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Der auditive Kortex bezieht sich auf die Verarbeitung von Geräuschen, die die Grundlage der Sprach- oder Musikverarbeitung bilden1. Trotz erheblicher Fortschritte in jüngster Zeit sind die funktionellen Eigenschaften und die Lateralisierung des menschlichen auditorischen Kortex jedoch noch lange nicht vollständig verstanden. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Technik, die die kortikale Erregbarkeit durch die Anwendung lokalisierter Magnetfeldimpulse vorübergehend oder dauerhaft modulieren kann und eine einzigartige Methode zur Erforschung von Plastizität und Konnektivität darstellt. Es wird erst vor kurzem angewendet, um die Funktion der auditorischen Kortikalis zu verstehen 2.
Ein wichtiges Problem bei der Verwendung von TMS ist, dass die physiologischen Konsequenzen der Stimulation schwer zu ermitteln sind. Obwohl viele TMS-Studien implizit davon ausgehen, dass der Bereich, auf den die Spirale abzielt, der betroffene Bereich ist, muss dies nicht der Fall sein, insbesondere bei komplexen kognitiven Funktionen, die von Interaktionen zwischen vielen Gehirnregionen abhängen 3. Eine Lösung für dieses Problem ist die Kombination der TMS mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT). Die Idee dahinter ist, dass die fMRT einen Index der Veränderungen der Gehirnaktivität im Zusammenhang mit TMS liefert. Somit würde die fMRT ein unabhängiges Mittel zur Beurteilung bieten, welche Bereiche von TMS betroffen sind und wie sie moduliert werden 4. Darüber hinaus ermöglicht die fMRT die Beurteilung der funktionellen Konnektivität, die ein Maß für die zeitliche Kopplung zwischen entfernten Regionen darstellt. Es kann daher nützlich sein, nicht nur die durch TMS induzierte Modulation der Nettoaktivität an bestimmten Orten zu messen, sondern auch das Ausmaß, in dem die Netzwerkeigenschaften durch TMS beeinflusst werden, und zwar über alle beobachteten Änderungen der funktionalen Konnektivität.
Es gibt verschiedene Ansätze, um TMS und funktionelle Bildgebung entsprechend der zeitlichen Reihenfolge der Methoden zu kombinieren. Die funktionelle MRT kann vor, während, nach oder sowohl vor als auch nach der TMS angewendet werden. In jüngster Zeit haben einige Studien TMS und fMRT miteinander verschachtelt, um eine Online-Kartierung der durch TMS 5-7 induzierten funktionellen Veränderungen zu ermöglichen. Diese Online-Kombination birgt jedoch viele technische Probleme, einschließlich der statischen Artefakte, die sich aus dem Vorhandensein der TMS-Spule im Scannerraum ergeben, oder der Auswirkungen von TMS-Impulsen auf den Prozess der MRT-Bildentstehung. Noch wichtiger ist jedoch, dass das laute akustische Rauschen, das durch TMS induziert wird (erhöht im Vergleich zum Standardgebrauch aufgrund der Resonanz der Scannerbohrung) und die erhöhten TMS-Spulenschwingungen (verursacht durch die starken mechanischen Kräfte aufgrund des statischen Magnetfelds des MRT-Scanners) ein entscheidendes Problem bei der Untersuchung der auditiven Verarbeitung darstellen.
Dies ist ein Grund, warum fMRT in der vorliegenden Studie vor und nach der TMS durchgeführt wurde. Ähnliche Ansätze wurden verwendet, um den motorischen Kortex 8,9, den prämotorischen Kortex 10, den primären somatosensorischen Kortex 11,12 und sprachbezogene Areale 13 ins Visier zu nehmen, aber bisher hat keine kombinierte TMS-fMRT-Studie den auditorischen Kortex untersucht. Der Zweck dieses Artikels ist es, Details über das Protokoll und die Überlegungen zu liefern, die notwendig sind, um diese beiden neurowissenschaftlichen Werkzeuge erfolgreich zu kombinieren, um die auditive Verarbeitung zu untersuchen.
Zuvor haben wir gezeigt, dass repetitive TMS (rTMS) bei hohen und niedrigen Frequenzen (bzw. 10 Hz und 1 Hz) über den auditorischen Kortex in einer Melodieunterscheidungsaufgabe 2 angewendet wird. Wir zeigten auch, dass die RT-Modulation mit der funktionellen Konnektivität im auditorischen Netzwerk korrelierte, die mittels fMRT erfasst wurde: Je höher die funktionelle Konnektivität zwischen linker und rechter auditorischer Kortex während der Aufgabenausführung war, desto höher war der mit rTMS beobachtete facilitatorische Effekt (d.h. verringerte RT). Diese Befunde waren jedoch hauptsächlich korreliert, da die fMRT vor der rTMS durchgeführt wurde. Hier wurde eine fMRT vor und unmittelbar nach der TMS durchgeführt, um direkte Messungen der funktionellen Organisation des auditorischen Kortex und insbesondere der plastischen Reorganisation des auditorischen neuronalen Netzwerks nach der neuronalen Intervention durch TMS zu liefern.
Kombinierte fMRT und TMS, die über den auditorischen Kortex angewendet werden, sollten ein besseres Verständnis der Gehirnmechanismen der auditiven Verarbeitung ermöglichen und physiologische Informationen über funktionelle Effekte von TMS liefern. Dieses Wissen könnte für viele Anwendungen in den kognitiven Neurowissenschaften sowie für die Optimierung der therapeutischen Anwendungen von TMS, insbesondere bei auditiven Störungen, nützlich sein.