TMSによる皮質興奮性と認知機能の調査

合計で、60 人の参加者がこの試験に参加するために募集されます。 研究者は、MCI 患者 30 人と同年齢の健康な成人 30 人を募集することを目指しています。 含める年齢範囲は 18 ～ 80 歳で、健康なコホートの平均年齢は MCI コホートの平均年齢と一致します。 次の改訂された MCI の Mayo Clinic 基準が使用されます。(1) 医師、情報提供者、参加者、または看護師によって表明された認知上の懸念(2) 1 つ以上の認知領域 (記憶、言語、視覚空間スキル、または実行機能) の障害。 (3) 基本的に正常な機能活動。 (4) 認知症でないこと。 MCI の個人は、Mini-Mental State Exam (MMSE、付録 19) のスコアが 18 ～ 23 (両端を含む) で、臨床認知症評価尺度のスコアが 0.5 です。

この研究プロトコルは、4 つの個別のコンポーネントで構成される 1 回のテスト訪問で構成されます: a) 静止状態 fMRI、b) シングル パルス TMS パラダイム、c) シータ バースト rTMS パラダイム、および d) iPad で実行される簡単な運動課題。

これらのタスクは、シータ バースト rTMS パラダイム (c) の前後に繰り返されます。 したがって、テスト訪問は次のとおりです。

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

このプロトコルにより、研究者は rTMS パラダイムの前後の両方で次のことを研究できるようになります: 1) 脳の機能的ネットワークを構成する接続パターン、2) 単一パルス TMS に由来する皮質興奮性の測定、および 3) 上肢モーター速度 &視力。

経頭蓋磁気刺激:

磁気刺激は、高出力の MagPro X100 (MagVenture Inc. デンマーク）（付録11）。 TMS マシンが刺激を与えると、患者はコイルの下でクリック/タッピングの感覚を感じることがあります。 参加者には、TMS セッション中の聴覚を保護するための追加の安全対策として、イヤホンが提供されます。 TMS セッションを開始する前に、研究チームは、参加者が TMS チェアでできるだけ快適に過ごせるようにします。

シングル パルス TMS パラダイム:

まず、TMS によって生成される磁場に対する感度は人によって異なるため、デバイスは個人ごとに調整する必要があります。 TMS デバイスは、参加者が可能な限り低い「線量」を受けていることを確認するために調整されます。 そうするために、TMSコイルは、前中心回に位置する運動皮質の特定の領域である指の動きを担う脳の領域の真上の頭皮に配置されます. 次に、TMS コイルは、手 (具体的には親指と人差し指) をけいれんさせるレベルに達するまで段階的にエスカレートするパルスを送信します。 これは視覚的に観察され、筋電図 (EMG) センサーで定量的に記録されます。 手をけいれんさせるのに必要なエネルギー量は「運動閾値」と呼ばれ、人によって異なります。 この「モーターしきい値」は、TMS プロトコル用にマシンを調整するために使用されます。

8 の字 TMS コイルは、反対側の最初の背側骨間 (FDI) 筋肉の運動誘発電位 (MEP) を誘発するために最適な頭皮位置で運動皮質上に保持されます。 指の動きを視覚的に観察するだけでなく、調査員は表面筋電図 (EMG) 電極を右の FDI の皮膚に取り付けます。 電極は筋肉のあらゆる活動を検出し、個人の「運動閾値」をより正確に測定します。 反対側の FDI でモーター応答を誘発する正確な位置は、「ホット スポット」と呼ばれます。 この場所は、リアルタイム TMS 3D ニューロナビゲーション システム (Localite TMS Navigator、ドイツ、http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572) を使用して記録されます。 次の試験でテストの一貫性を確保するため。 Localite は、TMS 機器と組み合わせて使用​​されるソフトウェア パッケージです。 赤外線カメラが組み込まれており、参加者の頭に対する TMS コイルの位置を記録します。 これにより、研究者はセッション全体でコイルを同じ正確な位置に確実に配置できます。

