Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

تعيين آثار ما بعد من ثيتا انفجار تحفيز على القشرة السمعية الإنسان مع التصوير الوظيفي

Published: September 12, 2012 doi: 10.3791/3985
Automatic Translation
1, 1
1Montreal Neurological Institute and International laboratory for Brain, Music, and Sound (BRAMS), McGill University

Summary

تجهيز السمعية هو أساس الكلام وتجهيز الموسيقى ذات الصلة. وقد استخدم التنشيط المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) بنجاح لدراسة المعرفي، ونظم الحسية والحركية ولكن نادرا ما تم تطبيق الاختبار ل. نحن هنا TMS التحقيق جنبا إلى جنب مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لفهم التنظيم الوظيفي من القشرة السمعية.

Protocol

وينقسم البروتوكول في دورة لمدة يومين (وليس بالضرورة على التوالي). في اليوم الأول يتكون من الرنين المغناطيسي الوظيفي وكالايزر تتألف مع التشريحية والوظيفية لمسح MR لتعريف لكل مشارك أن تستهدف المناطق التي TMS. في اليوم الثاني يتكون في دورات الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل وبعد TMS حيث يتم تطبيق TMS داخل الماسح الضوئي باستخدام لفائف TMS MR خاصة متوافقة (Magstim المحدودة، ويلز، المملكة المتحدة) ونظام المجسم بدون إطار (Brainsight). ويستخدم هذا الأخير لمنصب في لفائف في الوقت الحقيقي على المناطق القشرية TMS بالنسبة لبيانات كل مشارك التشريحية والوظيفية.

1. وكالايزر الدورة

  • تبدأ الحصول على صورة عالية الدقة التشريحية من المشاركين الخاص بك.
  • ثم، الحصول على صور صدى الوظيفية باستخدام التدرج EPI النبض ونموذج أخذ العينات متفرق من أجل تقليل أي تأثير أو إخفاء BOLD السمعية بسبب الضوضاء MRI المسح 14،15. في حالتنا، يتم الرنين المغناطيسي الوظيفي من دخلال شهر لحن مهمة التي يتعين على المشاركين تحديد ما إذا كان مرتين متتاليتين 5-علما الألحان هي 2،16 نفس أو مختلفة. كما يتم تضمين عنصر تحكم السمعية مهمة عدم التمييز، والتي نسمع مواضيع ذات طول متساوية للاثنين من خمسة أنماط تلاحظ، وكلها في نفس الملعب من C5 ويتم طلب للنقر الزر الأيسر في أعقاب التحفيز الثانية. كما يتم إدراج فترات من الصمت بشكل عشوائي من بين التجارب المهمة في كل مرة. في المجموع، وتعرض 72 في التجارب العشوائية أمر: 24 محاكمات التمييز ميلودي، 24 محاكمات السيطرة السمعية و 24 فترات من الصمت، لمدة ما مجموعه 12 ثانية 16 دقيقة.
  • تحديد موقع التحفيز باستخدام التشريحية و / أو المعالم الفنية. على المرء أن يكون على علم بأن يقتصر TMS بشأن عمق موقع التحفيز بسبب توهين لقوة الحقل الكهربائي في العمق، ويمكن أن نتوقع للوصول إلى المناطق أعمق من 3 سم 6،17. A خطوة حاسمة لاستخدام معالم مماثلة لكل جزءicipant، التي يمكن أن تكون صعبة بسبب الاختلافات في التشريح ووظائف بين المشاركين. هنا، ونحن استهداف التلفيف هيشل كل مشارك في، وتقع المعالم التشريحية باستخدام كل والوظيفية. نحن استخدام أقنعة من التلفيف هيشل المقدمة من الأطالس هارفارد أكسفورد الهيكلية ( http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html يعرف) والهدف TMS بشكل فردي عن طريق ذروة تفعيل التلفيف داخل وهيشل 2. وبالإضافة إلى ذلك، نعرف أيضا موقف قمة الرأس، والتي سوف تستخدم كموقع للمراقبة للسيطرة غير محددة آثار TMS مثل التحف الصوتية والحسية الجسدية. يتم تعريف قمة الرأس تشريحيا باعتبارها نقطة في منتصف الطريق بين inion وجسر الأنف، ومسافة واحدة من الشقوق وintertragal اليمين واليسار. ويقابل ترتيب الموقع من التحفيز (التلفيف أي هيشل أو قمة الرأس) عبرالأفراد.

2. قبل وبعد التجربة TMS-الرنين المغناطيسي الوظيفي

قبل TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي الدورة

  • إعداد المشاركين للذهاب مباشرة في الماسح الضوئي. وهذا يشمل إزالة المعادن وملء نموذج MR TMS والفرز.
  • بدء اقتناء MR مع التشريحية والوظيفية بالاشعة (مماثلة لتلك التي نفذت في الدورة وكالايزر، انظر القسم 1).

