Waiting
Login processing...

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

Biology

Theta sonrası etkileri Haritalama Fonksiyonel Görüntüleme ile İnsan İşitsel korteks üzerine Stimülasyon Burst

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

İşitsel işleme konuşma ve müzikle ilgili işleme temelidir. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) bilişsel, duyusal ve motor sistemleri incelemek için başarıyla kullanılmaktadır ancak nadiren seçmelere uygulanmıştır. Burada işitsel korteksinin fonksiyonel organizasyon anlamak için fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme ile birlikte TMS araştırıldı.

Abstract

İşitsel korteks konuşma veya müzik ile ilgili işleme 1 temelinde olan ses işleme ile ilgilidir. Ancak, kayda değer yeni gelişmelere rağmen, insan işitme korteksinin fonksiyonel özellikleri ve lateralizasyon kadar tam olarak anlaşılmış olmaktan vardır. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) geçici veya lastingly lokalize manyetik alan bakliyat uygulaması ile kortikal uyarılma modüle bir non-invaziv bir tekniktir ve plastisite ve bağlantı keşfetmek benzersiz bir yöntemi temsil eder. Sadece son zamanlarda işitsel kortikal fonksiyon 2 anlamak için uygulanacak başlamıştır.

TMS kullanarak önemli bir konu stimülasyon fizyolojik sonuçlarını kurmak zor olmasıdır. Birçok TMS çalışmaları bobin hedeflediği alandaki etkilenen alanda olduğunu örtük varsayım yapmak olsa da, bu özellikle karmaşık bilişsel fonksiyonlar için, WHI durumda olması gerekmezch birçok beyin bölgelerinde 3 genelinde etkileşimleri bağlıdır. Bu soruna bir çözüm fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile TMS birleştirmektir. Burada fikir fMRI TMS ile bağlantılı beyindeki aktivite değişikliklerini bir dizin sağlayacak olmasıdır. Böylece, fMRI alanları TMS ve nasıl onlar 4 modüle etkilenen hangi değerlendirmenin bağımsız bir araç verecek. Buna ek olarak, fMRI uzak bölgeler arasındaki zamansal kaplin bir göstergesidir fonksiyonel bağlantısı, değerlendirmesini sağlar. Böylece işlevsel bağlantıda herhangi gözlenen değişiklikler yolu ile verilen konumlarda TMS ile indüklenen net modülasyon aktivitesi, aynı zamanda ağ özellikleri TMS etkilenen için derecesini ölçmek için yararlı sadece olabilir.

Farklı yaklaşımlar yöntemleri zamansal sırasına göre TMS ve fonksiyonel görüntüleme birleştirmek için vardır. Fonksiyonel MRI sonrasında, öncesinde, sırasında uygulanan, ya da TMS önce hem de sonra alınabilir. GeçenlerdeBazı çalışmalarda, 5-7 TMS ile indüklenen fonksiyonel değişiklikler online haritalama sağlamak için TMS ve fMRI içiçe. Ancak, bu online kombinasyonu tarayıcı odasında TMS bobini veya MR görüntü oluşumu süreci üzerinde TMS nabızları etkilerinin varlığından kaynaklanan statik eserler de dahil olmak üzere birçok teknik sorunlar vardır. Ama daha da önemlisi, yüksek akustik gürültü TMS (çünkü tarayıcı delgi rezonans standart kullanımı ile karşılaştırıldığında artış) ve artan TMS bobin titreşimleri (MR tarayıcının statik manyetik alan nedeniyle güçlü mekanik kuvvetler nedeniyle) ile indüklenen işitsel işleme çalışılırken önemli bir sorun teşkil etmektedir.

Bu fMRI çalışmada TMS öncesi ve sonrasında yürütülen bir nedeni de budur. Benzer yaklaşımlar motor korteks 8,9, premotor korteks 10, primer somatosensoriyel korteks 11,12 ve dil ile ilgili alanlarda 13 hedeflemek için kullanılmıştır, Ama şimdiye kadar hiç birlikte TMS-fMRI çalışması işitsel korteks araştırmıştır. Bu makalenin amacı başarıyla işitsel işleme araştırmak için bu iki sinirbilimsel araçları birleştirmek için gerekli protokol ve düşünceler ile ilgili detaylar sağlamaktır.

