Güçlü manyetik alanların, yani 1 T'nin üzerinde, manyetik vestibüler stimülasyon (MVS) 1,2,3 adı verilen bir etki olan baş dönmesi, vertigo ve nistagmusa neden olduğu bilinmektedir. Vestibüler sistem iç kulakta bulunur ve üç yarı dairesel kanal ile dönme eksenleri (sapma, eğim ve rulo) etrafındaki ivmeyi ve iki maküla organı, utrikül ve sakkül4 ile translasyonel eksenler (nazo-oksipital, inter-aural ve baş-dikey) boyunca ivmeyi ölçer (bkz. Şekil 1A). MVS etkisinin ortaya çıkışı, vestibüler sisteminyarı dairesel kanallarının kupulası üzerinde etkili olan iyonik akıma bağlı bir Lorentz kuvveti ile açıklanabilir 1,2.
MVS'nin etkisi daha yüksek alan mukavemetleri 3,5 ile artar. Stimülasyona iki farklı bileşen neden olur. İlk olarak, katılımcıyı MRI tarayıcısının B0 alanı boyunca deliğe hareket ettirmek, kupula üzerinde etkili olan Lorentz kuvvetlerini ortaya çıkaran dinamik bir manyetik alanla sonuçlanır. İkincisi, katılımcıların deneyler sırasında hareketsiz yattığı MRI tarayıcısının statik manyetik alanı da sabit bir Lorentz kuvvetine neden olur. Böylece, MRI tarayıcıları kullanılarak yapılan tüm deneylerde, katılımcının vestibüler sistemi statik manyetik alan tarafından sürekli olarak uyarılır. Bu, tüm fMRI çalışmalarını, özellikle de ultra yüksek manyetik alanlardakileri (> 3 T) içerir.
Nistagmus, hareket ettirilerek veya hareket ettirilerek ve ayrıca güçlü bir manyetik alanda statik olarak dinlenerek ortaya çıkar. Hareketle ilgili kuvvetler, birkaç dakika sonra çürüyen güçlü nistagmusa neden olur6. Statik manyetik alanlar altında ortaya çıkan nistagmus daha zayıftır ve zamanla yavaş yavaş azalır, ancak maruz kalma sırasında tamamen kaybolmaz. Nistagmusun yönü manyetik alanın polaritesine bağlıdır ve manyetik alandan çekildiğinde tersine döner 6,7,8. MVS ağırlıklı olarak yatay ve üstün kanallara etki eder, bu da refleksif göz hareketlerine, yani çoğunlukla yatay ve burulma nistagmusuna ve daha az ölçüde dikey nistagmus9'a neden olur. İki taraflı vestibüler hastalarda nistagmus gözlenemez1, tek taraflı vestibüler hastalarda ise daha belirgin vertikal nistagmus komponentleri10 olarak mevcuttur. Nistagmus istemsiz olduğundan, vestibüler stimülasyonun gücü için çok uygun bir önlemdir. Nistagmus görsel fiksasyon ile bastırılabilir; Bu nedenle göz hareketleri tamamen karanlıkta değerlendirilmelidir.
Gerçek olmayan kendi kendine hareket algısı, baş dönmesi ve vertigo, özellikle 3 T'nin üzerindeki alan kuvvetlerinde, deliğin içine veya dışına taşınırken katılımcılar tarafından sıklıkla tanımlanır. Kendi kendine hareket algıları çoğunlukla rulo halinde ve daha az ölçüde sapma ve eğim düzlemi7'de rotasyonlar olarak tanımlanmıştır (bkz. Şekil 1A). Nistagmus maruziyet süresi boyunca devam ederken, kendi kendine hareket algısı genellikle 1-3 dakika7 sonra kaybolur. MVS'nin sabit kısmı kendi başına ilginç bir uyarımdır, çünkü bilinçli kendi kendine hareket algısının eşlik etmediği uzun süreli vestibüler girdiye izin verir.
