Auditieve verwerking is de basis van spraak en muziek-gerelateerde verwerking. Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is met succes gebruikt voor de cognitieve, sensorische en motorische systemen te bestuderen, maar zelden is toegepast om auditie te doen. Hier onderzochten we TMS gecombineerd met functionele Magnetische Resonantie Imaging aan de functionele organisatie van de auditieve cortex te begrijpen.
Auditieve cortex betrekking heeft op de verwerking van geluid, dat aan de basis ligt van spraak of muziek-gerelateerde verwerking 1. Echter, ondanks aanzienlijke recente vooruitgang, de functionele eigenschappen en lateralisatie van de menselijke auditieve cortex zijn nog lang niet volledig begrepen. Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een niet-invasieve techniek die kan tijdelijk of blijvend corticale prikkelbaarheid moduleren via de toepassing van gelokaliseerde magnetische veld pulsen, en vertegenwoordigt een unieke methode van het verkennen van plasticiteit en connectiviteit. Het is pas onlangs begonnen toe te passen op auditieve corticale functie 2 te begrijpen.
Een belangrijk probleem bij het gebruik van TMS is dat de fysiologische gevolgen van de stimulatie moeilijk te bepalen. Hoewel veel studies TMS maken de impliciete aanname dat het gebied waarop het spoel het getroffen gebied, hoeft dit niet het geval, vooral voor complexe cognitieve functies which afhankelijk van interacties in vele gebieden van de hersenen 3. Een oplossing voor dit probleem is om TMS te combineren met functionele magnetische resonantie imaging (fMRI). Het idee hier is dat fMRI zal een index van veranderingen in hersenactiviteit geassocieerd met TMS. Zo zou fMRI geven een onafhankelijke manier is om de welke gebieden worden beïnvloed door TMS en hoe ze worden gemoduleerd 4. Bovendien fMRI worden nagegaan of functionele verbinding, die een maat is voor de tijd koppeling tussen gelegen gebieden vertegenwoordigt. Het kan dus nuttig zijn om niet alleen de netto activiteit geïnduceerd door modulatie TMS in bepaalde locaties, maar ook de mate waarin het netwerk eigenschappen worden beïnvloed door TMS, via alle waargenomen veranderingen in functionele connectiviteit meten.
Verschillende benaderingen bestaan om TMS en functionele beeldvorming op basis van de tijdelijke orde van de methoden te combineren. Functionele MRI kan worden toegepast voor, tijdens, na of zowel voor als na TMS. Onlangs, Sommige studies interleaved TMS en fMRI om online in kaart brengen van de functionele veranderingen bij TMS 5 tot 7 te bieden. Maar deze online combinatie heeft vele technische problemen, waaronder de statische artefacten als gevolg van de aanwezigheid van de TMS spoel in de scanner kamer of het effect van TMS pulsen op het proces van MR beeldvorming. Maar vooral de luid akoestisch lawaai veroorzaakt door TMS (verhoogd vergeleken met standaard gebruik vanwege de resonantie van de scanner boring) en het verhoogde TMS spoel trillingen (veroorzaakt door de sterke mechanische krachten door het statische magnetische veld van de MR scanner) vormen een cruciaal probleem bij het bestuderen van auditieve verwerking.
Dit is een reden waarom fMRI werd uitgevoerd voor en na TMS in de huidige studie. Vergelijkbare benaderingen zijn gebruikt om de motorische cortex 8,9, premotorische cortex 10, primaire somatosensorische cortex 11,12 en taal-gerelateerde gebieden 13 richten, Maar tot nu toe geen gecombineerd TMS-fMRI studie heeft onderzoek gedaan naar de auditieve cortex. Het doel van dit artikel is om details over het protocol en de overwegingen die nodig zijn om succesvol te combineren deze twee neurowetenschappelijke instrumenten om auditieve verwerking te onderzoeken.
Eerder toonden we aan dat repetitieve TMS (rTMS) bij hoge en lage frequenties (resp. 10 Hz en 1 Hz) die boven de auditieve cortex gemoduleerde responstijd (RT) in een melodie discriminatie taak 2. We toonden ook aan dat de RT modulatie was gecorreleerd met functionele connectiviteit in het auditieve netwerk beoordeeld met behulp van fMRI: hoe hoger de functionele connectiviteit tussen links en rechts auditieve cortex tijdens de taakuitvoering, hoe hoger de faciliterende effect (verlaagd RT) waargenomen met rTMS. Maar deze bevindingen waren voornamelijk correlationeel, zoals fMRI werd uitgevoerd voor rTMS. Hier werd fMRI uitgevoerd vóór en onmiddellijk na TMS direct maatregelen voorzienvan de functionele organisatie van de auditieve cortex, en meer bepaald van de plastic reorganisatie van het auditieve neurale netwerk die zich na de neurale tussenkomst door TMS.
Gecombineerd fMRI en TMS toegepast over de auditieve cortex in staat moet stellen een beter begrip van de hersenen mechanismen van auditieve verwerking, het verstrekken van fysiologische informatie over functionele effecten van TMS. Deze kennis kan nuttig zijn voor vele cognitive neuroscience toepassingen, als voor een optimaal therapeutische toepassingen van TMS, met name auditieve aandoeningen.
We beschrijven een protocol combineert offline TMS en fMRI om de functionele organisatie van de auditieve cortex te onderzoeken. In de volgende paragrafen bespreken we de methodologische factoren te overwegen bij het uitvoeren van een dergelijke aanpak.
Acquisitie en het tijdschema voor post-TMS fMRI sessie
Volgorde van scans acquisitie en tegenwicht van pre-en post-TMS fMRI sessies
Het is cruciaal om een MR anatomische sc…
The authors have nothing to disclose.
CIBC fellowship (JA) en NSERC subsidie (RZ). We zijn dankbaar voor Roch M. Comeau (Brainsight) voor zijn hulp met betrekking tot de infrarood camera, de MR compatibele trackers en andere hardware-ondersteuning. We zijn ook dankbaar Brian Hynes (Hybex Innovations Inc) die de multi-jointed arm voor spoel houder en een aantal van de cijfers weergegeven in de video. En een speciaal woord van dank aan alle MR-technici en M. Ferreira uit de McConnell Brain Imaging Centre van het Montreal Neurological Institute die ons hebben geholpen optimaliseren van het ontwerp van het experiment.
Material Name | Type | Company |
Transcranial magnetic stimulation | Magstim super Rapid2 stimulator, Rapid-2 Plus One Module | Magstim Ltd., Wales, UK |
Coil for magnetic stimulation | MRI-compatible 70 mm figure-of-eight-coil | Magstim Ltd., Wales, UK |
Magnetic resonance imaging | 3-T Siemens Trio scanner, 32-channel Head Coil | Siemens, Inc., Germany |
Frameless Stereotaxy | Brainsight | Rogue Research Inc., Montreal, Canada |
Optical measurement system | Polaris Spectra | Northern Digital Inc, Ontario, Canada |
Multi-jointed arm for coil holder | Standard | Hybex Innovations Inc., Anjou, Canada |
MRI-Compatible Insert Earphones | Sensimetrics, Model S14 | Sensimetrics Corporation, MA, USA |