Объединение транскраниальной магнитной стимуляции и МРТ по анализу сети Режим по умолчанию

Общая цель данной процедуры заключается в изменении возбудимости коры головного мозга с помощью ритмической транскраниальной магнитной стимуляции с последующим изучением этих эффектов на активацию сети покоя мозга с использованием функциональной МРТ. Это достигается путем предварительного получения исходного анатомического скана испытуемого, который может быть использован для определения мишени в месте стимуляции коры. Вторым этапом процедуры является проведение нескольких серий фМРТ в состоянии покоя перед стимуляцией.

Третьим этапом процедуры является применение ТМС к выбранной области коры головного мозга с использованием параметров стимуляции, подобранных с учетом их модулирующего воздействия. Заключительным этапом процедуры является повторное выполнение нескольких серий функциональной визуализации. В итоге можно получить результаты, демонстрирующие вызванные ТМС изменения активации сети пассивного режима работы мозга на основе анализа данных BOLD-визуализации.

Главное преимущество данной методики перед использованием только ФМРТ заключается в том, что с помощью ТМС мы можем модулировать одну область для наблюдения за динамикой сети. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области когнитивной нейробиологии. Он позволяет не только лучше прояснить взаимодействия внутри конкретной сети покоя, такой как сеть пассивного режима работы мозга, но и помогает лучше понять взаимодействия между сетью пассивного режима и другими сетями состояния покоя.

За несколько дней до проведения основных экспериментов с применением ТМС и функциональной визуализации пригласите испытуемого к сканеру для проведения базового анатомического сканирования, которое будет использоваться для нейронавигации во время процедуры ТМС. Начните с того, что попросите испытуемого заполнить.

Вся необходимая документация, включая форму согласия на участие в исследовании и любые другие документы по исследованию. Включите стандартную форму скрининга для МРТ и проверьте её, чтобы убедиться в отсутствии противопоказаний к МРТ, таких как стенты или клипсы при аневризмах. Также воспользуйтесь этой возможностью, чтобы провести предварительный скрининг субъекта для ТМС и объяснить детали эксперимента.

Затем подведите испытуемого к сканеру и уложите его на стол сканера. Следует выполнить T1-взвешенное 3D SPGR MP rage сканирование или аналогичное, при этом поле обзора должно охватывать всю голову, включая ушные раковины, нос и волосистую часть головы. Рекомендуемая толщина среза составляет около 1 mm.

Загрузите этот скан в программный пакет для безрамной стереотаксической навигации, который будет использоваться для нейронавигации во время процедуры ТМС, и с помощью данного ПО определите и задайте координаты стимуляции. В данном эксперименте целью будет левая нижняя теменная доля, которую мы видим здесь в день проведения эксперимента. Имейте в виду, что нейромодуляционные эффекты рТМС носят временный характер, поэтому при проведении комбинированных экспериментов с ТМС и фМРТ крайне важен строгий учет времени.

Следовательно, для обеспечения своевременного перехода между этапами эксперимента следует предпринять следующие шаги. Во-первых, установите портативный аппарат ТМС в помещении, примыкающем к зоне сканирования или максимально близком к ней. В данном эксперименте система размещена в смотровом кабинете, расположенном рядом со сканером.

Однако убедитесь, что все оборудование, не совместимое с МРТ, всегда остается за пределами пятифутовой линии. Во-вторых, убедитесь, что ранее полученные анатомические МРТ-снимки субъекта с предварительно определенными мишенями загружены в пакет стереотаксического программного обеспечения и готовы к использованию во время процедуры ТМС. Наконец, закрепите стереотаксическое оборудование на стимулирующей катушке и откалибруйте катушку с помощью выбранного вами программного обеспечения.

Здесь расположен набор инфракрасных датчиков, выровненных для регистрации центральности катушки. После завершения подготовки экспериментальной установки подготовьте испытуемого к МРТ-сканированию: повторно проверьте безопасность проведения МРТ, попросите испытуемого снять все металлические предметы и убедитесь, что он или она посетили туалет. Сопроводите испытуемого в процедурную комнату сканера и удобно расположите его или ее на столе сканера, при необходимости обеспечив поддержку спины и шеи для достижения максимального комфорта.

Во время сканирования подключите головную катушку и используйте поролоновые прокладки вокруг головы испытуемого для уменьшения артефактов движения. Выполните LOCALIZER-сканирование, а также начальное и анатомическое сканирование. Затем проведите три функциональных экспериментальных серии продолжительностью по шесть минут каждая.

