评价中的连接有关的大脑兴奋患者癫痫多式联运Imaging-和激励为基础的方法

Summary

静息态功能连接 MRI 已在患有多种神经精神疾病的患者中发现了异常，包括由于皮质发育畸形引起的癫痫。经颅磁刺激结合脑电图可以证明癫痫患者在连接异常的区域具有皮质过度兴奋。

Abstract

静息态功能连接 MRI （rs-fcMRI） 是一种根据血氧水平依赖性信号随时间变化的相关性来识别不同大脑区域之间连接的技术。 rs-fcMRI 已被广泛用于识别不同神经和精神疾病中的大脑连接异常。然而，rs-fcMRI 连接异常、脑电生理学和疾病状态之间的关系尚不清楚，部分原因是疾病病理生理学中功能连接改变的因果意义尚未确定。经颅磁刺激 （TMS） 是一种使用电磁感应无创地产生皮层活动的局灶性变化的技术。当与脑电图 （EEG） 结合使用时，TMS 可用于评估大脑对外部扰动的反应。在这里，我们提供了一种结合 rs-fcMRI、TMS 和 EEG 的方案，以评估神经精神疾病患者功能连接改变的生理意义。我们提供了先前发表的一项研究的代表性结果，其中 rs-fcMRI 用于识别由于皮质发育畸形、脑室周围结节异位 （PNH） 而导致的癫痫患者连接异常的区域。相对于匹配的健康对照患者对相同部位的刺激，癫痫患者的刺激导致 TMS 诱发电图活动异常，TMS 诱发电位的晚期成分异常增加，与皮质过度兴奋一致。这种异常是静息态功能连接异常区域所特有的。对先前记录癫痫发作的受试者的电源分析表明，异常 TMS 诱发活动的起源与癫痫发作区共定位，表明存在致癫痫回路。这些结果证明了 rs-fcMRI、TMS 和 EEG 如何一起用于识别和理解人类疾病中异常大脑连接的生理意义。

Introduction

经颅磁刺激（TMS）是通过电磁感应非侵入性刺激皮质区域的装置。在TMS，一个大的但在空间上受限的磁通用于诱导靶皮层区的电场，并由此调节底层神经组织的活性。 TMS在运动皮层运动诱发的结果，可以通过外围肌电图（EMG）来测量电势。当成对或脉冲三胞胎施加，TMS可以用来评估特定皮质内GABA能和谷氨酸能电路^1-3的活性，从而评估兴奋和抑制体内在人类患者中的平衡。在癫痫具体地说，TMS的研究表明，皮质兴奋存在癫痫患者^4,5，并且可以与成功的抗癫痫药物治疗正常化，从而预测对药物的反应^6。此外，前皮质的TMS措施citability显示在患者的中间值与单一发作⁷和患者都特发性和获得性局灶性癫痫⁸兄弟姐妹。这些结果表明，大脑皮层兴奋的TMS措施可能使我们确定癫痫内表。然而，这些措施的敏感性和特异性是有限的，可能是因为TMS-EMG只能与运动皮层电路刺激进行评估，许多癫痫患者有运动皮层外扣押灶。

脑电图（EEG）提供了直接测量对于TMS脑反应的机会，并且可以使用跨越新皮质的广泛领域，以评估脑反应性。有研究整合脑电图（TMS-EEG）TMS表明，TMS产生整个皮层^9,10的反响，并且是可重复的，可靠的^11-13活动的浪潮。通过评估诱发活性的传播在不同的行为的状态和在不同的任务，TMS脑电图已用于因果探查人类大脑的网络

