Cartographie des séquelles de Theta Burst Stimulation sur le cortex auditif humain à l'imagerie fonctionnelle

L'objectif général de cette procédure est de combiner l'imagerie cérébrale fonctionnelle avec la stimulation magnétique transcrânienne afin d'étudier le cortex auditif. Cela s'accomplit en deux étapes : premièrement, réaliser un localisateur fonctionnel IRM afin d'identifier le réseau associé à une tâche auditive ; deuxièmement, définir la cible de stimulation à partir des données du localisateur fonctionnel IRM.

Ensuite, réalisez une IRM fonctionnelle afin de mesurer l'activité dans le cortex auditif avant la stimulation. Puis utilisez des outils de NEURONAVIGATION pour positionner la bobine de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) par rapport à l'anatomie et à la fonction individuelles du participant. Ceci est effectué pendant que le sujet est allongé sur la table du scanner.

Afin d'éviter de déplacer le participant plusieurs fois entre la salle du scanner et l'extérieur, la dernière étape consiste à réintroduire rapidement le participant dans le tunnel du scanner et à démarrer l'acquisition IRMf. En définitive, l'IRMf permet de cartographier les effets induits par la TMS. Les données ont montré qu'après la TMS, une réorganisation fonctionnelle s'opère au sein du réseau auditif.

La ST est un outil unique pour étudier les relations causales entre des zones cérébrales spécifiques et les fonctions cognitives. Toutefois, son interprétation est limitée par le manque d'informations concernant l'emplacement et la nature des modifications de l'activité cérébrale induites par la ST. C'est pourquoi nous avons décidé de combiner la ST à l'imagerie fonctionnelle afin de déterminer les changements fonctionnels provoqués par la ST.

La différence entre notre étude et les études précédentes réside dans le fait que nous réalisons la TMS à l'intérieur de la salle du scanner dans le cadre de la TMS standard hors ligne et de l'IRMf. Le participant doit quitter la salle d'IRM, se rendre dans une autre pièce pour recevoir la TMS, puis revenir aussi rapidement que possible. Pour la deuxième séance d'IRMf, ces allers-retours peuvent ajouter de la variabilité aux modifications cérébrales induites par la TMS dans notre protocole.

La position de la tête reste relativement stable, ce qui peut conduire à une plus grande précision lors de la comparaison des données d'IRMf pré et post. En outre, les effets du TMS utilisé seront cartographiés plus rapidement. Ce protocole est divisé en une session de deux jours.

Le premier jour comprend une session de localisateur IRMf avec un scan anatomique et un scan fonctionnel afin de définir les régions à cibler avec la STM. Le deuxième jour comprend des sessions d'IRMf, tant avant qu'après la STM du premier jour, durant lesquelles le participant s'entraîne à la tâche de discrimination de mélodie en dehors du scanner. Dans cette tâche, le sujet indique si deux mélodies consécutives de cinq notes sont identiques ou différentes.

Une tâche de contrôle auditive sans discrimination est également incluse, dans laquelle le sujet entend des séquences de cinq sons de même durée, tous à la même hauteur de do5, et appuie sur un bouton après le deuxième son. Ensuite, commencez la séance d'IRM en acquérant une image anatomique IRM de haute résolution. Puis, acquérez des images fonctionnelles en utilisant une séquence d'impulsions EPI en écho de gradient et un paradigme d'échantillonnage dispersé afin de minimiser tout effet BOLD ou masquage auditif dû au balayage en IRM.

Bruit après la fin du balayage. Définir le site de stimulation du sujet à l'aide de repères anatomiques et fonctionnels. Prendre en compte que la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) présente des limitations quant à la profondeur du site de stimulation, en raison de l'atténuation de l'intensité du champ électrique avec la profondeur, et qu'il n'est pas possible d'atteindre des zones situées à plus de trois centimètres de profondeur.

Il est essentiel d'utiliser des repères similaires pour chaque participant, malgré les différences anatomiques et fonctionnelles entre les individus. Par conséquent, utilisez des repères anatomiques pour localiser le gyrus de Heschl tel qu'il est défini par les masques structurels de l'atlas Harvard Oxford. Le masque est représenté ici en vert, puis la cible de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) a été définie en identifiant le pic d'activation à l'intérieur du gyrus de Heschl, indiqué ici par le point bleu.

Localisez également le vertex comme site de contrôle des effets non spécifiques de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT), tels que les artefacts acoustiques et somatosensitifs. Ce point est défini anatomiquement comme étant situé à mi-chemin entre l’inion et le pont du nez, et à égale distance des échancrures interauriculaires droite et gauche. Notez que l’ordre de stimulation des sites doit être contrebalancé entre les individus.

Le jour de l'expérience de stimulation magnétique transcrânienne, installez tout le matériel. Commencez par le système stéréotaxique sans cadre.

Le système informatique doit être placé à l'extérieur de la salle du scanner, à proximité de la porte, qui restera ouverte pendant l'application de la TMS. Les outils d'enregistrement et les dispositifs de suivi du système sont compatibles avec l'IRM, tout comme un bras articulé à plusieurs articulations. La caméra infrarouge utilisée ici n'est pas compatible avec l'IRM et doit donc être positionnée à deux mètres du lit du scanner, à l'intérieur de la salle du scanner, près de la porte du scanner.

