Summary
本稿では、7テスラ磁気共鳴断層撮影(7T-MRT)スキャナーで、磁気前庭刺激下での反射眼球運動、自己運動知覚、認知課題、および前庭器官の解剖学的方向を評価するための実験設定、材料、および手順について説明します。
Abstract
強い磁場は、半規管のキュプラに作用するローレンツ力によるめまい、めまい、眼振を誘発し、磁気前庭刺激(MVS)と呼ばれる効果があります。本稿では、強磁場が眼振に与える影響や知覚・認知反応を調査できる7T MRTスキャナー(MRIスキャナー)の実験装置を紹介します。MVSの強さは、参加者の頭の位置を変えることによって操作されます。静磁場に対する参加者の半規管の向きは、3D磁力計と定常状態(3D-CISS)画像の3D建設干渉を組み合わせることによって評価されます。このアプローチにより、MVSに対する参加者の反応における個人内および個人間の違いを説明することができます。将来的には、MVSは臨床研究、例えば前庭障害における代償過程の調査において有用であり得る。さらに、空間認知と相反する感覚情報の下での自己運動知覚の出現の観点から、前庭情報と認知プロセスの間の相互作用についての洞察を促進する可能性があります。fMRI研究では、MVSは、特に前庭情報の影響を受けるタスクや、前庭患者と健康な対照を比較する研究において、交絡効果を引き起こす可能性があります。
Introduction
1 Tを超える強い磁場は、めまい、めまい、眼振を誘発することが知られており、磁気前庭刺激(MVS)1,2,3と呼ばれます。前庭系は内耳にあり、3つの半規管で回転軸(ヨー、ピッチ、ロール)の周りの加速度を測定し、2つの黄斑器官、卵形嚢、嚢4で並進軸(鼻後頭、耳間、頭垂直)に沿った加速度を測定します(図1Aを参照)。MVS効果の出現は、前庭系の半規管のキュプラに作用するイオン電流誘発ローレンツ力によって説明することができる1,2。
MVSの効果は、電界強度が高いほど増加します3,5。刺激は2つの異なる成分によって引き起こされます。まず、参加者をMRIスキャナーのB0フィールドを介してボアに移動すると、キュープラに作用するローレンツ力を誘発する動的磁場が発生します。第二に、実験中に参加者が動かずに横たわっているMRIスキャナーの静磁場も一定のローレンツ力を引き起こします。したがって、MRIスキャナーを使用するすべての実験において、参加者の前庭系は常に静磁場によって刺激されます。これには、すべてのfMRI研究、特に超高磁場(>3 T)でのfMRI研究が含まれます。
眼振は、移動または移動することによって、ならびに強い磁場中で静的に静止することによって誘発される。運動関連の力は強い眼振を引き起こし、数分後に減衰します6。静磁場下で誘発される眼振は弱く、時間の経過とともに徐々に減少しますが、曝露中に完全に消えることはありません。眼振の方向は磁場の極性に依存し、磁場から撤退すると逆転する6,7,8。MVSは主に水平および上管に作用し、反射的な眼球運動、すなわち主に水平眼振およびねじれ眼振、および程度は低いが垂直眼振9をもたらす。両側前庭患者では眼振は観察できず1、片側前庭患者では、より顕著な垂直眼振成分が存在します10。眼振は不随意であるため、前庭刺激の強さに適した尺度です。眼振は視覚固定によって抑制することができます。したがって、眼球運動は完全な暗闇で評価する必要があります。
非検証的な自己運動知覚、めまい、およびめまいは、特に3 Tを超える電界強度において、ボアに出入りしている間に参加者によって説明されることがよくあります。自己運動の知覚は、主にロールでの回転として説明されており、程度は低いですが、ヨーとピッチ平面7 での回転として説明されています( 図1Aを参照)。眼振は曝露の長さにわたって持続しますが、自己運動知覚は通常1〜3分後に消えます7。MVSの一定の部分は、意識的な自己運動知覚を伴わない長時間の前庭入力を可能にするため、それ自体が興味深い刺激です。
カロリーまたはガルバニック前庭刺激、受動運動、または微小重力を用いた研究から、前庭情報が空間タスクのパフォーマンスに影響を与える可能性があることが知られており11,12、その神経相関13。強い磁場の中で移動または移動することは、認知能力に影響を与えることが報告されています14,15。ある研究では、MVSは非検証的な自己運動知覚による非現実化の症状を引き起こす可能性があることがわかりました16。しかし、磁場中で静的に静止することの影響を調査する研究では、視覚精度の再現された低下を除いて、神経心理学的課題に関する決定的な結果は示されていません17,18,19,20。最近、MVSが無視のようなバイアスを誘発することによって空間的注意を変えることができるという最初の証拠が見出された21。これは、MVSがより高い認知機能を測定する行動タスクのパフォーマンスに影響を与えることができるかどうかという問題を提起します。例えば、MVSが空間的推論、すなわち物体や自体の回転をメンタライズする能力にどの程度影響するかは不明である。
