Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

גירוי מגנטי טראנס המשולבת ואת אלקטרואנצפלוגרם של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי

Published: August 17, 2018 doi: 10.3791/57983
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1,2
1Temerty Centre for Therapeutic Brain Intervention at the Centre for Addiction and Mental Health, 2Department of Psychiatry and Institute of Medical Science, Faculty of Medicine, University of Toronto

Summary

פרוטוקול המוצג כאן הוא ללימודי TMS EEG ניצול דעתנית intracortical הבחינה-הבחינה עיצוב פרדיגמות. הכוונה של הפרוטוקול היא לייצר דעתנית קורטיקלית לשחזור ואמין אמצעי להערכת neurophysiological תפקוד הקשורים התערבויות טיפוליות בטיפול של מחלות מנוטלי כמו דיכאון.

Abstract

גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) היא שיטה לא פולשנית שמייצר עירור עצבית בקליפת באמצעות שדה מגנטי קצרה, משתנה הזמן פולסים. אתחול של הפעלת בקליפת המוח או אפנון שלה תלוי ההפעלה רקע של הנוירונים של אזור בקליפת המוח מופעל, המאפיינים של הסליל, מיקומו, ומגמתו ביחס בראש. TMS בשילוב סימולטני electrocephalography (EEG), neuronavigation (nTMS-EEG) מאפשר ההערכה של cortico-קורטיקלית דעתנית וקישוריות באזורים קורטיקליים כמעט כל באופן לשחזור. מראש זה הופך nTMS EEG כלי רב עוצמה יכול להעריך במדויק הדינאמיקה המוחית ונוירופיזיולוגיה בפרדיגמות הבחינה-הבחינה הדרושים לניסויים קליניים. מגבלות של שיטה זו כוללים ממצאים שמכסים את תגובתיות המוח ראשונית את גירוי. לפיכך, התהליך של הסרת לכלוכים יכול גם לחלץ מידע בעל ערך. יתר על כן, פרמטרים אופטימליים לגירוי (DLPFC) הקדם חזיתית דורסולטרלי לא ידועים במלואם, פרוטוקולים הנוכחי לנצל וריאציות של פרדיגמות גירוי קורטקס מוטורי (M1). עם זאת, מתפתחת עיצובים nTMS EEG מקווה לטיפול בבעיות אלה. פרוטוקול המובאת כאן מציג כמה נוהגים סטנדרט להערכת תפקוד neurophysiological של גירוי כדי DLPFC שניתן להחיל בחולים עם הפרעות פסיכיאטריות עמיד לטיפול, המקבלים טיפול כגון טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS), גירוי מגנטי טראנס החוזרות על עצמן (rTMS), טיפול מגנטי התקף (MST) או נזעי חשמל (ECT).

Introduction

גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) הוא כלי neurophysiological המאפשר להערכת פעילות. עצבית בקליפת המוח באמצעות שדה מגנטי מהירה, משתנה הזמן פולסים1לא פולשנית. אלה פולסים השדה המגנטי לגרום זרם חלש בקליפת שטחי מתחת הגליל אשר התוצאות ממברנה דפולריזציה. ההפעלה קורטיקלית שהתפתח או אפנון קשורה ישירות המאפיינים של הסליל, הזווית, כיוון הגולגולת2. צורת גל של הדופק שוחרר מן הגליל, המדינה הבסיסית של הנוירונים גם להשפיע על תוצאות הפעלת קורטיקלית3.

TMS מאפשר את ההערכה של פונקציות בקליפת המוח על-ידי לעורר תגובות התנהגותיות או מנוע או דרך ההפרעה של עיבוד הקשורות למשימות. ניתן להעריך את דעתנית של תהליכים cortico-השדרה דרך הקלטה תגובות (EMG) electromyographic ממיתוס פולסים TMS יחיד על קליפת המוח המוטורית, ואילו סינאפסות intracortical (ההנחיה intracortical; ICF) ומנגנונים מעכבות (עיכוב קצר, ארוך intracortical; SICI ו LICI) פתור עם דופק לזווג TMS. TMS שחוזרת על עצמה יכולה להפריע תהליכים קוגניטיביים שונים, אך משמשת בעיקר ככלי טיפולי עבור מגוון רחב של מנוטלי הפרעות. יתר על כן, השילוב של TMS עם סימולטני אלקטרואנצפלוגרם (TMS EEG) יכול לשמש כדי להעריך דעתנית וקישוריות קורטיקליים-cortico4. לבסוף, אם הממשל של TMS מועבר עם neuronavigation (nTMS), זה יאפשר הבדיקה מדויקת-הבחינה פרדיגמות מאז ניתן להקליט האתר המדויק של הגירוי. ניתן לפלח רוב המעטפת קורטיקלית, מגורה (כולל באותם אזורים שאינם מייצרים תגובות גופניות או התנהגותיות מדיד) ובכך קליפת ניתנת באופן פונקציונלי למיפוי.

