Method Article

マルチモーダルImaging-とてんかんの患者で接続関連の脳の興奮性を評価するの刺激に基づく方法

DOI:

10.3791/53727

⸱

November 13th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Harvard Medical School, 2Department of Neurology, Beth Israel Deaconess Medical Center, 3Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center, 4Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 5Department of Neurology, Massachusetts General Hospital

In This Article

Summary

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Resting-state functional-connectivity MRIは、皮質発達の奇形によるてんかんを含む、広範囲の神経精神障害を持つ患者の異常を特定しました。経頭蓋磁気刺激法と脳波を組み合わせることで、てんかん患者が異常な接続性を持つ領域で皮質過興奮性を持っていることを実証できます。

Abstract

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Resting-state functional connectivity MRI(rs-fcMRI)は、血中酸素濃度に依存する信号の経時的な相関に基づいて、異なる脳領域間の接続性を特定する技術です。 rs-fcMRIは、さまざまな神経疾患や精神疾患における脳の接続性の異常を特定するために広く適用されてきました。しかし、rs-fcMRIの接続性異常と脳の電気生理学と疾患状態との関係は不明であり、これは機能的接続性の変化が疾患の病態生理学における因果関係を確立していないことが一因である。経頭蓋磁気刺激法(TMS)は、電磁誘導を用いて皮質活動の焦点変化を非侵襲的に引き起こす技術です。脳波計(EEG)と組み合わせることで、TMSは外部摂動に対する脳の反応を評価するために使用できます。ここでは、rs-fcMRI、TMS、および EEG を組み合わせて、神経精神疾患患者の機能的接続性の変化の生理学的意義を評価するためのプロトコルを提供します。rs-fcMRIを使用して、皮質発達の奇形によるてんかん患者の異常な接続性領域を特定した以前に発表された研究からの代表的な結果を提供します、 脳室周囲結節性異所性(PNH)。てんかん患者における刺激は、一致した健康な対照患者の同じ部位の刺激と比較して異常なTMS誘発脳波活動をもたらし、TMS誘発電位の後期成分の異常な増加をもたらし、皮質の過興奮性と一致した。この異常は、異常な安静時状態の機能的接続性を持つ領域に特有のものでした。以前に発作が記録された被験者の電気源分析により、異常なTMS誘発活動の起源が発作発症ゾーンと共局していることが示され、てんかん誘発性回路の存在が示唆されました。これらの結果は、rs-fcMRI、TMS、およびEEGを一緒に利用して、ヒトの疾患における異常な脳の接続性の生理学的意義を特定し理解する方法を示しています。

Introduction

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経頭蓋磁気刺激（TMS）は、非侵襲的に電磁誘導を介して大脳皮質の領域を刺激するための手段です。 TMSは、大きいが、空間的に制限された磁束は、ターゲット皮質領域に電界を誘導し、それによって下にある神経組織の活動を調節するために使用されます。モータにおける運動皮質の結果とTMSは、電（EMG）を介して末梢測定することができ誘発電位。ペアまたはパルスのトリプレットに適用した場合、TMSは、特定の皮質内GABA作動性およびグルタミン酸回路1-3の活性を評価し、したがってヒト患者におけるインビボでの興奮と抑制のバランスを評価することができます。てんかんでは具体的に、TMS研究は、皮質過剰興奮はてんかん4,5を有する患者において存在し、成功した抗てんかん薬物療法で正規化し、従って、薬物6に対する応答を予測することができることを示しています。皮質元のさらに、TMS対策単一の発作7とし、一般的な特発性および後天焦点てんかん8の両方を有する患者の兄弟姉妹に患者における中間値を示しcitability。これらの知見は、皮質興奮性のTMS対策は、私たちはてんかんのためendophenotypesを識別することを可能にし得ることを示唆しています。 TMS-EMGは、モータのみ皮質回路の刺激で評価することができ、てんかん患者の多くは、運動皮質の外側発作病巣を持っているのでしかし、これらの対策の感度と特異性は、おそらく、限定されて....

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Protocol

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ここで説明するプロトコルは、ベス・イスラエル・ディーコネス医療センターとマサチューセッツ工科大学の治験審査委員会によって承認されました。

1.件名の選択

  1. 研究プロトコルの患者選択。
    1. アクティブてんかん（過去一年以内に発作）またはリモートてんかん（前発作が、過去5年間の無発作で上または薬オフのいずれか）と構造的脳画像上脳室周囲結節性異所性の既往歴のある患者を識別します。
    2. 発作の既往のない患者を除外します。また、発作のための代替可能な病因を有する患者を除外する（ 例えば、外傷性脳損傷、脳卒中、髄膜脳炎の歴史）または代替診断（ 例えば、特発性全般てんかん、近心側頭葉てんかん）と一致して脳波所見と。
    3. 追加の神経学的または精神医学的diseaを有する患者を除外それ自体、または他の不安定な医学的状態を有します。また、前脳の手術歴のある患者、MRIを許容することができないこと、最近の違法な物質や重いアルコールの使用、または特定のMRI 46またはTMS 47禁忌を除外します。
  2. 健康な対照被験者の選択。
    1. 各PNH患者のために（私たちの前に発表された研究37、8人の患者では、年齢20から43年は30.25を意味し; 3オス、5女性）、年齢と性別をマッチさせた健常対照を識....

