JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Protocol
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Theta sonrası etkileri Haritalama Fonksiyonel Görüntüleme ile İnsan İşitsel korteks üzerine Stimülasyon Burst

Published: September 12, 2012
doi:
10.3791/3985
,
1Montreal Neurological Institute and International laboratory for Brain, Music, and Sound (BRAMS),McGill University

Summary

İşitsel işleme konuşma ve müzikle ilgili işleme temelidir. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) bilişsel, duyusal ve motor sistemleri incelemek için başarıyla kullanılmaktadır ancak nadiren seçmelere uygulanmıştır. Burada işitsel korteksinin fonksiyonel organizasyon anlamak için fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme ile birlikte TMS araştırıldı.

Abstract

İşitsel korteks konuşma veya müzik ile ilgili işleme 1 temelinde olan ses işleme ile ilgilidir. Ancak, kayda değer yeni gelişmelere rağmen, insan işitme korteksinin fonksiyonel özellikleri ve lateralizasyon kadar tam olarak anlaşılmış olmaktan vardır. Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) geçici veya lastingly lokalize manyetik alan bakliyat uygulaması ile kortikal uyarılma modüle bir non-invaziv bir tekniktir ve plastisite ve bağlantı keşfetmek benzersiz bir yöntemi temsil eder. Sadece son zamanlarda işitsel kortikal fonksiyon 2 anlamak için uygulanacak başlamıştır.

TMS kullanarak önemli bir konu stimülasyon fizyolojik sonuçlarını kurmak zor olmasıdır. Birçok TMS çalışmaları bobin hedeflediği alandaki etkilenen alanda olduğunu örtük varsayım yapmak olsa da, bu özellikle karmaşık bilişsel fonksiyonlar için, WHI durumda olması gerekmezch birçok beyin bölgelerinde 3 genelinde etkileşimleri bağlıdır. Bu soruna bir çözüm fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile TMS birleştirmektir. Burada fikir fMRI TMS ile bağlantılı beyindeki aktivite değişikliklerini bir dizin sağlayacak olmasıdır. Böylece, fMRI alanları TMS ve nasıl onlar 4 modüle etkilenen hangi değerlendirmenin bağımsız bir araç verecek. Buna ek olarak, fMRI uzak bölgeler arasındaki zamansal kaplin bir göstergesidir fonksiyonel bağlantısı, değerlendirmesini sağlar. Böylece işlevsel bağlantıda herhangi gözlenen değişiklikler yolu ile verilen konumlarda TMS ile indüklenen net modülasyon aktivitesi, aynı zamanda ağ özellikleri TMS etkilenen için derecesini ölçmek için yararlı sadece olabilir.

Farklı yaklaşımlar yöntemleri zamansal sırasına göre TMS ve fonksiyonel görüntüleme birleştirmek için vardır. Fonksiyonel MRI sonrasında, öncesinde, sırasında uygulanan, ya da TMS önce hem de sonra alınabilir. GeçenlerdeBazı çalışmalarda, 5-7 TMS ile indüklenen fonksiyonel değişiklikler online haritalama sağlamak için TMS ve fMRI içiçe. Ancak, bu online kombinasyonu tarayıcı odasında TMS bobini veya MR görüntü oluşumu süreci üzerinde TMS nabızları etkilerinin varlığından kaynaklanan statik eserler de dahil olmak üzere birçok teknik sorunlar vardır. Ama daha da önemlisi, yüksek akustik gürültü TMS (çünkü tarayıcı delgi rezonans standart kullanımı ile karşılaştırıldığında artış) ve artan TMS bobin titreşimleri (MR tarayıcının statik manyetik alan nedeniyle güçlü mekanik kuvvetler nedeniyle) ile indüklenen işitsel işleme çalışılırken önemli bir sorun teşkil etmektedir.

Bu fMRI çalışmada TMS öncesi ve sonrasında yürütülen bir nedeni de budur. Benzer yaklaşımlar motor korteks 8,9, premotor korteks 10, primer somatosensoriyel korteks 11,12 ve dil ile ilgili alanlarda 13 hedeflemek için kullanılmıştır, Ama şimdiye kadar hiç birlikte TMS-fMRI çalışması işitsel korteks araştırmıştır. Bu makalenin amacı başarıyla işitsel işleme araştırmak için bu iki sinirbilimsel araçları birleştirmek için gerekli protokol ve düşünceler ile ilgili detaylar sağlamaktır.