فرملس جراحة التوضيع التجسيمي وTMS في البيئة MRI

ويتألف النظام من جراحة التوضيع التجسيمي فرملس كاميرا الأشعة تحت الحمراء (بولاريس الأطياف)، وبعض الأدوات وبتتبع (Brainsight) المستخدمة لإجراءات التسجيل والكمبيوتر. يقع الكمبيوتر خارج الغرفة الماسح الضوئي، ولكن وضعه على مدخل غرفة الماسح الضوئي ويتم الاحتفاظ فتحت الباب الماسح الضوئي أثناء تطبيق TMS. وبتتبع الأدوات هي MR متوافق، وكذلك ترايبود (محلية الصنع) دعم كاميرا الأشعة تحت الحمراء وهي الerefore المستخدمة داخل الغرفة الماسح الضوئي. الكاميرا الأشعة تحت الحمراء ليست MR-متوافق، وبالتالي يتم وضع داخل غرفة الماسح الضوئي، الماسح الضوئي بالقرب من الباب في حوالي مترين من السرير الماسح الضوئي (انظر المناقشة لإجراء السلامة). الذي يوجد فيه نظام TMS مشجعا في غرفة مجاورة للغرفة الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. نحن نستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي لفائف TMS متوافق تقع داخل غرفة الماسح الضوئي ومتصلا نظام TMS عبر كابل من خلال 7-م أنبوب RF عامل تصفية.

  • تحميل الصور الخاص بك مشارك التشريحية والوظيفية والأهداف التحفيز في حزمة البرامج المجسم (مثل Brainsight). هنا، فإننا سوف تستهدف في التلفيف Heschl اليمين.
  • بعد الاستحواذ قبل TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي، وإزالة الجزء العلوي رئيس MR فائف من لفائف الرأس 32-قناة (في حالة استخدام الماسح الضوئي 3T سيمنز والتكوين لفائف الرأس 32-قناة).
  • المقبل، تنزلق المشارك على السرير الماسح الضوئي.
  • إصلاح عقال وتعقب مجموعة على participالنملة الرأس.
  • تحميل الذراع متعددة صوتها إلى السرير الماسح الضوئي وإصلاح لفائف TMS MR متوافقة على الذراع.
  • تحقق من أن كافة بتتبع واللولب في مجال الرؤية للكاميرا. هنا، يتم نقل الكاميرا قليلا إلى الجانب الأيمن من المشاركين لتمكين تتبع أسهل من تشريد لفائف عند استهداف النصف الأيمن.
  • معايرة رئيس موضوعك مع أدوات جراحة التوضيع التجسيمي (أي أداة المؤشر). يتم ذلك عن طريق عدة معالم coregistering على رأس المشاركين (على سبيل المثال في حالتنا غيض من الأنف، وnasion والوتدة من كلتا الأذنين) مع نفس المعالم على البيانات التشريحية. في هذا الإجراء، وهناك حاجة إلى 2 المجربون، واحدة قريبة من رئيس المشارك لوضع أداة المؤشر على رأس المشاركين، والمجرب أخرى عند مدخل غرفة الماسح الضوئي لأداء التسجيل في الكمبيوتر.
  • وضع لفائف TMS MR متوافق عرضية لرانه فروة الرأس، وبتتبع الملف الموجهة نحو كاميرا الأشعة تحت الحمراء. لفائف موجه مع مقبض الملف لافتا إلى الوراء وبالتوازي مع ال 2 خط الوسط. إصلاح الموقف لفائف باستخدام مسامير على ذراع متعدد صوتها.
  • في غرفة مجاورة للماسح التصوير بالرنين المغناطيسي، قم بتشغيل النظام والبدء TMS التحفيز. يتم تطبيق TMS بعد بروتوكول منقوشة، أي مستمرة تحفيز انفجار ثيتا (cTBS)، ويتألف في 3 نبضات في 50HZ، وكرر في ل5Hz 40S. نستخدم كثافة التحفيز ثابتة (41٪) التي حددها الناتج 18،19 مشجعا. اخترنا هذا البروتوكول فقد تبين لتعديل اللدونة القشرية لمدة تصل إلى 30 دقيقة بعد وقف التحفيز في السكان الأصحاء 20، (انظر القسم مناقشة لإجراءات السلامة).

بعد TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي الدورة

  • مرة واحدة التحفيز كاملة، فمن المهم للحصول على العودة إلى الموضوع الماسح الضوئي في أقرب وقت ممكن. إزالة TMS فائف من غرفة الماسح الضوئي، وإزالة الذراع متعددة صوتها. تنزلق رئيس المشارك في لفائف الرأس MR. الماسح الضوئي هو ضمان استعداد وعلى استعداد للذهاب. نصيحتنا هو الحفاظ على الجسم منصة التي أثيرت خلال الدورة TMS كله، وخفض عدد ومدة المسح وكالايزر إلى أدنى حد ممكن.
  • لأن تأثيرات rTMS هي عابرة، وينبغي أن الدورة المسح النهائي تبدأ مع الفحص وظيفية. مرة أخرى، أجرينا الرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء تشغيل 12-دقيقة من مهمة اللحن.
  • بعد الفحص النهائي اكتمال الانتهاء من المسح التشريحية.

