Сопоставление После эффектов Theta всплеск раздражения на человека слуховой коры с функциональной визуализации

Общая цель данной процедуры заключается в сочетании функциональной визуализации мозга с транскраниальной магнитной стимуляцией для исследования слуховой коры. Это достигается путем первоначального проведения функционального МРТ-локализатора для идентификации сети, связанной со слуховой задачей. Затем на основе данных функционального МРТ-локализатора определяется мишень для стимуляции.

Затем проведите функциональную МРТ-сканирование для измерения активности в слуховой коре до начала стимуляции. После этого с помощью инструментов НЕЙРОНАВИГАЦИИ определите положение катушки TMS относительно индивидуальной анатомии и функциональных особенностей участника. Данная процедура выполняется, пока испытуемый находится на столе сканера.

Чтобы избежать многократного перемещения участника из процедурного кабинета сканера, на заключительном этапе необходимо максимально быстро задвинуть участника обратно в апертуру сканера и начать сбор данных ФМРТ. В конечном счете ФМРТ позволяет картировать эффекты, индуцированные ТМС. Полученные данные показали, что после ТМС в слуховой сети происходит функциональная реорганизация.

ТМС представляет собой уникальный инструмент для исследования причинно-следственных связей между конкретными областями мозга и когнитивными функциями. Однако возможности интерпретации этого метода ограничены из-за недостатка информации о локализации и характере изменений активности мозга, вызванных ТМС. Именно поэтому мы решили объединить ТМС с функциональной визуализацией, чтобы определить функциональные изменения, индуцируемые ТМС.

Отличие нашего исследования от предыдущих работ заключается в том, что мы проводим ТМС непосредственно в помещении сканера, в то время как при стандартных офлайн-ТМС и фМРТ участнику приходится покидать процедурный кабинет МРТ, переходить в другое помещение для проведения ТМС, а затем как можно быстрее вернуться обратно. При проведении второго сеанса фМРТ такие перемещения могут внести вариативность в изменения состояния мозга, вызванные воздействием ТМС в нашем протоколе.

Положение головы остается относительно стабильным, что позволяет достичь более высокой точности при сравнении данных функционального МРТ-сканирования (fMRI) до и после воздействия. Кроме того, картирование эффектов ТМС будет проходить быстрее. Данный протокол разделен на сессии в течение двух дней.

Первый день включает сеанс fMRI-локализатора с анатомическим и функциональным сканированием для определения областей, на которые будет направлена TMS. Второй день состоит из сеансов fMRI; как до, так и после TMS в первый день участнику предлагается потренироваться в выполнении задачи по различению мелодий вне сканера. В ходе этой задачи испытуемый должен указать, являются ли две последовательные мелодии из пяти нот одинаковыми или разными.

Также включено задание на слуховой контроль без дискриминации, при котором испытуемый слышит паттерны из пяти нот равной длительности, все из которых имеют высоту C5, и нажимает кнопку после второго тона. Затем начните сеанс МРТ с получения анатомического МР-изображения с высоким разрешением. После этого получите функциональные изображения, используя импульсную последовательность градиентного эхо-ЭПИ и парадигму разреженного сэмплирования, чтобы минимизировать любой BOLD-эффект или слуховое маскирование, вызванное МРТ-сканированием.

После завершения сканирования шум прекращается. Определите место стимуляции объекта, используя как анатомические, так и функциональные ориентиры. Учитывайте, что TMS имеет ограничения по глубине стимуляции из-за затухания напряженности электрического поля с увеличением глубины, поэтому нельзя ожидать воздействия на области глубже трех сантиметров.

Крайне важно использовать схожие ориентиры для каждого участника, несмотря на индивидуальные различия в анатомии и функциях. Поэтому используйте анатомические ориентиры для локализации извилины Гешля согласно маскам структурного атласа Harvard-Oxford. Маска показана здесь зеленым цветом; затем определите мишень для ТМС, найдя пик активации в пределах извилины Гешля, который обозначен здесь синей точкой.

Также определите точку на макушке (vertex) в качестве контрольного участка для учета неспецифических эффектов ТМС, таких как акустические и соматосенсорные артефакты. Анатомически эта точка определяется как середина между инионом (внешним затылочным выступом) и переносицей, равноудаленная от правой и левой межвисочных вырезок. Обратите внимание, что последовательность стимуляции различных точек должна быть сбалансирована (рандомизирована) для разных участников.

В день проведения эксперимента с использованием ТМС. Подготовьте все оборудование, начиная с безрамной стереотаксической системы.

