Name: Mappatura delle postumi di Theta Burst stimolazione sulla corteccia uditiva umana con imaging funzionale (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Scopri come combinare stimolazione magnetica transcranica e risonanza magnetica funzionale per studiare la corteccia uditiva umana. Questo metodo consente di mappare gli effetti della TMS sulle reti uditive con precisione.

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CIBC comunione (JA) e NSERC sovvenzione (RZ). Siamo grati a Roch M. Comeau (Brainsight) per il suo aiuto per quanto riguarda la macchina fotografica a raggi infrarossi, gli inseguitori MR compatibili e di supporto hardware. Siamo anche grati a Brian Hynes (Hybex Innovations Inc.) che ha progettato il multi-articolato braccio porta bobine e fornito alcune delle figure mostrate nel video. E un grazie speciale a tutti i tecnici e MR M. Ferreira del cervello Centro McConnell Imaging del Montreal Neurological Institute, che ci ha aiutato a ottimizzare la progettazione dell&#39;esperimento.

Il protocollo è suddiviso in una sessione di due giorni (non necessariamente consecutivi). Il primo giorno consiste in un localizzatore fMRI composto con un anatomica e funzionale scansioni MR definire per ogni partecipante le zone da mirata con TMS. Il secondo giorno consiste in sessioni fMRI pre-e post-TMS in cui si applica TMS all&#39;interno dello scanner con una speciale bobina MR compatibile TMS (Magstim Ltd., Galles, Regno Unito) e un sistema stereotassico frameless (Brainsight). Quest&#39;ultimo è utilizzato in posizione in tempo reale la bobina TMS su aree corticali relativi a dati anatomici e funzionali di ogni partecipante. 1. Localizer sessione <ul><li> Inizia con l&#39;acquisizione di una immagine ad alta risoluzione anatomica del partecipante. </li><li> Poi, acquisire immagini funzionali utilizzando un gradiente echo EPI impulso e un paradigma campionamento ridotto, al fine di ridurre gli effetti di BOLD o mascheramento uditivo a causa di rumore scansione MRI 14,15. Nel nostro caso, fMRI viene effettuata durante un compito melodia in cui i partecipanti devono determinare se due consecutivi 5 note melodie sono uguali o diversi 2,16. Un compito non discriminazione uditiva di controllo è anche incluso, in cui i soggetti sentono due di uguale lunghezza modelli di cinque note, tutte alla stessa altezza di C5 e viene richiesto di fare clic sul pulsante a sinistra in seguito il secondo stimolo. I periodi di silenzio, sono anche inseriti in modo casuale tra le prove delle attività in ogni seduta. In totale, le prove 72 sono presentati in uno studio randomizzato in ordine: 24 prove di discriminazione melodia, 24 prove di controllo uditivo e 24 periodi di silenzio, per una durata totale di 12 min 16 sec. </li><li> Definire il sito di stimolazione con anatomica e / o punti di riferimento funzionali. Si deve essere consapevoli che TMS è limitato per quanto riguarda la profondità del sito di stimolazione per l&#39;attenuazione del campo elettrico in profondità, e non può aspettarsi di raggiungere le zone più profonde di 3 cm 6,17. Un passo fondamentale è quello di utilizzare punti di riferimento simili per ogni parteicipant, che potrebbe essere difficile a causa delle differenze di anatomia e la funzione tra i partecipanti. Qui, puntiamo giro Heschl a ciascun partecipante, che si trova con entrambi i punti di riferimento anatomici e funzionali. Usiamo le maschere di giro di Heschl fornite dalle università di Harvard e Oxford atlanti strutturali ( <a href="http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html" target="_blank">http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html</a> ) e il target TMS è definito individualmente dal picco di attivazione entro il giro di Heschl 2. Inoltre, si definisce anche la posizione del vertice, che sarà utilizzato come sito di controllo per controllare per effetti non specifici di TMS come artefatti acustici e somatosensoriale. Il vertice è definito anatomicamente come un punto a metà strada tra il inion e il ponte del naso, ed equidistante dalle tacche destro e sinistro intertragal. L&#39;ordine del sito di stimolazione (cioè Heschl di giro o vertice) è controbilanciato attraversoindividui. </li></ul> 2. Pre-e post-TMS esperimento fMRI Pre-TMS fMRI sessione <ul><li> Preparare il partecipante di andare direttamente nello scanner. Ciò include la rimozione di metallo e compilando il TMS e la forma di screening MR. </li><li> Avviare l&#39;acquisizione MR con un anatomico e un scansioni funzionali (identico a quello effettuato nella sessione localizzatore, vedere sezione 1). </li></ul> Stereotassia Frameless e TMS nell&#39;ambiente MRI Il sistema di stereotassi senza telaio è composto da una telecamera a infrarossi (Polaris Spectra), alcuni strumenti e inseguitori (Brainsight) utilizzati per la procedura di registrazione e un computer. Il computer si trova fuori della camera scanner, ma posizionato all&#39;ingresso della camera e la porta scanner scanner viene mantenuta aperta durante l&#39;applicazione TMS. Gli strumenti e gli inseguitori sono MR compatibili, così come il treppiede (fatti in casa) a sostenere la telecamera a infrarossi e sono esimoutilizzato erefore all&#39;interno della stanza dello scanner. La telecamera a infrarossi non è MR-compatibile, e quindi è posizionato all&#39;interno della stanza dello scanner, vicino alla porta dello scanner a circa due metri dal piano dello scanner (vedi la discussione per la procedura di sicurezza). Il sistema TMS stimolatore si trova in una stanza adiacente alla sala scanner MRI. Usiamo un MRI coil compatibile TMS situato all&#39;interno della camera scanner e collegato al sistema TMS tramite un 7-m cavo attraverso un tubo filtro RF. <ul><li> Caricare immagini