3. ممثل النتائج

وتجري التحاليل للبيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي لكلا على حدة الرنين المغناطيسي الوظيفي الدورة السابقة واللاحقة TMS. لكل دورة الرنين المغناطيسي الوظيفي (أي ما قبل وما بعد TMS)، والتناقض بين الألحان ومهمة السيطرة السمعية يظهر المهمة المتعلقة النشاط في تلافيف هيشل اليسار واليمين، تلافيف الزمنية متفوقة، السفلي للتلفيف الجبهي وprecenترال تلافيف (الشكل 1 A، B). لتقييم الاختلافات بين الدورات الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل وبعد TMS، ونحن إجراء تحليل عشوائي والنتيجة باستخدام الطالب إقران اختبار t. يتم تحديد أهمية استخدام مجموعات التي حددها عتبة> 2 من الألف إلى الياء وعتبة كتلة تصحيح من P = 0.05. الشكل 1 C يمثل النقيض بعد ناقص قبل cTBS لمشارك واحد. وتشير البيانات إلى أن استهداف cTBS الحق هيشل التلفيف (أسود دائرة) تؤدي إلى زيادة في استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي في القشرة السمعية المقابل (إلى اليسار)، بما في ذلك في التلفيف Heschl اليسار. غادر مواد العزل وتوجد أيضا تغييرات في استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي في التلفيف خلف المركزي لليسار،، والثنائي في القشرة القذالي الوحشي. ومع ذلك، يعتبر أي تغيير كبير في استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي في إطار الملف. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تكرار مماثلة مجتمعة TMS-الرنين المغناطيسي الوظيفي بروتوكول لتحفيز قمة الرأس (موقع التحكم). لم المقارنة بين الدورات السابقة واللاحقة الرنين المغناطيسي الوظيفي، مع تطبيق cTBS على قمة الرأس لا تظهر أي significaNT تأثير (البيانات لا تظهر).

الشكل 1
الشكل 1. تحليل البيانات الفردية الرنين المغناطيسي الوظيفي ما قبل TMS (A)، بعد الرنين المغناطيسي الوظيفي البيانات TMS (B) وبعد ناقص قبل TMS البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي (C). النتائج A. من التباين التمييز لحن ناقص المحاكمات السيطرة السمعية لمشارك واحد في الدورة الرنين المغناطيسي الوظيفي ما قبل TMS (A) والرنين المغناطيسي الوظيفي في الدورة بعد TMS (B). من اليسار إلى اليمين: المشاهدات المحوري، الاكليلية والسهمي. في كل من (A) و (B)، لفائف TMS تستهدف الحق هيشل التلفيف (أسود دائرة) التي تقع في س = 54، ص = -13، Z = 1 (MNI152 الفضاء قياسي). الرنين المغناطيسي الوظيفي على حد سواء للدورات السابقة واللاحقة TMS، يتم عرض إحداثيات س = -54 في، Y = -13، Z = 1 (MNI152 الفضاء القياسية) لإظهار التغيرات في نصف الكرة المخية الأيسر في موقع التحفيز (التلفيف أي حق هيشل ). النتائج C. من التباين ما بعد ناقص الرنين المغناطيسي الوظيفي دورات ما قبل TMS باستخدام الطالب إقران اختبار t.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وصفنا بروتوكول الجمع بين TMS حاليا والرنين المغناطيسي الوظيفي للتحقيق في التنظيم الوظيفي للقشرة السمعية. في المقاطع التالية، وسوف نناقش العوامل المنهجية في الاعتبار عند إجراء مثل هذا النهج.

اقتناء وتوقيت ما بعد الدورة TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي

أجل اكتساب المسح الضوئي ودورات موازية من الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل وبعد TMS-

