تقييم فرط استثارة الدماغ باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة وتخطيط كهربية الدماغ

الملخص

المصدر: Shafi, M. M., et al. طريقة متعددة الوسائط قائمة على التصوير والتحفيز لتقييم استثارة الدماغ المرتبطة بالاتصال في مرضى الصرع. J. Vis. Exp. (2016)

يوضح الفيديو إجراء استخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) وتخطيط كهربية الدماغ (EEG) لتقييم استثارة الخلايا العصبية لدى مرضى الصرع. يفصل خطوات محاذاة رأس المريض مع فحص دماغي مسجل مسبقا ، ووضع ملف TMS فوق هدف قشري متصل وظيفيا ، وتطبيق التحفيز لتنشيط الدوائر العصبية. تتضمن العملية تتبع الاستجابات الحركية ، وتسجيل إشارات مخطط كهربية الدماغ ، ومقارنة نشاط الدماغ مع نشاط الضوابط الصحية لتحديد فرط الاستثارة وتحديد منطقة ظهور النوبات.

البروتوكول

تم تنفيذ جميع الإجراءات التي تشمل المشاركين البشريين وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية والدولية لرعاية الإنسان وتم مراجعتها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية المحلية.

1. اختيار الموضوع

1. اختيار المريض لبروتوكول البحث.
   1. تحديد المرضى الذين يعانون من الصرع النشط (النوبات خلال العام الماضي) أو تاريخ من الصرع عن بعد (نوبات سابقة ، ولكن مع عدم وجود نوبات في السنوات الخمس الماضية سواء على الأدوية أو خارجها) وتغاير العقيدات حول البطينين على التصوير الهيكلي للدماغ.
   2. استبعاد المرضى الذين ليس لديهم أي تاريخ من النوبات. أيضا ، استبعاد المرضى الذين يعانون من مسببات بديلة محتملة للنوبات (على سبيل المثال ، تاريخ من إصابات الدماغ الرضحية ، والسكتة الدماغية ، والتهاب السحايا والدماغ) أو مع نتائج مخطط كهربية الدماغ المتوافقة مع التشخيص البديل (على سبيل المثال ، الصرع المعمم مجهول السبب ، وصرع الفص الصدغي المتوسط).
   3. استبعاد المرضى الذين يعانون من أمراض عصبية أو نفسية إضافية ، أو مع أي حالة طبية أخرى غير مستقرة. أيضا ، استبعاد المرضى الذين لديهم تاريخ من جراحة الدماغ السابقة ، أو عدم القدرة على تحمل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، أو تعاطي المواد غير المشروعة أو الكحول بكثرة ، أو موانع التصوير بالرنين المغناطيسي أو TMS المحددة.
2. اختيار موضوع التحكم الصحي.
   1. لكل مريض بالمغايرة العقدية حول البطينين (PNH) (في دراستنا السابقة المنشورة ، 8 مرضى ، تتراوح أعمارهم بين 20 و 43 عاما يعني 30.25 ؛ 3 ذكور و 5 إناث) ، يحددون التحكم الصحي المطابق للعمر والجنس.
   2. استبعاد الأشخاص الذين يعانون من أي مرض عصبي أو مستمر أو يتناولون أدوية ذات تأثير ، أو أي حالة طبية أخرى غير مستقرة ، أو تاريخ من جراحة الدماغ السابقة ، أو عدم القدرة على تحمل التصوير بالرنين المغناطيسي ، أو المواد غير المشروعة أو الإفراط في تناول الكحول ، أو أي موانع أخرى محددة للتصوير بالرنين المغناطيسي أو TMS.

