Kartierung der Nachwirkungen der Theta Burst Stimulation auf das menschliche Gehör Cortex mit Functional Imaging

Auditive Verarbeitungs ist die Grundlage von Sprache und Musik-bezogene Verarbeitung. Transkranielle Magnetstimulation (TMS) wurde erfolgreich auf kognitive, sensorische und motorische Systeme zu studieren verwendet, aber selten angewendet worden, um vorzuspielen. Hier untersuchten wir TMS mit funktioneller Magnetresonanztomographie kombiniert, um die funktionelle Organisation des auditorischen Kortex zu verstehen.

Auditory cortex pertains to the processing of sound, which is at the basis of speech or music-related processing¹. However, despite considerable recent progress, the functional properties and lateralization of the human auditory cortex are far from being fully understood. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a non-invasive technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses, and represents a unique method of exploring plasticity and connectivity. It has only recently begun to be applied to understand auditory cortical function ².

An important issue in using TMS is that the physiological consequences of the stimulation are difficult to establish. Although many TMS studies make the implicit assumption that the area targeted by the coil is the area affected, this need not be the case, particularly for complex cognitive functions which depend on interactions across many brain regions ³. One solution to this problem is to combine TMS with functional Magnetic resonance imaging (fMRI). The idea here is that fMRI will provide an index of changes in brain activity associated with TMS. Thus, fMRI would give an independent means of assessing which areas are affected by TMS and how they are modulated ⁴. In addition, fMRI allows the assessment of functional connectivity, which represents a measure of the temporal coupling between distant regions. It can thus be useful not only to measure the net activity modulation induced by TMS in given locations, but also the degree to which the network properties are affected by TMS, via any observed changes in functional connectivity.

Different approaches exist to combine TMS and functional imaging according to the temporal order of the methods. Functional MRI can be applied before, during, after, or both before and after TMS. Recently, some studies interleaved TMS and fMRI in order to provide online mapping of the functional changes induced by TMS ^5-7. However, this online combination has many technical problems, including the static artifacts resulting from the presence of the TMS coil in the scanner room, or the effects of TMS pulses on the process of MR image formation. But more importantly, the loud acoustic noise induced by TMS (increased compared with standard use because of the resonance of the scanner bore) and the increased TMS coil vibrations (caused by the strong mechanical forces due to the static magnetic field of the MR scanner) constitute a crucial problem when studying auditory processing.

This is one reason why fMRI was carried out before and after TMS in the present study. Similar approaches have been used to target the motor cortex ^8,9, premotor cortex ¹⁰, primary somatosensory cortex ^11,12 and language-related areas ¹³, but so far no combined TMS-fMRI study has investigated the auditory cortex. The purpose of this article is to provide details concerning the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools to investigate auditory processing.

Previously we showed that repetitive TMS (rTMS) at high and low frequencies (resp. 10 Hz and 1 Hz) applied over the auditory cortex modulated response time (RT) in a melody discrimination task ². We also showed that RT modulation was correlated with functional connectivity in the auditory network assessed using fMRI: the higher the functional connectivity between left and right auditory cortices during task performance, the higher the facilitatory effect (i.e. decreased RT) observed with rTMS. However those findings were mainly correlational, as fMRI was performed before rTMS. Here, fMRI was carried out before and immediately after TMS to provide direct measures of the functional organization of the auditory cortex, and more specifically of the plastic reorganization of the auditory neural network occurring after the neural intervention provided by TMS.

Combined fMRI and TMS applied over the auditory cortex should enable a better understanding of brain mechanisms of auditory processing, providing physiological information about functional effects of TMS. This knowledge could be useful for many cognitive neuroscience applications, as well as for optimizing therapeutic applications of TMS, particularly in auditory-related disorders.