لا بد من الحصول على تفحص التشريحية MR قبل وبعد TMS من أجل الحصول على تسجيل قوية بينهما هو اجراء الفحوصات الفنية. خلاف ذلك، يمكن أن الاختلافات الوظيفية التي تم الحصول عليها يكون بسبب قيام القضايا misregistration بينهما هو اجراء الفحوصات الفنية بدلا من TMS من صنع التغييرات في إشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي. وبالإضافة إلى ذلك، قبل أي دورة الرنين المغناطيسي الوظيفي، TMS (حتى قبل انعقاد الدورة وكالايزر الرنين المغناطيسي الوظيفي)، من الأهمية بمكان لتقييم الاستقرار والتكرار للإشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي، للسماح للمقارنات كمية من الرنين المغناطيسي الوظيفيرد المقادير. في الواقع يمكن أن تكون فكرة جيدة لتشغيل بعض الدراسات الرائدة، وتكرار عمليات الفحص بعد إزالة وإعادة تقديم الموضوع (دون TMS) لاختبار مدى يجوز لأحد أن يتوقع الاختلافات بسبب هذا العامل وحده. يمكن أن تتأثر المقارنة بين الدورة من قبل TMS العوامل غير محددة مثل التعود على سياق التجربة التصوير بالرنين المغناطيسي، بما في ذلك البيئة التصوير بالرنين المغناطيسي، فضلا عن المهمة التي يتعين القيام بها 21. للتغلب على هذه المشكلة يمكن للمرء أن موازنة ترتيب جلسات الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل وبعد عبر TMS-المشاركين. على سبيل المثال، يمكن للمرء أن يبدأ TMS ومن ثم إجراء الرنين المغناطيسي الوظيفي ما بعد الدورة TMS، ثم الانتظار بضع ساعات (أو أيام)، وتنفيذ أعمال الدورة الرنين المغناطيسي الوظيفي ما قبل TMS. تصميم يعتمد على مثل هذه المدة المتوقعة للآثار TMS والاعتبارات العملية مثل توفر للموضوع والماسح الضوئي MR. وثمة نهج آخر هو استخدام التحفيز الشام أو وهمي، ومع ذلك لا تزال تناقش استخدامها لأنها قد لاتوفير الصوتية نفس الأحاسيس الحسية الجسدية و(مثل العضلات تشنجات) وذلك التحفيز الحقيقي وتبين أنها زائفة TMS أن يكون لها آثار مماثلة بوصفها التحفيز الحقيقي 22-24. وهناك نهج آخر هو تطبيق TMS على عدة مناطق وتقييم الاختلافات عبر المواقع، وهذا يفترض أن المقارنة غير محدد من الآثار TMS تعادل عبر المواقع 24. على سبيل المثال، يمكن استخدام قمة الرأس للتحكم عن التحف الصوتية والحسية الجسدية التي تصاحب TMS كما بينا هنا.

توقيت المسح اكتساب

لأن تأثيرات وقتية rTMS، فمن المهم للحصول على العودة إلى الموضوع الماسح الضوئي في أقرب وقت ممكن بعد نهاية TMS. لهذا السبب، استخدمنا لفائف TMS MRI متوافق مع وتطبيقها TMS عندما يكون المشترك قد الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي. ولكن إذا كانت هذه المعدات ليست متاحة، فمن الممكن أيضا أن تطبيق TMS خارج الغرفة الماسح الضوئي 12.

تعريف مواقع TMS وعمق stimulat الأيونات

ويمكن استخدام مزيج من الرنين المغناطيسي الوظيفي وTMS لاستهداف أي منطقة القشرية في الفص الجبهي، القشور، الجبهي الصدغي أو الجداري. العائق الرئيسي هو أن المنطقة المستهدفة ينبغي أن تكون متاحة لفائف TMS عندما المشارك الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي، لذلك المناطق الخلفية / القذالي قد لا تكون في متناول. يمكن للمشترك أيضا الجلوس على السرير الماسح الضوئي خلال TMS، ولكن في هذه الحالة، واستخدام neuronavigation، وخاصة كاميرا الأشعة تحت الحمراء سوف لحد من الوصول إلى المناطق القذالي لTMS.

ومن أوجه القصور في تطبيق TMS عندما المشارك الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي هو عدم وجود مرونة المواقف والتوجهات لفائف. لهذا السبب، في دراستنا، وكان وضعه لفائف TMS مع مقبض الملف لافتا إلى الوراء وبالتوازي مع خط الوسط. في دراسة سابقة، أظهر لنا لا فرق كبيرا من التوجهات الملف عند تحفيز القشرة السمعية 2.

ontent "> وهناك عامل آخر يحد من العام في الدراسات TMS هو عمق المناطق حفز. ولقد ثبت أن TMS قد لا تصل إلى المناطق أعمق من عمق 6،17 3CM. لذلك، في دراستنا، فإنه من غير المحتمل أن يتسبب في تغييرات rTMS الجزء الأنسي من HG، موقع القشرة السمعية الأولية، وعلى العكس، HG يمتد على طول الطريق إلى حافة جانبية من التلفيف الصدغي متفوقة، وهذا المجال، والتي يعتقد أن تلعب دورا في معالجة الملعب 25،26 من المرجح جدا مستهدفة من قبل TMS. هذا الاعتبار، بالطبع، ينطبق على جميع الدراسات TMS. ولكن نظرا لعدم التيقن بشأن ما إذا كان الأثر TMS وصلت هدفها المنشود، الرنين المغناطيسي الوظيفي يمكن أن تساعد على تحديد موضوعي إذا كان هذا هو الحال أم لا.

