Kortlægning af eftervirkningerne af Theta brast Stimulation om den menneskelige auditive cortex med Functional Imaging

Summary

Auditory behandling er grundlaget for tale og musik-relateret behandling. Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) er blevet anvendt med succes til at studere kognitive, sensoriske og motoriske systemer, men er sjældent blevet anvendt til audition. Her har vi undersøgt TMS kombineret med funktionel Magnetic Resonance Imaging til at forstå den funktionelle organisation af auditive cortex.

Abstract

Auditory cortex vedrører den behandling af lyd, der er på grundlag af tale eller musik-relateret behandling ^1. Trods betydelige nylige fremskridt, er de funktionelle egenskaber og lateralization af det menneskelige auditive cortex langt fra fuldstændig forstået. Transkraniel magnetisk stimulation (TMS) er en ikke-invasiv teknik, der kan forbigående eller varigt modulere cortical excitabilitet via anvendelsen af ​​lokaliserede magnetiske impulser, og er et enestående metode til at udforske plasticitet og tilslutning. Det er først for nylig begyndt at blive anvendt til at forstå auditive cortical funktion ^2.

Et vigtigt aspekt i anvendelse af TMS er, at de fysiologiske konsekvenser af stimulering er vanskelige at fastslå. Selv om mange TMS undersøgelser gør den implicitte antagelse, at trafiksignaler af spolen, er det berørte område, behøver dette ikke være tilfældet, navnlig for komplekse kognitive funktioner WHIch afhænge af interaktioner på tværs af mange områder af hjernen ^3. En løsning på dette problem er at kombinere TMS med funktionel magnetisk resonans (fMRI). Ideen her er, at fMRI vil give et indeks for ændringer i hjernens aktivitet forbundet med TMS. Således ville fMRI give en uafhængig middel til at vurdere, hvilke områder der er påvirket af TMS, og hvordan de er moduleret ^4. Desuden giver fMRI vurderingen af ​​funktionelle forbindelser, som udgør et mål for den tidsmæssige kobling mellem fjerntliggende steder. Det kan således være hensigtsmæssigt ikke alene at måle den netaktivitet modulation induceret af TMS i givne steder, men også i hvilken grad de netværksegenskaber påvirkes af TMS, via de observerede ændringer i funktionel forbindelse.

Flere forskellige måder kombinere TMS og funktionel billeddannelse ifølge den tidsmæssige rækkefølge af metoderne. Funktionel MRI kan påføres før, under, efter, eller både før og efter TMS. For nylig, Nogle undersøgelser sammenflettet TMS og fMRI for at tilvejebringe online kortlægning af funktionelle ændringer induceret af TMS ^5-7. Men dette online kombination har mange tekniske problemer, herunder de statiske artefakter som følge af tilstedeværelsen af ​​TMS spolen i scanneren rum, eller virkningerne af TMS impulser på fremgangsmåden ifølge MR billeddannelse. Men endnu vigtigere, den højlydte akustisk støj fremkaldt af TMS (øget sammenlignet med standard brug på grund af resonans af scanneren boring) og de øgede TMS coil vibrationer (forårsaget af de stærke mekaniske kræfter på grund af statiske magnetfelt af MR-scanner) udgør et afgørende problem, når de studerer auditive forarbejdning.

Dette er en af ​​grundene fMRI blev udført før og efter TMS i den foreliggende undersøgelse. Lignende metoder er blevet anvendt til at målrette den motoriske hjernebark ^8,9, premotor cortex ^10, primær somatosensoriske cortex ^11,12 og sprogrelaterede områder ¹³, Men hidtil har ingen kombinerede TMS-fMRI undersøgelse har undersøgt det auditive cortex. Formålet med denne artikel er at give oplysninger om den protokol og overvejelser er nødvendige til at kombinere disse to neurovidenskabelige værktøjer til at undersøge auditive forarbejdning.

Tidligere viste vi, at gentagne TMS (rTMS) ved høje og lave frekvenser (hhv. 10 Hz og 1 Hz), der anvendes i løbet af den auditive cortex modulerede responstid (RT) i en melodi forskelsbehandling opgave ^2. Vi viste også, at RT modulation var korreleret med funktionel konnektivitet i den auditive netværk vurderes ved hjælp af fMRI: jo højere funktionelle konnektivitet mellem venstre og højre auditive cortex under opgaveløsningen, jo højere facilitatory effekt (dvs. nedsat RT) observeret med rTMS. Men disse konstateringer var hovedsagelig Correlational, som fMRI blev udført før rTMS. Her blev fMRI gennemført før og umiddelbart efter TMS til at yde direkte foranstaltningerDen funktionelle organisation af den auditive cortex og mere specifikt af den plastiske reorganisering af den auditive neurale netværk finder sted efter neurale indgreb fra TMS.

Kombineret fMRI og TMS, der anvendes i løbet af det auditive cortex bør sætte en bedre forståelse af hjernens mekanismer auditive forarbejdning, der giver fysiologisk information om funktionelle effekter af TMS. Denne viden kan være nyttige for mange kognitiv neurovidenskab anvendelser, såvel som til at optimere terapeutiske anvendelser af TMS, især auditive lidelser.

Protocol

Protokollen er delt i en to-dages samling (ikke nødvendigvis på hinanden følgende). Den første dag består af en fMRI Localizer sammensat med en anatomisk og en funktionel MR-scanninger til at definere for hver deltager de områder, der skal målrettes med TMS. Den anden dag består i de fMRI sessioner præ-og post-TMS hvor TMS påføres inde i scanneren hjælp af en særlig MR kompatibel TMS spole (Magstim Ltd, Wales, UK) og en rammeløs stereotaktisk system (Brainsight). Sidstnævnte anvendes til placering i realt…

Discussion

Vi beskriver en protokol kombinerer offline TMS og fMRI til at undersøge den funktionelle organisation af den auditive cortex. I de næste afsnit vil vi diskutere de metodiske faktorer at overveje, når der udføres en sådan fremgangsmåde.

Erhvervelse og timing for post-TMS fMRI session

Kendelse scanninger erhvervelse og modvægt af præ-og post-TMS fMRI sessioner

Det er afgørende at opnå et MR anatomisk skanning før og ef…

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