Extrahieren von visuell evozierten Potentiale von EEG-Daten aufzeichnen Während fMRI-geführte Transkranielle Magnetstimulation

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, verlässliche ERP aus aufgezeichneten EEG-Daten zu extrahieren, die während einer fMRT-gesteuerten transkraniellen Magnetstimulation gewonnen wurden. Dies wird erreicht, indem zunächst eine hochauflösende funktionelle MRT-Aufnahme durchgeführt wird, um die kortikalen Areale zu definieren.

Zur Stimulierung besteht der nächste Schritt darin, ein EEG-Experiment zu entwerfen, das die Extraktion einer TMS-Artefaktvorlage ermöglicht, die anschließend von den aufgezeichneten EEG-Daten subtrahiert wird, um saubere ERP zu erhalten. Danach wird der T-M-S-E-E-G-Experimentaufbau sorgfältig mit einem stereotaktischen Navigationssystem vorbereitet. Um das mittels FMRI definierte Ziel auf dem Kopf des Probanden zu lokalisieren, erfolgt im letzten Schritt die gleichzeitige Aufzeichnung von EEG-Daten während der TMS-Anwendung; letztendlich wird die Subtraktion der TMS-Artefaktvorlage genutzt, um verlässliche ERP zu erhalten.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie simultanem G-F-M-R-I besteht darin, dass wir Rückschlüsse auf ein Gehirnareal ziehen können, das mittels fMRT definiert ist, sowie auf ein elektrophysiologisches Signal, das mittels EEG gemessen wird. Die Hauptherausforderung bei der simultanen Kombination von E-E-G-T-M-S besteht darin, die durch die TMS erzeugten Artefakte zu entfernen. Dies wird erreicht, indem zunächst die während des magnetischen Reizes erfassten EEG-Daten ausgeschnitten und anschließend verbleibende, mit der TMS assoziierte Artefakte korrigiert werden. Diese Prozedur wird Ziv Perman demonstrieren, der von Boaz Ade in diesem Verfahren geschult wurde.

Führen Sie eine funktionelle MRT-Aufgabe unter Verwendung einer hochauflösenden Echo-Planar-Bildgebungssequenz durch, um die gewünschten Aktivierungsareale zu bestimmen, die mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) gezielt stimuliert werden sollen. Führen Sie anschließend eine T1-gewichtete strukturelle Aufnahme durch, um neuroanatomische Daten zu erhalten. Stellen Sie sicher, dass das gesamte Gesicht des Probanden im Bildfeld enthalten ist.

Externe Marker wie die Nasenspitze werden später verwendet, um den Kopf des Probanden mit der Aufnahme zu ko-registrieren. Nach der Aufnahme verwenden Sie die MarsBar-Toolbox für SPM, um die interessierenden Hirnregionen basierend auf Kontrasten zwischen experimentellen Bedingungen zu definieren.

Definieren Sie beispielsweise den okzipitalen Gesichtsbereich, indem Sie die Aktivierungen durch Objekte von den Aktivierungen durch Gesichter subtrahieren, und schließen Sie alle körpelselektiven Voxel aus, um den extrastriären Körperbereich zu definieren. Subtrahieren Sie Aktivierungen durch Objekte von Aktivierungen durch Körper und schließen Sie alle gesichtsselektiven Voxel aus. Entwerfen Sie ein experimentelles Paradigma, bei dem alle Stimulusbedingungen präsentiert werden.

Verwenden Sie zufällig mindestens 50 Durchläufe pro Bedingung über die Zeit. Nutzen Sie zeitlich versetzte interstimuläre Intervalle. Verwenden Sie eine Bedingung mit leerem Bildschirm, bei der ein TMS-Reiz gegeben wird, aber kein visueller Reiz erscheint.

Dies ist wichtig für die Erstellung der TMS-Artefaktvorlage. Legen Sie anschließend die Latenz fest, zu der die TMS nach Beginn des Versuchs ausgelöst wird. In diesem Beispiel wird eine Doppelimpuls-TMS nach 60 und 100 Millisekunden appliziert.

Nach Stimulusbeginn die strukturellen T1-Aufnahmen in die Neuronavigationssoftware einspeisen und anschließend die funktionellen MRT-Kontraste auf die strukturellen Bilder überlagern. Markieren Sie die gewünschten Zielbereiche des Gehirns mithilfe der Neuronavigationssoftware. Suchen Sie außerdem die äußeren Marker, die zur Koregistrierung der Kopflage verwendet werden, wie die Nasenspitze, den Nasenrücken (Nasion) und den Tragus jedes Ohres.

Wenn der Proband eintrifft, setzen Sie die EEG-Kappe auf seinen Kopf auf und schließen Sie die Elektroden an. Verwenden Sie so wenig Gel wie nötig, um die Impedanz unter fünf Kiloohm zu halten. Achten Sie darauf, dass sich die Elektrokabel nicht kreuzen oder Schleifen bilden, und richten Sie sie vom Ort der Spulen weg aus.

Platzieren Sie die Referenz der Ableitelektroden außerdem so weit wie möglich vom Coil entfernt, während das EEG-Signal gemessen wird. Verwenden Sie eine hohe Abtastrate von mindestens einem Kilohertz, um den TMS-Artefakt besser darzustellen. Befestigen Sie anschließend den Infrarotdetektor am Kopf des Probanden und ko-registrieren Sie die Kopfposition mit dem Navigationssystem.

