Neuroimaging-gesteuertes TMS-EEG für die Echtzeit-Kartierung kortikaler Netzwerke

Wir entwickeln reproduzierbare, vollständig personalisierte Neuromodulationsprotokolle, die kortikale Morphologie, strukturelle und funktionelle Konnektivität sowie Neurophysiologie integrieren, um die TMSEG-Spezifität für die Entdeckung klinischer Biomarker zu verbessern.

Unser Protokoll ermöglicht einen zuverlässigen Zugang zu frühen TMS-Evoke-Potenzialen, die die unmittelbare kortikale Reaktivität des Zielbereichs widerspiegeln. Diese Signale werden in der Regel durch Artefakte und schlechte Datenqualität bei nicht personalisierten Ansätzen verdeckt.

Unser Ziel ist es, die kortikale Kartierung mit Hilfe von Echtzeit-Algorithmen, Multi-Locus-TMS und Robotik zu automatisieren. Ziel ist es, die Präzision in der Neuromodulationsforschung zu erhöhen und die Wirksamkeit in der klinischen Anwendung zu verbessern.

[[Dozent] Zu Beginn Setzen Sie den Probanden auf einen Stuhl, der nahe genug positioniert ist, damit die Kappenkabel mit dem Elektroenzephalographie-System verbunden werden können. Messen Sie den Kopfumfang des Probanden, um eine passende Elektroenzephalographie-Kappe auszuwählen. Setzen Sie die Kappe von der Stirn aus auf, während Sie das Haar unter der Kappe halten. Messen Sie den Abstand vom Nasion zum Inion und vom linken zum rechten Tragus. Passen Sie dann die Position der Kappe an, um sicherzustellen, dass CZ auf halbem Weg zwischen diesen anatomischen Orientierungspunkten zentriert ist. Reinigen Sie mit Alkoholtupfern und Scheuerband die Haut des Mastoids und des Jochbeins gegenüber der Stimulationsseite, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Platzieren Sie die Masseelektrode auf dem Jochbein und die Referenzelektrode mit Ringelektrodenscheiben auf dem Mastoid. Tragen Sie eine Schleifpaste auf die geschliffenen Elektrodenstellen auf und schrubben Sie die Haut leicht mit einer stumpfen Nadel. Füllen Sie dann jede Elektrode mit leitfähigem Gel. Vergewissern Sie sich, dass die Ohrschlitze während der Neuronavigation und der Platzierung des Kopfhörers für den Zugang zum Ohr richtig positioniert sind. Befestigen Sie nun die Kappe mit Klettverschlüssen unter dem Kinn. Um die Kappenelektroden vorzubereiten, tragen Sie Scheuergel auf und entfernen Sie mit einer stumpfen Nadel die Haare unter jeder Elektrode, bis die Haut sichtbar ist. Füllen Sie die Elektrode mit leitfähigem Gel, während Sie sie vorsichtig nach unten drücken, um sicherzustellen, dass ausreichendes, aber nicht übermäßiges Gel aufgetragen wird. Wenn die Impedanz nach der ersten Vorbereitung hoch ist, verwenden Sie eine stumpfe Nadel oder ein Wattestäbchen, um die Haut im Inneren der Elektrode erneut zu schrubben, während Sie Haarverschiebungen vermeiden. Füllen Sie dann die Elektrode wieder mit leitfähigem Gel und überprüfen Sie die Impedanzpegel mit Wiederholung, bis alle unter fünf Kiloohm liegen. Reinigen Sie jede Elektrodenstelle mit Alkoholtupfern. Kratzen Sie die Haut leicht mit Scheuerband und wischen Sie sie erneut mit Alkohol ab, bevor Sie sie trocknen lassen. Lege die aktive Elektrode auf den Muskelbauch. Typischerweise der rechte Abductor pollicis brevis oder der erste dorsale interossär. Platzieren Sie die Referenzelektrode über der Muskelsehne und die Masseelektrode auf dem Handrücken. Positionieren Sie den Probanden zur Vorbereitung der Neuronavigation bequem auf dem Stuhl und stellen Sie sicher, dass Nacken, Hände und Beine entspannt sind. Sichern Sie nun den Headtracker und stellen Sie sicher, dass er während der Stimulation stabil steht. Identifizieren Sie die Himmelsrichtungen, einschließlich der Nasen- und Präaurikelpunkte auf der Magnetresonanztomographie des Probanden. Markieren Sie mit einem Digitalisierstift die entsprechenden Himmelsrichtungen auf dem Kopf des Motivs, um das Ohr und die Orientierungspunkte zu betrachten. Digitalisieren Sie zusätzliche Punkte auf der Schädeloberfläche, um Registrierungsfehler zu reduzieren. Bereiten Sie die Rauschmaskierung mit einer geloopten Audiospur aus weißem Rauschen vor, gemischt mit aufgezeichneten Spulenklicks von der verwendeten Spule. Stellen Sie sicher, dass die Person die Ohrstöpsel mit geräuschmaskierenden Kopfhörern korrekt in die Gehörgänge einführt. Platzieren Sie dann die Spule etwa fünf Zentimeter über dem Kopf des Motivs. Geben Sie hochintensive Impulse mit einem gezitterten Interstimulus-Intervall ab und erhöhen Sie die PC-Lautstärke