Kalorik veya galvanik vestibüler stimülasyon, pasif hareket veya mikrogravite kullanan çalışmalardan, vestibüler bilginin uzamsal görevlerdeki performansı etkileyebileceği bilinmektedir 11,12 ve sinirsel korelasyonları13. Güçlü manyetik alanların içinde hareket etmenin veya hareket etmenin bilişsel performansı etkilediği bildirilmiştir14,15. Bir çalışma, MVS'nin gerçek olmayan kendi kendine hareket algısı nedeniyle derealizasyon semptomlarına yol açabileceğini bulmuştur16. Bununla birlikte, manyetik alanlarda statik olarak dinlenmenin etkisini araştıran çalışmalar, görsel doğrulukta tekrarlanan bir bozulma dışında, nöropsikolojik görevlerle ilgili kesin sonuçlar göstermemiştir17,18,19,20. Son zamanlarda, MVS'nin ihmal benzeri bir önyargıya neden olarak mekansal dikkati değiştirebileceğine dair ilk kanıtlar bulunmuştur21. Bu, MVS'nin daha yüksek bilişsel işlevleri ölçen davranışsal görevlerdeki performansı etkileyip etkilemeyeceği sorusunu gündeme getirmektedir. Örneğin, MVS'nin mekansal akıl yürütmeyi, yani nesneleri ve kendi vücut rotasyonlarını zihinselleştirme yeteneğini ne ölçüde etkilediği açık değildir.
İstirahat durumu aktivitesini analiz eden nörogörüntüleme çalışmaları, MVS'nin varsayılan mod ağlarında 3,22'de değişikliklere neden olabileceğini göstermiştir; bu, vestibüler organların manyetik alan yönüne göre konuya özgü anatomik oryantasyonu ile açıklanabilir23. fMRI deneyleri ile ilgili olarak, MVS'nin etkileri çalışmanın tasarımında dikkatlice düşünülmelidir. Ayrıca, MVS, fMRI deneylerinde kullanılan galvanik veya vestibüler stimülasyona müdahale edebilir. Bilateral vestibüler hastalarda MVS'nin etkileri bulunmadığından, katılımcıları sağlam ve disfonksiyonel vestibüler sistemlerle karşılaştıran nörogörüntüleme çalışmalarında bir karıştırıcı olarak hareket edebilir1.
MVS'nin etkilerini değerlendirmek ve katılımcılar içinde MVS'nin farklı güçlü yönlerini karşılaştırmak için, burada nistagmus, kendi kendine hareket algısı, bilişsel performans ve 7 T MRI tarayıcısı içindeki kanalların anatomik konumunu ölçmek için deneysel ve teknik bir kurulum sunuyoruz (bkz. Şekil 2). Açıklanan kurulum, MVS altında vestibüler ve daha yüksek bilişsel işlevleri spesifik olarak araştırmak veya MVS'nin fMRI çalışmalarında olası kafa karıştırıcı etkilerini değerlendirmek ve kontrol etmek için deneyler için uyarlanabilir ve kullanılabilir.
İlginç bir şekilde, MVS'nin gücü, baş pozisyonunu değiştirerek ve dolayısıyla vestibüler uç organların yönünü manyetik alanın yönüne göre değiştirerek modüle edilebilir. MVS'nin etkisi, çoğu katılımcıda başın vücuda doğru öne doğru eğilmesiyle (çeneden göğse)1,24 azaltılabilir. Böylece, eğim eksenindeki kafa pozisyonunun değiştirilmesi, farklı stimülasyon kuvvetleri altında ölçülebilir MVS etkilerinin karşılaştırılmasına izin verir.
Bu prosedürde, MVS'nin gücü, iki kafa pozisyonu arasındaki ölçümleri karşılaştırarak katılımcılar arasında manipüle edildi (bkz. Şekil 1B). Daha güçlü MVS'yi ortaya çıkarması gereken durumda, katılımcı tarayıcıda Reid'in düzleminin yaklaşık olarak yeryüzü dikey yönüyle (sırtüstü pozisyon) sırtüstü yatıyordu. Daha zayıf MVS'yi ortaya çıkarması gereken durumda, katılımcının başı öne doğru yaklaşık 30 ° eğildi (eğimli pozisyon). Sırtüstü pozisyonunu, nistagmusun bulunmadığı boş bir pozisyonla karşılaştırmak teorik olarak mümkündür1. Bununla birlikte, boş konum için gerekli perde eğimi her katılımcı için farklıdır ve belirlenmesi zaman alıcıdır, çünkü bu, konumu test etmek için katılımcıyı tarayıcının içine ve dışına yeniden konumlandırma ve hareket ettirme için birkaç örnek gerektirir. Bu, çoğu çalışma tasarımı için uygun olmayabilir. Sırtüstü ve eğik iki baş pozisyonu, katılımcılar arasındaki ve içindeki görevlerde kendi kendine hareket algısı veya performansı gibi farklı ölçümleri karşılaştırmaya izin verir.

