Summary
Questo documento descrive un metodo per la raccolta e l'analisi dei dati elettroencefalografia (EEG) durante la concomitante stimolazione magnetica transcranica (TMS), guidato da attivazioni rivelati con la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Un metodo per la rimozione manufatto TMS e l'estrazione dei potenziali evento correlati è descritto come pure considerazioni nella progettazione paradigma e setup sperimentale.
Abstract
Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) è un metodo efficace per stabilire un nesso causale tra una zona corticale e effetti cognitivi / neurofisiologici. In particolare, creando un disturbo transitorio con la normale attività di una regione bersaglio e le variazioni di un segnale elettrofisiologico misura, possiamo stabilire un nesso causale tra la zona del cervello stimolata o di rete e il segnale elettrofisiologico che registriamo. Se le aree cerebrali bersaglio sono funzionalmente definiti con prima scansione fMRI, TMS potrebbe essere utilizzato per collegare le attivazioni fMRI con i potenziali evocati registrati. Tuttavia, lo svolgimento di tali esperimenti presenta notevoli difficoltà tecniche date le alte manufatti ampiezza introdotte nel segnale EEG per l'impulso magnetico, e la difficoltà di indirizzare con successo le aree che sono state funzionalmente definiti da fMRI. Qui si descrive un metodo per combinare questi tre strumenti comuni: TMS, EEG e fMRI. Vi spieghiamo come guidare lo stimolatore & #39; s bobina nell'area di destinazione desiderata utilizzando dati MRI anatomiche o funzionali, come registrare EEG durante concorrente TMS, come progettare uno studio ERP adatto per EEG-TMS combinazione e come estrarre ERP affidabile dai dati registrati. Forniremo risultati rappresentativi da uno studio pubblicato in precedenza, in cui TMS fMRI-guidato è stato usato in concomitanza con EEG per dimostrare che la faccia N1-selettivo e la componente N1 corpo-selettiva del ERP sono associati a reti neurali distinti nella corteccia extrastriata. Questo metodo ci permette di combinare l'alta risoluzione spaziale della fMRI con l'alta risoluzione temporale di TMS ed EEG, e quindi ottenere una comprensione completa delle basi neurali dei vari processi cognitivi.
Introduction
Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) genera interferenze momentaneo alla normale attività neurale nelle aree target del cervello. Con la creazione di questa interferenza neurale transitoria e misurare un cambiamento comportamentale o fisiologico, possiamo tracciare un nesso causale tra la zona di destinazione e l'effetto sperimentale misurata (per una rassegna vedi Pascual-Leone et al. Ed Taylor et al. 1,2). Tale effetto sperimentale può essere, per esempio, una esecuzione su un compito cognitivo o cambiamenti di elettrofisiologico (EEG) attività. Infatti, negli ultimi anni, i ricercatori hanno iniziato a utilizzare TMS in combinazione con EEG di relazionarsi direttamente aree corticali con potenziali evento-correlati (ERP) o modelli di attività oscillatori (ad esempio 2-7). In questo documento metodologico descriveremo un quadro particolare e utile per combinare TMS ed EEG: fMRI, TMS guidata durante un esperimento ERP. In primo luogo, ci saranno i dettagli come applicare TMS alle aree predefinite dal fMRI, durante la registrazione di dati EEG. Abbiamo poi descrivere un progetto sperimentale che consente l'estrazione di ERP affidabile. L'obiettivo di questo esperimento è quello causalmente link di aree del cervello con la risonanza magnetica funzionale ha rivelato ai componenti ERP di interesse. Infine, daremo un esempio specifico di uno studio relativo viso e corpo ERP selettiva con viso e corpo aree selettive che si rivelano con fMRI.
Qual è il vantaggio di collegare segnali EEG con attivazioni fMRI? EEG e fMRI sono comunemente strumenti utilizzati per misurare le risposte corticali di input visivo. Ad esempio, categoria-selettività in via visiva è stata valutata per le diverse categorie di oggetti visivi come facce, parti del corpo, e parole scritte, sia mediante ERP estratti da EEG 8,9 dati, e funzionale MRI 10-12. I segnali misurati da questi due strumenti di ricerca comuni sono, comunque, di natura fondamentalmente diversa. EEG trasporta informazioni su attività elettrica neurale con grande temporaleprecisione, ma molto bassa risoluzione spaziale e possono riflettere una miscela di molte fonti sottostanti separati. La fMRI fornisce una misura indiretta dell'attività neuronale basandosi sulle lenti cambiamenti emodinamici che si verificano durante la presentazione dello stimolo e / o esecuzione dell'attività, ma presenta questa attività con una risoluzione spaziale elevata. Stabilire una correlazione tra le due misure può quindi essere di grande interesse, ma è limitata in quanto non implica un nesso di causalità tra la risposta elettrofisiologica registrati cuoio capelluto e le aree rivelate con la risonanza magnetica funzionale. Anche quando misurata simultaneamente (es. 13-15), una relazione causale direzionale tra EEG e l'attività nelle aree corticali funzionalmente definita non può essere determinata. TMS è uno strumento che può aiutare raggiungere l'instaurazione di un rapporto tale causale.