安静時の活動を分析した神経画像研究は、MVSがデフォルトモードネットワーク3,22の変化を誘発し得ることを示しており、これは磁場方向23に対する前庭器官の被験者特異的解剖学的方向によって説明することができる。fMRI実験に関しては、研究のデザインにおいてMVSの効果を慎重に考慮する必要があります。さらに、MVSは、fMRI実験で使用されるガルバニックまたは前庭刺激を妨害する可能性があります。MVSの影響は両側前庭患者には存在しないため、参加者を無傷および機能不全の前庭系と比較する神経画像研究の交絡因子として機能する可能性があります1。
MVSの効果を評価し、参加者内のMVSのさまざまな強みを比較するために、ここでは、眼振、自己運動知覚、認知能力、および7 T MRIスキャナー内の運河の解剖学的位置を測定するための実験的および技術的なセットアップについて説明します( 図2を参照)。記載されたセットアップは、MVS下での前庭および高次認知機能を具体的に調査するための実験、またはfMRI研究におけるMVSの可能性のある交絡効果を評価および制御するための実験に適合させて使用することができる。
興味深いことに、MVSの強度は、頭部の位置を変えることによって、したがって、磁場の方向に対する前庭末端器官の向きを変えることによって調節することができる。MVSの効果は、ほとんどの参加者で頭を体に向かって前方に傾けることによって軽減できます(あごから胸まで)1,24。したがって、ピッチ軸のヘッド位置を変更することで、異なる刺激強度の下で測定可能なMVS効果を比較することができます。
この手順では、2つの頭の位置間の測定値を比較することにより、参加者内でMVSの強度を操作しました( 図1Bを参照)。より強いMVSを引き出すはずの条件では、参加者はリードの平面のほぼ地球垂直方向(仰臥位)でスキャナーに仰臥位で横たわっていました。MVSが弱くなるはずの状態では、参加者の頭を前方に約30°傾けました(傾斜位置)。理論的には、仰臥位を眼振が存在しないヌル位と比較することが可能です1。ただし、ヌル位置に必要なピッチチルトは参加者ごとに異なり、位置をテストするために参加者をスキャナーに出し入れするいくつかのインスタンスが必要になるため、決定に時間がかかります。これは、ほとんどの研究デザインでは実現できない可能性があります。仰臥位と傾斜した2つの頭の位置により、参加者間および参加者内のタスクにおける自己運動知覚やパフォーマンスなど、さまざまな測定値を比較できます。
図1:磁場中の頭の位置の軸と平面 。 (A)頭の頭-垂直(HV)、耳間(IA)、および鼻後頭(NO)軸。磁場の方向(B0)は、参加者が仰臥位31でボアの内側に横たわっているときに頭垂直軸(HV)と一致します。(B)実験中の2つの頭の位置、仰臥位(まっすぐ横たわっている)は、ほとんどの参加者で傾斜位置(頭がピッチ面で約30°上向きに傾いた)よりも強いMVSを引き出すことが知られています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
イメージングなしで実験中に前庭器官がどのように配向したかを決定するために、参加者の頭に3D磁力計を取り付け、磁場のZ軸に対するプローブの向きを測定しました(図3B)。磁場中の前庭器官の向きは、高解像度の解剖学的3D-CISSシーケンスで評価されました。画像取得中に、磁力計は水ピペットに置き換えられました(図3D)。これにより、磁場のZ軸の方向に対する磁力計の向きを抽出し、それを内耳構造に合わせることができました。その後、実験期間中の前庭器官の向きについて結論を出すことができます。
眼振はMRIに適したゴーグルで追跡されました(図3C)。MVSは、水平方向、場合によっては垂直方向だけでなく、ねじれ性眼振も誘発します。したがって、ねじり眼球運動の追跡も可能にするソフトウェアを使用することをお勧めします9,25。
