Kartierung der Nachwirkungen der Theta Burst Stimulation auf das menschliche Gehör Cortex mit Functional Imaging

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, funktionelle Bildgebung des Gehirns mit transkranieller Magnetstimulation zu kombinieren, um den auditorischen Kortex zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein funktionaler Mr.Localizer ausgeführt wird, um das Netzwerk zu identifizieren, das mit einer auditiven Aufgabe verbunden ist. Zweitens, definieren Sie das Stimulationsziel basierend auf den Daten des funktionellen Mr.Localizer.

Führen Sie anschließend einen funktionellen MRT-Scan durch, um die Aktivität im auditorischen Kortex vor der Stimulation zu messen. Verwenden Sie dann die NEURONAVIGATION-Tools, um die TMS-Spule relativ zur individuellen Anatomie und Funktion des Teilnehmers zu positionieren. Dies geschieht, während das Motiv auf dem Scannerbett liegt.

Um zu vermeiden, dass der Teilnehmer aus dem Scannerraum hin und her geschoben wird, besteht der letzte Schritt darin, den Teilnehmer so schnell wie möglich wieder in die Scannerbohrung zu schieben und die FMRI-Erfassung zu starten. Letztendlich kann FMRI TMS-induzierte Effekte abbilden. Die Daten zeigten, dass es nach der TMS zu einer funktionellen Reorganisation im auditorischen Netzwerk kommt.

TMS ist ein einzigartiges Werkzeug, um kausale Zusammenhänge zwischen bestimmten Hirnarealen und kognitiven Funktionen zu untersuchen. Die Interpretation ist jedoch begrenzt, aber es fehlen Informationen über den Ort und die Art der durch TMS induzierten Veränderungen der Gehirnaktivität. Aus diesem Grund haben wir uns entschieden, TMS mit funktioneller Bildgebung zu kombinieren, um die durch TMS induzierten funktionellen Veränderungen zu bestimmen.

Der Unterschied zwischen unserer Studie und früheren Studien besteht darin, dass wir die TMS im Scannerraum im Standard-Offline-TMS und FMI durchführen. Der Teilnehmer muss den MRT-Raum verlassen, in einen anderen Raum gehen, um TMS zu erhalten, und dann so schnell wie möglich zurückkommen. Für die zweite FMRI-Sitzung kann dieses Hin und Her die Lebensfähigkeit der Gehirnveränderungen erhöhen und von TMS in unserem Protokoll verwendet werden.

Die Kopfposition bleibt relativ stabil, was zu einer höheren Genauigkeit beim Vergleich von Vor- und Nach-FM-RI-Daten führen kann. Darüber hinaus werden das TMS und die verwendeten Effekte schneller abgebildet. Dieses Protokoll ist in eine zweitägige Sitzung unterteilt.

Der erste Tag besteht aus einer FMRI LOCALIZER-Sitzung mit einem anatomischen und einem funktionellen Scan, um die Bereiche zu definieren, die mit TMS angesprochen werden sollen. Der zweite Tag besteht aus FMRI-Sitzungen, sowohl vor als auch nach der TMS am ersten Tag üben die Teilnehmer die Melodieunterscheidungsaufgabe außerhalb des Scanners. In dieser Aufgabe gibt das Subjekt an, ob zwei aufeinanderfolgende Melodien mit fünf Noten gleich oder unterschiedlich sind.

Eine nicht-diskriminierende auditive Kontrollaufgabe ist ebenfalls enthalten, bei der der Proband gleich lange Muster von fünf Tönen hört, alle in der gleichen Tonhöhe von C fünf, und nach dem zweiten Ton einen Knopf drückt. Beginnen Sie als Nächstes die MRT-Sitzung, indem Sie ein hochauflösendes MRT aufnehmen. Anatomisches Bild. Nehmen Sie dann funktionale Bilder mit einer Gradientenecho-EPI-Pulssequenz und einem Sparse-Sampling-Paradigma auf, um auffällige Effekte oder auditive Maskierungen aufgrund von MRT-Scans zu minimieren.

