Studieontwerp voor genavigeerde repetitieve transcraniële magnetische stimulatie voor spraakcorticale mapping

Deze studie werd goedgekeurd door het ziekenhuisdistrict van Helsinki en de ethische commissie van Uusimaa. Geïnformeerde toestemming om deel te nemen werd vóór de procedure van elke proefpersoon verkregen. 1. Voorbereiding van de structurele beelden Neem voor elke proefpersoon een hoge resolutie T1-gewogen structurele MRI van het hele hoofd op (bij voorkeur met een plakspleet van 0 mm en een plakdikte van 1 mm). Verkrijg de beelden zoals gespecificeerd in de instructies van het neuronavigatiesysteem. Upload de MR-afbeeldingen naar het navigatiesysteem in het gewenste formaat (meestal DICOM of NifTI). Doorloop de MR-afbeeldingen en controleer op eventuele fouten (bijvoorbeeld wazige kardinale punten, geluidsoverlast of misplaatsingen in de reconstructie van het 3D-model). Zoek de kardinale punten (d.w.z. het midden van de richel in elke oorlel en de nasion) in de axiale, sagittale en coronale MRI-vlakken, markeer ze door op de vizierfunctie in de vlakken te drukken en kies de exacte plek door op de linkerknop van de muis te klikken. Druk vervolgens met de muis op de knop “oriëntatiepunten toevoegen”. Voeg verkadingen van de hersengebieden van belang in (bijvoorbeeld met andere functionele methoden [MEG, fMRI, PET] of op basis van MRI-databases of atlassen)21. Kies de functie “overlay-afbeelding”. 2. Voorbereiding op neuronavigatie Controleer of het onderwerp geen metalen voorwerpen (bijv. Oorbellen) in het hoofd- en nekgebied heeft en zorg ervoor dat er geen absolute contra-indicaties zijn zoals intracraniële metalen clips. Plaats het onderwerp in de patiëntenstoel. Stel de stoel zo in dat het onderwerp comfortabel zit, met de nek, handen en benen ontspannen. Pas de stoelhoogte aan zodat de machinist comfortabel de hele halve bol kan stimuleren. Plaats de hoofdtracker zo dat deze tijdens de stimulatiesessie wordt gestabiliseerd (met een sticker of een riem) en niet blokkeert dat de TMS-spoel vrij over het hoofd kan worden bewogen, vooral niet over de tijdelijke gebieden. De tracker kan iets rechts op het voorhoofd worden geplaatst als de linkerhersenhelft wordt gestimuleerd en vice versa als de rechterhersenhelft wordt gestimuleerd om ervoor te zorgen dat de voorste frontale kwabgebieden kunnen worden gestimuleerd. Co-registreer het hoofd van de proefpersoon in het MRI-gereconstrueerde 3D-hoofdmodel. Gebruik een digitaliserende pen op het hoofd van de deelnemer om de kardinale punten (nasion, pre-auriculaire punten) te markeren die op de MRI’s zijn geselecteerd. Digitaliseer extra punten over het hele schedeloppervlak om de uiteindelijke registratiefout te verminderen. Plaats de digitaliseringspen op elke gemarkeerde plek op het 3D-kopmodel en druk op het linkerpedaal wanneer de spot begint te knipperen op het navigatorscherm. Valideer de registratie, zelfs als de totale fout acceptabel is (minder dan 4 mm). Raak het hoofd van het onderwerp aan met de punt van de digitaliserende pen. Controleer visueel of de pen zich op de analoge plaats op het oppervlak van het 3D MRI-model bevindt. Als de positie niet overeenkomt met het punt in de MRI, herhaalt u stap 2.1-2.4. Zorg ervoor dat zowel de proefpersoon als de operator gehoorbescherming dragen voordat u met de stimulatie begint. 3. Het definiëren van de hotspot en motorische drempel voor M1-stimulatie Kies voor het bepalen van de rustmotorische drempel (rMT) een distale handspier (bijvoorbeeld de abductor pollicis brevis [APB]) van de rechterhand.NOTITIE. De motorische drempel wordt gebruikt om de initiële stimulatie-intensiteit te definiëren, die vervolgens kan worden gewijzigd zoals hieronder wordt uitgelegd. Zo kan elke distale handspier voor dit doel worden gebruikt. Plaats een gelelektrode voor eenmalig gebruik (diameter: ~ 30 mm) over de rechter APB (de buik van de spier) en een andere op het midden van de duim (pees). Plaats de grondelektrode in de buurt van de pols (of volg de richtlijnen van de fabrikant). Sluit de elektroden aan op de elektromyografie (EMG) versterker en controleer of de APB in rust is door het continue EMG-signaal te observeren. Verander de positie van de hand als