Kombinierte Transcranial magnetische Anregung und Elektroenzephalographie des dorsolateralen präfrontalen Kortex

Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen in den Bereichen Neurologie, klinische Neurophysiologie und Psychiatrie zu beantworten, indem sie neurophysiologische Signale bestimmt, die als Prädiktoren für das Ansprechen auf therapeutische Interventionen dienen können. Bei richtiger Anwendung kann diese Technik Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit aufgrund dieser therapeutischen Eingriffe zuverlässig und reproduzierbar überwachen. Das Verfahren wird von Stacey Shim, einer Forschungsanalystin aus unserem Labor, demonstriert.

Zu Beginn wählt man zunächst eine Mütze, die gut zum Kopf des Teilnehmers passt. Platzieren Sie die Cz-Elektrode an einem Eckpunkt auf halbem Weg zwischen der Linie, die Nasian und Inian verbindet. Stellen Sie sicher, dass alle Elektroden die Kopfhaut fest berühren und funktionieren.

Passen Sie als Nächstes die stumpfe Spitze einer Spritze an und füllen Sie sie mit elektrisch leitfähigem Gel. Stecken Sie die Spitze in das Elektrodenloch und drücken Sie dann leicht auf den Kolben, bis sich etwas Paste auf der Haut befindet. Schrubben Sie dann die Kopfhaut mit der stumpfen Spitze und stellen Sie sicher, dass die Paste nicht über die Oberseite hinausläuft, um Brückenbildung zu vermeiden.

Bereiten Sie zuerst die Erdungs- und Referenzelektroden vor. Stellen Sie sicher, dass die Impedanz für alle Elektroden unter fünf Kiloohm liegt. Die Elektrodenvorbereitung bestimmt die Qualität des aufgezeichneten Gehirnsignals und minimiert den Bedarf an Signalverarbeitungsmethoden, die sowohl Rauschen als auch Gehirnsignale beseitigen können, die für seine Untersuchung entscheidend sind.

Platzieren Sie nun zwei Einweg-EMG-Scheibenelektroden mit einem Durchmesser von etwa 30 Millimetern über dem rechten Abductor pollicis brevis musculus (APB) für eine Bauch-Sehnen-Montage. Platzieren Sie auch die Masseelektrode gemäß den Richtlinien des Herstellers. Schließen Sie die Elektroden an den EMG-Verstärker an.

Laden Sie zunächst ein T1-gewichtetes MRT in das Navigationssystem und wählen Sie die Himmelsrichtungen für die Registrierung aus. Verwenden Sie entweder MNI- oder Talairach-Koordinaten des dorsolateralen präfrontalen Kortex. Platzieren Sie dann den Headtracker so, dass er sich während der Stimulationssitzung nicht bewegt, und lassen Sie die TMS-Spule frei bewegen.

Lassen Sie den Teilnehmer dann Ohrstöpsel einsetzen und richten Sie dann den Kopf des Teilnehmers auf das 3D-MRT-Modell aus. Berühren Sie dazu den Kopf des Probanden mit dem Digitalisierungsstift an den im MRT ausgewählten Himmelsrichtungen. Validieren Sie nun die Registrierung, indem Sie den Digitalisierungsstift auf den Kopf des Teilnehmers legen und die Darstellung am Computer überprüfen.

Kalibrieren Sie bei Bedarf die TMS-Spule, indem Sie die Tracker an der Spule befestigen. Legen Sie dann einen Polyurethan-Schwamm unter die Spule, um die Vibrationen der Spule über den Elektroden während der TMS-Impulse zu minimieren. Platzieren Sie die Spule so auf dem Kalibrierungsblock, dass alle Tracker von der Kamera aus sichtbar sind.

Drücken Sie dann die Kalibriertaste auf dem Computerbildschirm und halten Sie die Spule fünf Sekunden lang in der Kalibrierposition. Weisen Sie den Teilnehmer an dieser Stelle an, sich auszuruhen und mit einem entspannten Rücken, Händen und Beinen bequem zu bleiben. Um dann den Hotspot zu finden, beginnen Sie damit, den motorischen Knopf als ersten Orientierungspunkt der kortikalen Repräsentation von APB und primärem motorischem Kortex anzuvisieren, und bewegen Sie die Spule, bis es eine entsprechende Muskelbewegung gibt.

