Artículo de método

Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral

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DOI:

10.3791/57983

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17 de agosto de 2018

 ,  ,  ,  , 
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

En este artículo

Resumen

El protocolo presentado aquí es para estudios de EEG de TMS utilizando paradigmas de diseño de test-retest de excitabilidad intracortical. El propósito del protocolo es producir medidas de excitabilidad cortical confiable y reproducible para evaluar funcionamiento neurofisiológico relacionados con las intervenciones terapéuticas en el tratamiento de enfermedades neuropsiquiátricas como depresión mayor.

Resumen

La estimulación magnética transcraneal (TMS) es un método no invasivo que produce excitación neuronal en la corteza por medio de pulsos magnéticos breves, varían con el tiempo. La iniciación de la activación cortical o su modulación depende de la activación del fondo de las neuronas de la región cortical activada, las características de la bobina, su posición y su orientación con respecto a la cabeza. TMS junto con simultánea electrocephalography (EEG) y Neuronavegación (medidas no arancelarias-EEG) permite la evaluación de la conectividad en casi todas las áreas corticales y córtico-corticales excitabilidad de una manera reproducible. Este avance hace que medidas no arancelarias-EEG una poderosa herramienta que puede determinar con precisión la dinámica cerebral y Neurofisiología en test-retest de paradigmas que se requieren ensayos clínicos. Limitaciones de este método incluyen artefactos que cubren la reactividad cerebral inicial a la estimulación. Así, el proceso de eliminación de artefactos también puede extraer información valiosa. Por otra parte, los parámetros óptimos para la estimulación de (DLPFC) prefrontal dorsolateral no son completamente conocidos y protocolos actuales utilizan las variaciones de los paradigmas de estimulación de la corteza de motor (M1). Sin embargo, diseños de medidas no arancelarias-EEG evolutivo esperan abordar estos temas. El protocolo que presentamos presenta algunas prácticas estándar para evaluar el funcionamiento neurofisiológico de la estimulación de la DLPFC que puede aplicarse en pacientes con trastornos psiquiátricos resistentes al tratamiento que reciben como tratamiento estimulación por corriente directa transcraneal (tDCS), estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr), tratamiento de crisis magnética (TMS) o la terapia electroconvulsiva (TEC).

Introducción

La estimulación magnética transcraneal (TMS) es una herramienta neurofisiológica que permite la evaluación no invasiva de la actividad neuronal cortical a través del uso de pulsos de campo magnético rápida, varían con el tiempo1. Estos pulsos del campo magnético inducen una corriente débil en la corteza superficial debajo de la bobina que se traduce en la despolarización de la membrana. La consiguiente activación cortical o modulación está directamente relacionada con las características de la bobina, su ángulo y orientación del cráneo2. La forma de onda del pulso de descarga de la bobina y el estado subyacente de las neuronas también influyen en la activación cortical resultante3.

TMS permite la evaluación de funciones corticales que evocan las respuestas conductuales o de motor o a través de la interrupción del tratamiento relacionados con la tarea. La excitabilidad de los procesos córtico-espinal puede evaluarse a través de grabación electromiográficas respuestas (EMG) obtienen de pulsos de EMT sola sobre la corteza de motor, mientras que los intracortical (facilitación intracortical; ICF) y mecanismos inhibitorios (inhibición de corto y largo intracortical; SICI y LICI) pueden ser sondeado con pulso apareado TMS. TMS repetidor puede alterar varios procesos cognitivos, pero se utiliza principalmente como una herramienta terapéutica para una variedad de trastornos neuropsiquiátricos. Además, la combinación de la EMT con simultánea electroencefalografía (EEG-TMS) puede utilizarse para evaluar córtico-corticales excitabilidad y conectividad4. Finalmente, si la administración de la EMT se entrega con Neuronavegación (medidas no arancelarias), que permitirá precisa de test-retest paradigmas puesto que se puede grabar el sitio exacto del estímulo. Más del manto cortical pueden ser dirigida y estimulada (incluyendo aquellas áreas que no producen respuestas físicas o de comportamiento medibles) así la corteza puede funcionalmente asignarse.