Geräusch nach Abschluss des Scanvorgangs. Definieren Sie die Stimulationsstelle des Subjekts anhand anatomischer und funktioneller Orientierungspunkte. Beachten Sie, dass die TMS aufgrund der Abschwächung der elektrischen Feldstärke und -tiefe in Bezug auf die Tiefe der Stimulationsstelle begrenzt ist und nicht erwarten kann, Bereiche zu erreichen, die tiefer als drei Zentimeter sind.

Es ist wichtig, für jeden Teilnehmer ähnliche Orientierungspunkte zu verwenden, trotz der Unterschiede in Anatomie und Funktion zwischen den Individuen. Verwenden Sie daher anatomische Orientierungspunkte, um den Gyrus Heschel zu lokalisieren, wie er durch die strukturellen Atlasmasken von Harvard Oxford definiert ist. Die Maske ist hier in grün dargestellt und definierte dann das TMS-Ziel, indem sie den Aktivierungsgipfel innerhalb des Heschel-Gyrus fand, der hier durch den blauen Punkt dargestellt ist.

Lokalisieren Sie den Scheitelpunkt auch als einen Ort, an dem unspezifische Effekte von TMS wie akustische und somatosensorische Artefakte kontrolliert werden können. Dies ist anatomisch definiert als ein Punkt auf halbem Weg zwischen dem Inion und dem Nasenrücken und in gleichem Abstand zu den rechten und linken inneren Kerben. Beachten Sie, dass die Reihenfolge des Sehvermögens der Stimulation bei den Individuen ausgeglichen sein sollte.

Am Tag des TMS-Experiments. Richten Sie alle Geräte ein. Angefangen beim rahmenlosen Stereo-Taxisystem.

Das Computersystem muss außerhalb des Scannerraums neben der Tür positioniert werden, die während der TMS-Anwendung geöffnet ist. Die Registrierungstools und Tracker des Systems sind MR-kompatibel, ebenso wie ein Mehrgelenkarm. Die hier verwendete Infrarotkamera ist nicht MRT-fähig und muss daher zwei Meter vom Scannerbett entfernt im Scannerraum in der Nähe der Scannertür positioniert werden.

Das TMS-Stimulatorsystem sollte sich in einem Raum befinden, der an den MRT-Scannerraum angrenzt. Im Scannerraum wird eine MRT-kompatible TMS-Spule verwendet, die über ein sieben Meter langes Kabel über eine HF-Filterröhre mit dem TMS-System verbunden ist, die anatomischen und funktionellen Bilder des Teilnehmers und die Stimulationsziele in das stereotaktische Softwarepaket einspeisen. Hier zielen wir auf den rechten Heschel-Gyrus des Teilnehmers ab, bevor wir mit dem Scan beginnen.

Lassen Sie den Probanden ein MRT-Screening-Formular ausfüllen und entfernen Sie sämtliches Metall. Beginnen Sie dann die MRT-Erfassung mit anatomischen und funktionellen Scans, die mit denen in der Lokalisierungssitzung identisch sind. Schieben Sie als Nächstes das Scannerbett heraus und halten Sie die Körperplattform während der gesamten TMS-Sitzung angehoben.

Entfernen Sie die obere Mr.Head-Spule und befestigen Sie das Kopfband und den Tracker am Kopf des Teilnehmers, montieren Sie den Mehrgelenkarm am Scannerbett. Befestigen Sie dann die MR-kompatible TMS-Spule am Arm. Vergewissern Sie sich, dass sich alle Tracker und die Spule im Sichtfeld der Kamera befinden Hier.

Die Kamera befindet sich leicht auf der rechten Seite des Teilnehmers, um eine leichtere Verfolgung der Spulenverschiebung zu ermöglichen. Wenn Sie auf die rechte Hemisphäre abzielen, kalibrieren Sie den Kopf Ihres Motivs mit den Stereo-Taxi-Tools, registrieren Sie die Nasenspitze, den Nas und den Tragus beider Ohren mit den gleichen Orientierungspunkten in den anatomischen Daten. Dafür werden zwei Experimentatoren benötigt.

