失語症のためのニューロガイド下反復経頭蓋磁気刺激

Abstract

反復経頭蓋磁気刺激（のrTMS）がその潜在的な治療効果のための承認を得ているように、いくつかの神経学的条件のために広く使用されています。脳の興奮は、非侵襲的に変調のrTMSによるものであり、言語領域へのrTMSは、失語症の治療に対する潜在的な効果を証明しています。我々のプロトコルでは、我々は人工的neuronavigational TMS（非関税措置）、および従来のTMS（CTMS）のための国際10-20 EEGシステムのF3を使用して、ブロードマンエリア44と45を阻害することにより、健康な被験者における仮想失語症を誘導することを目指しています。失語症の程度を測定するために、画像の命名タスク前後の刺激に対する反応時間の変化を測定し、非関税措置とCTMS間の反応時間の遅延を比較しています。 2 TMS刺激法の精度は、目標と実際の刺激のタライラッハ座標を平均することによって比較されます。刺激の整合性は、ターゲットからの誤差範囲によって示されます。このSTUの目的dyが非関税措置の使用を実証し、CTMSのものと比較して非関税措置の利点と制限を記述することです。

Introduction

反復経頭蓋磁気刺激（のrTMS）は、非侵襲的に中枢神経系および末梢神経系における神経回路を活性化させる^。1のrTMSの脳の興奮^2を変調して、このような運動麻痺、失語症、怠慢、および痛みなどのいくつかの精神・神経疾患の潜在的な治療効果を有しており、 ³運動皮質以外のrTMSのための標的部位は、従来の国際10-20 EEGシステムを使用して同定または特定の外部ランドマークからの距離を測定することによるものです。

しかし、サイズ、解剖学、および大脳皮質の形態における個人間の違いは、最適なターゲット局在化が困難に、考慮されません^。3のrTMSアプリケーションのためのもう一つの重要な問題は、磁気コイルの配置および皮質領域の間の不一致があります刺激を意図します。

光学的に追跡されたナビゲーション・脳神経外科は、EXPを持っていますそれを磁気コイルの指導のためのrTMSを含む認知神経科学分野を網羅するようにアプリケーションをAND演算。 neuronavigationalシステムは、ターゲット領域のコイル位置における^4,5ような相違は、しばしば10-20 EEGシステムを採用する従来の方法で発生する。のrTMSのための最適な標的構 ​​造を同定するのに役立つ、これはニューロによって克服されることが期待されます。

この研究プロトコルは、個々の解剖学的マッピングを使用して、ブローカ野をターゲットにneuronavigationalのrTMSにより健康な被験者に仮想失語症を誘導する方法を示しています。命名の画像に反応時間の変化の点で仮想失語症の程度を測定し、従来の刺激法からのものと比較されます。ニューロ誘導方法は、脳への磁気パルスを送達するためのより高い精度を有し、したがって、従来の方法よりも高い臨床的変化を示すことが期待されます。このスタッドの目標yは、臨床現場での失語症患者のための刺激をより正確かつ効果的な方法を導入することでした。

Protocol

倫理の声明：この研究は盲検病院の施設内倫理委員会によって承認されました。

1.準備する材料（表1）

1. 最大3.0テスラの出力と350マイクロ秒のパルス幅で200から240 Vacの50/60 Hzの5Aの電源とTMS装置を使用してください。
2. モーターを決定するために、電（EMG）により、各被験者に運動閾値（RMT）を休んで取得する（詳細については、ステップ3.1を参照）TMS方式とアクティブ電極を用いて電位（MEP）を誘発。実際のTMSの研究プロトコルのための個々の強度（ 図1）のようにRMTを設定します。
   注：neuronavigationalシステムは、コンピュータ画面、主観的なトラッカー、コイルトラッカー、ポインタ、キャリブレーション・ブロック、カメラ、およびTMSの椅子の座席システムを含みます。 （ 図2から4）
3. タスクの命名、画像を設定し、誘導された美術品の程度をテストするために、被験者に刺激を提示するSuperlabプログラムを使用しますアル失語症。
4. ステップ4においてより詳細に記載の音声記録システムを使用して各画像のレコードの反応時間。
5. ステップ4で詳細に説明した音声分析システムによる画像の命名応答の待ち時間と持続時間を分析します。