Компьютерная система должна быть расположена за пределами помещения со сканером, рядом с дверью, которая остается открытой во время применения ТМС. Инструменты регистрации и трекеры системы, а также многосуставной манипулятор совместимы с МРТ. Используемая здесь инфракрасная камера не совместима с МРТ, поэтому ее необходимо разместить внутри помещения со сканером на расстоянии двух метров от стола сканера, рядом с дверью.

Система стимулятора ТМС должна располагаться в помещении, прилегающем к залу МРТ-сканера. В зале сканера будет использоваться совместимая с МРТ катушка ТМС, подключенная к системе ТМС через семиметровый кабель через нагрузочную трубку РЧ-фильтра; анатомические и функциональные снимки участника, а также цели стимуляции вводятся в стереотаксический программный пакет. В данном случае перед началом сканирования целью будет правая извилина Гешля участника.

Попросите испытуемого заполнить форму скрининга для МРТ и снять все металлические изделия. Затем начните сбор данных МРТ, выполнив анатомическое и функциональное сканирование, идентичное тому, что проводилось во время сеанса локализации. После этого выдвиньте стол сканера и держите платформу для тела в приподнятом положении на протяжении всего сеанса ТМС.

Снимите верхнюю катушку Mr.Head, зафиксируйте оголовье и набор трекеров на голове участника, затем установите многосуставный манипулятор на стол сканера. После этого закрепите МР-совместимую катушку ТМС на манипуляторе. Убедитесь, что все трекеры и катушка находятся в поле зрения камеры, показанной здесь.

Камера расположена слегка справа от участника, чтобы облегчить отслеживание смещения катушки. При воздействии на правое полушарие откалибруйте положение головы субъекта с помощью инструментов стереотаксиса, проведите корегистрацию кончика носа, назиона и козелка обоих ушей с соответствующими ориентирами на анатомических данных. Для этого требуются два экспериментатора.

Шаг первый: подготовка пациента и выполнение регистрации на компьютере. Следующее положение: МР-совместимая катушка ТМС располагается тангенциально к коже головы, при этом трекеры катушки должны быть направлены в сторону инфракрасной камеры. Катушка должна быть ориентирована так, чтобы рукоятка была направлена назад и параллельно срединной линии.

Зафиксируйте положение катушки с помощью винтов на многосуставном манипуляторе. Теперь включите систему TMS и начните стимуляцию. TMS следует применять в соответствии с определенным протоколом, таким как непрерывная тета-вспышечная стимуляция (continuous theta burst stimulation), состоящая из трех импульсов с частотой 50 Hz, повторяющихся с частотой 5 Hz в течение 40 секунд.

Было показано, что данный протокол модулирует пластичность коры головного мозга на протяжении до 30 минут после прекращения стимуляции у здоровых людей. После завершения стимуляции важно как можно быстрее поместить субъекта обратно в сканер. Удалите все оборудование для ТМС и переместите голову участника в катушку Mr.Head.

Убедитесь, что последовательности сканирования подготовлены и готовы к запуску, а количество и продолжительность локализационных сканов сведены к минимуму. Поскольку эффекты rTMS носят временный характер, финальный сеанс сканирования должен начинаться с функционального сканирования. Снова проведите fMRI во время 12-минутного выполнения задания с мелодией.

После завершения функционального сканирования в конце эксперимента проведите анатомическое сканирование. Выполните анализ данных фМРТ отдельно для сессий до и после TMS-fMRI. Проведите сравнение между воздействием мелодий и слуховым контрольным заданием.

Затем, чтобы оценить различия между сессиями до и после T-M-S-F-M-R-I, проведите анализ случайного эффекта с помощью парного t-критерия Стьюдента. Здесь представлены результаты контраста «различение мелодии минус слуховой контроль» для одного участника в сессии до T-M-S-F-M-R-I и в сессии после T-M-S-F-M-R-I; для обеих сессий (до и после T-M-S-F-M-R-I) координаты отображены в стандартном пространстве MNI 1 52, чтобы показать изменения в левом полушарии контрлатерально месту стимуляции, включая извилину Гешля. Здесь мы видим результаты контраста «сессия после минус сессия до T-M-S-F-M-R-I», полученные с помощью парного t-критерия Стьюдента.

Данные свидетельствуют о том, что CTBS, направленная на правую извилину Гешля, вызывает усиление сигнала в контралатеральной слуховой коре, а также в других контралатеральных областях. Кроме того, мы наблюдаем изменения функциональной связности между слуховыми корами двух полушарий. После просмотра этого видео вы должны четко понимать, как использовать оборудование для нейронавигации TMS для воздействия на определенные области мозга и как проводить TMS в условиях ML-среды.

Данная процедура позволяет исследователям картировать эффекты, вызванные TMS в слуховой коре, с помощью FMRI. Однако эту процедуру также можно использовать для воздействия на другие области интереса, такие как фронтальные или париетальные области.