Das Protokoll ist in einem Zwei-Tage-Sitzung (nicht unbedingt aufeinanderfolgenden) unterteilt. Der erste Tag besteht aus einem fMRI Localizer mit einer anatomischen und einer funktionellen MR-Scans, um für jeden Teilnehmer die Bereiche mit TMS gezielt auf definieren zusammen. Der zweite Tag besteht in den fMRI-Sitzungen Pre-und Post-TMS, wo TMS Inneren des Scanners mit einem speziellen MR-kompatible TMS Spule (Magstim Ltd, Wales, UK) und eine rahmenlose Stereotaxie System (Brainsight) angewendet wird. Letzteres wird auf die Position in Echtzeit die TMS-Spule auf die kortikale Bereiche in Bezug auf jedes Teilnehmers anatomischen und funktionellen Daten verwendet.

Ein. Localizer Session

• Starten Sie mit dem Erwerb einer hochauflösenden anatomischen Bild des Teilnehmers.
• Dann erwirbt funktionelle Bilder unter Verwendung eines Gradientenecho EPI Puls und Sparse Probenahme Paradigma um jegliche BOLD Effekt oder auditiven Maskierung aufgrund MRI Abtasten Rauschen ^14,15 minimieren. In unserem Fall wird fMRI aus d durchgeführtährend eine Melodie Aufgabe, in der Teilnehmer zu ermitteln, ob zwei aufeinander folgende 5-Noten-Melodien die gleich oder verschieden sind ^2,16. A Nichtdiskriminierung auditiven Regelaufgabe ist ebenfalls enthalten, in denen die Probanden hören zwei gleich langen Mustern aus fünf Tönen, die alle in der gleichen Tonhöhe von C5 und angewiesen werden, die linke Taste nach dem zweiten Reiz klicken. Perioden der Stille auch zufällig unter den Task Versuchen in jedem Lauf eingeschoben. Insgesamt werden 72 Studien in zufälliger Reihenfolge präsentiert: 24 Studien der Melodie Diskriminierung, 24 auditive kontrollierte Studien und 24 Perioden des Schweigens, für eine Gesamtdauer von 12 min 16 sek.
• Definieren Sie die Stimulation Website mit anatomischen und / oder funktionellen Landmarken. Man muss beachten, dass TMS begrenzt ist in Bezug auf die Tiefe der Stimulationsstelle wegen der Dämpfung von der elektrischen Feldstärke in der Tiefe, und kann nicht erwarten, dass Bereiche tiefer als 3 cm ^6,17 erreichen. Ein entscheidender Schritt ist, um ähnlichen Orientierungspunkten für jeden Teil verwendenicipant, was schwierig sein könnte, weil die Unterschiede in der Anatomie und Funktion zwischen den Teilnehmern. Hier streben wir Heschl der Gyrus in jedem Teilnehmer, sich mit beiden anatomischen und funktionellen Landmarken. Wir verwenden Masken Heschl der Gyrus durch die Harvard-Oxford strukturelle Atlanten (vorausgesetzt http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/data/atlas-descriptions.html ) und der TMS Ziel wird einzeln von der Spitze des definierten Aktivierung innerhalb der Heschl der Gyrus ^2. Darüber hinaus definieren wir auch die Scheitelpunkt-Position, die als Kontrolle vor Ort verwendet werden soll, um für unspezifische Effekte von TMS wie akustische und somatosensorischen Artefakte zu steuern. Der Scheitelpunkt ist anatomisch als ein Punkt in der Mitte zwischen dem Inion und der Brücke der Nase definiert, und in gleichem Abstand von den rechten und linken intertragal Kerben. Die Reihenfolge der Website der Stimulation (dh Heschl der Gyrus oder Vertex) über aufgewogenEinzelpersonen.

2. Pre-und Post-TMS fMRI Experiment

Pre-TMS fMRI-Sitzung

• Bereiten Sie die Teilnehmer direkt in den Scanner. Dies schließt das Entfernen von Metall-und Befüllen der TMS-und MR-Screening Form.
• Starten Sie den MR Akquisition mit einer anatomischen und einer funktionellen Scans (identisch mit dem in der Localizer-Sitzung durchgeführt, siehe Abschnitt 1).