2.研究デザインをチェック

1. 仮想失語症を誘導するためのrTMSを使用してください。
   1. ステップ4.ピクチャー命名タスクで詳細に説明した画像の命名タスクを実行するために被写体を確認して下さい。
   2. ニューロガイド下のrTMS（非関税措置）、または従来のrTMS（CTMS）のいずれかがタスクの命名絵の間に適用されます。 CTMSの詳細は、ステップ5.3.2および5.5に記載されています。
2. ステップ4においてより詳細に記載されるように、画像の命名のための反応時間とエラー率を測定し、両方の条件の下での結果を比較します。

TMSプロトコルの調製

1. RMTを決定
   1. 左側の最初の背側での活性電極を配置terosseous（FDI）筋肉。
   2. 左FDI筋の収縮をチェックし、4-6秒刺激間間隔で右M1領域に10個の連続刺激を提供します。
   3. 50 UVより大きいピーク・ツー・ピークMEP振幅が少なくとも5回生産される最小のTMSの強度を用いて対象者のRMTを決定します。
2. TMSマッピング
   1. neuronavigationalシステムの使用のために対象の3-TのMRスキャナを使用して、高解像度のT1強調磁気共鳴（MR）の解剖学的画像を得ます。 MRIスキャンのためのパラメータを表1にまとめます。
      注： 図5に示すように、前交連（AC）と後交連（PC）の解剖学的なガイダンスを使用して、各個々の脳の曲線状と肌を再構築ニューロプログラムに脳MR画像を転送します。
      1. 皮膚構造を再構築します
         1. 被験者の脳のMRのファイルを入手医療における標準的なデジタル画像と通信（DICOM）の画像。フォーマット。 MR画像は「研究を変換」を選択して変換します。ファイルはニューロコンピュータに転送された検索ディレクトリを設定します。変換タイプは、ニューロプログラムで使用するDICOMの種類によって選択されるべきです。
         2. ニューロプログラムがインストールされたコンピュータにDICOMファイルを転送します。ナビゲーションプログラムを実装します。デフォルトのアイコンは、「解剖学」です。新しい患者の記録のために、DICOM画像ファイルのいずれかを選択します。
         3. 「アトラス空間」をクリックしてください。このステップは、各画像を再構成するために基準点を設定することです。ドロップボックスで「新しい」を押して、「手動（AC-PCボックス）」をクリックして参照解剖学的構造を設定します。
         4. 脳梁の患者の交流、円蓋の列の前に置かれた2つの半球のちょうど正中線を探します。マークMR画像上のACおよび「ACを設定」をクリックします。
         5. 患者のPC、中脳水道の上端の背側面にある2つの半球の正中線を探します。マークPCのMR画像上と「PC設定」をクリックします。
         6. 皮膚構造を作るために「再建」をクリックしてください。 「スキン」を選択するためのドロップボックスで「新しい」を押します。 MR画像上の再構成のための範囲を設定します。鼻の先端と両耳で全体の頭蓋骨を必ず含めてください。
         7. 新体制で「計算肌 "をクリックしてください。プロセスが完了するまでお待ちください。皮膚構築が完了した後、皮膚の形態は、表示されるべきです。
      2. 脳曲線の次の3.2.1.1を再構築するために、「復興」の項に「フル脳の曲線状」を選択します。前のステップと同様に、鼻の先端を含むMR画像に再構成のために範囲を設定します。 「計算曲線状」をクリックしてください。工事が完了した後、完全な脳の曲線状が表示されるはずです。
   2. マークナジオン、鼻の先端、および解剖学的ランドマークを登録するには、両方の耳珠。このステップは、患者や脳皮質上のターゲットの相対位置を設定するための再生皮膚構造（ 図6）との間の解剖学的な点を一致させることです。
      1. 「ランドマーク」アイコンをクリックします。ランドマークを設定するには、計算された皮膚の構造上（鼻の骨の接合部で額の鼻の間の点、）ナジオンをマーク。 "新しい"クリックして登録し、「ランドマーク1」として保存
      2. 「新しい」をクリックするだけで、鼻の先端を登録し、「ランドマーク2」として保存1.ランドマークとしてナジオンを登録した後、マーク鼻先端
      3. マーク皮膚構造上の各耳珠。耳珠は甲介の正面に位置する外部の耳の小さな尖った隆起、です。マーキングおよび「新しい」のランドマークをクリックした後、各耳珠を登録します。このプロトコルのために、右耳珠はregがありますisteredは「ランドマーク3」と​​、左のように「ランドマーク4」として登録されています。
   3. 参加者の頭の上に主観的なトラッカーとヘッドストラップを置きます。各被験者ごとのセッションで航行座席システムのキャリブレーション・ブロックとコイルトラッカーのキャリブレーションを行います。ナビゲーション・カメラが被写体の追跡システム、椅子、コイル、及び先に進む前に、コンピュータ画面上のポインタのすべてを検出し、表示されていることを確認します。
      1. 座席システムでコイルのキャリブレーション。
         1. すべての非関税措置の刺激の前にコイルトラッカーのキャリブレーションを行います。メインコンピュータメニューで、「ウィンドウ」を選択します。ドロップボックスに「TMSコイルキャリブレーション」をクリックしてください。 「新しいキャリブレーション」をクリックしてください。第二セッションでは、コイル名を選択するには、最初の時間を使用し、「再較正」をクリックします。
         2. キャリブレーション・ブロックの基準点後方にTMSコイルを配置します。コイルが水平に配置されていることを確認してください。ことを確認してくださいカメラは、キャリブレーション・ブロックと（緑で表示）コイルトラッカーの両方を検出しています。そして、「キャリブレーションのカウントダウンを開始」をクリックして、カウントダウンの5秒を開始します。カウントダウン中に静止コイルを保持します。