La señal de EEG evocada de pulso solo o apareado TMS puede facilitar la evaluación de conectividad córtico-cortical5 y el estado actual del cerebro. La corriente eléctrica inducida por el TMS se traduce en potenciales de acción que puede activar sinapsis. La distribución de las corrientes postsinápticas puede grabarse mediante EEG6. La señal de EEG se puede utilizar para cuantificar y localizar distribuciones actuales sinápticas a través de dipolo modelado7 o estimación de mínima norma8, cuando se utiliza el EEG multicanal y con la estructura de la conductividad de la cabeza representaba. TMS-EEG combinado puede ser empleada para estudiar procesos inhibitorios corticales9, oscilaciones10, córtico-cortical11 e interacciones interhemispheric12y13de plasticidad cortical. Lo más importante, TMS-EEG puede probar cambios de excitabilidad durante tareas cognitivas o motor con buen test-retest fiabilidad14,15. Lo importante, TMS-EEG tiene el potencial para determinar señales neurofisiológicas que pueden servir como predictores de la respuesta a intervenciones terapéuticas (estimulación magnética transcraneal repetitiva o efectos farmacológicos) en test-retest diseños16,17.

Los principios de la neuronavegación para memorias de traducción se basa en los principios de la estereotaxia sin marco. El uso de sistemas una óptica de seguimiento sistema18 que emplea una cámara de emisores de luz que se comunica con elementos ópticos reflectores de luz, Unidos a la cabeza (a través de un tracker de referencia) y la bobina TMS. Neuronavegación permite la localización de la bobina en el modelo de MRI 3D con la ayuda de una herramienta de referencia digitalización o pluma. El uso de Neuronavegación facilita la captura de la orientación de la bobina, localización y alineación a la cabeza del sujeto, así como la numeración de las posiciones del electrodo de EEG. Estas características son esenciales para los experimentos de diseño test-retest y la estimulación precisa de una ubicación específica dentro de la corteza prefrontal dorsolateral.

Para utilizar un protocolo TMS-EEG en un experimento de test-retest, allí debe ser orientación precisa y constante estimulación de la región cortical para obtener señales fiables. Grabación de memorias de traducción-EEG puede ser vulnerable a diferentes artefactos. El artefacto TMS inducida en los electrodos de EEG puede ser filtrado con amplificadores que pueden recuperarse después de un retraso de19,20 o con amplificadores que no pueden ser saturado21. Sin embargo, haga clic en otro tipo de artefacto generado por movimientos de los ojos o parpadea, activación muscular craneal en proximidad a los electrodos de EEG, electrodo al azar movimiento y su polarización y por la bobina o sensación somática debe tenerse en cuenta. Preparación cuidadosa del tema que asegura la impedancia del electrodo debajo de kΩ 5, inmovilización de la bobina sobre los electrodos y una espuma entre la bobina y electrodos para reducir la vibración (o un separador para eliminar artefactos de baja frecuencia22), tapones para los oídos e incluso el enmascarar auditivo debe utilizarse para reducir al mínimo estos artefactos23. El protocolo presentado aquí introduce un proceso estándar para la evaluación de funcionamiento neurofisiológico cuando el estímulo se aplica sobre el prefrontal dorsolateral (DLPFC). El foco está en paradigmas de junto-pulso común que han sido validados en los estudios de M19,15,16.

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Protocolo

Todos los procedimientos experimentales aquí presentados han sido aprobados por nuestro Comité de ética Local siguiendo las directrices de la declaración de Helsinki.

