Kartläggning av efterverkningarna av Theta skurstimuleringen om den mänskliga hörselbarken med funktionella Imaging

Summary

Auditiva processer är grunden för tal och musik-relaterade behandling. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) har använts framgångsrikt för att studera kognitiva, sensoriska och motoriska system, men har sällan använts för att provspela. Här har vi undersökt TMS kombinerat med funktionell magnetisk resonanstomografi för att förstå den funktionella organisation hörselbarken.

Abstract

Hörselbarken avser behandling av ljud, som ligger till grund för tal eller musik-relaterade behandling ^1. Trots betydande framsteg som nyligen gjorts, de funktionella egenskaperna och lateralization den mänskliga hörselbarken är långt ifrån helt klarlagd. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) är en icke-invasiv teknik som kan övergående eller varaktigt modulera kortikal retbarhet genom tillämpning av lokala magnetfält pulser, och representerar en unik metod att utforska plasticitet och anslutningsmöjligheter. Det har först nyligen börjat tillämpas för att förstå hörsel kortikal funktion ^2.

En viktig fråga att använda TMS är att de fysiologiska konsekvenserna av stimulans är svårt att fastställa. Även om många TMS studier gör det underförstådda antagandet att området måltavla spolen är det område som påverkas, behöver detta inte vara fallet, särskilt för komplexa kognitiva funktioner which beror på interaktioner över flera delar av hjärnan ^3. En lösning på detta problem är att kombinera TMS med funktionell magnetresonanstomografi (fMRI). Tanken här är att fMRI ger ett index av förändringar i hjärnans aktivitet associerad med TMS. Således skulle fMRI ger en oberoende sätt bedöma vilka områden påverkas av TMS och hur de moduleras ^4. Dessutom medger fMRI bedömning av funktionella anslutningsmöjligheter, vilket representerar ett mått på den tidsmässiga kopplingen mellan avlägsna regioner. Det kan således vara användbara inte bara för att mäta nätet aktivitet modulering induceras av TMS i givna platser, utan även i vilken grad nätet egenskaper påverkas av TMS, via eventuella observerade förändringar i funktionell anslutning.

Olika metoder finns för att kombinera TMS och funktionell imaging enligt den tidsmässiga ordning metoderna. Funktionell MRI kan appliceras före, under, efter eller både före och efter TMS. Nyligen, Vissa studier interfolierade TMS och fMRI för att ge nätet kartläggning av de funktionella förändringar inducerade av TMS ^5-7. Emellertid har detta online kombination många tekniska problem, bland annat de statiska artefakter till följd av förekomsten av TMS spolen i skannern rummet, eller effekterna av TMS pulser på processen för MR bildframställning. Men ännu viktigare, den högt akustiskt brus inducerad av TMS (ökat jämfört med standard användning på grund av resonansen på skannern hålet) och de ökade TMS vibrationerna spole (orsakade av de starka mekaniska krafter på grund av statiska magnetfält MR skanner) utgör ett avgörande problem när man studerar auditiva processer.

Detta är en av anledningarna fMRI utfördes före och efter TMS i föreliggande studie. Liknande tillvägagångssätt har använts för att rikta motorn cortex ^8,9, premotor cortex ^10, primär somatosensoriska cortex ^11,12 och språkrelaterade områden ¹³Men hittills har ingen kombinerad TMS-fMRI studie har undersökt auditiva cortex. Syftet med denna artikel är att ge information om protokollet och överväganden som krävs för att framgångsrikt kombinera dessa två neurovetenskapliga verktyg för att undersöka auditiv bearbetning.

Tidigare visade vi att repetitiva TMS (rTMS) vid höga och låga frekvenser (resp. 10 Hz och 1 Hz) appliceras över auditiva cortex modulerade svarstid (RT) i en melodi diskriminering uppgift ^2. Vi visade också att RT modulering korrelerade med funktionell anslutning i auditiva nätet bedömts med fMRI: ju högre funktionella kopplingar mellan vänster och höger auditiva cortex under uppgift prestanda, desto högre facilitatory effekt (dvs. minskad RT) observerades med rTMS. Men dessa resultat var främst Correlational, som fMRI utfördes före rTMS. Här, var fMRI genomfördes före och omedelbart efter TMS att tillhandahålla direkta åtgärderav den funktionella organisationen av hörselbarken, och mer specifikt av plast omorganisation av den auditiva neurala nätet inträffar efter den neurala ingripande från TMS.

Kombinerad fMRI och TMS appliceras över hörselbarken bör göra en bättre förståelse av hjärnans mekanismer auditiv bearbetning, ger fysiologiska information om funktionella effekter TMS. Denna kunskap kan vara användbar för många kognitiv neurovetenskap applikationer samt för att optimera terapeutiska tillämpningar av TMS, särskilt inom hörsel-relaterade sjukdomar.

Protocol

Protokollet är uppdelad i en tvådagars sessionen (ej nödvändigtvis i följd). Den första dagen består av en fMRI Localizer komponerad med en anatomisk och en funktionell MR definiera för varje deltagare de områden som riktas med TMS. Den andra dagen består i fMRI sessioner före och efter-TMS där TMS tillämpas inuti skannern med en speciell MR kompatibel TMS spole (Magstim Ltd, Wales, Storbritannien) och en ramlösa stereotaktiskt system (Brainsight). Den senare används för att placera i realtid TMS spolen …

Discussion

Vi beskriver ett protokoll kombinerar offline TMS och fMRI för att undersöka den funktionella organisation auditiva cortex. I nästa avsnitt kommer vi att diskutera de metodologiska faktorer att tänka när de utför sådant tillvägagångssätt.

Förvärv och timing för post-TMS fMRI session

Ordning skanningar förvärv och motverka av pre-och post-TMS fMRI-sessioner

Det är viktigt att få en MR anatomisk skanning före och…

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