Name: Mapowanie następstw stymulacji impulsem Theta na ludzką korę słuchową za pomocą obrazowania funkcjonalnego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 9 s
Description: Poznaj metodę łączenia TMS z fMRI do badania kory słuchowej człowieka. Technika neuronawigacji umożliwia precyzyjne pozycjonowanie cewki i mapowanie zmian aktywności mózgu przed oraz po stymulacji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Stypendium CIBC (JA) oraz grant NSERC (RZ). Jesteśmy wdzięczni Rochowi M. Comeau (Brainsight) za pomoc w zakresie kamery podczerwieni, trackerów kompatybilnych z MR oraz inne wsparcie sprzętowe. Wyrażamy również wdzięczność Brianowi Hynesowi (Hybex Innovations Inc.), który zaprojektował wielostawowe ramię do uchwytu cewki i przygotował niektóre z rycin zaprezentowanych w filmie. Szczególne podziękowania kierujemy do wszystkich techników MR oraz M. Ferreiry z McConnell Brain Imaging Centre w Montreal Neurological Institute za pomoc w optymalizacji projektu eksperymentu.

Protokół jest podzielony na sesje trwające dwa dni (niekoniecznie następujące po sobie). Pierwszy dzień obejmuje fMRI localizer składający się z anatomicznego i funkcjonalnego skanowania MR, aby zdefiniować dla każdego uczestnika obszary docelowe dla TMS. Drugi dzień składa się z sesji fMRI przed i po TMS, podczas których TMS jest stosowany wewnątrz skanera przy użyciu specjalnej cewki TMS kompatybilnej z MR (Magstim Ltd., Wales, UK) oraz bezramowego systemu stereotaktycznego (Brainsight). Ten ostatni służy do pozycjonowania cewki TMS w czasie rzeczywistym na obszarach korowych w odniesieniu do anatomicznych i funkcjonalnych danych każdego uczestnika.
1. Sesja lokalizacyjna
<ul>
 <li>Rozpocznij od pozyskania wysokorozdzielczego obrazu anatomicznego badanego uczestnika.</li>
 <li>Następnie wykonaj obrazy funkcjonalne, wykorzystując impuls EPI z echem gradientowym oraz paradygmat rzadkiego próbkowania, aby zminimalizować efekt BOLD lub maskowanie słuchowe wynikające z hałasu skanera MRI 14,15. W naszym przypadku fMRI jest przeprowadzane podczas zadania z melodią, w którym uczestnicy muszą określić, czy dwie kolejne 5-nutowe melodie są takie same czy różne 2,16. Uwzględniono również słuchowe zadanie kontrolne bez dyskryminacji, w którym badani słyszą dwa wzorce pięciu nut o tej samej długości, wszystkie o tej samej wysokości C5, i otrzymują instrukcję kliknięcia lewego przycisku po drugim bodźcu. W każdym przebiegu, pomiędzy próbami zadania, losowo wstawiano również okresy ciszy. Łącznie zaprezentowano 72 próby w randomizowanej kolejności: 24 próby dyskryminacji melodii, 24 próby kontrolne słuchowe oraz 24 okresy ciszy, przy całkowitym czasie trwania 12 min 16 sec.</li>
 <li>Zdefiniuj miejsce stymulacji, korzystając z punktów orientacyjnych anatomicznych i/lub funkcjonalnych. Należy mieć świadomość, że TMS jest ograniczony pod względem głębokości miejsca stymulacji ze względu na tłumienie natężenia pola elektrycznego w głąb, i nie można oczekiwać dotarcia do obszarów głębszych niż 3 cm6,17. Kluczowym krokiem jest zastosowanie podobnych punktów orientacyjnych dla każdego uczestnika, co może być trudne ze względu na różnice anatomiczne i funkcjonalne między badanymi. W tym przypadku celem jest zakręt Heschla u każdego uczestnika, zlokalizowany przy użyciu zarówno punktów anatomicznych, jak i funkcjonalnych. Wykorzystujemy maski zakrętu Heschla dostarczone przez atlasy strukturalne Harvard-Oxford (<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>), a cel TMS jest definiowany indywidualnie jako szczyt aktywacji w obrębie zakrętu Heschla 2. Dodatkowo definiujemy położenie wierzchołka (vertex), który będzie służył jako miejsce kontrolne w celu wyeliminowania niespecyficznych efektów TMS, takich jak artefakty akustyczne i somatosensoryczne. Wierzchołek definiuje się anatomicznie jako punkt w połowie odległości między inion a nasadą nosa, równoodległy od prawego i lewego wyrostka wewnątrzusznego. Kolejność miejsc stymulacji (tzn. zakręt Heschla lub wierzchołek) jest zrównoważona między osobnikami.</li>