anatomiche e funzionali vostro partecipante e gli obiettivi di stimolazione nel pacchetto software stereotassica (Brainsight ad esempio). Qui, ci sarà il giro di mira Heschl di destra. </li><li> Dopo il pre-TMS acquisizione fMRI, rimuovere la parte superiore testa MR bobina del 32 canali bobina testa (se si utilizza lo scanner 3T Siemens e il 32-canale di configurazione della bobina testa). </li><li> Quindi, far scorrere verso il basso il partecipante sul piano dello scanner. </li><li> Fissare la fascia e set inseguitore sulla parteciptesta di formica. </li><li> Montare il multi-articolato braccio al piano di scansione e fissare la compatibilità MR bobina TMS sul braccio. </li><li> Verificare che tutti gli inseguitori e la bobina sono nel campo visivo della telecamera. Qui, la fotocamera è leggermente spostata verso il lato destro del partecipante per consentire un facile monitoraggio degli spostamenti bobina per orientare l&#39;emisfero destro. </li><li> Calibrare la testa del soggetto con gli strumenti stereotassia strumento puntatore (ad esempio). Questo viene fatto coregistering più punti di riferimento sulla testa del partecipante (ad esempio, nel nostro caso la punta del naso, il nasion e il trago di entrambe le orecchie) con i punti di riferimento stessi sui dati anatomici. In questa procedura, sono necessarie due sperimentatori, uno vicino alla testa del partecipante per posizionare l&#39;utensile puntatore sulla testa del partecipante, e l&#39;altra sperimentatore all&#39;ingresso della camera scanner per eseguire la registrazione sul computer. </li><li> Posizionare la bobina TMS compatibile MR tangente al tlui cuoio capelluto, e gli inseguitori bobina rivolta verso la telecamera a raggi infrarossi. La bobina è orientato con la maniglia bobina rivolta all&#39;indietro e parallelamente alla linea mediana 2. Fissare la posizione della bobina con le viti sul multi braccio snodabile. </li><li> Nella stanza adiacente allo scanner MRI, accendere il sistema TMS e iniziare la stimolazione. TMS viene applicata seguendo un protocollo fantasia, vale a dire, la stimolazione continua raffica theta (CTBs) composta da 3 impulsi a 50Hz, ripetuto a 5Hz per 40. Usiamo una intensità di stimolazione fissa (41%) definita dalla uscita stimolatore 18,19. Abbiamo scelto questo protocollo, come è stato dimostrato di modulare la plasticità corticale per un periodo fino a 30 minuti dopo la cessazione stimolazione in popolazioni sane 20, (vedere sezione discussione per procedura di sicurezza). </li></ul> Post-TMS fMRI sessione <ul><li> Una volta che la stimolazione è completa, è importante per ottenere il ritorno soggetto nello scanner appena possibile. Rimuovere il TBobina MS dalla stanza dello scanner e rimuovere il multi braccio snodabile. Spingere indietro la testa del partecipante nella bobina testa MR. Assicurarsi che lo scanner è preparato e pronto ad andare. Il consiglio è di mantenere il corpo piattaforma sollevata durante l&#39;intera sessione TMS, e ridurre il numero e la durata delle scansioni localizzatore al minimo. </li><li> Poiché gli effetti della rTMS sono transitori, la sessione di scansione finale dovrebbe iniziare con l&#39;analisi funzionale. Ancora una volta, abbiamo condotto fMRI nel corso di 12 minuti di esecuzione dell&#39;operazione melodia. </li><li> Dopo la scansione finale è completo, finire con una scansione anatomica. </li></ul> 3. Risultati rappresentativi L&#39;analisi dei dati fMRI sono condotte separatamente sia per la sessione di fMRI pre-e post-TMS. Per ogni sessione di fMRI (vale a dire, pre e post-TMS), il contrasto tra le melodie e il compito di controllo uditivo mostra compito attività legate a sinistra ea destra di circonvoluzioni Heschl, circonvoluzioni temporali superiore, frontale inferiore e circonvoluzioni precentrale gyri (Figura 1 A, B). Per valutare le differenze tra le sessioni fMRI pre-e post-TMS, eseguiamo un casuale effetto analisi utilizzando Student t-test accoppiato. Importanza è determinato utilizzando i cluster individuati dalla az&gt; 2 soglia e una soglia di cluster corretto di p = 0.05. Figura 1 C rappresenta i post-meno contrasto pre-CTBs per un solo partecipante. I dati suggeriscono che il diritto di targeting CTBs Heschl di giro (cerchio nero) induce un aumento della risposta fMRI nel controlaterale (a sinistra) corteccia uditiva, tra cui giro la sinistra di Heschl. I cambiamenti in risposta fMRI si trovano anche nel giro sinistra postcentrale, insula sinistra, e nella corteccia laterale occipitale bilateralmente. Tuttavia, nessun cambiamento significativo della risposta fMRI è vista sotto la bobina. Inoltre, analogamente combinato TMS-fMRI protocollo viene ripetuto per stimolare il vertice (sito controllo). Confronto di sessioni di pre-e post-fMRI con CTBs applicato sopra il vertice non ha mostrato alcun significant effetto (dati non mostrati). <img src="/files/ftp_upload/3985/3985fig1.jpg" alt="Figura 1"/> Figura 1. Analisi dei singoli pre-TMS dati fMRI (A), post-TMS fMRI dati (B) e post-meno pre-TMS dati fMRI (C). A. Risultati della discriminazione melodia contrasto meno prove di controllo uditivi per un singolo partecipante nel pre-TMS sessione di fMRI (A) e nel post-TMS sessione di fMRI (B). Da sinistra a destra: vista assiale, coronale e sagittale. In entrambi (A) e (B), la bobina TMS si rivolge destra Heschl di giro (cerchio nero) situato in x = 54, y = -13, z = 1 (MNI152 spazio standard). Per entrambe le sessioni pre-e post-TMS fMRI, coordinate vengono visualizzate in x = -54, y = -13, z = 1 (MNI152 spazio standard) per mostrare i cambiamenti nell&#39;emisfero sinistro nel sito di stimolazione (cioè a destra giro di Heschl ). C. Risultati del contrasto post-meno pre-TMS sessioni fMRI utilizzando Student t-test accoppiato.