1. Jefe de registro para Neuronavigated TMS: EEG

  1. Obtener una cabeza entera T1-weighted MRI estructural de alta resolución para cada participante. Análisis según las pautas del fabricante de Neuronavegación.
  2. Subir las imágenes en el sistema de navegación. Compruebe si resonancias magnéticas se analizan correctamente. Elegir los puntos cardinales (puntos preauricular, el nasion y la punta de la nariz). Introducir los objetivos de la estimulación (basada en anatomía o basada en coordenadas cabeza, MNI o Talairach coordenadas).
  3. Coloque el rastreador principal de tal manera para que no se mueva durante la sesión de estimulación y no permite libre movimiento de la bobina TMS. Tener el participante Inserte los tapones para los oídos antes de que comience el registro.
  4. Alinee la cabeza del participante para el modelo 3-d de MRI. Toque en la cabeza del participante con la pluma de digitalización en los puntos cardinales que fueron seleccionados en las imágenes de la pila de MRI. Seleccione y marque puntos adicionales sobre las áreas parietales, temporales y occipitales de la cabeza para reducir el error de registro en esas áreas.
  5. Para validar el registro. Coloque la pluma digitalizadora en la cabeza del participante. Compruebe su representación en el equipo. Si no está en el punto correspondiente en el Señor, repita el paso 1.4.
  6. Calibrar la bobina TMS en uso (en algunos sistemas que no es necesario este paso).
    1. Instale los seguidores a la bobina.
    2. Coloque la bobina en el bloque de calibración para que todos los seguidores son visibles desde la cámara.
    3. Pulse el botón de calibración de la pantalla del ordenador y mantener la bobina en la posición de calibración para 5 s.

