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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest połączenie funkcjonalnego obrazowania mózgu ze stymulacją magnetyczną przezczaszkową w celu zbadania kory słuchowej. Jest to realizowane poprzez przeprowadzenie w pierwszej kolejności funkcjonalnego badania lokalizacyjnego MRI, aby zidentyfikować sieć powiązaną z zadaniem słuchowym. W drugim etapie definiuje się cel stymulacji na podstawie danych uzyskanych z funkcjonalnego badania lokalizacyjnego MRI.

Następnie należy wykonać funkcjonalne badanie MR w celu pomiaru aktywności w korze słuchowej przed stymulacją. Potem należy wykorzystać narzędzia 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 i do pomieszczenia ze skanerem, ostatnim krokiem jest jak najszybsze wsunięcie uczestnika z powrotem do otworu skanera i rozpoczęcie akwizycji fMRI. W końcowym rozrachunku fMRI pozwala na mapowanie efektów indukowanych przez TMS. Dane wykazały, że po zastosowaniu TMS w sieci słuchowej następuje reorganizacja funkcjonalna.

TMS jest wyjątkowym narzędziem do badania związków przyczynowych między konkretnymi obszarami mózgu a funkcjami poznawczymi. Jednakże jego interpretacja jest ograniczona przez brak informacji dotyczących lokalizacji i charakteru zmian w aktywności mózgu wywołanych przez TMS. Z tego powodu postanowiliśmy 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 wewnątrz pomieszczenia skanera w standardowym trybie offline TMS i fMRI. Uczestnik musiałby opuścić pomieszczenie MRI, udać się do innego pokoju w celu otrzymania TMS, a następnie powrócić tak szybko, jak to możliwe. W przypadku drugiej sesji fMRI takie przemieszczanie się może wprowadzić zmienność w obrazowaniu zmian mózgowych wywołanych 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, mapowanie TMS oraz wykorzystanych efektów przebiegnie szybciej. Niniejszy protokół jest podzielony na sesję dwudniową.

Pierwszy dzień obejmuje sesję FMRI LOCALIZER, składającą się z obrazowania anatomicznego i funkcjonalnego, w celu zdefiniowania obszarów będących celem stymulacji TMS. Drugi dzień składa się z sesji FMRI; zarówno przed, jak i po TMS w pierwszym dniu, uczestnik ćwiczy zadanie rozróżniania melodii poza skanerem. W tym zadaniu badany wskazuje, czy dwie kolejne pięciotonowe melodie są takie same czy różne.

Włączono również kontrolne zadanie słuchowe bez dyskryminacji, w którym badany słyszy wzorce pięciu dźwięków o tej samej długości i tej samej wysokości dźwięku C5, a następnie naciska przycisk po drugim tonie. Następnie rozpoczęto sesję MRI od wykonania anatomicznego obrazu MR o wysokiej rozdzielczości. Potem wykonano obrazy funkcjonalne, stosując sekwencję impulsów EPI z echem gradientowym oraz paradygmat rzadkiego próbkowania, aby zminimalizować efekt BOLD lub maskowanie słuchowe wynikające ze skanowania MRI.

Po zakończeniu skanowania należy wyciszyć pomieszczenie. Wyznacz miejsce stymulacji badanego, wykorzystując punkty orientacyjne anatomiczne oraz funkcjonalne. Należy pamiętać, że możliwość stymulacji metodą TMS jest ograniczona pod względem głębokości miejsca stymulacji ze względu na tłumienie natężenia pola elektrycznego wraz z głębokością, w związku z czym 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. Dlatego należy wykorzystać punkty orientacyjne anatomiczne do zlokalizowania zakrętu Heschla zgodnie z definicją masek z atlasu strukturalnego Harvard-Oxford. Maska jest tutaj przedstawiona na zielono; następnie zdefiniowano punkt docelowy TMS, odnajdując szczyt aktywacji w obrębie zakrętu Heschla, który zaznaczono tutaj niebieską kropką.

