Waiting
登录处理中...

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

Neuroscience

Комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография Дорсолатеральное префронтальной коры

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

Представленные здесь протокол предназначен для TMS-ЭЭГ исследования с использованием intracortical возбудимость тест-повторный тест дизайн парадигмы. Целью протокола является для получения надежных и воспроизводимых корковой возбудимости меры для оценки, нейрофизиологические функционирования связанных с терапевтических вмешательств в лечении психоневрологических заболеваний, таких как депрессия.

Abstract

Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) является неинвазивным методом, который производит нервные возбуждения в коре головного мозга с помощью импульсов краткий, нестационарных магнитного поля. Начало корковой активации или его модуляции зависит от фона активации нейронов коркового региона активирован, характеристики катушки, его положения и его ориентацию в отношении руководителя. TMS в сочетании с одновременным electrocephalography (ЭЭГ) и нейронавигация (НТС ЭЭГ) позволяет для оценки cortico корковой возбудимости и подключения в почти всех корковых областях образом воспроизводимость. Это заранее делает НТС ЭЭГ мощный инструмент, который может точно оценить динамику мозг и нейрофизиологии в тест тестирование парадигм, которые требуются для клинических испытаний. Ограничения этого метода включают артефактов, которые охватывают реактивности первоначальный мозга для стимуляции. Таким образом процесс удаления артефактов могут также извлечь ценную информацию. Кроме того полностью не известны оптимальные параметры для Дорсолатеральное префронтальной стимуляции (DLPFC) и текущие протоколы используют вариации от парадигмы стимуляция моторной коры (M1). Однако развивается НТС ЭЭГ конструкций надеюсь для решения этих вопросов. Здесь представлены протокол вводит некоторые стандартные практики для оценки нейрофизиологических функционирования от стимуляции для DLPFC, которые могут применяться у больных с устойчивостью лечения психических расстройств, которые получают лечение, такие как постоянного тока транскраниальной стимуляции (ЦТД), повторяющихся транскраниальной магнитной стимуляции (rTMS), магнитный захват терапии (MST) или электросудорожной терапии (ЭСТ).

Introduction

Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) является нейрофизиологическое инструмент, который позволяет для неинвазивной оценки кортикального слоя нейронной активности с помощью быстрого, нестационарных магнитного поля импульсов1. Эти импульсы магнитного поля вызвать слабый ток в поверхностных коры под катушки, которая приводит к деполяризации мембраны. Последующего корковой активации или модуляции непосредственно связана с характеристики катушки, его угол и ориентации на череп2. Волны импульса из катушки и базового состояния нейронов также влияют на результирующий корковой активации3.

TMS позволяет производить оценку корковых функций, вызывая поведенческих или моторных ответов или через прекращение связанных с задачей обработки. Возбудимость спинного мозга cortico процессов может быть оценена путем записи электромиографической ответы (ГРП), вызвал из одного TMS импульсов за моторной коры, тогда как intracortical возбуждающих (intracortical содействие; ICF) и тормозных механизмов (короткие и длинные intracortical торможения; SICI и LICI) может быть исследован с TMS в паре пульс. Повторяющихся TMS может нарушить различных когнитивных процессов, но используется главным образом в качестве лечебного средства для целого ряда нервно-психических расстройств. Кроме того сочетание TMS с одновременным электроэнцефалографии (TMS-ЭЭГ) может использоваться для оценки cortico корковой возбудимости и подключения4. Наконец если администрация TMS поставляется с нейронавигация (НТС), это позволит для точного тестирования тестирование парадигм поскольку точное место стимуляции могут быть записаны. Большинство кортикального слоя мантии могут быть направлены и стимулировали (включая те районы, которые не производят измеримые физические или поведенческие реакции) таким образом коры могут быть функционально сопоставлены.

ЭЭГ сигнала, вызывали от одного или парные пульс TMS может облегчить оценку cortico корковые связи5 и текущее состояние головного мозга. НП индуцированной электрического тока приводит к потенциалы действия, которые можно активировать синапсы. Распределение токов постсинаптических могут быть записаны путем ЭЭГ6. ЭЭГ сигнал может использоваться для количественного определения и обнаружения синаптических текущего распределения через диполя моделирования7 или8минимальные нормы оценки, когда используются многоканальной ЭЭГ и с структурой проводимости головку приходилось. Комбинированные TMS-ЭЭГ могут быть использованы для изучения корковых ингибирующее процессов9, колебания10, cortico корковых11 и межполушарные взаимодействия12и13Пластичность коры головного мозга. Самое главное TMS-ЭЭГ может зонд возбудимости изменения во время задачи когнитивной или мотор с хорошей тест Тестирование надежности14,15. Важно отметить, что СПТ-ЭЭГ имеет потенциал для определения нейрофизиологических сигналы, которые могут служить в качестве предикторов ответ на терапевтических вмешательств (rTMS или фармакологические эффекты) в тест тестирование образцов16,17.

