610 Medizin und Gesundheit
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Ketamine is commonly used as an anaesthetic agent and has more recently gained attention as an antidepressant. It has been linked to increased stimulus‐locked excitability, inhibition of interneurons and modulation of intrinsic neuronal oscillations. However, the functional network mechanisms are still elusive. A better understanding of these anaesthetic network effects may improve upon previous interpretations of seminal studies conducted under anaesthesia and have widespread relevance for neuroscience with awake and anaesthetized subjects as well as in medicine. Here, we investigated the effects of anaesthetic doses of ketamine (15 mg kg\(^{-1}\) h\(^{-1}\)i.p.) on the network activity after pure‐tone stimulation within the auditory cortex of male Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus). We used laminar current source density (CSD) analysis and subsequent layer‐specific continuous wavelet analysis to investigate spatiotemporal response dynamics on cortical columnar processing in awake and ketamine‐anaesthetized animals. We found thalamocortical input processing within granular layers III/IV to be significantly increased under ketamine. This layer‐dependent gain enhancement under ketamine was not due to changes in cross‐trial phase coherence but was rather attributed to a broadband increase in magnitude reflecting an increase in recurrent excitation. A time–frequency analysis was indicative of a prolonged period of stimulus‐induced excitation possibly due to a reduced coupling of excitation and inhibition in granular input circuits – in line with the common hypothesis of cortical disinhibition via suppression of GABAergic interneurons.
Objective. Several neuroscience tools showed the involvement of auditory cortex in chronic tinnitus. In this proof-of-principle study we probed the capability of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for the measurement of brain oxygenation in auditory cortex in dependence from chronic tinnitus and from intervention with transcranial magnetic stimulation. Methods. Twenty-three patients received continuous theta burst stimulation over the left primary auditory cortex in a randomized sham-controlled neuronavigated trial (verum = 12; placebo = 11). Before and after treatment, sound-evoked brain oxygenation in temporal areas was measured with fNIRS. Brain oxygenation was measured once in healthy controls (n = 12). Results. Sound-evoked activity in right temporal areas was increased in the patients in contrast to healthy controls. Left-sided temporal activity under the stimulated area changed over the course of the trial; high baseline oxygenation was reduced and vice versa. Conclusions. By demonstrating that rTMS interacts with auditory evoked brain activity, our results confirm earlier electrophysiological findings and indicate the sensitivity of fNIRS for detecting rTMS induced changes in brain activity. Moreover, our findings of trait-and state-related oxygenation changes indicate the potential of fNIRS for the investigation of tinnitus pathophysiology and treatment response.
Scannereigene akustische Aktivierung - Eine neue Pulssequenz vereinfacht fMRT des auditiven Kortex
(2007)
Echo-planar Imaging (EPI) erzeugt durch schnell wechselnde Gradienten beträchtliche Schallemissionen. Dies führt nachgewiesenermaßen bei funktionellen Magnet-Resonanz-Tomographie- (fMRT-) Studien zu einer Aktivierung des auditiven Systems, insofern dieses beim jeweiligen Probanden in der Lage ist zu reagieren. Sowohl für auditive wie auch für nicht-auditive Untersuchungen wurden verschiedenste Anstrengungen unternommen, diese Interferenzen zu minimieren. Anstatt den Lärm des Scanners zu reduzieren oder die Transmission des Schalls zu behindern, war es nun das Ziel, eben diesen Schall zur Aktivierung des auditiven Kortex zu benutzen und diese mit fMRT-Untersuchungen nachzuweisen. Dieses geschieht schlicht durch das Auslassen von Read-Outs aus der Gradientenfolge der Pulssequenz. Diese Pulse sind die Hauptemissionsquellen von Schall des EPI, sie verursachen sowohl den Spitzenschallpegel als auch die Grundfrequenz, welche im umgekehrten Verhältnis zum Echo-Spacing steht. Durch eine Modell-gestützte Analyse wird gezeigt, dass das Auslassen von Read-Outs nach einem vordefinierten Schema verlässlich dazu geeignet ist, eine hämodynamische Blood-Oxygenation-Level-Dependent- (BOLD-) Signalveränderung im auditiven Kortex von normal hörenden Probanden (n=60) zu evozieren. Um den Nutzen der Technik beim auditiven fMRI zu zeigen, werden auf der Ebene der Einzelanalysen das traditionelle Family-Wise-Error-Rate- (FWER-) korrigierte Maximum Height Thresholding mit dem Spatial Mixture Modelling (SMM) verglichen. Mit Letzterem können so in 95 % der Fälle eine adäquate, bilaterale, auditive Aktivierung nachwiesen werden, wohingegen das FWER-basierte Voxel-Thresholding nur in 72 % aller Probanden eine solche Aktivierung zeigt. Um die klinische Anwendbarkeit der Technik unter pathologischen Bedingungen zu demonstrieren, wird ein Fallbericht einer Patientin vorgestellt, die an einem schweren, beidseitigen Sensorineural Hearing Loss (SNHL) aufgrund bilateraler Large Vestibular Aqueducts (LVAs) leidet. Dabei wird eben diese Modifikation benutzt, um präoperativ vor Cochlear Implantation (CI) zu zeigen, dass ein zentrales Resthörvermögen vorhanden ist. Da die Untersuchung völlig unabhängig von der Compliance des Patienten und kein zusätzliches Zubehör zum Scanner vonnöten sind, eignet sie sich hervorragend zu auditiven Untersuchungen, um so schnell das Hörvermögen zu prüfen. Dabei funktioniert die Methode unabhängig von äußerlichen Bedingungen: Bei hörgesunden Probanden ebenso wie bei Hörgeschädigten, bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen aller Altersstufen sowie unabhängig von einer Sedierung während der Untersuchung. Beide benutzten Scanner zeigten unabhängig vom Gradienten oder der verwendeten Spule ein gleiches Ergebnis.