Mappatura delle postumi di Theta Burst stimolazione sulla corteccia uditiva umana con imaging funzionale

L'obiettivo generale di questa procedura è combinare l'imaging cerebrale funzionale con la stimolazione magnetica transcranica per studiare la corteccia uditiva. Questo viene raggiunto innanzitutto eseguendo un localizzatore funzionale Mr per identificare la rete associata a un compito uditivo. In secondo luogo, definire la sede di stimolazione in base ai dati ottenuti dal localizzatore funzionale Mr.

Successivamente, eseguire una scansione RM funzionale per misurare l'attività nella corteccia uditiva prima della stimolazione. Quindi utilizzare strumenti di NEURONAVIGAZIONE per posizionare la bobina TMS in relazione all'anatomia e alla funzione individuale del partecipante. Questo viene fatto mentre il soggetto è disteso sul lettino dello scanner.

Per evitare di spostare ripetutamente il partecipante dentro e fuori dalla stanza dello scanner, l'ultimo passaggio consiste nello scorrere rapidamente il partecipante all'interno del foro dello scanner e avviare l'acquisizione di FMRI. In definitiva, la FMRI può mappare gli effetti indotti da TMS. I dati hanno mostrato che dopo la TMS si verifica una riorganizzazione funzionale nella rete uditiva.

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è uno strumento unico per indagare le relazioni causali tra specifiche aree cerebrali e funzioni cognitive. Tuttavia, la sua interpretazione è limitata dalla mancanza di informazioni riguardo alla localizzazione e alla natura delle modifiche nell'attività cerebrale indotte dalla TMS. Per questo motivo abbiamo deciso di combinare la TMS con l'imaging funzionale al fine di determinare le alterazioni funzionali provocate dalla TMS.

La differenza tra il nostro studio e gli studi precedenti consiste nel fatto che eseguiamo la TMS all'interno della stanza dello scanner, nel protocollo standard di TMS offline e FMI. Il partecipante deve uscire dalla stanza della risonanza magnetica, recarsi in un'altra stanza per ricevere la TMS e quindi tornare il più rapidamente possibile. Per la seconda sessione di FMRI, questi spostamenti avanti e indietro possono aggiungere variabilità ai cambiamenti cerebrali indotti dalla TMS nel nostro protocollo.

La posizione della testa rimane relativamente stabile, il che può portare a una maggiore accuratezza nel confronto dei dati di risonanza magnetica funzionale pre e post. Inoltre, gli effetti della stimolazione magnetica transcranica utilizzata verranno mappati più rapidamente. Questo protocollo è suddiviso in una sessione di due giorni.

Il primo giorno prevede una sessione di LOCALIZZATORE FMRI con una scansione anatomica e una funzionale per definire le aree da stimolare con la TMS. Il secondo giorno comprende sessioni di FMRI, sia prima che dopo la TMS del primo giorno; in questo periodo il partecipante esegue al di fuori dello scanner il compito di discriminazione melodica. In questo compito, il soggetto indica se due melodie consecutive di cinque note sono uguali o diverse.

È inoltre incluso un compito di controllo uditivo di non discriminazione in cui il soggetto ascolta pattern di cinque note di uguale durata, tutte alla stessa altezza di do5, e preme un pulsante dopo la seconda nota. Successivamente, iniziare la sessione di risonanza magnetica acquisendo un'immagine MR anatomica ad alta risoluzione. Quindi acquisire immagini funzionali utilizzando una sequenza di impulsi EPI eco gradiente e un paradigma di campionamento sparso per minimizzare qualsiasi effetto BOLD o mascheramento uditivo dovuto alla scansione MRI.

Rumore dopo il completamento della scansione. Definire il sito di stimolazione del soggetto utilizzando sia punti di riferimento anatomici che funzionali. Tenere presente che la stimolazione magnetica transcranica (TMS) ha limitazioni riguardo alla profondità del sito di stimolazione a causa dell'attenuazione della forza del campo elettrico con la profondità, e non è possibile raggiungere aree più profonde di tre centimetri.

È fondamentale utilizzare punti di riferimento simili per ogni partecipante, nonostante le differenze anatomiche e funzionali tra individui. Pertanto, utilizzare i punti di riferimento anatomici per localizzare il giro di Heschl definito dalle maschere dell'Atlante Strutturale Harvard Oxford. La maschera è mostrata qui in verde, quindi è stato definito l'obiettivo della stimolazione magnetica transcranica (TMS) individuando il picco di attivazione all'interno del giro di Heschl, indicato qui dal punto blu.

Individuare anche il vertice come sito di controllo per gli effetti non specifici della stimolazione magnetica transcranica (TMS), come gli artefatti acustici e somatosensitivi. Questo punto è definito anatomicamente come il punto medio tra l'inione e l'attaccatura del naso, equidistante dalle fossette interauricolari destra e sinistra. Si noti che l'ordine dei siti di stimolazione deve essere bilanciato tra i diversi individui.

Nel giorno dell'esperimento con TMS, configurare tutta l'apparecchiatura, iniziando dal sistema stereotassico senza telaio.

Il sistema informatico deve essere posizionato all'esterno della stanza dello scanner, adiacente alla porta, che rimarrà aperta durante l'applicazione della TMS. Gli strumenti di registrazione del sistema e i tracker sono compatibili con la risonanza magnetica, così come un braccio articolato multiplo. La telecamera a infrarossi utilizzata in questo caso non è compatibile con la risonanza magnetica e pertanto deve essere posizionata a due metri dal lettino dello scanner, all'interno della stanza dello scanner e vicino alla porta dello scanner.