Daha önce biz gösterdi ki bir melodi ayrımcılık Görev 2'de işitsel korteks modülasyonlu tepki süresi (RT) üzerine uygulanan yüksek ve alçak frekanslar (sırasıyla 10 Hz ve 1 Hz) tekrarlayan TMS (TMU). Biz de RT modülasyonu fMRI kullanarak işitsel ağ fonksiyonel bağlantısı ile değerlendirildi korele olduğu tespit edildi: görev performans sırasında sol ve sağ işitsel korteks arasındaki yüksek fonksiyonel bağlantısı, facilitatory etkisi (yani RT azalma) rTMU ile gözlenen yüksek. FMRI rTMU önce yapıldı Ancak bu bulgular, özellikle korelasyon vardı. Burada, fMRI önce yapıldı ve hemen TMS sonra doğrudan önlem sağlamakişitsel korteks fonksiyonel organizasyonu, ve daha özel olarak TMS tarafından sağlanan sinir müdahale sonrasında meydana gelen işitsel sinir ağı plastik yeniden düzenlenmesi.

Kombine fMRI ve işitsel korteks üzerinde uygulanan TMS TMS fonksiyonel etkileri hakkında fizyolojik bilgi veren, işitsel işleme beyin mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına imkan vermelidir. Bu bilgi, pek çok bilişsel nöroloji uygulama için, hem de özellikle işitme ile bağlantılı bozukluklar içinde, TMS ve terapötik uygulamalarda optimize etmek için yararlı olabilir.

Protocol

Protokol iki günlük bir oturum (ille ardışık) ayrılmıştır. İlk gün bir anatomik ve alanları TMS ile hedeflenmesi gereken her katılımcı için tanımlamak için bir fonksiyonel MR taramaları ile oluşan fMRI Localizer oluşur. İkinci gün fMRI oturumlarda oluşur ön ve TMS özel MR uyumlu TMS bobini (Magstim Ltd, Galler, İngiltere) ve çerçevesiz stereotaktik sistemi (Brainsight) kullanarak tarayıcı içine uygulanır post-TMS. Ikincisi Her bir katılımcının anatomik ve fonksiyonel veri göre kortekste ilişkin gerçek zamanlı TMS bobin içinde konumlandırmak için kullanılır.

1. Localizer Oturum

  • Sizin katılımcı yüksek çözünürlüklü anatomik görüntü elde ile başlayın.
  • Sonra, herhangi bir BOLD etkisi veya MRI tarama gürültü 14,15 nedeniyle işitsel maskeleme en aza indirmek için bir degrade eko EPI darbe ve seyrek örnekleme paradigma ile fonksiyonel görüntüler elde. Bizim durumumuzda, fMRI d yapılırKatılımcılar iki ardışık 5-not melodi aynı ya da farklı 2,16 olup olmadığını belirlemek için sahip olduğu bir melodi görev uring. Bir ayrımcılık işitsel denetim görevi de denekler beş notlar iki eşit uzunlukta desenler, C5 aynı perdede tüm duymak ve ikinci uyaranı takiben sol tuşuna tıklayın talimatı olduğu, dahildir. Sessizlik dönemleri de her vadede görev denemeler arasında rastgele yerleştirilir. 12 dk 16 sn olmak üzere toplam süresi için, melodi ayrımcılık, 24 işitme kontrol denemeleri ve sessizlik 24 dönemlerinin 24 duruşmaları: Toplamda, 72 çalışma randomize bir şekilde sunulmuştur.
  • Anatomik ve / veya fonksiyonel simgesel kullanarak uyarımı sitesi tanımlayın. Bir TMS çünkü derinlemesine elektrik alan gücü zayıflatma uyarılması sitenin derinliğine göre sınırlı olduğunu farkında olmak zorunda, ve 3 cm 6,17 daha derin bölgelere ulaşmak için bekleyemeyiz. Önemli bir adım her bölümü için işaretlerini benzerliklerine kullanmaktırÇünkü katılımcılar arasında anatomi ve fonksiyon farklılıkları zor olabilir icipant. Burada, anatomik ve fonksiyonel görülecek her ikisini de kullanarak bulunduğu her katılımcının Heschl en girus, hedef. Biz Harvard-Oxford yapısal atlaslar (tarafından sağlanan Heschl en girus maskeler kullanın http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html ) ve TMS hedef tepe tarafından ayrı ayrı tanımlanır Heschl en girus 2 içinde aktivasyon. Buna ek olarak, aynı zamanda, akustik ve somatosensoriyel eşya olarak TMS spesifik olmayan etkileri kontrol etmek için bir kontrol alanı olarak kullanılır tepe pozisyonu tanımlar. Vertex inion ve burun köprüsü arasında bir nokta yarıda olarak anatomik tanımlanan ve sağ ve sol intertragal çentikleri paralellerin edilir. Stimülasyon site sıralaması (örn. Heschl en girus veya tepe) arasında gevşetilebilirbireyler.

