Účinky transkraniálního fokusovaného ultrazvuku na lidskou primární motorickou kůru pomocí 7T fMRI

Pozadí a význam:

MRI poskytuje vysoce podrobné prostorové mapy kortikální a subkortikální aktivace. Jako takové může dodání tFUS v MR skeneru poskytnout kritické informace o nervové aktivaci v důsledku tFUS. Není však jasné, zda tFUS může generovat detekovatelnou odpověď závislou na hladině kyslíku v krvi (BOLD). Předběžné důkazy u lidí (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) prokázaly většinou negativní výsledky a vysoce variabilní odezvy, pravděpodobně kvůli použitému měniči nebo hladinám akustické intenzity, použité strategii pulzování a/nebo špatným poměrům signálu k šumu. Z práce na zvířatech víme, že je možné detekovat změnu v BOLD odpovědi z tFUS, pokud již existuje známý signál. Yoo a kol. (2011) prokázali fokusovaný ultrazvuk k zeslabení signálu BOLD generovaného vizuálními podněty ve zrakové kůře králíků. Je tedy rozumné předpokládat, že tento účinek je přenosný na lidi, protože základní fyziologie mozku produkující signál BOLD je stejná.

Zde plánujeme prozkoumat účinek tFUS na signál BOLD v lidském primárním motoru (M1). M1 byl vybrán ze dvou základních důvodů. 1) Použití svalové kontrakce ke generování signálu BOLD v M1 umožňuje vyšetření tFUS na periferním elektromyogramu (EMG) a 2) lze generovat prostorově specifické BOLD odpovědi v kortexu v závislosti na použitém svalstvu, což umožňuje přesné prostorové mapování účinku. První bod je velmi zajímavý, protože pokud je demonstrován detekovatelný účinek na periferní svalstvo, poskytuje důležitý počáteční důkaz, že tFUS působí na kortikální motorické neurony a sestupné motorické dráhy podobně jako elektrická a elektromagnetická stimulace, což naznačuje buněčnou populaci a mechanismy ovlivněné a zodpovědný za neuromodulační účinek tFUS. Druhý bod s vysokou přesností potvrzuje prostorově selektivní účinek tFUS, a pokud z těchto dat dokážeme stanovit funkce energie/efektu, může to také vést ke škálování energií tFUS k vyvolání specifických účinků, jako je inhibice nebo excitace.

Společně budou tyto znalosti dále podporovat tFUS pro kortikální stimulaci a pokrok tFUS pro subkortikální stimulaci u lidí. Tento poslední pokrok je velkým potenciálem tFUS. Představte si malé zařízení, které lze jednoduše připevnit k hlavě pro přesnou stimulaci kdekoli v mozku namísto chirurgického zákroku. Toto je konečný cíl tohoto výzkumu, ale než o tom bude možné uvažovat, jsou nezbytné podrobné údaje z tohoto návrhu výzkumu.