</ul>
2. Eksperyment fMRI przed i po TMS
Sesja fMRI przed TMS
<ul>
 <li>Przygotuj uczestnika do wejścia bezpośrednio do skanera. Obejmuje to usunięcie przedmiotów metalowych oraz wypełnienie formularza przesiewowego TMS i MR.</li>
 <li>Rozpocznij akwizycję MR od skanów anatomicznych i funkcjonalnych (identycznych z tymi, które wykonano podczas sesji lokalizacyjnej, patrz sekcja 1).</li>
</ul>
Bezramowa stereotaksja i TMS w środowisku MRI
Bezramowy system stereotaksji składa się z kamery podczerwieni (Polaris Spectra), zestawu narzędzi i trackerów (Brainsight) wykorzystywanych w procedurze rejestracji oraz komputera. Komputer znajduje się poza pomieszczeniem skanera, ale jest ustawiony przy jego wejściu; podczas aplikacji TMS drzwi skanera pozostają otwarte. Narzędzia i trackery są kompatybilne z MR, podobnie jak statyw (własnej produkcji) podtrzymujący kamerę podczerwieni, w związku z czym są one używane wewnątrz pomieszczenia skanera. Kamera podczerwieni nie jest kompatybilna z MR, dlatego jest ona ustawiona w pomieszczeniu skanera, w pobliżu jego drzwi, w odległości około dwóch metrów od stołu skanera (patrz: sekcja dotycząca procedur bezpieczeństwa). System stymulatora TMS znajduje się w pomieszczeniu sąsiadującym z pomieszczeniem skanera MRI. Używamy kompatybilnej z MRI cewki TMS umieszczonej wewnątrz pomieszczenia skanera i podłączonej do systemu TMS za pomocą 7-m kabla poprzez rurę filtra RF.
<ul>
 <li>Wczytaj obrazy anatomiczne i funkcjonalne uczestnika oraz cele stymulacji do stereotaktycznego pakietu oprogramowania (np. Brainsight). W tym przypadku celem będzie prawy zakręt Heschla.</li>
 <li>Po wykonaniu fMRI przed TMS, zdejmij górną część cewki głowowej MR z 32-kanałowej cewki głowowej (w przypadku korzystania ze skanera Siemens 3T i konfiguracji z 32-kanałową cewką głowową).</li>
 <li>Następnie przesuń uczestnika w dół stołu skanera.</li>
 <li>Zamocuj opaskę na głowę oraz zestaw trackerów na głowie uczestnika.</li>
 <li>Zamontuj przegubowe ramię do stołu skanera i przymocuj do niego kompatybilną z MR cewkę TMS.</li>
 <li>Upewnij się, że wszystkie trackery oraz cewka znajdują się w polu widzenia kamery. W tym przypadku kamera jest lekko przesunięta na prawą stronę uczestnika, aby umożliwić łatwiejsze śledzenie przemieszczeń cewki podczas celowania w prawą półkulę.</li>
 <li>Zkalibruj głowę badanego za pomocą narzędzi stereotaktycznych (tj. wskaźnika). Odbywa się to poprzez korejestrację kilku punktów orientacyjnych na głowie uczestnika (np. w naszym przypadku wierzchołka nosa, nasion i tragusu obu uszu) z tymi samymi punktami na danych anatomicznych. W tej procedurze potrzebnych jest dwóch eksperymentatorów: jeden blisko głowy uczestnika, aby pozycjonować wskaźnik, oraz drugi przy wejściu do pomieszczenia skanera, aby przeprowadzić rejestrację na komputerze.</li>
 <li>Ustaw kompatybilną z MR cewkę TMS stycznie do skóry głowy, tak aby trackery cewki były skierowane w stronę kamery podczerwieni. Cewka jest zorientowana tak, aby uchwyt był skierowany do tyłu i równolegle do linii środkowej 2. Utrwal pozycję cewki za pomocą śrub w przegubowym ramieniu.</li>