2. Öncesi ve Sonrası TMS fMRI Deneyi

Pre-TMS fMRI oturumu

  • Tarayıcıyı doğrudan gitmek için katılımcı hazırlayın. Bu metal kaldırma ve TMS ve MR tarama formu doldurarak içerir.
  • Anatomik ve fonksiyonel taramaları (Localizer oturumda yürütülen bir aynıdır, bakınız bölüm 1) ile MR edinimi başlatın.

MRI ortamında Çerçevesiz stereotaksi ve TMS

Çerçevesiz stereotaksi sistemi, kızılötesi kamera (Polaris Spectra), kayıt prosedürü ve bir bilgisayar için kullanılan bazı araçlar ve izci (Brainsight) oluşmaktadır. Bilgisayarınızın tarayıcı oda dışında bulunan, ancak tarayıcının oda girişinde konumlandırılmış ve tarayıcı kapağını TMS uygulaması sırasında açılan tutulur edilir. Aletler ve iz MR uyumlu yanı sıra, kızılötesi kamera destek üçayak (ev yapımı) ve incierefore tarayıcı oda içinde kullanılır. Kızılötesi kamera MR-uyumlu değildir ve bu nedenle tarayıcı yatağına yaklaşık iki metre tarayıcı kapı yakınındaki tarayıcı odası, (güvenlik prosedürü için tartışmaya bakınız) içine yerleştirilir. TMS stimülatör sistemi MRI tarayıcı odasına bitişik bir oda yer almaktadır. Biz tarayıcının oda içinde bulunan ve bir RF filtre tüp aracılığıyla bir 7-m kablo ile TMS sistemine bağlı bir MR uyumlu TMS bobin kullanın.

  • Stereotaktik yazılım paketi (örneğin Brainsight) içine katılımcının anatomik ve fonksiyonel görüntüler ve stimülasyon hedefleri yükleyin. Burada, sağ Heschl en girus hedeflemesi olacaktır.
  • Önceden TMS fMRI satın alınmasından sonra, 32 kanallı kafa bobini (Siemens 3T tarayıcı ve 32 kanallı kafa bobini yapılandırması kullanıyorsanız) üst MR kafa bobini parçası kaldırın.
  • Sonra, tarayıcı yatağı üzerindeki katılımcının aşağı doğru kaydırın.
  • Particip üzerinde kafa bandı ve izci grubu Fixkarınca başını.
  • Tarayıcı yatağına çok eklemli kol takın ve kolu üzerine MR uyumlu TMS bobini düzeltmek.
  • Tüm izci ve bobin kameranın görüş alanında olduğunu doğrulayın. Burada, kameranın biraz sağ hemisfer hedeflerken bobin yerinden daha kolay bir izleme etkinleştirmek için katılımcının sağ tarafına taşınır.
  • Stereotaksi araçları (yani işaretçi aracı) ile konu kafasını kalibre. Bu anatomik veriler üzerinde aynı yerler ile katılımcının kafası (burun, nasion ile her iki kulağın tragus ucu bizim durumumuzda gibi) üzerinde çeşitli yerlerinden coregistering tarafından yapılır. Bu yordam, iki deneyciler birinin katılımcı kafasına işaretçi aracını yerleştirmek için katılımcının kafasına çok yakın, gerekli ve tarayıcı odanın girişinde başka bir deneyci bilgisayarda kaydı gerçekleştirmek için.
  • T teğet MR uyumlu TMS bobini konumlandırıno kafa derisi, ve bobin izci kızılötesi kamera yönelik. Bobin orta hat 2 için geriye doğru ve paralel işaret bobin kulplu aydınlatmaktadır. Multi-eklemli kol vidaları kullanarak bobin konumunu saptamak.
  • MRI tarayıcı bitişik odada, TMS sistemi açmak ve stimülasyon başlar. TMS 40'lı için 5Hz tekrarlanır 50Hz az 3 bakliyat oluşan desenli protokolü, yani sürekli teta burst stimülasyon (CTBS), ardından uygulanır. Bu stimülatör çıktı 18,19 tarafından tanımlanan sabit bir uyarım yoğunluk (% 41) kullanılır. O (güvenlik prosedürü için tartışma bölümüne bakınız), sağlıklı halkların 20 stimülasyon kesilmesinden sonra 30 dk süreyle kortikal plastisite kadar modüle gösterilmiştir Biz bu protokolü seçtik.