الاعتبارات الفنية لبروتوكول cTBS في بيئة MR

استخدمنا بروتوكول cTBS (50HZ)، والتي تم حتى الآن تستخدم دائما خارج غرفة الماسح الضوئي MR، لذا بدون معدات متوافقة MR20،27-29. هذه هي الدراسة الأولى التي تطبق داخل البيئة cTBS MR MR باستخدام معدات TMS متوافق. لتنفيذ هذا البروتوكول، من المهم أن ندرك أن هذا الإعداد بشكل فعال يقلل من شدة خرج TMS بنحو 20٪ وذلك بسبب زيادة مقاومة للكابلات MR-متوافق الموسعة يمتد من محفز لفائف 30. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون هذا القيد خرج أكثر أهمية بالنسبة لبعض البلدان (مثل إمدادات الطاقة 115V 230V في كندا مقابل امدادات الطاقة في أوروبا). لذلك، إذا كنت تستخدم Magstim المعدات، قد تحتاج إلى الحصول على وحدة إضافية (رابيد-2 زائد واحد وحدة) من أجل زيادة قوة النظام الخاص بك. آخر TMS الحد من الجمع بين والرنين المغناطيسي الوظيفي ينطوي على استخدام جراحة التوضيع التجسيمي فرملس داخل الغرفة MR، حيث أن كاميرا الأشعة تحت الحمراء يجب وضعه على مسافة آمنة من حمل من الماسح الضوئي MR، ولذا ينبغي أن تكون قادرة على توفير كبير الحجم قياس (> 2 مeters). هذا هو السبب في أننا اخترنا بولاريس الأطياف (NDI بولاريس، http://www.ndigital.com/medical/polarisfamily.php ) توفير مجال عرض ما يصل إلى ثلاثة أمتار. هناك أيضا MR-متوافق كاميرات الأشعة تحت الحمراء التي يمكن استخدامها (على سبيل المثال MRC SYSTEMS GMBH، ألمانيا).

من المهم أن نلاحظ أن البروتوكول قد لا تطبق على الانترنت cTBS خلال اقتناء الرنين المغناطيسي الوظيفي المستمر. كما تم اختبار سابقا 31 و أيضا من قبل Bestmann وآخرون 32، لا بد من فترة الصمت من 90 مللي بعد كل نبض TMS لتجنب القطع الأثرية على الصور MR بسبب تسرب التيارات من خلال لفائف TMS-خلال الفترة من التغذية مشجعا. وتتألف المستمر TBS من القطارات من ثلاثة البقول ألقاها في 50HZ (20 مللي بين نبضات) مفصولة 200 مللي ثانية، ولذلك من غير المحتمل لتناسب في عملية استحواذ الرنين المغناطيسي الوظيفي. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تطبيق عادة cTBS فقط خلال 40S (600 البقول)، WHالتراث الثقافي غير المادي لا يسمح بالكثير من التكرار من تسلسل EPI. TBS المستمر البروتوكول هو أيضا صاخبة جدا مما يؤدي إلى نشاط قوي العصبية في المناطق السمعية، وبالتالي قد لا تكون مناسبة لمعالجة السمعية التحقيق. ومع ذلك، يمكن تطبيق طرائق أخرى للTBS، مثل متقطعة أو وسيطة مع TBS TR طويلة بشكل مناسب 20.

سلامة cTBS مجتمعة والرنين المغناطيسي الوظيفي

سلامة cTBS

TBS المستمر لديه القدرة النظرية لمنح أكثر عرضة للمصادرة من غيرها من البروتوكولات TMS المتكررة لأنه يسلم عالية التردد رشقات نارية (50HZ) وبالتالي ينبغي استخدامها بحذر 33. وينبغي أن يكون الطبيب أو الممرضة لديه خبرة مع rTMS والمهرة في إدارة المضبوطات تكون في متناول من المختبر rTMS كلما جرى درس أحد المشاركين. وقد تم الإبلاغ عن حالة واحدة من الاستيلاء باستخدام cTBS في الرجل السليممع عدم وجود عوامل الخطر لمرض الصرع 34 أين كانوا أعلى كثافة (أي 100٪ عتبة المحرك يستريح) من البروتوكول الأصلي في 20 (أي 80٪ عتبة المحرك النشط). يتم وصف الإجراء لمتابعة في حالة وجود المضبوطات في إرشادات السلامة 35،36.

أدوات متوافقة MR

عندما يتم تطبيق TMS داخل غرفة الماسح الضوئي MR، من الأهمية بمكان أن جميع الأدوات المستخدمة داخل الماسح الضوئي تكون متوافقة MR. هنا، كان الذراع المتعددة المفاصل (مبنية خصيصا) لتحميل الملف TMS MR متوافقة (مع الأسيتال والبولي)، وتدخل ضمن المواصفات سرير MR. الذراع المتعددة المفاصل مفيد جدا لفترات طويلة من التحفيز ويوفر مرونة لتحديد المواقع من الملف، ويمكن التناوب في اتجاهات متعددة. وبتتبع (Brainsight) تستخدم لتحديد المواقع وتتبع هي MR متوافق. الكاميرا الأشعة تحت الحمراء (بولاريس) هو داخل الغرفة ولكن الماسح الضوئي MRأبقى على مسافة آمنة من الماسح الضوئي MR (على الأقل مترين من السرير الماسح الضوئي). هنا لا حاجة لالتدريع للكاميرا الأشعة تحت الحمراء، كما في هذه المسافة، والمجال المغناطيسي هو 0.3 ميليتسلا (3 جاوس) (اتصال شخصي مع مهندس من شركة سيمنز، 37،38)، وهو أصغر من مغناطيس الثلاجة (50 غاوس). بشأن نظام TMS مشجعا، استخدمنا جهاز محمول، والذي تم إعداده في باب المراقبة بجوار جناح الماسح الضوئي.

