Etablering af funktionelle biomarkører til spaced theta-burst-stimulering

Overordnet studiedesign:

Efterforskerne foreslår en funktionel MR-undersøgelse af 10 raske deltagere rekrutteret fra samfundet ved hjælp af et cross-over-design over to dage. På dag 1 vil halvdelen af ​​deltagerne blive randomiseret til at modtage iTBS og halvdelen vil modtage cTBS. På scanningsdag 2 vil den alternative form for TBS blive anvendt, således at alle deltagere vil have gennemført iTBS- og cTBS-sessioner ved afslutningen af ​​de to studiedage.

MR-scanning dag 1 og 2 vil være identiske, bortset fra at iTBS påføres den ene dag og cTBS på den anden. Varigheden af ​​MR-scanningssessionen vil være cirka 120 minutter hver dag. iTBS- og cTBS-scanningssessionerne vil blive adskilt med mindst 3 dage for at sikre, at virkningerne af scanningsdag 1 ikke overføres til scanningsdag 2.

Hver scanningsdag vil bestå af følgende sessioner:

1. Pre-scan session
2. Baseline scanning
3. TBS (individuelt målrettet til M1)
4. Post-TBS scanning

Deltagere og screening:

10 raske personer fra lokalsamfundet vil blive rekrutteret. Potentielle deltagere vil blive screenet ved hjælp af MRI Safety Screening Questionnaire, Transcranial Magnetic Stimulation Adult Safety Screen (TASS) og Mini Mental State Examination (MMSE) for at udelukke personer med kontraindikationer til henholdsvis MRI, TMS eller med kognitive svækkelser. Berettigede deltagere vil give skriftligt informeret samtykke.

Eksperimentelt design:

Deltagerne vil blive bedt om at afstå fra at tage smertestillende medicin i 24 timer før scanningsdagene. Ved starten af ​​hver scanningsdag vil deltagerne først gennemgå en præ-scanningssession uden for scanneren. I denne session vil baseline hvilemotoriske tærskler og smertetærskler for laserstimuli blive opnået. Deltagerne vil også have mulighed for at øve de motoriske og smertemæssige opgaver, som de skal udføre i MR-sessionerne i denne tid. Til den motoriske opgave vil deltagerne blive bedt om at banke med fingeren, når der gives en verbal og/eller auditiv cue. Til smerteopgaven vil deltagerne passivt opleve og vurdere laserstimuli anvendt på forskellige områder af ryg på deres fingre/hænder ved hjælp af en 0-10 numerisk vurderingsskala (NRS). Der vil blive foretaget vurderinger for både smerteintensitet og smerteubehag.

På begge scanningsdage (iTBS og cTBS) vil der blive foretaget baseline MR-scanninger. Disse scanninger vil omfatte følgende: en højopløsnings anatomisk scanning, en hviletilstandsscanning, en motorisk opgavescanning, en smerteopgavescanning, cerebral blodgennemstrømning og en interleaved TMS-fMRI-scanning.

Deltagerne vil derefter blive fjernet fra scanneren og modtage en TBS-session med afstand (enten iTBS eller cTBS afhængigt af dagen), hvor 2 TBS-protokoller anvendes med en 15 minutters pause imellem. TBS vil blive påført kl. Stimuleringen vil blive leveret ved 90 % af hvilemotorens tærskel. Hjerneregionen, der vil blive målrettet, er M1-regionen med den højeste aktivitet fra den motoriske fMRI-opgave, der fandt sted i baseline-scanningen. På denne måde vil hver deltager modtage TBS, der er individuelt målrettet ud fra deres hjernefunktion.

Efter TBS vil deltagerne derefter modtage deres post-TBS MR-scanninger som beskrevet i baseline-scanningssessionen.

