Waiting
Login processing...

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

Biology

מיפוי לאחר הלוואי של תטא Burst גירוי בקורטקס השמיעתי האנושי בהדמיה תפקודית

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

עיבוד שמיעתי הוא בסיס לדיבור ועיבוד הקשורים למוסיקה. גרייה מגנטית (TMS) שמשה בהצלחה ללמוד מערכות קוגניטיביים, חושיות ומוטוריות, אך רק לעתים נדירות יושמה לאודישן. כאן אנו חקרנו TMS בשילוב עם סורק תהודה מגנטי תפקודי כדי להבין את הארגון התפקודי של קליפת המוח השמיעתי.

Protocol

הפרוטוקול מחולק בפגישה בת ימים (לא בהכרח ברציפות). היום הראשון מורכב מאתר fMRI המורכב עם אנטומי ותפקודיות בסריקות MR להגדיר לכל משתתף את האזורים כדי להיות ממוקדים עם TMS. היום השני מורכב בישיבות fMRI מראש ופוסט TMS בי TMS מוחל בתוך הסורק באמצעות MR סליל מיוחד תואם TMS (Magstim בע"מ, ווילס, אנגליה) ומערכת stereotactic frameless (Brainsight). האחרונים משמשים לעמדה בסליל TMS בזמן אמת על אזורים יחסית לנתונים אנטומיים ותפקודיים של כל משתתף בקליפת מוח.

1. מושב Localizer

  • התחל עם רכישת תמונה אנטומית ברזולוציה גבוהה של המשתתף שלך.
  • ואז, לרכוש תמונות תפקודיות באמצעות שיפוע הד EPI דופק והפרדיגמה דגימה דלילה על מנת למזער את השפעת BOLD או מיסוך שמיעה עקב רעש סריקת MRI 14,15. במקרה שלנו, fMRI מתבצע דuring משימת מלודיה שבו משתתפים צריכים לקבוע אם שתי מנגינות רצופות 5-לב הן זהים או שונים 2,16. משימת שליטה שמיעתית אי אפליה כלולה גם, שבו נבדקים לשמוע שני דפוסים שווים באורך של חמישה שטרות, כולם באותו הגובה של C5 ומונחים לחצו על הכפתור השמאלי בעקבות הגירוי השני. תקופות של שתיקה גם מוכנסות באופן אקראי בין ניסויי משימה בכל ריצה. בסך הכל, 72 ניסויים מוצגים בסדר אקראי: 24 ניסויים של אפלית מנגינה, 24 ניסויי בקרה שמיעתית ו24 תקופות של שתיקה, למשך תקופה כוללת של 12 דקות 16 שניות.
  • הגדר את האתר באמצעות הגירוי אנטומית ו / או אתרים פונקציונליים. האדם צריך להיות מודע לכך שTMS מוגבל לגבי העומק של אתר הגירוי בגלל ההנחתה של עוצמת השדה החשמלית בעומק, ולא יכול לצפות להגיע לאזורים עמוקים יותר מ 3 סנטימטר 6,17. שלב חשוב הוא להשתמש בציוני דרך דומים לכל אחד מחלקיםicipant, שעלולה להיות קשה בגלל ההבדלים באנטומיה ותפקוד בין משתתפים. כאן, אנו ממקדים gyrus של Heschl בכל משתתף, הממוקם בשני אתרים אנטומיים ותפקודיים. אנו משתמשים במסכות של gyrus של Heschl מסופק על ידי אטלסי הרווארד-Oxford המבניים (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html) ויעד TMS מוגדרות בנפרד על ידי השיא הפעלה בתוך הפיתול של Heschl 2. בנוסף, אנחנו גם להגדיר את מיקום הקודקוד, אשר ישמשו כאתר שליטה לשלוט על השפעות הלא ספציפיות של TMS כגון חפצים אקוסטיים וחושיים. הקודקוד מוגדר אנטומית כנקודת אמצע בין הזיז וגשר האף, ומרחק שווה מחריצי intertragal ימין ועל שמאל. סדר האתר של גירוי (gyrus או הקודקוד של כלומר Heschl) הוא מתאזן על פנייחידים.

2. ניסוי fMRI טרום ופוסט TMS

מפגש fMRI טרום TMS

  • הכן את המשתתף כדי לעבור ישירות בסורק. זה כולל הסרה של מתכת ומילוי TMS וצורת הקרנת MR.
  • התחל עם רכישת MR אנטומי ותפקודיות בסריקות (זהה לזו שבוצעה במושב מהאתר, ראה סעיף 1).

stereotaxy וTMS ללא מסגרת בסביבת ה-MRI

מערכת stereotaxy frameless מורכבת ממצלמת אינפרא אדום (פולאריס ספקטרה), כמה כלים וגששים (Brainsight) המשמשים להליך הרישום ומחשב. המחשב נמצא מחוץ לחדר הסורק, אבל הוא מוצב בכניסה לחדר הסורק ודלת הסורק נשמרה נפתחה במהלך יישום TMS. הכלים והגששים הם MR תואמים, כמו גם חצובה (תוצרת בית-) תמיכה במצלמת אינפרא האדום והם הerefore משמש בתוך החדר של הסורק. מצלמת אינפרא האדום היא לא MR-תואמת, ולכן ממוקמת בתוך חדר הסורק, ליד דלת הסורק בכשני מטרים ממשטח הסורק (ראה דיון על נהלי בטיחות). מערכת ממריץ TMS נמצאת בחדר סמוך לחדר הסורק MRI. אנו משתמשים בסליל TMS תואם MRI נמצא בתוך החדר והסורק מחובר למערכת TMS באמצעות כבל 7-מ 'דרך צינור מסנן RF.

  • לטעון תמונות אנטומיות ותפקודיות של המשתתף שלך ויעדי הגירוי לחבילת תוכנת stereotactic (למשל Brainsight). הנה, אנחנו נהיה מיקוד gyrus של Heschl הנכון.
  • לאחר רכישת fMRI מראש TMS, להסיר את החלק העליון MR ראש הסליל של סליל הראש 32-הערוץ (אם משתמש בסורק 3T סימנס ותצורת סליל ראש הערוץ 32).
  • בשלב הבא, להחליק את המשתתף על מיטת הסורק.
  • תקן סרט הראש ולהגדיר גשש על participהראש של הנמלה.
  • הר הזרוע רבת מפרקים למיטת הסורק ולתקן MR סליל TMS התואם על הזרוע.
  • ודא כי כל הגששים והסליל נמצאים בשדה ראייה של המצלמה. כאן, המצלמה זזה קצת לצד ימין של המשתתף כדי לאפשר מעקב קל יותר מהתקות הסליל בעת המיקוד לאונה הימנית.
  • כייל את ראשו של הנושא שלך עם כלי stereotaxy (כלי מצביע כלומר). הדבר נעשה על ידי coregistering מספר ציוני דרך בראשו של המשתתף (למשל, במקרה שלנו את קצה האף, וnasion הצפיר לעוקץ החיצון של שתי האוזניים) באותם אתרים על הנתונים האנטומיים. בהליך זה, שני הנסיינים נדרשים, אחד קרוב לראשו של המשתתף למצב את כלי המצביע על ראשו של המשתתף, והניסוי האחר בכניסה של חדר הסורק כדי לבצע את הרישום במחשב.
  • מקם את סליל TMS התואם MR המשיק לtהוא קרקפת, ועוקב אחר הסליל מכוון למצלמת אינפרא האדום. הסליל הוא בכיוון עם הידית המסובבת פנתה לאחור ובמקביל ל2 קו האמצע. לתקן את מיקום הסליל באמצעות ברגים בזרוע רבה המפרקים.
  • בחדר הסמוך לסורק MRI, להפעיל את המערכת ולהתחיל גירוי TMS. TMS מיושם בעקבות דוגמת פרוטוקול, כלומר, גירוי פרץ תטא רציף (cTBS) מורכב ב3 פולסים ב50Hz, חזר בשנתי ה -40 ל5Hz. אנו משתמשים בעוצמת גירוי קבועה (41%) שהוגדרה על ידי פלט הממריץ 18,19. אנחנו בחרנו בפרוטוקול זה כפי שהוכח לווסת פלסטיות קליפת המוח למשך תקופה של עד 30 דקות לאחר הפסקת גירוי באוכלוסיות בריאות 20, (ראה סעיף דיון לנהלי בטיחות).

מפגש fMRI לאחר TMS

  • ברגע שגירוי הוא מוחלט, זה חשוב כדי לקבל בחזרה כפוף לסורק בהקדם האפשרי. הסר את Tסליל MS מחדר הסורק, והסר את הזרוע רבת המפרקים. הסט את ראשו של המשתתף לסליל ראש MR. ודא הסורק שלך הוא ערוך ומוכן ללכת. העצה שלנו היא לשמור על פלטפורמת הגוף העלתה במהלך פגישת TMS כולו, ולהפחית את המספר ומשך סריקות Localizer למינימום.
  • בגלל ההשפעות של rTMS הן חולפות, חיבור הסריקה הסופית צריך להתחיל בסריקה הפונקציונלית. שוב, ערך fMRI במהלך ריצה 12-דקות של משימת המנגינה.
  • לאחר הסריקה הסופית היא מוחלטת, לסיים עם סריקת אנטומי.

3. נציג תוצאות

ניתוח של נתוני ה-fMRI שנערך בנפרד לשניהם פגישת fMRI לפני ואחרי-TMS. לכל מפגש fMRI (כלומר, לפניו ולאחריו TMS), את הניגוד בין המלודיות ומשימת השליטה השמיעתית מראה פעילות משימה הקשורה בשמאל וימין gyri של Heschl, gyri הזמני מעולה, חזיתית הנח gyri וprecentral gyri (איור 1 א, ב). כדי להעריך את ההבדלים בין הפעלות fMRI לפני ואחרי-TMS, אנו מבצעים ניתוח אפקט אקראי באמצעות סטודנטי מבחן t של זיווג. משמעות נקבעת באמצעות אשכולות שזוהו על ידי az> 2 סף וסף אשכול תקן של p = 0.05. איור 1 C מייצג את-cTBS טרום הניגוד לאחר הניכוי למשתתף יחיד. הנתונים מראים כי cTBS המיקוד הנכון של Heschl gyrus (העיגול שחור) גורם לעלייה בתגובה בfMRI (משמאל) קליפת המוח השמיעתי הנגדית, כולל gyrus של שמאל Heschl. שינויים בתגובת fMRI נמצאים גם ברכס postcentral השמאל, השאירה אינסולה, ובקליפת המוח העורפית לרוחב בילטרלי. עם זאת, לא חל שינוי משמעותי בתגובת fMRI נתפס תחת הסליל. בנוסף, פרוטוקול משולב דומה TMS-fMRI חוזר על עצמו כדי לעורר (אתר שליטה) קודקוד. ההשוואה של פגישות לפני ואחרי-fMRI עם cTBS מיושם על הקודקוד לא הראתה שום significaהשפעת NT (מידע לא מוצג).

איור 1
איור 1. ניתוח של נתוני פרט מראש TMS fMRI (A), שלאחר TMS fMRI נתונים (B) ונתוני ה-fMRI מראש TMS לאחר הניכוי (C). תוצאות של א אפלית ניגוד מנגינת מינוס ניסויי בקרה שמיעתית למשתתף יחיד בפגישת fMRI מראש TMS () ובמושב fMRI לאחר TMS (B). משמאל לימין: ציריות, עטרה וsagittal תצוגות. בשניהם () ו (ב), סליל TMS הוא המיקוד הנכון של Heschl gyrus (העיגול שחור) ממוקם בx = 54, y = -13, z = 1 (MNI152 חלל סטנדרטי). לשני המפגשים fMRI לפני ואחרי-TMS, קואורדינטות מוצגות בx = -54, y = -13, z = 1 (MNI152 חלל סטנדרטי) כדי להראות שינויים באונה השמאלית באתר של גירוי (כלומר זכותו של gyrus Heschl ). תוצאות ג ניגוד הודעת מינוס פגישות מראש באמצעות TMS fMRI סטודנטי מבחן t של זיווג.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

אנו מתארים פרוטוקול שילוב TMS לא מקוון וfMRI כדי לחקור את הארגון התפקודי של קליפת המוח השמיעתי. בסעיפים הבאים, אנחנו נדון גורמים מתודולוגיים לשקול בעת ביצוע גישה כזו.

רכישה ועיתוי ל- TMS הודעת הפעלת fMRI

סדר רכישות סריקות ומאזן של הפעלות fMRI לפני ואחרי-TMS

זה חיוני כדי לרכוש סריקת אנטומי MR לפני ואחרי TMS על מנת לקבל רישום איתן בין שתי סריקות התפקודיות. אחרת, את ההבדלים הפונקציונליים המתקבלים יכולים להיות בגלל לעשות בעיות misregistration בין שתי סריקות התפקודיות ולא לשינויי TMS מושרים באות fMRI. בנוסף, לפני פתיחה כל מושב fMRI-TMS (עוד לפני פגישת Localizer fMRI), זה הוא חיוני כדי להעריך את היציבות ואת הדירות של אות fMRI, כדי לאפשר השוואת כמותיות של fMRIבהירויות תגובה. למעשה, זה יכול להיות רעיון טוב כדי להריץ כמה מחקרי טייס, חוזר על את הסריקות לאחר ההסרה והשבת הנושא (ללא TMS) על מנת לבחון את המידה שבה ניתן לצפות להבדלים בשל גורם זה לבד. ההשוואה בין המפגשים יכולה להיות מושפעת מגורמי TMS שאינם ספציפיים כגון התרגלות למסגרת ניסוי ה-MRI, כוללים בדיקת MRI הסביבה, כמו גם את המשימה שיש לבצע 21. כדי להתגבר על בעיה זו אחד לא יכולה לאזן את סדר מפגשי fMRI לפני ואחרי-TMS על פני משתתפים. לדוגמה, אפשר להתחיל עם TMS ולאחר מכן לבצע הפעלת fMRI לאחר TMS, ואז לחכות כמה שעות (או ימים), ולבצע את חיבור fMRI מראש TMS. עיצוב כזה תלוי במשך צפוי של השפעות TMS והשיקולים מעשיים כגון זמינות של הנושא ושל סורק MRI. גישה אחרת היא להשתמש בגירויים מזויפים או פלסבו, עם זאת השימוש בם עדיין התלבט כמו שהם לא יכוליםלספק את אותה אקוסטית ותחושות חושיות (עוויתות שרירים, לדוגמה) כגירוי אמיתי והמדומה TMS הוכח יש תופעות דומות כמו גירוי אמיתי 22-24. גישה נוספת היא להחיל TMS על מספר תחומים ולהעריך את ההבדלים בין אתרים; השוואה זו מבוססת על הנחה כי ההשפעות לא ספציפיות של TMS שווות על פני אתרים 24. לדוגמה, הקודקוד יכול לשמש כדי לשלוט על חפצים אקוסטיים וחושיים המלווים TMS כפי שמוצגים כאן.

עיתוי של רכישת סריקה

בגלל ההשפעות של rTMS הן חולפות, חשוב להחזיר את הנושא לסורק בהקדם האפשרי לאחר תום TMS. מסיבה זו, השתמש סליל TMS MRI תואם ויישמתי TMS כאשר המשתתף היה שוכב על מיטת הסורק. אבל אם ציוד זה אינו זמין, אפשר גם ליישם TMS מחוץ לחדר הסורק 12.

הגדרה של אתרים ועומק של stimulat TMS יונים

שילוב של TMS וfMRI יכול לשמש יעד לכל אזור קליפת מוח, בקליפת המוח, הפריפרונטלי פרונטליות הזמנית או הקודקודית. המגבלה העיקרית היא שהשטח המיועד צריך להיות נגיש לסליל TMS כאשר המשתתף בשכיבה על מיטת הסורק, ולכן אזורים אחוריים / עורפיים לא יכולים להיות נגישים. המשתתף יכול גם לשבת על מיטת הסורק במהלך TMS, אבל במקרה הזה, השימוש בneuronavigation, במיוחד מצלמת אינפרא האדום יהיה להגביל את הגישה לאזורים עורפיים לTMS.

מגבלה נוספת ליישם TMS כאשר המשתתף בשכיבה על מיטת הסורק היא חוסר הגמישות של סליל עמדות ואורינטציות. מסיבה זו, במחקר שלנו, סליל TMS הוצב עם הידית מסובבת מצביעה לאחור ובמקביל לקו האמצע. במחקר קודם, שלא הראו הבדל משמעותי של אורינטציות סליל כאשר גירוי קליפת המוח השמיעתי 2.

ontent "> עוד גורם מגביל כללי במחקרי TMS הוא העומק של אזורי המגורה. הוכח כי TMS לא יכול להגיע לאזורים עמוקים יותר מעומק 3 סנטימטר 6,17. לכן, במחקר שלנו, אין זה סביר שrTMS שינויים מושרים ב החלק המדיאלי של ה"ג, באתר של קליפת מוח השמיעתי ראשונית; מנגד, ה"ג משתרע כל הדרך עד לקצה הלטרלי של gyrus הזמני המעולה, והאזור הזה, שהוא חשב לשחק תפקיד בעיבוד המגרש 25,26 היה סביר מאוד ממוקד על ידי TMS. שיקול זה, כמובן, חל על כל מחקרי TMS. עם זאת, בהתחשב בחוסר ודאות באשר להשפעת TMS הגיעה היעד הרצוי שלה, ה-fMRI יכולה לעזור לקבוע באופן אובייקטיבי אם כזה הוא מקרה או לא.

שיקולים טכניים לפרוטוקול cTBS בסביבת MR

אנחנו השתמשנו cTBS פרוטוקול (50Hz), שעד כה תמיד היה בשימוש מחוץ לחדר סורק MR, לכן בלי ציוד תואם MR20,27-29. זהו המחקר הראשון שמיושם cTBS בתוך סביבת MR באמצעות MR ציוד TMS תואם. כדי ליישם פרוטוקול כזה, חשוב להיות מודע לכך שזה ההגדרה ביעילות מפחית עוצמות תפוקת TMS בכ 20% בשל העכבה המוגברת של כבלי MR-התואמים המורחבים לרוץ מגירוי לסליל 30. בנוסף, הגבלת פלט זה יכול להיות חשובה יותר למדינות מסוימות (אספקת החשמל 115V לדוגמה בקנדה לעומת אספקת חשמל 230V באירופה). לכן, אם אתה משתמש בציוד Magstim, ייתכן שתצטרך לרכוש מודול נוסף (Rapid-2 פלוס מודול אחד) על מנת להגדיל את כוחה של המערכת שלך. מגבלה נוספת של TMS וסריקת fMRI המשולב כרוכה בשימוש stereotaxy frameless בתוך חדר MR, כמו מצלמת אינפרא האדום צריכה להיות ממוקמת במרחק בטוח משל קדח סורק MR, ולכן הם צריכים להיות מסוגלים לספק נפח מדידה גדול (> 2 מ 'האטות). זו הסיבה שאנחנו בחרנו את ספקטרום פולאריס (NDI פולאריס, http://www.ndigital.com/medical/polarisfamily.php) מתן שדה ראייה עד שלושה מטרים. יש גם מצלמות אינפרא אדום MR-תואמות שיכולות לשמש (למשל MRC GmbH מערכות, גרמניה).

חשוב לציין כי פרוטוקול cTBS לא יכול להיות מיושם באינטרנט במהלך רכישת fMRI רציפה. כפי שנבדקנו בעבר 31 וגם על ידי Bestmann et al. 32, תקופה שקטה של 90 אלפיות שניים נדרשת לאחר כל דופק TMS להימנע חפצים על תמונות MR עקב זרמי זליגה באמצעות TMS-הסליל בתקופת המילוי של הממריץ. הרציף TBS מורכב מרכבות של שלושה פולסים נמסרו ב50Hz (20 מילישניות בין פעימות) מופרד על ידי 200 אלפיות שני, ולכן לא סביר שיתאים לרכישת fMRI. בנוסף, cTBS מיושם בדרך כלל רק במהלך שנתי ה -40 (600 פעימות), WHich אינו מאפשר חזרות רבות של רצפי EPI. רציף TBS פרוטוקול הוא גם מאוד רועש שאמור לגרום לפעילות עצבית חזקה באזורים השמיעתיים, ולכן עשוי להיות לא מתאים לחקירת עיבוד שמיעתי. עם זאת, שיטות אחרות של TBS, כגון לסירוגין או ביניים TBS יכולות להיות מיושמות באופן הולם ארוך 20 TR.

בטיחות של cTBS וסריקת fMRI בשילוב

בטיחות של cTBS

הרציף TBS יש פוטנציאל התיאורטי של הענקת סיכון גבוה יותר להתקפים מאשר פרוטוקולי TMS חוזרים אחרים כי זה מספק התפרצויות בתדירות גבוהה (50Hz) ולכן יש להשתמש בזהירות 33. רופא או אחות שיש לו ניסיון עם rTMS ומיומן בניהול התקפים צריך להיות בהישג יד ממעבדת rTMS כל פעם שמשתתף הוא נחקר. מקרה אחד של התקף באמצעות cTBS דווח באדם בריאללא גורמי סיכון לאפילפסיה 34 הם השתמשו בו בעצמה גבוהה יותר (100% סף מנוע מנוחה כלומר) מאשר ב20 הפרוטוקול המקורי (80% סף מנוע פעיל כלומר). ההליך לעקוב במקרה של התקף מתואר בהנחיות הבטיחות 35,36.

כלים תואמים MR

כאשר TMS מיושם בתוך חדר סורק MR, זה קריטי, כי את כל הכלים המשמשים בתוך הסורק יהיה MR תואם. הנה, הזרוע רבת המפרקים (שהותקן) לעלות סליל TMS הייתה MR תואם (עשה עם אצטל ופוליקרבונט), ותתאים למפרט מיטת MR. הזרוע רבת המפרקים היא שימושית במיוחד לתקופות ארוכות של גירוי ומספקת מיקום גמיש של הסליל, ומאפשרת סיבוב בכיוונים רבים. הגששים (Brainsight) המשמשים למיצוב ומעקב הם MR תואמים. מצלמת אינפרא האדום (פולאריס) נמצאת בחדר סורק MR אבלשמר על מרחק בטוח מסורק MR (לפחות שני מטרים ממיטת הסורק). כאן אין מיגון של מצלמת אינפרא האדום יש צורך, כמו במרחק זה, השדה המגנטי הוא 0.3 mT (3 גאוס) (שיחה אישית עם מהנדס מחברת סימנס, 37,38), שהוא קטן יותר ממגנט למקרר (50 גאוס). לגבי מערכת ממריץ TMS, השתמש במכשיר נייד, אשר מוגדר בסמוך חבילת תצפית לסורק.

פרמטרים של גירוי

המחקר הראשון בבני האדם cTBS היה על ידי הואנג ואח'. גיל 20 שחלו התפרצויות של 3 פולסים ב50Hz, חזרתי ב5Hz מעל הקורטקס המוטורי הראשוני, בסף מנוע 80% פעיל. כאן, משום שהפעלנו את cTBS למקד gyrus של Heschl, הנחנו שבאמצעות סף המנוע הפעיל כאמצעי קישור אינו יכול להיות אינדיקציה טובה לרגישות של איזור זה במוח. בנוסף, השתמש cTBS בתוך סביבת MR וEFF ​​התקנה זוectively מפחית עוצמות תפוקה בכ 20% (ראה סעיפים קודמים). כהפניה, המחקר של Bestmann et al. באמצעות 39 (כלומר מערכת Magstim עם סליל TMS תואם MR) דומה הגדרה דיווח עצמה ממוצעת של גירוי של 42% תפוקת ממריץ מרבי ב12 משתתפים מתאימים לאדם פעיל 70% סף מוטורי. הנה, השתמש 41% מתפוקת ממריץ, שעקב כך דומה למחקרים קודמים cTBS ועומד בהנחיות הבטיחות לשימוש cTBS, ראה אוברמן et al. 40 לבדיקה.

זה גם לציין כי מספר מנגנונים פיסיים של אינטראקציה בין רקמות ביולוגיות ושדה המגנטי סטטי באופן תיאורטי יכולים להוביל לשינוי של תהליכים פיסיולוגיים ביוכימית או 37. עם זאת, מספר מחקרים שפורסמו דיווחו כי השפעות אלה הן מתחת לסף המשמעות 38,41,42. בנוסף, במחקר שלנו TMS waזה מתבצע מחוץ לקו, כאשר המשתתף היה שוכב על מיטת הסורק ומחוץ בשעמום של סורק MRI. במקרה זה, את הסביבה המגנטית העיקרית מורכבת של השדה המגנטי סטטי B0 שיורד עם מרחק מהמגנט; במרחק של המשתתף, כוחו של השדה המגנטי הוא סביב 3mT (= 3 גאוס, או כעשר פעמים את כוחו של השדה המגנטי של כדור הארץ) 37,43.

מסקנה

rTMS משולב וטכניקות fMRI לספק אמצעי כמותיים להערכת TMS-Induced שינויים בהתנהגות והפעילות המוחית הבסיסית. TMS עצמו מאפשר לנתח התנהגות בזמן, אבל יש הכרה גוברת בספרות שהפרשנות של התוצאות היא לא פשוט כמו שחשב במקור 4,44,45. הסיבה העיקרית היא שTMS גורם לשינויים בפעילות עצבית באזור המגורה, אבל גם באזורים מרוחקים מאתר מגורה, ושינוי בהתנהגות caNnot לספק מידע בנוגע לשינויים הבסיסיים בפעילות ובקישוריות פונקציונלית.

לכן במחקר שלנו, fMRI בוצע לפני ואחרי TMS. אנחנו הראינו שהגירוי מתמשך פרץ תטא מוחל על זכותה של Heschl gyrus גרם לעלייה בתגובת fMRI באזורים ההומולוגיים במיספרה הנגדית. ממצא זה עולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים בעיבוד חזותי או שפה מראה תפקיד ההומולוגי האזורים באונה הנגדית לאחר התערבות TMS-Induced 10,13,46,47. בין אם אינטראקציות interhemispheric כאלה הן פיצוי כדי לשמור על תפקיד, או כתוצאה מטווח קצר פלסטיות אינו מובן היטב ונדרש מחקר נוסף כדי להבין את המהות של מנגנונים כאלה.

TMS משולב ונקודתי מבט חדשות הפתוחות off-line fMRI כדי לחקור דפוסי פעילות פונקציונליים וקישוריות ברשתות עצביות שמיעתיות, והוא גם לא שימושי במיוחדo הערכת ארגון מחדש אפשרי או פלסטיות קליפת מוח. בנוסף, שילוב זה יכול לשמש גם כדי להעריך ולאמוד מעקב הקליני ארוך טווח בהפרעות audiological, נוירולוגים או פסיכיאטריות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

Acknowledgments

CIBC מלגה (JA) וNSERC מענק (RZ). אנו מודים למר הרוש Comeau (Brainsight) על עזרתו בעניין מצלמת אינפרא האדום, הגששים התואמים MR ותמיכת חומרה אחרת. אנו מודים גם לבריאן היינס (Hybex חידושים בע"מ) שעצב את הזרוע רבת מפרקים לבעל סליל וספק כמה מהדמויות המוצגות בסרט הווידאו. ותודה מיוחדת לכל טכנאי MR ומ פריירה ממרכז מקונל מוח ההדמיה של מונטריאול נוירולוגיות המכון שעזר לנו לייעל את העיצוב של הניסוי.

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

Neuroscience גיליון 67 פיזיולוגיה פיסיקה גירוי תטא פרץ דימות תהודה מגנטיות תפקודיות קליפת המוח השמיעתי stereotaxy frameless צליל גרייה מגנטית
מיפוי לאחר הלוואי של תטא Burst גירוי בקורטקס השמיעתי האנושי בהדמיה תפקודית
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