 <li>W pomieszczeniu sąsiadującym ze skanerem MRI włącz system TMS i rozpocznij stymulację. TMS jest stosowany zgodnie z określonym protokołem, tj. ciągłą stymulacją wiązkową theta (cTBS), składającą się z 3 impulsów przy 50Hz, powtarzanych przy 5Hz przez 40s. Stosujemy stałą intensywność stymulacji (41%) zdefiniowaną przez wyjście stymulatora 18,19. Wybrano ten protokół, ponieważ wykazano, że moduluje on plastyczność korową przez czas do 30 min po zakończeniu stymulacji w populacjach zdrowych 20 (patrz sekcja dyskusji w celu zapoznania się z procedurą bezpieczeństwa).</li>
</ul>
Sesja fMRI po TMS
<ul>
 <li>Po zakończeniu stymulacji ważne jest, aby jak najszybciej umieścić badanego ponownie w skanerze. Usuń cewkę TMS z pomieszczenia skanera oraz usuń ramię wielostawowe. Wsuń głowę uczestnika z powrotem do cewki głowowej MR. Upewnij się, że skaner jest przygotowany i gotowy do pracy. Zalecamy, aby platforma pod ciało pozostawała podniesiona przez całą sesję TMS oraz aby zminimalizować liczbę i czas trwania skanów lokalizacyjnych.</li>
 <li>Ponieważ efekty rTMS są przejściowe, ostatnia sesja skanowania powinna rozpocząć się od skanu funkcjonalnego. Ponownie przeprowadzono fMRI podczas 12-minutowego bloku zadania z melodią.</li>
 <li>Po zakończeniu ostatniego skanu należy wykonać skan anatomiczny.</li>
</ul>
3. Reprezentatywne wyniki
Analizy danych fMRI są przeprowadzane oddzielnie dla sesji fMRI przed i po zabiegu TMS. Dla każdej sesji fMRI (t.j. przed i po TMS), kontrast między melodiami a kontrolnym zadaniem słuchowym wykazuje aktywność związaną z zadaniem w lewej i prawej zakręcie Heschla, górnych zakrętach skroniowych, dolnych zakrętach czołowych oraz zakrętach przedśrodkowych (Ryc. 1 A, B). Aby ocenić różnice między sesjami fMRI przed i po TMS, wykonujemy analizę efektów losowych przy użyciu sparowanego testu t Studenta. Istotność określono za pomocą klastrów zidentyfikowanych przy progu z &gt; 2 i skorygowanym progu klastra p = 0,05. Ryc. 1 C przedstawia kontrast po minus przed cTBS dla jednego uczestnika. Dane sugerują, że cTBS celowana w prawą zakręt Heschla (czarny okrąg) indukuje wzrost odpowiedzi fMRI w przeciwległej (lewej) korze słuchowej, w tym w lewej zakręcie Heschla. Zmiany w odpowiedzi fMRI stwierdzono również w lewym zakręcie posutrodkowym, lewej wyspie oraz obustronnie w bocznej korze potylicznej. Jednak pod cewką nie zaobserwowano żadnej istotnej zmiany w odpowiedzi fMRI. Dodatkowo powtórzono podobny połączony protokół TMS-fMRI w celu stymulacji wierzchołka głowy (miejsce kontrolne). Porównanie sesji przed i po fMRI przy zastosowaniu cTBS nad wierzchołkiem nie wykazało żadnego istotnego efektu (dane nie zostały przedstawione).
<img src="/files/ftp_upload/3985/3985fig1.jpg" alt="Analiza skanu fMRI mózgu pokazująca wzorce aktywacji, wyróżnione obszary, widok z góry, widok z boku." data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Analiza indywidualnych danych fMRI przed TMS (A), danych fMRI po TMS (B) oraz różnicy danych fMRI po minus przed TMS (C). A. Wyniki kontrastu: dyskryminacja melodii minus próby kontrolne słuchowe dla pojedynczego uczestnika w sesji fMRI przed TMS (A) i w sesji fMRI po TMS (B). Od lewej do prawej: przekroje osiowy, czołowy i strzałkowy. Zarówno w (A), jak i w (B), cewka TMS jest skierowana na prawą zakręcie Heschla (czarne koło) znajdującą się w x=54, y=-13, z=1 (standardowa przestrzeń MNI152). Dla obu sesji fMRI, przed i po TMS, współrzędne są wyświetlane w x=-54, y=-13, z=1 (standardowa przestrzeń MNI152), aby pokazać zmiany w lewej półkuli w miejscu stymulacji (i.e. prawym zakręcie Heschla). C. Wyniki kontrastu sesji fMRI po minus przed TMS z wykorzystaniem sparowanego testu t Studenta.