安静時運動閾値 (RMT) は、安静時に限界 MEP (10 回の試行の 50% で約 50 μV) を生成する最小刺激強度として定義されます。 能動運動閾値 (AMT) は、一般に、テストされた筋肉の等尺性収縮中にリミナル MEP (10 回の試行の 50% で約 200 μV) を生成する最小刺激強度として定義されます。 RMT と AMT は両方とも、磁気刺激装置の最大出力のパーセンテージとして表されます。 個々の参加者からの RMT および AMT データは、次の単一パルスおよび反復 TMS プロトコルの強度を導くための興奮性のベースライン メジャーとして機能します。 これは、左半球に対して実行されます。 研究者は、パラメーター推定シーケンシャル テスト (PEST) アルゴリズムも使用して、RMT と AMT をより効率的に識別します。

参加者の運動閾値と「ホット スポット」が特定された後、Localite Navigator ソフトウェアによって以前に記録された「ホット スポット」の上に TMS コイルが配置され、一意に識別された参加者の 80% に刺激強度が設定されます。 . たとえば、特定の個人のアクティブな運動閾値が MagPro の最大出力の 40% であると判断された場合、デバイスの強度は、単一パルス プロトコルの最大出力の 32% に設定されます (32 は 40% の 80% に相当します)。 、この例ではAMT)。 このとき、TMS コイルが「ホット スポット」に固定されているため、8 つの TMS パルスが (6 秒間隔で) 適用されます。 この手順は、参加者の AMT の 150% に相当する強度まで、増分 (つまり、AMT の 10%) で繰り返されます。 このプロトコルは、6 秒間隔で繰り返し配信される 64 の単一パルス刺激で構成されます。 この手順は安全で、以前に公開された標準のシングル パルス TMS プロトコルに従います。

この単一パルス TMS プロトコルは、rTMS プロトコルの前後に 2 回実行されます。 各シングル パルス TMS プロトコルは、約 30 分間続きます。 組み合わせると、これは「単一パルス TMS」パラダイム中の 128 回の刺激に相当します。 単一パルス プロトコル全体で、参加者は小指と親指の指に触れて、微妙な背景の随意収縮を提供するように求められます。 これは、運動経路を「促進」し、プロトコル全体で刺激強度のしきい値を下げます。

rTMS:

反復 TMS (rTMS) プロトコルでは、断続的なシータ バースト刺激 (iTBS) と呼ばれるパターン化された rTMS パラダイムが使用されます。 iTBS は、50 Hz で提示される 3 つの二相性 TMS 刺激で構成され、AMT の 80% の強度で 2 秒間 200 ms ごとに繰り返されます (たとえば、AMT が最大出力の 40% であると判断された場合、TMS は 32% で配信されます)。このプロトコルの場合)。 したがって、各刺激トレインは 2 秒間続きます (トレインごとに 30 刺激) 8 秒のトレイン間隔で。 この rTMS プロトコルは、10 個の iTBS トレインで構成され、磁気コイルから合計 300 個の刺激が発生します。

この rTMS プロトコルの間、コイルは左半球の「ホットスポット」上に配置されます。 rTMS プロトコルは 1 回だけ実行され、約 10 分間続きます。

MRI プロトコル:

これは、同じ建物内の TMS デバイスに隣接する部屋で行われます。 安全のため、参加者はスキャナールームに入る前に、MRIセンターの待合室にすべての金属製の物体と身の回り品（財布、電話、宝石など）を預けるよう求められます。 参加者は仰向けになり、MRI スキャンの間じっとしているように求められます。 スキャナーにいる間、ノイズを減衰させ、聴力を保護するために、耳栓が与えられます。 ベルクロ ストラップを額の上に配置することもでき、スキャン中の頭の動きを最小限に抑えるためにフォーム枕が提供されます。 スキャン中に参加者が可能な限り快適に過ごせるようにあらゆる努力が払われます。これには、暖かさのための毛布や、仰向けに横たわることによるストレスを軽減するために膝/背中の下に配置されるクッションが含まれます。

