Functionele transcraniële Doppler-echografie vult andere functionele beeldvormingsmodaliteiten aan, met zijn hoge temporele resolutiemeting van stimulus-geïnduceerde veranderingen in de cerebrale bloedstroom in de basale cerebrale slagaders. Dit document Methoden geeft stapsgewijze instructies voor het gebruik van functionele transcraniële Doppler-echografie om een functioneel beeldvormingsexperiment uit te voeren.
Functionele transcraniële Doppler echografie (fTCD) is het gebruik van transcraniële Doppler echografie (TCD) om neurale activering te bestuderen die optreedt tijdens stimuli zoals fysieke beweging, activering van tactiele sensoren in de huid en het bekijken van beelden. Neurale activering wordt afgeleid uit een toename van de cerebrale bloedstroomsnelheid (CBFV) die het gebied van de hersenen levert dat betrokken is bij de verwerking van sensorische input. Het bekijken van fel licht veroorzaakt bijvoorbeeld verhoogde neurale activiteit in de occipitale kwab van de hersenschors, wat leidt tot een verhoogde bloedstroom in de achterste hersenslagader, die de occipitale kwab levert. In fTCD worden veranderingen in CBFV gebruikt om veranderingen in de cerebrale bloedstroom (CBF) in te schatten.
Met zijn hoge temporele resolutiemeting van de bloedstroomsnelheden in de belangrijkste cerebrale slagaders, vult fTCD andere gevestigde functionele beeldvormingstechnieken aan. Het doel van dit methods paper is om stap-voor-stap instructies te geven voor het gebruik van fTCD om een functioneel beeldvormingsexperiment uit te voeren. Eerst worden de basisstappen beschreven voor het identificeren van de middelste cerebrale slagader (MCA) en het optimaliseren van het signaal. Vervolgens wordt de plaatsing van een fixatieapparaat voor het op zijn plaats houden van de TCD-sonde tijdens het experiment beschreven. Ten slotte zal het adem-holding experiment, dat een specifiek voorbeeld is van een functioneel beeldvormingsexperiment met fTCD, worden gedemonstreerd.
In neurowetenschappelijk onderzoek is het vaak wenselijk om real-time hersenactiviteit niet-invasief te monitoren in verschillende omgevingen. Conventionele functionele neuroimaging-modaliteiten hebben echter beperkingen die het vermogen belemmeren om gelokaliseerde en/of snelle activiteitsveranderingen vast te leggen. De ware (niet-zenuwachtige, niet-retrospectieve) temporele resolutie van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) is momenteel in de orde van enkele seconden1, die mogelijk geen voorbijgaande hemodynamische veranderingen vastlegt die verband houden met voorbijgaande neurale activering. In een ander voorbeeld, hoewel functionele near-infrared spectroscopie (fNIRS) een hoge temporele resolutie (milliseconden) en een redelijke ruimtelijke resolutie heeft, kan het alleen hemodynamische veranderingen in de hersenschors onderzoeken en geen informatie verstrekken over veranderingen die plaatsvinden in de grotere slagaders die de hersenen leveren.
FTCD daarentegen – geclassificeerd als een neuroimaging modaliteit – “beeldvorming” verwijst naar de dimensies van tijd en ruimte, in plaats van twee orthogonale ruimtelijke richtingen die bekender zijn in een “beeld”. fTCD biedt aanvullende informatie aan andere neuroimaging modaliteiten door het meten van hoge temporele resolutie (meestal 10 ms) hemodynamische veranderingen op precieze locaties in vaten van de basale cerebrale circulatie. Net als bij andere neuroimaging-modaliteiten kan fTCD worden gebruikt voor een verscheidenheid aan experimenten, zoals het bestuderen van lateralisatie van cerebrale activering tijdens taalgerelateerde taken2,3,4, het bestuderen van neurale activering als reactie op verschillende somatosensorische stimuli5, en het verkennen van neurale activering in verschillende cognitieve stimuli zoals visuele taken6,mentale taken7en zelfs gereedschapsproductie8.
Hoewel fTCD verschillende voordelen biedt voor gebruik in functionele beeldvorming, waaronder lage kosten van apparatuur, draagbaarheid en verbeterde veiligheid (in vergelijking met Wada-test3 of positronemissietomografie [PET] scans), vereist de werking van een TCD-machine vaardigheden die door oefening zijn verkregen. Sommige van deze vaardigheden, die moeten worden geleerd door een TCD-operator, omvatten het vermogen om verschillende hersenslagaders te identificeren en de motorische vaardigheden die nodig zijn om de ultrasone sonde nauwkeurig te manipuleren tijdens het zoeken naar de relevante slagader. Het doel van dit methods paper is om een techniek te presenteren voor het gebruik van fTCD om een functioneel imaging experiment uit te voeren. Ten eerste worden de basisstappen voor het identificeren en optimaliseren van het signaal van de MCA, die 80% van de hersenhelft9doordringt, vermeld. Vervolgens wordt de plaatsing van een fixatieapparaat voor het op zijn plaats houden van de TCD-sonde tijdens het experiment beschreven. Ten slotte zal het adem-holding experiment, dat een voorbeeld is van een functioneel beeldvormingsexperiment met fTCD, worden beschreven en zullen representatieve resultaten worden getoond.
Kritieke stappen in het protocol zijn onder meer 1) het vinden van de MCA, 2) het plaatsen van de hoofdband en 3) het uitvoeren van de adem-holding manoeuvre.
Afhankelijk van de onderwerpen in het onderzoek kunnen aanpassingen nodig zijn. Personen met de ziekte van Alzheimer kunnen bijvoorbeeld moeite hebben met het opvolgen van instructies, waardoor het gebruik van een capnograaf noodzakelijk is om ervoor te zorgen dat de instructies voor het vasthouden van d…
The authors have nothing to disclose.
Dit project is gebaseerd op onderzoek dat gedeeltelijk werd ondersteund door het Nebraska Agricultural Experiment Station met financiering uit de Hatch Act (Accession Number 0223605) via het USDA National Institute of Food and Agriculture.
Aquasonic | Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA | 01-50 | Ultrasound Gel |
Doppler Box X | DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany | Model "BoxX" | Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes |
Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34256 | Delicate Task Wipers |
Transeptic | Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA | 09-25 | Cleaning Spray |