de opgenomen spier niet gemakkelijk kan worden ontspannen. Zoek de corticale hotspot voor het bepalen van de APB-motordrempel. Begin met de motorhandknopgebied 22, geef een paar TMS-pulsen en ga verder met het bewegen en draaien van de spoel totdat APB-motor evoked potentials (MEPs) verschijnen.OPMERKING: Meestal bevinden motorische representaties van de duim zich loodrecht op de zijwand van de handknop.Kies een TMS-intensiteit die europarlementariërs van ongeveer 200-500 μV oproept. Optimaliseer de locatie en oriëntatie van de spoel door de hoek iets te veranderen om de maximale EP-leden op te roepen. Sla de optimale spoellocatie op in de neuronavigatiesoftware door met de rechtermuisknop op het pulsnummer te klikken dat overeenkomt met de hotspotlocatie en de optie te kiezen om de stimulus te herhalen. Herhaal de stimuli en pas een automatisch drempeljachtalgoritme23 toe door met de rechtermuisknop op de hotspot te klikken en de optie motorische drempel te kiezen in de neuronavigatiesoftware. Als deze opties niet beschikbaar zijn, past u de regel toe dat een TMS-puls 10 EP-leden (≥50 μV) uit 20 proevenmoet oproepen 24. 4. Basisnaamgeving van afbeeldingen Maak het onderwerp vertrouwd met de afbeeldingen vóór de basislijnobjectnaamtaak11,12. Druk de afbeeldingen af (of toon ze in digitaal formaat) en laat het onderwerp oefenen voordat de sessie begint (het onderwerp kan ook thuis oefenen).Gebruik goed gestandaardiseerde genormaliseerde kleurenafbeeldingen (bijvoorbeeld van de Bank of Standardized Stimuli25; Aanvullende figuur 1). Gebruik alleen afbeeldingen die vaak in een alledaagse omgeving worden gezien, een minimaal aantal synoniemen hebben en een hoge naamovereenkomst hebben. Bevestig, indien beschikbaar, een versnellingsmeter op de huid boven het strottenhoofd en de stembanden om het begin van de spraak op te nemen, zoals uitgelegd in Vitikainen et al.26. Toon de afbeeldingen één voor één aan het onderwerp en vraag hen om de afbeeldingen hardop te benoemen zonder stimulatie.Presenteer de afbeeldingen aan het onderwerp op een scherm op een afstand van 0,5-1 m. Gebruik een weergavetijd van 700-1.000 ms per afbeelding. Pas het inter-picture interval (IPI) aan om de taak enigszins uitdagend te maken voor elk onderwerp (begin bijvoorbeeld met 2.500 ms en varieer tussen 1.500-4.000 ms).Als er veel fouten optreden tijdens de basisnaamgevingstaak, verhoogt u de BIV in stappen van 200-300 ms. Als de taak te eenvoudig is, verlaagt u de BIV in stappen van 200-300 ms. Voor de eigenlijke spraakmappingsessie met nrTMS laat u de beelden weg die tijdens de baseline-tests niet adequaat zijn getraind, niet correct zijn benoemd, niet duidelijk zijn benoemd, niet correct zijn gearticuleerd, met vertraging of aarzeling zijn benoemd of moeilijk leken voor het onderwerp. Voer de basisnaamgevingstaak drie keer uit en herhaal stap 4.3-4.5 als de prestaties niet bevredigend zijn. 5. Spraakcorticale mapping Varieer de stimulatie-intensiteit door deze te verhogen / verlagen in stappen van 1% van de output van de stimulator, zodat elk doelgebied hetzelfde geïnduceerde elektrische veld (E-veld) ontvangt, zoals gedefinieerd voor de rMT van de handspieren op de corticale handmotorhotspot. Gewoonlijk moeten hogere intensiteiten worden toegepast voor pariëtale dan voor frontotemporale doelen om vergelijkbare corticale E-velden te bereiken als voor de rMT-hotspot.Verlaag de intensiteit bij het stimuleren van corticale structuren dichter bij het hoofdoppervlak (E-veld boven het vooraf gedefinieerde rMT E-veld). Controleer voordat u met de stimulatie begint of de geïnduceerde E-veldwaarden ongeveer vergelijkbaar zijn (met een verschil van 2-3 V/m) in de verschillende spraakgerelateerde gebieden in beide hemisferen.Pas indien nodig de corticale diepte (afbladderende diepte) aan. Zorg ervoor dat het spoelcentrum niet in de lucht zit. Begin met een standaard picture-to-TMS interval (PTI) van 300 ms, of gebruik een 0-400 ms PTI; een PTI boven 150 ms heeft de voorkeur om de overlap van stimulatie met taalverwerking te optimaliseren. Begin met vijf pulsen met een stimulatiesnelheid van 5 Hz. Begin met een corticale gebied dat niet gerelateerd is aan spraakverwerking, zodat het onderwerp