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Results

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休止状態の機能的結合のfMRIは、接続せずに異脳室周囲灰白質結節（ 図1）、及び制御領域が高い機能的結合を実証する皮質の領域を同定するために使用され得ます。このような異常機能的結合は、生理的な意義を持っているかどうかを判断するには、相関休止状態の活性を有する皮質領域は、コントロールの刺激によって生成されたEEG電位に比べneuronavigated TMSのための「接続」の標的部位、および誘発脳波結果として選択することができます同じ患者では非接続されているターゲット。さらに、同じ領域がPNH患者に見られる異常な機能の接続は、患者の臨床的なてんかん症候群の病態生理学的意義を持っているかどうかを決定するために、健康な対照被験者（ 図2）に標的化することができます。皮質hyperexの具体的存在citabilityグローバル平均電場電位の正規化曲線下面積を決定し、この値は、彼または彼女の適合コントロール（ 図2）よりもてんかん患者のために大きいか否かを評価することにより、個々の.......

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Discussion

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休止状態の機能的接続性MRIは、ヒトの脳内のネットワーク接続を識別するために、異なる疾患状態26,31,32に生じる接続の変化を同定するために使用されています。しかし、fMRIの機能的結合としてBOLD信号に相関を識別することに基づいており、血液酸素の変化は、基礎となる神経活動との非自明な関係を持っているとして、因果意義とこれらのfMRI接続所見の生理学的関連性は不明です。 TMSは、特定の皮質領域における脳活動の空間的および時間的に目標と操作を可能にします。 EEGと組み合わせた場合、TMSは、異なる脳領域にわたって刺激に対する脳の応答を評価するために使用することができます。したがって、TMS-EEGは、接続中に観察された変化は、基礎疾患の病態生理に関係する可能性がある生理学的相関を持っているかどうかを評価するために変更されたfMRIの機能的結合を有する領域に適用することができます。

この記事では、異常な機能の接続ネットワーク37の開発に関連付けられている脳の発達、脳室周囲結節性異所性の奇形にてんかんの患者における皮質興奮性を評価するため.......

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Disclosures

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MMS、SWG、CJC、BSCは開示するものは何もありません。APLは、Nexstim、Neuronix、Starlab Neuroscience、Neuroelectrics、Neosyncの科学諮問委員会のメンバーを務めており、経頭蓋磁気刺激(TMS)と脳波検査(EEG)および磁気共鳴画像法(MRI)のリアルタイム統合に関するいくつかの発行済みおよび出願中の特許の発明者としてリストされています。

Acknowledgements

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著者は、Emily L. Thorn, B.A.の協力に感謝したいと思います。彼女の「誘発された電気的活動の源推定」セクションに協力してくださった方々に感謝いたします。MMSは、Harvard Catalyst/The Harvard Clinical and Translational Science Center(National Center for Research Resources and the National Center for Advancing Translational Sciences, National Institutes of Health Award KL2 TR001100)からKL2/Catalyst Medical Research Investigator Training awardの支援を受けました。CJCは、国立衛生研究所(National Institutes of Health)(5K12NS066225)の助成を受けて行われました。APLは、Sidney R. Baer Jr. Foundation、National Institutes of Health(R01 HD069776、R01 NS073601、R21 MH099196、R21 NS082870、R21 NS085491、R21 HD07616)、Harvard Catalyst/The Harvard Clinical and Translational Science Center(NCRRおよびNCATS....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3T MRIスキャナー
MRI機能接続ソフトウェア
MRI画像表示ソフトウェアMRICron
経頭蓋磁気刺激装置NexstimeXimia Stimulator他のサプライヤーからの刺激装置を使用できます、例、Magventure、Magstim
MRIニューロナビゲーションシステムNexstimNBS v3.2.1代替MRIニューロナビゲーションシステム、e.g.、Brainsight、Localite
TMS互換脳波システムNexstimEximia 脳波代替:Brain Products、Synamps、ANT
Matlab MathworksR2012b代替:Octave
EEGLab
Minimum Norm Estimate(MNE)ソフトウェア
フリーサーファー

References

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  1. Florian, J., Müller-Dahlhaus, M., Liu, Y., Ziemann, U. Inhibitory circuits and the nature of their interactions in the human motor cortex a pharmacological TMS study. J. Physiol. 586 (2), 495-514 (2008).
  2. Rotenberg, A.

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Tags

Resting State Functional ConnectivityTranscranial Magnetic StimulationElectroencephalography RecordingEpilepsy Brain ExcitabilityCortical Hyperexcitability AssessmentTMS Evoked EEG ActivityFunctional Connectivity MRINeuronavigation Guided StimulationIndependent Component AnalysisSeizure Onset Zone Localization

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