Het in kaart brengen van de na-effecten van Theta Burst stimulatie over de menselijke auditieve cortex met Functionele Beeldvorming

Het algemene doel van deze procedure is om functionele hersenbeeldvorming te combineren met transcraniële magnetische stimulatie om de auditieve cortex te onderzoeken. Dit wordt bereikt door eerst een functionele mr-localizer uit te voeren om het netwerk te identificeren dat geassocieerd is met een auditieve taak. Vervolgens wordt het stimulatiedoel bepaald op basis van de gegevens van de functionele mr-localizer.

Voer vervolgens een functionele MR-scan uit om de activiteit in de auditieve cortex vóór de stimulatie te meten. Gebruik daarna NEURONAVIGATIE-instrumenten om de TMS-spoel te positioneren ten opzichte van de individuele anatomie en functie van de deelnemer. Dit gebeurt terwijl de proefpersoon op de scannerbed ligt.

Om te voorkomen dat de deelnemer herhaaldelijk naar de scannerruimte moet worden verplaatst, is de laatste stap om de deelnemer zo snel mogelijk terug in de scanneropening te schuiven en de fMRI-acquisitie te starten. Uiteindelijk kan fMRI TMS-geïnduceerde effecten in kaart brengen. De gegevens toonden aan dat er na TMS een functionele reorganisatie in het auditieve netwerk plaatsvindt.

TMS is een uniek instrument voor het onderzoeken van causale relaties tussen specifieke hersengebieden en cognitieve functies. De interpretatie ervan is echter beperkt door een gebrek aan informatie over de locatie en aard van de veranderingen in hersenactiviteit die door TMS worden opgewekt. Daarom hebben we besloten om TMS te combineren met functionele beeldvorming om de door TMS veroorzaakte functionele veranderingen te bepalen.

Het verschil tussen ons onderzoek en eerdere studies is dat wij TMS uitvoeren in de scannerruimte, in tegenstelling tot de standaard offline TMS en fMRI. Bij die laatste methode moet de deelnemer de MRI-ruimte verlaten en naar een andere kamer gaan om TMS te ontvangen, om vervolgens zo snel mogelijk terug te keren. Voor de tweede fMRI-sessie kan dit heen en weer gaan variabiliteit toevoegen aan de door TMS veroorzaakte hersenveranderingen, terwijl dit in ons protocol is vermeden.

De hoofdpositie blijft relatief stabiel, wat kan leiden tot een grotere nauwkeurigheid bij het vergelijken van FM RI-gegevens van vóór en na de behandeling. Daarnaast zullen de TMS en de gebruikte effecten sneller in kaart worden gebracht. Dit protocol is verdeeld over een sessie van twee dagen.

De eerste dag bestaat uit een fMRI-LOCALIZER-sessie met een anatomische en een functionele scan om de gebieden te definiëren die met TMS moeten worden getarget. De tweede dag bestaat uit fMRI-sessies, zowel vóór als na TMS op de eerste dag, waarbij de deelnemer de taak voor melodiediscriminatie buiten de scanner oefent. Bij deze taak geeft de proefpersoon aan of twee opeenvolgende melodieën van vijf noten hetzelfde zijn of verschillen.

Er is ook een auditieve controletaak zonder discriminatie opgenomen, waarbij de proefpersoon patronen van vijf noten van gelijke lengte hoort, die allemaal dezelfde toonhoogte hebben van C5, en na de tweede toon op een knop drukt. Begin vervolgens de MRI-sessie door een anatomisch MR-beeld met een hoge resolutie te verkrijgen. Verwerf daarna functionele beelden met behulp van een gradient echo EPI-pulssequentie en een sparse sampling-paradigma om elk BOLD-effect of auditieve maskering als gevolg van de MRI-scan te minimaliseren.

Ruis nadat het scannen is voltooid. Definieer de stimulatieplaats van het subject met behulp van zowel anatomische als functionele kenmerken. Houd er rekening mee dat TMS beperkt is wat betreft de diepte van de stimulatieplaats vanwege de attenuatie van de elektrische veldsterkte en diepte, en dat er niet kan worden verwacht dat gebieden dieper dan drie centimeter worden bereikt.

Het is cruciaal om voor elke deelnemer soortgelijke referentiepunten te gebruiken, ondanks verschillen in anatomie en functie tussen individuen. Gebruik daarom anatomische referentiepunten om de gyrus van Heschl te lokaliseren, zoals gedefinieerd door de maskers van de Harvard Oxford structural Atlas. Het masker wordt hier in het groen weergegeven; bepaal vervolgens het TMS-doelwit door de piek van activatie binnen de gyrus van Heschl te vinden, wat hier wordt aangegeven door de blauwe stip.

Lokaliseer daarnaast de vertex als locatie om te controleren voor aspecifieke effecten van TMS, zoals akoestische en somatosensorische artefacten. Dit wordt anatomisch gedefinieerd als een punt halverwege de inion en de neusbrug, en equidistant van de rechter- en linkerinteraalinkepingen. Let erop dat de volgorde van stimulatie over de proefpersonen heen gebalanceerd moet worden.

Op de dag van het TMS-experiment. Stel alle apparatuur in, beginnend met het frameloze stereotaxis-systeem.

