Transkraniell ultralyd nevromodulasjon av primære visuelle cortex og primære auditive cortex hos mennesker

Denne studien vil evaluere effektene av lavintensitets transkraniell fokusert ultralyd (tFUS) på hjerneaktivitet hos friske voksne frivillige. Transkraniell ultralyd er en ikke-invasiv teknikk som leverer akustisk energi gjennom skallen til et lite, målrettet område i hjernen. I motsetning til andre former for ikke-invasiv hjerne-stimulering, kan ultralyd nå både dype og overfladiske hjernestrukturer med millimeter-presisjon.

Transkraniell ultralyd blir for tiden utforsket som en potensiell behandling for nevrologiske og psykiatriske tilstander, inkludert kronisk smerte, avhengighet og depresjon. Imidlertid er de optimale stimuleringsparameterne for å øke versus redusere hjerneaktivitet hos mennesker ennå ikke godt etablert. Formålet med denne studien er å fastslå hvilke ultralydpuls-parametere som produserer målbart eksitasjon eller undertrykkelse av hjerneaktivitet i den menneskelige hjernebarken.

Studien vil fokusere på to hjerneområder: primærsynsbarken og primærhørselbarken. Disse områdene ble valgt fordi stimulering av disse områdene kan produsere perseptuelle opplevelser, som å se lysglimt eller høre toner. Disse perseptuelle rapportene, sammen med hjerneopptak, lar forskere direkte vurdere hvordan ultralyd påvirker nevral aktivitet.

Deltakere vil fullføre tre besøk.

Under Besøk 1 vil deltakerne gjennomgå informert samtykke, grunnlinjetesting av visuell eller auditiv funksjon, og magnetresonanstomografi (MR). MR-skanninger vil bli brukt til å identifisere hver deltakers individuelle hjerneanatomi og presist lokalisere stimuleringsmålet.

Under Besøk 2 vil deltakerne gjennomgå ultralydstimulering mens hjerneaktivitet blir registrert ved bruk av elektroencefalografi (EEG). EEG er en ikke-invasiv metode som måler elektriske signaler fra hodebunnen. Grunnlinjehjerneresponser på visuelle eller auditive stimuli vil bli registrert før stimulering. Ultralyd vil deretter bli levert i korte pulser mens EEG fortsetter å registrere hjerneaktivitet. Deltakere kan bli bedt om å rapportere eventuelle sanseopplevelser under stimulering. Etter stimulering vil ytterligere EEG-opptak og atferdstester bli utført for å evaluere kortsiktige effekter.

Tre forskjellige ultralydpulsvarigheter vil bli testet i tilfeldig rekkefølge. Hver stimuleringsbetingelse vil bestå av korte pulser separert av hvileperioder. Total stimuleringstid vil være begrenset, og hvileintervaller vil bli inkludert mellom betingelser.

Under Besøk 3, som vil finne sted minst en uke senere, vil deltakerne gjenta atferdstesting og gjennomgå en oppfølgingsstrukturell MR-skanning for å bekrefte at ingen strukturelle endringer har oppstått.

Ultralydintensitene som brukes i denne studien er under etablerte U.S. Food and Drug Administration (FDA) sikkerhetsgrenser for diagnostisk ultralyd. Den romlige topppulsgjennomsnittsintensiteten (Isppa) og den romlige topptidsgjennomsnittsintensiteten (Ispta) vil bli holdt under FDA-eksponeringsgrenser, selv før man tar hensyn til demping av signalet av skallen. Mekanisk indeks (MI) verdier vil også forbli under anbefalte sikkerhetsterskler. Basert på tidligere menneskelige studier som involverer tusenvis av deltakere, anses risikoen for alvorlige bivirkninger som svært lav.

Potensielle risikoer inkluderer midlertidig ubehag på hodebunnen, mild hudirritasjon fra ultralydgel, eller forbigående sanseeffekter som lysglimt eller lyder. Selv om krampeanfall ikke har blitt rapportert i menneskelige studier som bruker disse parameterne, modulerer ultralyd hjerneaktivitet, og en teoretisk risiko eksisterer lik andre ikke-invasive hjerne-stimuleringsmetoder. Deltakere vil bli overvåket gjennom alle prosedyrer.

Det er ingen direkte medisinsk fordel for deltakerne. Imidlertid kan funnene fra denne studien hjelpe til med å veilede utviklingen av ultralydbaserte behandlinger for nevrologiske og psykiatriske lidelser og forbedre forståelsen av hvordan målrettet hjerne-stimulering påvirker sansepersepsjon.

Innsamlede data vil inkludere MR-bilder, EEG-opptak, atferdsprestasjonsmålinger og deltaker-rapporterte opplevelser. Alle data vil bli kodet og lagret sikkert i henhold til institusjonelle retningslinjer.