المعلمات من التحفيز

وكانت الدراسة الأولى في cTBS البشر عن طريق هوانغ وآخرون 20 الذين طبقت رشقات نارية من 3 نبضات في 50HZ، وكرر في أكثر من 5Hz القشرة الحركية الأولية، في 80٪ عتبة المحرك النشط. هنا، لاننا كنا نستخدم cTBS لاستهداف التلفيف هيشل، نحن مسبب أن استخدام عتبة المحرك النشط كإجراء المرجعية قد لا تكون مؤشرا جيدا لاستثارة الدماغ هذا المجال. وبالإضافة إلى ذلك، استخدمنا cTBS داخل بيئة MR، وهذا الإعداد EFFيقلل شدة ectively الانتاج بمقدار ما يقرب من 20٪ (انظر الأقسام السابقة). كمرجع، ودراسة Bestmann وآخرون وأشار 39 باستخدام مماثلة انشاء (نظام Magstim أي مع لفائف TMS MR متوافق) لشدة يعني من التحفيز من 42٪ كحد أقصى خرج مشجعا في 12 مشاركا الموافق بالموقع الفردية 70٪ السيارات العتبة. هنا، كنا 41٪ من الناتج مشجعا، وهو مشابه لذلك الدراسات السابقة cTBS ويناسب في إطار المبادئ التوجيهية للاستخدام cTBS السلامة، انظر أوبرمان وآخرون 40 للمراجعة.

كما أنه تجدر الإشارة إلى أن العديد من الآليات المادية من الأنسجة البيولوجية التفاعل بين المجالات المغناطيسية الساكنة ويمكن أن يؤدي نظريا إلى تغيير العمليات الفسيولوجية أو البيوكيميائية 37. ومع ذلك، فقد تم نشر العديد من الدراسات عن أن هذه الآثار هي دون الحد الأدنى من أهمية 38،41،42. وبالإضافة إلى ذلك، في دراستنا TMS واقامت ليالي من خارج الشبكة، وعندما يكون المشترك قد الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي وخارج تجويف من الماسح الضوئي MR. في هذه الحالة، والبيئة الرئيسية المغناطيسي يتكون من المجال المغناطيسي ثابتة B0 التي يتناقص مع المسافة من المغناطيس، على مسافة المشارك، وقوة المجال المغناطيسي حوالي 3MT (= 3 غاوس، أو حوالي عشرة أضعاف قوة الأرض المجال المغناطيسي) 37،43.

اختتام

rTMS مجتمعة الرنين المغناطيسي الوظيفي وتقنيات توفير وسائل تقييم كمي لTMS-أدى إلى حدوث تغييرات في سلوك ونشاط الدماغ الأساسية. TMS نفسها يمكن تحليل السلوك في الوقت المناسب، ولكن هناك إدراك متزايد في الأدب أن تفسير النتائج ليست مباشرة كما كان يعتقد أصلا 4،44،45. السبب الرئيسي هو أن TMS يؤدي الى تغييرات في النشاط العصبي في منطقة حفز، ولكن أيضا في المناطق النائية من موقع حفز، وتغيير السلوك في كاليفورنياn غير تقديم معلومات عن التغيرات الكامنة في النشاط الوظيفي والاتصال.

لذلك في دراستنا، وقد أجريت قبل وبعد الرنين المغناطيسي الوظيفي TMS. أثبتنا أن التحفيز المستمر انفجار ثيتا تطبيق على التلفيف هيشل الحق بفعل زيادة في استجابة الرنين المغناطيسي الوظيفي في مجالات مثلي في نصف الكرة المقابل. هذه النتيجة يتماشى مع الدراسات السابقة على تجهيز مرئي أو اللغة يدل على دور المناطق المتجانسة في نصف الكرة المقابل بعد TMS من صنع التدخل 10،13،46،47. ليس ما إذا كان التفاعل بين نصفي المخ مثل هذه التعويضية للحفاظ على وظيفة، أو نتيجة من قصيرة الأجل اللدونة مفهومة جيدا وهناك حاجة إلى إجراء مزيد من البحوث لفهم طبيعة هذه الآليات.

