Wpływ przezczaszkowego skupionego ultradźwięku na pierwotną korę ruchową człowieka przy użyciu 7T fMRI

Tło i znaczenie:

MRI zapewnia bardzo szczegółowe przestrzenne mapy aktywacji korowej i podkorowej. W związku z tym dostarczenie tFUS w skanerze MR może dostarczyć krytycznych informacji na temat aktywacji neuronów w wyniku tFUS. Nie jest jednak jasne, czy tFUS może generować wykrywalną odpowiedź zależną od poziomu tlenu we krwi (BOLD). Wstępne dowody na ludziach (Mueller i in. 2014b; Legon i in. 2015) wykazały głównie negatywne wyniki i bardzo zmienne reakcje, być może ze względu na zastosowany przetwornik lub poziom natężenia akustycznego, zastosowaną strategię pulsowania i/lub słaby stosunek sygnału do szumu. Wiemy z pracy na zwierzętach, że możliwe jest wykrycie zmiany w odpowiedzi BOLD z tFUS, jeśli znany sygnał już istnieje. Yoo i in. (2011) wykazali, że skupione ultradźwięki osłabiają sygnał BOLD generowany przez bodźce wzrokowe w korze wzrokowej królików. Dlatego uzasadnione jest założenie, że efekt ten można przenieść na ludzi, ponieważ podstawowa fizjologia mózgu wytwarzająca sygnał BOLD jest taka sama.

Tutaj planujemy zbadać wpływ tFUS na sygnał BOLD w ludzkim silniku podstawowym (M1). M1 wybrano z dwóch zasadniczych powodów. 1) Wykorzystanie skurczu mięśni do generowania sygnału BOLD w M1 pozwala na badanie tFUS na obwodowym elektromiogramie (EMG) i 2) specyficzne przestrzennie odpowiedzi BOLD w korze mózgowej mogą być generowane w zależności od użytej mięśni, co pozwala na precyzyjne mapowanie przestrzenne efektu. Pierwszy punkt jest bardzo interesujący, ponieważ wykazanie wykrywalnego efektu na mięśnie obwodowe dostarcza ważnych wstępnych dowodów na to, że tFUS działa na korowe neurony ruchowe i zstępujące drogi ruchowe, podobnie jak stymulacja elektryczna i elektromagnetyczna, wskazując w ten sposób na populacje komórkowe i mechanizmy, na które wpływa i odpowiedzialny za efekt neuromodulacyjny tFUS. Drugi punkt potwierdza z dużą precyzją przestrzennie selektywny efekt tFUS i jeśli uda nam się ustalić funkcje energia/efekt na podstawie tych danych, może to również prowadzić do skalowania energii tFUS w celu wywołania określonych efektów, takich jak hamowanie lub pobudzenie.

Razem wiedza ta będzie dalej promować tFUS w stymulacji korowej i rozwijać tFUS w stymulacji podkorowej u ludzi. To ostatnie ulepszenie to ogromny potencjał tFUS. Wyobraź sobie małe urządzenie, które można po prostu przymocować do głowy w celu precyzyjnej stymulacji w dowolnym miejscu mózgu zamiast operacji. Jest to ostateczny cel tych badań, jednak zanim będzie można to rozważyć, konieczne są szczegółowe dane z tej propozycji badawczej.