2. memorias de traducción-EEG experimento

  1. Coloque la tapa del EEG en la cabeza y preparar los electrodos
    1. Elegir una tapa que encaja bien la cabeza. Asegúrese de que todos los electrodos toquen bien el cuero cabelludo y son funcionales. Si más de 2 electrodos no funcionan, utilice otro cap del mismo o menor tamaño.
    2. Coloque el electrodo en Cz en el vértice, a medio camino entre la línea que une el nasion y el inion y el electrodo de Iz sobre el inion.
      Nota: Coloque los electrodos horizontales o verticales (arriba y debajo del ojo contralateral a la vista de la estimulación) (a la izquierda del ojo izquierdo y derecho de la derecha, un poco por encima de cada hueso cigomático) para electrooculografía (EOG).
    3. Ajuste la punta Roma de la jeringa y llenarla de gel electroconductor. Coloque la punta en el agujero del electrodo y luego presione ligeramente la pestaña de émbolo hasta que haya poco de pasta sobre la piel. Exfoliante del cuero cabelludo ligeramente con cruz-como se mueve con la punta Roma. Asegurar que la pasta no está desbordándose sobre la parte superior para evitar puente (corto circuito entre los electrodos).
  2. Coloque los electrodos de EMG. Coloque dos electrodos de disco desechables (de unos 30 mm de diámetro) sobre el derecha pollicis brevis músculo (APB) para un montaje de tendón del vientre. Coloque el suelo según las instrucciones del fabricante.
  3. Iniciar el registro de cabeza. Siga los pasos 1.3 – 1.6. Usar las coordenadas de la DLPFC MNI o Talairach.
  4. Punto caliente y el umbral motor.
    1. Adicionar una esponja (fibra artificial hecha de poliuretano) a la bobina para reducir al mínimo la vibración de la bobina sobre los electrodos durante los pulsos de EMT. Tenga en cuenta que la espuma debe ser de unos 10 mm de espesor.
    2. Instruir a los participantes que en el resto, cómodo y relajado de las manos, piernas y columna vertebral.
    3. Encontrar el punto caliente. Apuntar el mando motor24 como el hito inicial de la representación cortical de la APB en M1 y mueva la bobina hasta que es correspondiente movimiento de APB. Utilizar intensidades TMS evocando los eurodiputados de alrededor de 500 μV sobre APB. Optimizar la orientación de la bobina, cambiando su ángulo y la inclinación para evocar la respuesta más grande sobre el punto caliente.
    4. Guarde la bobina en el software de neuronavegador y reducir la intensidad de salida en pasos de 2 – 3%. Dar 10 pulsos y si más de 5 / 10 MEP respuestas se obtienen más de 50 μV, continuar reduciendo la intensidad.
    5. Cuando menos 5 de cada 10 respuestas son evocados, aumentar la intensidad en pasos de 1 – 2%. MT se representa como la intensidad que produce más de 50 μV 5 de cada 10 veces25diputados. El intervalo inter-estímulo (ISI) de MT debe tener más de 1 s, generalmente fijado a s 3, 4 o 5.
  5. Ajustar la intensidad de los siguientes pasos:
    1. Inicio en el 120% de intensidad de MT para producir los eurodiputados sobre M1 de 500 a 1.500 μV. grabar 10 pulsos de salida de este estimulante por lo que la respuesta promedio es de 1 mV. Aumentar o disminuir la intensidad en pasos de 1 – 2% hasta llegar a un promedio de 1 mV.
    2. Para la intensidad de estimulación, elegir la intensidad como un porcentaje de estimulador de salida, por ej., 110%, 120%, etcetera.
    3. Encontrar el campo inducido correspondiente en V/m (si el sistema lo permite). Coloque la bobina en el DLPFC; ajuste de salida del estimulador hasta el cálculo del campo inducido sea el mismo que el sobre M1 para la misma profundidad cortical.
  6. Digitalizar los electrodos de EEG, por lo que su posición está registrada a la anatomía del cerebro.
    Nota: Este es un paso muy importante para la localización de la distribución de la activación neuronal y para la colocación precisa de los electrodos en la sesión de seguimiento.
  7. Registro del EEG de TMS
    1. Reemplace los tapones para los oídos con el tapón con los tubos de aire para conectar a enmascarar audio (por ej., ruido blanco) si está disponible y añadir auriculares sobre ellos. Juega el enmascaramiento audio solamente durante la entrega de pulso TMS.
      Nota: Este paso puede aplicarse al paso 2.4.2 sin jugar el enmascaramiento audio y con cuidado para que los seguidores de cabeza no se mueven.
    2. Montar la bobina en el soporte de la bobina y asegúrese de que la bobina no mover o presionar los electrodos debajo de él. Asegúrese que la esponja esté entre los electrodos y la batería.
    3. Retire todas las pantallas activas fuera de la vista del participante. Dar instrucciones a los participantes a mirar en un punto fijo, no cambia su posición de la cabeza durante la entrega de las EMT y no parpadean entre los pulsos de EMT.
    4. Apague todas las luces fluorescentes. Ejecutar solo pulso de TMS, SICI, el ICF y LICI en un orden aleatorio para cada participante. Dar 100 pulsos individuales y pareadas. Utilizar varios ISI de 3 – 4 s (±20%) o una constante de 3 a 5 s (ver nota). Dar un descanso de 3 a 5 min entre cada Estado para que el participante puede relajarse y estirar.
      Nota: SICI y ICF consisten en un paradigma TMS de pulso apareado con un estímulo subliminal acondicionado (CS) y un estímulo de prueba del suprathreshold (TS). El CS en este protocolo es el 80% de MT y el TS en la intensidad que evocan un 1 mV de pico a pico MEP26. El intervalo entre pulso utilizado para SICI óptimo es 2 ms y por ICF en 12 – 1327. El paradigma LICI implica el apareamiento de una CS de supra umbral en la intensidad que evocan la 1 mV MEP pico a pico seguido de otro suprathreshold TS con la intensidad que evocaba un 1 mV MEP pico a pico y en un intervalo entre pulso de 100 Sra. ISI para ambos paradigmas individuales y pareadas de pulso es determinada por el tiempo de carga del estimulador (nuestro sistema permite pulsos pares cada 4 s), la cantidad de sesiones (más experimentos requeriría menor ISI no sobrecargar a los participantes) y el análisis que se va a tener lugar. En este estudio, hemos utilizado un ISI constante de 5 s debido a las restricciones de nuestro estimulador y también porque queremos necesitan varios ciclos de baja frecuencia banda (ritmo theta) para el análisis del espectro de frecuencia de tiempo y energía.