Le système stimulateur de SMT doit être installé dans une pièce adjacente à celle du scanner IRM. Une bobine de SMT compatible IRM sera utilisée dans la pièce du scanner, raccordée au système de SMT par un câble de sept mètres traversant un tube filtre RF, ainsi que les images anatomiques et fonctionnelles du participant et les cibles de stimulation dans le logiciel stéréotaxique. Ici, nous ciblerons le gyrus de Heschl droit du participant avant le début de l'examen.

Demander au sujet de remplir un formulaire de dépistage pour l'IRM et d'enlever tous les objets métalliques. Ensuite, démarrer l'acquisition IRM avec des examens anatomiques et fonctionnels identiques à ceux réalisés lors de la séance de localisation. Puis, sortir la table du scanner et maintenir la plateforme corporelle surélevée pendant toute la durée de la session de TMS.

Retirez la bobine supérieure Mr.Head et fixez le serre-tête ainsi que le dispositif de suivi sur le support de la tête du participant. Fixez ensuite le bras articulé sur le lit du scanner. Puis, fixez la bobine TMS compatible IRM sur le bras. Vérifiez que tous les dispositifs de suivi et la bobine se trouvent dans le champ de vision de la caméra ici.

La caméra est légèrement positionnée du côté droit du participant afin de permettre un suivi plus aisé du déplacement de la bobine. Lors du ciblage de l'hémisphère droit, étalonnez la tête du sujet à l'aide des outils de stéréotaxie, puis réalisez la coregistre du bout du nez, du nas et du tragus des deux oreilles avec les mêmes repères sur les données anatomiques. Deux expérimentateurs sont nécessaires pour cette étape.

Première étape : se placer à la tête du participant et à l'ordinateur pour effectuer l'enregistrement sur l'ordinateur. Ensuite, positionner la bobine TMS compatible IRM tangentiellement au cuir chevelu, les capteurs de la bobine orientés vers la caméra infrarouge. La bobine doit être orientée avec la poignée dirigée vers l'arrière et parallèle à la ligne médiane.

Fixez la position de la bobine à l'aide des vis sur le bras multi-joint. Allumez maintenant le système de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et commencez la stimulation. Le TMS doit être appliqué selon un protocole rythmé, tel que la stimulation par salves thêta continues, composée de trois impulsions à 50 hertz, répétées à 5 hertz pendant 40 secondes.

Il a été démontré que ce protocole module la plasticité corticale pendant une durée allant jusqu'à 30 minutes après l'arrêt de la stimulation chez des populations en bonne santé. Une fois la stimulation terminée, il est important de replacer le sujet dans le scanner aussi rapidement que possible. Retirez tout l'équipement de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et faites glisser la tête du participant dans la bobine Mr.Head.

Veillez à ce que vos séquences d'acquisition soient préparées et prêtes à être exécutées, avec un nombre et une durée de balayages localisateurs réduits au minimum. Étant donné que les effets de la SMER sont transitoires, la dernière séance d'acquisition doit commencer par l'IRM fonctionnelle. Effectuez à nouveau une IRMf pendant les 12 minutes de la tâche mélodique.

Une fois l'analyse fonctionnelle terminée, effectuez une analyse anatomique après l'expérience. Analysez les données d'IRMf séparément pour les sessions pré et post-TMS-IRMf de chaque session d'IRMf. Effectuez un contraste entre les mélodies et la tâche de contrôle auditif.

Ensuite, afin d'évaluer les différences entre les séances pré et post T-M-S-F-M-R-I, réalisez une analyse à effet aléatoire à l'aide d'un test T apparié de Student. Ici, nous observons les résultats du contraste discrimination de mélodie moins essais auditifs contrôles pour un participant unique lors de la séance pré T-M-S-F-M-R-I et lors de la séance post T-M-S-F-M-R-I. Pour les deux séances pré et post T-M-S-F-M-R-I, les coordonnées sont affichées dans l'espace standard MNI 1 52 afin de montrer les modifications dans l'hémisphère gauche controlatéral au site de stimulation, incluant le gyrus de Heschl. Ici, nous pouvons voir les résultats du contraste post moins pré T-M-S-F-M-R-I à l'aide d'un test T apparié de Student.

Les données suggèrent que le CTBS ciblant le gyrus de Heschl droit induit une augmentation du signal dans le cortex auditif controlatéral ainsi que dans d'autres régions controlatérales. De plus, nous observons également des modifications de la connectivité fonctionnelle entre les cortices auditifs des deux hémisphères. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment utiliser un équipement de neuronavigation TMS pour cibler des régions cérébrales spécifiques et comment réaliser une TMS dans un environnement IRM.

Cette procédure permet aux chercheurs de cartographier les effets induits par la stimulation magnétique transcrânienne sur le cortex auditif à l'aide de l'IRMf. Toutefois, cette procédure peut également être utilisée pour cibler d'autres régions d'intérêt, telles que les zones frontales ou pariétales.