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Descriviamo un protocollo che unisce TMS offline e fMRI per studiare l&#39;organizzazione funzionale della corteccia uditiva. Nelle prossime sezioni, discuteremo i fattori metodologici da considerare per lo svolgimento di tale approccio. Acquisizione e tempi per il post-TMS sessione fMRI Ordine di acquisizione scansioni e di controbilanciamento delle sessioni fMRI pre-e post-TMS È fondamentale acquisire una scansione anatomica M...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del materiale </td><td> Tipo </td><td> Azienda </td></tr><tr><td> La stimolazione magnetica transcranica </td><td> Magstim Super Rapid2 stimolatore, Rapid-2 Plus One Module </td><td> Magstim Ltd., Galles, Regno Unito </td></tr><tr><td> Bobina per la stimolazione magnetica </td><td> MRI-compatibile 70 millimetri figura di otto-coil </td><td> Magstim Ltd., Galles, Regno Unito </td></tr><tr><td> La risonanza magnetica </td><td> 3-T Trio Siemens scanner a 32 canali Testa Coil </td><td> Siemens, Inc., Germania </td></tr><tr><td> Stereotassi Frameless </td><td> Brainsight </td><td> Rogue Research Inc., Montreal, Canada </td></tr><tr><td> Sistema di misurazione ottica </td><td> Polaris Spectra </td><td> Northern Digital Inc., Ontario, Canada </td></tr><tr><td> Multi-braccio snodato porta bobine </td><td> Standard </td><td> Hybex Innovationi Inc., Anjou, Canada </td></tr><tr><td> RM-compatibili Inserite gli auricolari </td><td> Sensimetrics, modello S14 </td><td> Sensimetrics Corporation, MA, Stati Uniti d&#39;America </td></tr></tbody></table>