Należy również wyznaczyć wierzchołek głowy jako miejsce kontroli niespecyficznych efektów TMS, takich jak artefakty akustyczne i somatosensoryczne. Anatomicznie jest on definiowany jako punkt znajdujący się w połowie drogi między inion a nasadą nosa i w równej odległości od prawego i lewego wcięcia międzywidziowego. Należy pamiętać, że kolejność miejsc stymulacji powinna być zrównoważona u poszczególnych osób.

W dniu eksperymentu TMS. Przygotować całą aparaturę, zaczynając od bezramowego systemu stereotaksycznego.

System komputerowy musi zostać umieszczony poza pomieszczeniem skanera, w bezpośrednim sąsiedztwie drzwi, które pozostaną otwarte podczas aplikacji TMS. Narzędzia do rejestracji i trackery systemu są kompatybilne z MR, podobnie jak ramię wieloprzegubowe. Kamera podczerwona wykorzystana w tej procedurze nie jest kompatybilna z MR, dlatego musi zostać ustawiona w odległości dwóch metrów od stołu skanera, wewnątrz pomieszczenia skanera, w pobliżu jego 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 poprzez filtr RF, a obrazy anatomiczne i funkcjonalne uczestnika oraz cele stymulacji zostaną wprowadzone do oprogramowania stereotaktycznego. W tej procedurze celem będzie prawa zakręt Heschla uczestnika przed rozpoczęciem skanowania.

Poproś badaną osobę 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 i utrzymuj platformę pod ciałem w pozycji podniesionej przez całą sesję TMS.

Zdejmij górną cewkę Mr.Head, a następnie zamocuj opaskę na głowę oraz zestaw trackerów na głowie uczestnika i przytwierdź ramię wielostawowe 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, nasion oraz tragusów obu uszu z odpowiednimi punktami orientacyjnymi na danych anatomicznych. Do wykonania tej czynności potrzebnych jest dwóch eksperymentatorów.

Krok pierwszy obejmuje pozycjonowanie przy głowie uczestnika oraz przy komputerze w celu przeprowadzenia rejestracji w systemie. Następnie należy ustawić kompatybilną z MR cewkę TMS stycznie do skóry głowy, kierując trackery cewki w stronę kamery podczerwieni. Cewka powinna być zorientowana tak, aby uchwyt był skierowany do tyłu i znajdował się równolegle do linii środkowej.

Ustabilizuj pozycję cewki za pomocą śrub na ramieniu wielostawowym. Następnie włącz system TMS i rozpocznij stymulację. TMS należy stosować 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 u zdrowych populacji. Po zakończeniu stymulacji ważne jest, aby jak najszybciej umieścić badanego z powrotem 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 użycia, a liczba i 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-minutowego przebiegu zadania melodycznego.

Po zakończeniu skanowania funkcjonalnego należy wykonać skanowanie anatomiczne po zakończeniu eksperymentu. Analizę danych fMRI należy przeprowadzić oddzielnie dla sesji przed i po t-M-S-F-M-R-I dla każdej sesji fMRI. Należy przeprowadzić kontrast między 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 przy użyciu sparowanego testu t Studenta. Tutaj widzimy wyniki kontrastu dyskryminacji melodii minus próby kontrolne słuchowe dla jednego 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 wyświetlane w standardowej przestrzeni MNI 1 52, aby ukazać zmiany w lewej półkuli przeciwległej do miejsca stymulacji, w tym w zakręcie Heschla. Tutaj możemy zobaczyć wyniki kontrastu sesji po minus przed T-M-S-F-M-R-I przy użyciu sparowanego testu t Studenta.

Dane sugerują, że CTBS skierowany na prawą zakręć Heschla indukuje wzrost sygnału w przeciwległej korze słuchowej, a także 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 w celu celowania w konkretne obszary mózgu oraz jak przeprowadzać TMS w środowisku ML.

Niniejsza procedura umożliwia badaczom mapowanie efektów indukowanych 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.