האות EEG עורר מ דופק יחיד או מזווג TMS יכול להקל את ההערכה של קישוריות cortico-קורטיקלית5 , המצב הנוכחי של המוח. הזרם החשמלי TMS-induced תוצאות פוטנציאל פעולה לבצע הפעלה הסינפסות. ניתן להקליט את ההתפלגות של הזרמים postsynaptic EEG6. האות EEG ניתן לכמת ולאתר סינפטית הפצות הנוכחי דרך דיפול דגמי7 או אומדן מינימום-הנורמה8, כאשר מועסק EEG רב-ערוצי, ועם המבנה מוליכות של הראש דין וחשבון. TMS בשילוב-EEG יכול להיות מועסק ללמוד תהליכים מעכבות קורטיקלית9, תנודות10, cortico-קורטיקלית11 , אינטראקציות interhemispheric12ופלסטיות קורטיקלית13. והכי חשוב, TMS EEG יכול לחקור דעתנית שינויים במהלך משימות קוגניטיביות או מנוע עם מבחן טובה-הבחינה אמינות14,15. חשוב לציין, TMS EEG יש פוטנציאל כדי לקבוע אותות neurophysiological עשוי לשמש גורמים מנבאים בתגובה התערבויות טיפוליות (rTMS או אפקטים תרופתי) הבחינה-הבחינה עיצובים16,17.

העקרונות של neuronavigation עבור TMS מבוססת על העקרונות של stereotaxy ללא מסגרת. השימוש במערכות אופטי מעקב המערכת18 מעסיקה מצלמה פולט-אור, אשר מתקשר עם רכיבים אופטיים המשקף האור המצורפת בראש (באמצעות גשש הפניה) והן את הגליל TMS. Neuronavigation מאפשר לוקליזציה סליל על המודל MRI תלת-ממדי בעזרת טבלת הדיגיטציה כלי סימוכין או עט. השימוש neuronavigation מקלה על לכידתו של סליל כיוון, מיקום ויישור לראש של הנושא, כמו גם את הדיגיטציה של עמדות אלקטרודות EEG. תכונות אלה חיוניים עבור הבחינה-הבחינה עיצוב ניסויים, גירוי מדויק של מיקום שצוין בתוך נגמרה.

על מנת לנצל את פרוטוקול TMS EEG בניסוי הבחינה-הבחינה, שם צריך להיות פילוח מדויק וגירוי עקבית של אזור בקליפת המוח כדי לקבל אותות אמינים. הקלטה TMS EEG יכול להיות פגיע לחפצים שונים. ניתן לסנן את החפץ TMS המושרה על האלקטרודות EEG עם מגברים לשחזור לאחר עיכוב19,20 או עם מגברים זה לא יכול להיות רווי21. עם זאת, לחץ על סוגים אחרים של החפץ שנוצר על ידי תנועות עיניים או קריצות, הפעלת שרירים הגולגולת בסמיכות של אלקטרודות EEG, תנועה אקראית אלקטרודה, קיטוב שלהם, ועל ידי הסליל או תחושה סומאטית חייבים להילקח בחשבון. הכנת הנושא זהיר המבטיחה אלקטרודה impedances מתחת kΩ 5, קיבעון של הסליל האלקטרודות, קצף בין הסליל אלקטרודות להפחתת רעידות (או כרווח לסלק חפצים בתדר נמוך22), אטמי אוזניים ואף מיסוך השמיעה צריך לשמש כדי למזער את אלה חפצים23. פרוטוקול המובאת כאן מציג תהליך סטנדרטי להערכת תפקוד neurophysiological כאשר הגירוי מוחל על דורסולטרלי הקדם חזיתית (DLPFC). הדגש הוא על פרדיגמות דופק לזווג משותף יש כבר לאימות ללימודי M19,15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים ניסיוני המוצג כאן אושרו על ידי הוועדה האתית המקומי שלנו בעקבות הנחיות של הצהרת הלסינקי.

1. סע ההרשמה Neuronavigated TMS — EEG

  1. להשיג ברזולוציה גבוהה בראש משוקלל T1 MRI מבניים לכל משתתף. סריקה על פי הנחיות היצרן neuronavigation.
  2. להעלות את התמונות על מערכת הניווט. בדוק אם בדיקות Mri נסרקים כראוי. בחר את הנקודות קרדינל (נקודות אוריקולארית מראש, את nasion, את קצה האף). הכנס את המטרות גירוי (בהתבסס על האנטומיה או מבוסס קואורדינטות בראש, הזעירה, או Talairach קואורדינטות).
  3. המקום של פנס ראש בצורה כזאת, כך היא לא לזוז במהלך הפגישה גירוי, לאפשר חינם נע של הסליל TMS. יש תותב המשתתף את אטמי אוזניים לפני ההרשמה מתחילה.
  4. יישר את הראש של המשתתף על הדגם MRI תלת-ממדי. לגעת על הראש של המשתתף עם העט טבלת הדיגיטציה בנקודות הקרדינל זה נבחרו על התמונות של הערימה MRI. לבחור ולסמן נקודות נוספות על האזורים, זמני והדפנות של הראש כדי להפחית את שגיאת רישום באותם האזורים.
  5. לאמת את הרישום. מקם את העט טבלת הדיגיטציה על הראש של המשתתף. בדוק את הייצוג שלו במחשב. אם זה לא הצבע המתאים, מר, חזור על שלב 1.4.
  6. כיילו את הגליל TMS בשימוש (במערכות מסוימות שלב זה לא נחוצה).
    1. לצרף עוקבים הגליל.
    2. מקם את הגליל על הבלוק כיול אז בתכל'ס כל גלויים מהמצלמה.
    3. לחץ על לחצן כיול במסך המחשב ולשמור את הגליל במצב כיול עבור 5 s.

