Transkraniaalisen fokusoidun ultraäänen vaikutukset ihmisen primaariseen motoriseen aivokuoreen 7T fMRI:n avulla

Tausta ja merkitys:

MRI tarjoaa erittäin yksityiskohtaisia ​​spatiaalisia karttoja aivokuoren ja subkortikaalisesta aktivaatiosta. Sellaisenaan tFUS:n toimittaminen MR-skannerissa voi tarjota kriittistä tietoa hermoaktivaatiosta tFUS:n seurauksena. On kuitenkin epäselvää, voiko tFUS tuottaa havaittavan veren happitasosta riippuvan (BOLD) vasteen. Alustavat todisteet ihmisillä (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) ovat osoittaneet enimmäkseen negatiivisia tuloksia ja erittäin vaihtelevia vasteita ehkä käytetyn muuntimen tai akustisen intensiteetin, käytetyn pulssistrategian ja/tai huonon signaali-kohinasuhteen vuoksi. Tiedämme eläintyöstä, että tFUS:n BOLD-vasteen muutos on mahdollista havaita, jos tunnettu signaali on jo olemassa. Yoo et ai. (2011) osoittivat fokusoidun ultraäänen vaimentavan visuaalisten ärsykkeiden tuottamaa BOLD-signaalia kaniinien näkökuoressa. Näin ollen on kohtuullista olettaa, että tämä vaikutus on siirrettävissä ihmisiin, koska taustalla oleva aivojen fysiologia, joka tuottaa BOLD-signaalin, on sama.

Tässä aiomme tutkia tFUS:n vaikutusta BOLD-signaaliin ihmisen ensisijaisessa moottorissa (M1). M1 on valittu kahdesta perustavanlaatuisesta syystä. 1) Lihaksen supistuksen käyttö BOLD-signaalin muodostamiseen M1:ssä mahdollistaa tFUS:n tutkimisen perifeerisessä elektromyogrammissa (EMG) ja 2) aivokuoressa voidaan luoda spatiaalisesti spesifisiä BOLD-vasteita käytetystä lihaksistosta riippuen, mikä mahdollistaa tarkan spatiaalisen kartoituksen. vaikutuksesta. Ensimmäinen seikka on erittäin kiinnostava, koska jos havaittavissa oleva vaikutus perifeeriseen lihaksistoon osoitetaan, se tarjoaa tärkeitä alustavia todisteita siitä, että tFUS toimii aivokuoren motorisissa neuroneissa ja laskevissa motorisissa osissa samankaltaisesti kuin sähköinen ja sähkömagneettinen stimulaatio, mikä viittaa solupopulaatioihin ja mekanismeihin, joihin vastuussa tFUS:n neuromodulatorisesta vaikutuksesta. Toinen kohta vahvistaa suurella tarkkuudella tFUS:n spatiaalisesti selektiivisen vaikutuksen, ja jos voimme määrittää energia/vaikutusfunktiot näistä tiedoista, tämä voi myös johtaa tFUS-energian skaalaamiseen spesifisten vaikutusten, kuten inhibition tai virityksen, aikaansaamiseksi.

Yhdessä tämä tieto edistää entisestään tFUS:a aivokuoren stimulaatiossa ja edistää tFUS:a subkortikaalista stimulaatiota varten ihmisillä. Tämä viimeinen edistysaskel on tFUS:n suuri potentiaali. Kuvittele pieni laite, joka voidaan yksinkertaisesti kiinnittää päähän tarkkaa stimulaatiota varten missä tahansa aivoissa leikkauksen sijaan. Tämä on tämän tutkimuksen perimmäinen tavoite, mutta ennen kuin sitä voidaan harkita, tämän tutkimusehdotuksen yksityiskohtaiset tiedot ovat tarpeen.