文摘
客观的。一些神经科学工具显示,听觉皮层参与慢性耳鸣。本原理研究中我们探测能力的功能性近红外光谱(fNIRS)测量听觉皮层的大脑氧化依赖从干预慢性耳鸣和经颅磁刺激。方法。23个患者接受连续θ破裂刺激在左边的初级听觉皮层在随机假对照neuronavigated试验(verum = 12;安慰剂= 11)。治疗前后,sound-evoked大脑氧化与fNIRS颞区域测量。大脑氧化测定健康对照组。结果。Sound-evoked右颞区域活动增加患者与健康对照组。左侧颞活动刺激下面积变化的试验;高基线氧化减少,反之亦然。结论。通过证明rTMS与听觉诱发大脑活动,我们的研究结果证实电生理学的早些时候发现并指出fNIRS的敏感性检测rTMS诱导大脑活动的变化。此外,我们的研究特点和政府背景的氧化变化表明fNIRS的潜力调查耳鸣的病理生理学和治疗反应。
1。介绍
慢性耳鸣是一个非常普遍的条件(5 - 15%)1)没有提供有效的疗法来治疗这种情况,就是关掉耳鸣。今天,很明显,慢性耳鸣相关excitatory-inhibitory dysbalance神经活动的自发活动增加以及听觉通路(2,3]。随后的音质在听觉皮层重组也在动物模型中发现耳鸣(4]。在人类中,发散的结果很明显(5,6]。
在人类中,听觉皮层的活动增加了耳鸣的神经关联(7,8]。正电子发射断层扫描(PET)早期研究显示提示的left-lateralization耳鸣(初级听觉皮层的活动9]。在大多数情况下纵向设计的调制耳鸣的感觉通过注射利多卡因或体细胞演习。最近的一项荟萃分析证实左侧初级听觉皮层的活动增加了,活动也增加了两国听觉皮层(10]。最近的一项研究对比患者和控制(11]挑战这个概念通过提供证据表明left-lateralization独立于耳鸣。
与宠物衡量脑代谢在几分钟,功能性磁共振成像(fMRI)能够测量静息状态和sound-evoked活动。静息状态的研究主要显示一致的活动增加的听觉区域(12,13偶尔之间没有变化的报道患者和控制(14]。Sound-evoked研究有听觉皮层的活动增加了(15)或不对称活动对应的偏侧性耳鸣(16]。也有报道称,没有听觉皮层的变化(17,18]。最近的一项研究显示,减少下丘和听觉皮层之间的连接(17]。总之,耳鸣似乎与增加听觉皮层的活动和连通性。
还研究使用脑电图(EEG)和脑磁图描记术(MEG)显示听觉诱发电位的变化,静息状态的权力和连通性。大多数这些研究调查协会耳鸣特征与生理标记相关的大脑活动设计(19]。
由于病理生理听觉皮层的参与慢性耳鸣,无创性脑刺激方法重复经颅磁刺激(rTMS)被引入作为一个可能的治疗选择(20.- - - - - -22]。尽管最初积极的治疗效果,结果在过去的11年尺度效应的临床试验使用rTMS治疗耳鸣是温和的,个别间变异性高,仍然没有有效的治疗(23]。基于人口统计学和临床数据,没有明确的指示或生物标志物rTMS治疗反应或慢性耳鸣的治疗效果24]。神经生理学和神经影像数据可能代表一个更客观和可靠的治疗反应指数比主观评级。脑电图(25和梅格26静息状态和听觉诱发fMRI和脑电图(27]措施与rTMS治疗效果有关。因此,rTMS功效的评价神经影像构成的下一步耳鸣研究[28]。这一策略可能会增加rTMS在耳鸣的疗效解释个人间变异性使一个更加个性化的治疗。
功能近红外光谱(fNIRS)是一种神经影像学方法使测量calottenear大脑活动通过测量血氧水平依赖信号基于光学原理的地形(29日- - - - - -31日]。尽管适度的空间和深度分辨率,fNIRS的大优势功能磁共振成像是沉默和正直的测量环境中,流动性,敏捷,运动构件,高时间分辨率(30.]。尤其是在耳鸣,是高相关性尽可能少的机器噪音由于相互影响与听觉皮层的活动。
本研究的目的是调查fNIRS作为一个潜在的能力指标在听觉皮层耳鸣相关活动。对于这个目的我们对比脑氧化慢性耳鸣患者和健康对照组治疗前后与rTMS听觉皮层。我们希望sound-evoked活动增加慢性耳鸣,多动可以减少施。随着左颞脑刺激我们期望效应主要发生在这个半球。
2。材料和方法
2.1。样品和程序