Nie zadeklarowano konfliktów interesów.

Opisujemy protokół łączący technikę TMS w trybie offline z fMRI w celu zbadania organizacji funkcjonalnej kory słuchowej. W kolejnych sekcjach omówimy czynniki metodologiczne, które należy wziąć pod uwagę przy stosowaniu tego podejścia.
Akwizycja i czas trwania sesji fMRI po TMS
Kolejność akwizycji skanów i przeciwbilansowanie sesji fMRI przed i po TMS
Kluczowe jest wykonanie anatomicznego skanowania MR przed i po TMS, aby uzyskać p...

<table><tbody><tr><td>Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna</td><td>Stymulator Magstim super Rapid2, moduł Rapid-2 Plus One</td><td>Magstim Ltd., Wales, UK</td><td></td></tr><tr><td>Cewka do stymulacji magnetycznej</td><td>Cewka w kształcie ósemki 70 mm kompatybilna z MRI</td><td>Magstim Ltd., Wales, UK</td><td></td></tr><tr><td>Obrazowanie rezonansem magnetycznym</td><td>Skaner 3-T Siemens Trio, 32-kanałowa cewka głowowa</td><td>Siemens, Inc., Germany</td><td></td></tr><tr><td>Stereotaksja bezramkowa</td><td>Brainsight</td><td>Rogue Research Inc., Montreal, Canada</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny system pomiarowy</td><td>Polaris Spectra</td><td>Northern Digital Inc, Ontario, Canada</td><td></td></tr><tr><td>Wielostawowe ramię do uchwytu cewki</td><td>Standardowe</td><td>Hybex Innovations Inc., Anjou, Canada</td><td></td></tr><tr><td>Słuchawki dokanałowe kompatybilne z MRI</td><td>Sensimetrics, model S14</td><td>Sensimetrics Corporation, MA, USA</td><td></td></tr></tbody></table>

mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

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

Kora słuchowa odpowiada za przetwarzanie dźwięków, co stanowi podstawę procesów związanych z mową lub muzyką1. Jednak mimo znacznych postępów w ostatnim czasie, właściwości funkcjonalne i lateralizacja ludzkiej kory słuchowej nie są jeszcze w pełni poznane. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest nieinwazyjną techniką, która pozwala na przejściową lub trwałą modulację pobudliwości kory poprzez aplikację lokalnych impulsów pola magnetycznego i stanowi unikalną metodę badania plastyczności oraz łączności funkcjonalnej. Dopiero niedawno zaczęto ją stosować w celu zrozumienia funkcji kory słuchowej 2.
Ważnym problemem w stosowaniu TMS jest trudność w ustaleniu fizjologicznych skutków stymulacji. Choć w wielu badaniach TMS przyjmuje się domyślnie, że obszar celowany przez cewkę jest obszarem poddanym działaniu, nie zawsze musi tak być, szczególnie w przypadku złożonych funkcji poznawczych, które zależą od oddziaływań między wieloma regionami mózgu 3. Jednym z rozwiązań tego problemu jest połączenie TMS z funkcjonalnym obrazowaniem metodą rezonansu magnetycznego (fMRI). Koncepcja ta zakłada, że fMRI dostarczy wskaźnika zmian w aktywności mózgu związanych z TMS. W ten sposób fMRI zapewni niezależną metodę oceny tego, które obszary są pod wpływem TMS i w jaki sposób są one modulowane 4. Ponadto fMRI umożliwia ocenę łączności funkcjonalnej, która stanowi miarę sprzężenia czasowego między odległymi regionami. Może to być zatem przydatne nie tylko do pomiaru wypadkowej modulacji aktywności wywołanej przez TMS w określonych lokalizacjach, ale także do oceny stopnia, w jakim właściwości sieci są wpływane przez TMS poprzez wszelkie zaobserwowane zmiany w łączności funkcjonalnej.
W zależności od kolejności czasowej stosowanych metod istnieją różne podejścia do łączenia TMS z obrazowaniem funkcjonalnym. fMRI można zastosować przed, w trakcie, po, lub zarówno przed, jak i po TMS. W ostatnim czasie w niektórych badaniach przeplatano TMS i fMRI w celu zapewnienia mapowania w czasie rzeczywistym zmian funkcjonalnych indukowanych przez TMS 5-7. Jednakże ta kombinacja online wiąże się z licznymi problemami technicznymi, w tym z artefaktami statycznymi wynikającymi z obecności cewki TMS w pomieszczeniu ze skanerem lub wpływem impulsów TMS na proces tworzenia obrazu MR. Co ważniejsze, głośny szum akustyczny indukowany przez TMS (zwiększony w porównaniu ze standardowym zastosowaniem z powodu rezonansu groma skanera) oraz zwiększone wibracje cewki TMS (wywołane silnymi siłami mechanicznymi wynikającymi ze statycznego pola magnetycznego skanera MR) stanowią kluczowy problem podczas badania przetwarzania słuchowego.
Jest to jeden z powodów, dla których w niniejszym badaniu fMRI przeprowadzono przed i po TMS. Podobne podejścia stosowano w celu ukierunkowania na korę ruchową 8,9, korę przedruchową 10, pierwotną korę somatosensoryczną 11,12 oraz obszary związane z językiem 13, jednak do tej pory żadne połączone badanie TMS-fMRI nie dotyczyło kory słuchowej. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie szczegółów dotyczących protokołu oraz rozważań niezbędnych do skutecznego połączenia tych dwóch narzędzi neuronaukowych w celu zbadania przetwarzania słuchowego.
Wcześniej wykazaliśmy, że repetywna stymulacja magnetyczna przezczaszkowa (rTMS) o wysokiej i niskiej częstotliwości (odpowiednio 10 Hz i 1 Hz) zastosowana nad korą słuchową modulowała czas reakcji (RT) w zadaniu dyskryminacji melodii 2. Wykazaliśmy również, że modulacja RT była skorelowana z łącznością funkcjonalną w sieci słuchowej ocenianą za pomocą fMRI: im wyższa łączność funkcjonalna między lewą a prawą korą słuchową podczas wykonywania zadania, tym silniejszy efekt ułatwiający (t.j. skrócony RT) obserwowany po rTMS. Wyniki te miały jednak charakter głównie korelacyjny, ponieważ badanie fMRI przeprowadzono przed rTMS. W niniejszej pracy fMRI wykonano przed i bezpośrednio po TMS, aby uzyskać bezpośrednie pomiary organizacji funkcjonalnej kory słuchowej, a w szczególności plastycznej reorganizacji słuchowej sieci neuronalnej następującej po interwencji neuronalnej za pomocą TMS.
Połączenie fMRI i TMS zastosowanych nad korą słuchową powinno umożliwić lepsze zrozumienie mechanizmów mózgowych przetwarzania słuchowego, dostarczając informacji fizjologicznych o funkcjonalnych efektach TMS. Wiedza ta mogłaby być użyteczna w wielu zastosowaniach w dziedzinie neuronauki poznawczej, a także w optymalizacji terapeutycznych zastosowań TMS, szczególnie w zaburzeniach związanych ze słuchem.