allmählich um 1 bis 2 %, bis der Proband angibt, dass er das Klicken nicht mehr hört. Liefern Sie 20 bis 30 Impulse und überwachen Sie gleichzeitig die Visualisierung des transkraniell evozierten Potentials in Echtzeit. Wenn ein auditiv evoziertes Potential beobachtet wird, erhöhen Sie die Lautstärke des Maskierungsgeräuschs in Schritten von 2 %, bis die Komponente verschwindet. Um die motorische Ruheschwelle zu bestimmen, weisen Sie den Probanden an, seine Muskeln mit der Handfläche nach oben entspannt zu halten. Positionieren Sie die transkranielle Magnetstimulationsspule über dem Motorknopf, wobei das elektrische Feld senkrecht zum Sulcus steht. Beginnen Sie mit etwa 30 % der maximalen Stimulatorleistung und erhöhen Sie die Intensität, bis eine lokale Muskelaktivierung zu sehen ist. Die Position und Ausrichtung der Spule wird angepasst, bis eine für den Abductor pollicis brevis spezifische Reaktion beobachtet wird. Wenden Sie unter Verwendung des gespeicherten Standorts automatisierte Algorithmen im System an, um die motorische Ruheschwelle zu bestimmen. Für die kortikale Kartierung überlagern Sie die anatomischen Parzellierungen und funktionellen Konnektivitätskarten aus dem MRT in der Neuronavigationssoftware. Definieren Sie mindestens zwei bis drei Stimulationsziele, die auf vielversprechender struktureller und funktioneller Konnektivität basieren. Beginnen Sie die Stimulation bei 100 bis 110 % der motorischen Ruheschwelle bei aktiver Geräuschmaskierung. Durchschnittlich 20 Impulse pro Satz und Überwachung der resultierenden transkraniell evozierten Potentiale. Passen Sie die Intensität in Schritten von maximal 2 % der Stimulatorleistung an, bis die frühe Ansprechamplitude sechs Mikrovolt überschreitet. Überwachen Sie das Signal auf Zerfallsartefakte, die an ihrer exponentiellen Natur erkennbar sind, sowie auf bipolare Muskelartefakte. Wenn Muskelartefakte länger als 15 Millisekunden anhalten, versuchen Sie, die Spule zu drehen, um sie zu minimieren. Fahren Sie fort, bis eine saubere frühe Komponente über sechs Mikrovolt erreicht ist. Wenn die Spulendrehung die Signalqualität nicht verbessert, versuchen Sie, die Stimulationsposition um einige Millimeter zu verschieben und wiederholen Sie den Vorgang, indem Sie die kortikalen Reaktionen über den kortikalen Bereich abbilden. Wenn die Artefakte bestehen bleiben, fahren Sie mit der Untersuchung des nächsten vordefinierten kortikalen Ziels fort. Wenn das Stimulationsziel und die Parameter optimiert sind, messen Sie die Elektrodenimpedanz, bevor Sie mit der TMSCEG-Datenaufzeichnung beginnen. Wenn die Impedanz fünf Kiloohm überschreitet, fügen Sie leitfähiges Gel hinzu, um sie zu reduzieren. Wenn immer noch zu hoch, wiederholen Sie die Zubereitung und fügen Sie nur bei Bedarf mehr Gel hinzu. Die anfängliche Stimulationsstelle, die aus dem FMRI-Cluster ausgewählt wurde, zeigte eine Antikorrelation mit dem subgenualen anterioren cingulären Kortex und der Traktographie, was hauptsächlich auf kreuzkolossale und ipsilaterale Verbindungen zum kontralateralen Frontalpol hinweist. Eine potentielle TEP-ähnliche Reaktion wird in den Elektroden F3, F1 und FC3 beobachtet. Die AF3-Elektrode weist ein großes Amplituden-Klingelartefakt auf, während F5 von einem kleinen Muskelartefakt beeinflusst wird, das an der hochfrequenten Amplitudenspitze direkt nach dem TMS-Impuls erkennbar ist. Die Vorverarbeitung bestätigte, dass die F3-Reaktion nicht durch Artefakte beeinflusst wurde, die die Amplitude der frühen Komponente beibehielten. Umschaltung auf eine posterior-anteriore Spiralausrichtung, vermehrte Muskelartefakte und Beschwerden mit starken Artefakten, die in allen Kanälen sichtbar sind. Unter Verwendung einer lateralen medialen Spulenausrichtung wurde ein sauberes TEP mit großer Amplitude an der F3-Elektrode erzeugt, das innerhalb von 20 Millisekunden einen Spitzenwert von 12 Mikrovolt erreichte. Das endgültige Stimulationsziel mit lateraler medialer Spulenorientierung, das sich in der Nähe des ursprünglichen Ziels befand, wies eine breitere strukturelle Konnektivität auf als frühere Ziele. Nach minimaler Vorverarbeitung und neun Mikrovolt wurde eine frühe Komponente zwischen 17 und 35 Millisekunden in der F3-Elektrode detektiert, die frei von Muskelartefakten war. Die vollständige Vorverarbeitung des 300-Studien-Datensatzes bewahrte die Wellenform und zeigte eine reduzierte Frühreaktion von sechs Mikrovolt zwischen 20 und 40 Millisekunden.