Post-TMS fMRI oturumu

  • Bir kez stimülasyon tamamlandığında, bunu en kısa sürede tarayıcı içine konu geri almak için önemlidir. T çıkarınMS Tarayıcı odadan bobin ve çok eklemli kolu kaldırın. MR kafa bobini içine katılımcının kafasını geriye doğru kaydırın. Tarayıcınızı hazırlanan ve gitmek için hazır olduğundan emin olun. Bizim tavsiyemiz bütün TMS oturumu sırasında gündeme vücut platformu tutmak ve en az yerelleştirici taramalarının sayısını ve süresini azaltmak.
  • RTMU etkileri geçici olduğundan, nihai tarama oturumu fonksiyonel taraması ile başlamalıdır. Yine, melodi görevin 12 dakikalık çalışma sırasında fMRI yürütülmüştür.
  • Son tarama işlemi tamamlandıktan sonra, anatomik bir tarama ile bitiriyoruz.

3. Temsilcisi Sonuçlar

FMRI veri analizi pre-ve post-TMS fMRG oturum her ikisi için ayrı ayrı gerçekleştirilmektedir. Her fMRI oturumu için (yani, öncesi ve sonrası-TMS), melodiler ve işitsel kontrol görevi arasındaki kontrast sol ve sağ Heschl en girus, süperior temporal girus, inferior frontal girus ve precen görev ile ilgili faaliyet göstermektedirmerkezî girus (Şekil 1 A, B). Öncesi ve sonrası-TMS fMRI oturumları arasındaki farkları değerlendirmek için, Öğrenci eşleştirilmiş t-testi kullanılarak rasgele bir etki analizi yapmak. Anlamlılık az> 2 eşik ve p bir düzeltilmiş küme eşik = 0.05 ile tanımlanır kümeleri kullanılarak tespit edilir. Şekil 1 C, tek bir katılımcı için kontrast sonrası eksi ön CTBS temsil eder. Veri doğru Heschl en girus (siyah daire) hedefleme CTBS sol Heschl en girus dahil kontralateral (sol) işitsel korteks fMRI yanıt olarak bir artış, uyardığını göstermektedir. FMRI yanıt değişiklikler de sol presentral girus bulunur, insula bıraktı ve lateral oksipital kortekste bilateral. Bununla birlikte, fMRI yanıt olarak anlamlı bir değişiklik bobin altında görülür. Buna ek olarak, benzer kombine TMS-fMRI protokolü verteks (kontrol sitesi) uyarmak için tekrarlanır. Verteks üzerine uygulanan CTBS ile pre-ve post-fMRI oturumları Karşılaştırılması herhangi significa gelmedint etkisi (veriler gösterilmemiştir).

Şekil 1
Şekil 1. Ayrı ön TMS f MRI veri (A), post-TMS f MRI veri (B), ve post-eksi ön TMS f MRI veri (C) analizi. Önceden TMS fMRI oturumu (A) ve post-TMS fMRI oturumu (B) tek bir katılımcı için kontrast melodi ayrımcılık eksi işitsel kontrol denemeleri A. Sonuçları. Soldan sağa: koronal ve sagital manzarası. Her iki (A) ve (B), TMS bobin bulunan doğru Heschl en girus (siyah daire) hedefleme x = 54, y = -13, z = 1 (MNI152 standart alanı). Hem öncesi ve sonrası-TMS fMRI oturumları için koordinatlarda görüntülenir x = -54, y = -13, z stimülasyon sitesi (yani sağ Heschl en girus, sol hemisfer değişiklikleri göstermek için = 1 (MNI152 standart boşluk) ). C. kontrast Sonuçlar Student eşleştirilmiş t-testi kullanılarak post-eksi öncesi TMS fMRI oturumları.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Biz çevrimdışı TMS ve işitsel korteks fonksiyonel organizasyon araştırmak için fMRI birleştiren bir protokol açıklar. Sonraki bölümlerde, bu tür bir yaklaşım yaparken metodolojik faktörleri dikkate tartışacağız.

Post-TMS fMRI oturum için Toplama ve zamanlama

Taramaları edinimi Sipariş ve pre-ve post-TMS fMRI seans counterbalancing

Bu iki fonksiyonel taramaları arasında sağlam bir kaydı almak için TMS önce ve sonra bir MR anatomik tarama elde etmek için çok önemlidir. Aksi takdirde, elde edilen fonksiyonel farklılıklar nedeniyle olabilir iki fonksiyonel taramaları yerine fMRI sinyali TMS indüklenen değişiklikler arasındaki renk kayması sorunları yok. Buna ek olarak, herhangi bir fMRI-TMS oturumu (hatta fMRI localizer oturumundan önce) önce, fMRI kantitatif karşılaştırmalar için izin vermek için, fMRI sinyal istikrar ve tekrarlanabilirlik değerlendirmek için çok önemlidirtepki büyüklükleri. Aslında çıkarmadan ve tek başına bu faktör nedeniyle farklılıklar beklediğiniz için derecesini test etmek için konu (TMS) olmadan tuttukları döviz cinsinden sonra taramalar tekrarlayarak, bazı pilot çalışmalar çalıştırmak için iyi bir fikir olabilir. Arası aktif karşılaştırma örneğin MRI ortamı, hem de 21 yapılacak görev dahil olmak üzere, MRI deney bağlamda, hiç alışkanlık gibi spesifik olmayan TMS faktörler tarafından etkilenebilir. Biri dengelemek katılımcıların genelinde öncesi ve sonrası-TMS fMRI oturumların düzeni olabilir Bu sorunu aşmak için. Örneğin, bir sonra bir kaç saat (veya gün) bekleyin ve önceden TMS fMRI oturumu gerçekleştirmek, bir post-TMS fMRI oturumu yürütmek ardından TMS ile başlar ve olabilir. Bu tasarım gibi emreamadeliğinin olarak ve MR tarayıcı TMS etkileri ve pratik hususlar beklenen süresine bağlıdır. Onlar olmayabilir gibi başka bir yaklaşım sahte veya plasebo uyaranlar kullanmak, ancak bunların kullanımı hala tartışmalıdırAynı akustik ve gerçek bir uyarım ve sahte TMS gerçek bir uyarım 22-24 kadar benzer etkilere sahip olduğu gösterilmiştir gibi somatosensoriel duyumlar (örn. kas twitches) sağlar. Bir başka yaklaşım, çeşitli alanlarda TMS uygulayabilir ve siteler arasında farklılıklarını değerlendirmek için, bu karşılaştırma TMS nonspesifik etkileri siteleri 24 genelinde eşdeğer olduğunu varsayar. Örneğin, tepe burada gösterildiği gibi TMS eşlik akustik ve somatosensoriyel objeleri için kontrol etmek için de kullanılabilir.

Tarama iktisap Zamanlama

RTMU etkileri geçici olduğundan, TMS bitiminden sonra en kısa sürede tarayıcı içine konu geri almak için önemlidir. Bu nedenle, bir MRI uyumlu TMS bobini kullanılan ve katılımcı tarayıcı yatağına yatarken zaman TMS uygulandı. Bu donanım mevcut olmadığı durumlarda, bu oda tarayıcı dışında TMS uygulamak da mümkündür 12 saat boyunca rTMU indüklenen etkiler eşlemek için rTMU sona ermesinden sonra düzenli aralıklarla birden fazla sonrası TMS fMRG oturumlarını yapmak için ilginç olabilir.

TMS siteleri ve stimulat derinliği Tanımı iyonları

TMS ve fMRI kombinasyonu prefrontal, frontal, temporal ve parietal korteks herhangi bir kortikal alanı hedeflemek için kullanılabilir. Ana kısıt katılımcı nedenle posterior / oksipital alanlarda erişilebilir olmayabilir, tarayıcı yatağına yatarken zaman hedeflenen alanı TMS bobini için erişilebilir olmasıdır. Kursiyer TMS sırasında tarayıcı yatağına oturabilir, ancak bu durumda, nöronavigasyon kullanımı, özellikle kızılötesi kamera TMS oksipital alanlara erişimi sınırlar.

Katılımcı tarayıcı yatağına yatarken zaman TMS uygulamak için bir diğer kısıtlılık bobin pozisyonları ve yönelimlerin esneklik eksikliğidir. Bu nedenle, bizim çalışmamızda, TMS bobini orta hatta geriye ve paralel işaret bobin kolu ile yerleştirildi. Işitsel korteks 2 uyararak zaman bir önceki çalışmada, bobin yönelimleri arasında anlamlı farklılık göstermedi.

ontent "> TMS çalışmalarda başka genel sınırlayıcı faktör uyarılan alanların derinliğidir. It TMS 3cm derinliği 6,17 'den derin bölgelerde ulaşamayabilir olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, bizim çalışmamızda bu indüklenen değişiklikler rTMU olası değildir HG medial kısmı, primer işitsel korteks bölgesi; tersine, HG superior temporal girus lateral kenarına kadar tüm yol uzanır ve zift işleme 25,26 rol oynadığı düşünülen bu alanda, çok beğenildi TMS tarafından hedef. Bu düşünce, elbette, tüm TMS çalışmalar için geçerlidir. Ancak, TMS etkisi, istenen hedef ulaşmıştır konusunda belirsizlik nedeniyle, fMRI gibi durumda olup olmadığını objektif olarak belirlemek için yardımcı olabilir.

Bir MR ortamında CTBS protokolü için Teknik düşünceler

Biz MR uyumlu ekipman olmadan bu nedenle şimdiye kadar hep bir MR cihazı oda dışında kullanılan bir CTBS protokolü (50Hz), ikinci20,27-29. Bu MR uyumlu TMS ekipman kullanılarak MR ortamında iç CTBS uygulanan ilk çalışmadır. Böyle bir protokol uygulamak için, bu kurulum etkili bir stimülatörü olan bobin 30 ile çalışan genişletilmiş MR-uyumlu kablo artan empedans bağlı olarak yaklaşık olarak% 20 oranında çıktı TMS yoğunlukları azaltır dikkat etmek önemlidir. Buna ek olarak, bu çıkış sınırlaması bazı ülkelerde (Avrupa, Kanada karşı 230V güç kaynağı, örneğin 115V güç kaynağı) için daha önemli olabilir. Eğer Magstim ekipman kullanarak, bu nedenle, size sistem gücünü artırmak amacıyla ek bir modül (Rapid-2 Plus One Modülü) elde etmek gerekebilir. Kızılötesi kamera MR tarayıcı delik güvenli bir mesafede yerleştirilmelidir gerekir, ve bu nedenle büyük bir ölçüm hacmi (> sağlamak mümkün olması gerektiği gibi kombine TMS ve fMRI bir diğer sınırlılığı, MR oda içinde Çerçevesiz stereotaksi kullandırılmasını da içeriyor iki metreleri). Biz Polaris spektrumları (NDI Polaris, seçti nedeni budur http://www.ndigital.com/medical/polarisfamily.php üç metreye kadar görüş alanı sağlayan). (Örneğin, MRC Systems GmbH, Almanya) kullanılabilir MR-uyumlu bir kızılötesi kamera mevcuttur.

O CTBS protokolü sürekli fMRI edinimi sırasında çevrimiçi uygulanabilir olmayabilir dikkat etmek önemlidir. Daha önce 31 ve ayrıca Bestmann ark test gibi. 32, 90 ms'lik bir süre sessiz stimülatörü şarj döneminde TMS-bobin aracılığıyla kaçak akımlar nedeniyle MR görüntülerinde eserler önlemek için her TMS darbe sonrası gereklidir. Sürekli TBS 50Hz (darbeler arasında 20 ms) fMRI edinimi sığacak nedenle olası, 200 ms ile ayrılmış teslim üç darbe trenler oluşmaktadır. Buna ek olarak, CTBS genellikle 40 sn (600 baklagiller), beyaz sırasında sadece uygulananich EPI dizilerinin çok tekrar izin vermez. Sürekli TBS protokolü işitsel alanlarda güçlü bir nöral aktivitenin neden hangi da çok gürültülü ve bu nedenle işitsel işleme araştırılması için uygun olmayabilir. Bununla birlikte, bu tür aralıklı ya da ara TBS gibi TBS diğer yöntemler, uygun bir şekilde uzun TR 20 ile birlikte uygulanabilir.

Kombine CTBS ve fMRI Güvenliği

CTBS Güvenliği

Yüksek frekanslı patlamaların (50Hz) sunar ve bu nedenle dikkatli 33 kullanılması gerektiğini, çünkü Sürekli TBS diğer tekrarlayıcı TMS protokollerden daha nöbet riskinin daha yüksek conferring teorik potansiyele sahiptir. Bir katılımcı çalışılan her rTMU ile deneyime sahiptir ve nöbetlerin tedavisinde yetenekli olduğunu bir doktor ya da hemşire rTMU laboratuar ulaşılabilecek yerde olmalıdır. CTBS kullanarak nöbet biri durumunda sağlıklı bir erkekte rapor edilmiştirOnlar orijinal protokol 20 (yani% 80 aktif motor eşiği) daha yüksek bir yoğunluk (yani% 100 istirahat motor eşiği) kullanılan epilepsi 34 için risk faktörleri. Bir nöbet durumunda takip prosedür güvenlik kuralları 35,36 tarif edilmektedir.

MR uyumlu araçlar

TMS MR cihazı oda içinde uygulandığında, bu tarayıcı içinde kullanılan tüm araçları MR uyumlu olması çok önemlidir. Burada, TMS bobini monte multi-eklemli kol (özel yapım) MR uyumlu (Asetal ve polikarbonat ile yapılan), ve MR yatakta özellikler sığacak. Çok eklemli kol uyarım uzun süreler için özellikle yararlıdır ve bobin arasında esnek bir yerleştirme imkanı sağlar, ve birden fazla yönde dönüş sağlar. Konumlandırma ve izleme için kullanılan izci (Brainsight) MR uyumludur. Kızılötesi kamera (Polaris) MR cihazı oda içinde amaMR cihazı (en az iki metre tarayıcı yatağı) güvenli bir mesafede tutulur. Bu mesafe, manyetik alan, bir buzdolabı mıknatısı (50 Gauss) daha küçük olan 0.3 mT (3 Gauss) (Siemens mühendisi ile kişisel iletişim, 37,38), olduğu gibi burada kızılötesi kameranın koruyucu hayır, tabi. TMS uyarıcı sistemi ile ilgili olarak, tarayıcıya bir gözlem paketi bitişiğinde kurulmuş bir taşınabilir aygıt, kullanılır.

Stimülasyon parametreleri

İnsanlarda ilk CTBS çalışmada Huang ve ark tarafından yapıldı. 20 kim% 80 aktif motor eşiğinde, primer motor korteksin üzerine 5Hz tekrarlanır, 50Hz az 3 bakliyat patlamaları uygulanır. Biz Heschl en girus hedeflemek CTBS kullanılan çünkü Burada, bir referans ölçütü olarak aktif motor eşik kullanarak bu beyin bölgesinin eksitabilite iyi bir göstergesi olabilir ki gerekçeli. Buna ek olarak, bu ortam içinde MR CTBS, ve bu kurulum eff kullanılmışectively yaklaşık% 20 (önceki bölümlere bakın) tarafından çıkış yoğunlukları azaltır. Bir referans olarak, Bestmann ark çalışma. (Bir MR uyumlu TMS bobini ile yani Magstim sistemi) benzer bir set-up kullanarak 39% 70 bireysel aktif karşılık 12 katılımcıların 42% maksimum stimülatör çıkış stimülasyon ortalama yoğunluğu bildirdi motor eşik. Burada, daha önceki çalışmalar CTBS ve CTBS kullanım için emniyet kılavuz dahilinde bu nedenle karşılaştırılabilir uyarıcı çıkışı,% 41 kullanılır, Oberman vd. 40 inceleme için.

Aynı zamanda biyolojik dokular ve statik manyetik alanlar arasındaki etkileşimin çeşitli fiziksel mekanizmalar teorik fizyolojik veya biyokimyasal süreçlerin 37 değişmesi yol açabileceği unutulmamalıdır gelmiştir. Ancak, çeşitli çalışmalar bu etkilerin önemi 38,41,42 eşiğinin altında olduğu rapor yayınlanmıştır. Buna ek olarak, bizim çalışmamızda wa TMSkatılımcı MR tarayıcı delgi tarayıcı yatağı ve dış uzanarak zaman s, off-line yürütülmektedir. Bu durumda, ana manyetik ortam mıknatıs itibaren mesafe arttıkça azalır statik manyetik alan B0 oluşur; katılımcının mesafe, manyetik alanın kuvveti (= 3 Gauss, ya da on kat gücü 3mt civarındadır Dünya'nın manyetik alanı) 37,43.

Sonuç

Kombine rTMS ve fMRI teknikleri davranış ve altta yatan beyin aktivitesinde TMS-indüklenen değişiklikleri değerlendirmek kantitatif araçları sağlar. TMS kendini zaman içinde davranış ayrıştırmak için olanak sağlar, ama aslında 4,44,45 düşünce olarak, sonuçların yorumunu kadar basit olmadığı literatürde artan gerçekleşme vardır. Ana nedeni, TMS uyarılmış alanında sinirsel faaliyet değişikliğe sebep olduğunu, ancak, aynı zamanda harekete sitesinden uzak yerlerde, davranış ve ca değişikliğinnot fonksiyonel aktivite ve bağlanabilirliği temel değişikliklerle ilgili bilgi sağlar.

Bu nedenle çalışmamızda, fMRI TMS önce ve sonra yapıldı. Biz sağ Heschl en girus üzerinde uygulanan sürekli teta patlama uyarılması kontralateral hemisferde homolog bölgelerden fMRI yanıt artışına neden gösterdi. Bu bulgu, TMS-indüklenen girişim 10,13,46,47 sonrasında kontralateral hemisferde homolog bölgelerden bir rolü gösteren görsel veya dil işleme ile ilgili önceki çalışmalar ile uyumludur. Böyle interhemisferik etkileşimler fonksiyon veya dönem plastisite kısa kaynaklanan korumak için dengeleyici olsun iyi anlaşılmış değildir ve daha fazla araştırma bu tür mekanizmaların doğasını anlamak için gereklidir.

Kombine TMS ve off-line fMRI açık yeni bakış açıları işitsel sinir ağları fonksiyonel aktivasyon kalıplarını ve bağlanabilirlik araştırmak ve aynı zamanda özellikle yararlıdır t içinMümkün reorganizasyon veya kortikal plastisite değerlendirmek o. Buna ek olarak, bu bileşim aynı zamanda değerlendirmek ve odiyolojik, nörolojik ve psikiyatrik bozuklukları da uzun süreli klinik takip değerlendirmek için kullanılabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Çıkar çatışması ilan etti.

Acknowledgments

CIBC dostluk (JA) ve NSERC hibe (RZ). Biz kızılötesi kamera ile ilgili yaptığı yardım Roch M. Comeau (Brainsight), MR uyumlu izci ve diğer donanım desteği için minnettarız. Biz de bobin tutucu için multi-eklemli kol tasarlanmış ve video olarak görüntülenir bazı rakamlar verilmiştir Brian Hynes (Hybex Innovations Inc) müteşekkiriz. Ve bize deney tasarımı optimize yardımcı Montreal Nöroloji Enstitüsü'nden McConnell Beyin Görüntüleme Merkezi tüm MR teknisyenleri ve M. Ferreira için özel teşekkürler.

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

Nörobilim Sayı 67 Fizyoloji Fizik Teta burst stimülasyon fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme MR işitme korteksi Çerçevesiz stereotaksi ses transkranial manyetik stimülasyon
Theta sonrası etkileri Haritalama Fonksiyonel Görüntüleme ile İnsan İşitsel korteks üzerine Stimülasyon Burst
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