Przetwarzanie słuchowe stanowi podstawę przetwarzania mowy oraz muzyki. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) została z sukcesem wykorzystana do badania systemów poznawczych, sensorycznych i motorycznych, lecz rzadko stosowano ją w badaniach słuchu. W niniejszej pracy zbadaliśmy połączenie TMS z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansem magnetycznym (fMRI), aby zrozumieć organizację funkcjonalną kory słuchowej.

Mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

Kora słuchowa odpowiada za przetwarzanie dźwięków, które stanowi podstawę procesów związanych z mową lub muzyką1. Jednak mimo znacznych postępów w ostatnim czasie...

Ogólnym celem tej procedury jest połączenie funkcjonalnego obrazowania mózgu z transkranialną stymulacją magnetyczną w celu zbadania kory słuchowej. Jest to realizowane poprzez przeprowadzenie w pierwszej kolejności funkcjonalnego badania lokalizacyjnego MRI (fMRI localizer), aby zidentyfikować sieć powiązaną z zadaniem słuchowym. Następnie, na podstawie danych z funkcjonalnego badania lokalizacyjnego MRI, definiowany jest cel stymulacji.Następnie należy wykonać funkcjonalne badanie MR w celu pomiaru aktywności w korze słuchowej przed stymulacją. Potem należy użyć narzędzi do NEURONAWIGACJI, aby ustawić cewkę TMS względem indywidualnej anatomii i funkcji uczestnika. Czynność ta jest wykonywana, gdy badany leży na stole skanera.Aby uniknąć wielokrotnego przemieszczania uczestnika z pomieszczenia ze skanerem, ostatnim krokiem jest jak najszybsze wsunięcie uczestnika z powrotem do gantry skanera i rozpoczęcie akwizycji fMRI. W efekcie fMRI pozwala na mapowanie efektów wywołanych przez TMS. Dane wykazały, że po zastosowaniu TMS następuje funkcjonalna reorganizacja w obrębie sieci słuchowej.TMS jest unikalnym narzędziem do badania związków przyczynowo-skutkowych między konkretnymi obszarami mózgu a funkcjami poznawczymi. Jednak jego interpretacja jest ograniczona ze względu na brak informacji dotyczących lokalizacji i charakteru zmian w aktywności mózgu wywołanych przez TMS. Dlatego zdecydowaliśmy się połączyć TMS z obrazowaniem funkcjonalnym, aby określić zmiany funkcjonalne indukowane przez TMS.Różnica między naszym badaniem a badaniami poprzednimi polega na tym, że przeprowadzamy TMS w pomieszczeniu ze skanerem w standardowym trybie offline TMS i fMRI. Wcześniej uczestnik musiał opuścić pomieszczenie MRI, przejść do innego pokoju w celu otrzymania TMS, a następnie powrócić tak szybko, jak to możliwe. W przypadku drugiej sesji fMRI takie przemieszczanie się może wprowadzać zmienność w zmiany mózgowe wywołane przez TMS w naszym protokole.Pozycja głowy pozostaje stosunkowo stabilna, co może prowadzić do większej dokładności podczas porównywania danych FM RI sprzed i po zabiegu. Dodatkowo, efekty TMS i użyte mechanizmy zostaną zmapowane szybciej. Protokół ten jest podzielony na sesję dwudniową.Pierwszy dzień obejmuje sesję lokalizacyjną fMRI z obrazowaniem anatomicznym i funkcjonalnym w celu zdefiniowania obszarów docelowych dla TMS. Drugi dzień składa się z sesji fMRI, zarówno przed, jak i po zastosowaniu TMS w pierwszym dniu, podczas których uczestnik ćwiczy zadanie dyskryminacji melodii poza skanerem. W tym zadaniu badany wskazuje, czy dwie kolejne pięcionutowe melodie są takie same, czy różne.Włączono również zadanie kontrolne słuchowe bez dyskryminacji, w którym badany