实时脑电图触发的经颅磁刺激用于皮层兴奋性研究

摘要

来源：Stefanou, M., et.al. 基于脑状态的脑刺激结合实时脑电图触发经颅磁刺激。J. Vis. Exp. (2019)

本视频演示了利用实时脑电图（EEG）触发经颅磁刺激（TMS）以研究皮层兴奋性的过程。该操作包括将TMS线圈置于运动皮层上方，使刺激与EEG信号的特定相位同步，并记录运动诱发电位（MEPs），以探究不同脑状态对皮层反应的影响。该技术能够基于实时EEG分析，精确调控脑活动。

方案

所有涉及人类参与者的操作均按照机构、国家及国际的人类福利指南进行，并已通过当地机构审查委员会的审核。

1. 定位运动“热点”并确定静息运动阈值
   1. 定位运动“热点”（即在此刺激位点，单脉冲经颅磁刺激可引出形态良好、试次间峰-峰振幅相对一致的运动诱发电位），并在神经导航系统中保存对应的线圈位置（包括线圈方向和角度）。
   2. 通过在运动皮层上施加单脉冲经颅磁刺激，并逐步增加刺激强度，直至在超过50%的试次中诱发出的运动诱发电位峰-峰振幅大于50 µV，从而确定静息运动阈值（RMT）。
   3. 如有条件，可使用基于序贯测试的参数估计自动化脚本（PEST），例如采用最大似然策略，该方法还可根据单次反应的观察变异性在线估算RMT的置信区间，通常仅需约30次强度自适应变化的测试脉冲即可获得可靠的RMT估计值。
   4. 若非首次实验，应将当前线圈位置与先前记录的位置进行比对，并将本次获得的RMT与之前的结果进行比较，以验证一致性。
   5. 如需要，可依据标准流程确定主动运动阈值（AMT）或用于产生1 mV峰-峰振幅运动诱发电位的刺激强度。
2. 受试者最终准备
   1. 可选地，使用真空垫固定受试者头部。
   2. 可选地，通过耳塞播放掩蔽噪声（当计划分析经颅磁刺激诱发的脑电位时）。否则，应为受试者提供耳塞和耳机以进行听力保护。
   3. 可选地，使用机械臂将线圈对准并固定在目标位置。
3. 实验前数据质量验证
   1. 检查实时处理器是否正在接收来自脑电系统的数据。
   2. 检查目标脑电空间滤波器（例如以C3为中心的拉普拉斯导联）所获取信号中是否存在明显伪迹。
   3. 目视确认脑电信号质量，检查是否存在不良电极、过强的工频干扰或肌电伪迹，并在脑电系统软件中调整时间窗口和幅值缩放比例，以便在实验过程中持续进行视觉监测。
4. 主要实验阶段
   1. 除非实验脚本中远程控制刺激器强度，否则需手动将刺激强度设置为目标值（例如RMT的110%）。
   2. 启动实验脚本，以随机顺序在目标振荡的不同相位施加刺激脉冲。
   3. 实验过程中，监控触发条件阈值（伪迹检测阈值、预激活阈值、最小功率等）。
      注意：由于实时处理器需等待触发条件出现，刺激将不规则间隔发生。但应设置条件，使大多数刺激在可预测的时间间隔内出现（例如前一次脉冲后2-3秒内），并避免长时间暂停（例如本实验中>5秒），因为长时间间隔会因新异性导致更大的诱发反应。
      1. 可选地，可通过事后分层分析剔除发生在过长间隔后的试次。
   4. 为获得足够的统计效能以区分相位特异性刺激效应，需采集足够数量的试次。
      注意：我们通常选择每种条件80-120个交错试次。
   5. 记录各实验阶段的开始和结束时间，并留存任何异常事件的记录。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
脑电图和肌电图记录系统
脑电图/肌电图放大器	NeurOne with Real-time Digital Out, Bittium Biosignals Ltd., Finland
经颅磁刺激设备	MAG & More Research 100, MAG & More GmbH, Munich, Germany
软件	Mathworks Simulink Real-Time (Mathworks Ltd, USA)
立体红外摄像神经导航系统，包括反射式头部追踪器、定位指针工具和头部追踪器
实验控制计算机，连接至脑电图系统、经颅磁刺激仪、实时设备和神经导航系统
脑电图电极、肌电图电极、注射器、研磨膏和导电凝胶
塑料薄膜和胶带