Het in kaart brengen van de na-effecten van Theta Burst stimulatie over de menselijke auditieve cortex met Functionele Beeldvorming

Het algemene doel van deze procedure is om functionele hersenbeeldvorming te combineren met transcraniële magnetische stimulatie om de auditieve cortex te onderzoeken. Dit wordt bereikt door eerst een functionele mr-localizer uit te voeren om het netwerk te identificeren dat geassocieerd is met een auditieve taak. Vervolgens wordt het stimulatiedoel gedefinieerd op basis van de gegevens van de functionele mr-localizer.

Voer vervolgens een functionele MR-scan uit om de activiteit in de auditieve cortex vóór de stimulatie te meten. Gebruik daarna NEURONAVIGATIE-instrumenten om de TMS-spoel te positioneren ten opzichte van de individuele anatomie en functie van de deelnemer. Dit gebeurt terwijl de proefpersoon op de scannertafel ligt.

Om te voorkomen dat de deelnemer herhaaldelijk naar de scannerruimte moet worden verplaatst, bestaat de laatste stap eruit de deelnemer zo snel mogelijk terug in de scanneropening te schuiven en de fMRI-acquisitie te starten. Uiteindelijk kan fMRI TMS-geïnduceerde effecten in kaart brengen. De gegevens toonden aan dat er na TMS een functionele reorganisatie in het auditieve netwerk plaatsvindt.

TMS is een uniek instrument voor het onderzoeken van causale relaties tussen specifieke hersengebieden en cognitieve functies. De interpretatie ervan is echter beperkt door een gebrek aan informatie over de locatie en de aard van de veranderingen in hersenactiviteit die door TMS worden opgewekt. Daarom hebben we besloten om TMS te combineren met functionele beeldvorming om de door TMS veroorzaakte functionele veranderingen te bepalen.

Het verschil tussen ons onderzoek en eerdere studies is dat wij TMS uitvoeren in de scannerruimte, terwijl bij de standaard offline TMS en fMRI de deelnemer de MRI-ruimte moet verlaten, naar een andere kamer moet gaan om TMS te ontvangen en vervolgens zo snel mogelijk moet terugkeren. Voor de tweede fMRI-sessie kan dit heen en weer gaan variabiliteit toevoegen aan de hersenveranderingen die door TMS in ons protocol worden teweeggebracht.

De hoofdpositie blijft relatief stabiel, wat kan leiden tot een grotere nauwkeurigheid bij het vergelijken van pre- en post-FM RI-gegevens. Daarnaast zullen de TMS en de gebruikte effecten sneller in kaart worden gebracht. Dit protocol is verdeeld over een sessie van twee dagen.

De eerste dag bestaat uit een fMRI-LOCALIZER-sessie met een anatomische en een functionele scan om de gebieden te definiëren die met TMS worden getarget. De tweede dag bestaat uit fMRI-sessies; zowel vóór als na de TMS op de eerste dag oefent de deelnemer de taak voor melodiediscriminatie buiten de scanner. Bij deze taak geeft de proefpersoon aan of twee opeenvolgende melodieën van vijf noten hetzelfde of verschillend zijn.

Er is ook een auditieve controletaak voor non-discriminatie opgenomen, waarbij het subject patronen van vijf noten van gelijke lengte hoort, allen op dezelfde toonhoogte van C5, en na de tweede toon op een knop drukt. Begin vervolgens de MRI-sessie met het verkrijgen van een anatomisch MR-beeld met een hoge resolutie. Neem daarna functionele beelden op met behulp van een gradient echo EPI-pulssequentie en een sparse sampling-paradigma om elk BOLD-effect of auditieve maskering als gevolg van het MRI-scannen te minimaliseren.

Ruis nadat het scannen is voltooid. Definieer de stimulatielocatie van het subject met behulp van zowel anatomische als functionele referentiepunten. Houd er rekening mee dat TMS beperkt is wat betreft de diepte van de stimulatielocatie vanwege de attenuatie van de elektrische veldsterkte en diepte, en er kan niet worden verwacht dat gebieden dieper dan drie centimeter worden bereikt.

Het is cruciaal om voor elke deelnemer vergelijkbare herkenningspunten te gebruiken, ondanks verschillen in anatomie en functie tussen individuen. Gebruik daarom anatomische herkenningspunten om de gyrus van Heschl te lokaliseren, zoals gedefinieerd door de maskers van de Harvard Oxford structural Atlas. Het masker wordt hier in het groen getoond; vervolgens wordt het TMS-doel bepaald door de piek van activatie binnen de gyrus van Heschl te vinden, wat hier wordt aangegeven door de blauwe stip.

Bepaal daarnaast de vertex als locatie om te controleren voor aspecifieke effecten van TMS, zoals akoestische en somatosensorische artefacten. Deze wordt anatomisch gedefinieerd als het punt halverwege de inion en de neusbrug, en op gelijke afstand van de rechter- en linkerinteraalinkepingen. Let erop dat de volgorde van de stimulatieplaatsen over de proefpersonen heen moet worden gebalanceerd.

Op de dag van het TMS-experiment. Stel alle apparatuur op, beginnend met het frameloze stereotaxische systeem.

