Дизайн исследования навигационной повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции для картирования коры речи

Это исследование было одобрено Больничным округом Хельсинки и комитетом по этике Уусимаа. Информированное согласие на участие было получено перед процедурой от каждого испытуемого. 1. Подготовка структурных изображений Запишите Т1-взвешенную структурную МРТ всей головы с высоким разрешением для каждого субъекта (желательно с зазором среза 0 мм и толщиной среза 1 мм). Получите изображения, как указано в инструкциях нейронавигационной системы. Загрузите снимки МРТ в навигационную систему в предпочитаемом формате (обычно DICOM или NifTI). Просмотрите МРТ-изображения и проверьте наличие ошибок (например, размытых сторон света, шумовых помех или неправильного размещения в реконструкции 3D-модели). Найдите стороны света (т. е. середину гребня в каждой мочке уха и носовую часть) в осевой, сагиттальной и корональной плоскостях МРТ, отметьте их, нажав функцию перекрестия в плоскостях, и выберите точное место, щелкнув левой кнопкой мыши. Затем нажмите кнопку «добавить ориентиры» с помощью мыши. Вставьте парцелляции интересующих областей мозга (например, точно определенных другими функциональными методами [МЭГ, ФМРТ, ПЭТ] или на основе баз данных МРТ или атласов)21. Выберите функцию «наложение изображения». 2. Подготовка к нейронавигации Убедитесь, что у субъекта нет металлических предметов (например, сережек) в области головы и шеи, и убедитесь, что нет абсолютных противопоказаний, таких как внутричерепные металлические зажимы. Поместите испытуемого в кресло пациента. Отрегулируйте стул так, чтобы объект сидел удобно, с расслабленной шеей, руками и ногами. Отрегулируйте высоту кресла так, чтобы оператор мог комфортно стимулировать все исследуемое полушарие. Разместите трекер головы так, чтобы он стабилизировался во время сеанса стимуляции (с помощью наклейки или ремня) и не блокировал свободное перемещение катушки TMS над головой, особенно над височными областями. Трекер может быть расположен немного справа на лбу, если стимулируется левое полушарие, и наоборот, если стимулируется правое полушарие, чтобы обеспечить стимуляцию передних лобных долей. Совместно зарегистрируйте голову субъекта в 3D-модели головы, реконструированной с помощью МРТ. Используйте ручку для оцифровки на голове участника, чтобы отметить стороны света (носовые, предушные точки), которые были выбраны на МРТ. Оцифруйте дополнительные точки по всей поверхности черепа, чтобы уменьшить конечную ошибку регистрации. Поместите перо для оцифровки на каждое выделенное место на 3D-модели головы и нажмите левую педаль, когда пятно начнет мигать на экране навигатора. Подтвердите регистрацию, даже если общая погрешность приемлема (менее 4 мм). Прикоснитесь к голове субъекта кончиком оцифровывающего пера. Дважды проверьте визуально, что ручка находится в аналогичном месте на поверхности 3D-модели на основе МРТ. Если его положение не соответствует точке на МРТ, повторите шаги 2.1-2.4. Перед началом стимуляции убедитесь, что и субъект, и оператор носят средства защиты органов слуха. 3. Определение горячей точки и моторного порога для стимуляции М1 Для определения двигательного порога покоя (rMT) выберите дистальную мышцу кисти (например, отводящую pollicis brevis [APB]) из правой руки.ЗАМЕТКА. Моторный порог используется для определения начальной интенсивности стимуляции, которая впоследствии может быть изменена, как описано ниже. Таким образом, для этой цели можно использовать любую дистальную мышцу кисти. Поместите одноразовый гелевый электрод (диаметр: ~ 30 мм) на правый APB (живот мышцы), а другой – на середину большого пальца (сухожилие). Поместите заземлитель рядом с запястьем (или следуйте инструкциям производителя). Подключите электроды к усилителю электромиографии (ЭМГ) и убедитесь, что APB находится в состоянии покоя, наблюдая за непрерывным сигналом ЭМГ. Измените положение руки, если записанная мышца не может быть легко расслаблена. Найдите корковую горячую точку для определения моторного порога APB. Начиная с областиручки 22 двигателя, подайте несколько импульсов TMS и продолжайте перемещать и вращать катушку до тех пор, пока не появятся вызванные потенциалы двигателя APB (MEP).ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно моторные изображения большого пальца расположены перпендикулярно боковой стенке ручки руки.Выберите интенсивность TMS, которая вызывает MEP около 200-500 мкВ. Оптимизируйте расположение и ориентацию катушки, слегка изменив ее угол, чтобы вызвать максимальное количество MEP. Сохраните оптимальное расположение катушки в программном обеспечении для нейронавигации, щелкнув правой кнопкой мыши по номеру импульса, соответствующему участку горячей точки, и выбрав вариант повторения стимула. Повторите стимулы и примените алгоритм автоматической охоты за порогами23 , щелкнув правой кнопкой мыши горячую точку и выбрав опцию моторного порога в программном обеспечении нейронавигации. Если эти варианты недоступны, примените правило, согласно которому импульс ТМС должен вызывать 10 MEP (≥50 мкВ) из 20 испытаний24. 4. Базовое именование изображений Ознакомьте испытуемого с изображениями перед базовым заданием на присвоение имен объектам11,12. Распечатайте изображения (или покажите их в цифровом формате) и дайте испытуемому попрактиковаться до начала сеанса (испытуемый также может практиковаться дома).Используйте правильно стандартизированные нормализованные цветные изображения (например, из Банка стандартизированных стимулов25; Дополнительный рисунок 1). Используйте только те изображения, которые часто встречаются в повседневной среде, имеют минимальное количество синонимов и имеют высокое согласие. Если возможно, прикрепите акселерометр к коже над гортанью и голосовыми связками, чтобы записать начало речи, как объясняется в Vitikainen et al.26. Покажите изображения испытуемому одно за другим и попросите его назвать изображения вслух без стимуляции.Представьте изображения объекту на экране, расположенном на расстоянии 0,5-1 м. Используйте время отображения 700-1,000 мс на изображение. Отрегулируйте интервал между изображениями (IPI), чтобы сделать задачу немного сложной для каждого предмета (например, начните с 2,500 мс и варьируйте от 1,500 до 4,000 мс).Если во время базовой задачи именования возникает много ошибок, увеличивайте IPI с шагом 200–300 мс. Если задача слишком простая, уменьшите IPI с шагом 200-300 мс. Для фактического сеанса картирования речи с nrTMS опустите изображения, которые во время базового тестирования не были обучены должным образом, неправильно названы, не названы четко, неправильно сформулированы, названы с задержкой или нерешительностью или казались сложными для субъекта. Запустите задачу именования базовых показателей три раза и повторите шаги 4.3–4.5, если производительность неудовлетворительна. 5. Картирование коры речи Варьируйте интенсивность стимуляции, увеличивая / уменьшая ее с шагом 1% от выходной мощности стимулятора, чтобы каждая целевая область получала одно и то же индуцированное электрическое поле (E-поле), как определено для rMT мышц кисти в корковой моторной точке кисти. Обычно для теменных мишеней необходимо применять более высокие интенсивности, чем для лобно-височных мишеней, чтобы достичь тех же корковых E-полей, что и для горячей точки rMT.Снижение интенсивности при стимуляции корковых структур, расположенных ближе к поверхности головы (Е-поле выше заданного рМТ Е-поля). Перед началом стимуляции убедитесь, что значения индуцированного Е-поля приблизительно одинаковы (с разницей 2-3 В/м) в разных областях, связанных с речью, в обоих полушариях.При необходимости отрегулируйте глубину коры (глубину пилинга). Убедитесь, что центр катушки не находится в воздухе. Начните с интервала по умолчанию от изображения до TMS (PTI), равного 300 мс, или используйте PTI 0-400 мс; PTI выше 150 мс предпочтительнее для оптимизации перекрытия стимуляции с языковой обработкой. Начните с пяти импульсов с частотой стимуляции 5 Гц. Начните с области коры, не связанной с обработкой речи, чтобы субъект привык к ощущению, вызванному стимуляцией. Затем переместите катушку в ожидаемые области, связанные с речью. Удерживайте катушку в том же положении, пока последовательность импульсов не закончится и не будет завершено именование субъекта. Сосредоточьтесь на производительности субъекта, как описано ниже.