Daha önce biz gösterdi ki bir melodi ayrımcılık Görev 2'de işitsel korteks modülasyonlu tepki süresi (RT) üzerine uygulanan yüksek ve alçak frekanslar (sırasıyla 10 Hz ve 1 Hz) tekrarlayan TMS (TMU). Biz de RT modülasyonu fMRI kullanarak işitsel ağ fonksiyonel bağlantısı ile değerlendirildi korele olduğu tespit edildi: görev performans sırasında sol ve sağ işitsel korteks arasındaki yüksek fonksiyonel bağlantısı, facilitatory etkisi (yani RT azalma) rTMU ile gözlenen yüksek. FMRI rTMU önce yapıldı Ancak bu bulgular, özellikle korelasyon vardı. Burada, fMRI önce yapıldı ve hemen TMS sonra doğrudan önlem sağlamakişitsel korteks fonksiyonel organizasyonu, ve daha özel olarak TMS tarafından sağlanan sinir müdahale sonrasında meydana gelen işitsel sinir ağı plastik yeniden düzenlenmesi.

Kombine fMRI ve işitsel korteks üzerinde uygulanan TMS TMS fonksiyonel etkileri hakkında fizyolojik bilgi veren, işitsel işleme beyin mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına imkan vermelidir. Bu bilgi, pek çok bilişsel nöroloji uygulama için, hem de özellikle işitme ile bağlantılı bozukluklar içinde, TMS ve terapötik uygulamalarda optimize etmek için yararlı olabilir.

Protocol

Protokol iki günlük bir oturum (ille ardışık) ayrılmıştır. İlk gün bir anatomik ve alanları TMS ile hedeflenmesi gereken her katılımcı için tanımlamak için bir fonksiyonel MR taramaları ile oluşan fMRI Localizer oluşur. İkinci gün fMRI oturumlarda oluşur ön ve TMS özel MR uyumlu TMS bobini (Magstim Ltd, Galler, İngiltere) ve çerçevesiz stereotaktik sistemi (Brainsight) kullanarak tarayıcı içine uygulanır post-TMS. Ikincisi Her bir katılımcının anatomik ve fonksiyonel veri göre korte…

Discussion

Biz çevrimdışı TMS ve işitsel korteks fonksiyonel organizasyon araştırmak için fMRI birleştiren bir protokol açıklar. Sonraki bölümlerde, bu tür bir yaklaşım yaparken metodolojik faktörleri dikkate tartışacağız.

Post-TMS fMRI oturum için Toplama ve zamanlama

Taramaları edinimi Sipariş ve pre-ve post-TMS fMRI seans counterbalancing

Bu iki fonksiyonel taramaları arasında sağlam bir kaydı almak için TMS…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