タスクの命名4.ピクチャー

1. 自動的に次の画像に移動する前に、3000ミリ秒ごとの刺激を提示するプログラムに名前を付ける画像を設定します。
2. 正確かつ迅速に可能な限り提示画像に名前を付けるために参加者を確認して下さい。
3. フリーウェア音声解析プログラムを用いて、ヘッドセットのマイクを介して被験者によって作られた音を検出することにより、各画像のための反応時間（参加者によって行われた最初の音に画面上の刺激のポップアップからの待ち時間）を測定します。
   1. ボストン・ネーミング・テスト（K-BNT）の韓国語バージョンの画像データベースから名前の長さと2〜3のセグメントにマッチしたフォーティ画像が画面に表示されていますKim らによる研究のように、事前・事後の刺激、。、（2014）。

5. TMSマッピングプロトコル

1. 600 TMSパルスの合計で10分間RMTの90％の強度でDeliver1 Hzの刺激、。
2. 垂直ターゲットに向けたコイルと頭蓋骨に八の字コイル接線を保持します。
3. TMSマッピング（ 図7）
   1. 非関税措置のために、正規化された脳の表面に基づいて解剖学的下前頭回（IFG）を特定します。
      1. 非関税措置の対象としてIFGを登録します。
         1. 「ターゲット」を押し、「設定対象」をクリックしてください。脳の曲線状を表示するウィンドウ上のマークIFG。詳細な目標設定は、それぞれの横方向とサジタルMR画像を標的化することによって達成されます。 「軌跡」としてポイントを保存します。
      2. 被験者の頭皮とランドマークを登録します。
         1. マッピングのための「セッション」をクリックしてください。作ります新しいドロップボックスに「オンラインセッション」を選択して、新規セッション。 「セッション1」ウィンドウがデフォルトのアイコンは、「ターゲット」で、その中、作成されます。ステップ3.2.2.2に保存されたターゲット名を選択します。 （「軌跡1」を選択します）。 「追加」ボタンをクリックし、次のステップに移動します。
         2. 「登録」をクリックしてください。このステップは、件名で再構成された脳の曲線状を一致させることです。ステップ3.2.2.1における登録ランドマーク。実際の解剖学的構造の解剖学的点を一致させるために使用されます。
         3. カメラが緑色で表示され、ポインタと対象トラッカーの両方を識別していることを確認します。ポインタで、被験者のナジオンをポイントします。 「次のランドマークへのサンプル％移動」をクリックしてください。被験者の鼻先端とそれをサンプリングするポイント。すべての4つのランドマークが一致するまで繰り返します。
   2. CTMSのため10月20日の国際EEGシステム⁷のF3にコイルを配置します。
4. コイルが所望の標的にされ、非関税措置の手順を​​通して維持されていることを確認するには、画面を見てください。コイルはブルズアイ（ 図8）で示されるターゲットから離れるように、画面は、被験者の脳表面、目的の標的、およびコイルと同様に、誤差範囲を表示する必要があります。それが離れて移動されるように画面を参照すると、オペレータは、ターゲット上のコイルを調整します。