słyszy wzorce pięciu nut o tej samej długości, wszystkie o tej samej wysokości dźwięku C5, i naciska przycisk po drugim tonie. Następnie należy rozpocząć sesję MRI od pozyskania obrazu anatomicznego MR o wysokiej rozdzielczości. Potem należy pozyskać obrazy funkcjonalne, wykorzystując sekwencję impulsów EPI echo gradientowe oraz paradygmat rzadkiego próbkowania, aby zminimalizować efekt BOLD lub maskowanie słuchowe wynikające z badania MRI.Po zakończeniu skanowania występuje szum. Wyznacz miejsce stymulacji badanego, korzystając z punktów orientacyjnych anatomicznych i funkcjonalnych. Należy pamiętać, że TMS ma ograniczenia w zakresie głębokości miejsca stymulacji ze względu na tłumienie natężenia pola elektrycznego wraz z głębokością i nie można oczekiwać dotarcia do obszarów położonych głębiej niż 3 cm.Kluczowe jest stosowanie podobnych punktów orientacyjnych dla każdego uczestnika, pomimo różnic anatomicznych i funkcjonalnych między osobnikami. Należy zatem wykorzystać punkty anatomiczne do zlokalizowania zakrętu Heschla zgodnie z maskami z atlasu strukturalnego Harvard Oxford. Maska jest tutaj zaznaczona na zielono; następnie wyznaczono punkt docelowy TMS, odnajdując szczyt aktywacji w obrębie zakrętu Heschla, co zaznaczono tutaj niebieską kropką.Należy również wyznaczyć koronę głowy (vertex) jako miejsce kontrolne dla nieswoistych efektów TMS, takich jak artefakty akustyczne i somatosensoryczne. Jest on definiowany anatomicznie jako punkt znajdujący się w połowie drogi między inion a nasadą nosa, w równej odległości od prawego i lewego nacięcia międzywyrostkowego. Należy pamiętać, że kolejność stymulacji poszczególnych punktów powinna być zrównoważona (counterbalanced) w odniesieniu do poszczególnych osób.W dniu przeprowadzenia eksperymentu TMS przygotuj cały sprzęt, zaczynając od bezramowego systemu stereotaksycznego.System komputerowy musi zostać umieszczony poza pomieszczeniem skanera, w sąsiedztwie drzwi, które pozostaną otwarte podczas zastosowania TMS. Narzędzia rejestracyjne i trackery systemu są kompatybilne z MR, podobnie jak ramię wielostawowe. Kamera podczerwieni użyta w tym przypadku nie jest kompatybilna z MR, dlatego musi zostać umieszczona w odległości dwóch metrów od stołu skanera wewnątrz pomieszczenia skanera, w pobliżu drzwi.System stymulatora TMS powinien znajdować się w pomieszczeniu sąsiadującym z pomieszczeniem skanera MRI. W pomieszczeniu skanera zostanie użyta cewka TMS kompatybilna z MRI, połączona z systemem TMS za pomocą siedmiometrowego kabla przez filtr RF, a obrazy anatomiczne i funkcjonalne uczestnika oraz cele stymulacji zostaną wprowadzone do stereotaktycznego pakietu oprogramowania. W tym przypadku przed rozpoczęciem skanowania będziemy celować w prawą zakręt Heshla uczestnika.Poproś badanego o wypełnienie kwestionariusza przesiewowego do MR i usunięcie wszystkich metalowych przedmiotów. Następnie rozpocznij akwizycję MR, wykonując skany anatomiczne i funkcjonalne identyczne z tymi, które przeprowadzono podczas sesji lokalizacyjnej. Następnie wysuń stół skanera, utrzymując platformę do ciała w pozycji podniesionej przez całą sesję TMS.Zdejmij górną cewkę Mr.Head i zamocuj opaskę oraz zestaw trackerów na głowie uczestnika, a następnie zamocuj wielostawowe ramię do stołu skanera. Następnie zamocuj kompatybilną z MR cewkę TMS na ramieniu. Zweryfikuj, czy wszystkie trackery i cewka