CIBC dostluk (JA) ve NSERC hibe (RZ). Biz kızılötesi kamera ile ilgili yaptığı yardım Roch M. Comeau (Brainsight), MR uyumlu izci ve diğer donanım desteği için minnettarız. Biz de bobin tutucu için multi-eklemli kol tasarlanmış ve video olarak görüntülenir bazı rakamlar verilmiştir Brian Hynes (Hybex Innovations Inc) müteşekkiriz. Ve bize deney tasarımı optimize yardımcı Montreal Nöroloji Enstitüsü'nden McConnell Beyin Görüntüleme Merkezi tüm MR teknisyenleri ve M. Ferreira için özel teşekkürler.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Winer, J. A., Schreiner, C. E. . The Auditory Cortex. , (2011).
  2. Andoh, J., Zatorre, R. J. Interhemispheric Connectivity Influences the Degree of Modulation of TMS-Induced Effects during Auditory Processing. Frontiers in psychology. 2, 161 (2011).
  3. Siebner, H. R., Hartwigsen, G., Kassuba, T., Rothwell, J. C. How does transcranial magnetic stimulation modify neuronal activity in the brain? Implications for studies of cognition. Cortex. 45, 1035-1042 (2009).
  4. Ruff, C. C., Driver, J., Bestmann, S. Combining TMS and fMRI: from ‘virtual lesions’ to functional-network accounts of cognition. Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior. 45, 1043-1049 (2009).
  5. Bestmann, S. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Exp. Brain Res. 191, 383-402 (2008).
  6. Bohning, D. E. BOLD-fMRI response to single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 11, 569-574 (2000).
  7. de Vries, P. M. Changes in cerebral activations during movement execution and imagery after parietal cortex TMS interleaved with 3T MRI. Brain research. 1285, 58-68 (2009).
  8. Cardenas-Morales, L., Gron, G., Kammer, T. Exploring the after-effects of theta burst magnetic stimulation on the human motor cortex: a functional imaging study. Human brain mapping. 32, 1948-1960 (2011).
  9. Grefkes, C. Modulating cortical connectivity in stroke patients by rTMS assessed with fMRI and dynamic causal modeling. NeuroImage. 50, 233-242 (2010).
  10. O’shea, J., Johansen-Berg, H., Trief, D., Gobel, S., Rushworth, M. F. S. Functionally specific in human premotor reorganization cortex. Neuron. 54, 479-490 (2007).
  11. Pleger, B. Repetitive transcranial magnetic stimulation-induced changes in sensorimotor coupling parallel improvements of somatosensation in humans. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 26, 1945-1952 (2006).
  12. Tegenthoff, M. Improvement of tactile discrimination performance and enlargement of cortical somatosensory maps after 5 Hz rTMS. Plos Biology. 3, 2031-2040 (2005).
  13. Andoh, J., Paus, T. Combining functional neuroimaging with off-line brain stimulation: modulation of task-related activity in language areas. Journal of cognitive neuroscience. 23, 349-361 (2011).
  14. Belin, P., Zatorre, R. J., Hoge, R., Evans, A. C., Pike, B. Event-related fMRI of the auditory cortex. Neuroimage. 10, 417-429 (1999).
  15. Hall, D. A. “Sparse” temporal sampling in auditory fMRI. Human Brain Mapping. 7, 213-223 (1999).
  16. Foster, N. E., Zatorre, R. J. A role for the intraparietal sulcus in transforming musical pitch information. Cereb Cortex. 20, 1350-1359 (2010).
  17. Bohning, D. E. Mapping transcranial magnetic stimulation (TMS) fields in vivo with MRI. Neuroreport. 8, 2535-2538 (1997).
  18. Corthout, E., Uttl, B., Walsh, V., Hallett, M., Cowey, A. Timing of activity in early visual cortex as revealed by transcranial magnetic stimulation. Neuroreport. 10, 2631-2634 (1999).
  19. Lewald, J., Foltys, H., Topper, R. Role of the posterior parietal cortex in spatial hearing. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, RC207 (2002).
  20. Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. Theta burst stimulation of the human motor cortex. Neuron. 45, 201-206 (2005).
  21. Loubinoux, I. Within-session and between-session reproducibility of cerebral sensorimotor activation: a test–retest effect evidenced with functional magnetic resonance imaging. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 21, 592-607 (2001).
  22. Lisanby, S. H., Gutman, D., Luber, B., Schroeder, C., Sackeim, H. A. Sham TMS: intracerebral measurement of the induced electrical field and the induction of motor-evoked potentials. Biological psychiatry. 49, 460-463 (2001).
  23. Loo, C. K. Transcranial magnetic stimulation (TMS) in controlled treatment studies: are some “sham” forms active. Biological psychiatry. 47, 325-331 (2000).
  24. Robertson, E. M., Theoret, H., Pascual-Leone, A. Studies in cognition: the problems solved and created by transcranial magnetic stimulation. J. Cogn. Neurosci. 15, 948-960 (2003).
