Влияние транскраниального сфокусированного ультразвука на первичную моторную кору человека с использованием 7T фМРТ

Предыстория и значение:

МРТ предоставляет очень подробные пространственные карты корковой и подкорковой активации. Таким образом, проведение tFUS в МРТ-сканере может предоставить важную информацию об активации нейронов в результате tFUS. Однако неясно, может ли tFUS генерировать обнаруживаемый ответ, зависящий от уровня кислорода в крови (BOLD). Предварительные данные на людях (Mueller et al. 2014b; Legon et al. 2015) продемонстрировали в основном отрицательные результаты и сильно различающиеся ответы, возможно, из-за используемых преобразователей или уровней акустической интенсивности, используемой стратегии пульсации и/или плохого отношения сигнал/шум. Мы знаем из работы с животными, что можно обнаружить изменение ответа BOLD на tFUS, если известный сигнал уже существует. Ю и др. (2011) показали, что сфокусированный ультразвук ослабляет ЖИРНЫЙ сигнал, генерируемый зрительными стимулами в зрительной коре кроликов. Таким образом, разумно предположить, что этот эффект может передаваться людям, поскольку основная физиология мозга, производящая ЖИРНЫЙ сигнал, одинакова.

Здесь мы планируем исследовать влияние tFUS на ЖИРНЫЙ сигнал в первичном двигателе человека (M1). M1 был выбран по двум фундаментальным причинам. 1) Использование сокращения мышц для генерации ЖИРНОГО сигнала в M1 позволяет исследовать tFUS на периферической электромиограмме (ЭМГ) и 2) пространственно-специфические ЖИРНЫЕ ответы в коре могут генерироваться в зависимости от используемой мускулатуры, что позволяет точное пространственное картирование эффекта. Первый пункт представляет значительный интерес, потому что, если продемонстрирован обнаруживаемый эффект на периферическую мускулатуру, это дает важные начальные доказательства того, что tFUS действует на корковые двигательные нейроны и нисходящие двигательные пути, подобно электрической и электромагнитной стимуляции, таким образом намекая на клеточные популяции и механизмы, затронутые и отвечает за нейромодулирующий эффект tFUS. Второй момент подтверждает с высокой точностью пространственно-селективный эффект tFUS, и если мы сможем установить функции энергии/эффекта на основе этих данных, это также может привести к масштабированию энергий tFUS для выявления специфических эффектов, таких как торможение или возбуждение.

Вместе эти знания будут способствовать дальнейшему продвижению tFUS для корковой стимуляции и развитию tFUS для подкорковой стимуляции у людей. Это последнее достижение представляет собой большой потенциал tFUS. Представьте себе маленькое устройство, которое можно просто прикрепить к голове для точной стимуляции любого участка мозга вместо хирургического вмешательства. Это конечная цель этого исследования, однако, прежде чем это можно будет рассмотреть, необходимы подробные данные из этого исследовательского предложения.