znajdują się w polu widzenia kamery tutaj.Kamera znajduje się nieco po prawej stronie uczestnika, aby umożliwić łatwiejsze śledzenie przemieszczenia cewki. Podczas celowania w prawą półkulę, skalibruj głowę badanego za pomocą narzędzi stereotaktycznych, a następnie dokonaj korejestracji czubka nosa, nasionu oraz tragusa obu uszu z odpowiadającymi im punktami orientacyjnymi na danych anatomicznych. Do wykonania tej czynności potrzebni są dwaj eksperymentatorzy.Krok pierwszy: przy głowie uczestnika oraz przy komputerze w celu wykonania rejestracji w komputerze. Kolejna pozycja: cewka TMS kompatybilna z MR ustawiona stycznie do skóry głowy, z trackerami cewki skierowanymi w stronę kamery podczerwieni. Cewka powinna być zorientowana tak, aby uchwyt był skierowany do tyłu i równolegle do linii środkowej.Ustabilizuj pozycję cewki za pomocą śrub na ramieniu wielostawowym. Następnie włącz system TMS i rozpocznij stymulację. TMS należy zastosować zgodnie z określonym protokołem, takim jak ciągła stymulacja theta burst, składająca się z trzech impulsów o częstotliwości 50 hertz, powtarzanych z częstotliwością 5 hertz przez 40 sekund.Wykazano, że protokół ten moduluje plastyczność kory przez czas do 30 minut po zaprzestaniu stymulacji w populacjach zdrowych. Po zakończeniu stymulacji ważne jest, aby jak najszybciej umieścić badanego ponownie w skanerze. Należy usunąć cały sprzęt TMS i wsunąć głowę uczestnika do cewki Mr.Head.Upewnij się, że sekwencje skanowania są przygotowane i gotowe do uruchomienia, a liczba oraz czas trwania skanów lokalizacyjnych zostały ograniczone do minimum. Ponieważ efekty rTMS są przejściowe, ostatnia sesja skanowania powinna rozpocząć się od skanu funkcjonalnego. Ponownie, przeprowadź fMRI podczas 12 minutowej serii zadania z melodią.Po zakończeniu skanowania funkcjonalnego, po zakończeniu eksperymentu, wykonaj skanowanie anatomiczne. Przeprowadź analizę danych fMRI oddzielnie dla sesji przed i po TMS-fMRI w każdej z sesji fMRI. Wykonaj kontrast pomiędzy melodiami a kontrolnym zadaniem słuchowym.Następnie, aby ocenić różnice między sesjami przed i po T-M-S-F-M-R-I, należy przeprowadzić analizę efektów losowych z wykorzystaniem sparowanego testu t studenta. Tutaj widzimy wyniki kontrastu dyskryminacji melodii minus próby kontrolne słuchowe dla pojedynczego uczestnika w sesji przed T-M-S-F-M-R-I oraz w sesji po T-M-S-F-M-R-I; dla obu sesji, przed i po T-M-S-F-M-R-I, współrzędne są przedstawione w standardowej przestrzeni MNI 1 52, aby pokazać zmiany w lewej półkuli przeciwległej do miejsca stymulacji, w tym w zakręcie Heschla. Tutaj możemy zobaczyć wyniki kontrastu sesje po minus przed T-M-S-F-M-R-I z zastosowaniem sparowanego testu t studenta.Dane sugerują, że CTBS nakierowany na prawy zakręt Heschla indukuje wzrost sygnału w przeciwległej korze słuchowej oraz w innych przeciwległych obszarach. Ponadto obserwujemy zmiany w łączności funkcjonalnej między korami słuchowymi w obu półkulach. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak wykorzystać sprzęt do neuronawigacji TMS do celowania w konkretne obszary mózgu oraz jak przeprowadzać TMS w środowisku ML.Niniejsza procedura umożliwia badaczom mapowanie efektów wywołanych przez TMS w korze słuchowej przy użyciu fMRI. Procedura ta może być jednak wykorzystana również do celowania w inne obszary zainteresowania, takie jak obszary czołowe lub ciemieniowe.