Принципы нейронавигация для НП основана на принципах бескаркасных stereotaxy. Используйте оптических систем отслеживания системы18 , которая использует светоизлучающие камеру, которая взаимодействует с светоотражающие оптические элементы, придает головы (через трекер ссылок) и катушка TMS. Нейронавигация позволяет для локализации катушки на 3-D модели МРТ с помощью оцифровки справочного инструмента или пера. Использование нейронавигация облегчает захват катушки ориентацию, расположение и выравнивание руководителю субъекта, а также оцифровка позиций электрода ЭЭГ. Эти функции необходимы для тест-повторный тест дизайн экспериментов и точной стимуляции в указанном месте в Дорсолатеральное префронтальной коры.

Для того чтобы использовать протокол TMS-ЭЭГ в эксперименте тест тестирование, там должна быть точной ориентации и последовательное стимулирование корковых региона для получения надежных сигналов. TMS-ЭЭГ записи могут быть уязвимы для различных артефактов. TMS индуцированных артефакт на электроды ЭЭГ могут быть отфильтрованы с усилители, которые могут восстановить после задержки19,20 или усилители, которые не могут быть насыщенным21. Однако другие типы артефактов, движения глаз или мигает, черепной мышечной активации в близости электродов ЭЭГ, случайные электрода движения и их поляризации, и катушки нажмите или соматические ощущения должны быть приняты во внимание. Предметом тщательной подготовки, что обеспечивает электрод импедансы ниже 5 kΩ, иммобилизация катушки над электродов и пены между катушкой и электроды для уменьшения вибрации (или заполнитель для ликвидации низкой частоты артефакты22), затычки для ушей и даже слуховой маскировки должны использоваться для сведения к минимуму этих артефактов23. Здесь представлены протокол вводит стандартный процесс для оценки нейрофизиологических функционирования, когда стимуляция применяется над Дорсолатеральное префронтальной (DLPFC). Основное внимание уделяется общих парадигм в паре пульс, которые были проверены в исследованиях M19,,1516.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все экспериментальные процедуры, представленные здесь были утверждены Комитетом наши местные этические рекомендаций Хельсинкской декларации.

1. Глава регистрация на Neuronavigated TMS — ЭЭГ

  1. Получите всю голову высоким разрешением T1-взвешенный структурных МРТ для каждого участника. Проверка согласно указаниям производителя нейронавигация.
  2. Загрузите изображения на навигационной системы. Проверьте, если правильно проверяются магнитно-резонансную томографию. Выбор точки кардинал (предварительно аурикулярных точек, Насьон и кончик носа). Вставьте стимуляции цели (на основании анатомии или основанных на головы координаты, MNI или Talairach координаты).
  3. Место головы трекер таким образом так, что он не будет двигаться во время сеанса стимуляции и позволяет свободно движущиеся катушки TMS. У участника вставить затычки для ушей до начала регистрации.
  4. Совместите участника голову к модели 3-D МРТ. Touch на голове участника с нажиму пера в точках кардинал, которые были отобраны на изображениях МРТ стека. Выберите и отметьте дополнительные точки над теменной, височной и затылочной областях головы уменьшить ошибки регистрации над этими районами.
  5. Проверка регистрации. Место нажиму пера на голове участника. Проверьте ее представление на компьютере. Если это не на соответствующей точке в MR, повторите шаг 1.4.
  6. Калибровка TMS катушки в использовании (в некоторых системах этот шаг не является необходимым).
    1. Прикрепите трекеры для катушки.
    2. Место катушки на блоке калибровки так все трекеры видны из камеры.
    3. Нажмите кнопку калибровки на экране компьютера и сохранить катушки в положении калибровки для 5 s.