自己運動知覚は、知覚7 の間(ボアに出入りしている間)、および自己運動知覚が消えた後、例えばアンケートを用いて評価することができる。非検証的な自己運動を口頭で報告することは参加者にとってしばしば困難であるため、参加者によく指示することが重要です。プロトコルでは、自己運動知覚と認知能力を測定できる場所を示しますが、研究の質問に強く依存するため、タスクやアンケートは指定しません。ただし、アンケートとパラダイムの例を提供します26。
図2:実験の技術的なセットアップ。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
要約すると、MVSは、眼振、知覚、および認知プロセスに対する前庭刺激の影響を調査し、前庭機能障害を有する患者の慣れプロセスを研究するために使用することができる。キュプラに対する静磁場の影響は、磁場への曝露を通して一定のままです。これは一定の回転加速度をシミュレートするため、MVSは前庭機能と知覚と認知への影響を調査するための興味深く適切な方法です27,28。これは、空間的推論などの高次認知機能に対する前庭情報の影響に関する研究課題に具体的に対処するために使用できます。これは、前庭系の片側性障害のための適切な非侵襲的モデルとして機能し、前庭患者に起こり得る代償過程の研究を可能にする28。さらに、行動と神経の相関は前庭刺激によって変化し、強い静磁場で前庭患者を調査するときにも干渉する可能性があるため、fMRI研究におけるMVSの交絡効果を考慮することが重要です。
Protocol
次の手順は、ヘルシンキ宣言に準拠し、スイスのベルン州の倫理委員会(2019-02468)によって承認された研究の一部でした。すべての参加者は、研究参加前に書面によるインフォームドコンセントを与えました。
注:MVS実験の前に、参加者の前庭機能を評価することをお勧めします アンケートなどの標準的な前庭診断テスト (例:めまい障害インベントリ29)、バイサーマルカロリーテスト、回転性振り子テスト、頭部インパルステスト(HIT)、主観的視覚垂直(SVV)、前庭誘発筋原性電位(c-VEMP)、眼前庭筋原性電位(o-VEMP)、動的視力(DVA)、および/または動的ポストログラフィー。
1. スキャナー室での実験装置の準備(図2)
注意: スキャナールーム内に持ち込まれるすべての材料は、MRIで安全でなければなりません。
- 実験用コンピュータと視線追跡コンピュータをクロスイーサネットケーブルで接続し、データ収集の同期を可能にします。
- 参加者が操作する回答ボタンを、回答ボックスを介して実験用コンピュータに接続します。
- 実験用パソコンに接続されているプロジェクターの電源を入れます。
- 磁力計デバイスをUSBコネクタに接続して、磁力計コンピューターに接続します。
注意: 3D磁力計は、超高電界強度に適しており、校正されている必要があります。この調査で使用したソフトウェアでは、次の設定が選択されました:単位=テスラ、範囲= 20.00、取得レート= 100.00Hz。 - 視線追跡ゴーグルを視線追跡コンピュータにシールド付きファイアワイヤーケーブルで接続します。
メモ: ケーブルの長さが十分でない限り、視線追跡ゴーグルを調整できるように、スキャナールーム内から視線追跡コンピュータの画面を見る必要があります。必要に応じて、MRI室と制御室の間の窓の前に配置された外部スクリーンを使用してください。 - 視線追跡ソフトウェア9,25を開きます。
2.MRIスキャナーに入るための参加者の準備
注意: 次の手順は、参加者とスタッフの安全のために重要です。
- 参加者にインフォームドコンセントを読んで署名させます。
- 参加者がMRI除外基準を満たしていないことを確認します。MRIで安全な衣服を提供し、金属物(ピアスなど)を取り除き、妊娠検査を提供します(該当する場合)。
注意: MRの安全基準については、https://mr-gufi.de/index.php/dokumente を参照してください。基準は研究サイトによって異なります。 - コンタクトレンズ、アイシャドウ、マスカラを完全に取り除きます(視線追跡を改善するため)。
3.実験手順とタスクについて参加者に通知する
- 実験手順を説明し、タスクについて指示を与えます。参加者に模擬試験を完了させます(該当する場合)。
- 自己運動知覚が評価される場合は、特定の並進軸と回転軸について参加者に知らせます( 図1Aを参照)。特定の動きには記憶に残る用語、例えば仰臥位26でのヨー(頭の垂直軸の周り)の回転のための「バーベキュー回転」を使用する。
4.アイトラッカーと磁力計の測定の準備