2. TMS EEG ניסוי

  1. מקם את הכובע EEG על הראש ולהתכונן האלקטרודות
    1. לבחור כובע מתאים בראש טוב. ודא אלקטרודות כל בחוזקה נוגעות הקרקפת פונקציונליים. אם יותר מ-2 אלקטרודות אינן פועלות, השתמש כובע נוסף של גודל זהה או קטן יותר.
    2. הצב האלקטרודה Cz-קודקוד, במחצית הדרך בין הקו המחבר את nasion ואת inion האלקטרודה איז מעל inion.
      הערה: המקום האלקטרודות אנכי (מעל ומתחת contralateral את העין גירוי העין) ו/או אופקית (משמאל עין שמאל, ימין מימין, קצת מעל כל עצם הלחי) electrooculography (EOG).
    3. התאם את קצה המזרק בוטה ולמלא את זה עם ג'ל electroconductive. למקם את הטיפ בתוך החור של האלקטרודה, ולאחר מכן הקש והסתיר את הבוכנה בעדינות עד שיש דבק על העור. לשפשף הקרקפת בקלות באמצעות צלב דמוי נע עם קצה קהה. להבטיח כי הדבק לא מדברת לפסגה כדי להימנע גישור (קצר בין האלקטרודות).
  2. מקם את האלקטרודות EMG. הצב דיסק חד פעמיות שתי אלקטרודות (בקוטר של-30 מ מ) מעל צודקת השריר מצדיד האגודל הקצר (מעצר) במצרף גיד בטן. מקם את הקרקע לפי הנחיות היצרן.
  3. התחל את הרישום הראשי. בצע את שלבים 1.3-1.6. השתמש את הקואורדינטות הזעירה או Talairach של DLPFC.
  4. נקודה חמה, סף מוטוריים.
    1. להוסיף ספוג (סיבים מלאכותיים זני polyutherane) תחת הסליל כדי למזער את הרטט סליל על האלקטרודות במהלך הפולסים TMS. שים לב הקצף צריך להיות בערך 10 מ מ עובי.
    2. להנחות את המשתתף להיות במנוחה – נוח, עם הידיים רגועה, רגליים, עמוד השדרה.
    3. למצוא את הנקודה החמה. למקד את הידית מנוע24 כמו ציון הראשונית של ייצוג קורטיקלית של מעצר ב M1 ולהעביר את הגליל עד שם המתאים מעצר התנועה. להשתמש בעוצמות TMS לעורר דומייה של µV כ-500 על מעצר. למטב את כיוון סליל על-ידי שינוי זווית שלה, להטות כדי לעורר את התגובה הגדולה מעל הנקודה החמה.
    4. להציל את הגליל ממקמים התוכנה neuronavigator ולהפחית את עוצמת פלט בשלבים של 2-3%. לתת פולסים 10, אם יותר מאשר תגובות 5 מתוך 10 חבר הפרלמנט האירופי µV מעל 50 מתקבלים, ואז המשך הפחתת עוצמת.
    5. כאשר פחות מ- 5 מתוך 10 תגובות המתעוררים, להגדיל את העוצמה על-ידי שלבים 1-2%. MT מיוצג עוצמת שמייצר פיגל הגדולים מ- 50 µV 5 מתוך 10 פעמים25. המרווח בין הגירוי (ISI) הר צריך להיות ארוך יותר מ- 1 s, בדרך כלל להגדיר ב- s 3, 4 או 5.
  5. כוונן את העוצמה באמצעות השלבים הבאים:
    1. התחל 120% בעוצמה MT לייצר פיגל מעל M1 בין 500 ל- 1,500 µV. להקליט פולסים 10 עם הפלט של ממריץ הזה אז התגובה הממוצע הוא 1 mV. להגדיל או להקטין את עוצמת בצעדים של 1 – 2% עד שהגיע ממוצע של 1 mV.
    2. עבור עוצמת גירוי, לבחור את עוצמת כמו אחוז אחד האביזרים המקובלים לגירוי של פלט, למשל., 110%, 120%, וכו '.
    3. למצוא לשדה המושרה התואם ב- V/m (אם המערכת מאפשר). הצב את הגליל על DLPFC; להתאים את הפלט של ממריץ עד החישוב לשדה המושרה הופך זהה האחת מעל M1 העומק קורטיקלית אותו.
  6. דיגיטייז את אלקטרודות EEG, כך המיקום שלהם רשום על שם האנטומיה של המוח.
    הערה: זה צעד חשוב מאוד עבור איתור ההתפלגות של הפעלת עצביים, מדויק מיקום מחדש של האלקטרודות הפעלת מעקב.
  7. שיא TMS-א. ג
    1. החלף את אטמי אוזניים אטמי אוזניים עם צינורות אוויר כדי להתחבר מיסוך שמע (למשל., רעש לבן) אם הוא זמין ולהוסיף אוזניות מעליהם. לשחק את המסיכה שמע בלבד במהלך הלידה דופק TMS.
      הערה: שלב זה ניתן ליישם שלב 2.4.2 ללא השמעת השמע המסיכה ועם טיפול אז עוקבים ראש אינן מועברות.
    2. לטעון את הגליל על בעל סליל וודא כי הסליל לא להעביר או הקש האלקטרודות מתחתיו. ודא כי הספוג הוא בין האלקטרודות והגליל.
    3. הסר את כל המסכים הפעיל העיניים של המשתתף. לתת הוראות למשתתף לנעוץ מבט בנקודה קבועה, לא כדי לשנות את מיקום הראש שלו במהלך הלידה TMS ו למצמץ בין הפולסים TMS.
    4. . לכבות אורות פלורסנט. הפעלה יחיד הדופק TMS, SICI, ICF, LICI בסדר אקראי לכל משתתף. לתת פולסים יחיד ומשויכים 100. השתמש שונים ISI של 3-4 s (± 20%) או קבוע של 3-5 s (ראה הערה). לתת הפסקה של 3-5 דקות בין כל תנאי כך המשתתף יכול להירגע למתוח.
      הערה: SICI ו- ICF לערב פרדיגמה TMS דופק לזווג עם גירוי מיזוג subthreshold (CS), גירוי מבחן suprathreshold (TS). הפקולטה למדעי המחשב בשימוש פרוטוקול זה הוא 80% של MT, את TS בעוצמה לעורר 1 mV חבר הפרלמנט האירופי שיא אל שיא26. המרווח בין הדופק משמש SICI אופטימלי הוא ב 2 מילי-שניות עבור ICF בגיל 12-1327. הפרדיגמה LICI כרוך הזיווג של CS העל-הסף עוצמת לעורר את 1 mV חבר הפרלמנט האירופי השיא אל שיא ואחריו עוד suprathreshold TS שוב באמצעות עוצמת זה עורר 1 mV חבר הפרלמנט האירופי שיא אל שיא, במרווח הבין-דופק של 100 גב את המודיעין הפקיסטאני עבור שתי פרדיגמות הדופק יחיד ומשויכים נקבעת על-ידי זמן טעינה של ממריץ (המערכת שלנו תוכל לאפשר פולסים לזווג כל 4 s), הסכום של הפעלות (ניסויים יותר ידרוש ISI קטנים לא להעמיס על המשתתפים) וניתוח זה הולך לקחת את המקום. במחקר זה, השתמשנו של ISI קבוע של 5 s בשל המגבלות של ממריץ שלנו, גם כי צריך כמה מחזורים בתדר נמוך הלהקה (קצב תטא) לניתוח ספקטרום תדירות זמן, כוח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 A ממחיש את הפוטנציאליות TMSevoked לאחר גירוי DLPFC על פני האלקטרודה F3 לאחר ממוצע של 100 שהשרתים של כל מושב עבור אחד מתנדבים בריאים. באיור זה, אנחנו להדגיש את ההשפעה של CS על TS בהשוואה התנאי דופק אחת כאשר TS מוחל לבד. הפקולטה למדעי המחשב שמחליש את סטיה N100 בצורה ברורה אפילו בנושא אחד. במושבים SICI ו- LICI, N100 הוא בדרך כלל גדל, ICF ירידות בערכים מוחלטים בהשוואה ל- SP ובתנאי16. איור 1B, התפלגות הטופוגרפי של N100 רכיב של SP, הפרדיגמה SICI ו- ICF יש הותאמו לשפות אחרות באופן דו-צדדי כפי הוכח רבות קודמות מחקרים16,17,28, 29.

