Ein Multimodal Imaging- und Stimulations-basierte Verfahren zur Bewertung der Connectivity-bezogenen Erregbarkeit des Gehirns bei Patienten mit Epilepsie

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die regionale kortikale Übererregbarkeit bei Patienten mit Epilepsie mittels funktioneller Konnektivität im Ruhezustand, MRT-gesteuerter, transkranieller Magnetstimulation in Kombination mit gleichzeitiger EEG-Aufzeichnung zu bewerten. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen auf dem Gebiet der Epilepsie und Neurophysiologie zu beantworten, z. B. ob Patienten mit Epilepsie Hinweise auf eine Übererregbarkeit in Regionen aufweisen, von denen angenommen wird, dass sie Teil des epileptogenen Netzwerks sind. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie zur Beurteilung von Unterschieden in der zerebralen Erregbarkeit als Funktion der Konnektivität und zur Beurteilung der kortikalen Reaktivität in einer Vielzahl verschiedener Gehirnregionen verwendet werden kann.

Diese Technik hat Auswirkungen auf die Diagnose und Behandlung von Epilepsie, da kortikale Übererregbarkeit auch bei normalem Routine-EEG identifiziert werden kann und epileptogene Schaltkreise therapeutisch anvisiert werden können. Tamara Gedankian, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin in meinem Labor, wird das Verfahren vorführen. Bestimmen Sie vor dem Test die beiden TMS-Zielregionen, indem Sie die funktionelle Konnektivitätskarte jedes Probanden mit dem Strukturbild jedes Probanden überlagern.

Um die Experimentiersitzung zu beginnen, bringen Sie die Probanden in den Testraum und lassen Sie sie auf dem Stuhl sitzen. Messen Sie den Kopf des Probanden und wählen Sie eine Elektroenzephalographie- oder EEG-Kappe in geeigneter Größe, um niedrige Elektrodenimpedanzen zu ermöglichen. Reinigen Sie anschließend die Haut unter jeder Elektrode gründlich mit einem Wattestäbchen-Applikator und Alkohol.

Fügen Sie jeder Elektrode leitfähiges Gel hinzu und drücken Sie auf die Elektrode, um einen guten Kontakt zwischen Kopfhaut, Gel und Elektrode zu gewährleisten. Um Ladeartefakte zu minimieren, stellen Sie sicher, dass sich das Gel nicht außerhalb des Elektrodenhalters ausbreitet. Platzieren Sie die Referenz- und Masseelektroden auf der Stirn und so weit wie möglich von der Stimulationsspule entfernt, um die Möglichkeit zu minimieren, dass ein TMS-induziertes Elektrodenartefakt die gesamte Aufnahme verunreinigt.

Platzieren Sie diese Elektroden in einem Abstand von wenigen Zentimetern zueinander, um Gleichtaktrauschen zu minimieren. Drücken Sie dann die Taste "Impedanzen messen" am EEG-System. Überprüfen Sie die Elektrodenimpedanzen, indem Sie die EEG-Ausgangskabel in die Impedanzbuchse des EEG-Aufzeichnungssystems stecken.

Stellen Sie sicher, dass die Elektrodenimpedanz nicht größer als fünf Kilometer ist. Bereiten Sie als nächstes die Elektromyographie-Elektroden an der kontralateralen Hand vor. Geben Sie dem Betroffenen Ohrstöpsel, um das Risiko von Hörverlust und Tinnitus zu minimieren.

Platzieren Sie dann die Infrarotdetektoren auf dem Kopf des Probanden und stellen Sie sicher, dass die Detektoren so platziert sind, dass das Risiko von Bewegungen während der Versuchssitzung minimiert wird. Registrieren Sie den Kopf des Probanden mit den MRT-Bildern, indem Sie die Position der vorausgewählten, externen anatomischen Referenzmarker auf dem Probanden mit dem Zeiger identifizieren, der dem Neuronavigationsgerät beiliegt. Machen Sie das Subjekt mit der Stimulation vertraut, indem Sie an einer anderen Stelle einen Impuls anlegen oder indem Sie einen Stimulationsimpuls mit geringer Intensität auf die Kopfhaut anwenden.

Bestimmen Sie die motorische Ruheschwelle, indem Sie den motorischen Kortex des Probanden auf der Hemisphäre ipsilateral zu den Zielen der funktionellen Konnektivitätsbasis lokalisieren. Winkeln Sie die Spule senkrecht zum Gyrus an, wobei der Griff okzipital zeigt, und beginnen Sie die Stimulation mit einer Intensität, die voraussichtlich unterhalb des Schwellenwerts liegt. Erhöhen Sie dann die Stimulationsintensität in Schritten von 5 % max. Stimulatorleistung, bis TMS in jedem Versuch konsistent motorisch evozierte Potentiale mit Amplituden von mehr als 50 Mikrovolt hervorruft.