Resim 1: Manyetik alandaki kafa pozisyonunun eksenleri ve düzlemleri . (A) Başın baş-dikey (HV), inter-aural (IA) ve nazo-oksipital (NO) ekseni. Manyetik alanın (B0) yönü, katılımcılar sırtüstü pozisyonda deliğin içinde yatarken baş-dikey eksen (HV) ile hizalanır31. (B) Deney sırasındaki iki kafa pozisyonu, sırtüstü pozisyonun (düz uzanan) çoğu katılımcıda eğimli pozisyondan daha güçlü MVS ortaya çıkardığı bilinmektedir (baş, pitch düzleminde yaklaşık 30 ° 'de yukarı doğru eğilmiştir). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Görüntüleme yapılmadan yapılan deneysel çalışmalar sırasında vestibüler organların nasıl yönlendirildiğini belirlemek için, katılımcıların kafalarına bir 3D manyetometre taktık ve probun manyetik alanın Z eksenine göre yönünü ölçtük (Şekil 3B). Vestibüler organların manyetik alandaki oryantasyonu yüksek çözünürlüklü anatomik 3D-CISS sekansı ile değerlendirildi. Görüntü yakalama sırasında, manyetometre bir su pipeti ile değiştirildi (Şekil 3D). Bu, manyetometrenin manyetik alanın Z ekseninin yönüne göre yönünü çıkarmaya ve iç kulak yapılarına hizalamaya izin verdi. Daha sonra deney süresince vestibüler organların oryantasyonu hakkında sonuçlar çıkarabiliriz.
Nistagmus MRG'ye uygun gözlüklerle izlendi (Şekil 3C). MVS sadece yatay ve bazen dikey değil, aynı zamanda burulma nistagmusunu da ortaya çıkarır; Bu nedenle, burulma göz hareketlerinin izlenmesini de sağlayan bir yazılım kullanılması önerilir 9,25.
Öz-hareket algıları, algı7 sırasında (deliğe girip çıkarken) ve kendi kendine hareket algıları kaybolduktan sonra, örneğin anketlerle değerlendirilebilir. Katılımcılara iyi talimat vermek önemlidir, çünkü gerçek olmayan kendi kendine hareketi sözlü olarak bildirmek katılımcılar için genellikle zordur. Protokolde, öz-hareket algısının ve bilişsel performansın ölçülebileceği yerleri belirtiyoruz, ancak araştırma sorusuna güçlü bir şekilde bağlı oldukları için görevleri veya anketleri belirtmiyoruz. Bununla birlikte, örnek anketler ve paradigmalarsunuyoruz 26.

Şekil 2: Deneyin teknik kurulumu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Özetle, MVS, vestibüler stimülasyonun nistagmus, algı ve bilişsel süreçler üzerindeki etkisini araştırmak ve vestibüler disfonksiyonu olan hastalarda alışkanlık süreçlerini incelemek için kullanılabilir. Statik manyetik alanın kupula üzerindeki etkisi, manyetik alana maruz kalma boyunca sabit kalır. Bu, sabit bir dönme ivmesini simüle ettiğinden, MVS vestibüler fonksiyonu ve algı ve biliş üzerindeki etkisini araştırmak için ilginç ve uygun bir yöntemdir27,28. Özellikle vestibüler bilginin mekansal akıl yürütme gibi daha yüksek bilişsel işlevler üzerindeki etkisiyle ilgili araştırma sorularını ele almak için kullanılabilir. Vestibüler hastalarda ortaya çıkabilecek telafi edici süreçlerin incelenmesini sağlayan vestibüler sistemin tek taraflı başarısızlığı için uygun bir noninvaziv model olarak hizmet vermektedir28. Ayrıca, MVS'nin fMRI çalışmalarında kafa karıştırıcı etkilerini göz önünde bulundurmak önemlidir, çünkü davranışsal ve nöral korelasyonlar vestibüler stimülasyon ile değiştirilebilir ve ayrıca güçlü bir statik manyetik alanda vestibüler hastaları araştırırken müdahale edebilir.