  25. Puschmann, S., Uppenkamp, S., Kollmeier, B., Thiel, C. M. Dichotic pitch activates pitch processing centre in Heschl’s gyrus. NeuroImage. 49, 1641-1649 (2010).
  26. Johnsrude, I. S., Penhune, V. B., Zatorre, R. J. Functional specificity in the right human auditory cortex for perceiving pitch direction. Brain : a journal of neurology. 123, 155-163 (2000).
  27. Di Lazzaro, V. The physiological basis of the effects of intermittent theta burst stimulation of the human motor cortex. The Journal of physiology. 586, 3871-3879 (2008).
  28. Stagg, C. J. Neurochemical effects of theta burst stimulation as assessed by magnetic resonance spectroscopy. Journal of neurophysiology. 101, 2872-2877 (2009).
  29. Todd, G., Flavel, S. C., Ridding, M. C. Priming theta-burst repetitive transcranial magnetic stimulation with low- and high-frequency stimulation. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. Experimentation cerebrale. 195, 307-315 (2009).
  30. Bestmann, S., Baudewig, J., Siebner, H. R., Rothwell, J. C., Frahm, J. Subthreshold high-frequency TMS of human primary motor cortex modulates interconnected frontal motor areas as detected by interleaved fMRI-TMS. Neuroimage. 20, 1685-1696 (2003).
  31. Bungert, A. TMS combined with fMRI. , (2010).
  32. Bestmann, S., Baudewig, J., Frahm, J. On the synchronization of transcranial magnetic stimulation and functional echo-planar imaging. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 17, 309-316 (2003).
  33. Wassermann, E. M. Use and safety of a new repetitive transcranial magnetic stimulator. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 101, 412-417 (1996).
  34. Oberman, L. M., Pascual-Leone, A. Report of seizure induced by continuous theta burst stimulation. Brain stimulation. 2, 246-247 (2009).
  35. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin. Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
  36. Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the International Workshop on the Safety of Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, June 5-7, 1996. Electroencephalography and clinical neurophysiology. , 1-16 (1998).
  37. Yamaguchi-Sekino, S., Sekino, M., Ueno, S. Biological effects of electromagnetic fields and recently updated safety guidelines for strong static magnetic fields. Magn. Reson. Med. Sci. 10, 1-10 (2011).
  38. Bestmann, S. Mapping causal interregional influences with concurrent TMS-fMRI. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. Experimentation cerebrale. 191, 383-402 (2008).
  39. Oberman, L., Edwards, D., Eldaief, M., Pascual-Leone, A. Safety of theta burst transcranial magnetic stimulation: a systematic review of the literature. Journal of clinical neurophysiology: official publication of the American Electroencephalographic Society. 28, 67-74 (2011).
  40. Kangarlu, A. Cognitive, cardiac, and physiological safety studies in ultra high field magnetic resonance imaging. Magn. Reson. Imaging. 17, 1407-1416 (1999).
  41. Schenck, J. F. Safety of strong, static magnetic fields. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI. 12, 2-19 (2000).
  42. Lee, V. S. . Cardiovascular MRI: physical principles to practical protocols. , 175 (2006).
  43. Paus, T. Transcranial magnetic stimulation during positron emission tomography: a new method for studying connectivity of the human cerebral cortex. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 17, 3178-3184 (1997).
  44. Sack, A. T., Linden, D. E. Combining transcranial magnetic stimulation and functional imaging in cognitive brain research: possibilities and limitations. Brain Res. Brain Res. Rev. 43, 41-56 (2003).
  45. Ilmoniemi, R. J. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8, 3537-3540 (1997).
  46. Thiel, A. From the left to the right: How the brain compensates progressive loss of language function. Brain Lang. 98, 57-65 (2006).

Tags

Theta Burst StimulationAfter-effectsHuman Auditory CortexFunctional ImagingSpeech ProcessingMusic ProcessingTranscranial Magnetic StimulationCortical ExcitabilityPlasticityConnectivityPhysiological ConsequencesTMS StudiesBrain RegionsFunctional Magnetic Resonance ImagingFMRIBrain Activity
check_url/3985?article_type=t&slug=mapping-after-effects-theta-burst-stimulation-on-human-auditory

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Andoh, J., Zatorre, R. J. Mapping the After-effects of Theta Burst Stimulation on the Human Auditory Cortex with Functional Imaging. J. Vis. Exp. (67), e3985, doi:10.3791/3985 (2012).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image