Если ошибки не наблюдается, переходите к следующему локусу. Если наблюдается ошибка или даже колебание, продолжайте стимулировать этот сайт для дополнительных двух-трех поездов nrTMS, а затем двигайтесь дальше. Помните об этом месте для возможной последующей повторной стимуляции. При обнаружении даже небольшой ошибки (например, незначительные колебания или более громкий голос во время именования из-за повышенного усилия) выполняйте небольшие корректировки катушки, чтобы спровоцировать более четкие ошибки. Избегайте повторения стимуляции на одном и том же месте в течение более пяти последовательных поездов. Продолжите работу с другими корковыми участками и вернитесь к сайту позже. Если повторяющиеся ошибки появляются в нескольких стимулированных местах, поднимите катушку в воздух над кожей головы и проверьте, возникают ли ошибки. Если ошибки по-прежнему возникают, сделайте перерыв и подождите, пока именование не вернется в нормальное состояние.ЗАМЕТКА. Повторяющиеся ошибки именования, не связанные со стимуляцией, могут быть распространены, если области, связанные с речью, поражены опухолью или другим поражением. Стимулируйте блоками по 7-10 минут (максимум) непрерывно и делайте перерывы между ними по 2-5 минут.ПРИМЕЧАНИЕ: Ошибки становятся более распространенными при длительных стимуляциях и если субъект устал. Стимулируйте все, возможно, связанные анатомические области (например, IFG, STG, SMG, среднюю височную, прецентральную, постцентральную и угловую извилины, а также префронтальную кору), чтобы получить как можно больше контрольных ответов. Если это возможно и/или клинически подтверждено, стимулируйте оба полушария. Осторожно стимулируйте внутри и вокруг опухолевой области или предполагаемого местоположения поражения, даже если эти области не относятся к классическим речевым областям (для пациентов с опухолями и эпилепсией).Исследуйте области коры, которые расположены вдали от места поражения, чтобы выявить возможные пространственные сдвиги в языковых областях из-за пластических изменений или масс-эффекта, особенно у пациентов с большими поражениями. Уменьшите интенсивность ТМС с шагом 2-5% от максимальной мощности стимулятора, если картирование вызывает боль или дискомфорт. Прекратите измерение, если субъект не терпит вызванную боль или дискомфорт. 6. Стратегия, когда не возникает ошибок в именовании Прекратите стимуляцию и измените параметры стимуляции. Уменьшите IPI с шагом 200 мс по сравнению со значением по умолчанию (например, с 2,500 мс до 2,300 мс). Измените частоту подачи импульсов с 5 Гц до 7 Гц. Измените интервал между началом представленного изображения и рТМС (в настоящее время нет единого мнения о том, следует ли его увеличивать или уменьшать). Увеличьте интенсивность стимуляции (не вызывая дискомфорта). 7. Офф-лайн анализ вызванных ошибок именования Сотрудничайте со специалистом (например, нейропсихологом), который должен оптимально присутствовать в операционной. Дважды проверьте вызванные ошибки именования, наблюдая за положением катушки и возможными болевыми помехами от видеозаписей. Классифицируйте ошибки в соответствии с Corina et al.27 (например, аномия, семантическая и фонологическая парафазия, ошибки производительности).Если определенный тип ошибки повторяется в базовом видео, не рассматривайте это как ошибку при анализе видео сеанса стимуляции. Если объект назван в честь поезда rTMS, считайте это задержкой или отсутствием ошибки; Проверьте также возможный дискомфорт субъекта во время подачи импульса. Если испытуемый не может назвать данный объект, хотя язык, губы и челюсти двигаются, запишите ошибку без ответа. Если в каждом сеансе изображение называется по-разному, откажитесь от него. Если вы не уверены, контролируйте производительность соседнего участка стимуляции или эффект стимуляции другого полушария с помощью того же изображения.