- 参加者の頭に伸縮性のあるヘッドバンドとEEGキャップを装着します(例:電極のないMRIセーフEEGキャップ)( 図3Aを参照)。
- 磁力計を片方の耳の後ろに固定します(3D-CISSシーケンス画像の範囲内にある必要があります)弾性ヘッドバンドとEEGキャップの下に引っ張ってください。粘着テープで適切に固定します( 図3Bを参照)。
- EEGキャップの上に視線追跡ゴーグルを装着します( 図3Cを参照)。
- 参加者に耳栓を挿入させます。
- ゴーグル(左/右センタリング、上下センタリング、フォーカス)とソフトウェア(左/右センタリング、アップ/ダウンセンタリング、瞳孔サイズ、コントラスト、虹彩パターン)の視線追跡パラメータを調整して、良好なトラッキングを確保します。
図3:参加者の準備。 (A)磁力計を固定するための弾性ヘッドバンドとEEGキャップ(電極なし)。(B)磁力計は片方の耳の後ろに配置されています。(C)視線追跡ゴーグルが取り付けられています。(D)磁力計プローブを取り外し、イメージング用のウォーターピペットと交換します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
5. 視線追跡キャリブレーションファイルの記録
注:キャリブレーションは、すべての実行の前に、参加者がスキャナーに移動した位置で行うと、最も正確になります。ここで報告されている手順は精度が低いですが、時間と技術的な制約のために選択されました。
- 参加者をキャリブレーション刺激の1 m前に座らせます(たとえば、巻尺で目の刺激距離を測定します)。
- ソフトウェアで視線追跡パラメータ(瞳孔サイズ、コントラスト、虹彩パターン)を調整して、良好な追跡を行います。
- 記録を押してデータ収集を開始します。
- 参加者に、左、下、中、上、右の口頭での指示で、すべてのドットを1秒間(合計5つのドット、3つ続けて、中央に1つ、中央の下に1つ、ドットの距離10 cm)見てもらいます。
- [停止]を押して、データ収集を停止します。
6.スキャナーに入る前に自発眼振を測定する
注意: 測定は、仰臥位で磁場の外側で行われるときに最も正確です。これは、取り外し可能なMRIベッドで実行できます。この調査で使用したセットアップのように利用できない場合は、50 mTラインの外側の位置(床の破線)を選択する必要があります。測定位置での磁場の強さは、磁力計で評価できます(ここで使用するセットアップでは0.02 T)。
- ゴーグルカバーを着用し、参加者が光を見ることができないようにします。それ以外の場合は、参加者に黒い布で頭を覆って、入ってくる光を排除します。
- ソフトウェアで視線追跡パラメータ(瞳孔サイズ、コントラスト、虹彩パターン)を調整して、良好な追跡を行います。参加者に目を大きく開けるように言います。
- 記録を押してデータ収集を開始します。
- 少なくとも30秒間眼球運動を測定します。必要に応じて、視線追跡パラメータを再調整します。
- [停止]を押して、データ収集を停止します。
- ゴーグルカバーを外します。
7. 実験のための参加者の配置
- 参加者をスキャナーベッドに寝かせます。
- 適切なクッションを使用して、最初の条件(仰臥位またはピッチ面で約30°上向きに傾けた状態)に従って、参加者の頭の傾き位置を調整します。
- ミラーを参加者の頭の上に置き、画面が参加者の視野内にあるように調整します。
- 参加者に各ハンドの応答ボタンを渡します。必要に応じて、テープで固定します。
- 参加者にゴーグルのカバーの着脱を練習させて、ボア内の暗闇の中でこれを行えるようにします。参加者はこれを必要なだけ繰り返し、ゴーグルのカバーで終了する必要があります。
注意: この手順により、ゴーグルがずれる可能性があり、目の位置に関する測定に影響を与える可能性があります。可能であれば、この手順の後にキャリブレーションを実行します。 - 最初のタスクの指示を繰り返し、指示が理解されたかどうかを参加者に尋ねます。
- ゴーグルまたはソフトウェアで視線追跡パラメータ(瞳孔サイズ、コントラスト、虹彩パターン)を調整して、良好な追跡を行います。
- MRIスキャナーのレーザークロスを使用してMRIベッドの開始位置を調整し、実験中に参加者の内耳構造がボアの中心になるようにします。
8. 参加者をスキャナーに移動する
- 該当する場合は、 実行を押して、実験コンピューターの実験ソフトウェアに参加者と試験情報を入力して、自己運動知覚パラダイムを開始します。