mappatura delle postumi di theta burst stimolazione sulla corteccia uditiva umana con imaging funzionale

Mapping the After-effects of Theta Burst Stimulation on the Human Auditory Cortex with Functional Imaging

La corteccia uditiva è responsabile dell'elaborazione del suono, che costituisce la base dell'elaborazione del linguaggio o della musica1. Tuttavia, nonostante i notevoli progressi ottenuti di recente, le proprietà funzionali e la lateralizzazione della corteccia uditiva umana sono ancora lungi dall'essere completamente comprese. La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è una tecnica non invasiva che può modulare temporaneamente o in modo duraturo l'eccitabilità corticale attraverso l'applicazione di impulsi di campo magnetico localizzati, rappresentando un metodo unico per esplorare la plasticità e la connettività. Solo di recente è stata applicata per comprendere la funzione della corteccia uditiva 2.
Un problema importante nell'uso della TMS è che è difficile stabilire le conseguenze fisiologiche della stimolazione. Sebbene molti studi con TMS assumano implicitamente che l'area bersagliata dalla bobina sia l'area effettivamente influenzata, ciò non è necessariamente vero, in particolare per funzioni cognitive complesse che dipendono da interazioni tra molte regioni cerebrali 3. Una soluzione a questo problema consiste nel combinare la TMS con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). L'idea è che l'fMRI fornisca un indice dei cambiamenti nell'attività cerebrale associati alla TMS. Pertanto, l'fMRI fornirebbe un metodo indipendente per valutare quali aree sono influenzate dalla TMS e in che modo vengono modulate 4. Inoltre, l'fMRI permette la valutazione della connettività funzionale, che rappresenta una misura dell'accoppiamento temporale tra regioni distanti. Può quindi essere utile non solo per misurare la modulazione netta dell'attività indotta dalla TMS in determinate posizioni, ma anche il grado in cui le proprietà della rete sono influenzate dalla TMS, attraverso eventuali cambiamenti osservati nella connettività funzionale.
Esistono diversi approcci per combinare la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e l'imaging funzionale in base all'ordine temporale dei metodi. La risonanza magnetica funzionale (fMRI) può essere applicata prima, durante, dopo o sia prima che dopo la TMS. Recentemente, alcuni studi hanno alternato TMS e fMRI al fine di ottenere una mappatura in tempo reale dei cambiamenti funzionali indotti dalla TMS 5-7. Tuttavia, questa combinazione in tempo reale presenta numerosi problemi tecnici, tra cui gli artefatti statici derivanti dalla presenza della bobina TMS nella sala dello scanner o gli effetti degli impulsi TMS sul processo di formazione delle immagini RM. Ma, cosa più importante, il forte rumore acustico generato dalla TMS (amplificato rispetto all'uso standard a causa della risonanza del tunnel dello scanner) e le aumentate vibrazioni della bobina TMS (causate dalle forti forze meccaniche dovute al campo magnetico statico dello scanner RM) rappresentano un problema cruciale nello studio dell'elaborazione uditiva.
Questo è uno dei motivi per cui nella presente ricerca la fMRI è stata eseguita prima e dopo la TMS. Approcci simili sono stati utilizzati per prendere di mira la corteccia motoria 8,9, la corteccia premotoria 10, la corteccia somatosensoriale primaria 11,12 e le aree correlate al linguaggio 13, ma finora nessuno studio combinato TMS-fMRI ha indagato la corteccia uditiva. Lo scopo di questo articolo è fornire dettagli riguardo al protocollo e alle considerazioni necessarie per combinare con successo questi due strumenti neuroscientifici al fine di studiare l'elaborazione uditiva.
In precedenza avevamo dimostrato che la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) a frequenze elevate e basse (rispettivamente 10 Hz e 1 Hz) applicata sulla corteccia uditiva modulava il tempo di risposta (RT) in un compito di discriminazione melodica 2. Avevamo inoltre mostrato che la modulazione del RT era correlata alla connettività funzionale nella rete uditiva valutata mediante fMRI: maggiore era la connettività funzionale tra le cortecce uditive sinistra e destra durante l'esecuzione del compito, maggiore era l'effetto facilitatorio (i.e. riduzione del RT) osservato con la rTMS. Tuttavia, tali risultati erano principalmente di tipo correlazionale, poiché la fMRI era stata eseguita prima della rTMS. In questo studio, la fMRI è stata effettuata prima e immediatamente dopo la TMS per ottenere misure dirette dell'organizzazione funzionale della corteccia uditiva, e più specificamente della riorganizzazione plastica della rete neurale uditiva che si verifica dopo l'intervento neurale indotto dalla TMS.
La combinazione di fMRI e TMS applicata sulla corteccia uditiva dovrebbe permettere una migliore comprensione dei meccanismi cerebrali del processamento uditivo, fornendo informazioni fisiologiche sugli effetti funzionali del TMS. Queste conoscenze potrebbero risultare utili per numerose applicazioni in neuroscienze cognitive, nonché per ottimizzare le applicazioni terapeutiche del TMS, in particolare nei disturbi legati all'udito.