Figure 1
איור 1 : TMS EEG מדדי דעתנית קליפתי. (א) אלף ממוצע של רועי DLPFC אלקטרודות לאחר גירוי DLPFC תגובות EEG עורר-TMS. (B) N100 הערכים המותווים טופוגרפית על פני כל אלקטרודות עבור כל מושב. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TMS EEG מאפשר גירוי ישיר, לא פולשנית של אזורים קורטיקליים רוב רכישת הפעילות העצבית המתקבלת עם רזולוציה טובה מאוד-עתיים30, במיוחד כאשר neuronavigation הוא מנוצל. היתרון הזה מראש מתודולוגי הוא מבוסס על העובדה כי EEG עורר-TMS אותות שמקורם הפעילות החשמלית העצבית וזה אינדקס של cortico-קורטיקלית דעתנית. יש לזה פוטנציאל עצום באוכלוסיות החולה מנוטלי שבו TMS EEG יכול לשמש כמו סמן של התערבויות טיפוליות הנוכחיים והעתידיים.

השלב הקריטי ביותר של הפרוטוקול הוא הכנת האלקטרודות קביעת עוצמת גירוי. זה בגלל האות TMS EEG היא חשופה החפץ TMS, ללא קשר מסוג מגברים להשתמש31. האלקטרודות צריכה להיות מוכנה היטב, אז הם לא לגשר. אחד עם השני שלהם עכבה נשמרת מתחת 5 kΩ, יחס אות לרעש היא גבוהה. בנוסף, ספוג עשוי סיבים מלאכותיים polyutherane של 5-10 מ מ מותאם תחת הסליל יכולים לצמצם עוד יותר את לחץ מכני, החפץ של הצליל לחץ סליל דרך עצם הולכה.

הר קובע TMS-עוצמת; לכן, זה יש למדוד בדיוק כפי בעוצמות גבוהות יותר יוביל לחפצים גדול יותר ופחות גירוי מוקד, בעוד עוצמות קטן עלול לגרום אותות חלשים מאוד. לפיכך, הנקודה החמה מנוע צריך להימצא בסיוע neuronavigation ו MT מוערכת עם EMG הקלטות (רעש מתחת 50 µV והשרירים לגמרי רגוע). עם זאת, אין לשכוח כי את focality ואת הדיוק של כל גירוי נובע מהצורה, משך שהג פולסים32.