mapping-after-effects-theta-burst-stimulation-on-human-auditory

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Odwzorowanie skutków pobudzenia burstowego Theta w ludzkim korze słuchowym za pomocą obrazowania funkcjonalnego

Stosujemy magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG) w celu zmapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.

Mapowanie funkcjonalne z jednoczesną rejestracją MEG i EEG

Wykorzystujemy magnetoencefalografię i elektroencefalografię (MEG/EEG), w połączeniu z informacjami anatomicznymi uzyskanymi za pomocą obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI), aby zmapować dynamikę sieci korowej związanej z uwagą słuchową.

Mapowanie dynamiki korowej z wykorzystaniem jednoczesnej MEG/EEG oraz oszacowań minimalnej normy z ograniczeniami anatomicznymi: przykład uwagi słuchowej

Niniejszy artykuł przedstawia zoptymalizowaną procedurę obrazowania neuronalnych substratów stymulacji słuchowej w mózgu ptaka śpiewającego przy użyciu funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym (fMRI). Opisano w nim przygotowanie bodźców dźwiękowych, pozycjonowanie obiektu badawczego oraz akwizycję i późniejszą analizę danych fMRI.

Funkcjonalny obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) ze stymulacją słuchową u ptaków śpiewających

Badania funkcjonalne układu słuchowego u ssaków były tradycyjnie prowadzone przy użyciu technik skoncentrowanych na przestrzeni, takich jak zapisy elektrofizjologiczne.  Poniższy protokół opisuje metodę wizualizacji wielkoskalowych wzorców wywołanej aktywności hemodynamicznej w korze słuchowej kota za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego.

Funkcjonalne obrazowanie kory słuchowej u dorosłych kotów przy użyciu fMRI o wysokim polu

Ten artykuł opisuje metodę zbierania i analizowania danych elektroencefalografii (EEG) podczas jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) sterowanej aktywacjami ujawnionymi za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Opisano metodę usuwania artefaktów TMS i ekstrakcji potencjałów związanych ze zdarzeniami, a także rozważania dotyczące projektowania paradygmatu i konfiguracji eksperymentalnej.

Ekstrakcja wizualnych potencjałów wywołanych z danych EEG zarejestrowanych podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej pod kontrolą fMRI

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) jest obiecującym narzędziem do nieinwazyjnego badania oscylacji mózgu, chociaż jej efekty nie są w pełni zrozumiałe. W tym artykule opisano bezpieczną i niezawodną konfigurację do jednoczesnego stosowania tACS z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym, która może zwiększyć zrozumienie oscylacyjnej funkcji mózgu i skutków tACS.

Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Ten protokół opisuje kwantyfikację wolumetrycznych zmian hemodynamicznych mózgu w mózgu myszy za pomocą funkcjonalnych ultradźwięków (fUS). Procedury dla mapy aktywacji funkcjonalnej 3D po stymulacji sensorycznej, a także łączności funkcjonalnej w stanie spoczynku są przedstawione jako przykłady ilustracyjne u myszy znieczulonych i obudzonych.

Aktywacja 3D całego mózgu i mapowanie łączności funkcjonalnej u myszy przy użyciu przezczaszkowego funkcjonalnego obrazowania ultrasonograficznego

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna z nawigacją jest wysoce wydajnym nieinwazyjnym narzędziem do mapowania obszarów korowych związanych z mową. Pomaga w projektowaniu operacji mózgu i przyspiesza bezpośrednią stymulację kory mózgowej przeprowadzaną podczas operacji. W tym raporcie opisano, jak niezawodnie wykonać mapowanie kory mowy na potrzeby oceny przedoperacyjnej i badań.

Projekt badania dla powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w celu mapowania kory mowy

Nowatorski protokół spersonalizowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w połączeniu z mapowaniem sieci korowych za pomocą elektroencefalografii (TMS–EEG), oparty na wielu modalnościach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).

Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

Protokół ten ustanawia praktyczne podejście do łączenia HD-tACS z EEG w celu badania efektów stymulacji nerwowych podczas zadań poznawczych, wykorzystując stymulację częstotliwością theta w pamięci roboczej jako przykład.

Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu

Poznaj metodę łączenia TMS z fMRI do badania kory słuchowej człowieka. Technika neuronawigacji umożliwia precyzyjne pozycjonowanie cewki i mapowanie zmian aktywności mózgu przed oraz po stymulacji.

Mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

Przeglądaj więcej filmów