p-ISSN 2083-389x   e-ISSN 2084-3127

Logo

Functional Magnetic Resonance Imaging of Auditory Cortex in Partial Deafness Treatment

Henryk Skarzynski, Tomasz Wolak, Agnieszka Pluta, Monika Lewandowska, Mateusz Rusiniak, Artur Lorens, Lech Sliwa, Piotr H. Skarzynski

JHS 2012; 2(2): OA53-60

DOI: 10.17430/882763

Published: 2012-05-15


Background: Recently, there has been a surge of interest in neuroimaging techniques that might help to objectively evaluate the residual hearing abilities of patients with hearing abilities of patients considered for partial deafness treatment (PDT). Such an evaluation might allow a wider range of PD candidates to benefit from cochlear implantation (CI). Although existing studies suggest that functional magnetic resonance (fMRI) may help predict the benefits of CI for hearing-impaired patients, little is known about the activity of the primary auditory cortex in patients with partial deafness. This study is the first to apply fMRI to examine BOLD signal changes in the auditory cortex induced by chirp stimulation in patients with partial deafness.
Material and Method: Ten patients considered for partial deafness treatment with electro-acoustic stimulation (PDT-EAS) and 10 patients considered for electrical complement treatment (PDT-EC) according to Skarżyński’s categorization of partial deafness treatment (PDT) participated in the study. fMRI measurements were performed in a 3T Siemens Magnetom Trio
scanner at the Bioimaging Research Center (BRC) of the Institute of Physiology and Pathology of Hearing in Kajetany, Poland. During the fMRI study, subjects were presented with a chirp of two different bandwidths: 50–950 Hz (middle frequency 500 Hz) and 3000–5000 Hz (middle frequency 4000 Hz) at 90 dB(C) via MRI-compatible earphones. A sparse paradigm was used and the data was analyzed using the SPM8 package (Statistical Parametric Mapping, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Standard preprocessing was followed by a second-level analysis for contrast of low and high frequencies.
Results: As expected, bilateral activation in the auditory cortex was observed in response to stimulation by 500 Hz chirps in PDT-EAS and PDT-EC candidates. Activation in response to 4000 Hz chirps were found only in the PDT-EAS group but less strongly than for 500 Hz chirps.
Conclusions: fMRI can be used as an objective way of assessing residual hearing in the auditory cortex of patients with partial deafness.
Key words: fMRI • partial deafness treatment • PDT-EAS

RESONANCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL DE LA CORTEZA AUDITIVA EN EL
TRATAMIENTO DE LA SORDERA PARCIAL


Antecedentes: Recientemente, se mostró gran interés en las técnicas de neuro-imagen que pueden ayudar a evaluar objetivamente las capacidades auditivas residuales de los pacientes con capacidades auditivas y de los pacientes considerados para el tratamiento de la sordera parcial (PDT). Dicha evaluación podría permitir a un grupo más amplio de candidatos con sordera parcial a beneficiarse de un implante coclear (IC). Aunque los estudios existentes sugieren que la resonancia magnética funcional (IRMf) puede ayudar a predecir los beneficios de la IC para los pacientes con deficiencias auditivas, se sabe poco sobre la actividad de la corteza auditiva primaria en pacientes con sordera parcial. Este estudio es el primero en aplicar la IRMf para examinar los cambios de la señal BOLD en la corteza auditiva inducida por la estimulación chirrido en los pacientes con sordera parcial.
Material y método: En el estudio participaron diez pacientes considerados para el tratamiento de la sordera parcial con estimulación electro-acústica (PDT-EAS) y 10 pacientes considerados para el tratamiento de complemento eléctrico (PDT-CE), de acuerdo con las categorías de Skarzynski sobre el tratamiento de la sordera parcial (PDT) que participaron en el estudio. Las mediciones de resonancia magnética funcional se realizaron en un escáner 3T Siemens Magnetom Trio en el Bioimaging Research Center (BRC), del Instituto de Fisiología y Patología de la Audición en Kajetany, Polonia. Durante el estudio de resonancia
magnética funcional, los pacientes se estudiaron con un chirrido de dos anchos de banda diferentes: 50–950 Hz (frecuencia media de 500 Hz) y 3000–5000 Hz (frecuencia media de 4000 Hz) a 90 dB(C) a través de resonancia magnética compatibles con audífonos. Se utilizó un paradigma escaso y los datos fueron analizados mediante el paquete SPM8 (Statistical Parametric Mapping, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). El preprocesamiento fue seguido por un análisis de segundo nivel para el contraste de las frecuencias bajas y altas.
Resultados: Como era de esperar, la activación bilateral en la corteza auditiva se observó en respuesta a la estimulación con chirridos de 500 Hz en candidatos para PDT-EAS y PDT-CE. La activación en respuesta a los chirridos de 4000 Hz sólo se notó en el grupo PDT-EAS, pero con menos intensidad que en chirridos de 500 Hz.
Conclusiones: La IRMf se puede utilizar como una forma objetiva de evaluar la audición residual en la corteza auditiva de los pacientes con la sordera parcial.
Palabras clave: resonancia magnética funcional • el tratamiento de la sordera parcial • PDT-EAS

IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE DU CORTEX AUDITIF DANS LE
TRAITEMENT DE SURDITE PARTIELLE


Contexte: Récemment, il ya eu un regain d’intérêt pour les techniques de imagerie neurale qui pourraient aider à évaluer manière objective les capacités auditives résiduelles de patients susceptible de bénéficier du traitement de la surdité partielle. Une telle évaluation pourra permettre à un plus grand nombre de candidats atteint de surdité partielle de bénéficier de l’implantation cochléaire. Bien que les études existantes suggèrent que la résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) puisse aider à prédire les bénéfices d’une implantation cochléaire pour les patients malentendants, on connaît peu de chose sur l’activité du
cortex auditif primaire chez les patients atteints de surdité partielle. Cette étude est la première à appliquer la résonance magnétique fonctionnelle pour examiner le changement de signal dépendant de niveau d’oxygénation sanguin dans le cortex auditif induit par une stimulation à base de chirps chez les patients atteints de surdité partielle.
Matériel et méthode: Dix patients susceptibles de bénéficier d’un traitement de la surdité partielle grâce à la stimulation électro- acoustique et 10 patients susceptibles de bénéficier d’un traitement électrique complémentaire, selon la catégorisation de Skarzynski de traitement de la surdité partielle ont participés à l’étude. Les mesures par IRMf ont été réalisées dans un scanner Siemens 3T Trio Magnetom au centre de recherche de bio-imagerie de l’Institut de physiologie et de pathologie auditive de Kajetany en Pologne. Durant l’IRMf, les sujets ont été soumis à un chirp de deux bandes passantes différentes: 50–950 Hz (fréquence moyenne de 500 Hz) et 3000–5000 Hz (fréquence moyenne 4000 Hz) ce à 90 dB (C) par l’intermédiaire d’écouteurs compatibles avec l’IRM. Un rare paradigme a été utilisé et les données ont été analysées en utilisant le paquet SPM8 (La cartographie statistique paramétrique, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). Un prétraitement standard a été suivi d’une analyse de second niveau pour un contraste des basses et hautes fréquences.
Résultats: Comme prévu, l’activation bilatérale dans le cortex auditif a été observée en réponse à une stimulation par des chirps de 500 Hz chez les candidats pour le traitement de surdité partielle avec la stimulation électro-acoustique et par le traitement électrique complémentaire. Une activation en réponse à des chirps de 4000 Hz a été observé uniquement dans le groupe de candidats au traitement de la surdité partielle par stimulation électro-acoustique, mais moins fortement que pour les chirps de 500 Hz.
Conclusions: L’IRMf peut être utilisée comme un moyen objectif d’évaluation de l’audition résiduelle dans le cortex auditif des patients atteints de surdité partielle.
Mots clés: Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle IRMf • Traitement de la surdité partielle • Traitement de la surdité partielle par la stimulation électro-acoustique

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ СЛУХОВОЙ ЗОНЫ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЛЕЧЕНИИ ЧАСТИЧНОЙ ГЛУХОТЫ

История вопроса: В последнее время наблюдается всплеск интереса к технологиям нейровизуализации, способ- ствующим объективной оценке остаточных слуховых возможностей у пациентов со слуховыми возможностями или пациентов, направленных на лечение частичной глухоты (PDT). Такая оценка может способствовать получе- нию положительного результата от кохлеарной имплантации (CI) для более широкого спектра пациентов с PD. Несмотря на то, что проведенные исследования подтверждают эффективность функционального магнитного резонанса (фЯМР) в прогнозировании положительного эффекта от CI у пациентов с нарушениями остроты слуха, сведения об активности первичной слуховой зоны коры головного мозга у пациентов с частичной глухо- той крайне скудны. В данном исследовании впервые предпринята попытка применения фЯМР для исследова- ния изменений сигнала в системе BOLD в слуховой зоне коры при стимуляции сигналом с частотной модуля- цией у пациентов с частичной глухотой.
Материалы и методы: В исследовании участвовало десять пациентов, направленных на лечение частичной глу- хоты с помощью электроакустической стимуляции (PDT-EAS) и 10 пациентов, направленных на дополняющее лечение электрической стимуляцией (PDT-EC), на основании классификации видов лечения частичной глухо-
ты (PDT) Скаржинского. Процедуры фЯМР проводили с помощью сканирующей системы 3T Siemens Magnetom Trio в Исследовательском центре биовизуализации (Bioimaging Research Center – BRC) Института физиологии и патологии слуха в г. Кайетаны, Польша. В ходе исследований фЯМР пациенты подлежали воздействию сигнала
с частотной модуляцией в различных частотных диапазонах: 50–950 Гц (средняя частота 500 Гц) и 3000–5000 Гц (средняя частота 4000 Гц) при 90 дБ(C) при посредстве ЯМР-совместимых наушников. Была применена модель разреженной активации, данные анализировали с помощью программного пакета SPM8 (Statistical Parametric
Mapping, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/). После стандартной предварительной обработки применяли анализ второго уровня для сравнения результатов при высоких и низких частотах.
Результаты: Как и предполагалось, билатеральная активация слуховой зоны коры была отмечена при стимуля- ции сигналом с частотной модуляцией при 500 Гц у пациентов с PDT-EAS и PDT-EC. Ответная активация при
воздействии сигнала частотой 4000 Гц наблюдалась лишь в группе с PDT-EAS, но с меньшей степенью выражен- ности, чем при 500 Гц. Заключение: метод фЯМР может быть использован в качестве объективного средства оценки способности к
остаточной слышимости слуховой зоны коры у пациентов с частичной глухотой.

Keywords: fMRI, partial deafness treatment, PDT-EAS



Back