PhD Project – Optimized audio-visual fMRI for the guidance of brain stimulation

Nevrologiske tilstander er den viktigste årsaken til sykdom og funksjonshemming på verdensbasis. Det er mange behandlinger tilgjengelig som involverer stimulering av hjernen - enten ved kirurgisk implantering av enheter for å kontrollere elektriske signaler i hjernen, eller ved å overføre energi gjennom hodeskallen ikke-invasivt. Hver hjerne er strukturelt og funksjonelt forskjellig. Det kan være vanskelig, om ikke umulig, å fastslå nøyaktig hvilke deler av hjernen som er involvert i kontrollen av ulike funksjoner eller prosesser, uten noen forbehandlingsbilder eller målinger. Funksjonell MR (fMRI) er en teknikk som kan vise leger nøyaktig hvilke deler av hjernen som er involvert i å utføre visse oppgaver, eller behandle visse typer informasjon. Under en fMRI-skanning kan personen inne i skanneren bli vist informasjon eller bedt om å utføre visse oppgaver (som å gjøre forskjellige bevegelser, spille ordspill eller ta minnetester, for eksempel). Denne teknikken brukes allerede ved planlegging av hjerneoperasjoner, slik at kirurgen mer effektivt kan unngå skade på viktige deler av hjernen samtidig som den fjerner skadet eller kreftfremkallende hjernevev. Oftest vises funksjonelle MR-oppgaver til personen inne i skanneren på en skjerm. Dette er fordi MR-skannere er så høye at det er utrolig utfordrende å formidle informasjon verbalt. NordicNeuroLab, verdensledende innen produksjon av utstyr for MR-miljøet, lanserer et nytt lydsystem for MR. Dette overvinner dagens utfordringer gjennom å tilby høykvalitetslyd og aktiv og passiv støydemping. Dette åpner for muligheter i lydbaserte oppgaver for funksjonell MR. Det er også potensial for å kartlegge spesifikke områder av hjernen ved å bruke audiovisuelle oppgaver som ennå ikke har blitt utforsket i detalj. Dette prosjektet vil jobbe mot en optimalisert strategi for audiovisuell fMRI for veiledning av hjernestimuleringsbehandlinger, og demonstrere fordelen med å legge til fMRI i gjeldende kliniske arbeidsflyter.

Brain stimulation techniques can be used to treat a variety of disorders related to movement, language or memory, but localization accuracy can be limited. Functional MRI (fMRI) is a method of brain mapping, giving maps of active brain regions in response to specific stimuli. Patients perform a specific task (paradigm) depending on the functional area of interest. The most common clinical application is in pre-surgical mapping for epilepsy or brain tumours, but research shows there is also potential for fMRI to find targets for therapeutic brain stimulation. fMRI paradigms are typically conveyed to the patient in the MRI scanner via a visual display. For patients who cannot take in the information visually, information may be conveyed audibly via headphones, but the noise of the MRI scanner poses a huge limitation in the ability to hear stimuli or instructions. NordicNeuroLab has produced a state-of-the-art noise cancelling audio system for use during MRI scanning. This opens up significant opportunities to improve the way stimuli are conveyed to fMRI patients, allowing better quality fMRI for a wider range of patients. We propose to develop and test functional MRI paradigms with the potential to instruct the best location for brain stimulation for the treatment of motor, language or memory related disorders. The student will: • Investigate differences and synergies in the use of visual versus auditory delivery of stimuli during fMRI for motor, language and memory tasks • Optimize scanning protocols and paradigms for motor, language and memory fMRI in healthy volunteers by investigating advanced MR acceleration techniques and adaptive paradigms, to allow as much sensitive and specific functional information as possible to be gathered during a single fMRI scan • Conduct a clinical study in patients undergoing brain stimulation, providing fMRI data to the neurosurgeon or in advance of surgery, and obtaining feedback on the usefulness of such data for guidance.