שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

המטרה הכללית של הליך זה היא לשנות את העירור הקורטיקלי באמצעות גרייה מגנטית חוזרת חוץ-גולגולית (repetitive transcranial magnetic stimulation), ולאחר מכן לבחון השפעות אלו על הפעלת רשת ברירת המחדג (default network) במוח באמצעות MRI פונקציונלי. הדבר מושג תחילה על ידיB ביצוע סריקה אנטומית בסיסית (baseline) של הנבדק, שניתן להשתמש בה לצורך מיקוד של אתר הגרייה הקורטיקלית. השלב השני של ההליך הוא ביצוע מספר סדרות (runs) של fMRI במצב מנוחה לפני הגרייה.

השלב השלישי של הפרוצדורה הוא החלת TMS על היעד הקורטיקלי שנבחר, תוך שימוש בפרמטריים של גירוי שנבחרו בשל השפעותיהם המודולטוריות. השלב האחרון של הפרוצדורה הוא רכישת מספר סבבים נוספים של דימוג תפקודי. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות שינויים בהפעלת רשת ברירת המחדג שנוצרו כתוצאה מה-TMS, באמצעות ניתוח דימוג מבוסס רמת חמצון בדם (BOLD).

היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני FMRI לבדו הוא שבאמצעות TMS, אנו יכולים למודולץ אזור אחד כדי לבחון דינמיקה של רשתות. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחום של מדעי המוח הקוגניטיביים. היא לא רק יכולה להבהיר טוב יותר אינטראקציות בתוך רשת מנוחה נתונה, כגון רשת ברירת המחדל (default network), אלא היא גם יכולה לעזור לנו להבין טוב יותר את האינטראקציות בין רשת ברירת המחדל לרשתות מנוחה אחרות.

מספר ימים לפני ניסויי ה-TMS והדימיון התפקודי בפועל. הנח את הנבדק להגיע לסורק לצורך סריקה אנטומית בסיסית שתשמש לניווט עצבי במהלך הליך ה-TMS. התחל בכך שהנבדק ישלים.

כל המסמכים הדרושים, כולל טופס הסכמה למחקר ומסמכי מחקר אחרים. יש לצרף טופס סינון סטנדרטי לבדיקת MRI ולסקור אותו כדי לוודא שאין התוויות נגד לביצוע MRI, כגון סטנטים או קליפסים לאניוריזמה. כמו כן, יש לנצל הזדמנות זו לביצוע סינון מקדים של הנבדק ל-TMS ולהסביר את פרטי הניסוי.

בשלב הבא, העבירו את הנבדק לסורק והשקיעו אותו על מיטת הסריקה. יש לבצע סריקת T1-weighted 3D SPGR MP rage או סריקה דומה, עם שדה ראייה הכולל את הראש כולו, כולל האוזניים, האף והקרקפת. מומלץ להשתמש בעובי פרוסה של כ-1 mm.

טענו סריקה זו לחבילת התוכנה הסטראוטיקטית ללא מסגרת שתשמש לניווט עצבי במהלך פרוצדורת ה-TMS, והשתמשו בתוכנה זו כדי לאתר ולקבוע את קואורדינטות הגירוי. בניסוי זה, נכוון לאונה הפריאטלית התחתונה השמאלית הנראית כאן ביום הניסוי. זכרו כי ההשפעות הנוירומודולטוריות של RTMS הן חולפות וכי התזמון הוא קריטי בעת ביצוע ניסויי TMS ו-fMRI משולבים.

לפיכך, יש לנקוט בצעדים הבאים כדי להבטיח מעבר מהיר בין שלבי הניסוי. ראשית, מקמו מכשיר TMS נייד בחדר סמוך או קרוב ככל האפשר לתא הסריקה. בניסוי זה, המערכת מותקנת בסוויטת התצפית הגובלת לסורק.

עם זאת, ודאו שכל הציוד שאינו תואם ל-MRI נשאר מחוץ לקו חמש בכל עת. שנית, ודאו שסריקת ה-MRI האנטומית שביצわれた מראש עבור הנבדקים ושיש בה מטרות שסומנו מראש טעונה בחבילת התוכנה הסטריאוטקטית ומוכנה לשימוש במהלך הליך ה-TMS. לבסוף, חברו את ציוד הסטריאוטקסי לסליל הגירוי וכיילו את הסליל באמצעות חבילת התוכנה שבחרתם.

כאן מיושרים מספר חיישני אינפרא-אדום כדי לרשום את מרכזיות הסליל. לאחר השלמת המערך הניסיוי, הכין את הנבדק לסריקת MRI, בצע סינון חוזר לבטיחות ה-MRI, דאג שהנבדק יסיר את כל פריטי המתכת וודא שהוא או היא השתמשו בשירותים. הובל את הנבדק לחדר הסורק והשכב אותו או אותה בנוח על מיטת הסורק, תוך מתן תמיכה לגב ולצוואר לפי הצורך כדי להבטיח נוחות.

במהלך הסריקות, חברו את סלילי הראש והשתמשו בריפוד ספוג מסביב לראש הנבדק כדי להפחית ארטיפקטים של תנועת הראש. בצעו סריקות LOCALIZER וסריקה ראשונית ואנטומית. לאחר מכן, בצעו שלושה הרצות ניסוייות פונקציונליות שכל אחת מהן נמשכת שש דקות.

אנו מציעים את הפרמטרים הבאים: echo planar imaging עם TR של 2.5 שניות, גודל ווקסל של 3 מילימטרים, ושדה ראייה של המוח כולו. במהלך כל הרצה, נקודת קיבוע מוצגת במרכז שדה הראייה של הנבדק, והנבדק מונחה להירגע ולהביט בה באופן פסיבי. משימת קיבוע פשוטה כזו מתאימה לבדיקת הפעלת רשת ברירת המחדג (default network).

