مثل الدعامات أو مشابك تمدد الأوعية الدموية. كما يجب استغلال هذه الفرصة لإجراء فحص مسبق للمشارك للتأكد من ملاءمته للتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) وشرح تفاصيل التجربة.

بعد ذلك، اصحب الشخص الخاضع للفحص إلى الماسح الضوئي وقم بتثبيته على سرير الفحص. يجب إجراء مسح 3D SPGR MP rage بوزن T1 أو مسح مماثل، مع ضبط مجال الرؤية ليشمل الرأس بأكمله، بما في ذلك الأذنين والأنف وفروة الرأس. ويُوصى بأن يكون سمك الشريحة حوالي 1 mm.

قم بتحميل هذا المسح الضوئي في حزمة برمجيات التوجيه المجسم غير المؤطرة التي ستُستخدم للملاحة العصبية أثناء إجراء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS)، واستخدم هذا البرنامج لتحديد إحداثيات التحفيز واستهدافها. في هذه التجربة، سنقوم باستهداف الفص الجداري السفلي الأيسر كما هو موضح هنا في يوم التجربة. ضع في اعتبارك أن تأثيرات التعديل العصبي للتحفيز المغناطيسي المتكرر عبر الجمجمة (RTMS) هي تأثيرات عابرة، وأن التوقيت يمثل عاملاً جوهرياً عند إجراء تجارب تجمع بين التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).

لذلك، يجب اتخاذ الخطوات التالية لضمان الانتقال في الوقت المناسب بين الخطوات التجريبية. أولاً، ضع جهاز TMS محمولاً في غرفة مجاورة لمنطقة المسح أو أقرب ما يمكن منها. في هذه التجربة، تم إعداد النظام في جناح المراقبة المجاور لجهاز المسح.

ومع ذلك، تأكد من بقاء جميع المعدات غير المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي خارج خط الخمسة أمتار في جميع الأوقات. ثانيًا، تأكد من تحميل صور الرنين المغناطيسي التشريحية التي تم الحصول عليها مسبقًا وتحديد أهدافها للمشاركين في حزمة برمجيات التوجيه المجسم، وأنها جاهزة للاستخدام أثناء إجراء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). وأخيرًا، قم بتوصيل معدات التوجيه المجسم بملف التحفيز، وقم بمعايرة الملف باستخدام حزمة البرمجيات المختارة.

توجد هنا مجموعة من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المجهزة لمحاذاة مركزية الملف. بمجرد اكتمال الإعداد التجريبي، قم بتحضير الشخص الخاضع للفحص للتصوير بالرنين المغناطيسي من خلال إعادة فحص معايير السلامة الخاصة بالرنين المغناطيسي، واطلب منه إزالة جميع القطع المعدنية والتأكد من استخدامه للمرحاض. اصطحب الشخص إلى غرفة الماسح وقم بتوضيعه بشكل مريح على سرير الماسح، مع توفير دعم للظهر والرقبة حسب الحاجة لضمان الراحة.

أثناء عمليات المسح، قم بتوصيل ملف الرأس واستخدم الحشوات الرغوية حول رأس الخاضع للفحص لتقليل تشوهات حركة الرأس. قم بإجراء عمليات مسح التحديد (LOCALIZER) ومسح أولي ومسح تشريحي. بعد ذلك، قم بإجراء ثلاث جولات تجريبية وظيفية مدة كل منها ست دقائق.

نقترح المعلمات التالية: التصوير بالصدى المستوي (echo planar imaging) مع زمن تكرار (TR) قدره 2.5 ثانية، وحجم فوكسل 3 ملم، ومجال رؤية يشمل الدماغ كاملاً. خلال كل عملية تشغيل، يتم عرض نقطة تثبيت في مجال الرؤية المركزي للمشارك، ويُطلب من المشارك الاسترخاء والتحديق فيها بسلبية. وتعتبر مهمة تثبيت بسيطة كهذه مناسبة لفحص تنشيط الشبكة الافتراضية.

بمجرد اكتمال جلسة المسح الوظيفي الأولية، ساعد الشخص الخاضع للتجربة على الخروج من الماسح الضوئي واجعله يجلس بشكل مريح على كرسي بجوار إعدادات جهاز TMS. قدم سدادات أذن لحماية السمع أثناء التحفيز.

بعد ذلك، قم بتعريف المفحوص على جهاز TMS وملف التحفيز. قم بتفريغ بضع نبضات بالقرب من رأس المفحوص ليعتاد على صوت النقر المرتفع، وفرغ نبضة فوق اليد حتى يتمكن من الشعور بإحساس النقر الذي تحدثه. الآن، أنت مستعد لمعايرة رأس المفحوص باستخدام معدات التثبيت المجسم (stereo taxi).

