Kartlegging av ettervirkninger av Theta Burst Stimulering på Human auditiv cortex med Funksjonell Imaging

Summary

Lytteprosessering er grunnlaget for tale og musikk-relatert behandling. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) har vært brukt med hell for å studere kognitive, sensoriske og motoriske systemer, men har sjelden blitt brukt til audition. Her har vi undersøkt TMS kombinert med funksjonell Magnetic Resonance Imaging å forstå den funksjonelle organiseringen av auditiv cortex.

Abstract

Auditiv cortex gjelder for behandling av lyd, som er på grunnlag av tale eller musikk-relaterte behandling ^1. Imidlertid, til tross for betydelig nyere fremskritt, funksjonelle egenskaper og lateralization av humant auditive cortex er langt fra å bli fullt ut forstått. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er en non-invasiv teknikk som kan forbigående eller skjenke modulere kortikale excitability via bruk av lokaliserte magnetfelt pulser, og representerer en unik metode for å utforske plastisitet og tilkoblingsmuligheter. Det har bare nylig begynt å bli brukt for å forstå auditiv kortikale funksjon ^2.

En viktig sak i å bruke TMS er at de fysiologiske konsekvensene av stimulering er vanskelig å etablere. Selv om mange TMS studier gjør implisitt forutsetning at området målrettet av spolen er området påvirket, dette trenger ikke være tilfelle, særlig for kompliserte kognitive funksjoner WHIch avhengig interaksjoner på tvers av mange områder av hjernen ^3. En løsning på dette problemet er å kombinere TMS med funksjonell Magnetic resonance imaging (fMRI). Ideen her er at fMRI vil gi en oversikt over endringer i hjernens aktivitet forbundet med TMS. Dermed vil fMRI gi en uavhengig måte å vurdere hvilke områder som er berørt av TMS og hvordan de er modulert ^4. I tillegg tillater fMRI vurderingen av funksjonell tilkobling, som representerer et mål på den temporale kopling mellom fjerne regioner. Det kan dermed være nyttig ikke bare for å måle netto aktivitet modulasjon indusert av TMS i gitte steder, men også i hvilken grad nettverksegenskapene påvirkes av TMS, via eventuelle observerte endringer i funksjonell tilkobling.

Ulike tilnærminger eksisterer for å kombinere TMS og funksjonell avbildning temporalt rekkefølgen av metodene. Funksjonell MR kan påføres før, under, etter eller både før og etter TMS. Nylig, Sammenflettet noen studier TMS og fMRI for å gi elektronisk kartlegging av funksjonelle endringer indusert av TMS ^5-7. Imidlertid har dette online kombinasjonen mange tekniske problemer, inkludert de statiske artefakter som følge av tilstedeværelsen av TMS spolen i skanneren rommet, eller effekten av TMS pulser på prosessen med MR bildedannelse. Men enda viktigere, høyt akustisk støy indusert av TMS (økt sammenlignet med standard bruk på grunn av resonans av skanneren boring) og den økte TMS spiral vibrasjoner (forårsaket av den sterke mekaniske kreftene på grunn av statisk magnetisk felt av MR skanner) utgjør en viktig problem når en skal studere auditiv prosessering.

Dette er en av grunnene fMRI ble gjennomført før og etter TMS i denne studien. Lignende tilnærminger har blitt brukt til å målrette motoren ^8,9 cortex, premotor cortex ^10, primær somatosensoriske cortex ^11,12 og språk-relaterte områder ¹³, Men så langt ingen kombinert TMS-fMRI studie har undersøkt den auditive cortex. Formålet med denne artikkelen er å gi detaljer om protokollen og betraktninger nødvendig for å kunne kombinere disse to nevrovitenskapelig verktøy for å undersøke auditiv prosessering.

Tidligere har vi vist at gjentatte TMS (rTMS) ved høye og lave frekvenser (hhv. 10 Hz og 1 Hz) anvendt over auditive cortex modulert responstid (RT) i en melodi diskriminering oppgave ^2. Vi viste også at RT modulering var korrelert med funksjonell tilkobling i den auditive nettverket vurderes ved hjelp av fMRI: jo høyere funksjonell tilkobling mellom venstre og høyre auditive cortices ved utføring av oppgaver, jo høyere facilitatory effekt (dvs. redusert RT) observert med rTMS. Men disse funnene var hovedsakelig Correlational, som fMRI ble utført før rTMS. Her ble fMRI utført før og umiddelbart etter TMS å gi direkte tiltakav den funksjonelle organiseringen av den auditive cortex, og mer spesifikt av plast omorganisering av det auditive nettverk oppstår etter den nevrale intervensjon levert av TMS.

Kombinert fMRI og TMS brukes over auditive cortex bør muliggjøre en bedre forståelse av hjernen mekanismer auditiv prosessering, som gir fysiologiske informasjon om funksjonelle effekter av TMS. Denne kunnskapen kan være nyttig for mange kognitive nevrovitenskap applikasjoner, så vel som for å optimalisere terapeutiske anvendelser av TMS, særlig i auditiv-relaterte lidelser.

Protocol

Protokollen er delt i en to-dagers sesjon (ikke nødvendigvis sammenhengende). Den første dagen består av en fMRI localizer komponert med en anatomisk og en funksjonell MR for å definere for hver deltaker områdene å være målrettet med TMS. Den andre dagen består i fMRI økter pre-og post-TMS hvor TMS er brukt inne i skanneren ved hjelp av en spesiell MR-kompatibel TMS coil (Magstim Ltd, Wales, Storbritannia) og en frameless stereotactic system (Brainsight). Den sistnevnte brukes til posisjon i sanntid den TMS sp…

Discussion

Vi beskriver en protokoll som kombinerer offline TMS og fMRI til å undersøke den funksjonelle organiseringen av den auditive cortex. I de neste avsnittene vil vi diskutere de metodologiske faktorer å vurdere når gjennomføre en slik tilnærming.

Oppkjøp og timing for post-TMS fMRI session

Order of skanner erverv og avbalansering av pre-og post-TMS fMRI økter

Det er avgjørende å erverve en MR anatomisk scan før og etter …

Materials

Material Name	Tipo	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