Verringern Sie die Stimulationsintensität in Schritten von 1 %max. Stimulatorleistung, bis weniger als fünf von 10 positiven Reaktionen aufgezeichnet werden. Stellen Sie abschließend die TMS-Intensität auf den gewünschten Wert ein. Wenden Sie mit der Neuronavigationssoftware einzelne TMS-Impulse auf jede der Zielregionen an, mit variablen Intervallen zwischen den Impulsen, um die kortikale Plastizität und die Auswirkungen auf die Erwartungen der Probanden zu minimieren.

Beginnen Sie mit einer ersten Runde einer unabhängigen Komponentenanalyse (ICA) und entfernen Sie die ein bis zwei Komponenten, die die große TMS-induzierte, anfängliche Muskelaktivierung darstellen. Führen Sie dazu ICA mit der schnellen ICA-Methode mit dem symmetrischen Ansatz und der 10-Kontrast-Funktion mit dem hier gezeigten Befehl aus. Identifizieren Sie Komponenten, die mit dem TMS-Artefakt konsistent sind, indem Sie Extras, Daten mit ICA ablehnen und Komponenten durch Karte entfernen auswählen, wodurch topografische Karten aller ICA-Komponenten dargestellt werden.

Klicken Sie dann auf die Zahl für jede Komponente, um die Komponentendetails darzustellen. Löschen Sie als Nächstes die künstlichen Komponenten, indem Sie Werkzeuge, Komponenten entfernen auswählen und die relevanten Komponentennummern in das Feld für Komponente(n) eingeben, die aus den Daten entfernt werden sollen. Drücken Sie in dem sich öffnenden Bestätigungsfenster auf ERPs plotten, um die ereignisbezogenen Potenziale (ERPs) zu überprüfen, die sich aus dem Löschen der ausgewählten Komponenten ergeben.

Um die Auswirkungen einzelner Studien zu überprüfen, drücken Sie auf Plot single trials. Nachdem Sie das ERP überprüft haben, klicken Sie wie bei Einzelversuchen auf die Schaltfläche Akzeptieren, um die ausgewählten Komponenten zu löschen. Führen Sie eine zweite ICA-Runde durch und entfernen Sie Komponenten, die Artefakten wie Zerfall, Blinzeln, Muskel- und Elektrodenrauschen entsprechen.

Führen Sie dazu ICA mit der schnellen ICA-Methode mit dem symmetrischen Ansatz und der Tan-Kontrast-Funktion aus, genau wie bei der ersten ICA-Runde. Bewerten Sie auch die Komponenteneigenschaften, genau wie bei der topografischen Karte in der ersten ICA-Runde. Markieren Sie dann Komponenten, die mit verbleibenden TMS-Zerfallsartefakten, Blinzelartefakten und Muskelartefakten übereinstimmen.

Markieren Sie außerdem Komponenten, die mit dem Kanalrauschen auf der Grundlage der räumlichen und zeitlichen Verteilung konsistent sind. Entfernen Sie abschließend markierte Komponenten, genau wie in der ersten ICA-Runde, indem Sie Extras, Komponenten entfernen auswählen und die relevanten Komponentennummern in das Feld für Komponente(n) eingeben, die aus den Daten entfernt werden sollen. Die funktionelle Konnektivität im Ruhezustand Die MRT wird verwendet, um Regionen auf der kortikalen Oberfläche zu identifizieren, die mit den Regionen der Heterotopie verbunden sind.

Die TMS in diesen Regionen führt zu einer ungewöhnlich erhöhten verzögerten Aktivität im Vergleich zu Regionen, die keine abnormale Konnektivität aufweisen, und relativ zu den gleichen Anblicken bei gesunden Kontrollen. Hier kann die Lokalisierung der abnormalen späten Spitzen in den TMS-evozierten Potentialen bei Patienten mit Epilepsie die Hirnregionen identifizieren, aus denen die abnormale Aktivität entsteht. Er kann räumlich mit dem Anfallsfokus des Patienten kolokalisieren.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die funktionelle Konnektivität im Ruhezustand, das MRT-gesteuerte TMS-EEG zur Beurteilung der Erregbarkeit des Gehirns in verschiedenen Regionen bei Patienten mit Epilepsie und anderen neuropsychiatrischen Erkrankungen verwenden können. Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden, wie z. B. die repetitive TMS, durchgeführt werden, um festzustellen, ob eine Verringerung der kortikalen Erregbarkeit in Gehirnregionen, die Teil des pathogenen Netzwerks sind, die Krankheitsaktivität verändern kann.