A kérgi ingerlékenység és a kognitív funkció vizsgálata TMS-sel

Összesen 60 résztvevőt vesznek fel, hogy részt vegyenek ebben a kísérletben. A kutatók célja 30 MCI-s beteg és 30 megfelelő korú egészséges felnőtt toborzása. A befogadás korhatára 18-80 év, és az egészséges kohorsz átlagéletkora az MCI kohorsz átlagéletkorához igazodik. A Mayo Clinic következő felülvizsgált kritériumait kell alkalmazni az MCI-re: (1) orvos, informátor, résztvevő vagy nővér által kifejezett kognitív aggodalmak; (2) egy vagy több kognitív tartomány (memória, nyelv, térbeli térkészség vagy végrehajtó funkciók) károsodása; (3) lényegében normális funkcionális tevékenységek; és (4) a demencia hiánya. Az MCI-vel rendelkező egyének Mini-Mental State Exam (MMSE, 19. függelék) pontszáma 18 és 23 között van (beleértve), és a Clinical Demenia Rating Scale pontszáma 0,5.

Ez a vizsgálati protokoll egyetlen tesztelési látogatásból áll, amely négy különálló komponensből áll: a) nyugalmi állapotú fMRI, b) egyimpulzusos TMS paradigma, c) théta-burst rTMS paradigma és d) egy iPaden végrehajtott rövid motoros feladat.

Ezeket a feladatokat meg kell ismételni a théta-burst rTMS paradigma előtt és után (c). Ezért a tesztelő látogatás:

(a) --> (d) --> (b) --> (c) --> (b) --> (a) --> (d)

Ez a protokoll lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tanulmányozzák a következőket az rTMS paradigma előtt és után is: 1) az agy funkcionális hálózatait magában foglaló kapcsolódási minták, 2) az egyimpulzusos TMS-ből származó kérgi ingerlékenység mérései, és 3) a felső végtag motoros sebessége és élesség.

Transzkraniális mágneses stimuláció:

A mágneses stimulációt nagy teljesítményű MagPro X100 (MagVenture Inc.) segítségével hajtják végre. Dánia)(11. függelék). Amikor a TMS gép ingereket ad ki, a betegek érezhetik és/vagy kattanó/koppanó érzést érezhetnek a tekercs alatt. A résztvevők füldugót kapnak további biztonsági óvintézkedésként a hallás védelmére a TMS-munka során. A TMS munkamenet megkezdése előtt a kutatócsoport gondoskodik arról, hogy a résztvevő a lehető legkényelmesebben érezze magát a TMS-székben.

Egyimpulzusos TMS paradigma:

Először is, az eszközt minden egyes személyre kalibrálni kell, mert mindenki más érzékenységgel rendelkezik a TMS által generált mágneses mezőkre. A TMS eszközt úgy kalibrálják, hogy a résztvevő a lehető legalacsonyabb "adagot" kapja. Ennek érdekében a TMS-tekercset a fejbőrre helyezik közvetlenül az agynak az ujjmozgásokért felelős régiója fölé, amely a motoros kéreg egy speciális régiója, amely a pre-centrális gyruson található. A TMS tekercs ezután olyan impulzusokat ad ki, amelyek fokozatosan fokozódnak, amíg el nem érik azt a szintet, amelytől a kezük megrándul (pontosabban a hüvelykujj és a mutatóujj). Ezt vizuálisan megfigyelik és mennyiségileg rögzítik elektromiográfiás (EMG) érzékelőkkel. A kezük megrándításához szükséges energiamennyiséget "motoros küszöbnek" nevezik, és ez mindenkinél eltérő. Ezt a "motor küszöbértéket" ezután a gép a TMS protokollhoz való kalibrálására használja.

Egy nyolcas TMS tekercset tartanak a motoros kéreg fölött a fejbőr optimális pozíciójában, hogy motor által kiváltott potenciálokat (MEP) váltsanak ki az ellenoldali első dorzális interosseous (FDI) izomban. Amellett, hogy vizuálisan megfigyelik az ujjak mozgását, a kutatók felületi elektromiográfiás (EMG) elektródákat is rögzítenek a jobb FDI bőréhez. Az elektródák érzékelik az izmok bármely tevékenységét, ami pontosabb mérést eredményez a személyes "motoros küszöb" tekintetében. Azt a pontos helyet, amely motoros választ vált ki az ellenoldali FDI-ben, "forró pontnak" nevezik. Ezt a helyet a valós idejű TMS 3D neuronavigációs rendszer rögzíti (Localite TMS Navigator, Németország, http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572) hogy biztosítsuk a tesztelés következetességét a következő kísérletekben. A Localite egy szoftvercsomag, amelyet a TMS berendezésekkel együtt használnak. Tartalmaz egy infravörös kamerát, amely rögzíti a TMS tekercs helyét a résztvevő fejéhez képest. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a tekercset megbízhatóan ugyanarra a pontos helyre helyezzék az egész munkamenet során.