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Resultados

Figura 1 A ilustra el potencial de TMSevoked después de la estimulación de la DLPFC sobre el electrodo F3 tras promediar 100 épocas de cada sesión para un voluntario sano. En esta ilustración, destacamos el efecto de CS sobre el TS en comparación con la condición de pulso simple cuando solo se aplica el TS. El CS modula la desviación N100 de forma clara incluso en un tema. En las sesiones de SICI y LICI, N100 generalmente se incrementa y en I...

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Discusión

TMS-EEG permite la estimulación directa y no invasiva de la mayoría de las áreas cortical y la adquisición de la actividad neuronal resultante con muy buena resolución espacio-temporal30, especialmente cuando se utiliza la neuronavegación. La ventaja de este avance metodológico está basado en el hecho de que las señales EEG evocada TMS originan de la actividad eléctrica de los nervios y es un índice de excitabilidad córtico-cortical. Esto tiene un enorme potencial en poblaciones de pacientes neuro...

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Divulgaciones

Pantelis Lioumis ha sido un consultor pagado para Nexstim Plc. (Helsinki, Finlandia) fuera de la obra presentada (es decir., para el motor y aplicaciones de estimulación magnética transcraneal repetitiva voz asignación antes de 2017). Reza Zomorrodi es miembro de la Junta Consultiva de Vielight Inc. (Toronto, Canadá). Zafiris J. Daskalakis recibe apoyo a la investigación de los institutos canadienses de investigación en salud (CIHR), institutos nacionales de salud - nos (NIH), Instituto del cerebro de Weston, cerebro de Canadá y la familia de Temerty a través de la Fundación de CAMH y la investigación de Campbell Instituto. Recibió apoyo a la investigación y el apoyo en equipo para un estudio iniciado por el investigador de Brainsway Ltd. y es el investigador principal del sitio para los tres estudios iniciados por el patrocinador para Brainsway Ltd. Recibió ayuda de equipo en especie de Magventure para este estudio iniciado por el investigador. Daniel M. Blumberger recibe apoyo a la investigación de los institutos canadienses de investigación en salud (CIHR), institutos nacionales de salud - nos (NIH), Instituto del cerebro de Weston, cerebro de Canadá y la familia de Temerty a través de la Fundación de CAMH y la investigación de Campbell Instituto. Recibió apoyo a la investigación y el apoyo en equipo para un estudio iniciado por el investigador de Brainsway Ltd. y es el investigador principal del sitio para los tres estudios iniciados por el patrocinador para Brainsway Ltd. Recibió ayuda de equipo en especie de Magventure para este estudio iniciado por el investigador. Recibió suministros de medicamentos para un juicio iniciado por el investigador de Indivior. Ha participado en un Comité Asesor para Janssen.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado en parte por el NIMH R01 MH112815. Este trabajo también fue apoyado por Temerty Family Foundation, Fundación de la familia de Grant y Campbell familia de Salud Mental Instituto de investigación en el centro para la adicción y Salud Mental.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
CED Micro1401-3Cambridge Electronic Design LimitedCED Micro1401-3Codificador de datos digital
BISTIM'2 Opción de paquete 1Magstim3234-00TMS estimulador de pulsos emparejado
Magstim 200'2 Unidad (2 artículos)Magstim3010-00Estimuladores TMS
Controlador de interfaz de usuarioMagstim3020-00Controlador TMS
BISTIM'2 Controlador de interfaz de usuarioMagstim3021-00Controlador TMS
Módulo de conexión BISTIMMagstim3330-00Módulo de conexión TMS
D70 Alpha Coil - N/P 4150-00 (bobina doble Alpha 70 mm)Bobina Magstim4150-00TMS
BrainsightRogue-Resolutions:Brainsight 2Neuronavigator
Model 2024FIntronix2024FElectromiógrafo
Neuroscan SynAmps RT Sistema de 64 canalesCompumedics Neuroscan9032-0010-01Electroencefalograma
Quick-Cap sistema de electrodos 64Compumedics Neuroscan96050255Gorro de EEG

Referencias

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