Het computersysteem moet buiten de scannerruimte naast de deur worden geplaatst, welke tijdens de TMS-toepassing open blijft staan. De registratietools en trackers van de systemen zijn MR-compatibel, evenals een multi-gewrichtsarm. De hier gebruikte infraroodcamera is niet MR-compatibel en moet daarom in de scannerruimte op twee meter afstand van het scannerbed, nabij de scannerdeur, worden geplaatst.

Het TMS-stimulatorsysteem dient te worden geplaatst in een ruimte naast de MRI-scanruimte. In de scanruimte wordt een MRI-compatibele TMS-spoel gebruikt, die via een zeven meter lange kabel door een RF-filterbuisbelasting is verbonden met het TMS-systeem. De anatomische en functionele beelden van de deelnemer en de stimulatiedoelen worden in het stereotactische softwarepakket geladen. Hier zullen we de rechter gyrus van Heschél van de deelnemer targeten voordat de scan begint.

Laat de proefpersoon een MR-screeningformulier invullen en alle metalen voorwerpen verwijderen. Start vervolgens de MR-acquisitie met anatomische en functionele scans die identiek zijn aan die van de localizersessie. Schuif daarna de scantafel naar buiten en houd het lichaamplateau gedurende de gehele TMS-sessie omhoog.

Verwijder de bovenste Mr.Head-spoel en bevestig de hoofdband en de tracker-set op het hoofd van de deelnemer; monteer de multi-joint arm aan de scannerbed. Bevestig vervolgens de MR-compatibele TMS-spoel aan de arm. Verifieer dat alle trackers en de spoel zich in het gezichtsveld van de camera Hier bevinden.

De camera is iets rechts van de deelnemer geplaatst om een eenvoudigere tracking van de spoelverplaatsing mogelijk te maken. Wanneer de rechterhemisfeer wordt getarget, kalibreert u het hoofd van de proefpersoon met de stereotaxische instrumenten en coregistreert u de neuspunt, het nasion en de tragus van beide oren met dezelfde referentiepunten op de anatomische gegevens. Hiervoor zijn twee experimentatoren nodig.

Stap één vindt plaats bij het hoofd van de deelnemer en bij de computer om de registratie op de computer uit te voeren. Plaats vervolgens de MR-compatibele TMS-spoel tangentieel aan de hoofdhuid, waarbij de spoeltrackers naar de infraroodcamera zijn gericht. De spoel moet zo worden georiënteerd dat de handgreep naar achteren wijst en parallel loopt aan de middellijn.

Fixeer de positie van de spoel met de schroeven op de multifunctionele arm. Zet nu het TMS-systeem aan en begin met de stimulatie. TMS moet worden toegepast volgens een gestructureerd protocol, zoals continue theta-burst stimulatie bestaande uit drie pulsen bij 50 hertz, herhaald bij vijf hertz gedurende 40 seconden.

Dit protocol is effectief gebleken in het moduleren van corticale plasticiteit gedurende een periode tot 30 minuten na het stopzetten van de stimulatie bij gezonde populaties. Zodra de stimulatie is voltooid, is het belangrijk om de proefpersoon zo snel mogelijk terug in de scanner te plaatsen. Verwijder alle TMS-apparatuur en schuif het hoofd van de deelnemer in de Mr.Head-spoel.

Zorg ervoor dat uw scansequenties zijn voorbereid en gereed zijn, waarbij het aantal en de duur van de localizer-scans tot een minimum zijn beperkt. Aangezien de effecten van RTMS tijdelijk zijn, moet de laatste scansessie beginnen met de functionele scan. Voer de FMRI opnieuw uit tijdens de 12 minuten durende run van de melodie-taak.

Nadat de functionele scan is voltooid, wordt het experiment afgesloten met een anatomische scan. Voer de analyse van de fMRI-gegevens apart uit voor zowel de pre- als post-TMS-fMRI-sessie voor elke fMRI-sessie. Maak een contrast tussen de melodieën en de auditieve controletaak.

Om vervolgens verschillen tussen de pre- en post-T-M-S-F-M-R-I-sessies te evalueren, wordt een random effect-analyse uitgevoerd met behulp van een gepaarde student t-toets. Hier zien we de resultaten van het contrast tussen melodiediscriminatie en auditieve controletrials voor een enkele deelnemer in de pre-T-M-S-F-M-R-I-sessie en in de post-T-M-S-F-M-R-I-sessie; voor zowel de pre- als post-T-M-S-F-M-R-I-sessies worden de coördinaten weergegeven in de MNI 1 52 standaardruimte om veranderingen in het linkerhemisfeer contralateraal aan de stimulatieplaats te tonen, inclusief de gyrus van Heschel. Hier kunnen we de resultaten zien van het contrast post minus pre T-M-S-F-M-R-I-sessies met behulp van een gepaarde student t-toets.

De gegevens suggereren dat CTBS gericht op de rechter gyrus van Heschl een toename van het signaal induceert in de contralaterale auditieve cortex en ook in andere contralaterale gebieden. Daarnaast observeren we veranderingen in de functionele connectiviteit tussen de auditieve cortices in de twee hemisferen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe TMS-neuronavigatieapparatuur wordt gebruikt om specifieke hersengebieden te targeten en hoe TMS wordt uitgevoerd binnen een ML-omgeving.

Deze procedure stelt onderzoekers in staat om de door TMS geïnduceerde effecten op de auditieve cortex in kaart te brengen met behulp van fMRI. De procedure kan echter ook worden gebruikt om andere regio's van belang te targeten, zoals frontale of pariëtale gebieden.