העדר אמצעים על סף DLPFC עולה גם כי עוצמת צריך להיות מותאם על פי משרעת של השדה החשמלי המושרה משוער23 , לא על סמך עוצמת פלט של ממריץ השיטה המקובלת. פעולה זו דורשת כי עוצמת MT זקוקה להערכה V/m לעומק קורטיקלית ספציפי ולאחר מכן את העומק באותו ו V/m לשמש כדי לחשב מחדש עוצמת של ממריץ פלט עבור DLPFC גירוי. זה נושא חשוב במיוחד בעתיד לפתוח בחקירה של הדופק לזווג פרוטוקולים כמו אלו שהוצגו כאן, בהם TS היא תמיד על עוצמות suprathreshold. עם זאת, יש צורך להגדיר את עוצמת DLPFC מ מוקלטות TEP33 או תנודות34 במהלך גירוי DLPFC כפי הוצע במחקרים האחרונים עבור M1 בעזרת אמצעים קורטיקליים ו- corticospinal.

חשוב, DLPFC גירוי אתר צריך להיות נבחר בהתבסס על הקואורדינטות הזעירה או Talairach ואת נוסף של בדיקות Mri של neuronavigation. קואורדינטות הזעירה DLPFC השמאלי (-35, 45, 38) נמשכים מחקר לזיהוי האתר אופטימלית, המבוססת על התוצאות הקליניות, קישוריות פונקציונאלי נח-המדינות35. המיקום של הסליל התמצאות, הטיה הוא משתנה חשוב אחר. קיימות שתי דרכים כדי לגשת התמצאות סליל הטיה: א) 45 מעלות האמצע עם ידית הצבעה על החלקים לרוחב של האונה9 ו- b) מאונך האמצעי sulcus חזיתית עם הצד המדיאלי הכיוון הנוכחי14. הראשון מיושם בדרך כלל כאשר אין ניווט קיים, בעוד השני דורש MRI אמיתי ומשרה ניווט וזה המקסימום של השדה. לפני תחילת ההקלטות, כוונון עדין של הסליל כך שהוא מעורר שרירים מינימום חפצים5 מבלי להשפיע על תגובות פיזיולוגיות של גירוי צריך לבצע (שינויים קטנים של 1-2 מ מ של מרכז הגליל, כמו גם הטיה, התמצאות. שינויים עדינים).

השוואה בין נטיות שונות שצריך להיעשות. מאז ישנם מחקרים ידועים לא בחנו את ההשפעה של הצבת סליל שונים על DLPFC. . וחשוב מכך, יש צורך של שיטת להגדרת הנקודה החמה DLPFC בהתבסס על EEG מודד באופן דומה כי הנקודה החמה M1 מוגדרת על-ידי EMG. לבסוף, היבט חשוב מאוד כאן היא מיקום האלקטרודות והתגובה שלהם דיגיטציה של המיקום שלהם. בעיצובים הבחינה-הבחינה, ברגע הכיפה מניחים להמשך ניסויים, האלקטרודות צריך להיות דיגיטציה. ואז שני/או דיגיטציות (של הראשון, הניסוי consequents) צריך ניתן לאבחן על דגם התלת-ממד MRI או התבנית MRI (אשר יכול להיות פתרון אמין טוב כאשר אין אפשרות להשיג בדיקות Mri בודדים). הכיפה צריכה להיות עבר במידת הצורך כך מיקום על פני הגולגולת של האלקטרודות בבצע את הניסוי תואם את מיקום המדידה הראשונה. פעולה זו תבטיח כי הנתונים ייגזרו ממקומות באותה המדויק של האלקטרודות זה היו מגורה בשדה המגנטי באותו המדויק.

לפני תחילת הגירוי, האתר קורטיקלית שבחרת צריך להיבדק על עצבי חולף מתחת הגליל. לכן, צריך להיות מוקלט שהשרתים TMS EEG כמה ולאחר הערכת הממצאים. לפיכך, אות צריך להיבדק על amplitudes גדול יותר µV 70 תנודות משרעת בתדר גבוה-נמוך שאינו מסונכרן (שריר וחפצים עצבי). סילוק חפצים כזה יכול להיעשות על ידי טוב ומעודן מיקום מחדש של הסליל או האוריינטציה שלו בלבד, כפי שהוא הוצע קודמות מחקרים36. לבסוף, במהלך המפגשים TMS EEG, הסליל TMS על-ידי neuronavigation בזמן אמת, יש כל הזמן קיבוע. הדרך הטובה ביותר היא הר זה על חצובה או על זרוע מכנית. פתרון זה גם מונע מן הקשת את הגליל עם הידיים נגד האלקטרודות, הוספת פריטים לחץ מכני עליהם. שינויים אמור להיפתר מיד ומסומן שהשרתים בהתאמה רעים, שלא נכללו מניתוח הנתונים, בשל העובדה כי תגובות EEG TMS רגישים מאוד ההפרעות של פרמטרים אלה37. כל הצעות מפורטות אלה תוכל להבטיח מהימנות הבחינה-הבחינה TMS EEG ב יחידה14 ו הדופק לזווג פרדיגמות15 מעל DLPFC. תשומת הלב לפרטים חשובים אלה יבטיחו כי הנתונים יש את הסיכוי הגבוה ביותר המשקף שינויים הקשורים של התערבויות טיפוליות.