A nyugalmi motoros küszöböt (RMT) úgy definiálják, mint azt a minimális ingerintenzitást, amely nyugalmi állapotban liminális MEP-t (körülbelül 50 μV 10 kísérlet 50%-ában) hoz létre. Az aktív motoros küszöböt (AMT) általában úgy definiálják, mint azt a minimális ingerintenzitást, amely a vizsgált izom izometrikus összehúzódása során liminális MEP-t (körülbelül 200 μV 10 kísérlet 50%-ában) hoz létre. Mind az RMT, mind az AMT a mágneses stimulátor maximális teljesítményének százalékában lesz kifejezve. Az egyes résztvevők RMT- és AMT-adatai az ingerlékenység kiindulási mérőszámaként szolgálnak a következő egyimpulzusok és ismétlődő TMS-protokolljaink intenzitásának irányításához. Ezt a bal agyféltekére kell elvégezni. A kutatók a Parameter Estimation Sequential Testing (PEST) algoritmust is használják az RMT és az AMT hatékonyabb azonosítására.

Miután a résztvevőnél azonosították a motoros küszöböt és a "hot spot"-t, a TMS tekercset a "forró pont" fölé helyezik, amelyet korábban a Localite Navigator szoftver rögzített, és az ingerintenzitást az egyedileg azonosított AMT résztvevők 80%-ára állítja be. . Például, ha egy adott személy aktív motoros küszöbértéke a MagPro maximális teljesítményének 40%-a, akkor az eszköz intenzitása a maximális kimenet 32%-ára lesz beállítva az egyimpulzus protokollhoz (32 egyenlő a 40% 80%-ával). , az AMT ebben a példában). Ekkor 8 TMS impulzus kerül alkalmazásra (6 másodperccel elválasztva), miközben a TMS tekercs a "forró ponton" van rögzítve. Ezt a lépést növekvő lépésekben (azaz az AMT 10%-áig) megismételjük a résztvevő AMT-jének 150%-ának megfelelő intenzitásig. Ez a protokoll 64 egyimpulzusos ingerből áll, amelyek ismétlődően 6 másodperces különbséggel kerülnek leadásra. Ez az eljárás biztonságos, és követi a korábban közzétett szabványos egyimpulzusos TMS protokollokat.

Ezt az egyimpulzusos TMS protokollt kétszer hajtják végre, az rTMS protokoll előtt és után egyaránt. Minden egyes impulzusos TMS protokoll körülbelül 30 percig tart. Összességében ez 128 ingernek felel meg az "egyimpulzusos TMS" paradigmák során. Az egyimpulzusos protokoll során a résztvevőket arra kérik, hogy érintsék meg rózsaszínű ujjukat és hüvelykujjukat, hogy finom, önkéntes összehúzódást biztosítsanak a háttérben. Ez „könnyíti” a motoros útvonalat, és csökkenti a stimulációs intenzitás küszöbét a protokoll teljes időtartama alatt.

rTMS:

Az ismétlődő TMS (rTMS) protokollban az intermittens théta burst stimulációnak (iTBS) nevezett mintás rTMS paradigmát fogják használni. Az iTBS három kétfázisú, 50 Hz-es TMS-ingerből áll, amelyeket 200 ms-onként 2 másodpercig megismételnek az AMT 80%-os intenzitásával (pl. ha az AMT a maximális teljesítmény 40%-ának van meghatározva, a TMS 32%-án lesz leadva ehhez a protokollhoz). Ezért minden egyes stimulációs sorozat két másodpercig tart (30 inger sorozatonként), a vonatok közötti intervallum 8 másodperc. Ez az rTMS protokoll 10 iTBS-vonatból áll, amelyek összesen 300 ingert tartalmaznak a mágnestekercstől.

Ezen rTMS protokoll alatt a tekercs a bal félteke "hotspotja" fölé kerül. Az rTMS protokoll csak egyszer kerül végrehajtásra, és körülbelül 10 percig tart.

MRI protokollok:

Ez ugyanabban az épületben történik, a TMS eszközzel szomszédos helyiségben. A résztvevők biztonsága érdekében minden fémtárgyat és személyes tárgyat (pl. pénztárca, telefon, ékszer) hagyjanak az MRI központ várótermében, mielőtt belépnének a szkennerbe. A résztvevőket arra kérik, hogy feküdjenek hanyatt, és maradjanak mozdulatlanul az MRI-vizsgálat idejére. Füldugókat kapnak, hogy csillapítsák a zajt és védjék a hallásukat, amíg a szkennerben vannak. Tépőzáras pánt is elhelyezhető a homlokon, és habpárnák is rendelkezésre állnak, hogy minimálisra csökkentsék a fej mozgását a vizsgálat során. Mindent megtesznek annak érdekében, hogy a résztvevők a lehető legkényelmesebben érezzék magukat a vizsgálat során, beleértve a melegítő takarót és a párnákat, amelyeket a térd/hát alá kell helyezni, hogy csökkentsék a háton fekvésből adódó stresszt.