Il sistema stimolatore TMS dovrebbe essere posizionato in una stanza adiacente alla sala dello scanner MRI. Nella sala dello scanner verrà utilizzata una bobina TMS compatibile con MRI, collegata al sistema TMS tramite un cavo di sette metri attraverso un carico tubolare con filtro RF, le immagini anatomiche e funzionali del partecipante e le aree di stimolazione nel pacchetto software stereotassico. In questo caso, l'obiettivo sarà il giro di Heschl destro del partecipante prima di iniziare la scansione.

Fare compilare al soggetto un modulo di screening per la risonanza magnetica e rimuovere tutti i metalli. Quindi avviare l'acquisizione RM con scansioni anatomiche e funzionali identiche a quelle eseguite nella sessione di localizzazione. Successivamente, estrarre il lettino dello scanner e mantenere sollevata la piattaforma corporea per tutta la durata della sessione TMS.

Rimuovere la bobina superiore Mr.Head e fissare la fascia e il set di tracciamento sulla testa del partecipante; montare il braccio multifunzionale sul lettino dello scanner. Quindi fissare la bobina TMS compatibile con la risonanza magnetica sul braccio. Verificare che tutti i tracker e la bobina siano all'interno del campo visivo della telecamera qui.

La telecamera è posizionata leggermente sul lato destro del partecipante per consentire un agevole tracciamento dello spostamento della bobina. Quando si mira all'emisfero destro, calibrare la testa del soggetto utilizzando gli strumenti stereo taxi, coregistrare la punta del naso, il naso e il tragus di entrambe le orecchie con gli stessi punti di riferimento sui dati anatomici. A tale scopo sono necessari due sperimentatori.

Posizionarsi al capo del partecipante e al computer per eseguire la registrazione sul computer. Successivamente, posizionare la bobina TMS compatibile con la risonanza magnetica tangenzialmente al cuoio capelluto, con i tracker della bobina orientati verso la telecamera a infrarossi. La bobina deve essere orientata con l'impugnatura rivolta all'indietro e parallela alla linea mediana.

Fissare la posizione della bobina utilizzando le viti sul braccio multigiunto. Accendere ora il sistema TMS e iniziare la stimolazione. La TMS deve essere applicata seguendo un protocollo a schema, come la stimolazione continua a battito theta costituita da tre impulsi a 50 hertz, ripetuti a 5 hertz per 40 secondi.

È stato dimostrato che questo protocollo modula la plasticità corticale per una durata fino a 30 minuti dopo l'interruzione della stimolazione in popolazioni sane. Al termine della stimolazione, è importante riposizionare il soggetto all'interno dello scanner nel modo più rapido possibile. Rimuovere tutta l'attrezzatura per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) e far scivolare la testa del partecipante all'interno della bobina Mr.Head.

Assicurarsi che le sequenze di scansione siano preparate e pronte, con il numero e la durata delle scansioni localizzatrici ridotti al minimo. Poiché gli effetti della stimolazione magnetica transcranica ripetitiva sono transitori, la sessione finale di scansione deve iniziare con la scansione funzionale. Eseguire nuovamente la risonanza magnetica funzionale durante l'acquisizione della durata di 12 minuti del compito melodico.

Al termine della scansione funzionale, eseguire una scansione anatomica dopo l'esperimento. Analizzare i dati di FMRI separatamente per entrambe le sessioni pre e post T-M-S-F-M-R-I per ciascuna sessione di FMRI. Confronto tra le melodie e il compito di controllo uditivo.

Quindi, per valutare le differenze tra le sessioni pre e post T-M-S-F-M-R-I, eseguire un'analisi con effetti casuali utilizzando un test T di Student per dati appaiati. Qui osserviamo i risultati del contrasto tra compiti di discriminazione melodica e compiti di controllo uditivo per un singolo partecipante nella sessione pre T-M-S-F-M-R-I e nella sessione post T-M-S-F-M-R-I; le coordinate per entrambe le sessioni pre e post T-M-S-F-M-R-I sono visualizzate nello spazio standard MNI 1 52 per mostrare i cambiamenti nell'emisfero sinistro controlaterale al sito di stimolazione, inclusa la girus di Heschl. Qui possiamo vedere i risultati del contrasto post meno pre T-M-S-F-M-R-I ottenuti mediante un test T di Student per dati appaiati.

I dati suggeriscono che il CTBS mirato al giro di Heschl destro induce un aumento del segnale nella corteccia uditiva controlaterale e anche in altre aree controlaterali. Inoltre, osserviamo anche cambiamenti nella connettività funzionale tra le cortecce uditive nei due emisferi. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come utilizzare l'equipaggiamento per la neuronavigazione con stimolazione magnetica transcranica (TMS) per mirare a specifiche aree cerebrali e di come eseguire la TMS all'interno di un ambiente ML.

Questa procedura consente ai ricercatori di mappare gli effetti indotti dalla stimolazione magnetica transcranica sulla corteccia uditiva utilizzando la risonanza magnetica funzionale. Tuttavia, la procedura può essere utilizzata anche per mirare ad altre regioni di interesse, come le aree frontali o parietali.