Rahmenlose Stereotaxie und TMS in der MRT-Umgebung

Die rahmenlose Stereotaxie-System besteht aus einer Infrarot-Kamera (Polaris Spectra), einige Werkzeuge und trackers (Brainsight) für das Registrierungsverfahren und einem Computer verwendet komponiert. Der Computer außerhalb des Scanners Raum befindet sich aber am Eingang positioniert des Scanners und der Scanner Raum geöffnet wird während der TMS-Anwendung aufbewahrt. Die Werkzeuge und Tracker sind MR-kompatibel, ebenso wie das Stativ (hausgemachte), die die Infrarot-Kamera und sind therefore verwendet das Innere des Scanners Zimmer. Die Infrarot-Kamera ist nicht MR-kompatibel ist, und wird daher im Inneren des Scanners Raum nahe dem Filmkammertür bei etwa zwei Meter von der Scanner-Bett (siehe Diskussion für Sicherheitsverfahren) positioniert. Die TMS-Stimulator ist in einem Raum neben dem Magnetresonanztomographen Raum befinden. Wir verwenden ein MRI kompatiblen TMS Spule im Inneren des Scanners Raum angeordnet und mit dem TMS-System über eine 7-m Kabel durch einen HF-Filterrohr.

• Laden Sie Ihre Teilnehmer anatomische und funktionelle Bilder und die Stimulation Ziele in der stereotaktischen Software-Paket (zB Brainsight). Hier werden wir gezielt den richtigen Heschl der Gyrus.
• Nach dem Pre-TMS fMRI Akquisition, entfernen Sie die obere MR Kopfspule Teil des 32-Kanal-Kopfspule (bei Verwendung des Siemens 3T Scanner und die 32-Kanal-Kopfspule Konfiguration).
• Dann schieben Sie die Teilnehmer auf das Scanner-Bett.
• Befestigen Sie das Kopfband und tracker Satz auf dem participant Kopf.
• Montieren Sie die Mehrgelenkarm um das Scanner-Bett und befestigen Sie den MR-kompatible TMS Spule auf den Arm.
• Stellen Sie sicher, dass alle die Tracker und die Spule in das Blickfeld der Kamera sind. Hier wird die Kamera geringfügig nach rechts verschoben des Teilnehmers, um ein leichteres Nachführung der Spule Verschiebungen ermöglichen, wenn gezielt die rechte Hemisphäre.
• Kalibrieren Ihres Motivs Kopf mit den Stereotaxie Werkzeuge (dh Zeiger-Tool). Dies wird durch coregistering mehrere Orientierungspunkte an der Kopfgröße des Teilnehmers (zB in unserem Fall die Spitze der Nase, der Nasion und dem Tragus beider Ohren) mit den gleichen Landmarken auf den anatomischen Daten durchgeführt. In diesem Verfahren werden zwei Experimentatoren Bedarf ein, die der Teilnehmer den Kopf zu schließen, um den Zeiger-Werkzeug auf der Kopfgröße des Teilnehmers zu positionieren, und das andere Experimentator am Eingang des Scanner-Raum, um die Registrierung auf dem Computer ausführen.
• Positionieren Sie den MR-kompatible TMS-Spule tangential zu ter Kopfhaut, und die Spule Tracker auf den Infrarot-Kamera gerichtet. Die Spule orientiert ist mit der Spule Griff nach hinten und parallel zu der Mittellinie ^2. Fix die Spule Position mit den Schrauben an der Mehrgelenkarm.
• Im Raum neben der MRI-Scanner, auf dem TMS System einschalten und beginnen Stimulation. TMS ist nach einer strukturierten Protokoll, dh, kontinuierliche theta Burst Stimulation (CTBS), bestehend aus 3 Impulsen bei 50Hz, bei 5Hz für 40 wiederholt angewendet. Wir verwenden eine feste Stimulationsintensität (41%) durch den Stimulator Ausgang ^18,19 definiert. Wir entschieden uns für dieses Protokoll, da es sich gezeigt hat zu modulieren kortikale Plastizität für eine Dauer von bis zu 30 min nach Stimulation Aufhören in gesunden Populationen ^20, (siehe Diskussion im Abschnitt Sicherheitsverfahren).

