Effetti dell'ecografia focalizzata transcranica sulla corteccia motoria primaria umana utilizzando 7T fMRI

Contesto e significato:

La risonanza magnetica fornisce mappe spaziali altamente dettagliate dell'attivazione corticale e subcorticale. Pertanto, la consegna di tFUS nello scanner MR può fornire informazioni critiche sull'attivazione neurale come risultato di tFUS. Non è chiaro, tuttavia, se tFUS possa generare una risposta rilevabile dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD). Prove preliminari negli esseri umani (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) hanno dimostrato risultati per lo più negativi e risposte altamente variabili forse a causa del trasduttore o dei livelli di intensità acustica utilizzati, della strategia di pulsazione impiegata e/o dello scarso rapporto segnale/rumore. Sappiamo dal lavoro sugli animali che è possibile rilevare un cambiamento nella risposta BOLD da tFUS se esiste già un segnale noto. Yoo et al. (2011) hanno mostrato che gli ultrasuoni focalizzati attenuano il segnale BOLD generato dagli stimoli visivi nella corteccia visiva dei conigli. Pertanto, è ragionevole presumere che questo effetto sia trasferibile agli esseri umani poiché la fisiologia cerebrale sottostante che produce il segnale BOLD è la stessa.

Qui intendiamo studiare l'effetto di tFUS sul segnale BOLD nel motore primario umano (M1). M1 è stato scelto per due motivi fondamentali. 1) L'uso della contrazione muscolare per generare un segnale BOLD in M1 consente l'indagine tFUS sull'elettromiogramma periferico (EMG) e 2) risposte BOLD spazialmente specifiche nella corteccia possono essere generate a seconda della muscolatura utilizzata, consentendo così una mappatura spaziale precisa d'effetto. Il primo punto è di notevole interesse perché se viene dimostrato un effetto rilevabile sulla muscolatura periferica, fornisce un'importante prova iniziale che il tFUS opera sui motoneuroni corticali e sui tratti motori discendenti in modo simile alla stimolazione elettrica ed elettromagnetica, suggerendo così le popolazioni cellulari e i meccanismi influenzati da e responsabile dell'effetto neuromodulatore tFUS. Il secondo punto conferma con alta precisione l'effetto spazialmente selettivo di tFUS e se possiamo stabilire funzioni energia/effetto da questi dati, questo può anche portare al ridimensionamento delle energie tFUS per suscitare effetti specifici come l'inibizione o l'eccitazione.

Insieme, questa conoscenza promuoverà ulteriormente il tFUS per la stimolazione corticale e farà progredire il tFUS per la stimolazione sottocorticale negli esseri umani. Quest'ultimo avanzamento è il grande potenziale di tFUS. Immagina un piccolo dispositivo che può essere semplicemente attaccato alla testa per una stimolazione precisa in qualsiasi parte del cervello al posto della chirurgia. Questo è l'obiettivo finale di questa ricerca, tuttavia, prima che questo possa essere preso in considerazione, sono necessari i dati dettagliati di questa proposta di ricerca.