Transkraniell ultraljudsneuromodulering av primära visuella cortex och primära auditiva cortex hos människor

Denna studie kommer att utvärdera effekterna av lågintensiv transkraniell fokuserad ultraljud (tFUS) på hjärnaktivitet hos friska vuxna volontärer. Transkraniellt ultraljud är en icke-invasiv teknik som levererar akustisk energi genom skallen till en liten, specifikt riktad region i hjärnan. Till skillnad från andra former av icke-invasiv hjärnstimulering kan ultraljud nå både djupa och ytliga hjärnstrukturer med millimeterprecision.

Transkraniellt ultraljud undersöks för närvarande som en potentiell behandling för neurologiska och psykiatriska tillstånd, inklusive kronisk smärta, beroende och depression. De optimala stimuleringsparametrarna för att öka respektive minska hjärnaktivitet hos människor är dock ännu inte väl etablerade. Syftet med denna studie är att fastställa vilka ultraljudspulsparametrar som ger mätbar excitation eller undertryckning av hjärnaktivitet i den mänskliga hjärnbarken.

Studien kommer att fokusera på två hjärnområden: den primära visuella barken och den primära auditiva barken. Dessa regioner valdes eftersom stimulering av dessa områden kan ge perceptuella upplevelser, som att se ljusblixtar eller höra toner. Dessa perceptuella rapporter, tillsammans med hjärnregistreringar, möjliggör för forskare att direkt bedöma hur ultraljud påverkar neural aktivitet.

Deltagarna kommer att genomföra tre besök.

Under besök 1 kommer deltagarna att genomgå informerat samtycke, baslinjetestning av visuell eller auditiv funktion samt magnetresonanstomografi (MRT). MRT-skanningar kommer att användas för att identifiera varje deltagares individuella hjärnanatomi och exakt lokalisera stimuleringsmålet.

Under besök 2 kommer deltagarna att genomgå ultraljudsstimulering medan hjärnaktiviteten registreras med elektroencefalografi (EEG). EEG är en icke-invasiv metod som mäter elektriska signaler från hårbotten. Baslinjereaktioner i hjärnan på visuella eller auditiva stimuli kommer att registreras före stimulering. Ultraljud kommer sedan att levereras i korta pulser medan EEG fortsätter att registrera hjärnaktivitet. Deltagarna kan bli ombedda att rapportera eventuella förnimmelser under stimuleringen. Efter stimuleringen kommer ytterligare EEG-registreringar och beteendetester att utföras för att utvärdera korttidseffekter.

Tre olika ultraljudspulsvaraktigheter kommer att testas i slumpmässig ordning. Varje stimuleringsvillkor kommer att bestå av korta pulser åtskilda av viloperioder. Total stimuleringstid kommer att vara begränsad, och vilopauser kommer att ingå mellan villkoren.

Under besök 3, som kommer att äga rum minst en vecka senare, kommer deltagarna att upprepa beteendetestning och genomgå en uppföljande strukturell MRT-skanning för att bekräfta att inga strukturella förändringar har inträffat.

De ultraljudsintensiteter som används i denna studie ligger under etablerade säkerhetsgränser från U.S. Food and Drug Administration (FDA) för diagnostiskt ultraljud. Den rumsliga topppulsmedelintensiteten (Isppa) och den rumsliga topptidsmedelintensiteten (Ispta) kommer att hållas under FDA:s exponeringsgränser, även innan man tar hänsyn till signalens dämpning genom skallen. Mekaniskt index (MI)-värden kommer också att förbli under rekommenderade säkerhetströsklar. Baserat på tidigare mänskliga studier med tusentals deltagare anses risken för allvarliga biverkningar vara mycket låg.

Potentiella risker inkluderar tillfällig obehaglighet i hårbotten, mild hudirritation från ultraljudsgel eller tillfälliga sensoriska effekter som ljusblixtar eller ljud. Även om epileptiska anfall inte har rapporterats i mänskliga studier med dessa parametrar, modulerar ultraljud hjärnaktivitet, och en teoretisk risk existerar liknande andra icke-invasiva hjärnstimuleringsmetoder. Deltagarna kommer att övervakas under alla procedurer.

Det finns ingen direkt medicinsk fördel för deltagarna. Resultaten från denna studie kan dock hjälpa till att vägleda utvecklingen av ultraljudsbaserade behandlingar för neurologiska och psykiatriska sjukdomar och förbättra förståelsen för hur riktad hjärnstimulering påverkar sensorisk perception.

Insamlad data kommer att inkludera MRT-bilder, EEG-registreringar, beteendeprestationsmått och deltagarrapporterade upplevelser. All data kommer att kodas och lagras säkert i enlighet med institutionella policyer.