تعيين آثار ما بعد من ثيتا انفجار تحفيز على القشرة السمعية الإنسان مع التصوير الوظيفي

الهدف العام من هذا الإجراء هو الدمج بين التصوير الوظيفي للدماغ والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة لاستقصاء القشرة السمعية. ويتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق إجراء تصوير رنين مغناطيسي وظيفي لتحديد المواضع (functional Mr.Localizer) من أجل تحديد الشبكة المرتبطة بمهمة سمعية. ثانياً، يتم تحديد هدف التحفيز بناءً على البيانات المستمدة من تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي لتحديد المواضع.

بعد ذلك، أجرِ فحص رنين مغناطيسي وظيفي (fMRI) لقياس النشاط في القشرة السمعية قبل التحفيز. ثم استخدم أدوات الملاحة العصبية (NEURONAVIGATION) لتحديد موضع ملف التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) بالنسبة للتشريح والوظيفة الفردية للمشارك. يتم تنفيذ هذه الخطوة أثناء استلقاء الشخص على سرير الماسح الضوئي.

ومن أجل تجنب نقل المشارك ذهاباً وإياباً من غرفة الماسح الضوئي، تتمثل الخطوة النهائية في سحب المشارك مرة أخرى إلى تجويف الماسح الضوئي بأسرع ما يمكن وبدء عملية الحصول على صور الرنين المغناطيسي الوظيفي FMRI. وفي النهاية، يمكن لتقنية FMRI رسم خرائط للتأثيرات الناتجة عن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة TMS. وقد أظهرت البيانات أنه بعد إجراء TMS، يحدث إعادة تنظيم وظيفي في الشبكة السمعية.

يُعد التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) أداة فريدة لاستقصاء العلاقات السببية بين مناطق محددة في الدماغ والوظائف المعرفية. ومع ذلك، فإن تفسير نتائجه يظل محدوداً نظراً لنقص المعلومات المتعلقة بموقع وطبيعة التغيرات في نشاط الدماغ التي يحفزها الـ TMS. ولهذا السبب، قررنا دمج الـ TMS مع التصوير الوظيفي من أجل تحديد التغيرات الوظيفية الناجمة عن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة.

يكمن الفرق بين دراستنا والدراسات السابقة في أننا نقوم بإجراء التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) داخل غرفة الماسح الضوئي، بينما في بروتوكولات الـ TMS والـ fMRI التقليدية غير المتزامنة (offline)، يتوجب على المشارك مغادرة غرفة الرنين المغناطيسي (MRI) والذهاب إلى غرفة أخرى لتلقي التحفيز، ثم العودة بأسرع ما يمكن. وبالنسبة لجلسة الـ fMRI الثانية، فإن هذا التنقل ذهاباً وإياباً قد يضيف تباينًا في التغيرات الدماغية الناتجة عن الـ TMS، وهو ما تم تلافيه في البروتوكول الخاص بنا.

يظل وضع الرأس مستقراً نسبياً، مما قد يؤدي إلى دقة أكبر عند مقارنة البيانات قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FM RI). بالإضافة إلى ذلك، سيتم رسم خرائط تأثيرات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) والمؤثرات المستخدمة بشكل أسرع. ينقسم هذا البروتوكول إلى جلسات على مدار يومين.

يتكون اليوم الأول من جلسة تحديد موقع بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FMRI LOCALIZER) تتضمن مسحاً تشريحياً ومسحاً وظيفياً لتحديد المناطق المستهدفة بالتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). أما اليوم الثاني فيتكون من جلسات رنين مغناطيسي وظيفي (FMRI)، على أن يقوم المشارك قبل وبعد جلسات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) في اليوم الأول بالتدرب على مهمة تمييز الألحان خارج الماسح الضوئي. وفي هذه المهمة، يحدد الشخص ما إذا كان لحنان متتاليان يتكون كل منهما من خمس نوتات متطابقين أم مختلفين.

تتضمن التجربة أيضاً مهمة تحكم سمعي غير تمييزية، حيث يستمع المفحوص إلى أنماط متساوية الطول من خمس نغمات جميعها بنفس درجة الصوت C five، ثم يضغط على زر بعد النغمة الثانية. بعد ذلك، تبدأ جلسة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) من خلال الحصول على صورة تشريحية عالية الدقة بالرنين المغناطيسي. ثم يتم الحصول على الصور الوظيفية باستخدام تسلسل نبضي من نوع gradient echo EPI ونموذج أخذ عينات متفرقة لتقليل أي تأثير bold أو حجب سمعي ناتج عن عملية المسح بالرنين المغناطيسي.