A résztvevőket a vizsgálat előtt emlékeztetjük arra, hogy részvételük önkéntes, és bármikor jelezhetik a vizsgálat leállítását. A szkennerben egy kaputelefon rendszer található, amely lehetővé teszi a résztvevők számára, hogy kommunikáljanak az MRI technikussal és a kutatócsoport tagjaival a szkennerben töltött teljes időtartam alatt. Ezenkívül bármikor azonnal leállíthatják a vizsgálatot, akár a kezükben lévő jelzőgolyó megnyomásával, amely figyelmezteti a vezérlőteremben tartózkodó MRI-technikust, vagy a lábuk felemelésével, amit a kísérletvezető láthat. a vezérlőteremben.

Fontos, hogy az MRI-adatgyűjtésünk során nem használunk kontrasztanyagot. Ezenkívül az összes MRI adatot "nyugalmi állapotban" gyűjtik, így a résztvevőket arra kérik, hogy pihenjenek és maradjanak nyugodtan a vizsgálat idejére.

Pontosabban, az MRI adatokat egy 32 csatornás fejtekerccsel felszerelt Siemens 3.0 Tesla Skyra Magneten gyűjtik majd. A teljes szkennelési idő 30 perc lesz. A szekvenciák sorrendje a következő lesz: lokalizátor szkennelés (62 másodperc), strukturális MPRAGE (9 perc), nyugalmi állapotú fMRI vizsgálat (5 perc) és diffúziós tenzoros képalkotás (DTI) vizsgálat (14 perc). A lokalizátor a következő paraméterek segítségével kerül begyűjtésre - irány: jobbnál alacsonyabb, TR=8,6 ms, visszhangidő (TE)=4,0 ms, billenési szög = 20, FOV=250 mm, 5 szelet, 7 mm szeletvastagság. A nagy felbontású szerkezeti képeket a T1 súlyozott elrontott gradiens-visszahívott (SPGR) sorozat (TR = 22 ms; TE = 5,4 ms; FOV = 25,6 cm; billenési szög = 20°; síkbeli mátrix mérete = 256 x 256) használatával készíti. szeletvastagság = 1 mm; szeletek száma = 172). A teljes agy nyugalmi állapotú fMRI-adatait T2*-súlyozott echo-sík képalkotás (EPI) segítségével gyűjtjük (TR=1,5 s; TE=30 ms; FOV= 25,6 cm; billenési szög= 90°; síkbeli mátrixméret= 64 x 64; szeletvastagság = 4 mm), ami 39 axiális szelet funkcionális adatait eredményezi 4 mm3 izotróp voxelekkel. A nyugalmi állapotú fMRI vizsgálat során a résztvevők nyitott szemmel fixálják a hajkeresztet. A DTI-képek axiális síkban, diffúziós érzékenységű párhuzamos EPI-szekvenciával készülnek, amely 86 irányban méri a diffúziót (b-tényező = 1000 s/mm2; TR = 7s; TE = 82,5 ms; látómező (FOV) = 25,6 cm , mátrix= 128 x 128, 2 mm-es átlapolt szeletek; párhuzamos gyorsulási tényező= 2).

A nyugalmi állapotú fMRI-adatokat egy folyamat (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) segítségével dolgozzák fel. és eszközök a Brain Software Library Oxford Center for Functional MRI-jében (FSL 5.0.5 verzió, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Az előfeldolgozási lépések közé tartozik a szeletidő-korrekció, az MCFLIRT a mozgáskorrekcióhoz, a Brain Extraction Tool (BET) az agy extrakciójához és a FLIRT az MNI 152 T1 sablonhoz való normalizáláshoz (Montreal Neurological Institute, Montreal, Kanada). A kutatók az FSL FAST-ben létrehozott maszkok alapján regressziót hajtanak végre a fehérállományból és az agy-gerincvelői folyadékból, és az adatokat egy 5 mm-es kernellel FSL SUSAN segítségével simították ki. Az időbeli sávszűrő szűrés a 0,001-0,08 Hz-es sáv frekvenciáira korlátozza az adatokat. Power és munkatársai ajánlását követve a vizsgálók mozgásos súrolást hajtanak végre 0,5-ös képkockánkénti eltolási küszöb és 0,5%-os időbeli eltérési küszöb (DVARS) használatával.

Viselkedési mérőszám: Motoros feladat

A kutatók a Cantab (Cambridge Cognition Ltd., Anglia) digitális számítógépes szoftverrel felszerelt iPadeket fogják használni viselkedési méréseinkhez. A Cantab egy felhő alapú, számítógépes kognitív értékelő szoftver, amely jól validált eszköz az akadémiai kutatásokhoz. A kutatók 1) Motoros szűrési feladatot, 2) Páros munkatársak tanulási tesztjét (táblagépen) kívánják használni a motor és a memória funkcióinak mérésére.

A motoros átvizsgálási feladathoz a résztvevőknek meg kell érinteniük a villogó keresztet, amely a képernyőn különböző helyeken látható. Az eredménymutatók közé tartozik a mutatás pontossága és a reakcióidő.