Effecten van transcraniële gefocuste echografie op de menselijke primaire motorische cortex met behulp van 7T fMRI

Achtergrond en betekenis:

MRI biedt zeer gedetailleerde ruimtelijke kaarten van corticale en subcorticale activatie. Als zodanig kan het afleveren van tFUS in de MR-scanner kritieke informatie opleveren over neurale activering als gevolg van tFUS. Het is echter onduidelijk of tFUS een detecteerbare bloed-zuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) respons kan genereren. Voorlopig bewijs bij mensen (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) heeft overwegend negatieve resultaten en zeer variabele reacties aangetoond, mogelijk als gevolg van de gebruikte transducer of akoestische intensiteitsniveaus, de toegepaste pulsstrategie en/of slechte signaal-ruisverhoudingen. We weten uit dieronderzoek dat het mogelijk is om een ​​verandering in BOLD-respons van tFUS te detecteren als er al een bekend signaal bestaat. Joo et al. (2011) toonde gefocuste echografie om het BOLD-signaal te verzwakken dat wordt gegenereerd door visuele stimuli in de visuele cortex van konijnen. Het is dus redelijk om aan te nemen dat dit effect overdraagbaar is op mensen, aangezien de onderliggende hersenfysiologie die het BOLD-signaal produceert, hetzelfde is.

Hier zijn we van plan om het effect van tFUS op het BOLD-signaal in de menselijke primaire motor (M1) te onderzoeken. M1 is om twee fundamentele redenen gekozen. 1) Het gebruik van spiercontractie om een ​​BOLD-signaal in M1 te genereren, maakt onderzoek naar tFUS op het perifere elektromyogram (EMG) mogelijk en 2) ruimtelijk specifieke BOLD-reacties in de cortex kunnen worden gegenereerd, afhankelijk van de gebruikte musculatuur, waardoor nauwkeurige ruimtelijke mapping mogelijk is van effect. Het eerste punt is van groot belang, want als een detecteerbaar effect wordt aangetoond op perifere musculatuur, levert dit belangrijk eerste bewijs dat tFUS werkt op corticale motorneuronen en dalende motorkanalen, vergelijkbaar met elektrische en elektromagnetische stimulatie, wat duidt op de cellulaire populaties en mechanismen die worden beïnvloed door en verantwoordelijk voor het neuromodulerende effect van tFUS. Het tweede punt bevestigt met hoge precisie het ruimtelijk selectieve effect van tFUS en als we energie-/effectfuncties uit deze gegevens kunnen vaststellen, kan dit ook leiden tot schaalvergroting van tFUS-energieën om specifieke effecten op te wekken, zoals remming of excitatie.

Samen zal deze kennis tFUS voor corticale stimulatie en vooruitgang tFUS voor subcorticale stimulatie bij mensen verder bevorderen. Deze laatste vooruitgang is het grote potentieel van tFUS. Stel je een klein apparaat voor dat eenvoudig op het hoofd kan worden bevestigd voor nauwkeurige stimulatie overal in de hersenen in plaats van een operatie. Dit is het uiteindelijke doel van dit onderzoek, maar voordat dit kan worden overwogen, zijn de gedetailleerde gegevens van dit onderzoeksvoorstel noodzakelijk.