TMS مجتمعة وخارج الخط الرنين المغناطيسي الوظيفي آفاق جديدة مفتوحة للتحقيق في أنماط التنشيط الفنية والربط في شبكات العصبية السمعية، وأيضا مفيدة بشكل خاص رس تقييم إمكانية إعادة تنظيم أو اللدونة القشرية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تستخدم أيضا هذه المجموعة من أجل تقييم على المدى الطويل المتابعة السريرية في الاضطرابات، بمشاكل السمع عصبية أو نفسية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

CIBC الزمالة (JA) وNSERC منحة (RZ). ونحن ممتنون لروش M. كومو (Brainsight) لمساعدته فيما يتعلق كاميرا الأشعة تحت الحمراء، وبتتبع MR متوافقة وغيرها من دعم الأجهزة. ونحن ممتنون أيضا للهاينز بريان (Hybex الابتكارات شركة) الذي صمم الذراع متعددة صوتها لصاحب الملف، وقدم بعض الأرقام المعروضة في الفيديو. وشكر خاص لجميع الفنيين وMR فيريرا M. من مركز تصوير الدماغ ماكونيل من معهد مونتريال العصبية الذين ساعدونا تحسين تصميم التجربة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Transcranial magnetic stimulation Magstim super Rapid2 stimulator, Rapid-2 Plus One Module Magstim Ltd., Wales, UK
Coil for magnetic stimulation MRI-compatible 70 mm figure-of-eight-coil Magstim Ltd., Wales, UK
Magnetic resonance imaging 3-T Siemens Trio scanner, 32-channel Head Coil Siemens, Inc., Germany
Frameless Stereotaxy Brainsight Rogue Research Inc., Montreal, Canada
Optical measurement system Polaris Spectra Northern Digital Inc, Ontario, Canada
Multi-jointed arm for coil holder Standard Hybex Innovations Inc., Anjou, Canada
MRI-Compatible Insert Earphones Sensimetrics, Model S14 Sensimetrics Corporation, MA, USA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Winer, J. A., Schreiner, C. E. The Auditory Cortex. , (2011).
  2. Andoh, J., Zatorre, R. J. Interhemispheric Connectivity Influences the Degree of Modulation of TMS-Induced Effects during Auditory Processing. Frontiers in psychology. 2, 161 (2011).
  3. Siebner, H. R., Hartwigsen, G., Kassuba, T., Rothwell, J. C. How does transcranial magnetic stimulation modify neuronal activity in the brain? Implications for studies of cognition. Cortex. 45, 1035-1042 (2009).
  4. Ruff, C. C., Driver, J., Bestmann, S. Combining TMS and fMRI: from 'virtual lesions' to functional-network accounts of cognition. Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior. 45, 1043-1049 (2009).
  5. Bestmann, S. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Exp. Brain Res. 191, 383-402 (2008).
  6. Bohning, D. E. BOLD-fMRI response to single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 11, 569-574 (2000).
  7. de Vries, P. M. Changes in cerebral activations during movement execution and imagery after parietal cortex TMS interleaved with 3T MRI. Brain research. 1285, 58-68 (2009).
  8. Cardenas-Morales, L., Gron, G., Kammer, T. Exploring the after-effects of theta burst magnetic stimulation on the human motor cortex: a functional imaging study. Human brain mapping. 32, 1948-1960 (2011).
  9. Grefkes, C. Modulating cortical connectivity in stroke patients by rTMS assessed with fMRI and dynamic causal modeling. NeuroImage. 50, 233-242 (2010).
  10. O'shea, J., Johansen-Berg, H., Trief, D., Gobel, S., Rushworth, M. F. S. Functionally specific in human premotor reorganization cortex. Neuron. 54, 479-490 (2007).
  11. Pleger, B. Repetitive transcranial magnetic stimulation-induced changes in sensorimotor coupling parallel improvements of somatosensation in humans. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 26, 1945-1952 (2006).
  12. Tegenthoff, M. Improvement of tactile discrimination performance and enlargement of cortical somatosensory maps after 5 Hz rTMS. Plos Biology. 3, 2031-2040 (2005).
  13. Andoh, J., Paus, T. Combining functional neuroimaging with off-line brain stimulation: modulation of task-related activity in language areas. Journal of cognitive neuroscience. 23, 349-361 (2011).
  14. Belin, P., Zatorre, R. J., Hoge, R., Evans, A. C., Pike, B. Event-related fMRI of the auditory cortex. Neuroimage. 10, 417-429 (1999).
  15. Hall, D. A. "Sparse" temporal sampling in auditory fMRI. Human Brain Mapping. 7, 213-223 (1999).
  16. Foster, N. E., Zatorre, R. J. A role for the intraparietal sulcus in transforming musical pitch information. Cereb Cortex. 20, 1350-1359 (2010).
  17. Bohning, D. E. Mapping transcranial magnetic stimulation (TMS) fields in vivo with MRI. Neuroreport. 8, 2535-2538 (1997).
  18. Corthout, E., Uttl, B., Walsh, V., Hallett, M., Cowey, A. Timing of activity in early visual cortex as revealed by transcranial magnetic stimulation. Neuroreport. 10, 2631-2634 (1999).
  19. Lewald, J., Foltys, H., Topper, R. Role of the posterior parietal cortex in spatial hearing. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, RC207 (2002).
  20. Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
  21. Loubinoux, I. Within-session and between-session reproducibility of cerebral sensorimotor activation: a test--retest effect evidenced with functional magnetic resonance imaging. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 21, 592-607 (2001).
  22. Lisanby, S. H., Gutman, D., Luber, B., Schroeder, C., Sackeim, H. A. Sham TMS: intracerebral measurement of the induced electrical field and the induction of motor-evoked potentials. Biological psychiatry. 49, 460-463 (2001).