went aan het gevoel dat door de stimulatie wordt geïnduceerd. Verplaats vervolgens de spoel naar de verwachte spraakgerelateerde gebieden. Houd de spoel in dezelfde positie totdat de pulstrein voorbij is en de naamgeving van het onderwerp is voltooid. Focus op de prestaties van het onderwerp zoals hieronder beschreven.Als er geen fout wordt waargenomen, gaat u verder met de volgende locus. Als er een fout, of zelfs een aarzeling, wordt waargenomen, blijf dan die site stimuleren voor nog eens twee tot drie nrTMS-treinen en ga dan verder. Houd de site in gedachten voor mogelijke latere herstimulatie. Maak kleine spoelaanpassingen wanneer zelfs een kleine fout wordt gedetecteerd (bijvoorbeeld kleine aarzeling of een luidere stem tijdens de naamgeving als gevolg van een verhoogde inspanning) om duidelijkere fouten uit te lokken. Vermijd het herhalen van stimulatie op dezelfde locatie gedurende meer dan vijf opeenvolgende treinen. Ga verder met andere corticale sites en bezoek de site later opnieuw. Als herhaalde fouten op verschillende gestimuleerde locaties verschijnen, til dan de spoel in de lucht boven de hoofdhuid en controleer of er nog steeds fouten optreden. Als er nog steeds fouten optreden, neem dan een pauze en wacht tot de naamgeving weer normaal is.NOTITIE. Herhaalde naamgevingsfouten die geen verband houden met de stimulatie kunnen vaak voorkomen als spraakgerelateerde gebieden worden beïnvloed door een tumor of andere laesie. Stimuleer in blokken van 7-10 min (maximaal) continu, en neem 2-5 min pauzes tussendoor.OPMERKING: Fouten komen vaker voor bij lange stimulaties en als het onderwerp moe is. Stimuleer alle mogelijk gerelateerde anatomische gebieden (bijv. IFG, STG, SMG, middentemporale, precentrale, postcentrale en hoekige gyri en de prefrontale cortex) om zoveel mogelijk controleresponsen te verkrijgen. Stimuleer, indien mogelijk en/of klinisch ondersteund, beide hemisferen. Stimuleer zorgvuldig in en rond het tumorgebied of de geschatte locatie van de laesie, zelfs als die regio’s niet tot de klassieke spraakgerelateerde gebieden behoren (voor tumor- en epilepsiepatiënten).Onderzoek corticale gebieden die zich buiten de laesieplaats bevinden om mogelijke ruimtelijke verschuivingen in de taalgebieden te identificeren als gevolg van plastische veranderingen of het massa-effect, vooral bij patiënten met grote laesies. Verminder de TMS-intensiteit in stappen van 2% -5% van de maximale stimulatoroutput als de mapping pijn of ongemak veroorzaakt. Stop de meting als de geïnduceerde pijn of het ongemak niet wordt getolereerd door de proefpersoon. 6. Strategie wanneer er geen naamgevingsfouten optreden Beëindig de stimulatie en wijzig de stimulatieparameters. Verlaag de BIV in stappen van 200 ms van de standaardwaarde (bijvoorbeeld van 2.500 ms naar 2.300 ms). Wijzig de frequentie van pulsafgifte van 5 Hz naar 7 Hz. Wijzig het interval tussen het begin van het gepresenteerde beeld en het rTMS (momenteel is er geen consensus over het verhogen of verlagen ervan). Verhoog de stimulatie-intensiteit (zonder ongemak op te roepen). 7. Off-line analyse van de opgeroepen naamgevingsfouten Werk samen met een expert (bijvoorbeeld een neuropsycholoog), die optimaal aanwezig moet zijn in de operatiekamer. Controleer de opgeroepen naamgevingsfouten door de positie van de spoel en mogelijke pijninterferentie van de video-opnamen te observeren. Classificeer de fouten volgens Corina et al.27 (bijv. anomie, semantische en fonologische parafasie, prestatiefouten).Als een bepaald type fout zich herhaalt in de basislijnvideo, beschouw het dan niet als een fout bij het analyseren van de video’s van de stimulatiesessie. Als een object is vernoemd naar de rTMS-trein, beschouw dit dan als een vertraging of een no-error; Controleer ook op mogelijk ongemak van het onderwerp tijdens de pulsafgifte. Als het onderwerp een bepaald object geen naam kan geven hoewel de tong, lippen en kaken bewegen, noteer dan een fout zonder reactie. Als een afbeelding in elke sessie een andere naam heeft, verwijdert u deze. Als u het niet zeker weet, controleert u de prestaties van de naburige stimulatieplaats of het effect van de stimulatie van het andere halfrond met hetzelfde beeld.