TMS EEG כמו כל שיטה ניסיונית אחרים יש מגבלות מסוימות. הנושא העיקרי הוא הסוגים השונים של חפצים ואת העובדה כי מגברים TMS תואמי EEG לא יכול לסלק את החפצים שנותרו. ממצאים השרירים הגולגולת, במיוחד כאשר אתרי חזיתית לרוחב על הגולגולת הם גירוי, ניתן לטשטש, לווסת את האות EEG. לכלוכים אלה יכול להיות גדול יותר האות TMS EEG והאחרון בדרך כלל יותר, ובכך הם עשוי לטשטש את TEPs. באופן דומה, אך רק באזורים כגון DLPFC, TMS יכול לעורר חפצים מצמוץ עין גדולה. בנוסף, פריטים רבים אחרים כגון אלקטרודה תנועה, תחושה בעור, הפעלות שמיעתי עקב לחץ סליל TMS יכול לעשות ניתוח EEG קשה אף יותר (לפרטים, ראה הקודם פרסומים31,38). הרבה עבודה בשטח הייתה מכוונת לעבר דחיית מגוון רחב של חפצים שונים, וכתוצאה מכך יותר אמין-עתיים לוקליזציה של המקורות של המוח תגובות38,39,40,41 , 42. עם זאת, אין לשכוח כי ההכנה זהיר של המשתתפים, הבחירה של ציוד והביצועים מדויק של המדידה לקבוע את איכות הנתונים הגולמיים TMS EEG.

TMS EEG הוא כלי רב עוצמה כדי להעריך את intracortical מנגנוני עיכוב ו עירור הקשורים הגירוי של DLPFC. על ידי רק שינוי מספר פרמטרים, היא מאפשרת המחקר של מעגלים מתווכת על ידי GABAAR (SICI), RBגאבא (LICI), NMDAR (ICF). אפנון של מרכיבים שונים TEP באמצעות התערבויות טיפוליות תרופתי או אלקטרומגנטיים יכול לשמש כסמן לזהות מעכבות, עצבית סינאפסות, פלסטיות קורטיקלית, רבים עוד מדינה המוח משתנה, תנאים 43. בתוספת של TEP, עורר-TMS פעילות מתנדנדות דרך תדירות זמן וניתוח ספקטרלי יכול להעריך הטבעי או התדירות מהותי של המעגלים מעל10. מדדי המוחית החשמלית כגון הנוכחי מקור צפיפות4 ישימה עבור כל אזור בקליפת המוח עשוי לעזור לפענח את מנגנוני הפלסטיות של המוח הפגוע לגריף DLPFC44.

בהמשך לימודי אימות תרופתי של פרדיגמות אלה ב DLPFC נחוצים. עם זאת, יש פוטנציאל אדיר TMS EEG לשמש כדי לחקור את המנגנונים של התערבויות טיפוליות שונות, כגון טיפולים neuromodulation (למשל., rTMS, ECT, MST) או תרופתי אלה מתנדבים בריאים או שונות הפרעות פסיכיאטריות9,15,16,17,45,46, אבל גם התערבויות אלטרנטיבית או שילוב של אותם43. והכי חשוב, TMS EEG ניתן להעריך בצורה אמינה את הדינאמיקה המוחית לפני ואחרי התערבות, ולכן פוטנציאל לשמש סמן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Pantelis Lioumis היה יועץ בתשלום עבור Nexstim Plc-(הלסינקי, פינלנד) מחוץ העבודה הועלה (כלומר., כדי להפוך את מנוע דיבור מיפוי rTMS יישומים לפני 2017). רזא Zomorrodi הוא חבר של חבר הוועדה המייעצת של Vielight inc (טורונטו, קנדה). Zafiris ג'יי Daskalakis מקבל תמיכה במחקר מכוני הקנדית לחקר בריאות (CIHR), מכוני הבריאות הלאומיים - אותנו (NIH), מכון המוח ווסטון, המוח קנדה, משפחת Temerty דרך קרן CAMH, המחקר קמפבל המכון. הוא קיבל תמיכה במחקר ותמיכה ציוד בשווה כסף למחקר ביוזמת החוקר בריינסווי בע מ, הוא החוקר הראשי באתר עבור שלושה מחקרים המופעלים באמצעות חסות בריינסווי בע מ הוא קיבל תמיכה ציוד בשווה כסף Magventure במחקר זה ביוזמת החוקר. דניאל מ Blumberger מקבל תמיכה במחקר מכוני הקנדית לחקר בריאות (CIHR), מכוני הבריאות הלאומיים - אותנו (NIH), מכון המוח ווסטון, המוח קנדה, משפחת Temerty דרך קרן CAMH, המחקר קמפבל המכון. הוא קיבל תמיכה במחקר ותמיכה ציוד בשווה כסף למחקר ביוזמת החוקר בריינסווי בע מ, הוא החוקר הראשי באתר עבור שלושה מחקרים המופעלים באמצעות חסות בריינסווי בע מ הוא קיבל תמיכה ציוד בשווה כסף Magventure במחקר זה ביוזמת החוקר. . הוא קיבל תרופות אספקה למשפט ביוזמת החוקר Indivior. הוא השתתף מייעצת עבור ינסן.