Post-TMS fMRI-Sitzung

• Sobald Stimulation beendet ist, ist es wichtig, den Gegenstand in den Scanner so schnell wie möglich zu erhalten. Entfernen Sie die TMS Spule von der Scanner-Raum, und entfernen Sie die Mehrgelenkarm. Schieben Sie den Teilnehmer den Kopf in den MR-Kopf Spule. Sichern Sie sich Ihren Scanner ist vorbereitet und bereit zu gehen. Unser Rat ist, den Körper-Plattform während der gesamten TMS-Sitzung angehoben zu halten, und verringern Sie die Anzahl und die Dauer der Localizer Scans auf ein Minimum.
• Da die Wirkungen von rTMS vergänglich sind, sollte die endgültige Scan-Sitzung mit dem funktionellen Scanvorgang zu starten. Auch führten wir fMRI während einer 12-min Lauf der Melodie Aufgabe.
• Nach der endgültigen Scan abgeschlossen ist, mit einer anatomischen Scan zu beenden.

3. Repräsentative Ergebnisse

Analysen von fMRI Daten werden getrennt sowohl für die Pre-und Post-TMS fMRI-Sitzung durchgeführt. Für jeden fMRI-Sitzung (dh Pre-und Post-TMS), zeigt der Kontrast zwischen den Melodien und der auditiven Regelaufgabe aufgabenbezogene Aktivität in der linken und rechten Heschl die Gyri temporalis superior Gyri, inferioren frontalen Gyrus und precentrale Gyri (Abbildung 1 A, B). Um Unterschiede zwischen Pre-und Post-TMS fMRI-Sitzungen auszuwerten, führen wir eine random-Wirkungs-Analyse unter Verwendung des Student gepaarten t-Test. Bedeutung wird mittels Cluster az> 2 Schwelle und einer korrigierten Cluster Schwelle von p = 0,05 ermittelt. Abbildung 1 C stellt den Kontrast post-minus pre-CTBS für einen einzelnen Teilnehmer. Die Daten deuten darauf hin, dass CTBS Targeting das Recht Heschl der Gyrus (schwarzer Kreis) eine Erhöhung der fMRI Antwort in der kontralateralen (links) auditorischen Kortex, einschließlich des linken Heschl der Gyrus induziert. Änderungen im fMRI Antwort auch in der linken Gyrus postcentralis gefunden, links Insula, und in der lateralen okzipitalen Kortex bilateral. Es wird jedoch keine signifikante Veränderung in fMRI Reaktion unter der Spule gesehen. Zusätzlich wird ähnlich kombinierten TMS-fMRI Protokoll wiederholt, um den Scheitel (Steuerstelle) zu stimulieren. Vergleich von Pre-und Post-fMRI-Sessions mit CTBS über den Scheitelpunkt angewendet zeigten keine significant-Effekt (Daten nicht gezeigt).

Abbildung 1. Analyse der einzelnen Vor-TMS fMRI-Daten (A), post-TMS fMRI-Daten (B) und Post-minus pre-TMS fMRI-Daten (C). A. Ergebnisse der Kontrast Melodie Diskriminierung minus auditiven kontrollierte Studien für einen einzelnen Teilnehmer in der Pre-TMS fMRI-Sitzung (A) und in der post-TMS fMRI-Sitzung (B). Von links nach rechts: axiale, koronale und sagittale Ansichten. In beiden (A) und (B), das TMS-Spule wird die richtige Ausrichtung der Heschl Gyrus (schwarzer Kreis), der an x ​​= 54, y = -13 und z = 1 (MNI152 Standardleerzeichen). Bei beiden Pre-und Post-TMS fMRI Sitzungen werden Koordinaten an x = -54 angezeigt, y = -13 und z = 1 (MNI152 Standardleerzeichen), um Änderungen in der linken Hemisphäre an der Stelle der Stimulation (dh rechts Heschl den Gyrus zeigen ). C. Ergebnisse des Kontrastes post-minus pre-TMS fMRI Sitzungen mit Student gepaarten t-Test.

Wir beschreiben ein Protokoll kombiniert offline TMS und fMRT, um die funktionelle Organisation des auditorischen Kortex zu untersuchen. In den nächsten Abschnitten werden wir diskutieren, die methodischen Faktoren zu berücksichtigen, wenn die Durchführung solcher Ansatz.