أولاً، ضع جهاز تتبع بالأشعة تحت الحمراء على رأس الخاضع للتجربة هنا. تُستخدم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء لتسجيل عدة علامات تشريحية، بما في ذلك كلتا الأذنين والأنف والنازيون (nasion). يتم تسجيل هذه العلامات بواسطة حزمة برمجيات التوجيه المجسم (stereotactic software) بحيث يتم تسجيل المسح التشريحي الذي تم الحصول عليه مسبقاً بشكل مشترك مع رأس الخاضع للتجربة.

بعد ذلك، حدد عتبة التحفيز الحركي في حالة الراحة للمشارك. بالنسبة لهذا البروتوكول، استخدم نبضات فردية فوق القشرة الحركية الأولية كما هو موضح هنا، وحرك الملف حول المنطقة وقم بتعديل شدة التحفيز حتى تجد المنطقة التي تثير أربع تقلصات عضلية من أصل ثماني في اليد المقابلة. وأخيراً، اضبط شدة جهاز TMS ومعاييره وفقاً لتلك التي سيتم استخدامها أثناء التحفيز.

في هذه التجربة، يُستخدم تحفيز بتردد 20 hertz عند 110% من عتبة التحفيز الحركي (motor threshold)، مع نمط تحفيز يتكون من سلاسل مدتها ثانيتان وفترات راحة مدتها 28 second، وهو ما ثبت أنه يزيد من الاستثارة القشرية. وفي التجارب المستقبلية، يمكن استخدام تحفيز بتردد one hertz لاستكشاف التأثيرات التثبيطية. نحن الآن مستعدون لبدء جزء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) من التجربة، لذا، تأكد مرة أخرى من أن الشخص الخاضع للتجربة في حالة مريحة ومستعد للعودة مباشرة إلى جهاز الماسح الضوئي.

بعد جلسة الـ TMS. قبل البدء بالتحفيز، أمسك الملف بشكل مماس لفروة الرأس واستخدم معدات الرنح المجسمة (stereo ataxia) وشاشة البرنامج لتحديد واستهداف موقع التحفيز القشري الذي تم تحديده مسبقاً للمشارك، ثم قم بتشغيل نظام التبريد الخاص بالجهاز. والآن، مع تثبيت الملف فوق الهدف القشري، ابدأ عملية التحفيز.

يتم إجراء 45 سلسلة تحفيز وفقاً للمعاملات المحددة مسبقاً، بمعدل ثانيتين لكل سلسلة. مع فترات استراحة مدتها 28 ثانية، يجب أن يصل إجمالي وقت التحفيز إلى 23 دقيقة. فور الانتهاء من التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS)، تأكد من إعادة الخاضع للتجربة إلى سرير الماسح في أسرع وقت ممكن، وابدأ جلسة التصوير الوظيفي النهائية لضمان تقليل آثار الـ TMS المؤقتة. قلل عدد وطول عمليات المسح الموضعية (localizer scans) إلى الحد الأدنى لضمان إمكانية بدء عمليات التشغيل الوظيفي. استخدم بسرعة نفس معاملات التصوير المستخدمة في عمليات المسح الأولية، والتي تتكون من ثلاث عمليات تشغيل مدة كل منها ست دقائق من التثبيت السلبي باستخدام نفس نموذج التثبيت.

بمجرد اكتمال جميع عمليات التصوير الوظيفي، احصل على مسح تشريحي نهائي عالي الدقة باستخدام نفس معايير التصوير المستخدمة في الجلسات التي تم الحصول عليها مسبقاً. وأخيراً، ساعد الشخص الخاضع للفحص في الخروج من الماسح الضوئي. تأكد من نقل وأرشفة جميع بيانات التصوير وشكر الشخص الخاضع للفحص على مشاركته.

بمجرد الحصول على البيانات لما لا يقل عن 15 شخصاً، استخدم حزمة معالجة FMRI التي تفضلها للمعالجة اللاحقة للصور والتحليل اللاحق لمتعدد الأشخاص؛ وتظهر هنا النتائج التمثيلية لتحفيز بتردد 20 hertz للفص الجداري السفلي الأيسر. وعلى الرغم من أن تحفيز TMS بتردد 20 hertz يسهل الاستثارة المحلية، إلا أن البيانات تظهر أنه يقلل من الاتصال الوظيفي ضمن الشبكة الافتراضية. عند محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر نقل الشخص بأسرع ما يمكن بعد التحفيز إلى الماسح الضوئي بحيث يمكن تصوير التأثيرات العابرة لـ RTMS.

يمكننا أيضاً تعديل معايير تحفيز TMS. فعلى سبيل المثال، يمكننا زيادة شدة جهاز TMS لتقييم ما إذا كان التأثير على الشبكة الافتراضية تأثيراً بارامترياً. كما يمكننا تجربة استخدام تحفيز theta burst.

أخيراً، يمكننا رؤية تأثيرات TMS من خلال إجراء أنواع مختلفة من تصميمات MRI بعد TMS، مثل التصميمات الكتلية (block designs) أو التصميمات المرتبطة بالحدث (event related designs)، وذلك أثناء أداء مهمة معرفية.