間隔を空けたシータバースト刺激のための機能的バイオマーカーの確立

全体的な研究デザイン:

研究者は、2 日間にわたるクロス オーバー デザインを使用して、コミュニティから募集された 10 人の健康な参加者の機能的 MRI 研究を提案しています。 1 日目に、参加者の半数が無作為に iTBS を受信し、半数が cTBS を受信します。 スキャン 2 日目には、2 つの研究日の終わりにすべての参加者が iTBS および cTBS セッションを完了するように、TBS の代替形式が適用されます。

MRIスキャンの1日目と2日目は、iTBSが1日に適用され、cTBSが他の日に適用されることを除いて同一です。 MRI スキャン セッションの所要時間は、毎日約 120 分です。 iTBS および cTBS スキャン セッションは、スキャン 1 日目の影響がスキャン 2 日目に持ち越されないように、少なくとも 3 日間の間隔を空けて行われます。

各スキャン日は、次のセッションで構成されます。

1. プレスキャン セッション
2. ベースラインスキャン
3. TBS（M1個別対象）
4. TBS スキャン後

参加者と上映：

コミュニティから 10 人の健康な個人が募集されます。 潜在的な参加者は、MRI 安全性スクリーニング質問票、経頭蓋磁気刺激成人安全性スクリーニング (TASS)、およびミニ精神状態検査 (MMSE) を使用してスクリーニングされ、それぞれ MRI、TMS、または認知障害の禁忌がある個人を除外します。 適格な参加者は、書面によるインフォームド コンセントを提供します。

実験計画：

参加者は、スキャン日の 24 時間前から鎮痛薬の服用を控えるよう求められます。 各スキャン日の開始時に、参加者は最初にスキャナーの外でプレスキャン セッションを受けます。 このセッションでは、ベースライン安静時運動閾値とレーザー刺激に対する疼痛閾値が取得されます。 参加者は、この時間中に MRI セッションで実行する運動および痛みのタスクを練習する機会もあります。 運動課題の参加者は、口頭および/または聴覚的合図が提供されたときに指をタップするように求められます。 痛みのタスクでは、参加者は、0 ～ 10 の数値評価尺度 (NRS) を使用して、指/手の背部のさまざまな領域に適用されるレーザー刺激を受動的に体験し、評価します。 評価は、痛みの強さと痛みの不快さの両方に対して行われます。

両方のスキャン日 (iTBS および cTBS) で、ベースライン MRI スキャンが取得されます。 これらのスキャンには、高解像度解剖学的スキャン、静止状態スキャン、運動タスク スキャン、疼痛タスク スキャン、脳血流イメージング、インターリーブ TMS-fMRI スキャンが含まれます。

その後、参加者はスキャナーから外され、15 分間の休憩を挟んで 2 つの TBS プロトコルが適用される、間隔を空けた TBS セッション (日によって iTBS または cTBS のいずれか) を受け取ります。 TBS は、安静時の運動閾値の 90% で刺激が配信されます。 対象となる脳領域は、ベースライン スキャンで発生した fMRI 運動課題からの活動が最も高い M1 領域です。 このようにして、各参加者は、脳機能に基づいて個別にターゲット設定された TBS を受け取ります。

TBS に続いて、ベースライン スキャン セッションで説明されているように、参加者は TBS 後の MRI スキャンを受け取ります。

調査の詳細:

rTMS 投与: シングル パルス TMS を使用して、右第一背側骨間筋または短母指外転筋の最低運動閾値の頭皮位置が決定されます。 安静時運動閾値 (rMT) は、PEST ソフトウェアを利用した 50% の試験で目に見える筋肉収縮を生成する最低出力設定によって定義されます。 その後、調査員は 40 秒間の cTBS または iTBS (セッションによって異なります) を実行し、その後 15 分間の間隔をあけてから、前述のように cTBS または iTBS をさらに 40 秒間実行します。 左 M1 の個別の TBS ターゲット位置は、各参加者の機能的運動タスク MRI スキャンと Localite Neuronavigation を使用して決定されます。 スキャン 1 で得られたベースラインの構造スキャンも、このローカリゼーション プロセスに利用されます。

疼痛誘発評価手順: スキャンの日に、ベースライン温感閾値、熱-疼痛閾値 (HPTpre) および閾値以上の刺激強度、および最大熱耐性温度 (HTTpre) が、MRI 安全な赤外線ダイオード レーザー刺激装置を使用して各ボランティアについて決定されます。 1.5 秒、最大 20 °C/秒の加熱ランプが、参加者の手と指 (ただし親指ではない) の毛むくじゃらの皮膚の 10 ～ 20 スポット (40 mm2) に適用されます。

疼痛閾値は、評価のランダム階段法を使用して決定されます。 「1」の評価を生成するために必要な平均レーザー出力は、痛みの閾値を確立するために使用されます。 強度効果の関係を決定するために、パルスは、刺激間の少なくとも 30 秒で手/指の背のさまざまな領域に増加する刺激強度で適用されます。 被験者は、各刺激（0〜10、NRS）の直後に痛みの強さと不快感を評価するよう求められます。

刺激強度は 300 mW 単位で増加します。 強度の増加は、特定の被験者が中等度の痛み強度のレベルを報告するまで続けられます (10 のうち 5、NRS)。 この強度は、スキャン研究の「閾値以上」と見なされます。 11 点の数値評価スケール (0 ～ 10、NRS) で痛みを評価するボランティアをトレーニングするために、レーザーの温度は、個々の HPTpre と HTTpre の間で 5 秒間ランダムな皮膚温度を引き起こすように設定されます。 30 秒間隔で、ボランティアは痛みを評価するよう求められました。 rTMS 増強催眠鎮痛または催眠鎮痛単独 (偽の rTMS + 催眠鎮痛) 後のスキャンでは、事前に確立されたしきい値およびしきい値を超えるレーザー出力によって誘発される熱痛スコアが、各スキャン後に評価されます。 痛みの評価の低下は、鎮痛効果 TBS の強さを決定します。被験者は、各スキャン中の各刺激に続いて、レーザー誘発痛を評価するよう求められます。

生理学的データの取得: スキャン手順全体を通して、MRI 対応の心電図リードと呼吸を監視するチェスト ベルトを使用して、末梢自律生理学を監視します。 これにより、呼吸性洞性不整脈を計算することができます。これにより、迷走神経緊張の適切な推定値が得られ、心臓の健康状態の改善と自己鎮静に関連付けられます。 ここスタンフォードで開発された同時 fMRI/EEG 用のカスタマイズされたアルゴリズムが、EKG トレースから MRI スキャナー アーティファクトを除去するために適用されます。

脳画像スキャン:

1. T1強調スキャン（高解像度解剖画像）
2. 静止状態スキャン
3. BOLDモータータッピングタスクスキャン
4. ペインタスクスキャン
5. 動脈スピン ラベリング スキャン (脳血流)
6. インターリーブ TMS-fMRI スキャン