Erwerb und Timing für post-TMS fMRI-Sitzung

Order of Scans Erwerb und Gegengewicht der Pre-und Post-TMS fMRI-Sitzungen

Es ist entscheidend, um ein MR-anatomischen Untersuchung vor und nach TMS zu erwerben, um eine robuste Registrierung zwischen den beiden funktionellen Scans erhalten. Andernfalls könnten die funktionalen Unterschiede erhalten fällig tun Fehlregistrierung Fragen zwischen den beiden funktionellen Scans anstatt TMS-induzierte Veränderungen der fMRI-Signal. Darüber hinaus kann vor jedem fMRI-TMS-Sitzung (noch vor der fMRI localizer Session), ist es entscheidend, um die Stabilität und Wiederholbarkeit des fMRI-Signals auszuwerten, um für quantitative Vergleiche von fMRT ermöglichenAntwort Größen. In der Tat könnte es eine gute Idee, einige Pilotstudien laufen, wiederholen die Scans nach dem Entfernen und Wiedereinführung des Subjekts (ohne TMS), um das Ausmaß, in dem ein Unterschied aufgrund dieser Faktor allein erwarten kann testen. Die zwischen den Sitzungen Vergleich könnte durch unspezifische TMS Faktoren wie Gewöhnung an MRI Experiment Rahmen, einschließlich des MRI-Umgebung, sowie die Aufgabe ausgeführt werden ²¹ berührt. Um dieses Problem könnte man ein Gegengewicht die Reihenfolge der Pre-und Post-TMS fMRI Sitzungen über die Teilnehmer zu überwinden. Zum Beispiel könnte man mit TMS beginnen und dann Durchführung einer post-TMS fMRI-Sitzung, dann warten Sie ein paar Stunden (oder Tage), und führen Sie die pre-TMS fMRI-Sitzung. Solche Gestaltung hängt von der erwarteten Dauer der TMS-Effekte und praktische Überlegungen wie die Verfügbarkeit des Subjekts und des MR-Scanners. Ein weiterer Ansatz ist sham oder Placebo Reize verwenden, aber ihre Verwendung wird noch diskutiert, da sie möglicherweise nichtdie gleiche akustische und somatosensorischen Empfindungen (z. B. Muskeln Zuckungen) als echte Stimulation und schein TMS wurde gezeigt, dass ähnliche Wirkungen wie eine echte Stimulation ^22-24 aufweisen. Ein weiterer Ansatz ist die TMS auf mehrere Bereiche anwenden und beurteilen die Unterschiede zwischen Standorten; dieser Vergleich voraus, dass die unspezifische Effekte der TMS entspricht standortübergreifend ²⁴ sind. Zum Beispiel kann der Knoten verwendet, um zur akustischen und somatosensorischen Artefakte, TMS begleiten, wie wir hier gezeigt haben steuern.

Timing der Scan-Übernahme

Da die Wirkungen der rTMS vorübergehend sind, ist es wichtig, den Gegenstand in den Scanner so bald wie möglich nach dem Ende des TMS erhalten. Aus diesem Grund haben wir eine MRI-kompatiblen TMS Spule und angewendet TMS, wenn der Teilnehmer lag auf der Scanner-Bett. Aber wenn dieses Gerät nicht verfügbar ist, ist es auch möglich, TMS außerhalb der Scanner-Raum gelten ^{13. Dies erfordert jedoch mehr Zeit als der Teilnehmer muss den Scanner Raum zu verlassen, und man kann nicht ausschließen sekundäre Effekte durch Bewegung und Interaktion mit den Experimentatoren induziert. Halten Sie die Plattform während TMS angehoben und sicherzustellen, dass die Reize geladen werden, bevor TMS abgeschlossen ist. Ein Minimum von zwei Forschern sollte vorhanden sein, ein für die TMS-Sitzung, die andere für die MRI-Sitzung. Während des Übergangs von TMS auf die Post-fMRI-Sitzung ist es wichtig, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer sich bewusst, dass sie mit den Experimentatoren so wenig wie möglich zu interagieren. Die Dauer der TMS post-scan fMRI ist entscheidend und sollte geplant relativen die Dauer der rTMS-induzierten Effekte werden. Es könnte auch interessant sein für die Durchführung mehrerer post-TMS fMRI-Sitzungen in regelmäßigen Abständen nach dem Ende der rTMS, um die rTMS-induzierte Effekte im Laufe der Zeit 12 zuzuordnen.}