Undersøgelsesspecifikationer:

rTMS-administration: Ved hjælp af enkeltpuls-TMS bestemmes hovedbundspositionen for den laveste motoriske tærskel for højre første dorsale interosseous eller abductor pollicis brevis muskler. Hvilemotorisk tærskel (rMT) vil blive defineret af den laveste effektindstilling, der producerer en synlig muskelkontraktion i 50 % forsøg med PEST-software. Efterforskerne vil derefter udføre 40 sekunder af cTBS eller iTBS (afhængigt af sessionen), som vil blive efterfulgt af 15 minutters mellemrum, og derefter yderligere 40 sekunder af cTBS eller iTBS som tidligere beskrevet. Den individualiserede TBS-målplacering for venstre M1 vil blive bestemt ved at bruge hver deltagers funktionelle motoriske opgave MR-scanning og Localite Neuronavigation. Den strukturelle basisscanning opnået under scanning 1 vil også blive brugt til denne lokaliseringsproces.

Smerteinduktionsvurderingsprocedurer: På scanningsdagene vil baseline varmesensationstærskel, varme-smerte-tærskel (HPTpre) og suprathreshold stimulusintensiteter og maksimal varmetolerancetemperatur (HTTpre) blive bestemt for hver frivillig ved hjælp af en MRI-sikker infrarød diodelaserstimulator. En 1,5 sek. varmerampe på op til 20 °C/s vil blive påført 10-20 pletter (40 mm2) på den behårede hud på hånden og fingrene (men ikke tommelfingeren) på deltagerne.

Smertetærskel vil blive bestemt ved hjælp af en tilfældig trappemetode til vurdering. Den gennemsnitlige lasereffekt, der er nødvendig for at producere en vurdering på "1", vil blive brugt til at fastslå smertetærsklen. For at bestemme et intensitet-effekt forhold vil pulser derefter påføres med stigende stimulusintensiteter til forskellige områder af håndens/fingrenes ryg med mindst 30 s mellem stimuli. Forsøgspersoner vil blive bedt om at vurdere smerteintensiteten og ubehagelighederne umiddelbart efter hver stimulus (0 til 10, NRS).

Stimulusintensiteter øges i trin på 300 mW. Intensitetsstigninger vil blive fortsat, indtil en given patient rapporterer et niveau af moderat smerteintensitet (5 ud af 10, NRS). Denne intensitet vil blive betragtet som "overtærskel" for scanningsundersøgelserne. For at træne frivillige i at vurdere deres smerter med en 11-punkts numerisk vurderingsskala (0 til 10, NRS), vil laserens temperatur derefter blive indstillet til at fremkalde tilfældige hudtemperaturer i 5 s mellem de individuelle HPTpre og HTTpre adskilt af 30-sek. intervaller, og de frivillige blev bedt om at vurdere deres smerter. For scanninger efter rTMS-augmented hypnotisk analgesi eller hypnotisk analgesi alene (sham rTMS + hypnotisk analgesi), vil varmesmertescore fremkaldt af den forudbestemte tærskel- og suprathreshold-laserstyrke blive vurderet efter hver scanning. Nedsat smertevurderinger vil bestemme styrken af ​​enhver smertestillende effekt TBS. Forsøgspersoner vil blive bedt om at vurdere deres laserfremkaldte smerte efter hver stimulus under hver scanning.

Fysiologisk dataindsamling: Under hele scanningsproceduren vil vi overvåge perifer autonom fysiologi ved hjælp af MR-kompatible EKG-ledninger og et brystbælte, der overvåger respiration. Dette vil give os mulighed for at beregne respiratorisk sinusarytmi, som giver et godt estimat af vagal tonus, som igen er forbundet med bedre hjertesundhed og selvberoligende. Tilpassede algoritmer udviklet her hos Stanford til samtidig fMRI/EEG for at fjerne MRI-scannerartefakter fra EKG-sporingen vil blive anvendt.

Hjernebilledscanninger:

1. T1-vægtet scanning (anatomisk billede i høj opløsning)
2. Scanning i hviletilstand
3. BOLD motor-tapping opgave scanning
4. Smerte opgave scanning
5. Arteriel-spin-mærkningsscanning (cerebral blodgennemstrømning)
6. Interleaved TMS-fMRI-scanning