2. СПТ ЭЭГ эксперимент

  1. Поместите крышку ЭЭГ на голове и подготовить электродов
    1. Выберите колпачок, который хорошо вписывается в голову. Убедитесь, что все электроды плотно соприкасаются волосистой части головы и функциональны. Если более чем 2 электроды не работает, используйте другой шапку такого же или меньшего размера.
    2. Место Cz электрода на вершины, на полпути между линией, соединяющей Насьон и ИНИОН и Iz электрода над ИНИОН.
      Примечание: Место вертикальные (над и под глазом контралатеральной для стимуляции глаз) и/или горизонтальной электроды (слева от левого глаза и от права, немного выше каждый скуловой кости) для Электроокулограмма (ЭОГ).
    3. Отрегулируйте тупым кончик шприца и заполнить его с электропроводящих гель. Место кончике внутри отверстие электрода и слегка нажмите поршень фланца до тех пор, пока есть некоторые пасты на коже. Пилинг кожи головы, слегка с помощью кросс как движется с тупым кончиком. Убедитесь, что тесто не разлив над верхней частью, чтобы избежать преодоление (короткое замыкание между электродами).
  2. Место электроды ГРП. Место два диска одноразовые электроды (диаметр около 30 мм) над правой похититель pollicis brevis мышц (АПБ) для живота монтаж сухожилий. Место местах согласно рекомендациям производителя.
  3. Начало регистрации головы. Выполните шаги 1.3-1.6. Используйте координаты MNI или Talairach DLPFC.
  4. Гиперзону и мотор порог.
    1. Добавьте Губка (искусственное волокно из полиуретан) под катушки с целью минимизации вибрации катушки над электроды во время TMS импульсов. Обратите внимание, что пена должна быть толщиной около 10 мм.
    2. Проинструктируйте участников, чтобы быть в состоянии покоя — удобно и с расслабленной рук, ног и позвоночника.
    3. Найти горячей точке. Целевой мотор ручку24 как первоначальный ориентир корковых представительстве APB в M1 и переместите соответствует APB движения катушки. Используйте TMS интенсивности, вызвав MEPs около 500 мкВ над APB. Катушка ориентации можно Оптимизируйте, изменяя угол и наклон для большой отклик над горячей точкой.
    4. Сохраните катушки позиционирования программного обеспечения neuronavigator и снижения интенсивности вывода в шагах 2-3%. Дать 10 импульсов и если больше чем 5 из 10 MEP ответы получены свыше 50 мкВ, затем продолжить снижение интенсивности.
    5. При менее чем 5 из 10 ответов вызвала, увеличьте интенсивность, шаги 1-2%. MT представлена как интенсивности, которая производит MEPs больше чем 50 мкВ 5 из 10 раз25. Интервал между стимулом (МСИ) для MT должна быть больше чем 1 сек, обычно устанавливается на 3, 4 или 5 s.
  5. Отрегулируйте интенсивность, используя следующие шаги:
    1. В 120% от интенсивности MT производить MEPs над M1 от 500 до 1500 мкВ. начать запись 10 импульсов с выходом этой стимулятор таким образом среднее время ответа составляет 1 МВ. Увеличение или уменьшение интенсивности в шагах 1 – 2% до достижения в среднем 1 МВ.
    2. Для стимуляции интенсивности, выбрать интенсивность как процент стимулятор выход, например., 110%, 120%, и т.д.
    3. Найти соответствующее индуцированное поле в V/m (если позволяет система). Место катушки над DLPFC; Отрегулируйте стимулятор вывода до расчета индуцированное поле становится таким же, как над M1 для той же корковых глубины.
  6. Оцифровывать электродов ЭЭГ, таким образом, что их позиция зарегистрировано к анатомии мозга.
    Примечание: Это очень важный шаг для нахождения распределение нейронов активации и для точного перемещения электродов на последующей сессии.
  7. Запись ЭЭГ TMS
    1. Замените затычки для ушей с воздуха трубы для подключения к звуковой маскировки беруши (например., белый шум) при наличии и добавить наушники над ними. Играть звуковой маскировки только во время родов пульс TMS.
      Примечание: Этот шаг может применяться к шагу 2.4.2 без воспроизведения аудио маскировки и с осторожностью так головы трекеры не перемещаются.
    2. Смонтировать катушку на держателя катушки и убедитесь, что катушки не перемещать или нажмите электродов под ним. Убедитесь, что Губка между электродами и катушки.
    3. Удалите все активные экраны из виду участника. Дать указания участника вытаращиться на фиксированной точки, не изменить его положения головы во время родов TMS и не мигать между импульсами TMS.
    4. Выключите любой лампы дневного света. Запуск одного импульса TMS, SICI, ICF и LICI в случайном порядке для каждого участника. Дают 100 одиночные и парные импульсов. Использовать различные МСИ 3-4 сек (±20%) или константа 3-5 s (см. Примечание). Дайте перерыв 3 – 5 мин между каждое условие, чтобы участник может расслабиться и растянуть.
      Примечание: SICI и ICF включают TMS парадигмы в паре пульс с подпорогового принадлежности стимул (CS) и suprathreshold тест стимул (TS). CS, используемые в настоящем Протоколе составляет 80% MT и TS с интенсивностью, вызвав 1 mV MEP пик пик26. Интервал между пульс, используется для оптимального SICI находится в 2 мс и для ICF в 12-13-27. LICI парадигма включает в себя спаривание выше порога CS с интенсивностью, вызвав 1 mV MEP пик пик последовал еще один suprathreshold TS, снова используя интенсивности, что вызвало 1 mV MEP пик пик и с интервалом между пульс 100 г-жа МСИ для Обе парадигмы одиночные и парные импульсов определяется время зарядки стимулятор (Наша система может позволить паре импульсов каждые 4 s), количество сессий (больше экспериментов потребует меньше МСИ не перегружать участников) и анализа, который является собирается занять место. В этом исследовании, мы использовали Постоянный МСИ 5 s из-за ограничений нашей стимулятор и также потому, что мы хотели бы нужно несколько циклов низкой частоты полосы (Тета-ритм) для анализа частотно- и энергетического спектра.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Рисунок 1 A иллюстрирует TMSevoked потенциалов после стимуляции DLPFC над F3 электрода после среднем 100 эпох от каждой сессии один из здоровых добровольцев. На этом рисунке мы подчеркиваем эффект CS на TS по сравнению с одного пульс состояние когда TS применяется самостоятельно. CS модулирует N100 прогиб в ясной форме даже в одной теме. В SICI и LICI сессий N100 обычно увеличивается и в ICF уменьшается в абсолютные значения по сравнению с SP условие16. В Рисунок 1B, топографический распространения N100 компонента SP SICI и ICF парадигмы был локализован на двусторонней основе как это уже было показано на многих предыдущих исследований16,17,28, 29.

Figure 1
Рисунок 1 : TMS-ЭЭГ меры корковой возбудимости. (A) Grand среднем TMS-вызвала ЭЭГ ответов от DLPFC ROI электродов после стимуляции DLPFC. (B) N100 значения на печать топографически во всех электродов для каждой сессии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TMS-ЭЭГ позволяет прямой и неинвазивной стимуляции большинства корковых областях и приобретение результате нейронной активности с очень хорошим пространственно временных резолюции30, особенно когда используются нейронавигация. Преимущество этой методологической заранее это основано на факте, что СПТ вызвала ЭЭГ сигналы происходят от электрической нейронной активности и это индекс cortico корковой возбудимости. Это имеет огромный потенциал в психоневрологические популяциях пациентов, где СПТ-ЭЭГ может использоваться в качестве биомаркера текущих и будущих терапевтических вмешательств.

Наиболее важным этапом протокола является подготовка электродов и определение интенсивности стимуляции. Это потому, что сигнал TMS-ЭЭГ восприимчив к СПТ артефакт, независимо от вида используемых усилители31. Электроды должны очень тщательно готовиться, так что они не мост друг с другом и их сопротивление хранится ниже 5 kΩ, и отношение сигнал шум является высоким. Кроме того Губка из волокна искусственные полиуретан 5-10 мм, настроенную под катушки может еще больше снизить механического давления и артефакт катушки нажмите звук через костной проводимости.

MT определяет интенсивность СПТ; Таким образом она должна быть измерена именно как более высокой интенсивности приведет к больше артефактов и менее фокуса стимуляции, в то время как меньшие интенсивности может привести к очень слабых сигналов. Таким образом, мотор гиперзону должно быть найдено с помощью нейронавигация и MT оценивается с ГРП записей (шум ниже 50 МКВ и мышцы полностью расслаблены). Однако следует не забывать, что focality и точность каждого стимуляция происходит от формы и продолжительность TMS импульсов32.

Отсутствие мер по DLPFC порог также предлагает что интенсивность следует отрегулировать согласно амплитуда оценкам индуцированного электрического поля23 и не основаны на стимулятор интенсивности вывода как обычный метод. Это требует, что MT интенсивности необходимо оценить в V/m для конкретных корковых глубины, а затем той же глубины и V/m, чтобы использоваться для перерасчета интенсивности вывода стимулятором для стимуляции DLPFC. Это особенно важный вопрос для будущего расследования парных импульса протоколов, таких как те, которые представлены здесь, где TS всегда находится в suprathreshold интенсивности. Однако существует необходимость определить интенсивность DLPFC из записанных ТЭП33 или колебания34 во время стимуляции DLPFC, как это было предложено в недавних исследованиях для M1 с помощью коры и не кортикоспинальных мер.

Важно отметить, что сайт стимуляции DLPFC следует выбраны на основе координат MNI или Talairach и вставлены на магнитно-резонансную томографию нейронавигация. MNI координаты левой DLPFC (-35, 45, 38), взяты из исследования, выявления этот сайт как оптимальный, на основе клинических исходов и отдыха государство функциональные связи35. Позиционирование катушки ориентацию и наклон является другой важной переменной. Существует два способа подхода катушки ориентацию и наклон:) 45 градусов к срединной линии с ручкой, указывая на боковые части полушария9 и b) перпендикулярно средней лобной борозды с латеральнее медиального текущее направление14. Первым обычно применяется, когда переход не существует, в то время как второй требует реальных МРТ и навигации и это побуждает максимум поля. Перед началом записи, тонкой настройки катушки так оно evokes минимальное мышечных артефакты5 без ущерба для стимуляции физиологических реакций необходимо выполнить (небольшие изменения 1-2 мм в центре катушки, а также наклона и тонкие изменения ориентации).

Сравнение различных ориентациях необходимо сделать, поскольку Есть никаких известных исследований, которые изучили влияние различных катушки позиционирования над DLPFC. Еще более важно существует метода необходимо определить гиперобъекта DLPFC, основанные на мерах ЭЭГ в подобной манере, что M1 гиперзону определяется ГРП. Наконец весьма важным аспектом здесь является позиционирование электродов и их преобразования в цифровую форму их расположения. Как только колпачок помещается для последующих экспериментов, в тест тестирование образцов, должна быть оцифровано электродов. Затем оба цифровым (и первый эксперимент Выборгского) должны быть визуализированы над 3D модель МРТ или МРТ шаблона (который может быть хорошим надежное решение, когда не могут быть получены отдельные магнитно-резонансную томографию). Затем крышку следует перенести при необходимости так позиционирования через череп электродов в последующих эксперимент соответствует позиционирования первого измерения. Это будет гарантировать, что данные будут выведены из точное же расположение электродов, которые были стимулировали с точным же магнитным полем.

Перед началом стимуляции, выбранный корковых сайт должны быть проверены на черепные нервы, проходя под катушки. Таким образом должны быть записаны несколько эпох TMS-ЭЭГ, и оценены артефакты. Таким образом сигнал должен проверяться амплитуд больше чем 70 МКВ и синхронизированных высокой частоты низкая амплитуда колебаний (мышц и черепных нервов артефакты). Устранение таких артефактов может быть сделано путем тонкой и тонкие репозиционирования катушки или его ориентации, только, как это было предложено в предыдущих исследований36. Наконец в ходе сессий TMS-ЭЭГ, TMS катушки необходимо мониторинг в режиме реального времени нейронавигация и подвижности. Лучше, чтобы смонтировать его на штатив или на механической рукой. Это решение также предотвращает от нажатия катушки с руками против электродов, добавив артефакты механического давления на них. Любые изменения должны быть немедленно исправлена, и соответствующих эпох помечены как плохие и исключены из анализа данных, с тем, что ответы ЭЭГ TMS очень чувствительны к возмущений этих параметров37. Все эти подробные предложения можно обеспечить надежность тест тестирование TMS-ЭЭГ в одном14 и парных пульс парадигмы15 над DLPFC. Внимание на эти важные детали обеспечит, что данные имеют высокий шанс отразить изменения, связанные с терапевтических вмешательств.

TMS-ЭЭГ как каждый другой экспериментальный метод имеет свои собственные конкретные ограничения. Основная проблема-это различные виды артефактов и тот факт, что СПТ совместимых ЭЭГ усилителей не может устранить оставшиеся артефакты. Артефакты из черепной мышц, особенно когда лобовое и боковое сайты через череп, стимулируются, можно скрывать и модулировать сигнал ЭЭГ. Эти артефакты могут быть больше, чем сигнал TMS-ЭЭГ и обычно длятся дольше, таким образом они могут скрывать ТЭС. Аналогичным образом но только в таких областях, как DLPFC, TMS может вызвать большие глаза мигают артефактов. Кроме того многие другие артефакты, такие как движение электрода, ощущение кожи и слуховой активаций благодаря TMS катушки нажмите можно сделать анализ ЭЭГ еще труднее (подробности см. предыдущие публикации31,38). Большая работа в области была направлена на отказ от различных артефактов, что приводит к более надежной пространственно временной локализации источников мозга ответов38,,3940,41 , 42. Однако не стоит забывать что тщательная подготовка участников, выбор оборудования и точное исполнение измерения определяют качество исходных данных TMS-ЭЭГ.

TMS-ЭЭГ является мощным инструментом для оценки intracortical торможения и возбуждения механизмы, относящиеся к стимуляции DLPFC. Просто изменяя несколько параметров, она позволяет для изучения цепей при посредничестве ГАМКAR (SICI), RBГАМК (LICI) и NMDAR (ICF). Модуляции различных компонентов ТЭП через фармакологических или электромагнитной терапевтических вмешательств может служить маркер для выявления тормозящее и возбуждающих синапсах, пластичность коры головного мозга и многие другие состояния мозга изменения и условия 43. в дополнение к ТЭП, вызывали TMS колебательной деятельность через время частота и спектрального анализа может оценить естественной или внутренней частоты выше схема10. Электрические мозга индексов, таких как текущий источник плотности4 применимы для любой области коры может помочь раскрыть механизмы пластичности в цепях повреждения мозга в DLPFC44.

Необходимы дальнейшие исследования фармакологических проверки эти парадигмы в DLPFC. Однако, существует огромный потенциал для TMS-ЭЭГ должен использоваться для изучения механизмов различных терапевтических вмешательств, подобных neuromodulation терапии (например., rTMS, ЭСТ, MST) или фармакологических у здоровых добровольцев или в различных психические расстройства9,,1516,17,45,46, но также альтернативных мер или их комбинаций43. Самое главное TMS-ЭЭГ можно надежно оценить динамику мозг до и после вмешательства и поэтому потенциально выступать в качестве биомаркеров.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Пантелис Lioumis был платной консультант Nexstim Plc для. (Хельсинки, Финляндия) вне представленной работы (т.е., для двигателя и речи отображение rTMS приложений до 2017). Reza Zomorrodi является членом Консультативного Совета Vielight Inc. (Торонто, Канада). Zafiris J. Даскалакис получает поддержку исследований от канадской институтов медицинских исследований (КНИИЗ), национальные институты здравоохранения - США (NIH), Института мозга Уэстон, мозг Канада и Темертей семьи через Фонд CAMH и исследования Кэмпбелл Институт. Он получил поддержка натурой оборудование следователь начаты исследования и исследования от Brainsway Ltd., и он является сайт главный исследователь по три спонсора начаты исследования для Brainsway Ltd. Он получил поддержку натурой оборудование от Magventure для этого следователь начаты исследования. Даниэль м. Blumberger получает поддержку исследований от канадской институтов медицинских исследований (КНИИЗ), национальные институты здравоохранения - США (NIH), Института мозга Уэстон, мозг Канада и Темертей семьи через Фонд CAMH и исследования Кэмпбелл Институт. Он получил поддержка натурой оборудование следователь начаты исследования и исследования от Brainsway Ltd., и он является сайт главный исследователь по три спонсора начаты исследования для Brainsway Ltd. Он получил поддержку натурой оборудование от Magventure для этого следователь начаты исследования. Он получил поставок лекарств для следователя по инициативе суда от Indivior. Он принимал участие в работе Консультативного Совета для Janssen.

Acknowledgments

Эта работа частично финансируется NIMH R01 MH112815. Эта работа также была поддержана Темертей Family Foundation, Грант Фонда семьи и Кэмпбелл семья психического здоровья научно-исследовательский институт в центре для наркомании и психического здоровья.

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

Нейробиологии выпуск 138 комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография короткие intracortical зрачков долго intracortical торможения intracortical содействие повторяющихся транскраниальной магнитной стимуляции магнитные захват терапия депрессия
Комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография Дорсолатеральное префронтальной коры
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