Verwenden Sie TMS-Intensitäten, die an motorisch evozierte Schwellenwerte oder MEPs von etwa 500 Mikrovolt über APB erinnern. Optimieren Sie die Ausrichtung der Spule, indem Sie ihren Winkel und ihre Neigung ändern, um die größte Reaktion über dem Hotspot hervorzurufen. Speichern Sie diese Spulenpositionierung in der Neuronavigator-Software und reduzieren Sie die Ausgangsintensität in Schritten von 2-3 %Geben Sie dann 10 Impulse, und wenn mehr als fünf von 10 MEP-Antworten über 50 Mikrovolt erreicht werden, reduzieren Sie die Intensität weiter.

Wenn weniger als fünf von 10 Reaktionen hervorgerufen werden, beginnen Sie, die Intensität in Schritten von 1-2 % zu erhöhen. Die motorische Schwelle wird als die Intensität dargestellt, die in fünf von 10 Fällen MEPs von mehr als 50 Mikrovolt erzeugt. Das Interstimulus-Intervall (ISI) für die motorische Schwelle sollte länger als eine Sekunde sein, normalerweise drei bis fünf Sekunden. Passen Sie als Nächstes die Intensität ab 120 % des motorischen Schwellenwerts an, um MEPs über dem primären motorischen Kortex von 500 bis 1500 Mikrovolt zu erzeugen.

Nehmen Sie 10 Impulse mit diesem Ausgang auf und erhöhen oder verringern Sie die Intensität in Schritten von 1-2 %, bis ein Durchschnitt von einem Mikrovolt erreicht ist. Die Einstellung der Spulenintensität ist entscheidend für die gezielte Ansprache der untersuchten neuronalen Population, aber auch für die Qualität der Signale. Positionieren Sie an dieser Stelle die Spirale über dem dorsolateralen präfrontalen Kortex und stimulieren Sie einige Male.

Wenn signifikante Artefakte erzeugt werden, passen Sie die Platzierung der Spule an, indem Sie sie leicht von dieser Position weg bewegen. Digitalisieren Sie nun die EEG-Elektroden so, dass ihre Position in der Gehirnanatomie registriert ist. Ersetzen Sie dann die Ohrstöpsel durch pneumatische Audio-Ohrhörer, um bei Bedarf Audiomaskierung mit weißem Rauschen abzuspielen.

Und tragen Sie Kopfhörer zum Gehörschutz darüber. Montieren Sie an dieser Stelle die Spule auf dem Spulenhalter und stellen Sie sicher, dass sich die Spule nicht bewegt oder die Elektroden darunter drückt. Führen Sie schließlich das Experiment mit Einzelpuls-TMS sowie Paarpuls-TMS für kurze intrakortikale Inhibition, intrakortikale Fazilitation und lange intrakortikale Hemmung in einer zufälligen Reihenfolge für jeden Teilnehmer durch.

Diese Abbildung zeigt die großen Durchschnittswerte der TMS-evozierten EEG-Antworten von den dorsolateralen Elektroden des präfrontalen Kortex nach der Stimulation. Dazu gehören die Einzelpuls-TMS, die kurze intrakortikale Hemmung, die intrakortikale Fazilitation und die lange intrakortikale Hemmung. Hier sehen wir die N100-evozierten Potentialwerte, die topographisch über alle Elektroden für jede Stimulationsbedingung aufgetragen sind.

Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die Elektroden genau vorzubereiten, das richtige Stimulationsziel auszuwählen und die Stimulationsintensität und die Ausrichtung der Spule richtig einzustellen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Neurowissenschaften, der Neurologie, der klinischen Neurophysiologie und der Psychiatrie, um die kortikokortikale Erregbarkeit und Konnektivität in verschiedenen Gehirnzuständen sowohl für gesunde Freiwillige als auch für Patienten zu erforschen.