参加者は、スキャンの前に、参加は任意であり、いつでもスキャンを停止するよう合図できることが通知されます。 スキャナーにはインターホン システムがあり、参加者はスキャナーにいる間ずっと、MRI 技術者や研究チームのメンバーと通信することができます。 さらに、制御室の MRI 技術者に警告する手で置かれた信号ボールを握るか、実験者に見られる足を上げることによって、いつでもすぐに試験を停止することができます。制御室で。

重要なことに、MRI データのコレクションでは造影剤は使用されません。 また、すべての MRI データは「安静状態」で取得されるため、参加者はリラックスしてスキャン中じっとしているように求められます。

より具体的には、MRI データは、32 チャンネル ヘッド コイルを備えたシーメンス 3.0 テスラ スカイラ マグネットで収集されます。 合計スキャン時間は 30 分です。 シーケンスの順序は次のとおりです: ローカライザー スキャン (62 秒)、構造 MPRAGE (9 分)、静止状態の fMRI スキャン (5 分)、および拡散テンソル イメージング (DTI) スキャン (14 分)。 ローカライザーは、次のパラメーターを使用して収集されます - 方向: 下位から上位、TR= 8.6 ミリ秒、エコー時間 (TE)=4.0 ms、フリップ角 = 20、FOV = 250 mm、5 スライス、スライス厚 7 mm。 高解像度の構造画像は、T1 加重スポイル グラジエント リコール (SPGR) シーケンスを使用して取得されます (TR = 22ms、TE = 5.4ms、FOV = 25.6cm、フリップ角 = 20°、面内マトリックス サイズ = 256 x 256 ; スライスの厚さ = 1 mm; スライスの数 = 172)。 全脳の静止状態の fMRI データは、T2* 強調エコープラナー イメージング (EPI) を使用して収集されます (TR= 1.5 秒; TE= 30 ミリ秒; FOV= 25.6 cm; フリップ角= 90°; 面内マトリックス サイズ = 64 x 64; スライスの厚さ = 4 mm)、4 mm3 の等方性ボクセルを持つ 39 の軸方向スライスからの機能データが得られます。 安静状態の fMRI スキャン中、参加者は目を開けて十字線に固執します。 DTI 画像は、86 方向の拡散を測定する拡散増感パラレル EPI シーケンスを使用して、アキシャル面で取得されます (b ファクター = 1000 s/mm2、TR = 7 秒、TE = 82.5 ミリ秒、視野 (FOV) = 25.6 cm)。 、行列 = 128 x 128、2 mm のインターリーブ スライス、平行加速係数 = 2)。

静止状態の fMRI データは、パイプライン (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) を使用して前処理されます。 脳ソフトウェア ライブラリ (FSL バージョン 5.0.5、www.fmrib.ox.ac.uk/fsl) の機能的 MRI のためのオックスフォード センターのツール。 前処理ステップには、スライス時間補正、モーション補正用の MCFLIRT、脳抽出用の Brain Extraction Tool (BET)、および MNI 152 T1 テンプレート (Montreal Neurological Institute、モントリオール、カナダ) への正規化用の FLIRT が含まれます。 調査員は、FSL FAST で作成されたマスクに基づいて白質と脳脊髄液からの信号を回帰し、FSL SUSAN を使用して 5 mm カーネルでデータを平滑化します。 テンポラル バンドパス フィルタリングは、データを 0.001 ～ 0.08 Hz 帯域の周波数に制限します。 パワーらの推奨に従って、捜査官はフレーム単位の変位しきい値 0.5 と経時変化しきい値 (DVARS) 0.5% を使用してモーション スクラブを実行します。

行動測定：運動課題

研究者は、デジタル コンピューター ソフトウェア Cantab (Cambridge Cognition Ltd.、イギリス) を搭載した iPad を行動測定に使用します。 Cantab は、学術研究用の十分に検証されたツールである、クラウドベースのコンピューター化された認知評価ソフトウェアです。 調査員は、1) モーター スクリーニング タスク、2) ペアード アソシエイツ ラーニング テスト (タブレット) を使用して、それぞれモーターとメモリの機能を測定する予定です。

モーター スクリーニング タスクでは、参加者が画面上のさまざまな場所に表示される点滅する十字に触れる必要があります。 結果の尺度には、ポインティングの精度と反応時間が含まれます。