Definition von TMS Standorte und Tiefe der stimulierten Ionen

Kombination von TMS und fMRT können beliebige kortikalen Bereich in den präfrontalen, frontal, temporal oder parietalen Kortex abzuzielen. Die wichtigste Einschränkung ist, dass die gezielte Bereich sollte zugänglich sein TMS-Spule, wenn die Teilnehmer im Liegen auf dem Scanner-Bett, daher posterior / occipital Flächen dürfen nicht zugänglich sein. Der Teilnehmer kann auch auf dem Vorlagenhalter sitzen während TMS, aber in diesem Fall ist die Verwendung von Neuronavigation, insbesondere der Infrarot-Kamera stellt Zugang zu okzipitalen Bereiche für TMS begrenzen.

Eine weitere Einschränkung TMS gelten, wenn die Teilnehmer im Liegen auf dem Scanner-Bett ist die mangelnde Flexibilität der Spule Positionen und Orientierungen. Aus diesem Grund wird in dieser Studie wurde die TMS-Spule mit der Spule Griff nach hinten gerichtet und parallel zu der Mittellinie positioniert ist. In einer früheren Studie konnten wir zeigen keinen signifikanten Unterschied der Spule Orientierungen bei der Stimulation des auditorischen Kortex ^2.

Technische Überlegungen für CTBS Protokoll in einer MR-Umgebung

Wir verwendeten eine CTBS Protokoll (50Hz), die bisher stets außerhalb eines MR Scanner-Raum verwendet, also ohne MR-kompatiblen Geräten^20,27-29. Dies ist die erste Studie, die CTBS Inneren MR-Umgebung mit MR-kompatible TMS Geräte angewendet. Um ein solches Protokoll zu implementieren, ist es wichtig zu wissen, dass dieses Set-up reduziert effektiv TMS Ausgang Intensitäten um ca. 20% aufgrund der erhöhten Impedanz des erweiterten MR-kompatible Verkabelung von dem Stimulator zur Spule ^30. Darüber hinaus könnte diese Leistungsbegrenzung wichtiger sein für einige Länder (zB 115V Netzteil in Kanada im Vergleich zu 230V Stromversorgung in Europa). Deshalb, wenn Sie Magstim Ausrüstung sind, müssen Sie eventuell ein zusätzliches Modul (Rapid-2 Plus One Module) zu erwerben, um die Leistung Ihres Systems zu erhöhen. Eine weitere Einschränkung des kombinierten TMS und fMRI beinhaltet die Verwendung von rahmenlose Stereotaxie im MR-Raum, wie die Infrarot-Kamera muss in einem sicheren Abstand von der Bohrung des MR-Scanners positioniert werden kann, und sollte daher in der Lage, große Messvolumen (> bereitzustellen zwei mmeter). Dies ist, warum wir die Polaris-Spektren (NDI Polaris, wählte http://www.ndigital.com/medical/polarisfamily.php ), die ein Sichtfeld von bis zu drei Metern. Es gibt auch MR-kompatible Infrarot-Kameras, die verwendet werden (zB MRC Systems GmbH, Deutschland) werden könnte.

Es ist wichtig anzumerken, dass CTBS Protokoll nicht kann online während kontinuierlichen fMRI Akquisition aufgebracht werden. Wie wir zuvor ³¹ und auch von Bestmann et al getestet. ³² wird eine stille Periode von 90 ms nach jedem TMS Impuls benötigt, um Artefakte in den MR-Bildern durch Leckströme durch das TMS-Spule während der Wiederaufladung Periode des Stimulators zu vermeiden. Kontinuierliche TBS wird von Zügen der drei Pulse bei 50Hz (20 ms zwischen den Impulsen), getrennt durch 200 ms, daher unwahrscheinlich, dass in einem fMRI Akquisition passt geliefert zusammengesetzt. Zusätzlich ist in der Regel nur während CTBS 40s (600 Pulse), wh angewendetIch nicht zulässt viele Wiederholungen von EPI-Sequenzen. Kontinuierliche TBS-Protokoll ist auch sehr laut, die sollten in einer starken neuronalen Aktivität im auditorischen Bereichen führen, und daher möglicherweise nicht geeignet für die Untersuchung von auditiven Verarbeitung. Es könnten jedoch andere Modalitäten TBS, wie intermittierende oder Zwischenprodukte TBS mit einer entsprechend langen TR ²⁰ aufgebracht werden.