Elaborazione uditiva è la base di parlato e musica legati elaborazione. Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) è stato usato con successo per lo studio dei sistemi cognitivi, sensoriali e motori, ma raramente è stata applicata per un provino. Qui abbiamo studiato TMS combinati con risonanza magnetica funzionale per comprendere l&#39;organizzazione funzionale della corteccia uditiva.

Mappatura delle postumi di Theta Burst stimolazione sulla corteccia uditiva umana con imaging funzionale

La corteccia uditiva è deputata all'elaborazione del suono, che costituisce la base per l'elaborazione del linguaggio o della musica1. Tuttavia, nonostante i considerevoli recenti...

L'obiettivo generale di questa procedura è combinare l'imaging cerebrale funzionale con la stimolazione magnetica transcranica per studiare la corteccia uditiva. Questo viene raggiunto innanzitutto eseguendo un localizzatore funzionale Mr per identificare la rete associata a un compito uditivo. In secondo luogo, definire la sede di stimolazione in base ai dati ottenuti dal localizzatore funzionale Mr.Successivamente, eseguire una scansione RM funzionale per misurare l'attività nella corteccia uditiva prima della stimolazione. Quindi utilizzare strumenti di NEURONAVIGAZIONE per posizionare la bobina TMS in relazione all'anatomia e alla funzione individuale del partecipante. Questo viene fatto mentre il soggetto è disteso sul lettino dello scanner.Per evitare di spostare ripetutamente il partecipante dentro e fuori dalla stanza dello scanner, l'ultimo passaggio consiste nello scorrere rapidamente il partecipante all'interno del foro dello scanner e avviare l'acquisizione di FMRI. In definitiva, la FMRI può mappare gli effetti indotti da TMS. I dati hanno mostrato che dopo la TMS si verifica una riorganizzazione funzionale nella rete uditiva.La stimolazione magnetica transcranica (TMS

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