TMS로 피질 흥분성 및 인지 기능 조사

총 60명의 참가자가 이 시험에 참가하도록 모집됩니다. 연구자들은 MCI 환자 30명과 연령이 일치하는 건강한 성인 30명을 모집하는 것을 목표로 합니다. 포함 연령 범위는 18-80세이며 건강한 코호트의 평균 연령은 MCI 코호트의 평균 연령과 일치합니다. 다음과 같은 MCI에 대한 개정된 Mayo Clinic 기준이 사용됩니다: (1) 의사, 정보 제공자, 참가자 또는 간호사가 표현한 인지적 우려; (2) 하나 이상의 인지 영역(기억, 언어, 시공간 기술 또는 실행 기능)의 손상; (3) 본질적으로 정상적인 기능적 활동; 및 (4) 치매의 부재. MCI가 있는 개인은 간이 정신 상태 검사(MMSE, 부록 19) 점수가 18~23(포함)이고 임상 치매 등급 척도 점수가 0.5입니다.

이 연구 프로토콜은 a) 휴식 상태 fMRI, b) 단일 펄스 TMS 패러다임, c) 세타 버스트 rTMS 패러다임, d) iPad에서 수행되는 간단한 운동 작업의 네 가지 개별 구성 요소로 구성된 단일 테스트 방문으로 구성됩니다.

이러한 작업은 theta-burst rTMS 패러다임(c) 전후에 반복됩니다. 따라서 테스트 방문은 다음과 같습니다.

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

이 프로토콜을 사용하면 연구자는 rTMS 패러다임 전후에 다음을 연구할 수 있습니다: 1) 뇌의 기능적 네트워크를 구성하는 연결 패턴, 2) 단일 펄스 TMS에서 파생된 피질 흥분성 측정, 3) 상지 모터 속도 및 날카로움.

경두개 자기 자극:

자기 자극은 고출력 MagPro X100(MagVenture Inc. 덴마크)(부록 11). TMS 기계가 자극을 전달할 때 환자는 코일 아래에서 클릭/두드림을 느낄 수 있습니다. 참가자는 TMS 세션 중에 청력을 보호하기 위한 추가적인 안전 예방책으로 이어버드를 받게 됩니다. TMS 세션을 시작하기 전에 연구팀은 참가자가 TMS 의자에서 가능한 한 편안한지 확인합니다.

단일 펄스 TMS 패러다임:

첫째, TMS에 의해 생성된 자기장에 대한 민감도가 사람마다 다르기 때문에 개인별로 장치를 보정해야 합니다. TMS 장치는 참가자가 가능한 최저 "투여량"을 받도록 보정됩니다. 이를 위해 TMS 코일은 전중심이랑에 위치한 운동 피질의 특정 영역인 손가락 움직임을 담당하는 뇌 영역 바로 위의 두피에 배치됩니다. 그런 다음 TMS 코일은 손이 떨리는 수준(특히 엄지와 검지)에 도달할 때까지 점진적으로 증가하는 펄스를 전달합니다. 이것은 근전도(EMG) 센서로 육안으로 관찰되고 정량적으로 기록됩니다. 손을 경련시키는 데 필요한 에너지의 양을 "운동 역치"라고 하며 사람마다 다릅니다. 이 "모터 임계값"은 TMS 프로토콜에 대해 기계를 보정하는 데 사용됩니다.

8자 모양의 TMS 코일이 최적의 두피 위치에서 운동 피질 위에 고정되어 반대쪽 첫 번째 등골간근(FDI)에서 운동 유발 전위(MEP)를 이끌어냅니다. 손가락 움직임을 시각적으로 관찰하는 것 외에도 수사관은 오른쪽 FDI의 피부에 표면 근전도(EMG) 전극을 부착합니다. 전극은 근육의 모든 활동을 감지하여 개인의 "운동 역치"를 보다 정확하게 측정합니다. 반대측 FDI에서 운동 반응을 이끌어내는 정확한 위치를 "핫스팟"이라고 합니다. 이 위치는 실시간 TMS 3D Neuronavigation System(Localite TMS Navigator, 독일, http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572)을 사용하여 기록됩니다. 다음 시도에서 테스트 일관성을 보장합니다. Localite는 TMS 장비와 함께 사용되는 소프트웨어 패키지입니다. 그것은 참가자 머리에 상대적인 TMS 코일의 위치를 ​​기록하는 적외선 카메라를 통합합니다. 이를 통해 연구원은 세션 전체에서 동일한 정확한 위치에 코일을 안정적으로 배치할 수 있습니다.

휴식 모터 임계값(RMT)은 휴식 시 한계 MEP(10회 시도의 50%에서 약 50μV)를 생성하는 최소 자극 강도로 정의됩니다. 능동 운동 임계값(AMT)은 일반적으로 테스트된 근육의 등척성 수축 동안 한계 MEP(10번 시도의 50%에서 약 200μV)를 생성하는 최소 자극 강도로 정의됩니다. RMT와 AMT는 모두 자기 자극기 최대 출력의 백분율로 표시됩니다. 개별 참가자의 RMT 및 AMT 데이터는 각각 다음 단일 펄스 및 반복 TMS 프로토콜의 강도를 안내하는 흥분성의 기준 척도 역할을 합니다. 이것은 왼쪽 반구에 대해 수행됩니다. 연구원들은 또한 RMT와 AMT를 보다 효율적으로 식별하기 위해 PEST(Parameter Estimation Sequential Testing) 알고리즘을 사용할 것입니다.

모터 임계값과 "핫스팟"이 참가자에 대해 식별된 후 TMS 코일은 이전에 Localite Navigator 소프트웨어에서 기록된 "핫스팟" 위에 배치되고 고유하게 식별된 참가자의 80%에서 자극 강도를 설정합니다. AMT . 예를 들어 특정 개인의 활성 모터 임계값이 MagPro 최대 출력의 40%로 결정되면 장치 강도는 단일 펄스 프로토콜에 대한 최대 출력의 32%로 설정됩니다(32는 40%의 80%와 같음). , 이 예에서는 AMT). 이때 TMS 코일이 "핫스팟"에 고정되어 있으므로 8개의 TMS 펄스가 인가됩니다(6초 간격). 이 단계는 참가자 AMT의 150%에 해당하는 강도까지 증가하는 증분(즉, AMT의 10%)으로 반복됩니다. 이 프로토콜은 6초 간격으로 반복적으로 전달되는 64개의 단일 펄스 자극으로 구성됩니다. 이 절차는 안전하며 이전에 게시된 표준 단일 펄스 TMS 프로토콜을 따릅니다.

이 단일 펄스 TMS 프로토콜은 rTMS 프로토콜 전후에 두 번 수행됩니다. 각 단일 펄스 TMS 프로토콜은 약 30분 동안 지속됩니다. 결합하면 "단일 펄스 TMS" 패러다임 동안 128 자극에 해당합니다. 단일 펄스 프로토콜 전체에서 참가자는 미묘한 배경 자발적인 수축을 제공하기 위해 새끼 손가락과 엄지 손가락을 터치하도록 요청받습니다. 이것은 모터 경로를 '촉진'하고 프로토콜 전체에서 자극 강도의 임계값을 낮춥니다.

RTMS:

반복적인 TMS(rTMS) 프로토콜에서는 간헐적 세타 버스트 자극(iTBS)이라는 패턴화된 rTMS 패러다임이 사용됩니다. iTBS는 AMT의 80% 강도에서 2초 동안 200ms마다 반복되는 50Hz에서 제시되는 3개의 이상 TMS 자극으로 구성됩니다(예: AMT가 최대 출력의 40%로 결정되면 TMS는 32%에서 전달됩니다. 이 프로토콜의 경우). 따라서 각 자극 열차는 열차 간 간격이 8초인 2초(열당 30개의 자극) 동안 지속됩니다. 이 rTMS 프로토콜은 10개의 iTBS 열차로 구성되어 있으며 자기 코일에서 총 300개의 자극을 줍니다.

이 rTMS 프로토콜 동안 코일은 왼쪽 반구의 "핫스팟" 위에 배치됩니다. rTMS 프로토콜은 한 번만 수행되며 약 10분 동안 지속됩니다.

MRI 프로토콜:

이것은 동일한 건물의 TMS 장치에 인접한 방에서 발생합니다. 안전을 위해 참가자는 스캐너 룸에 들어가기 전에 모든 금속 물체와 개인 물품(예: 지갑, 휴대폰, 보석류)을 MRI 센터 대기실에 두어야 합니다. 참가자는 MRI 스캔이 진행되는 동안 등을 대고 누워 있어야 합니다. 그들은 스캐너 안에 있는 동안 소음을 줄이고 청력을 보호하기 위해 귀마개를 받게 됩니다. 또한 벨크로 스트랩을 이마 위에 놓을 수 있으며 스캔 중에 머리 움직임을 최소화하기 위해 폼 베개가 제공됩니다. 온정을 위한 담요와 등을 대고 누워서 받는 스트레스를 줄이기 위해 무릎/등 아래에 놓을 쿠션을 포함하여 참가자가 스캔 중에 가능한 한 편안할 수 있도록 모든 노력을 기울일 것입니다.