Wählen Sie unter Verwendung der zuvor definierten Marker das Ziel für die TMS in der Navigationssoftware aus, wobei das Zeigerwerkzeug der Neuro-Navigation senkrecht zur Kopfoberfläche gehalten wird. Navigieren Sie zur Zielstelle und markieren Sie diese auf der Elektrodenkappe. Platzieren Sie den Probanden bequem vor dem Bildschirm mit dem Kinn auf der Kinnstütze.

Das Kinnrasten hilft dem Probanden, jegliche Bewegung zu vermeiden, was entscheidend für die Aufnahme eines sauberen und zuverlässigen TMS-Artefakts ist. Führen Sie die Mitte der Spule zum Zielgebiet im Gehirn und fixieren Sie sie dort. Stabilisieren Sie die Spule mithilfe eines Halterungsgeräts, damit sie während der Sitzung nicht verrutscht.

Stellen Sie die TMS auf die gewünschte Intensität ein und geben Sie eine Testimpulsfolge ab, nachdem die Zustimmung des Probanden vorliegt, bevor die Sitzung beginnt. Wenden Sie die TMS bei jedem kortikalen Zielareal in einem separaten Block an. Führen Sie zusätzlich einen Block ohne TMS durch, bei dem alle Stimuli, einschließlich der Bedingung mit leerem Bildschirm, während der Bedingung ohne TMS präsentiert werden.

Verwenden Sie eine Scheinspule oder platzieren Sie die Spule am Kopf und kippen Sie sie senkrecht. Wiederholen Sie die Identifizierung der navigierten Ziele zwischen jedem Block. Sofern Sie kein Probensystem mit Haltefunktion haben, müssen Sie den Pulsartefakt entfernen.

Dies erfolgt, indem ein Zeitfenster um den Puls bzw. die Pulse im Fall einer repetitiven Simulation ausgeschnitten wird. In den meisten Fällen reicht ein Fenster von wenigen Millisekunden aus. In dem hier gezeigten Beispiel wurden zwei aufeinanderfolgende Pulse verabreicht und gemeinsam als ein Stück entfernt.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die entstandenen beiden Enden zu verbinden. Nach dem Entfernen des Pulses können Sie sie entweder direkt verbinden oder eine Linie zwischen ihnen interpolieren. Der kurze Pulsartefakt wird manchmal von einem langen Restartefakt begleitet, der einige hundert Millisekunden andauern kann.

Verwenden Sie die Subtraktionsmethode, um diesen lang anhaltenden Artefakt zu entfernen, ohne Daten zu verlieren. Berechnen Sie für jeden experimentellen Block eine gemittelte ERP-Vorlage der „Blank-Screen“-Durchläufe, indem Sie diese zeitlich an den Beginn des Durchlaufs koppeln. Mit anderen Worten: Sie berechnen ein ERP in Abwesenheit eines experimentellen Reizes und erstellen so innerhalb jedes Blocks eine Vorlage des alleinigen TMS-Rauschens.

Subtrahieren Sie diese Vorlage von jedem Durchlauf aller anderen Reizbedingungen. Ein sauberes ERP ergibt sich aus der Subtraktion der TMS-Vorlage vom rohen ERP; wiederholen Sie die Subtraktion für jeden Block einzeln. Die EEG-Aufnahmen wurden durchgeführt, während den Probanden entweder Gesichts- oder Körperreize präsentiert wurden.

Während der Betrachtung von Reizen wurde eine Doppelpuls-TMS entweder am occipitalen Gesichtsbereich oder am extrastriären Körperareal 60 und 100 Millisekunden nach Reizbeginn angewendet. Durch Subtraktion der Aufzeichnung während der alleinigen TMS von den Aufzeichnungen der Reizpräsentation mit TMS kann ein ERP erhalten werden, das die N1-Komponente enthält – ein ausgeprägtes visuell evoziertes Potential, das bei der Betrachtung von Gesichtern und Körpern im Vergleich zu anderen Reizen größer ist.

Beim Betrachten von Gesichtern erhöhte eine TMS zur OFA die Amplitude der N-eins-Komponente im Vergleich zu den Bedingungen mit Stimulation der EBA und ohne TMS. Beim Betrachten von Körpern erhöhte eine TMS zur EBA die Amplitude der N-eins-Komponente im Vergleich zur Bedingung ohne TMS oder zur Stimulation der OFA.

Diese Ergebnisse deuten auf eine Dissoziation zwischen den neuronalen Netzwerken hin, die den gesichts- und körperelektiven ERPs zugrunde liegen. Ein besonderer Vorteil der in diesem Video gezeigten Artefaktentfernungstechnik besteht darin, dass sie die Eliminierung jeglicher Artefakte ermöglicht, die mit der Anwendung von TMS verbunden sind – unabhängig davon, ob sie mechanischen, muskulären oder kortikalen Ursprungs sind – selbst bei Elektroden, die in der Nähe der TMS-Spule liegen, sodass keine Elektrode von der Analyse ausgeschlossen werden muss. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man ein simultanes GTMS-Experiment entwirft, durchführt und analysiert, um zuverlässige ereigniskorrelierte Potenziale zu erhalten.