Schritt eins am Kopf des Teilnehmers und am Computer, um die Registrierung auf dem Computer durchzuführen. In der nächsten Position befindet sich die MR-kompatible TMS-Spule tangential zur Kopfhaut, wobei die Spulentracker auf die Infrarotkamera gerichtet sind. Die Spule sollte so ausgerichtet sein, dass der Griff nach hinten und parallel zur Mittellinie zeigt.

Fixieren Sie die Spulenposition mit den Schrauben am Mehrgelenkarm. Schalten Sie nun das TMS-System ein und beginnen Sie mit der Stimulation. Die TMS sollte nach einem festgelegten Protokoll angewendet werden, wie z. B. einer kontinuierlichen Theta-Geburtsstimulation, die aus drei Impulsen bei 50 Hertz besteht, die 40 Sekunden lang mit fünf Hertz wiederholt werden.

Es wurde gezeigt, dass dieses Protokoll die kortikale Plastizität für eine Dauer von bis zu 30 Minuten nach Beendigung der Stimulation in gesunden Populationen moduliert. Sobald die Stimulation abgeschlossen ist, ist es wichtig, das Motiv so schnell wie möglich wieder in den Scanner zu legen. Entfernen Sie alle TMS-Geräte und schieben Sie den Kopf des Teilnehmers in die Mr.Head-Spule.

Stellen Sie sicher, dass Ihre Scansequenzen vorbereitet und einsatzbereit sind, wobei die Anzahl und Dauer der Lokalisierungsscans auf ein Minimum reduziert wird. Da die Auswirkungen von RTMS vorübergehend sind, sollte die abschließende Scansitzung mit dem Funktionsscan beginnen. Führen Sie erneut FMRI während des 12-minütigen Laufs der Melodieaufgabe durch.

Nachdem der Funktionsscan abgeschlossen ist, schließen Sie mit einem anatomischen Scan nach dem Experiment ab. Führen Sie die Analyse der FMRI-Daten getrennt für die Pre- und Post-T-M-S-F-M-R-I-Sitzung für jede FMRI-Sitzung durch. Kontrast zwischen den Melodien und der auditiven Steuerungsaufgabe.

Um dann die Unterschiede zwischen den Vor- und Nach-T-M-S-F-M-R-I-Sitzungen zu bewerten, führen Sie eine Zufallseffektanalyse mit dem gepaarten T-Test eines Teilnehmers durch. Hier sehen wir die Ergebnisse der Kontrastmelodie-Unterscheidung abzüglich der auditiven Kontrollversuche für einen einzelnen Teilnehmer in der Prä-T-M-S-F-M-R-I-Sitzung und in der Post-T-M-S-F-M-R-I-Sitzung sowohl vor als auch nach T-M-S-F-M-R-I-Sitzungen werden die Koordinaten im MNI 1 52 Standardraum angezeigt, um Veränderungen in der linken Hemisphäre kontralateral zum Stimulationsort zu zeigen, Einschließlich Heschels Gyrus. Hier sehen wir die Ergebnisse des Kontrastpostens abzüglich der Pre-T-M-S-F-M-R-I-Sitzungen unter Verwendung des gepaarten T-Tests eines Schülers.

Die Daten deuten darauf hin, dass CTBS, das auf den Gyrus des rechten Heschels abzielt, eine Signalzunahme im kontralateralen auditorischen Kortex und auch in anderen kontralateralen Bereichen induziert. Darüber hinaus beobachten wir auch Veränderungen in der funktionellen Konnektivität zwischen den auditorischen Kortex in den beiden Hemisphären. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie TMS-Neuronavigationsgeräte verwenden, um bestimmte Gehirnbereiche anzusprechen, und wie Sie TMS in einer ML-Umgebung durchführen.

Dieses Verfahren ermöglicht es den Forschern, die TMS-induzierten Effekte auf den auditorischen Kortex mit Hilfe von FMRI zu kartieren. Das Verfahren kann aber auch verwendet werden, um andere interessante Regionen, wie z. B. frontale oder parietale Bereiche, zu erreichen.