Acknowledgments

עבודה זו מומן בחלקו על ידי NIMH R01 MH112815. עבודה זו גם נתמך על ידי קרן משפחת Temerty, קרן משפחת גרנט קמפבל המשפחה המוסד לבריאות הנפש מחקר במרכז להתמכרות ובריאות נפשית.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CED Micro1401-3 Cambridge Electronic Design Limited CED Micro1401-3 Digital Data Recocrder
BISTIM'2 Package Option 1 Magstim 3234-00 TMS paired pulse stimulator
Magstim 200'2 Unit (2 items) Magstim 3010-00 TMS stimulators
UI controller Magstim 3020-00 TMS controller
BISTIM'2 UI controller Magstim 3021-00 TMS controller
BISTIM connecting module Magstim 3330-00 TMS connecting module
D70 Alpha Coil - P/N 4150-00 (Alpha 70 mm double coil) Magstim 4150-00 TMS coil
Brainsight Rogue-Resolutions Brainsight 2 Neuronavigator
Model 2024F Intronix 2024F Electromyograph
Neuroscan SynAmps RT 64 channel System Compumedics Neuroscan 9032-0010-01 Electroencephalograph
Quick-Cap electrode system 64 Compumedics Neuroscan 96050255 EEG Cap

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 1 (8437), London, England. 1106-1107 (1985).
  2. Ilmoniemi, R. J., Ruohonen, J., Karhu, J. Transcranial magnetic stimulation--a new tool for functional imaging of the brain. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 27 (3-5), 241-284 (1999).
  3. Matthews, P. B. The effect of firing on the excitability of a model motoneurone and its implications for cortical stimulation. The Journal of Physiology. 518, Pt 3 867-882 (1999).
  4. Casali, A. G., Casarotto, S., Rosanova, M., Mariotti, M., Massimini, M. General indices to characterize the electrical response of the cerebral cortex to TMS. NeuroImage. 49 (2), 1459-1468 (2010).
  5. Massimini, M., Ferrarelli, F., Huber, R., Esser, S. K., Singh, H., Tononi, G. Breakdown of cortical effective connectivity during sleep. Science. 309 (5744), New York, N.Y. 2228-2232 (2005).
  6. Ilmoniemi, R. J., et al. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8 (16), 3537-3540 (1997).
  7. Scherg, M., Ebersole, J. S. Models of brain sources. Brain Topography. 5 (4), 419-423 (1993).
  8. Hämäläinen, M. S., Ilmoniemi, R. J. Interpreting magnetic fields of the brain: minimum norm estimates. Medical & Biological Engineering & Computing. 32 (1), 35-42 (1994).
  9. Daskalakis, Z. J., Farzan, F., Barr, M. S., Maller, J. J., Chen, R., Fitzgerald, P. B. Long-interval cortical inhibition from the dorsolateral prefrontal cortex: a TMS-EEG study. Neuropsychopharmacology: Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 33 (12), 2860-2869 (2008).
  10. Rosanova, M., Casali, A., Bellina, V., Resta, F., Mariotti, M., Massimini, M. Natural frequencies of human corticothalamic circuits. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29 (24), 7679-7685 (2009).
  11. Groppa, S., Muthuraman, M., Otto, B., Deuschl, G., Siebner, H. R., Raethjen, J. Subcortical substrates of TMS induced modulation of the cortico-cortical connectivity. Brain Stimulation. 6 (2), 138-146 (2013).
  12. Borich, M. R., Wheaton, L. A., Brodie, S. M., Lakhani, B., Boyd, L. A. Evaluating interhemispheric cortical responses to transcranial magnetic stimulation in chronic stroke: A TMS-EEG investigation. Neuroscience Letters. 618, 25-30 (2016).
  13. Chung, S. W., et al. Demonstration of short-term plasticity in the dorsolateral prefrontal cortex with theta burst stimulation: A TMS-EEG study. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (7), 1117-1126 (2017).
  14. Lioumis, P., Kicić, D., Savolainen, P., Mäkelä, J. P., Kähkönen, S. Reproducibility of TMS-Evoked EEG responses. Human Brain Mapping. 30 (4), 1387-1396 (2009).
  15. Farzan, F., et al. Reliability of long-interval cortical inhibition in healthy human subjects: a TMS-EEG study. Journal of Neurophysiology. 104 (3), 1339-1346 (2010).
  16. Cash, R. F. H., et al. Characterization of Glutamatergic and GABAA-Mediated Neurotransmission in Motor and Dorsolateral Prefrontal Cortex Using Paired-Pulse TMS-EEG. Neuropsychopharmacology: Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 42 (2), 502-511 (2017).
  17. Premoli, I., et al. TMS-EEG signatures of GABAergic neurotransmission in the human cortex. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 34 (16), 5603-5612 (2014).
  18. Wiles, A. D., Thompson, D. G., Frantz, D. D. Accuracy assessment and interpretation for optical tracking systems. SPIE. 5367, 421-433 (2004).
  19. Iramina, K., Maeno, T., Nonaka, Y., Ueno, S. Measurement of evoked electroencephalography induced by transcranial magnetic stimulation. Journal of Applied Physics. 93 (10), 6718-6720 (2003).
  20. Virtanen, J., Ruohonen, J., Näätänen, R., Ilmoniemi, R. J. Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation. Medical & Biological Engineering & Computing. 37 (3), 322-326 (1999).
  21. Ives, J. R., Rotenberg, A., Poma, R., Thut, G., Pascual-Leone, A. Electroencephalographic recording during transcranial magnetic stimulation in humans and animals. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 117 (8), 1870-1875 (2006).
  22. Ruddy, K. L., Woolley, D. G., Mantini, D., Balsters, J. H., Enz, N., Wenderoth, N. Improving the quality of combined EEG-TMS neural recordings: Introducing the coil spacer. Journal of Neuroscience Methods. 294, 34-39 (2017).
  23. Massimini, M., et al. Cortical reactivity and effective connectivity during REM sleep in humans. Cognitive Neuroscience. 1 (3), 176-183 (2010).
  24. Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain: A Journal of Neurology. 120, Pt 1 141-157 (1997).
  25. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  26. Chen, R., et al. Intracortical inhibition and facilitation in different representations of the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 80 (6), 2870-2881 (1998).
  27. Saisane, L., et al. Short- and intermediate-interval cortical inhibition and facilitation assessed by navigated transcranial magnetic stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 195 (2), 241-248 (2011).
  28. Ferreri, F., et al. Human brain connectivity during single and paired pulse transcranial magnetic stimulation. NeuroImage. 54 (1), 90-102 (2011).
  29. Premoli, I., et al. Characterization of GABAB-receptor mediated neurotransmission in the human cortex by paired-pulse TMS-EEG. NeuroImage. 103, 152-162 (2014).
  30. Rogasch, N. C., Fitzgerald, P. B. Assessing cortical network properties using TMS-EEG. Human Brain Mapping. 34 (7), 1652-1669 (2013).
  31. Ilmoniemi, R. J., Kicić, D. Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topography. 22 (4), 233-248 (2010).
  32. Peterchev, A. V., D'Ostilio, K., Rothwell, J. C., Murphy, D. L. Controllable pulse parameter transcranial magnetic stimulator with enhanced circuit topology and pulse shaping. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056023 (2014).
  33. Fecchio, M., et al. The spectral features of EEG responses to transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex depend on the amplitude of the motor evoked potentials. PLOS ONE. 12 (9), 0184910 (2017).
  34. Saari, J., Kallioniemi, E., Tarvainen, M., Julkunen, P. Oscillatory TMS-EEG-Responses as a Measure of the Cortical Excitability Threshold. IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering: a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 26 (2), 383-391 (2018).
  35. Fox, M. D., Liu, H., Pascual-Leone, A. Identification of reproducible individualized targets for treatment of depression with TMS based on intrinsic connectivity. NeuroImage. 66, 151-160 (2013).
  36. Casarotto, S., et al. Transcranial magnetic stimulation-evoked EEG/cortical potentials in physiological and pathological aging. Neuroreport. 22 (12), 592-597 (2011).
  37. Casarotto, S., et al. EEG responses to TMS are sensitive to changes in the perturbation parameters and repeatable over time. PloS One. 5 (4), 10281 (2010).
  38. Wu, W., et al. ARTIST: A fully automated artifact rejection algorithm for single-pulse TMS-EEG data. Human Brain Mapping. , (2018).
  39. Mutanen, T. P., Metsomaa, J., Liljander, S., Ilmoniemi, R. J. Automatic and robust noise suppression in EEG and MEG: The SOUND algorithm. NeuroImage. 166, 135-151 (2018).
  40. Ilmoniemi, R. J., et al. Dealing with artifacts in TMS-evoked EEG. Conference proceedings: ...Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual Conference. 2015, 230-233 (2015).
  41. Rogasch, N. C., et al. Removing artefacts from TMS-EEG recordings using independent component analysis: importance for assessing prefrontal and motor cortex network properties. NeuroImage. 101, 425-439 (2014).
  42. Mutanen, T. P., Kukkonen, M., Nieminen, J. O., Stenroos, M., Sarvas, J., Ilmoniemi, R. J. Recovering TMS-evoked EEG responses masked by muscle artifacts. NeuroImage. 139, 157-166 (2016).
  43. Farzan, F., Vernet, M., Shafi, M. M. D., Rotenberg, A., Daskalakis, Z. J., Pascual-Leone, A. Characterizing and Modulating Brain Circuitry through Transcranial Magnetic Stimulation Combined with Electroencephalography. Frontiers in Neural Circuits. 10, 73 (2016).
  44. Casula, E. P., Pellicciari, M. C., Picazio, S., Caltagirone, C., Koch, G. Spike-timing-dependent plasticity in the human dorso-lateral prefrontal cortex. NeuroImage. 143, 204-213 (2016).
  45. Noda, Y., et al. Characterization of the influence of age on GABAA and glutamatergic mediated functions in the dorsolateral prefrontal cortex using paired-pulse TMS-EEG. Aging. 9 (2), 556-572 (2017).
  46. Fitzgerald, P. B., Maller, J. J., Hoy, K., Farzan, F., Daskalakis, Z. J. GABA and cortical inhibition in motor and non-motor regions using combined TMS-EEG: a time analysis. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (9), 1706-1710 (2009).

Tags

מדעי המוח גיליון 138 משולבים טראנס מגנטי ולניתוח אלקטרואנצפלוגרם עיכוב intracortical קצר ארוך intracortical עיכוב ההנחיה intracortical גירוי מגנטי טראנס החוזרות על עצמן מגנטי ההתקף טיפול דיכאון
גירוי מגנטי טראנס המשולבת ואת אלקטרואנצפלוגרם של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lioumis, P., Zomorrodi, R., Hadas,… More

Lioumis, P., Zomorrodi, R., Hadas, I., Daskalakis, Z. J., Blumberger, D. M. Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex. J. Vis. Exp. (138), e57983, doi:10.3791/57983 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter