بروتوكول جديد للتحفيز المغناطيسي الشخصي عبر الجمجمة بالاشتراك مع تخطيط تخطيط كهربية الدماغ (TMS-EEG) للشبكات القشرية ، مستنير بطرق بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي المتعدد (MRI).
مقالة منهجية
بروتوكول جديد للتحفيز المغناطيسي الشخصي عبر الجمجمة بالاشتراك مع تخطيط تخطيط كهربية الدماغ (TMS-EEG) للشبكات القشرية ، مستنير بطرق بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي المتعدد (MRI).
يتم تنظيم القشرة الدماغية في شبكات منفصلة هيكليا ووظيفيا ، مما يمكن الدماغ البشري من معالجة المعلومات بكفاءة عالية. يوفر التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) ، بالاشتراك مع تخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، نهجا غير جراحي لاستكشاف شبكات الدماغ ، ويكشف عن الاستثارة القشرية والاتصال السببي. ومع ذلك ، تواجه هذه الطريقة تحديين مهمين: (أ) ضمان جودة الإمكانات التي يتم استثارتها بواسطة TMS (TEPs) لتعظيم اكتساب المعلومات ، والتي تتطلب غالبا رسم خرائط قشرية شاملة ، و (ب) استنباط الاستجابة من الشبكة ذات الأهمية وليس من المواقع القشرية المجاورة.
غالبا ما تفشل مناهج استهداف TMS الحالية في تحفيز المناطق القشرية ذات الصلة وظيفيا بدقة ، مما يعيق فعالية العلاج وتحديد المؤشرات الحيوية. يدمج البروتوكول المقدم رسم خرائط قشرية دقيقة للحصول على TEPs خالية من القطع الأثرية ، مما يتيح قياسات موثوقة وقابلة للتكرار لمكونات TEP المبكرة. تعمل هذه الدقة على تحسين الحساسية للاختلافات الفيزيولوجية العصبية الدقيقة وتقوية الارتباطات مع الأنماط الظاهرية السريرية ، مما يدعم اكتشاف المؤشرات الحيوية في الاضطرابات العصبية والنفسية.
يستخدم البروتوكول المقترح التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي والوظيفي والمنتشر (MRI) لتحديد البقع القشرية التي تنتمي إلى الشبكة ذات الاهتمام. يتم تطبيق التقسيم التشريحي والاتصال الوظيفي وتصوير الرسم في الوقت الفعلي لتحديد المناطق ذات الاتصال القوي بمناطق الدماغ الأخرى المرتبطة بالشبكة المستهدفة. تحدد المجموعات القشرية الشخصية الناتجة أهداف التحفيز الأولية.
ثم يتم استخدام رسم خرائط TMS-EEG لتحسين معلمات TMS عن طريق توطين المناطق القشرية ذات الاستثارة العالية ، وتعزيز حجم الاستجابة العصبية مع تقليل الضوضاء غير العصبية ، بما في ذلك القطع الأثرية العضلية ، والاضمحلال ، والعوامل المربكة الأخرى التي تؤثر على استجابات TMS-EEG المبكرة. يتم إجراء استكشاف منهجي للوشاح القشري ، وضبط موقع التحفيز واتجاهه وشدته ، مع المراقبة المستمرة لجودة البيانات من خلال التصور في الوقت الفعلي لمتوسط TEPs. يتم اختيار معلمات TMS التي تنتج استجابات خالية من القطع الأثرية مع مكونات TEP المبكرة التي يمكن تمييزها بوضوح لجمع البيانات.
تقدم هذه المقالة تقنية رسم خرائط TMS-EEG الموجهة بالتصوير العصبي وتسلط الضوء على التطورات المنهجية والفوائد التي يمكن تحقيقها من خلال تطبيقها.
يتميز الدماغ البشري بشبكات هيكلية ووظيفية متميزة على نطاق واسع. تتيح التفاعلات المعقدة داخل الشبكات وفيما بينها قوة معالجة المعلومات الرائعة للدماغ ، مما يدعم العمليات المعرفية والحسية والحركية المعقدة. يمكن أن تؤدي الاضطرابات في هذه الشبكات ، سواء بسبب التلف الهيكلي أو خلل التنظيم الوظيفي أو ضعف الاتصال ، إلى مجموعة واسعة من الحالات العصبية والنفسية1،2،3،4،5،6 ، بما في ذلك العجز الحركي والإعاقات الإدراكية واضطرابات المزاج. تتطلب المراقبة الدقيقة لتطور مثل هذه الاضطرابات المتعلقة بالشبكة وتحديد استراتيجيات العلاج المثلى طرقا يمكن أن تزعج شبكات معينة بشكل انتقائي وتحدد سلامتها الوظيفية بشكل موثوق.