这项研究已经被当地伦理委员会批准的维尔茨堡(德国)和根据赫尔辛基的声明已经完成。23例慢性耳鸣患者参与研究后给予书面知情同意。急性或慢性炎症的患者中耳,梅尼埃病(又名内耳眩晕,突然特发性听力损失,或波动的听力被排除在外。耳科学的评估包括micro-otoscopy,纯音听力测定,tympanometry, stapedius反射测量来验证正常中耳功能。意味着在dB HL听力损失被定义为双耳的平均纯音听力阈值为0.125,0.250,0.500,1,2,3,4,6,8 kHz。患者癫痫发作史,疑似诊断有机脑损伤患者和怀孕以及心脏起搏器,移动金属植入物,或植入药物泵被排除在外。
临床效果和研究设计将分别详细公布。总之,我们进行了一项随机假对照试点试验(verum:;假:)使用连续θ破裂刺激左Heschl与解剖neuronavigation回目标。刺激了两次短暂的休息)(2×600脉冲每周上五天,从周一开始,用一个中间周末打破之间的第一个和最后一个五天的治疗。刺激强度是最大刺激器输出的30%。fNIRS测量之前进行治疗后(前2周刺激)和(当天最后的治疗)。健康对照组(与fNIRS)测定一次。样本特征提供了表1。
2.2。Sound-Evoked活动
我们使用一个块和一个与事件相关设计测量声刺激引起的氧化变化。“拉西Consultatif国际Telegraphique et Telephonique”(CCITT)语音噪声提出了双耳通过插入耳机(美国航空公司E-A-RTONE3A)。耳机的顶端放置进入耳道,保证精确调整声音的强度。强度级别被设置为70分贝。块设计,参与者听12块CCITT噪音。每一块持续了20年代,紧随其后的是一个20多岁的休息时间。与事件相关的设计,刺激了40倍的变量interstimulus间隔12 - 14为1.75年代。
2.3。测量大脑活动
功能近红外光谱(fNIRS)已被证明具有很高的有效性(32[]和可靠性33- - - - - -35),适合于测量声音诱发听觉皮层的活动(36]。fNIRS的测量中,我们使用一个连续的多通道波系统(ETG4000光学地形系统;日立医疗有限公司、日本)使用两种不同的波长(695±20 nm和830±20 nm)和时间分辨率10 Hz测量吸收近红外光的相对变化。这些变化转化为含氧浓度变化(O2血红蛋白(Hb)和缺氧HHb)指标的大脑活动通过修改比尔-朗伯定律(37]。单位是更易×毫米;也就是说,发色团浓度的变化取决于近红外光的路径长度。我们使用了两个相同的矩形探针集(塑料面板)的装置(光发射器和探测器)每一方。一个探针集由8光发射器和7探测器interoptode 3厘米的距离。激活的测点(频道)之间的区域被定义为一个发射器和一个探测器。因此,一个探针集由22个频道和占地6×12厘米在头皮上。面板被弹性肩带固定在头部。探针集被放置的头对相关国际标准位置的脑电图电极位置[10 - 20系统38,39]。中间的通道劣质optode放在T3 / T4与C3 / C4方向垂直方向。调查的安排设置显示在图的顶部1。
(一)
(b)
(c)
2.4。数据分析和统计
之前fNIRS的统计分析数据,信号的高频部分被通过计算一个时间窗口的移动平均5秒。在正常生理活动在当地增加神经与血管的解耦O2Hb,同时减少HHb导致两个发色团的负相关性。相关性,往往是积极的还是等于零可能表明噪声引起的运动或extracerebral或全身血流动力学活动无关的实验条件(37]。基于相关性的信号改进算法被用来过滤掉峰值,提高信号质量的基础上,认为O之间负相关2Hb和HHb40]。应用修正的结果在一个单一参数的大脑氧化的数学组合O2Hb和HHb。
块设计测量、缓慢漂移测量已排除了使用线性拟合结果的均值计算的10年代之前听觉刺激和的均值之间的间隔10和20秒后刺激。为每个条件平均轨迹被平均12个重复计算。对于统计分析,我们使用氧化刺激期间的平均振幅。与事件相关的设计,缓慢漂移信号已排除了使用高通滤波器与六个离散余弦基函数。我们使用了一般线性模型方法根据功能磁共振成像和fNIRS文献[41- - - - - -43]。协会的渠道和大脑区域被扣除Okamoto和同事的工作39),脑电图相关位置和fNIRS探针集。分析由MatLab上自制的脚本(美国MathWorks Inc .)。
图像数据的统计分析我们使用双面的学生测试和分析的方差(方差分析)为每个通道的每个探针集。首先,合理性的原因我们对比活动(振幅的块和β值与事件相关设计)对0到每个通道测试听觉区域的区域活动。这些基底大脑激活被双面的学生表示测试对零,根据t映射插值为所有渠道在整个探测器设置(图1)。其次,我们分析了整体组差异基线测量和对比组的患者与未配对的控制测试。第三,评估干预特定张后影响我们进行方差分析的独立因素组(verum与虚假的)和时间(前与post)的相关因素。事后分析了显著的交互使用测试。考虑到基线差异,我们重复方差分析显著的交互作用,包括基线值作为协变量(ANCOVAs)。由于22日计算探测器设置我们使用Bonferroni调整使用Dubey / Armitage-Parmarα边界考虑空间相关性的fNIRS频道(44- - - - - -47]。基于基线测量的平均相关系数是0.539导致一个α0.0123级别调整。因此,我们只是报告值低于1.23%。事后测试和使用Bonferroni调整ANCOVAs我们投了弃权票。所有与SPSS统计分析20.0.0.1 (SPSS Inc .)、美国)。
3所示。结果
对所有测量对象(verum和虚假的病人和对照组)这两款设计在听觉领域表现活跃。地形的大脑氧化t映射的形式如图所示1。统计值高与事件相关的设计与块设计实验的图的颜色条的范围1。在一行,只有与事件相关的设计我们发现重大活动(左半球:频道11:;通道16:;右半球:通道2:;通道6:;频道7:;频道11:;通道16:;通道20:)。无意义的活动可以看到只剩下的听觉区域块的设计。
在下一步中,我们分析了整体组基线测量的差异。测试的病人和控制显示组之间差异对听觉皮层的显著差异对渠道2 (),7 ()的块和右通道12与事件相关的设计()。区组设计的重大发现与听觉区域;患者有更高的氧化变化与控制。与事件相关的重要通道的设计与额叶区域显示减少病人的活动组。总结基线调查结果,氧化之间的右大脑半球不同病人和控制;即病人显示更高的听觉氧化在块设计和更集中的激活与事件相关的设计通过降低激活额领域反映出来。在左脑没有明确的患者组和对照组之间的差异。
张后显示无显著变化组×时间交互作用在右边hemisphere-neither块也不与事件相关的设计。块设计、通道14显示显著的交互效应()(图1)。在基线,虚假的组有更高的氧化与verum集团()。在最后的治疗,这个关系是逆转()。verum组显示氧化比虚假的组。氧化减少虚假的组的试验()和增加verum集团()。控制效果稳定的基线差异与基线值作为协变量(使用ANCOVA)。
与事件相关的设计,左通道15显示显著的交互效应相反的方向而影响块设计()。verum组有更高的氧化在基线与虚假的集团()没有氧化差异在过去治疗访问()。氧化增加虚假的组的试验()没有改变verum集团()。效果消失了通过控制基线差异使用与基线值作为协变量(ANCOVA)。总结前后效果,右半球的活动没有敏感到特定的治疗效果。左半球,增加氧化在基线减少的治疗和降低氧化在基线增加的治疗逆转模式verum和虚假的组块之间和与事件相关的设计。ANCOVA的调查结果表明,这些交互作用是高度依赖于基线值。
4所示。讨论
符合前研究[36),我们能够测量fNIRS sound-evoked活动在时间领域。本研究的发现是一个逆转模式在大脑氧化之间的块和与事件相关的设计。右脑的活动之间的差异反映了病人和控制活动块设计而增加患者集中活动与事件相关的设计。左半球,氧化时改变治疗逆转模式verum和虚假的。块设计,降低虚假的集团从一个增加活动水平的治疗;verum组显示了相反的模式。这种交互与事件相关的设计正好相反。块和事件相关设计之间的差异已经被提出作为一个潜在的解释有限可靠性在功能磁共振成像研究48]。我们的研究结果表明,短1 - 2的范围内声音年代与持久的声音刺激的范围内几秒钟可能导致神经激活的差异。不同的大脑活动依赖于刺激持续时间似乎是合理的。短凸声音相比,相同的声音变得无关紧要,如果提出了更长的时间,可能是通过自上而下的抑制机制。这可能是依照前脉冲抑制模型和感觉门控的前的新奇刺激减少传入的信息(49,50]。fNIRS的敏感性为自上而下的机制在听觉领域已经记载了fNIRS早些时候的一项研究中发现一种情感价对声音的影响诱导时间氧化(36]。观察到的差异是否与事件相关的设计和块设计是普遍现象或特定耳鸣已被进一步研究阐明。