참가자는 스캔 전에 자신의 참여가 자발적이며 언제든지 스캔을 중지하라는 신호를 보낼 수 있음을 상기시킵니다. 스캐너에는 참가자가 스캐너에 있는 전체 기간 동안 MRI 기술자 및 연구팀 구성원과 통신할 수 있는 인터콤 시스템이 있습니다. 또한 손에 쥐고 있는 신호 볼을 쥐어 제어실의 MRI 기술자에게 알리거나 실험자가 볼 수 있는 다리를 들어 언제든지 검사를 즉시 중단할 수 있습니다. 제어실에서.

중요한 것은 MRI 데이터 수집에 조영제가 사용되지 않는다는 것입니다. 또한 모든 MRI 데이터는 "휴식 상태"에서 수집되므로 참가자는 스캔 기간 동안 긴장을 풀고 가만히 있으라는 요청을 받게 됩니다.

보다 구체적으로, MRI 데이터는 32채널 헤드 코일이 장착된 Siemens 3.0 Tesla Skyra 자석에서 수집됩니다. 총 스캔 시간은 30분입니다. 시퀀스 순서는 다음과 같습니다: 로컬라이저 스캔(62초), 구조적 MPRAGE(9분), 휴식 상태 fMRI 스캔(5분) 및 확산-텐서 이미징(DTI) 스캔(14분). 로컬라이저는 다음 매개변수를 사용하여 수집됩니다 - 방향: 하급에서 상급, TR= 8.6ms, 에코 시간(TE)=4.0 ms, 뒤집기 각도 = 20, FOV=250mm, 슬라이스 5개, 슬라이스 두께 7mm. 고해상도 구조 이미지는 T1 가중 SPGR(spoiled gradient recalled) 시퀀스(TR= 22ms, TE= 5.4ms, FOV= 25.6cm, 플립 각도= 20°, 면내 매트릭스 크기= 256 x 256)를 사용하여 획득됩니다. , 슬라이스 두께= 1mm, 슬라이스 수= 172). 전체 뇌 휴식 상태 fMRI 데이터는 T2*-가중 반향 평면 이미징(EPI)(TR= 1.5s; TE= 30ms; FOV= 25.6cm; 뒤집기 각도= 90°; 면내 매트릭스 크기= 64 x 64, 슬라이스 두께= 4mm), 등방성 복셀이 4mm3인 39개의 축 슬라이스에서 기능 데이터가 생성됩니다. 휴식 상태 fMRI 스캔 중에 참가자는 눈을 뜨고 십자형에 고정됩니다. DTI 이미지는 86개 방향(b-계수= 1000s/mm2; TR= 7s; TE= 82.5ms; 시야(FOV)= 25.6cm)에서 확산을 측정하는 확산 민감 병렬 EPI 시퀀스를 사용하여 축 평면에서 획득됩니다. , 매트릭스= 128 x 128, 2mm 인터리브 슬라이스, 병렬 가속 계수= 2).

휴식 상태 fMRI 데이터는 파이프라인(http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline)을 사용하여 전처리됩니다. 뇌 소프트웨어 라이브러리(FSL 버전 5.0.5, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl)의 옥스포드 기능 MRI 센터 도구. 전처리 단계에는 슬라이스 시간 보정, 동작 보정을 위한 MCFLIRT, 뇌 추출을 위한 BET(Brain Extraction Tool) 및 MNI 152 T1 템플릿(캐나다 몬트리올 소재 Montreal Neurological Institute)으로의 정규화를 위한 FLIRT가 포함됩니다. 조사관은 FSL FAST에서 생성된 마스크를 기반으로 백질 및 뇌척수액에서 신호를 퇴행시키고 FSL SUSAN을 사용하여 5mm 커널로 데이터를 평활화합니다. 임시 대역 통과 필터링은 데이터를 0.001 ~ 0.08Hz 대역의 주파수로 제한합니다. Power 등의 권장 사항에 따라 조사관은 0.5의 프레임별 변위 임계값과 0.5%의 시간 경과 분산 임계값(DVARS)을 사용하여 모션 스크러빙을 수행합니다.

행동 측정: 운동 과제

연구원들은 우리의 행동 측정을 위해 디지털 컴퓨터 소프트웨어인 Cantab(Cambridge Cognition Ltd., England)이 장착된 iPad를 사용할 것입니다. Cantab은 클라우드 기반의 전산화된 인지 평가 소프트웨어로 학술 연구를 위한 검증된 도구입니다. 연구자들은 1) Motor Screening Task, 2) Paired Associates Learning Test(태블릿에서)를 사용하여 각각 운동과 기억의 기능을 측정하려고 합니다.

Motor Screening Task에서는 참가자가 화면의 여러 위치에 표시되는 깜박이는 십자가를 터치해야 합니다. 결과 측정에는 포인팅의 정확성과 반응 시간이 포함됩니다.