يظهر ضجيج بعد اكتمال عملية المسح. حدد موقع تحفيز الخاضع للاختبار باستخدام المعالم التشريحية والوظيفية معاً. يجب الانتباه إلى أن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) محدود فيما يتعلق بعمق موقع التحفيز بسبب تخامد قوة المجال الكهربائي والعمق، ولا يمكن توقع وصوله إلى مناطق أعمق من ثلاثة سنتيمترات.

من الضروري استخدام معالم تشريحية مماثلة لكل مشارك على الرغم من الاختلافات في التشريح والوظيفة بين الأفراد. لذلك، استخدم المعالم التشريحية لتحديد موقع heschel's gyrus كما هو محدد في أقنعة Harvard Oxford structural Atlas. يظهر القناع هنا باللون الأخضر، ثم يتم تحديد هدف TMS من خلال إيجاد ذروة التنشيط داخل heschel's gyrus، والتي تظهر هنا بالنقطة الزرقاء.

حدد أيضاً موقع القمة (vertex) كمنطقة للتحكم في التأثيرات غير النوعية لـ TMS، مثل الشوائب الصوتية والحسية الجسدية. ويتم تحديد هذه النقطة تشريحياً بأنها النقطة الواقعة في منتصف المسافة بين المنعطف القذالي (inion) وجسر الأنف، وتكون متساوية البعد عن الثلمتين بين الأذنين اليمنى واليسرى. لاحظ أن ترتيب مواقع التحفيز يجب أن يكون متوازناً (counterbalanced) بين الأفراد.

في يوم تجربة التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). يتم إعداد جميع الأجهزة، بدءاً بنظام التوجيه المجسم عديم الإطار (Frameless stereo taxi system).

يجب وضع نظام الكمبيوتر خارج غرفة الماسح الضوئي بجوار الباب، والذي سيبقى مفتوحاً أثناء تطبيق التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS). وتعد أدوات التسجيل وأجهزة التتبع الخاصة بالنظام متوافقة مع الرنين المغناطيسي (MR)، بالإضافة إلى الذراع متعدد المفاصل. أما الكاميرا التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والمستخدمة هنا فهي غير متوافقة مع الرنين المغناطيسي، ولذلك يجب وضعها على بعد مترين من سرير الماسح الضوئي داخل غرفة الماسح بالقرب من الباب.

يجب وضع نظام محفز TMS في غرفة مجاورة لغرفة ماسح MRI. وسيتم استخدام ملف TMS متوافق مع MRI في غرفة الماسح، بحيث يكون متصلاً بنظام TMS عبر كابل بطول سبعة أمتار يمر من خلال أنبوب تحميل مرشح RF، مع إدراج الصور التشريحية والوظيفية للمشارك وأهداف التحفيز في حزمة برمجيات التوجيه المجسم. سنقوم هنا باستهداف التلفيف الهيشلي (heschel's gyrus) الأيمن للمشارك قبل بدء عملية المسح.

اطلب من الخاضع للتجربة ملء نموذج فحص الرنين المغناطيسي وإزالة جميع المعادن. ابدأ بعد ذلك عملية الحصول على صور الرنين المغناطيسي باستخدام مسوحات تشريحية ووظيفية مطابقة لتلك التي أجريت في جلسة تحديد الموقع. بعد ذلك، قم بسحب سرير الماسح للخارج مع الحفاظ على منصة الجسم مرفوعة طوال جلسة التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS).

قم بإزالة ملف Mr.Head العلوي وثبّت رباط الرأس ومجموعة أجهزة التتبع على رأس المشارك، ثم قم بتثبيت الذراع متعدد المفاصل على سرير الماسح الضوئي. بعد ذلك، قم بتثبيت ملف TMS المتوافق مع الرنين المغناطيسي على الذراع. تحقق من أن جميع أجهزة التتبع والملف تقع ضمن مجال رؤية الكاميرا هنا.