另一个概念是我们的数据没有标明优惠sound-evoked设计测量活动具体为耳鸣和/或特定的听觉皮层rTMS干预。与事件相关的设计显示出较高的基线值和清晰的双边活动相比之下较小的块设计值,只有左半球活动为整个集团(图1)。另一方面,rTMS相关块设计的变化似乎更稳定的基线差异张后设计。
fNIRS的一个优点是可以很容易地把它与无创性脑刺激测量TMS诱导活性变化[51,52]。在目前的审判rTMS和fNIRS进行先后因为兴趣神经生物学的改变引起的治疗干预。目前结果显示特征相关增加的大脑氧化在正确的听觉区域的增加活动块设计和更集中的活动与事件相关的设计。增加活动的病人符合几项研究使用sound-evoked功能磁共振成像(16,53)在氧化或耳鸣相关病变或代谢大脑活动(10]。增加活动被认为代表了耳鸣耳鸣认知的认知或至少有一个方面(54,55]。安静的测量设置fNIRS证实了功能磁共振成像结果。后一种方法可能是困惑的扫描仪背景噪音由于无线电波和冷却泵,这限制了功能磁共振成像研究结果的解释在耳鸣56]。
我们的结果进一步表明,听觉皮层氧化可能反映了国家级的影响。基于基线水平(块设计:虚假> verum;与事件相关的设计:verum >骗局)干预导致减少组基线活动增加,反之亦然(块设计:verum >假;与事件相关的设计:虚假> verum)。这些张后效应的重要性ANCOVAs突出显示。这些研究结果的解释是具有挑战性的,因为在基线活动这两个组之间的差异。因此很难解开,逆变化程度在治疗依赖于刺激过程(verum与虚假的)或基线测量的差异。然而我们发现依照最近的一项功能磁共振成像研究耳鸣显示相同的神经模式(27]。我们的发现相关的治疗时间血流量的变化也与发现颞顶rTMS治疗精神分裂症幻听。十二medication-resistant病人,宠物后发现左颞顶减少症状和代谢低频率相应的区域(57]。在另一项研究脑血流量(动脉自旋标记)在左颞回预测治疗反应(58]。开放式问题未来工作的意义是负面的基线值在基线和如果预处理的差异是由于不同的样本。这些可能被更严格的解析描述的样本,通过增加样本容量,重复基线测量和基线值和耳鸣的相关性特征。
类似像在声音唤起功能磁共振成像或宠物的研究中,我们不得不承认,它仍然必须阐明,如何观察变化的声音诱发耳鸣与神经元有关的活动。改变声音诱发活动只能提供一个间接提示神经元变化潜在的耳鸣。
总之,即使我们不能提供最终的解释为fNIRS的方方面面的结果,神经影像的数据证实fNIRS的有用性听觉功能。未来的研究包括在对照组相同的设计应该我们更清楚地了解特质和国家级rTMS对耳鸣的听觉皮层活动的影响。开放式问题在耳鸣研究协会等可能会用这种方法可评价的耳鸣特征(例如,一侧)颞活动(11,16]或结合本地化的脑电图检查电源变化(59,60]。也调查的其他领域如眼窝前额皮质fNIRS适用性更高因为功能磁共振成像对这些领域的易感性的工件61年]。一般来说,其他领域的幻影知觉等声学幻觉可能与fNIRS[可调查研究的62年]。
5。结论
目前的概念验证研究表明fNIRS能够测量大脑听觉皮层的氧化变化与耳鸣的关系。此外,无创性脑刺激和神经影像的结合提供了详细调查的特质,有政府背景的生物标记物也有耳鸣。fNIRS措施calotte-near大脑氧化变化意味着比初级听觉皮层和二级rTMS结果也表明二级和颞顶地区潜在的治疗目标(63年,64年),问题是如果fNIRS作为指标对非基本的功能neuronavigation即刺激听觉皮质与sound-evoked相关活动。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
作者要感谢日立医疗公司etg - 4000设备和熟练的技术和方法论支持。