- 視線追跡ソフトウェアの [記録]を押して、視線追跡測定を開始します(ここで使用したセットアップでは、これは自己運動知覚パラダイムによって開始されました)。参加者に目を大きく開けるように言います。
- 磁力計ソフトウェアの [記録]を押して、磁力計の測定を開始します。
- 実行が開始されていることを参加者に伝えます。
- スキャナールーム内で、参加者をボアに移動させ始めます。
- 3分後、ほとんどの参加者の自己運動の知覚は消えているはずです。したがって、視覚刺激を提示する必要がある場合は、ゴーグルのカバーを外すように参加者に伝えます(例:アンケート)。
注意: アイトラッキングは、目を覆った状態で長時間継続することもできます。 - 該当する場合は、実験コンピューターで [実行]を押して開始し、参加者に回答ボタンで回答させることで、画面に自己運動アンケートを提示します。
9.認知課題を伴うパラダイムの提示
- 該当する場合は、実験コンピューターで [実行]を押して開始し、参加者に応答ボタンを介して回答させることで、認知タスクを含むパラダイムを画面に提示します。この間の磁力計の向きを評価します。
注:参加者が実行するためにさまざまなタスクを実装できるようになりました。参加者にゴーグルのカバーを着脱させて、視線追跡と画面ベースのパラダイムを切り替えさせます。
10. 参加者をスキャナーから外す
- 参加者にゴーグルのカバーを着用させます。
- 手順8〜9を繰り返します(「参加者をボアから移動させる」手順8.5を除く)
11.頭の位置を切り替えます
- 適切なクッション(仰臥位または傾斜)を使用して頭の位置をまだ評価されていない位置に切り替え、手順8.2〜11を繰り返します。
注:適切なMRIベッドが利用可能な場合、興味深いバリエーションは、ボアへの逆の入り口が内耳に対するフィールドの方向を逆にするため、参加者を最初に足でボアに移動することです。
12.前庭器官の向きの評価
- 磁力計を動かさずにミラーとゴーグルを取り外します。
- ヘッドコイルを取り付けます。
- 磁力計のプローブを取り外し、磁力計のカバーを移動せずに、プローブを水で満たされたピペットと交換します( 図3Dを参照)。
- 磁力計を動かさずに、参加者の頭をヘッドコイルの内側に置きます。
- 参加者をスキャナーに移動します。
- 内耳構造イメージング用の3D-CISSシーケンスを取得します。
注:この研究では、次のパラメータが使用されました:0.4 mmのスライス厚さ;179mm×179mmの視野。60°のフリップ角度。8.29ミリ秒の繰り返し時間(TR)。エコー時間(TE)は3.81ミリ秒です。この3D-CISSの取得時間は10分53秒であった。異なる配列が他の研究で使用されてきた23、30。 - 参加者をMRIスキャナーから移動します。
13.研究の終わり
- ピペット、キャップ、ヘッドバンド、耳栓を取り外し、参加者と一緒にスキャナールームを出ます。
- 該当する場合は、参加者にアンケート(例:自己運動知覚、条件間の経験の違い、他の経験)に記入させます。
- 調査された研究質問について参加者に報告します(例:眼振、自己運動知覚、および磁場を参照して頭の位置を操作することによる認知課題に対するMVSの影響の測定)。
Representative Results
視線追跡データは、キャプチャされた水平および垂直の眼球運動を示しています ( 図4を参照)。ねじれ眼球運動(図示せず)を追跡するには、特定のソフトウェア9、25 および/または洗練された後処理が必要である。キャリブレーション記録は、単位をピクセルから度に変換するために使用されます。安定したトラッキング(約100 Hz)に達し、抽出されたデータには小さなトラッキングアーチファクトのみが表示されている場合、データは高品質です(主に点滅によるマイナーなアーティファクトの例については、 図4 を参照してください)。MRIスキャナー外の自発眼振は、磁場以外の理由で眼振を除外するために、実験前に評価する必要があります。
図4:視線追跡データ。 キャリブレーション中の水平および垂直の目の位置、および仰臥位でのMRIスキャナーへの出入り。データは水平眼振を示しており、ボアへの移動とボア外への移動が逆になります。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
磁力計のデータは、ボア内の磁場のZ軸に対する磁力計プローブの位置を示しています(図5)。理想的には、追跡されたデータは滑らかに見え、ボアの内側に到達した後、各回転軸の電界強度に変化が見られません。したがって、参加者の著しい頭の動きを容易に検出することができる。