   1. 登録されたターゲット上で非関税措置を実行します
      1. ステップ5.3.1.1で説明したように、被験者のランドマークを登録した後、画面上の「実行」をクリックします。ポインタを検出するために、カメラのデフォルト設定を変更するには、ステップ3.2.3.1中に保存したコイル名を選択します。 「ドライバ」ドロップボックスの下部にあります。カメラが被写体のトラッカーとコイルトラッカーの両方を識別していることを確認します。
      2. 画面が登録されたターゲット（IFG）からTMSコイルの相対距離と角度が表示されていることを確認してください。コイルは、ターゲットから離れて移動した場合、コイルが意図した目標範囲内にあるときには緑色にマーキングされ、一方、距離は、赤色でマークされています。できるだけブルズアイように、コイルとターゲットとの間の角度を取得してみてください。
5. CTMS手順は盲目的にTMSを配信するためのオペレータから離れて画面をオンにします。これは、セッションの開始時にあったように、コイルが維持されます。

6. Topograhicデータ集録

1. 手動でリモコンの「録画」ボタンを押して刺激あたりのレコードコイルの場所。
2. 各刺激を記録する際に、TaliarachはX、Y、指定されたターゲットのz及び実刺激領域の座標を取得します。
3. フリーウェア画像処理プログラム（MRIcro、http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricro/index.html）を使用して、単一の正規化された脳上の座標を示しています。
4. ブロードマン領域を含む対応する解剖学的な脳領域を、取得し、Gタライラッハにyrus、葉、および半球領域ラベルはフリーウェアラベリングプログラム（Talairachclient、http://www.talairach.org/client.html）を使用して調整します。

Representative Results

図9に示すように、Kim らは、刺激の少ない分散及び右M1の領域に、より局所刺激^、8により非ナビゲート従来の方法に比べneuronavigationalシステムガイダンスにTMSの多くの優れた効果を示した。組み込むサポートするさらなる証拠をTMSとneuronavigationalシステムは、非関税措置とCTMSのための国際10-20 EEGシステムのF3のためのブロードマンエリア44と45を標的にすることにより、健康な被験者における仮想失語症を誘導するために無作為化クロスオーバー実験によって実証されている^。9

Kim らの措置に従うことによって、16健常者CTMSと非関税措置を比較しました。ターゲットへの刺激の各セッションの前および後に測定したタスク、刺激の局在の平均タライラッハ空間座標と誤差範囲の相対的な名前を付ける画像のための反応時間（ 。）12を図10に示す図は、唯一の非関税措置は、ベースライン、および図11で実証中のターゲットを用いた刺激の局在をより一貫性と比較して反応時間の大幅な遅延を誘発した12図はに狭い誤差範囲の相対を示しています。 CTMSのそれと比較して非関税措置のための目標。