Het computersysteem moet buiten de scannerruimte naast de deur worden geplaatst, die tijdens de TMS-toepassing open blijft. De registratietools en trackers van de systemen zijn MR-compatibel, evenals een multifunctionele arm. De hier gebruikte infraroodcamera is niet MR-compatibel en moet daarom in de scannerruimte op twee meter afstand van het scannerbed, nabij de scannerdeur, worden geplaatst.

Het TMS-stimulatorsysteem dient te worden geplaatst in een ruimte naast de MRI-scannerruimte. In de scannerruimte wordt een MRI-compatibele TMS-spoel gebruikt, die via een kabel van zeven meter door een RF-filterbuislast is verbonden met het TMS-systeem; de anatomische en functionele beelden van de deelnemer en de stimulatiedoelen worden ingevoerd in het stereotactische softwarepakket. In dit geval richten we ons op de rechter gyrus van Heschl van de deelnemer voordat de scan wordt gestart.

Laat de proefpersoon een MR-screeningsformulier invullen en alle metalen voorwerpen verwijderen. Start vervolgens de MR-acquisitie met anatomische en functionele scans die identiek zijn aan die uit de localizersessie. Schuif daarna het scannertafel naar buiten en houd het lichaamplatform gedurende de gehele TMS-sessie omhoog.

Verwijder de bovenste Mr.Head-spoel en bevestig de hoofdband en de trackerset op het hoofd van de deelnemer; monteer de multifunctionele arm aan de scannerbed. Bevestig vervolgens de MR-compatibele TMS-spoel aan de arm. Controleer of alle trackers en de spoel zich in het gezichtsveld van de camera bevinden Hier.

De camera bevindt zich iets aan de rechterkant van de deelnemer om het volgen van de spoelverplaatsing te vergemakkelijken. Bij het targeten van de rechterhemisfeer kalibreert u het hoofd van de proefpersoon met de stereotactische instrumenten en coregistreert u de neuspunt, het nasion en de tragus van beide oren met dezelfde landmarks op de anatomische data. Hiervoor zijn twee experimentatoren nodig.

Stap één vindt plaats bij het hoofd van de participant en aan de computer om de registratie op de computer uit te voeren. Positioneer vervolgens de MR-compatibele TMS-spoel tangentieel aan het hoofdhuid, met de spoeltrackers gericht naar de infraroodcamera. De spoel moet zo worden georiënteerd dat het handvat naar achteren wijst en parallel loopt aan de middellijn.

Fixeer de positie van de spoel met de schroeven op de multifunctionele arm. Zet nu het TMS-systeem aan en begin met de stimulatie. TMS dient te worden toegepast volgens een gestructureerd protocol, zoals continue theta-burst-stimulatie bestaande uit drie pulsen bij 50 hertz, herhaald bij vijf hertz gedurende 40 seconden.

Dit protocol is effectief gebleken in het moduleren van corticale plasticiteit voor een duur van maximaal 30 minuten na het stoppen van de stimulatie bij gezonde populaties. Zodra de stimulatie is voltooid, is het belangrijk om de proefpersoon zo snel mogelijk terug in de scanner te plaatsen. Verwijder alle TMS-apparatuur en schuif het hoofd van de deelnemer in de Mr.Head-spoel.

Zorg ervoor dat uw scansequenties zijn voorbereid en klaar voor gebruik, waarbij het aantal en de duur van de localizerscans tot een minimum zijn beperkt. Aangezien de effecten van rTMS tijdelijk zijn, moet de laatste scansessie beginnen met de functionele scan. Voer de fMRI opnieuw uit tijdens de run van 12 minuten van de melodietaken.

Nadat de functionele scan is voltooid, wordt het experiment afgesloten met een anatomische scan. Voer de analyse van de fMRI-gegevens afzonderlijk uit voor zowel de pre- als de post-T-M-S-F-M-R-I-sessie voor elke fMRI-sessie. Maak een contrast tussen de melodieën en de auditieve controletaak.

Voer vervolgens een random-effectanalyse uit met behulp van een gepaarde t-toets van Student om de verschillen tussen de pre- en post-T-M-S-F-M-R-I-sessies te evalueren. Hier zien we de resultaten van het contrast melodiediscriminatie minus auditieve controle-trials voor één enkele deelnemer in de pre-T-M-S-F-M-R-I-sessie en in de post-T-M-S-F-M-R-I-sessie; voor zowel de pre- als post-T-M-S-F-M-R-I-sessies worden de coördinaten weergegeven in MNI 1 52 standaardruimte om veranderingen in het linkerhemisfeer contralateral aan de stimulatieplaats te tonen, inclusief de gyrus van Heschl. Hier kunnen we de resultaten zien van het contrast post minus pre T-M-S-F-M-R-I-sessies met behulp van een gepaarde t-toets van Student.

De gegevens suggereren dat CTBS gericht op de rechter gyrus van Heschl een toename van het signaal induceert in de contralaterale auditieve cortex en ook in andere contralaterale gebieden. Daarnaast observeren we veranderingen in de functionele connectiviteit tussen de auditieve cortices in de twee hemisferen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u TMS-neuronavigatieapparatuur gebruikt om specifieke hersengebieden te targeten en hoe u TMS uitvoert binnen een ML-omgeving.

Deze procedure stelt onderzoekers in staat om de door TMS geïnduceerde effecten op de auditieve cortex in kaart te brengen met behulp van fMRI. De procedure kan echter ook worden gebruikt om andere regio's van belang te targeten, zoals frontale of pariëtale gebieden.