توضع الكاميرا إلى جهة اليمين قليلاً بالنسبة للمشارك لتمكين تتبع إزاحة الملف بشكل أسهل. عند استهداف نصف الكرة المخي الأيمن، قم بمعايرة رأس الخاضع للتجربة باستخدام أدوات التوجيه المجسم (stereo taxi)، ثم قم بالتسجيل المشترك لطرف الأنف، والـ nas، والزنمة في كلتا الأذنين مع المعالم المماثلة في البيانات التشريحية. يتطلب تنفيذ هذه الخطوة وجود باحثَين.

الخطوة الأولى تكون عند رأس المشارك وعند الكمبيوتر لإجراء عملية التسجيل على الكمبيوتر. الوضع التالي، يتم وضع ملف TMS المتوافق مع الرنين المغناطيسي بشكل مماس لفروة الرأس مع توجيه متعقبات الملف نحو الكاميرا التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء. يجب توجيه الملف بحيث يكون المقبض مشيراً إلى الخلف وموازياً لخط المنتصف.

ثبّت موضع الملف باستخدام البراغي الموجودة في الذراع متعدد المفاصل. الآن، قم بتشغيل نظام TMS وابدأ التحفيز. يجب تطبيق TMS باتباع بروتوكول نمطي مثل تحفيز ثيتا المتفجر المستمر (continuous theta burst stimulation) الذي يتكون من ثلاث نبضات بتردد 50 hertz، وتتكرر بتردد 5 hertz لمدة 40 ثانية.

لقد ثبت أن هذا البروتوكول يعمل على تعديل اللدونة القشرية لمدة تصل إلى 30 دقيقة بعد توقف التحفيز لدى المجموعات السليمة. وبمجرد اكتمال التحفيز، من المهم إعادة الخاضع للاختبار إلى الماسح الضوئي بأسرع ما يمكن. قم بإزالة جميع معدات TMS وادفع رأس المشارك داخل ملف Mr.Head.

تأكد من تحضير تسلسلات المسح وجاهزيتها، مع تقليل عدد ومدة عمليات المسح التحديدية (localizer scans) إلى الحد الأدنى. وبما أن تأثيرات RTMS تكون مؤقتة، يجب أن تبدأ جلسة المسح النهائية بالمسح الوظيفي. ومرة أخرى، يتم إجراء FMRI خلال فترة الـ 12 دقيقة الخاصة بمهمة اللحن.

بعد اكتمال المسح الوظيفي، اختم بإجراء مسح تشريحي بعد التجربة. قم بإجراء تحليل لبيانات FMRI بشكل منفصل لكل من جلسة pre وpost T-M-S-F-M-R-I لكل جلسة FMRI. أجرِ مقارنة بين الألحان ومهمة التحكم السمعي.

ثم لتقييم الفروق بين جلسات T-M-S-F-M-R-I القبلية والبعدية، يتم إجراء تحليل التأثير العشوائي باستخدام اختبار T المقترن لـ student. نرى هنا نتائج تباين تمييز اللحن ناقص تجارب التحكم السمعي لمشارك واحد في جلسة T-M-S-F-M-R-I القبلية وفي جلسة T-M-S-F-M-R-I البعدية؛ حيث تُعرض إحداثيات كل من جلسات T-M-S-F-M-R-I القبلية والبعدية في الفضاء المعياري MNI 1 52 لإظهار التغيرات في النصف الكرة المخي الأيسر المقابل لموقع التحفيز، بما في ذلك التلفيف الهيشلي. وهنا يمكننا رؤية نتائج تباين جلسات T-M-S-F-M-R-I البعدية ناقص القبلية باستخدام اختبار T المقترن لـ student.

تشير البيانات إلى أن تحفيز CTBS الذي يستهدف التلفيف الهيشلي الأيمن يؤدي إلى زيادة الإشارة في القشرة السمعية المقابلة وأيضاً في مناطق أخرى مقابلة. بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أيضاً تغيرات في الاتصال الوظيفي بين القشور السمعية في نصفي الكرة المخية. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية استخدام معدات الملاحة العصبية لـ TMS لاستهداف مناطق محددة في الدماغ وكيفية إجراء TMS داخل بيئة ML.

يتيح هذا الإجراء للباحثين رسم خرائط للتأثيرات التي يحفزها التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) على القشرة السمعية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FMRI). ومع ذلك، يمكن استخدام هذا الإجراء أيضاً لاستهداف مناطق أخرى ذات أهمية، مثل المناطق الجبهية أو الجدارية.