NTMS群におけるこれらの有意差は、これにより従来の方法に比べて、より有意な結果を生成する、ターゲットおよびニューロによって案内コイル間の距離を狭めることにより、意図する標的に対するTMSパルス送達の高精度によって誘導されました。ターゲット上のコイルの正確な配置は、臨床的に有効な結果を生成するための絶対的に重要です。 rTMSを適用する場合、上記の結果は、neuronavigational指針の使用をサポートしています。

図1：経頭蓋磁気刺激（TMS）システムと電（EMG）安静時運動閾値を取得するためのマシン（RMT）
右M1領域は、RMTを決定するために、左第一背側骨間筋の活性電極で刺激され、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2：機器は、TMSの機器と経頭蓋磁気刺激（TMS）椅子、モバイルカメラ、およびコンピュータの画面が含まれているナビゲーションシステムのために設定します。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3：コイルトラッカー、ポインタ、および主観的なトラッカーの材料の写真を準備する 。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4：コイルトラッカーとのキャリブレーションブロックは、これは、プログラムが経頭蓋磁気刺激（TMS）コイルの相対位置を検出することを可能にする。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5：Reconstrucニューロプログラムによってテッド脳曲線状。脳の磁気共鳴MR画像は、ニューロプログラムに転送されると、脳の曲線状と皮膚は前交連（AC）と後交連（PC）を用いて再構築されている。 拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図の。

図6：ナビゲーション経頭蓋磁気刺激のための解剖学的ランドマーク（TMS）解剖学的ランドマーク、ナジオン、鼻の先端、両耳珠がポインタを使用してマークされている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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図7：経頭蓋磁気刺激（TMS）のマッピングナビゲーションガイド下TMS（左）と従来のTMSのための国際10-20システムのF3（右）のための下前頭回が目標を刺激するように設定されている表示するには、こちらをクリックしてください。この図の拡大版。

図8：ナビゲーションガイド下経頭蓋磁気刺激時のニューロディスプレイ（非関税措置）画面が表示され、被験者の脳表面、意図されたターゲット、コイル、および誤差範囲。。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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図9：。あまり刺激の分散やナビゲーションとのより多くの焦点刺激は 、ナビゲーションガイダンスに非ナビゲート従来の方法（左）（右）の比較は、ナビゲーションを使用して、刺激の少ない分散、右M1領域のより多くの焦点刺激を実証します-guided経頭蓋磁気刺激（非関税措置）。参照⁹から修正された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図10：16健常者のナビゲーションガイド下経頭蓋磁気刺激（NTMS）と従来TMS（CTMS）との間で仮想失語症を誘導する能力の比較 （有意に増加されたpを （ミリ秒で）絵の命名時間平均</em><0.001）変更はCTMSで作られていないのに対し、非関税措置とは（P = 0.179）バーは標準誤差を対応する平均反応時間を表します。参照⁹から修正された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図11：マッピングエリアと刺激の描画 （N = 16）。従来の方法（緑）刺激領域がより広くナビゲーション方法（紫）のものと比較して、ターゲット（赤）に対してより上方の相対散乱座標と一緒に配布されています。参照⁹から修正された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図12：平均誤差は、ナビゲーションガイド下経頭蓋磁気刺激（NTMS）と従来TMS（CTMS）（N = 16）ターゲットへの実際の刺激部位の相対からの距離が近いCTMSよりも非関税措置であるための範囲 。誤差範囲はCTMSに比べ非関税措置のために狭くなっています。バーは平均と標準誤差を表します。参照⁹から修正された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

表1：この研究のための三次元T1強調磁気共鳴画像（MRI）パラメータ

Discussion

TMSは広く、臨床実践と基礎研究に使用されている^。10貴重な治療効果が失語症の治療のための低周波のrTMSと皮質興奮性に対する抑制神経調節効果を含むのrTMSの生理学的影響、によって提供されています^。11過渡神経処理の中断または仮想rTMSにより誘発されるlesioningは、行動のパフォーマンスを変更することができます^。12しかし、のrTMSの所望の効果を希釈することができる、あるいはターゲットに置き忘れたコイルでは発生しませ。コイルの配置や向きに若干の違いが原因で発生し、本来の目標と実際の刺激皮質領域の間にすることができ、誤ターゲティング;したがって、大幅にTMSを適用する場合⁷したがって、変動のような供給源は最小限にすべきである。脳内で作成された磁場に影響を与える、と希望の皮質領域に正確に磁気パルスを提供することが最大の臨床のrTMSのEFを提供するために必須ですfect。

ターゲット皮質領域に、問題のコイル配置のこの重要な問題を解決するために、neuronavigationalシステムを使用して光学的に追跡のrTMSを採用する最適化コイル安定性^。13ニューロプログラムは、それによって標的に対するコイル位置のオンライン視覚的なフィードバックを提供する個々のMR画像を利用しますエリア、見当違いのコイルヘッドの関係を補正することにより、コイルの位置のリアルタイム調整を可能にする^。13 Aは、数ミリメートルの範囲内の磁場刺激を集中は、特定の解剖学的に到達するために、より強いのrTMSパルスを可能にする、ニューロの高精度のために達成され、構造。

このプロトコルは、健常者の仮想失語症を誘導し、Eを用いた従来のTMS法から得られたものと結果を比較することによって命名ピクチャを反応時間の点で言語機能のニューロ誘導TMSの効果を試験しますEGのランドマーク、およびそれぞれの方法により脳の実際の刺激エリアで結果を関連します。

ナビゲーション・システムの使用が決定されると、ターゲットの正確な刺激が保証されているため、正確なターゲット決意は非常に重要です。 F3であり、このプロトコルでは、IFGの刺激のための目標は、個々の脳の皮質表面の解剖学的マッピングに基づいて登録されており、これは、弁蓋部45に対応し、10-20 EEGシステムのF3とは異なることができ^、6 F3のブラインド刺激がなかったのに対し、より後方と優れた相対IFGに、かつIFGを刺激するには、かなりの仮想失語症を生み出し⁹特定の脳領域に刺激の一貫性は、ナビゲーションシステムで最大となります。従って、のrTMSの生理学的効果を高めることができます。これらの結果は、刺激による位置の小さな変化にTMSによって誘発されるパフォーマンスの劇的なシフトによってサポートされています^。14

、Kimら （2014）によって使用される非関税措置プロトコルの調査結果や解釈には限界があります。これは、重要な仮想lesioningを誘導することにより、健康な被験者においてより大きな阻害効果を示したが、それは失語症の患者で同様の促進効果を持っているかどうかをテストされていません。これは、脳卒中後の失語症を有するものとして失語症実際の患者にこのプロトコルを実行することによって確認することができます。それは音声機能が既に抑制され、誰に失語症の患者さんに異なる周波数で促進されなければならないのに対し、音声機能は、人為的に、私たちのプロトコルのための正常な被験者に抑制されています。また、場所や輪郭などの非常に挑戦することができ、解剖学的拠点に脳表面にIFGを認識することは被験者間で異なる場合があります。

光学的に追跡されたneuronavigationalシステムは、従来の非neuronavigated法のものよりもより深い仮想病変を誘発します。このプロトコルのデモCTMSに比べ使用して非関税措置は、脳卒中後の失語症患者の治療のために重要であるブローカ野のより堅牢な神経調節を産生することができることをnstrates。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Medtronic MagPro X100	MagVenture	9016E0711
MCF-B65 Butterfly coil	MagVenture	9016E042
Brainsight TMS Navigation	Rogue Research	KITBSF1003