図5:磁力計のデータ。 ボアに移動した3D磁力計からのデータは、約27秒後にほぼ7Tの最大電界強度を示しています。動きのアーティファクトは表示されず、参加者がボアに入るときに頭の動きをしなかったことを示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3D-CISSシーケンスは、7 T MRIスキャナーで取得しました。3D-CISS画像から、左右の内耳の3次元表面モデルと磁力計の向きを抽出しました( 図6を参照)。表面モデルは、医用画像処理および視覚化ソフトウェアを使用して生成されました。これにより、実験中に磁力計の向きと磁場のZ軸に対する半規管の向きを抽出できます ( 図7を参照)。
図6:3D CISS画像から抽出した3D表面モデル 。 (A)以前の磁力計位置にあるウォーターピペット。(B)右(赤)と(C)左(青)の内耳構造(元の位置と比率)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図7:3D-CISS画像から抽出された半規管の向き。 半規管ごとに 3 つのランドマークが選択され、サーフェス法線ベクトルが計算されます (水平運河: 緑、後運河: 赤、上運河: 青)。このベクトルは、磁力計プローブの向きの代理としてのウォーターピペット(黒)の向き、および磁場のZ軸(ここには描かれていません)との関係になります。ミリメートル(mm)単位の単位(MR画像の絶対座標)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3D-CISS画像からのMRIスキャナーのZ軸に対する運河と磁力計の向きは、イメージングなしで2回の走行中の磁力計の向きと組み合わせることができます。これにより、異なる頭部位置下でのMVS曝露中の運河の向きの再構築が可能になります。あるいは、すべての参加者の写真と付属の磁力計を磁場の外で撮影することもできます。次に、外顔構造を再構築して、磁力計の向き測定を内耳構造と磁場の方向でマッピングすることができます。自己運動知覚および認知課題(ここでは説明せず)のデータは、上記のデータと共に分析することができる。したがって、運河の位置、視線追跡データ(水平、垂直、およびねじれ眼振)、ならびに報告された自己運動知覚および行動結果をリンクして、実験の特定の研究質問に答えることができる。
Discussion
報告されたセットアップは、眼振、自己運動知覚、および認知タスクのパフォーマンスに対するMVSの影響のさまざまな側面を調査するのに適しています。誘発されたMVS応答の測定値を組み合わせることで、脳が矛盾する前庭情報をどのように処理するかなどの洞察が得られ、前庭情報が個人間および個人内レベルで知覚および認知プロセスにどのように影響するかを示すことができます。回転椅子などの他の前庭刺激方法とは対照的に、MVSは一定の加速刺激を誘発するため、より長く続く行動研究や片側性障害の非侵襲的モデルとしての使用に適しています8,28。したがって、このアプローチは、空間認知と相反する感覚情報の下での自己運動知覚の出現の観点から、前庭情報と認知プロセスの間の相互作用への洞察を提供する可能性があります。将来的には、MVSの使用は、例えば、MVSへの曝露中の前庭不均衡に対する急性期の早期補償を調査するために、臨床研究において利用され得る。これらの知見は、前庭病変後の補償メカニズムに関連している可能性があります。参加者と正常および機能不全の前庭器官との比較は、前庭患者の適応プロセスに関する知識を、変更された入ってくる前庭情報に育てることができます。
説明されている手順には、7 T MRIスキャナーで安全で正確なデータを取得するための重要な手順が含まれています。まず、MRI環境にはいくつかの困難があります。実験のセットアップはMRIで安全である必要があり、非MRIのセットアップと比較して、視線追跡ゴーグルまたはケーブル接続の変更が必要になる場合があります。これにより、データ品質が低下する可能性があります。また、参加者はMRIの選択基準を満たしている必要があり、プロセスの不便さを許容する必要があります(例:.、MRIスキャナーに数分間横たわっている間に頭を傾ける)。第2に、スキャナにおける視線追跡、特にねじれ眼振の獲得は困難であり、特殊なソフトウェア25を必要とする。ねじれの場合、虹彩のパターンは追跡に使用されますが、これには高品質の画像が必要であり、個々の虹彩パターンの違いの影響も受けます。