  23. Loo, C. K. Transcranial magnetic stimulation (TMS) in controlled treatment studies: are some "sham" forms active. Biological psychiatry. 47, 325-331 (2000).
  24. Robertson, E. M., Theoret, H., Pascual-Leone, A. Studies in cognition: the problems solved and created by transcranial magnetic stimulation. J. Cogn. Neurosci. 15, 948-960 (2003).
  25. Puschmann, S., Uppenkamp, S., Kollmeier, B., Thiel, C. M. Dichotic pitch activates pitch processing centre in Heschl's gyrus. NeuroImage. 49, 1641-1649 (2010).
  26. Johnsrude, I. S., Penhune, V. B., Zatorre, R. J. Functional specificity in the right human auditory cortex for perceiving pitch direction. Brain : a journal of neurology. 123, 155-163 (2000).
  27. Di Lazzaro, V. The physiological basis of the effects of intermittent theta burst stimulation of the human motor cortex. The Journal of physiology. 586, 3871-3879 (2008).
  28. Stagg, C. J. Neurochemical effects of theta burst stimulation as assessed by magnetic resonance spectroscopy. Journal of neurophysiology. 101, 2872-2877 (2009).
  29. Todd, G., Flavel, S. C., Ridding, M. C. Priming theta-burst repetitive transcranial magnetic stimulation with low- and high-frequency stimulation. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. Experimentation cerebrale. 195, 307-315 (2009).
  30. Bestmann, S., Baudewig, J., Siebner, H. R., Rothwell, J. C., Frahm, J. Subthreshold high-frequency TMS of human primary motor cortex modulates interconnected frontal motor areas as detected by interleaved fMRI-TMS. Neuroimage. 20, 1685-1696 (2003).
  31. Bungert, A. TMS combined with fMRI. , University of Nottingham. (2010).
  32. Bestmann, S., Baudewig, J., Frahm, J. On the synchronization of transcranial magnetic stimulation and functional echo-planar imaging. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 17, 309-316 (2003).
  33. Wassermann, E. M. Use and safety of a new repetitive transcranial magnetic stimulator. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 101, 412-417 (1996).
  34. Oberman, L. M., Pascual-Leone, A. Report of seizure induced by continuous theta burst stimulation. Brain stimulation. 2, 246-247 (2009).
  35. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin. Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
  36. Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, June 5-7, 1996. Electroencephalography and clinical neurophysiology. , 1-16 (1998).
  37. Safety Guidelines for Magnetic Resonance Imaging Equipment in Clinical Use. , Available from: http://www.mhra.gov.uk/Publications/Safetyguidance/DeviceBulletins/CON2033018 (2007).
  38. Yamaguchi-Sekino, S., Sekino, M., Ueno, S. Biological effects of electromagnetic fields and recently updated safety guidelines for strong static magnetic fields. Magn. Reson. Med. Sci. 10, 1-10 (2011).
  39. Bestmann, S. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. Experimentation cerebrale. 191, 383-402 (2008).
  40. Oberman, L., Edwards, D., Eldaief, M., Pascual-Leone, A. Safety of theta burst transcranial magnetic stimulation: a systematic review of the literature. Journal of clinical neurophysiology: official publication of the American Electroencephalographic Society. 28, 67-74 (2011).
  41. Kangarlu, A. Cognitive, cardiac, and physiological safety studies in ultra high field magnetic resonance imaging. Magn. Reson. Imaging. 17, 1407-1416 (1999).
  42. Schenck, J. F. Safety of strong, static magnetic fields. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 12, 2-19 (2000).
  43. Lee, V. S. Cardiovascular MRI: physical principles to practical protocols. , Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia. 175 (2006).
  44. Paus, T. Transcranial magnetic stimulation during positron emission tomography: a new method for studying connectivity of the human cerebral cortex. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 17, 3178-3184 (1997).
  45. Sack, A. T., Linden, D. E. Combining transcranial magnetic stimulation and functional imaging in cognitive brain research: possibilities and limitations. Brain Res. Brain Res. Rev. 43, 41-56 (2003).
  46. Ilmoniemi, R. J. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8, 3537-3540 (1997).
  47. Thiel, A. From the left to the right: How the brain compensates progressive loss of language function. Brain Lang. 98, 57-65 (2006).

Tags

علم الأعصاب، العدد 67، علم وظائف الأعضاء، الفيزياء، ثيتا تحفيز انفجار، التصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير بالرنين المغناطيسي، القشرة السمعية، جراحة التوضيع التجسيمي فرملس، والصوت، والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
تعيين آثار ما بعد من ثيتا انفجار تحفيز على القشرة السمعية الإنسان مع التصوير الوظيفي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Andoh, J., Zatorre, R. J. Mapping… More

Andoh, J., Zatorre, R. J. Mapping the After-effects of Theta Burst Stimulation on the Human Auditory Cortex with Functional Imaging. J. Vis. Exp. (67), e3985, doi:10.3791/3985 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter