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聴覚処理は、音声や音楽関連の処理の基礎となっています。経頭蓋磁気刺激（TMS）を認知、感覚と運動のシステムを研究するために正常に使用されているが、まれにオーディションを受けるために適用されていません。ここでは、聴覚皮質の機能的な組織を理解することは機能的磁気共鳴画像法と組み合わせるTMSを検討した。
聴覚皮質は、音声または音楽関連の処理1の基礎となる音の処理に関係しています。しかし、近年の大きな進歩にもかかわらず、ヒトの聴覚皮質の機能特性と側性化は完全に理解されているにはほど遠い。経頭蓋磁気刺激法(TMS)は、局在性磁場パルスの印加により皮質の興奮性を一過性または持続的に調節できる非侵襲的技術であり、可塑性と接続性を探求する独自の方法である。聴覚皮質機能2を理解するために応用され始めたのはごく最近のことです。
TMSを使用する際の重要な問題は、刺激の生理学的影響を確立するのが難しいことです。多くのTMS研究では、コイルが標的とする領域が影響を受ける領域であるという暗黙の仮定がなされていますが、特に多くの脳領域間の相互作用に依存する複雑な認知機能については、そうである必要はありません3。この問題の解決策の1つは、TMSと機能的磁気共鳴画像法(fMRI)を組み合わせることです。ここでの考え方は、fMRIがTMSに関連する脳活動の変化の指標を提供するというものです。したがって、fMRIは、TMSの影響を受ける領域とそれらがどのように変調されるかを評価する独立した手段を提供します4。さらに、fMRIは、離れた領域間の時間的結合の尺度である機能的接続性の評価を可能にします。したがって、特定の場所でTMSによって誘発される正味の活動変調を測定するだけでなく、機能接続性の観察された変化を介して、ネットワークプロパティがTMSによって影響を受ける程度を測定することも有用です。
TMSと機能イメージングを組み合わせるためのさまざまなアプローチが存在します。機能的MRIは、TMSの前、最中、後、またはTMSの前と後の両方に適用できます。最近、TMS 5-7 によって誘発される機能変化のオンライン マッピングを提供するために、TMS と fMRI をインターリーブした研究がいくつか行われています。しかし、このオンラインの組み合わせには、スキャナールームにTMSコイルが存在することによる静的なアーチファクトや、MR画像形成のプロセスに対するTMSパルスの影響など、多くの技術的な問題があります。しかし、それよりも重要なことは、TMSによって誘発される大きな音響ノイズ(スキャナーボアの共振により、標準的な使用と比較して増加)とTMSコイルの振動の増加(MRスキャナーの静磁場による強い機械的力による)が、聴覚処理を研究する上で重要な問題となることです。
これが、本研究でTMSの前後にfMRIが実施された理由の一つです。同様のアプローチが、運動野8,9、運動前皮質10、一次体性感覚野11,12、および言語関連領域13を標的とするために使用されてきたが、これまでのところ、聴覚皮質を調査したTMS-fMRIの複合研究は行われていない。この記事の目的は、これら2つの神経科学的ツールをうまく組み合わせて聴覚処理を調査するために必要なプロトコルと考慮事項に関する詳細を提供することです。
以前、メロディ識別課題2において、高周波数と低周波数(それぞれ10Hzと1Hz)の反復TMS(rTMS)が聴覚皮質変調応答時間(RT)に適用されることを示しました。また、fMRIを用いて評価した聴覚ネットワークにおいて、RT変調は機能的接続性と相関していることを示し、タスク遂行中の左右聴覚皮質の機能的接続性が高いほど、rTMSで観察される促進効果(すなわち、RTの減少)が高くなることを示しました。しかし、これらの知見は主に相関関係があり、fMRIはrTMSよりも前に行われていました。ここでは、TMSの前と直後にfMRIを実施して、聴覚皮質の機能組織、より具体的にはTMSによる神経介入後に発生する聴覚神経ネットワークの可塑的再編成を直接測定しました。
聴覚皮質に適用されるfMRIとTMSの組み合わせは、聴覚処理の脳メカニズムのより良い理解を可能にし、TMSの機能的効果に関する生理学的情報を提供するはずです。この知識は、多くの認知神経科学の応用に役立つだけでなく、特に聴覚関連障害におけるTMSの治療応用の最適化にも役立つ可能性があります。
プロトコルは2日間のセッション（必ずしも連続しない）に分かれています。初日は領域は、TMSと対象とするために、各参加者のために定義するために解剖学的および機能的MRスキャンで構成fMRIのローカライザーで構成されています。二日目は、fMRIのセッションで構成されています事前とTMSは特別なMRコンパチブルTMSコイル（Magstim株式会社、ウェールズ、英国）とフレームレス定位システム（Brainsight）を使用して、スキャナの内部に適用されるポストTMS。後者は、各参加者の解剖学的および機能的なデータに相対皮質領域でリアルタイムTMSコイルの位置に使用されます。
1。ローカライザーセッション
2。事前·事後のTMSのfMRI実験
プリTMS fMRIのセッション
MRI環境におけるフレームレス定位とTMS
フレームレス定位システムは、赤外線カメラ（ポラリススペクトル）、登録手順とコンピュータのために使用するいくつかのツールとトラッカー（Brainsight）から構成される。コンピュータがスキャナ室の外側に位置するが、スキャナ室の入口に位置し、スキャナのドアは、TMSの適用中に開いたままです。ツールやトラッカーは、MR互換性があるだけでなく、赤外線カメラを支える三脚（自家製）とthアールereforeはスキャナ室の内部で使用。赤外線カメラは、MR-互換性がありませんので、スキャナーベッドから約2メートルで、スキャナのドアの近くスキャナ室、（安全手順についての説明を参照してください）の内側に配置されています。 TMSの刺激システムは、MRIスキャナ室に隣接する部屋に位置しています。我々は、MRI適合性のTMSコイルスキャナ室の内側に位置しており、RFフィルターチューブを通って、7メートルケーブルを介して、TMSシステムに接続を使用しています。
ポストTMSのfMRIのセッション
3。代表的な結果
fMRIデータの解析は、事前·事後のTMS fMRIのセッションの両方に対して個別に行われている。各fMRIのセッションのために（ すなわち 、事前と事後TMS）は、メロディーと聴覚制御タスクとのコントラストが左右Heschlの脳回、上側頭脳回、下前頭脳回とprecenでタスク関連活性を示す最大スペクトル脳回（ 図1のB）。事前·事後のTMS fMRIのセッションとの違いを評価するために、我々はスチューデントのt検定を用いて、ランダム効果分析を行う。意義は、z> 2のしきい値とpの補正されたクラスタのしきい値= 0.05で識別されるクラスタを使用して決定されます。 図1 Cは単一の参加者のためのコントラストポストマイナスプレCTBSを表しています。データは右Heschlの回（黒丸）を標的CTBSは左Heschlの回を含む反対（左）聴覚野におけるfMRIの応答の増加を誘導することを示唆している。 fMRIの応答の変化はまた、二国間で左中心後回、左の島にと横後頭葉皮質で発見されています。しかし、fMRIの応答に有意な変化は、コイルの下に見られません。また、同様の結合されたTMS-fMRIのプロトコルは、頂点（コントロール·サイト）を刺激するために繰り返されます。頂点の上に適用さCTBSと事前·事後fMRIのセッションの比較は、どのsignificaを示さなかったntの効果（データは示さず）。
図1：個々のプレTMS fMRIのデータ（）、ポストTMS fMRIデータ（B）とポストマイナスプレTMS fMRIのデータ（C）の分析。プリTMS fMRIのセッション（A）中とポストTMS fMRIのセッション（B）の単一の参加者のためのコントラストメロディ差別マイナス聴覚制御試験のAの結果。左から右へ：軸冠状および矢状ビュー。 （a）も（b）、TMSのコイルは、次の場所に右Heschlの回（黒丸）を標的としたx = 54、Y = -13、Z = 1（MNI152標準スペース）。事前·事後のTMS fMRIのセッションの両方の場合、座標値は、x = -54、Y = -13、Z = 1（MNI152標準スペース）刺激部位（ すなわち右Heschlの回で左半球の変化を示すことで表示されます）。スチューデントのt検定を用いたコントラストポストマイナスプレTMS fMRIのセッションの後は、結果。
特別な利害関係は宣言されません。
聴覚処理は、音声や音楽関連の処理の基礎となっています。経頭蓋磁気刺激（TMS）を認知、感覚と運動のシステムを研究するために正常に使用されているが、まれにオーディションを受けるために適用されていません。ここでは、聴覚皮質の機能的な組織を理解することは機能的磁気共鳴画像法と組み合わせるTMSを検討した。
CIBCフェローシップ（ja）およびNSERC助成（RZ）。我々は、赤外線カメラに関する彼の助けのためロッシュM.コモ（Brainsight）、MRコンパチブルトラッカーや他のハードウェアのサポートに感謝しています。我々はまた、コイルホルダ用の多関節アームを設計し、ビデオで表示される数値のいくつかを提供するブライアン·ハインズ（Hybexイノベーション株式会社）に感謝しています。そして、私たちは、実験の設計を最適化する助けモントリオール神経学研究所のマクコーネル脳イメージングセンターからすべてのMR技術とM.フェレイラ氏に感謝します。
| 材料名 | タイプ | 会社 |
| 経頭蓋磁気刺激 | MagstimスーパーRapid2刺激すると、Rapid-2プラスワンモジュール | Magstim株式会社、ウェールズ、イギリス |
| 磁気刺激用コイル | MRI対応70ミリメートル8の字コイル | Magstim株式会社、ウェールズ、イギリス |
| 磁気共鳴画像 | 3-Tシーメンストリオスキャナ、32チャネル·ヘッドコイル | シーメンス社、ドイツ |
| フレームレス定位脳手術 | Brainsight | ローグリサーチ社、モントリオール、カナダ |
| 光学測定システム | ポラリススペクトル | ノーザン·デジタル社は、オンタリオ州、カナダ |
| コイルホルダ用の多関節アーム | 標準 | Hybex Innovatイオン（株）、アンジュ、カナダ |
| MRI対応インサートイヤホン | Sensimetrics、モデルS14 | Sensimetricsコーポレーション、米国マサチューセッツ州 |