Мы рекомендуем следующие параметры: эхо-планарная томография с TR 2,5 с, размером вокселя 3 мм и полем обзора, охватывающим весь мозг. Во время каждого запуска в центральном поле зрения испытуемого отображается точка фиксации, и испытуемому дается инструкция расслабиться и пассивно смотреть на нее. Такая простая задача на фиксацию взгляда подходит для изучения активации сети пассивного режима работы мозга.

После завершения первого сеанса функционального сканирования помогите испытуемому выйти из сканера и предложите ему или ей удобно сесть на стул, расположенный рядом с установкой ТМС. Предоставьте беруши для защиты слуха во время стимуляции.

Затем ознакомьте испытуемого с аппаратом ТМС и стимулирующей катушкой. Сделайте несколько импульсов рядом с головой испытуемого, чтобы он или она привыкли к громкому щелкающему звуку, и подайте импульс на кисть руки, чтобы испытуемый мог почувствовать создаваемое ощущение постукивания. Теперь вы готовы к калибровке положения головы испытуемого с помощью стереотаксического оборудования.

Сначала закрепите инфракрасный трекер на голове субъекта в этом месте. Инфракрасные датчики используются для регистрации нескольких анатомических ориентиров, включая оба уха, нос и назион. Эти ориентиры записываются с помощью программного пакета для стереотаксиса, чтобы ранее полученный анатомический скан был совмещен с положением головы субъекта.

Затем определите порог моторного покоя испытуемого. Для данного протокола используйте одиночные импульсы над первичной моторной корой, как показано здесь: перемещайте катушку и регулируйте интенсивность стимуляции до тех пор, пока не найдете область, вызывающую четыре сокращения мышц из восьми в контрлатеральной руке. В завершение установите интенсивность и параметры аппарата ТМС, которые будут использоваться во время стимуляции.

Для данного эксперимента используется стимуляция частотой 20 Гц при интенсивности 110% моторного порога с паттерном стимуляции, состоящим из двухсекундных серий и 28-секундных периодов отдыха, что, как было показано, повышает возбудимость коры. В будущих экспериментах для изучения ингибирующих эффектов можно использовать стимуляцию частотой 1 Гц. Теперь мы готовы приступить к части эксперимента с применением ТМС, поэтому еще раз убедитесь, что испытуемому комфортно и он готов вернуться в сканер.

После сеанса TMS. Перед началом стимуляции удерживайте катушку тангенциально к коже головы и, используя оборудование для стереоатаксиса и дисплей программного обеспечения, найдите и нацельтесь на ранее определенный участок стимуляции коры головного мозга испытуемого; включите систему охлаждения аппарата. Теперь, удерживая катушку над целевым участком коры, начните стимуляцию.

Проведите 45 серий стимуляции с ранее определенными параметрами по две секунды на серию. С учетом 28-секундных перерывов общее время стимуляции составит 23 минуты. Сразу после ТМС убедитесь, что испытуемый как можно быстрее возвращен на стол сканера, и начните заключительный сеанс функциональной визуализации, чтобы минимизировать кратковременные офлайн-эффекты ТМС; сократите количество и продолжительность локалайзерных сканирований до необходимого минимума для инициализации функциональных серий. Быстро примените те же параметры визуализации, что и при начальном сканировании: три шестиминутные серии пассивной фиксации с использованием той же парадигмы фиксации.

После завершения всех этапов функциональной визуализации выполните финальное анатомическое сканирование с высоким разрешением, используя те же параметры визуализации, что и в предыдущих сессиях. В завершение помогите испытуемому покинуть сканер. Обязательно перенесите и архивируйте все данные визуализации и поблагодарите испытуемого за участие.

После сбора данных как минимум для 15 испытуемых используйте любой подходящий пакет программ для обработки фМРТ для постобработки изображений и последующего многосубъектного анализа; здесь представлены репрезентативные результаты при стимуляции левой нижней теменной доли с частотой 20 hertz. Хотя ТМС-стимуляция с частотой 20 hertz способствует повышению локальной возбудимости, данные показывают, что она снижает функциональную связность внутри сети пассивного режима работы мозга. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости как можно быстрее переместить испытуемого в сканер после стимуляции, чтобы зафиксировать транзиторные эффекты рТМС.

Мы также можем изменять параметры ТМС-стимуляции. Например, можно увеличить интенсивность работы аппарата ТМС, чтобы определить, является ли эффект воздействия на сеть покоя параметрическим. Также можно попробовать использовать тета-вспышечную стимуляцию.

Наконец, мы можем оценить эффекты ТМС, используя различные схемы МРТ-исследований после процедуры, такие как блоковый дизайн или дизайн, связанный с событиями, во время выполнения когнитивной задачи.