يمكن للتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة ، عند تسليمه بكفاءة ، أن يزعج مجموعات الخلايا العصبية وحتى الشبكات القشرية بأكملهابشكل غير جراحي 7،8،9،10،11،12،13،14،15 ، مما يسمح بتقييمها من خلال مقاييس مثل الاستجابات الحركية أو التغيرات السلوكية. يسمح TMS بالاشتراك مع تخطيط كهربية الدماغ (EEG) للمرء بقياس الإمكانات التي يستثارها TMS (TEPs) - استجابات مخطط كهربية الدماغ التجريبية مقفلة زمنيا بنبض TMS. تلتقط الأشكال الموجية TEP المسجلة أسفل الملف الاستثارة القشرية الفورية للمنطقة المحفزة ، بينما توفر الاستجابات من المناطق البعيدة رؤى حول الاتصال الفعال بين مناطق الدماغ ، مما يؤسس TMS-EEG كأداة قيمة للتحقيق في الشبكات القشرية. أظهرت TEPs بالفعل إمكانات كبيرة كمؤشرات حيوية لمختلف الحالات العصبية9،16،17 والحالات النفسية18،19،20،21،22،23. علاوة على ذلك ، يسمح TMS-EEG المتزامن بتحديد شدة التحفيز الشخصية بناء على التفاعل القشري الموضعي للفرد كما تم قياسه بواسطة EEG24،25،26،27،28. ومع ذلك ، فإن التحدي الذي تمثله هذه الطريقة ، خاصة عند استخدامها لتطوير المؤشراتالحيوية 22 ، 24 ، ذو شقين: أ) لزيادة اكتساب المعلومات إلى أقصى حد ، يجب أن تكون جودة TEPs المجمعة عالية ، مما يتطلب رسم خرائط للمناطق القشرية لتحديد موقع هدف به الحد الأدنى من القطع الأثرية والتفاعل الجيد ، و ب) يجب أن تأتي الاستجابة من شبكة الاهتمام وليس من المواقع القشرية المجاورة. تعد جودة TEP المنخفضة مشكلة شائعة ، وغالبا ما تظهر على شكل ضوضاء أو قطع أثرية أو استجابات متعددة الحواس أو استجابات مبكرة تفشل في تجاوز قوة النشاط التذبذبي المستمر. عادة ما يتم تحديد جودة الإشارة الرديئة هذه فقط بعد المعالجة دون اتصال بالإنترنت ، غالبا بعد فترة طويلة من جمع البيانات ، مما يجعل معالجتها صعبة أو مستحيلة.
تم استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي لاستهداف مناطق معينة من الدماغ ، وهو متاح للممارسة السريرية والبحث لأكثر من 20 عاما. لقد كان حاسما في رسم خرائط المناطق القشرية الحركية والكلامية لتقييم ما قبل الجراحة30،31،32 ولاستهداف المناطق التي لا تتضمن استجابات حركية أو بصرية أو سلوكية من خلال دمجها مع مخطط كهربيةالدماغ 9،33،34،35. ومع ذلك ، يمكن أن يكون غير محدد من الناحية التشريحية العصبية (أي الحدود بين المناطق القشرية غير واضحة) ووظيفيا ، حيث لا يمكن اكتشاف التباين الفردي في وظائف المخ باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي. على هذا النحو ، غالبا ما تفشل مناهج استهداف TMS الحالية ، التي تعتمد عادة على موقع القشرة الحركية أو المعالم التشريحية الأخرى ، في تحفيز المناطق القشرية ذات الصلة وظيفيا ، مما يحد من فعالية العلاج واكتشاف المؤشرات الحيوية الموثوقة. للتغلب على هذه التحديات ، تم تطوير إطار شامل يدمج استخدام طرائق التصوير بالرنين المغناطيسي الأخرى ، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والمنتشر ، مع رسم خرائط قشرية دقيقة للحصول على TEP خال من القطع الأثرية. يتيح هذا النهج قياسات موثوقة وقابلة للتكرار ، لا سيما مكونات TEP المبكرة ، والتي تكون شديدة الحساسية للتغيرات الفيزيولوجية العصبية الدقيقة. من خلال تعزيز حساسية تحليل TEP ، يسهل هذا الإطار الارتباطات القوية مع الأنماط الظاهرية السريرية ، مما يؤسس أساسا قويا لاستكشاف المؤشرات الحيوية في الاضطرابات العصبية والنفسية.
تم تصميم خط الأنابيب المقترح لرسم خريطة للمناطق القشرية بأكملها ، والجمع بين التقسيم التشريحي36 (الشكل 1 أ) ، والاتصال الوظيفي القائم على التصوير بالرنين المغناطيسي (fMRI)37،38 (الشكل 1 ب) ، والتصوير في الوقت الفعلي39 (الشكل 1 ج). يسمح التقسيم التشريحي بتحديد المناطق القشرية المقابلة لشبكة دماغية معينة للفرد ، باستخدام قالب تشريحي محدد مسبقا أو أطلس دماغي مسجل بشكل غير خطي في تشريح الدماغ الفردي. يوفر الاتصال الوظيفي مقاييس إحصائية تقيس العلاقة بين النشاط الفسيولوجي لمناطق الدماغ المختلفة ، كما ينعكس في إشارة الاعتماد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD)40. أخيرا ، التصوير في الوقت الفعلي هو طريقة تعتمد على التصوير بالرنين المغناطيسي المنتشر (dMRI) الذي يقدر ويعرض تبسيط الخطوط التي تصف اتصالات الدماغ الهيكلية المحتملة في الوقت الفعلي. من خلال الجمع بين هذه الطرق ، يمكن استهداف المناطق القشرية بناء على اتصالها الهيكلي والوظيفي أثناء رسم خرائط TMS-EEG. يتيح ذلك تحسين معلمات التحفيز في الوقت الفعلي لضمان الحصول على TEP خال من القطع الأثرية.
تعالج المنهجية الجديدة المقترحة التحديات المشتركة لاستهداف TMS واكتساب TEP ، مما يمهد الطريق لتحديد أكثر دقة للمؤشرات الحيوية واستراتيجيات التعديل العصبي الفعالة في البيئات السريرية والبحثية.

الشكل 1: المعلومات المشتقة من التصوير بالرنين المغناطيسي لموضوع تمثيلي. (أ) التقسيم التشريحي الذي يحدد قشرة الفص الجبهي الظهري الجانبي المستهدف (DLPFC). (ب) خريطة الاتصال الوظيفية التي تظهر الارتباط المضاد مع القشرة الحزامية تحت الجنس (تشير الألوان الفاتحة إلى مقاومة ارتباط أقوى). (ج) تصوير التصالح في الوقت الحقيقي الذي يعرض الخطوط المبسطة من المنطقة المستهدفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل منطقة مستشفيات هلسنكي ولجنة الأخلاقيات في أوسيما. قبل الإجراء ، تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة على المشاركة من كل موضوع.
1. متطلبات الأجهزة والبرامج
2. إعداد السجلات السابقة المستندة إلى التصوير بالرنين المغناطيسي لاستهداف TMS
3. تجربة TMS-EEG
تم استخدام البروتوكول الموصوف لجمع بيانات TMS-EEG من قشرة الفص الجبهي الظهري الجانبي الأيسر (DLPFC) لمتطوع سليم. تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة تنسيق الأخلاقيات في مستشفى جامعة هلسنكي وتم إجراؤها وفقا لإعلان هلسنكي. وقع الموضوع على نموذج موافقة مستنيرة. للحصول على تفاصيل الحصول على البيانات، راجع جدول المواد.
DLPFC الأيسر هو مجال اهتمام شائع ، يستخدم في الممارسة السريرية لعلاج TMS المتكرر لاضطراب الاكتئاب الشديد (MDD) 65. تسلط مجموعة متزايدة من الأدبيات الضوء على أهمية الاتصال الوظيفي للقشرة الحزامية الأمامية تحت الجنس (sgACC) مع DLPFC في الفيزيولوجيا المرضية ل MDD 3،66،67. على وجه الخصوص ، هناك مؤشرات على أن علاج TMS الذي يتم تقديمه عبر مناطق DLPFC الأيسر الذي يظهر ارتباطا قويا مضادا للارتباط مع sgACC الأيسر قد يكون له فعالية أعلى38،68،69،70. بعد هذه النتائج ، يفترض أن بيانات TMS-EEG المسجلة من الأهداف غير المرتبطة وظيفيا بنشاط sgACC BOLD ستكون أكثر إفادة لمزيد من تطوير المؤشرات الحيوية.
تم تعريف قناع التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي ل DLPFC على أنه مزيج من المناطق 9a و 9p و 9-46d و 46 و a9-46v و p9-46v من HCPMMP36 ، بما في ذلك مناطق Brodmann 9 و 46. كان قناع sgACC هو المنطقة 25 ، أي ما يعادل منطقة برودمان 25. باتباع البروتوكول الموصوف ، تم اشتقاق خرائط ارتباط البذور إلى الفوكسل باستخدام بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي واختيار فوكسل فقط التي تنتمي إلى عائد الاستثمار DLPFC. ثم تم تحديد عتبة الخرائط لعرض voxels فقط مع الارتباط السلبي. تم أخذ القيمة المطلقة للارتباط لتبسيط التصور. تم تراكب المجموعات الناتجة على التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي في الملاحة العصبية أثناء تجربة TMS-EEG (الشكل 2 أ).
تم اختيار أهداف رسم خرائط TMS-EEG الأولية من المناطق التي أظهرت أقوى ارتباط وظيفي مضاد مع sgACC. ثم تم تنقيح هذه الأهداف بشكل متكرر من خلال إجراء رسم خرائط TMS-EEG لتحديد مواقع التحفيز الواعدة بناء على جودة TEP وقربها من البقع القشرية ذات أعلى ارتباط مضاد ل sgACC. تم تحليل المجموعة النهائية من مواقع التحفيز المحتملة لاحقا باستخدام التصوير في الوقت الفعلي. نظرا لعدم وجود مسار مباشر معروف من sgACC إلى DLPFC ، كان لا بد من النظر في مسارات المادة البيضاء غير المباشرة. في الحالات التي تكون فيها مسارات مباشرة أو غير مباشرة محددة معروفة مسبقا ، يجب إعطاء الأولوية لها. بالنسبة ل sgACC ، تم أخذ شبكة الدماغ واسعة النطاق المتأثرة ب MDD3 في الاعتبار أثناء اختيار الهدف المدفوع بالtractography. كما تم تقييم الاتصال الهيكلي لهدف TMS ، حيث تم إعطاء أولوية أعلى للمناطق التي تظهر اتصالا واسعا بمناطق الدماغ الأخرى - مثل قشرة الفص الجبهي البطني أو منطقة بروكا أو الفص الجداري -
باتباع بروتوكول رسم الخرائط ، تم اختيار الهدف والاتجاهة وشدة التحفيز بناء على أن TEPs الناتجة أكبر من 6 ميكرو فولت وتتأثر بشكل ضئيل بالقطع الأثرية. تضمن كل تكرار للتحسين تسجيل 20 نبضة بأقل قدر من المعالجة المسبقة. ثم تم استخدام الهدف الأمثل النهائي لجمع 300 نبضة لتحليل البيانات.
تضمن الحد الأدنى من خط أنابيب المعالجة المسبقة ، المصمم لمحاكاة استخدام rt-TEP في الوقت الفعلي ، الخطوات التالية:
1. تقسيم البيانات إلى عصور
2. تصحيح خط الأساس
3. إزالة قطعة أثرية TMS عن طريق استبدال البيانات من -2 إلى 10 مللي ثانية حول نبضة TMS بالأصفار
4. إزالة القنوات السيئة
5. إعادة الرجوع إلى متوسط المرجع
6. تم تطبيق مرشح تمرير منخفض عند 80 هرتز ومرشح الشق عند 48-52 هرتز عند الضرورة لمعالجة ضوضاء الخط والتردد العالي.
اتبع خط أنابيب المعالجة المسبقة الكامل الإجراءات الموضحة في Mutanen et al.، 202471. لمزيد من التفاصيل حول المعالجة المسبقة ل TMS-EEG ، راجع Hernandez-Pavon et al. ، 202272 ، Rogasch et al. ، 201773 ، Mutanen et al. ، 201874 ، و Mutanen et al. ، 201675. باختصار ، تضمنت العملية ما يلي:
1. تقسيم البيانات إلى عصور
2. تصحيح خط الأساس
3. إزالة القطع الأثرية TMS بين -2 و 10 مللي ثانية حول نبضة TMS ، مع الاستيفاء التكعيبي باستخدام 5 مللي ثانية من البيانات قبل وبعد الفاصل الزمني الذي تمت إزالته
4. إزالة القنوات التالفة (4 في المجموع: Fpz ، F1 ، FT10 ، TP9 ، PO4)
5. إزالة المحاكمات السيئة
6. إزالة الانجرافات مع detrending قوي
7. ICA لإزالة القطع الأثرية العينية
8. تصحيح خط الأساس
9. تطبيق خوارزمية SOUND74 لقمع الضوضاء خارج الجمجمة ، متبوعا بإعادة الإشارة إلى متوسط المرجع
10. خوارزمية SSP-SIR75 لإزالة القطع الأثرية العضلية التي أثارتها TMS
11. تصفية التمرير المنخفض عند 80 هرتز ومرشح الشق عند 48-52 هرتز
12. قص نهايات النافذة الزمنية لإزالة تأثيرات الحافة المحتملة
13. الإزالة الإضافية للتجارب السيئة لضمان استبعاد التجارب المتبقية عالية الضوضاء (22 من أصل 300 رفض إجمالا)
بدأ الإجراء التجريبي بتحديد عتبة المحرك أثناء الراحة. كان RMT للموضوع 41٪ MSO.
أثناء الإجراء التجريبي ، تم فحص الأقطاب الكهربائية في المقام الأول فوق منطقة الاهتمام (AF3 ، F1 ، F3 ، F5 ، FC3) (الشكل 2 ب) لتقييم جودة TEPs الناتجة. تمت مراقبة الأقطاب الكهربائية الأخرى باستمرار بحثا عن مقاومة منخفضة ، وتم خفض المعاوقة حسب الحاجة ، باتباع الإجراء الموضح في الخطوة 3.1.10. تم استخدام استجابات TMS المبكرة خلال النافذة الزمنية من 10 إلى 60 مللي ثانية ، والتي تعكس التنشيط المباشر للقشرة بواسطة المجال الكهربائي المستحث ، لتقييم جودة TEPs المنتجة.
بدأ إجراء رسم الخرائط (انظر الشكل 3) بإحدى مجموعات الرنين المغناطيسي الوظيفي (الشكل 3 أ) والتحقيق في الاتصال الهيكلي للمنطقة المستهدفة (الشكل 3 ب) ، والتي أظهرت بشكل أساسي انسيابية للمنطقة المتجانسة في نصف الكرة الأرضية المقابل والقطب الأمامي.
للتحفيز ، تم توجيه الملف عند 45 درجة إلى خط الوسط. تم ضبط شدة التحفيز على 49٪ MSO ، وهو ما يعادل 96 فولت / م الأقصى المقدر للمجال الإلكتروني في النقطة الساخنة و 120٪ RMT. في الشكل 3C ، لوحظت استجابة محتملة شبيهة ب TEP في الأقطاب الكهربائية F3 و F1 و FC3. يعرض القطب AF3 قطعة أثرية رنين ذات سعة كبيرة ، بينما يتأثر F5 بقطعة أثرية عضلية صغيرة يمكن التعرف عليها من خلال ذروة السعة العالية عالية التردد مباشرة بعد نبضة TMS76،77. لتقليل الأداة الرنين أثناء التسجيل ، يمكن استخدام غطاء شبكي يضغط على الأقطاب الكهربائية لأسفل لتقليل الحركة أو طبقة رغوية رقيقة أسفل الملف (انظر Hernandez-Pavon et al. ، 202328). على الرغم من أنه يمكن إزالة هذه القطع الأثرية في كثير من الأحيان من خلال التصفية ، نظرا لأن AF3 فقط كان ملوثا ، فقد تم استبعاده من المرجع المتوسط لتجنب التصفية غير الضرورية ، مما أدى إلى البيانات الموضحة في الشكل 3D.
بالتركيز على القطب F3 (الشكل 3F) ، تبدو الإشارة غير متأثرة إلى حد كبير بالقطعة الأثرية العضلية التي لوحظت في F5. يستعيد الشكل الموجي المميز ذو السعة الكبيرة حوالي 15 مللي ثانية ، ومن المحتمل أن يكون انحراف 5 ميكروفولت بين 22 مللي ثانية و 32 مللي ثانية استجابة قشرية حقيقية ل TMS. تؤكد تصفية الإشارة (الشكل 3E ، G) أن السعة تظل غير متأثرة بالضوضاء في القنوات الأخرى.
للتحقق مما إذا كان يمكن تقليل القطعة الأثرية العضلية في قناة F5 من خلال دوران الملف ، تم الحفاظ على جميع معلمات التحفيز الأخرى ثابتة (الشكل 4) ، وتم تدوير الملف أولا إلى اتجاه خلفي أمامي (الشكل 4 أ) ، حيث تم تقدير الحد الأقصى للمجال E ب 80 فولت / م ثم إلى اتجاه جانبي وسطي (الشكل 4 ه) ، مع 101 [ف/م] [إي-فيلد] كحد أقصى. لوحظت زيادة حادة في تنشيط العضلات مع اتجاه الملف الخلفي الأمامي (الشكل 4 ب ، ج) ، والذي أبلغ عنه الموضوع على أنه غير مريح. أنتج الاتجاه الجانبي الإنسي إشارة مشابهة لتلك الموضحة في الشكل 3 ، ولكن بسعة أكبر ، مما أدى إلى استجابة TEP مبكرة تبلغ 12 ميكروفولت في القطب F3 (الشكل 4F ، G) ، مما يسمح بتقليل شدة التحفيز. إن عدم وجود العضلات الزائدة أو التسوس أو الرنين ، إلى جانب حجم استجابة TEP المبكرة ، يجعل هذا المزيج من معلمات التحفيز مرشحا واعدا لجمع البيانات.
يوضح الشكل 5 تأثير شدة التحفيز على استجابات TEP في هدف الاستثارة المنخفضة. ثم تم فحص مجموعة الرنين المغناطيسي الوظيفي الثانية (الشكل 5 أ) واتصالها الهيكلي (الشكل 5 ب). على غرار الهدف الأول ، يبدو أن الوصلات الهيكلية تقتصر على الفصوص الجبهي. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن المسافة بين مجموعتي الرنين المغناطيسي الوظيفي هي 28 مم ، إلا أن شدة التحفيز المستخدمة للأهداف السابقة ، 49٪ MSO (77 فولت / م ، 120٪ RMT) ، لم تنتج استجابة TMS ملحوظة ، مما يسلط الضوء على أهمية الاختيار المستند إلى TEP لشدة التحفيز. في الشكل 5 ب ، ج ، تظهر استجابة TMS عند 55٪ MSO (89 فولت / م ، 134٪ RMT). من المهم ملاحظة أن الانحراف الكبير الذي لوحظ بعد 10 مللي ثانية ليس استجابة TMS حقيقية ولكنه استمرار لاستعادة القطع الأثرية العضلية. لذلك ، يجب النظر فقط في الإشارات التي تحدث بعد 25 ms بعد النبضة ، مما ينتج عنه اتساع 4 μV بين ms 26 و ms 60. تمت زيادة الكثافة إلى 60٪ MSO (97 فولت / م ، 146٪ RMT) في محاولة للحصول على استجابات سابقة مميزة (الشكل 5F ، G). مقارنة بكثافة MSO بنسبة 55٪ ، لوحظت زيادة متوقعة في سعة القطعة الأثرية العضلية ، ولكن كانت هناك زيادة طفيفة أو معدومة في سعة TEP. بناء على شكل الموجة المرصود والحاجة إلى شدة تحفيز أعلى ، سيعتبر هذا الهدف يظهر استثارة قشرية أقل مقارنة بالأهداف السابقة ، مما يجعله أقل إفادة لجمع البيانات. ومع ذلك ، قد يكون الهدف ذو الخصائص المتشابهة أفضل لبروتوكولات العلاج.
في المجموع ، تم فحص 16 مجموعة متميزة من معلمات التحفيز باستخدام إجراء رسم خرائط من 20 تجربة. المدة الإجمالية للإجراء, باستثناء إعداد مخطط كهربية الدماغ ومخطط كهربية العضل (التي استغرقت حوالي 30 دقيقة), كانت 2 ساعة و 35 دقيقة. يمكن رؤية هدف التحفيز النهائي في الشكل 6 أ. في حين أن هذا الهدف قريب جدا من الهدف الأولي (الشكل 3 أ) ، إلا أنه يظهر اتصالا هيكليا أكثر انتشارا (الشكل 6 ب) ، مما قد يوفر مزيدا من المعلومات حول انتشار الإشارة من النقطة الساخنة إلى المناطق القشرية الأخرى. تم الحفاظ على شدة التحفيز عند 49٪ MSO (102 فولت / م ، 120٪ RMT).
يظهر الحد الأدنى من المعالجة المسبقة لأول 20 نبضة تم جمعها من هدف التحفيز النهائي في الشكل 6C ، D. أدى رنين السعة الكبيرة إلى تلويث القطب F1 ، والذي تم رفضه لاحقا. ومع ذلك ، ظلت الضوضاء المتبقية موجودة في الأقطاب الكهربائية الأخرى حتى بعد هذا الرفض. على الرغم من وجود القطعة الأثرية الرنين ، إلا أن غياب القطعة الأثرية العضلية داخل منطقة الاهتمام سمح بالنظر في زمن الانتقال بعد 16 مللي ثانية كإشارة عصبية حقيقية. بعد الترشيح ، كانت سعة المكون المبكر بين 17 مللي ثانية و 35 مللي ثانية 9 ميكرو فولت.
يوضح الشكل 6E ، F نتيجة خط أنابيب المعالجة المسبقة الكامل المطبق على مجموعة البيانات 300 نبضة. يشبه TEP الناتج إلى حد كبير شكل الموجة المستمد من 20 نبضة (الشكل 6D) ، مما يدل على أهمية المراقبة في الوقت الفعلي لمحطات TEPs. الاستجابة المبكرة بين 20 مللي ثانية و 40 مللي ثانية هي 6 ميكرو فولت ، مما يدل على الانخفاض المتوقع في السعة بسبب المعالجة المسبقة.

الشكل 2: الملاحة العصبية وإعداد القطب. (أ) نموذج رأس الشخص المستند إلى التصوير بالرنين المغناطيسي ثلاثي الأبعاد للموضوع متراكب مع اتصال مشتق من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. (ب) تخطيطي لوضع قطب مخطط كهربية الدماغ ، مع أقطاب كهربائية ذات أهمية تحت ملف التحفيز مميزة باللون البرتقالي. لاحظ أن مواقع الأقطاب الكهربائية رقمنة على نموذج الرأس ثلاثي الأبعاد (الخطوة 3.7.4). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: مثال على الحد الأدنى من معالجة بيانات TMS-EEG . (أ) تعرض شاشة التنقل العصبي موقع التحفيز واتجاه الملف. يشير السهم الأحمر إلى الاتجاه الأقوى للنبضة ثنائية الطور ، ويشير السهم الأزرق إلى الاتجاه الأضعف. يتم التعبير عن شدة التحفيز كنسبة مئوية من الحد الأقصى لإخراج المحفز (MSO) وعتبة محرك الراحة (RMT). (ب) التصوير المtract في الوقت الحقيقي في موقع التحفيز. (ج) بيانات TMS-EEG الأولية من الأقطاب الكهربائية الموجودة أسفل ملف التحفيز. (د) بيانات TMS-EEG بعد رفض القناة الصاخبة، مع استبدال القنوات المرفوضة بالأصفار. (ه) بيانات TMS-EEG بعد التصفية. (و) عرض مكبر للقطب F3 بعد رفض القناة السيئة. (G) منظر مكبر للقطب F3 بعد التصفية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تأثير توجيه التحفيز على قطعة أثرية عضلية. (أ) هدف التحفيز مع اتجاه الملف الخلفي الأمامي والشدة المقابلة. (ب) بيانات أولية للاتجاه الخلفي والأمامي ، تظهر تلوث القطع الأثرية العضلية. (ج) بيانات من قطب F3 مع قطعة أثرية عضلية كبيرة. (د) التصوير في الوقت الحقيقي المقابل لموقع التحفيز. (ه) هدف التحفيز مع الاتجاه الجانبي الإنسي والشدة المقابلة. (و) البيانات الأولية للاتجاه الجانبي الإنسي، تبين المؤشرات النظيفة للمؤشرات التقنية. (G) TEP من القطب F3 ، مما يعرض استجابة مبكرة كبيرة وخالية من القطع الأثرية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: تأثير شدة التحفيز على استجابات TEP في هدف الاستثارة المنخفضة. (أ) موقع هدف التحفيز وشدته. (ب) البيانات الأولية المسجلة بنسبة 55٪ MSO. ج) بيانات القطب F3 ، تفتقر إلى مكونات TEP المبكرة التي يمكن تمييزها. (د) التصوير في الوقت الحقيقي المقابل لموقع التحفيز. (ه) زادت شدة التحفيز مع الحفاظ على الهدف ثابتا. (و) البيانات الأولية المسجلة بنسبة 60٪ من الاتصالات المتنقلة. (G) بيانات القطب F3 تظهر القطع الأثرية العضلية بسبب شدة التحفيز الأعلى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: تأثير خطوط أنابيب المعالجة المسبقة الدنيا والكاملة على بيانات TMS-EEG . (أ) هدف التحفيز النهائي وشدته. (ب) تصوير التصال في الوقت الحقيقي لموقع التحفيز. (ج) بلغ متوسط البيانات الأولية أكثر من 20 تجربة. (د) متوسط TEP لمدة 20 تجربة في القطب F3. (ه) بلغ متوسط عمليات الفحص التقني التي تم تجهيزها مسبقا بالكامل أكثر من 300 تجربة. (و) متوسط TEP معالج مسبقا بالكامل لمدة 300 تجربة في القطب F3. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يقدم خط الأنابيب المنهجي هذا نهجا جديدا لرسم خرائط الدماغ الشخصية واستهدافها باستخدام تقنيات التصوير العصبي المتعددة. يتم إنشاء الخرائط القشرية الفردية من خلال الجمع بين التقسيم التشريحي والاتصال الوظيفي والهيكلي ، مما يساعد على تحديد منطقة البحث الأولية لهدف التحفيز الأمثل. بعد ذلك ، يتم استخدام رسم خرائط TMS-EEG لتحسين موقع الهدف واتجاهه وشدته ، بهدف تعزيز تفاعل الاستجابات العصبية المبكرة ل TMS وتقليل العضلات والتسوس والتحف الأخرى. يتم استكشاف المناطق القشرية داخل المنطقة محل الاهتمام بشكل منهجي ، وضبط موقع التحفيز ، واتجاه المجال الكهربائي ، والكثافة ، بينما تتم مراقبة جودة البيانات باستمرار من خلال التصور في الوقت الفعلي لمتوسط TEPs. يتم تحديد هدف التحفيز النهائي بناء على استجابات خالية من القطع الأثرية مع مكونات TEP المبكرة التي يمكن تحديدها بوضوح. يعد خط الأنابيب هذا مفيدا بشكل خاص للدراسات التي تركز على استكشاف المؤشرات الحيوية القائمة على TMS-EEG.
يتكون خط الأنابيب من عدة خطوات أساسية ومتطلبة. تتضمن الخطوة الأولى تحديد حدود المنطقة القشرية لرسم خرائط TMS-EEG. بدون هذا ، يمكن اختيار الهدف من منطقة ذات بنية خلوية مختلفة عن المنطقة ذات الصلة وظيفيا. لمعالجة هذا الأمر ، يتم استخدام التقسيم متعدد الوسائط لمشروع Human Connectome36 ، والذي يقسم مناطق الدماغ بناء على مزيج من الاتصال الهيكلي والوظيفي. يحدد القناع المشتق الحدود الخارجية للمنطقة المراد تعيينها باستخدام TMS-EEG. لزيادة تحسين مجال الاهتمام القشري (على سبيل المثال ، DLPFC ، وهي منطقة دماغية كبيرة إلى حد ما) ، يتم اختيار voxels التي توضح الاتصال الوظيفي ب sgACC (المنطقة 25) 38،68،78 ، والتي تم دمجها مؤخرا في الممارسات السريرية لعلاج MDD69،79. من هناك ، يبدأ رسم خرائط TMS-EEG باستهداف المناطق القشرية ذات الاتصال الوظيفي الأقوى ب sgACC ، مما يضمن أن المنطقة المختارة تظهر تفاعلا قشريا عاليا دون تلوث من العضلات أو القطع الأثرية المتحللة. إذا كانت TEPs الأولية المسجلة بعد 20 نبضة تفي بمعايير الجودة ، يتم اختيار الهدف لجمع البيانات. ومع ذلك ، إذا لوحظت قطع أثرية مهمة - وهي مشكلة متكررة في قشرة الفص الجبهي - يتم استكشاف المناطق المجاورة بشكل منهجي لتحديد بديل مناسب.
قد يساعد التصوير في الوقت الفعلي في اختيار أهداف TMS ذات الاتصال الهيكلي واسع النطاق ، مثل الشبكات الموزعة مكانيا المتورطة في MDD3،78 ، والتي لا تقتصر على مسار واحد للمادة البيضاء. ومع ذلك ، فهي ذات قيمة خاصة في الحالات التي تنطوي على مسالك معروفة ، مثل المسالك المائلة الأمامية في شبكة الكلام ، حيث تضمن استهداف80 دقيقة. على الرغم من أن الtractography غير المتصلة بالإنترنت يمكن أن توفر معلومات الاتصال المفيدة لاختيار عائد الاستثمار ، إلا أنها أقل فعالية لتعيين TMS-EEG. قد تفشل الأهداف القشرية المحددة مسبقا التي تم تحديدها من خلال طرق غير متصلة بالإنترنت في استنباط استجابات مخطط كهربية الدماغ ذات الصلة أو القوية بما فيه الكفاية ، وقد لا تعمل بشكل فعال على الشبكة المطلوبة ، أو قد تؤدي إلى عدم الراحة والقطع الأثرية العضلية ، مما يضر بجودة البيانات ويستلزم تعديلات المعلمات أثناء التجربة. من خلال تقديم رؤى الاتصال ديناميكيا ، يعالج الtractography في الوقت الفعلي هذه التحديات ، مما يسمح بالتحسين السريع لوضع الملف لضمان قياسات عالية الجودة وموثوقة ومشاركة قوية للشبكة.
في هذا البروتوكول ، يتم ضبط شدة TMS بناء على إشارات مخطط كهربية الدماغ التي تعكس الاستثارة القشرية القشرية ، مع استخدام RMT بشكل أساسي كنقطة انطلاق لمعايرة الشدة. يلعب RMT دورا ثانويا في تحديد الشدة النهائية. يضمن هذا النهج تنشيط عدد كبير من الخلايا العصبية داخل المنطقة المستهدفة ، مما ينتج عنه إشارة قوية وموثوقة. بمجرد تقليل القطع الأثرية من خلال تعديلات الملف والتحقق الوظيفي والهيكلي للهدف ، يتم ضبط شدة التحفيز بشكل أكبر. نظرا لأن هذا البروتوكول يهدف إلى تعظيم البيانات التي تم الحصول عليها من استجابات TMS-EEG لتحديد المؤشرات الحيوية ، فمن الأهمية بمكان التأكد من أن اتساع TEP كافية. عند استخدام RMT لتحديد الشدة ، لا تتجاوز الاستجابات المبكرة عادة 4 μV81 بعد المعالجة المسبقة ، مما يقلل من جودة الإشارة العصبية ، جنبا إلى جنب مع القطع الأثرية. للتغلب على ذلك ، تم استخدام نهج طوره Casarotto et al.25 وصقله Tervo et al.82 ، يتضمن متوسط إشارة مخطط كهربية الدماغ في الوقت الفعلي بعد 20-30 نبضة TMS. الهدف هو تحقيق استجابة واضحة وغير مصطنعة من 6-10 ميكرو فولت في نافذة 10-50 مللي ثانية. كما هو موضح في الشكلين 3 و 5 ، قد تتطلب الأهداف الموجودة عن كثب شدة تحفيز مختلفة ، مما يؤدي إلى تنشيط الخلايا العصبية غير الكافي أو المفرط.
تستخدم الأهداف القياسية غير الملاحية ، التي يتم تحديدها عادة باستخدام المسافات من النقطة الساخنة للمحرك أو مواقع قطب نظام EEG من 10 إلى 20 ، على نطاق واسع في علاجات rTMS83،84،85،86. لقد كانت فعالة أيضا في دراسات TMS-EEG التي تستهدف DLPFC ، مع مؤشرات حيوية مثل الاستجابات اللاحقة (على سبيل المثال ، N100) والتثبيط داخل القشرة طويلة الفاصل (LICI) تظهر إمكانات18،19،23،87،88. هذه الأهداف غير الشخصية أبسط وفعالة من حيث التكلفة ولا تتطلب التصوير بالرنين المغناطيسي أو التنقل العصبي أو الموظفين المتخصصين لتحديد الهدف ، وقد ثبت أن بعضها يحدد موقع DLPFC85،86 بشكل موثوق. ومع ذلك ، فإن عدم التخصيص قد يساهم في انخفاض معدلات الهدوء فيالعلاجات 89،90. علاوة على ذلك ، قد تحجب عضلات الجمجمة في المنطقة الاستجابات المبكرة بسبب القطع الأثرية التي تمنع تعديل الشدة. وبالتالي ، قد تؤدي تعديلات الشدة الشخصية في TMS إلى تحسين فعالية العلاج.
يقدم هذا البروتوكول نهجا أكثر تخصيصا لتحفيز الدماغ يوفر رؤية أفضل للتفاعل القشري والاتصال مقارنة بالأساليب القياسية غير الشخصية. ومع ذلك ، فإنه يتطلب موارد كبيرة ، بما في ذلك فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الفردية ، ومعدات TMS و EEG المتخصصة ، وموظفين ذوي خبرة في التصوير العصبي والفيزيولوجيا العصبية. علاوة على ذلك ، يعتمد النهج المقترح بشكل كبير على الحكم الذاتي لجودة TEP ومعلمات التحفيز الأمثل. على الرغم من هذه القيود ، فإن جودة بيانات TMS-EEG أمر بالغ الأهمية لتطوير المؤشرات الحيوية ، مما يبرر استخدام هذا النهج. بمجرد تحديد المؤشرات الحيوية الموثوقة ، يمكن تبسيط الإجراء للتركيز على تحسين النوافذ الزمنية ذات الصلة وتقليل القطع الأثرية. في المستقبل ، مع تقدم تقنية TMS (على سبيل المثال ، متعدد المواقع91 و92 TMS متعدد القنوات) ، من المتوقع أن تنخفض متطلبات الموارد للتحفيز الشخصي ، مما قد يجعلها المعيار الجديد للاستخدام السريري.
PL هو مستشار لشركة Nexstim Plc لتطبيقات TMS-EEG ورسم خرائط قشرة الكلام. تمتلك RI براءات اختراع على تقنية TMS واستشارت Nexstim Plc على TMS.
xنود أن نشكر الأساتذة. سيلفيا كاساروتو ومارسيلو ماسيميني وماريو روزانوفا من جامعة ميلانو لريادتهم وتعزيز منهجية رسم خرائط TMS-EEG. نود أيضا أن نعرب عن تقديرنا لمساهمة العشرات من المشاركين في البحث الذين أدوا إلى تطوير بروتوكولنا التجريبي. يتم دعم العمل على "PlaStim: تحفيز اللدونة في علاج انعدام التلذذ" من قبل Wellcome Leap كجزء من برنامج Psych متعدد القنوات. تلقى هذا المشروع أيضا تمويلا من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) في إطار برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي (اتفاقية المنحة رقم 81037).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| جل جلخ | H + H الأجهزة الطبية | ون ستيب أبراسيف بلس | |
| جل موصل | ECI | إلكتروجيل | |
| مصمم | الإصدار 2.0.0 | https://nyu-diffusionmri.github.io/DESIGNER-v2 | |
| مكبرات الصوت EEG | منتجات الدماغ GmbH | مكبرات الصوت BrainAmp DC | تردد أخذ العينات 5000 هرتز |
| قبعات مخطط كهربية الدماغ | إيزي كاب GmbH | 64 قناة BrainCap ل TMS | أقطاب Ag / AgCl متكلسة |
| مكبر الصوت EMG | Nexstim Plc | Nexstim EMG | |
| ملف شكل ثمانية | Nexstim Plc | لفائف مبردة | لفائف مبردة بالهواء بقطر 70 مم |
| fmriprep | الإصدار 22.1.0 | https://fmriprep.org | |
| فري سيرفر | الإصدار 7.3.2 | https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu | |
| ماتلاب | ماث ووركس | الإصدار R2021b | https://www.mathworks.com |
| ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي | سيمنز للرعاية الصحية | 3T سيمنز MAGNETOME Skyra | صور هيكلية T1 وزنة: MPRAGE ، فوكسل استروبي 1 مم ، TR = 2530 مللي ثانية ، و TE = 3.42 مللي ثانية ؛ fMRI: EPI، فوكسلات متناحي الخواص 3 مم، TR = 1250 مللي ثانية، TE = 3 مللي ثانية، عامل تسارع متعدد النطاقات 3، زاوية الوجه 65؛ dMRI: 100 اتجاه تدرج مختلف إجمالي (ب = 1500 و 3000 ثانية / مم 2) ، 12 مجلدا غير مرجح بالانتشار (ب = 0 ؛ s / مم 2< / sup>) مع الأمامي &ndash ؛ اتجاه ترميز المرحلة الخلفية ، 1 حجم مرجح غير منتشر مع اتجاه ترميز الطور العكسي (Posterior – أمامي) ، فوكسل متناحي الخواص 2 مم ، TR = 4100 مللي ثانية ، TE = 105 مللي ثانية. |
| MRtrix3 | الإصدار 3.0.4 | https://www.mrtrix.org | |
| نيلرن | الإصدار 0.10.3 | https://nilearn.github.io | |
| سماعات إلغاء الضوضاء ؛ | شركة أبحاث اشتقاقية | سماعات ER3C إدراج | |
| بايثون | الإصدار 3.9.19 | https://www.python.org | |
| realTimeTractogramVisualizer | الإصدار 0.1 | https://github.com/baranaydogan/realTimeTractogramVisualizer | |
| RT-TEP | https://github.com/iTCf/rt-TEP | ||
| الكهرودات السطحية EMG | أمبو أ / إس | أمبو نيورولاين 720 | |
| القطب الأرضي السطحي EMG | أمبو أ / إس | أمبو نيورولاين جراوند | |
| TAAC | www.github.com/iTCf/TAAC | ||
| نظام TMS | Nexstim Plc | Nexstim NBT 2.2.4 | نبض ثنائي الطور ، فاصل التحفيز المتوهش 2 &ndash ؛ 2.4 ثانية |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن