Efeitos do Ultrassom Focalizado Transcraniano no Córtex Motor Primário Humano Usando 7T fMRI

Antecedentes e Significado:

A ressonância magnética fornece mapas espaciais altamente detalhados da ativação cortical e subcortical. Como tal, a entrega de tFUS no scanner de ressonância magnética pode fornecer informações críticas sobre a ativação neural como resultado do tFUS. Não está claro, no entanto, se o tFUS pode gerar uma resposta detectável dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD). Evidências preliminares em humanos (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) demonstraram resultados principalmente negativos e respostas altamente variáveis, talvez devido ao transdutor ou aos níveis de intensidade acústica usados, à estratégia de pulsação empregada e/ou às relações sinal-ruído ruins. Sabemos pelo trabalho com animais que é possível detectar uma mudança na resposta BOLD do tFUS se um sinal conhecido já existir. Yoo et al. (2011) mostraram ultrassom focalizado para atenuar o sinal BOLD gerado por estímulos visuais no córtex visual de coelhos. Assim, é razoável assumir que este efeito é transferível para os seres humanos, uma vez que a fisiologia cerebral subjacente que produz o sinal BOLD é a mesma.

Aqui planejamos investigar o efeito do tFUS no sinal BOLD no motor primário humano (M1). M1 foi escolhido por duas razões fundamentais. 1) O uso da contração muscular para gerar um sinal BOLD em M1 permite a investigação tFUS no eletromiograma periférico (EMG) e 2) respostas BOLD espacialmente específicas no córtex podem ser geradas dependendo da musculatura usada, permitindo assim um mapeamento espacial preciso de efeito. O primeiro ponto é de interesse significativo porque, se um efeito detectável for demonstrado na musculatura periférica, ele fornecerá evidências iniciais importantes de que o tFUS opera em neurônios motores corticais e tratos motores descendentes semelhantes à estimulação elétrica e eletromagnética, sugerindo assim as populações e mecanismos celulares afetados por e responsável pelo efeito neuromodulador do tFUS. O segundo ponto confirma com alta precisão o efeito espacialmente seletivo do tFUS e, se pudermos estabelecer funções de energia/efeito a partir desses dados, isso também pode levar ao dimensionamento das energias do tFUS para provocar efeitos específicos, como inibição ou excitação.

Juntos, esse conhecimento promoverá ainda mais o tFUS para estimulação cortical e o progresso do tFUS para estimulação subcortical em humanos. Este último avanço é o grande potencial do tFUS. Imagine um pequeno dispositivo que pode ser simplesmente conectado à cabeça para estimulação precisa em qualquer parte do cérebro em vez de cirurgia. Este é o objetivo final desta pesquisa, no entanto, antes que isso possa ser considerado, os dados detalhados desta proposta de pesquisa são necessários.