2. توليد أهداف التحفيز

1. باستخدام نظام التصوير بالرنين المغناطيسي 3T ، احصل على شرائح هيكلية عالية الدقة من الدماغ بالكامل باستخدام تسلسل مرجح T1. استخدم معلمات الاستحواذ التالية: 128 شريحة لكل بلاطة ، مصفوفة 256 × 256 ، مجال رؤية (FOV) 256 مم ، سمك الشريحة 1.33 مم مع فجوة شرائح 0.63 مم ، حجم فوكسل 1 × 1 × 1.33 مم³ ، زمن التكرار (TR) 2,530 مللي ثانية ، زمن الانعكاس 1,100 مللي ثانية ، زمن الصدى (TE) 3.39 مللي ثانية ، زاوية الوجه 7 درجات.
2. باستخدام نظام التصوير بالرنين المغناطيسي 3T ، احصل على صور وظيفية في حالة الراحة باستخدام تسلسل مستو صدى حساس للتباين المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD). أثناء إجراء هذا الفحص ، اطلب من المرضى الراحة بهدوء وأعينهم مفتوحة دون القيام بأي مهمة محددة. استخدم معلمات الاستحواذ التالية: مجال الرؤية 256 مم ، حجم فوكسل 2.0 × 2.0 × 2.0 مم ، TR 6,000 مللي ثانية ، TE 30 مللي ثانية ، زاوية الوجه 90 درجة ، وقت الاستحواذ 6.4 دقيقة.
3. باستخدام برنامج MRICroN ، حدد كل منطقة منفصلة من التغاير العقدي (إما كل عقدة فردية أو مجموعة متجاورة لا تنفصل من العقيدات). استخدم أداة Pen لتحديد مناطق الاهتمام غير المتجانسة (ROIs) يدويا، شريحة تلو الأخرى في المستوى المحوري على الصور الهيكلية المرجحة T1.
4. استخدم مجموعة أدوات برنامج الاتصال الوظيفي CONN لتنفيذ أربع خطوات متسلسلة في معالجة البيانات الوظيفية في حالة الراحة: الإعداد والمعالجة المسبقة والتحليل والنتائج.
   1. للإعداد، استخدم خيارات القائمة لبدء مشروع جديد وإدخال معلومات التجربة الأساسية. قم بتحميل الصور الوظيفية ، وإعادة تنظيمها وتسجيلها بشكل مشترك في الصور التشريحية لكل موضوع.
   2. قم بتحميل الصور الهيكلية. قم بتحميل ملفات عائد الاستثمار غير المتجانسة التي تم إنشاؤها في الخطوة 2.3. أدخل تفاصيل الحالة التجريبية ؛ نظرا لأن هذه حالة راحة ، أدخل شرطا واحدا مع بداية 0 ثانية ومدة تساوي المدة الكاملة لكل جلسة. سيقوم صندوق الأدوات باستخراج السلسلة الزمنية غير المتجانسة لعائد الاستثمار BOLD. افحص بحثا عن التناقضات المحتملة.
   3. بالنسبة للمعالجة المسبقة ، تشمل المصادر المربكة للتباين الجريء التعديلات التي يسببها الجهاز التنفسي للمجال المغناطيسي الرئيسي والنبضات القلبية ، بالإضافة إلى حركة الموضوع. قم بإزالة العوامل المربكة عبر الطريقة المتكاملة القائمة على المكونات الرئيسية التي تحلل بيانات السلاسل الزمنية من المناطق التي من غير المحتمل أن ترتبط بالنشاط العصبي ، مثل البطينين والأوعية الكبيرة ، لتحديد عمليات الضوضاء الفسيولوجية. قم بمعاينة التباين الكلي الذي يشرحه كل مصدر من المصادر المربكة المحتملة. قم بتطبيق مرشح تردد تمرير النطاق (0.01 هرتز < f < 0.1 هرتز) وتنعيم Gaussian (عرض كامل 6 مم عند نصف الحد الأقصى).
      ملاحظة: سيحدد صندوق الأدوات افتراضيا مصادر العوامل المربكة المحتملة ، بما في ذلك إشارة BOLD من المادة البيضاء والسائل النخاعي ومعلمات إعادة المحاذاة (حركة الموضوع).
   4. للتحليل والنتائج ، حدد مصادر الاهتمام على أنها عائد استثمار غير متجانس. قم بمعاينة مقياس الاتصال للارتباط (بدلا من الانحدار) ، واعرضه باستخدام قيم العتبة لمعاملات الارتباط.
      1. لكل موضوع ، قم بإنشاء خرائط اتصال البذور إلى الفوكسل باستخدام كل منطقة منفصلة من المادة الرمادية غير المتجانسة كعائد استثمار للبذور ، مما يدل على العلاقة بين متوسط السلسلة الزمنية لإشارة BOLD لعائد الاستثمار وكل فوكسل دماغي آخر.
      2. إجراء تحليلات من المستوى الثاني للتباينات بين الموضوع أو بين المصدر (اختياري). عرض النتائج باستخدام عتبات الارتفاع (مستوى فوكسيل) والمدى (على مستوى المجموعة)؛ يتم عرض قيم p المصححة لمعدل الاكتشاف غير المصححة والخاطئة.
5. استخدم برنامج MRICroN لتحديد هدفين مثيرين للاهتمام يدويا ، هدف متصل وهدف غير متصل ، ل TMS ، باستخدام أداة القلم. باستخدام وظيفة "التراكب" ، قم بتركيب خرائط الاتصال الوظيفية التي تم إنشاؤها أعلاه على الصور الهيكلية لكل موضوع.
   1. تأكد من أن المنطقة المستهدفة هي منطقة من القشرة لها اتصال وظيفي كبير بالمادة الرمادية غير المتجانسة كما هو موضح أعلاه. تأكد من أن الهدف غير المتصل هو منطقة متشابهة الحجم لا تظهر اتصالا وظيفيا كبيرا بأي عائد استثمار غير متجانس وتقع على بعد 2.5 سم على الأقل من الهدف المتصل على سطح القشرة لتقليل مخاطر تأثيرات تحفيز الجوار أثناء TMS.
   2. اختر أهدافا بحيث يكون احتمال وجود قطع أثرية كبيرة ناتجة عن TMS صغيرا. على وجه التحديد ، تجنب اختيار الأهداف في المناطق الصدغية الجانبية أو المناطق الأمامية القطبية ، حيث من المحتمل أن تنتج تقلصا عضليا كبيرا و / أو تحفا لحركة العين يمكن أن تحجب إشارة TMS-EEG المبكرة. احفظ الأهداف المحددة كعائد استثمار مستهدف جديد.
6. تحديد إحداثيات MNI (معهد مونتريال للأمراض العصبية) لكل عائد استثمار مستهدف في كل موضوع. ثم استخدم هذه الإحداثيات لتحديد الموقعين المستهدفين المكافئين في موضوع التحكم الصحي المتطابق لكل موضوع.

3. الإعداد التجريبي TMS-EEG

1. قم بتحميل عمليات المسح الهيكلية (عادة الصور الحجمية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة T1) في نظام الملاحة العصبية.
2. باستخدام برنامج التنقل العصبي ، حدد الأهداف المطلوبة على الصور. ضع علامة أيضا على العلامات التشريحية الخارجية (nasion ، الزنمة الثنائية) التي سيتم استخدامها للتسجيل المشترك والملاحة العصبية أثناء جلسة التحفيز. إذا كنت تستخدم غطاء مخطط كهربية الدماغ مع أقطاب كهربائية قابلة للدوران وأسلاك كهربائية ، فقم بتوجيه الأسلاك بشكل عمودي على المحور الطويل لملف TMS 52.
3. اتصل بالشخص قبل الجلسة التجريبية لتذكيره بعدم استخدام البلسم أو منتجات الشعر الأخرى (الشامبو مقبول) في يوم جلسة TMS-EEG ، لتجنب المشروبات الكحولية في الليلة السابقة لجلسة TMS-EEG ، وشرب استهلاكه اليومي المعتاد من الكافيين قبل جلسة TMS.

4. الجلسة التجريبية

1. تأكد من أن الموضوع يجتاز معايير سلامة TMS ، من الناحية المثالية عبر استبيان منظم. تأكد من أن الشخص لم يستهلك المشروبات الكحولية في الليلة السابقة ، ولم يشرب أكثر أو أقل بكثير من استهلاكه اليومي المعتاد للكافيين ، ولم يستهلك مساعدات النوم التي لا تستلزم وصفة طبية والتي تغير الاستثارة القشرية (مثل ديفينهيدرامين) في الليلة السابقة ، وحصل على نوم نموذجي ليلا (لأن الحرمان من النوم يمكن أن يزيد من استثارة القشرية).
2. اطلب من الموضوع الجلوس على كرسي مريح.
3. قم بتركيب غطاء EEG على الموضوع وقم بإعداد الأقطاب الكهربائية.
   1. قم بقياس رأس الموضوع وحدد غطاء مخطط كهربية الدماغ بالحجم المناسب للمساعدة في تمكين مقاومة القطب المنخفضة.
   2. نظف الجلد جيدا تحت كل قطب كهربائي باستخدام قضيب قطني والكحول.
   3. أضف جل موصل إلى كل قطب. لا تضيف الكثير من الجل حتى يتسرب بين الأقطاب الكهربائية ، لأن ذلك قد يخلق جسرا ويؤدي إلى إشارة مشتركة بين الأقطاب الكهربائية المختلفة.
   4. إذا لزم الأمر ، لضمان ملامسة جيدة بين فروة الرأس والهلام والقطب الكهربائي ، حاول الضغط لأسفل على كل قطب كهربائي بعد إضافة الجل. لتقليل قطع الشغل الشحن، تأكد من عدم انتشار الجل خارج حامل القطب. خفضت مستويات التوصيل بشكل متجانس لتقليل تسجيل القطع الأثرية.
   5. ضع الأقطاب المرجعية والأرضية بعيدا عن ملف التحفيز قدر الإمكان لتقليل احتمالية تلويث قطعة أثرية من القطب الكهربائي الناجم عن TMS للتسجيل بأكمله. يفضل وضع هذه الأقطاب الكهربائية فوق الهياكل العظمية ، في مناطق يفترض أنها "غير نشطة" مع الحد الأدنى من النشاط القشري.
      ملاحظة: حتى في الدراسات التي تكون المواقع المستهدفة متغيرة ، من غير المرجح أن يتم اختيار المناطق الأمامية القطبية كأهداف لأن TMS إلى هذه المناطق يمكن أن يؤدي إلى حركات كبيرة للعين ، وتقلص عضلات الجبهي والوجه ، وفي كثير من الأحيان ، آلام فروة الرأس والصداع. وبالتالي ، غالبا ما يتم حجب إشارة TMS-EEG أثناء تحفيز هذه المناطق بواسطة القطع الأثرية الكبيرة.
   6. نظرا لأنه من غير المحتمل أن يتم اختيار هذه المناطق كأهداف للتحفيز ، استخدم الجبهة لوضع الأقطاب المرجعية والأرضية. ضعها على بعد بضعة سنتيمترات من بعضها البعض لتقليل ضوضاء الوضع المشترك.
      ملاحظة: في الحالات التي تكون فيها جميع أهداف التحفيز في نصف الكرة الأرضية ، سيكون الخشاء المقابل خيارا آخر.
   7. تحقق من مقاومة القطب الكهربائي على النحو التالي: قم بتوصيل كبلات إخراج EEG بمقبس "المقاومة" لنظام تسجيل EEG ، ثم اضغط على زر "قياس المعاوقات" في نظام EEG. تأكد من أن مقاومة القطب الكهربائي لا تزيد عن 5 كيلو أوم.
4. قم بإعداد أقطاب مخطط كهربية العضل على اليد المقابلة (استخدم أول عضلة ظهرية بين العظام أو الخاطفة ، استخدم نفس العضلة عبر الأشخاص في دراسة واحدة).
5. امنح سدادات الأذن للموضوع لتقليل مخاطر فقدان السمع وطنين الأذن.
   ملاحظة: قد يكون هناك خيار آخر يتمثل في استخدام سماعات الأذن التي تشغل ضوضاء بيضاء أو ضوضاء ملونة (مع ميزات طيفية مطابقة لتلك الخاصة بنقرة TMS) طوال عملية التسجيل ، بحجم كاف لإخفاء النقرة السمعية التي تنتجها TMS ؛ سيكون لهذا فائدة إضافية تتمثل في تقليل الخلط المحتمل للإمكانات السمعية المستحثة بواسطة TMS. وتجدر الإشارة إلى أن طبقة رقيقة من الرغوة بين الملف وفروة الرأس ضرورية أيضا لتقليل الإمكانات السمعية المستحثة.
6. ضع أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء على رأس الموضوع ، مع التأكد من وضع أجهزة الكشف بطريقة تقلل من مخاطر الحركة أثناء الجلسة التجريبية.
7. شارك في تسجيل رأس الموضوع باستخدام صور التصوير بالرنين المغناطيسي من خلال تحديد موقع العلامات التشريحية التشريحية الخارجية المحددة مسبقا (القسم 3.2) على الموضوع باستخدام المؤشر المضمن في معدات الملاحة العصبية.
8. تعريف الشخص بالتحفيز عن طريق تطبيق نبض في مكان آخر (على سبيل المثال ، ذراع الهدف) ، أو عن طريق تطبيق نبضة تحفيز منخفضة الكثافة (على سبيل المثال ، 5٪ أقصى إخراج محفز) على فروة الرأس.
9. تحديد عتبة المحرك أثناء الراحة (الحد الأدنى للشدة التي تنتج إمكانات استثارها المحرك بحجم 50 ميكروفولت على الأقل في 5/10 تجارب). إحدى هذه الطرق ، طريقة التردد النسبي ، هي كما يلي.
   1. تحديد موقع القشرة الحركية للموضوع على نصف الكرة الأرضية المتماثلة للأهداف القائمة على اتصال الرنين المغناطيسي الوظيفي. عند استخدام الملاحة العصبية ، يكون هذا بشكل عام في منطقة "أوميغا" في التلفيف قبل المركزي. قم بزاوية الملف بشكل عمودي على التلفيف ، مع توجيه المقبض إلى القذالي.
   2. ابدأ التحفيز بكثافة من المتوقع أن تكون دون العتبة (على سبيل المثال ، 35٪ الحد الأقصى لإخراج المحفز).
   3. قم بزيادة شدة التحفيز في خطوات 5٪ كحد أقصى لإخراج المحفز حتى يستحضر TMS باستمرار الإمكانات المحركة (MEPs) بسعات > 50 ميكرو فولت في كل تجربة.
   4. ثم قم بتقليل شدة التحفيز في خطوات من 1٪ الحد الأقصى لإخراج المحفز حتى يتم تسجيل أقل من 5 استجابات إيجابية من أصل 10.
      ملاحظة: يتم تعريف شدة التحفيز هذه بالإضافة إلى 1 على أنها عتبة الحركية. بدلا من ذلك ، استخدم تقنيات العتبة التكيفية لتحديد العتبة الحركية بمحفزات أقل.
10. لتحفيز المناطق المستهدفة ، اضبط شدة TMS على القيمة المطلوبة (على سبيل المثال ، 120٪ عتبة حركية راحة).
    ملاحظة: ومع ذلك ، في الحالات التي توجد فيها اختلافات إقليمية كبيرة في المسافة بين فروة الرأس والقشرة (على سبيل المثال ، في المرضى الذين يعانون من ضمور الفص الجبهي) ، قد تؤدي هذه التقنية إلى تحفيز العتبة الفرعية. بدلا من ذلك ، مع أنظمة الملاحة العصبية المناسبة القادرة على إجراء تقديرات عبر الإنترنت للمجال الكهربائي المستحث ، يمكن أيضا ضبط شدة التحفيز عند سعة محددة للمجال الكهربائي المستحث المحسوب (في V / m) على السطح القشري.
11. قم بتطبيق نبضات مفردة من TMS على كل منطقة من المناطق المستهدفة باستخدام برنامج الملاحة العصبية ، مع فاصل زمني متغير بين النبضات لتقليل اللدونة القشرية وتأثيرات توقع الموضوع (على سبيل المثال ، كل 4 - 6 ثوان ، بفاصل زمني لا يقل عن 3 ثوان لتجنب التأثيرات التراكمية). لتحقيق أقصى قدر من الاتساق ، قم بتوجيه الملف بشكل عمودي على المحور الطويل للتلفيف الأساسي ، مع توجيه المقبض خلفيا.

المواد