Protocol

这里描述的协议是经贝斯以色列女执事医疗中心和麻省理工学院的机构审查委员会。

1.选题

1. 患者选择的研究方案。
   1. 确定患者的活动性癫痫（在过去的一年内发作）或远程癫痫病史（前发作，但在过去的五年或关闭不吃药或者发作）和脑室周围异位结节结构性脑成像。
   2. 排除患者无癫痫发作的病史。还排除患者癫痫替代可能的病因（ 例如，外伤性脑损伤，中风，脑膜脑炎史）或脑电图一个替代诊断（ 例如，特发性全身性癫痫，颞叶癫痫）相一致。
   3. 排除患者额外的神经或精神disea本身，或与任何其它不稳定的医疗条件。另外，还要排除患者与以前的脑外科手术，无法史容忍MRI，最近非法药物或酗酒，或特定MRI ⁴⁶或⁴⁷ TMS禁忌。
2. 健康对照者的选择。
   1. 对于每一个病人PNH（在我们之前发表的研究报告^37，8例，年龄20 - 42岁，平均30.25; 3男，5女），确定一个年龄和性别匹配的健康对照。
   2. 排除与任何正在进行的神经或精神疾病或精神对药物科目，其他任何不稳定的医疗条件，前脑外科手术史，不能耐受MRI，非法物质或酗酒，或任何其他特定MRI或TMS禁忌。

2.生成刺激目标

1. ....

Results

静息态功能连接功能磁共振成像可用于识别证明与异位脑室周围灰质结节高功能连接皮层区域（ 图1），以及控制区域没有这种连接。为了确定这种不正常的功能连接是否具有生理意义，与相关静息态活性皮质区域可以选择为neuronavigated TMS的"连接"的目标网站，并诱发脑电图结果相比，通过控制刺激产生的脑电位在同一患者的非相连的目标。此外，同一区域可以在健康对照受试者（ 图2）定位到确定在PNH患者看到的异常功能连接是否具有用于患者的临床癫痫综合征的病理生理学意义。具体地，皮质hyperex的存在citability可以在个体患者水平通过确定全局平均势场的归一化下面积的曲线，然后评估该值是否是用于癫痫患者比他或她的匹配的对照（ 图2）放大来评估。在癫痫患者可以识别从该异常活性发生的脑区TMS诱发电位异常晚期峰的源定位，并且可以在空间上与患者的癫痫发作焦点（ 图3）共定位。

Discussion

静息态的功能连接的MRI已经被用于识别网络连接在人的大脑，并以确定发生在不同的疾病状态^26,31,32连接的改变。然而，如磁共振成像功能连接是基于在BOLD信号识别相关，以及作为血液氧合变化与底层神经活动，因果意义和这些功能磁共振成像连接的发现的生理相关性的非平凡关系目前还不清楚。 TMS能够在特定皮层区域大脑活动的空间和时间上定位的操作;当与脑电图结合，TMS可以用来评估大脑的不同脑区的刺激的响应。因此，TMS脑电图可应用于区域具有改变的功能磁共振成像功能连接，以评估在连接的观察变化是否有可能与潜在疾病病理生理学的生理相关性。

本文介绍了使用连接引导TMS-EEG评估癫痫患者皮质兴奋性的协议，由于大脑的发育，脑室周围异位结节，这是不正常的功能连接网络³⁷的发展相关的畸形。该协议是用来证明，患者的活动性癫痫有皮质兴奋特定于与改变静息态功能磁共振成像功能连接的区域，以及过度兴奋可以在一个单独的学科水平进行评估。在与先前脑电图捕获发作的患者，异常迟TMS诱发活性被看作在同一区域（远离刺激位点）从该患者的癫痫发作起源，表明异常功能连接的区域是确实.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3T MRI 扫描仪
MRI 功能连接软件
MRI 图像查看软件			MRICron
经颅磁刺激器	Nexstim	eXimia 刺激器	可以使用其他供应商的刺激器，e.g.、Magventure、Magstim
MRI 神经导航系统	Nexstim	NBS v3.2.1	替代 MRI 神经导航系统，例如、Brainsight、Localite
TMS 兼容脑电图系统	Nexstim	Eximia EEG	替代品：大脑产品、Synamps、ANT
Matlab	Mathworks	R2012b	替代品：Octave
EEGLab
最小范数估计 （MNE） 软件
自由冲浪者