Lytteprosessering er grunnlaget for tale og musikk-relatert behandling. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) har vært brukt med hell for å studere kognitive, sensoriske og motoriske systemer, men har sjelden blitt brukt til audition. Her har vi undersøkt TMS kombinert med funksjonell Magnetic Resonance Imaging å forstå den funksjonelle organiseringen av auditiv cortex.
Auditiv cortex gjelder for behandling av lyd, som er på grunnlag av tale eller musikk-relaterte behandling 1. Imidlertid, til tross for betydelig nyere fremskritt, funksjonelle egenskaper og lateralization av humant auditive cortex er langt fra å bli fullt ut forstått. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er en non-invasiv teknikk som kan forbigående eller skjenke modulere kortikale excitability via bruk av lokaliserte magnetfelt pulser, og representerer en unik metode for å utforske plastisitet og tilkoblingsmuligheter. Det har bare nylig begynt å bli brukt for å forstå auditiv kortikale funksjon 2.
En viktig sak i å bruke TMS er at de fysiologiske konsekvensene av stimulering er vanskelig å etablere. Selv om mange TMS studier gjør implisitt forutsetning at området målrettet av spolen er området påvirket, dette trenger ikke være tilfelle, særlig for kompliserte kognitive funksjoner WHIch avhengig interaksjoner på tvers av mange områder av hjernen 3. En løsning på dette problemet er å kombinere TMS med funksjonell Magnetic resonance imaging (fMRI). Ideen her er at fMRI vil gi en oversikt over endringer i hjernens aktivitet forbundet med TMS. Dermed vil fMRI gi en uavhengig måte å vurdere hvilke områder som er berørt av TMS og hvordan de er modulert 4. I tillegg tillater fMRI vurderingen av funksjonell tilkobling, som representerer et mål på den temporale kopling mellom fjerne regioner. Det kan dermed være nyttig ikke bare for å måle netto aktivitet modulasjon indusert av TMS i gitte steder, men også i hvilken grad nettverksegenskapene påvirkes av TMS, via eventuelle observerte endringer i funksjonell tilkobling.
Ulike tilnærminger eksisterer for å kombinere TMS og funksjonell avbildning temporalt rekkefølgen av metodene. Funksjonell MR kan påføres før, under, etter eller både før og etter TMS. Nylig, Sammenflettet noen studier TMS og fMRI for å gi elektronisk kartlegging av funksjonelle endringer indusert av TMS 5-7. Imidlertid har dette online kombinasjonen mange tekniske problemer, inkludert de statiske artefakter som følge av tilstedeværelsen av TMS spolen i skanneren rommet, eller effekten av TMS pulser på prosessen med MR bildedannelse. Men enda viktigere, høyt akustisk støy indusert av TMS (økt sammenlignet med standard bruk på grunn av resonans av skanneren boring) og den økte TMS spiral vibrasjoner (forårsaket av den sterke mekaniske kreftene på grunn av statisk magnetisk felt av MR skanner) utgjør en viktig problem når en skal studere auditiv prosessering.
Dette er en av grunnene fMRI ble gjennomført før og etter TMS i denne studien. Lignende tilnærminger har blitt brukt til å målrette motoren 8,9 cortex, premotor cortex 10, primær somatosensoriske cortex 11,12 og språk-relaterte områder 13, Men så langt ingen kombinert TMS-fMRI studie har undersøkt den auditive cortex. Formålet med denne artikkelen er å gi detaljer om protokollen og betraktninger nødvendig for å kunne kombinere disse to nevrovitenskapelig verktøy for å undersøke auditiv prosessering.
Tidligere har vi vist at gjentatte TMS (rTMS) ved høye og lave frekvenser (hhv. 10 Hz og 1 Hz) anvendt over auditive cortex modulert responstid (RT) i en melodi diskriminering oppgave 2. Vi viste også at RT modulering var korrelert med funksjonell tilkobling i den auditive nettverket vurderes ved hjelp av fMRI: jo høyere funksjonell tilkobling mellom venstre og høyre auditive cortices ved utføring av oppgaver, jo høyere facilitatory effekt (dvs. redusert RT) observert med rTMS. Men disse funnene var hovedsakelig Correlational, som fMRI ble utført før rTMS. Her ble fMRI utført før og umiddelbart etter TMS å gi direkte tiltakav den funksjonelle organiseringen av den auditive cortex, og mer spesifikt av plast omorganisering av det auditive nettverk oppstår etter den nevrale intervensjon levert av TMS.
Kombinert fMRI og TMS brukes over auditive cortex bør muliggjøre en bedre forståelse av hjernen mekanismer auditiv prosessering, som gir fysiologiske informasjon om funksjonelle effekter av TMS. Denne kunnskapen kan være nyttig for mange kognitive nevrovitenskap applikasjoner, så vel som for å optimalisere terapeutiske anvendelser av TMS, særlig i auditiv-relaterte lidelser.
Vi beskriver en protokoll som kombinerer offline TMS og fMRI til å undersøke den funksjonelle organiseringen av den auditive cortex. I de neste avsnittene vil vi diskutere de metodologiske faktorer å vurdere når gjennomføre en slik tilnærming.
Oppkjøp og timing for post-TMS fMRI session
Order of skanner erverv og avbalansering av pre-og post-TMS fMRI økter
Det er avgjørende å erverve en MR anatomisk scan før og etter …
The authors have nothing to disclose.
CIBC fellesskap (JA) og NSERC stipend (RZ). Vi er takknemlige for Roch M. Comeau (Brainsight) for hans hjelp om infrarødt kamera, MR-kompatible trackere og annen maskinvare støtte. Vi er også takknemlige for Brian Hynes (Hybex Innovations Inc.) som tegnet multi-leddet arm for coil holder og levert noen av tallene som vises i videoen. Og en spesiell takk til alle MR teknikere og M. Ferreira fra McConnell Brain Imaging Centre i Montreal Neurological Institute som har hjulpet oss optimalisere utformingen av forsøket.
Material Name | Type | Company |
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 |