別のアプローチは、強膜3に人工色素マーカーを使用することであり得、これは参加者にとって不快であり得る。第三に、MVSによる自己運動知覚は非検証的であり、したがって、前庭内および多感覚の葛藤を意味します28。したがって、これらの頭や体の回転と翻訳の経験の言語化は、参加者にとって説明が難しいことがよくあります。研究の質問に適応した明確な指示は非常に重要です。参加者が自分の知覚経験をよりよく説明できるように、参加者が関連付けることができるよく知られたローテーションおよび翻訳用語を使用することをお勧めします。特定の運動パラメータを評価するために、時間経過に伴う回転速度の評価など、よりきめ細かい方法を使用できます7。
提示されたセットアップは、機器の技術的な制約によって制限されており、これらを克服できれば改善される可能性があります。たとえば、ボア内の静的なヘッド位置だけでなく動的なヘッド位置も評価するために、磁力計のデータを視線追跡および行動データと同期させることもできます。ゴーグルのキャリブレーションは、毎回実行する前に繰り返すとより良いでしょう。また、視線追跡ケーブルの長さは、スキャナー室の外で自発眼振を測定できるかどうかを定義するため、重要です。最善の解決策は、磁場の外に移動できる取り外し可能なMRIベッドです。ただし、ゴーグルにアクセスしながら視線追跡パラメータのキャリブレーションと微調整を可能にするには、視線追跡コンピューター画面をスキャナールーム内から見る必要があります。私たちの場合、スキャナールームの窓に向かって回転する2番目の画面を介してそれを解決しました。
MVSは、fMRI研究におけるパフォーマンスと脳反応に影響を与える可能性があります。前庭患者と健康な対照者を比較した研究では、MVSは他の患者の特性ではなく刺激強度の違いにより、グループの違いにつながる可能性があります。交絡 MVS 効果を制御する目的で、現在のセットアップは、時間的にも財政的にも時間のかかるプロセスです (装置)。あるいは、小角度7,23(ヘッドコイルによって許容される範囲で)のために頭を上方に傾けるか、または上記のようにMRIによる前庭器官の向きなどの共変量を評価する23,30および/または眼振(例えば、最近のfMRIベースの視線追跡アプローチ32)が有用であり得る。
Disclosures
利益相反はありません。
Acknowledgments
参加者とMRチーム、そして貴重なコメントが原稿の質を向上させてくれた査読者に感謝します。D. S. Zeeの貴重なアドバイスに感謝します。DIATEC AGが実験用の視線追跡ラップトップを提供してくれたことに感謝しています。このプロジェクトは、FWMとGMに授与されたベルン大学からのSITEM-Insel支援助成金によってサポートされています。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Magnetometer | Metrolab Technology, Switzerland | THM1176-HF | Calibrated for 7 Tesla, with fibre optic cable, CE-labelled |
| AMIRA 6.3 (Software) | Thermo Fisher Scientific, USA | Medical image processing and visualization software | |
| Celeritas Fiber Optic Response Box Unit | Psychology Software Tools | Response box | |
| Celeritas Fiber Optic Response Unit | Psychology Software Tools | PST-100761 | Response buttons, 5 buttons for each hand |
| Ear plugs | |||
| EEG cap | Any MRI safe EEG cap is suitable | ||
| Elastic band | Used to fixate the Magnetometer behind the ear | ||
| Ethernet cable (crossover) | Daetwyler | Uninet 5502 flex 4P FRNC/LSOH 522830.01 | |
| Ethernet cable adapter | TP-Link | UE305 | |
| Experimental laptop | Computer with enough performance, with Response Buttons software (e.g. Celeritas), software for running paradigm (e.g. MATLAB, PsychToolBox), Ethernet cable link to eye-tracking computer | ||
| Eye-tracking Goggles (Visual Eyes) | Interacoustics | 515b | Micromedical goggles with infrared camera: Point Grey Firefly, CE-labelled, modified for 7 Tesla, shielded firewire cable |
| Eye-tracking laptop | Computer with enough performance, with eye-tracking software (e.g. OpenIris), Ethernet cable link to experimental computer | ||
| Headband | MRI safe headband | ||
| Magnetom Terra 7T MRI Scanner | Siemens Healthcare, Erlangen Germany | Located at Translational Imaging Center (TIC) in the Swiss Institute of Translational and Entrepreneurial Medicine (sitem-insel AG) in Bern, Switzerland | |
| Magnetometer laptop | Computer with enough performance, with magnetometer software (e.g. EZMag3D) | ||
| MATLAB R2017b (Software) | MathWorks | Experimental paradigm can be run e.g. with PsychToolBox (Brainard, D. H., & Vision, S. (1997). The psychophysics toolbox. Spatial vision, 10(4), 433-436.) | |
| Metrolab EZMag3D v1.1.2 (Software) | Metrolab Technology, Switzerland | 3D magnetometer software: https://www.metrolab.com/resources/downloads/ | |
| MRI-Mirror | Siemens Healthcare, Erlangen Germany | ||
| OpenIris (Software) | Software to record and analyse the eye movements within the MRI-scanner. Reference: Otero-Millan, J., Roberts, D.C., Lasker, A., Zee, D.S., Kheradmand, A. Knowing what the brain is seeing in three dimensions: A novel, noninvasive, sensitive, accurate, and low-noise technique for measuring ocular torsion. Journal of Vision. 15 (14), 11, doi: 10.1167/15.14.11 (2015). | ||
| Pregnancy test | e.g. early pregnancy test stripes (10 mIU/mL) | ||
| Projector system | Hyperion Psychology Tools | ||
| Triangle Cushion | Siemens Healthcare, Erlangen Germany |
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