לאחר השלמת סשן הסריקה הפונקציונלית הראשוני, סייעו לנבדק לצאת מהסורק והשביו אותו למצב ישיבה נוח בכיסא הסמוך למערכת ה-TMS. ספקו אטמי אוזניים להגנה על השמיעה במהלך הגירוי.

בשלב הבא, הציגו לנבדק את מכשיר ה-TMS ואת סליל הגירוי. שחררו מספר פולסים ליד ראשו של הנבדק כדי שיהיה רגיל לרעש הנקישה החזק, ושחררו פולס על כף היד כדי שיוכל להרגיש את תחושת הפיסוק (tapping) שנוצרת. כעת אתם מוכנים לבצע כיול של ראש הנבדק באמצעות ציוד הסטריאוטקסי.

ראשית, מקמו מעקב אינפרא-אדום על ראשו של הנבדק כאן. חיישני אינפרא-אדום משמשים לרישום של מספר נקודות ייחוס אנטומיות, כולל שתי האוזניים, האף והנזיון (nasion). נקודות ייחוס אלו נרשמות על ידי חבילת התוכנה הסטריאוטקטית כדי שהסריקה האנטומית שהושגה קודם לכן תסונכרן (coregistered) לראשו של הנבדק.

בשלב הבא, קבעו את סף העירור המוטורי במצב מנוחה של הנבדק. עבור פרוטוקול זה, השתמשו בפולסים בודדים מעל קליפת המוח המוטורית הראשונית כפי שמוצג כאן; הזיזו את הסליל וכוונו את עוצמת הגירוי עד שתמצאו את האזור המעורר ארבעה מתוך שמונה התכווצויות שרירים ביד הנגדית. לבסוף, הגדירו את עוצמת מכשיר ה-TMS ואת הפרמטרים לאלו שבהם ייעשה שימוש במהלך הגירוי.

עבור ניסוי זה, נעשה שימוש בגירוי של 20 hertz ב-110% מסף התגובה המוטורי (motor threshold), עם תבנית גירוי של רצפים של שתי שניות ותקופות מנוחה של 28 שניות, אשר הוכח כמעלה את העירור הקורטיקלי. בניסויים עתידיים, ניתן להשתמש בגירוי של one hertz כדי לבחון השפעות מעכבות. כעת אנו מוכנים להתחיל בחלק של ה-TMS של הניסוי, לכן שוב, ודאו שהנבדק מרגיש בנוח ומוכן לחזור ישירות לסורק.

לאחר מפגש ה-TMS. לפני הגירוי, החזיקו את הסליל במצב משיק לקרקפת והשתמשו בציוד הסטריאו-אטאקסיה ובתצוגת התוכנה כדי לאתר ולהכווין לאתר הגירוי הקורטיקלי שנקבע מראש עבור הנבדק; הפעילו את מערכת הקירור של המכשיר. כעת, כאשר הסליל מוחזק מעל המטרה הקורטיקלית, התחילו בגירוי.

בצעו 45 רכבות גירוי עם הפרמטרים שהוגדרו קודם לכן, במשך שתי שניות לרכבת. עם הפסקות של 28 שניות, זמן הגירוי הכולל צריך להיות 23 דקות. מיד לאחר ה-TMS, ודאו שהנבדק מוחזר למיטת הסורק במהירות האפשרית, והתחילו במפגש הדימוי התפקודי הסופי כדי להבטיח שאפקטים זמניים של TMS offline יופחתו; צמצמו את מספר ואורך סריקות ה-localizer למינימום ההכרחי כדי שניתן יהיה להתחיל את הריצות התפקודיות. השתמשו במהירות באותם פרמטרי דימוי כפי שבוצעו בסריקות הראשוניות, הכוללים שלוש ריצות של שש דקות של קיבוע פסיבי (passive fixation) תוך שימוש באותה פרדיגמת קיבוע.

לאחר השלמת כל הדימות התפקודי, בצעו סריקה אנטומית סופית ברזולוציה גבוהה עם אותם פרמטרי דימות ששימשו במפגשים קודמים. ולסיום, סייעו לנבדק לצאת מהסורק. ודאו כי כל נתוני הדימות הועברו ואורכבו, והודו לנבדק על השתתפותו.

לאחר רכישת נתונים עבור לפחות 15 נבדקים, השתמשו בחבילת עיבוד FMRI לבחירתכם לצורך עיבוד לאחר הדמיה וניתוח רב-נבדקים עוקב; כאן מוצגים תוצאות מייצגות עבור גרייה בתדר של 20 hertz לאונה הפריאטלית התחתונה השמאלית. למרות שגריית TMS בתדר של 20 hertz מקלה על נתוני העירור המקומי, היא מפחיתה את הקישוריות התפקודית בתוך רשת ברירת המחדג (default network). בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור להעביר את הנבדק לסורק במהירות האפשרית לאחר הגרייה, כדי שניתן יהיה להדמיות את ההשפעות החולפות של RTMS.

ניתן גם לשנות את פרמטרי הגירוי של ה-TMS. לדוגמה, ניתן להגביר את עוצמת מכשיר ה-TMS כדי לבחון אם ההשפעה על רשת ברירת המחדל (default network) היא פרמטרית. כמו כן, ניתן לנסות להשתמש בגירוי בתדר תטא (theta burst stimulation).

לבסוף, ניתן לבחון את השפעות ה-TMS על ידי ביצוע סוגים שונים של תכנוני MRI לאחר ה-TMS, כגון תכנוני בלוקים (block designs) או תכנונים תלוי-אירוע (event related designs), במהלך מטלה קוגניטיבית.