Sicherheit von kombinierten CTBS und fMRT

Sicherheit von CTBS

Kontinuierliche TBS hat das theoretische Potenzial verleihen ein höheres Risiko der Beschlagnahme als andere sich wiederholende TMS-Protokolle, weil es Hochfrequenz-Bursts (50Hz) liefert und sollte daher mit Vorsicht zu ³³ verwendet werden. Ein Arzt oder eine Krankenschwester, die Erfahrung mit rTMS aufweist und bei der Behandlung von Krampfanfällen Fachmann sollte innerhalb der Reichweite von der rTMS Labor sein, wenn ein Teilnehmer untersucht wird. Ein Fall von Beschlagnahmung mit CTBS hat in einem gesunden Mann berichtetohne Risikofaktoren für Epilepsie ^34, wo sie verwendet eine höhere Intensität (dh 100% Ruhe motor threshold) als in der ursprünglichen Protokoll ²⁰ (dh 80% aktiv motorischen Schwelle). Das Verfahren im Falle einer Pfändung folgen in den Sicherheitsrichtlinien ^35,36 beschrieben.

MR-kompatiblen Tools

Wenn TMS im MR-Scanner-Raum angewendet wird, ist es entscheidend, dass alle Werkzeuge, die das Innere des Scanners verwendet MR-kompatibel sein. Hier war die Mehrgelenkarm (custom-built), um die TMS-Spule montieren MR-kompatibel (aus Acetal und Polycarbonat), und passen in den MR-Bett-Spezifikationen. Die Mehrgelenkarm ist besonders nützlich für längere Stimulation und eine flexible Positionierung der Spule, und ermöglicht eine Drehung in mehrere Richtungen. Die trackers (Brainsight) zur Positionierung und Tracking verwendet werden, sind MR-kompatibel. Die Infrarot-Kamera (Polaris) ist im MR-Scanner Zimmer, abergehalten in einem sicheren Abstand von der MR-Scanner (mindestens zwei Meter von der Scanner-Bett). Hier keine Abschirmung der Infrarot-Kamera ist erforderlich, da in dieser Entfernung ist das Magnetfeld 0,3 mT (3 Gauss) (persönliche Kommunikation mit Ingenieur von Siemens, ^37,38), die kleiner ist als ein Magnet (50 Gauss) liegt. Hinsichtlich der TMS Stimulator System verwendeten wir ein tragbares Gerät, das in einer Beobachtung suite neben dem Scanner eingestellt ist.

Parameter der Stimulation

Die erste CTBS Studie am Menschen wurde von Huang et al. ^20, die angewendet Ausbrüche von 3 Impulse bei 50Hz, wiederholte bei 5Hz über den primären motorischen Kortex, bei 80% aktiver motorischen Schwelle. Hier, weil wir CTBS zur Heschl der Gyrus Ziel, begründeten wir, dass mit der aktiven motorischen Schwelle als Referenz Maßnahme darf nicht ein guter Indikator für die Erregbarkeit dieser Hirnregion sein. Darüber hinaus haben wir CTBS innerhalb des MR Umwelt und dieses Setup effektiv reduziert Ausgang Intensitäten um etwa 20% (siehe vorherige Abschnitte). Als Referenz, die Untersuchung von Bestmann et al. ³⁹ mit einem ähnlichen Set-up (dh Magstim System mit einem MR-kompatiblen TMS-Spule) berichtete über eine mittlere Intensität der Stimulation von 42% der maximalen Stimulator Ausgang im 12 Teilnehmer, die 70% einzelnen aktiven Motor Schwelle. Hier haben wir 41% der Stimulator Ausgabe, die damit vergleichbar mit früheren CTBS Studien und passt in den Sicherheitsrichtlinien für CTBS Gebrauch verwendet werden, siehe Oberman et al. ⁴⁰ für die Überprüfung.

Es wurde auch darauf hingewiesen, dass mehrere physikalische Mechanismen der Wechselwirkung zwischen biologischen Geweben und statische Magnetfelder theoretisch Änderungen der physiologischen oder biochemischen Prozessen ³⁷ führen. Jedoch haben mehrere Studien veröffentlicht worden, dass diese Effekte Mitteilung die Schwelle von Bedeutung ^38,41,42 sind. Zusätzlich ist in unserer Studie TMS was durchgeführt off-line, wenn der Teilnehmer lag auf das Scanner-Bett und außerhalb der Bohrung des MR-Scanners. In diesem Fall besteht das Hauptmagnetfeld Umgebung des statischen Magnetfelds B0, das mit Abstand von dem Magneten abnimmt; beim Teilnehmer Abstand, ist die Stärke des Magnetfeldes um 3MT (= 3 Gauss oder etwa das Zehnfache der Stärke der Erdmagnetfeldes) ^37,43.

Abschluss

Kombinierte rTMS und fMRI Techniken bieten quantitative Mittel zur Beurteilung TMS-induzierte Veränderungen im Verhalten und die zugrunde liegende Hirnaktivität. TMS selbst ermöglicht, um das Verhalten in der Zeit zu analysieren, aber es gibt zunehmende Realisierung in der Literatur, dass die Interpretation der Ergebnisse ist nicht so einfach, wie ursprünglich gedacht, ^4,44,45. Der Hauptgrund ist, dass TMS Veränderungen der neuronalen Aktivität in dem Bereich induziert, stimuliert, aber auch in abgelegenen Gebieten von der stimulierten Seite und eine Verhaltensänderung ca.nnicht Informationen über die zugrunde liegenden Veränderungen der funktionellen Aktivität und Konnektivität.

Daher in unserer Studie wurde fMRI vor und nach TMS durchgeführt. Wir haben gezeigt, dass eine kontinuierliche theta Burst Stimulation über die rechte Heschl der Gyrus angewendet induziert eine Erhöhung der fMRI Antwort in den homologen Bereichen in der kontralateralen Hemisphäre. Dieser Befund steht im Einklang mit früheren Studien über visuelle oder Sprachverarbeitung zeigt eine Rolle der homologen Bereiche in der kontralateralen Hemisphäre nach TMS-induzierte Störungen ^10,13,46,47. Ob solche interhemisphärischen Interaktionen sind Ausgleichsmaßnahmen zu funktionieren, oder das Ergebnis von kurzfristigen-Plastizität zu bewahren ist nicht gut verstanden und weitere Forschung ist notwendig, um die Natur solcher Mechanismen zu verstehen.

Kombinierte TMS und off-line fMRI eröffnen neue Perspektiven zu funktionellen Aktivierungsmuster und Konnektivität im auditorischen neuronale Netze zu untersuchen und ist auch besonders nützlich to Bewertung möglicher Reorganisation oder kortikale Plastizität. Darüber hinaus könnte diese Kombination auch verwendet werden, um zu beurteilen und langfristige klinische Follow-up in audiologischen, neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen.

Keine Interessenskonflikte erklärt.

CIBC Gemeinschaft (JA) und NSERC Zuschuss (RZ). Wir sind dankbar, dass Roch M. Comeau (Brainsight) für seine Hilfe über die Infrarot-Kamera, die MR-kompatiblen Trackern und anderen Hardware-Unterstützung. Wir sind auch dankbar, dass Brian Hynes (Hybex Innovations Inc.), die Mehrgelenkarm für Spulenhalter konzipiert und wird einige der Figuren in dem Video angezeigt. Und einen besonderen Dank an alle MR Techniker und M. Ferreira aus dem McConnell Brain Imaging Center des Montreal Neurological Institute, die uns die Optimierung der Konstruktion des Experimentes geholfen.