Uno studio simultanea EEG-TMS è metodologicamente impegnativo, soprattutto a causa del manufatto alta tensione introdotto al segnale EEG by la stimolazione magnetica (vedi Figura 1, per una rassegna vedi Ilmoniemi et al. 16). Questo manufatto è composto da un soggiorno breve impulso legati disturbo transitorio, spesso seguita da una lenta artefatto secondario (o residuale) che può durare un paio di centinaia di millisecondi dopo l'impulso viene consegnato Figura 2A, escludendo in tal modo la maggior parte dei componenti ERP di interesse. Questo manufatto secondario può comprendere fonti meccanici quali correnti indotte dal impulsi magnetici nel cablaggio e il lento decadimento di queste correnti nella pelle, e fonti fisiologiche come attività muscolare sul cuoio capelluto e uditivo o potenziali evocati somatosensoriali suscitata dal funzionamento dei la bobina 17-20. Sebbene le fonti meccaniche di interferenza probabilmente producono artefatti ampiezza maggiore rispetto a quelle fisiologiche, questi diversi artefatti non possono essere separati, e l'esistenza di uno di essi nel segnale possono confondere i risultati. Un possibile modoluzione è l'applicazione di impulsi TMS ripetitivi prima EEG registrazione ("offline TMS"), al contrario di simultanea EEG-TMS. L'effetto inibitorio di tale protocollo sull'attività corticale persiste per alcuni minuti (e fino a mezz'ora) dopo la stimolazione, e EEG può essere misurato durante questa finestra temporale efficace e rispetto al basale, pre-TMS, dati EEG. Stimolazione ripetitiva, tuttavia, è per definizione privo di alta risoluzione temporale che linea TMS può offrire, in cui gli impulsi possono essere somministrati a una temporizzazione precisa rispetto al processo insorgenza alla risoluzione millisecondo. L'effetto di stimolazione ripetitiva può propagarsi attraverso connessioni corticali attraverso una zona più ampia di quella desiderata e quindi ridurre significativamente la risoluzione spaziale così.
Per usufruire sia della risoluzione spaziale e temporale che TMS può fornire, una combinazione di EEG-TMS simultanea può essere applicata. Tuttavia, questo richiede metodi per la rimozione di artefattigenerato dalla stimolazione magnetica sul segnale EEG. Molto poche soluzioni matematiche offline per la rimozione manufatto TMS sono stati proposti 16,21,22, anche se nessun metodo è concordato, e nessuno metodo può essere ottimale per tutti i disegni sperimentali. Un sistema di "clipping", costituito da un circuito sample-and-hold, è stata elaborata per interrompere momentaneamente acquisizione EEG TMS durante l'erogazione degli impulsi 20. Questa tecnica richiede non solo hardware specializzato, ma non può eliminare completamente i residui TMS manufatto. In questo articolo descriveremo un adattamento di una metodologia EEG-TMS sviluppato da Thut e colleghi 19, particolarmente adatto per gli studi ERP. Questa tecnica consente l'estrazione affidabile di ERP, eliminando tutti i componenti di rumore residui a causa di impulsi TMS Figura 2. Forniremo ulteriori indicazioni generali verso un successo EEG-TMS setup sperimentale.
Un'altra sfida in studi TMS i destinatarin questo documento metodologico è trovare la migliore posizione della bobina e l'angolo per un puntamento preciso della zona corticale desideri. Descriveremo l'uso di un sistema di navigazione stereotassica per COREGISTER testa del soggetto con le immagini di risonanza magnetica funzionale pre-acquisiti. Sebbene il sistema di navigazione può essere utilizzato per localizzare strutture cerebrali anatomicamente definiti, un targeting per fMRI-guidata è particolarmente utile in quanto per molte funzioni ed effetti sperimentali la posizione precisa di attivazione non può essere dedotta da soli marcatori anatomici. Per tali regioni funzionali di interesse (ROI), la definizione di un'area è resa per ciascun partecipante singolarmente.
Per illustrare tutto quanto sopra, forniremo un esempio di studio abbiamo condotto in precedenza, in cui EEG è stato registrato in concomitanza con TMS guidato da attivazioni fMRI 7. In questo studio, una doppia dissociazione è stato effettuato tra ERP faccia selettivi e corpo-selettiva: sebbene viso e corpo ERP pisellok intorno agli stessi siti di latenza e di elettrodi, concernenti i settori faccia selettive e body-selettivi definiti individualmente nel lobo occipitale laterale ci ha permesso di dissociare le reti neurali sottostanti ogni risposta ERP. Infine, cercheremo di dare consigli più generali per ottimizzare la registrazione EEG durante l'applicazione TMS.
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Protocol
L'esperimento è condotto in due sessioni separate. Durante la prima sessione di un esperimento di MRI funzionale (ad esempio un localizzatore funzionale) è effettuata al fine di definire le aree di destinazione TMS desiderati su base individuale soggetto. I risultati fMRI vengono poi inseriti in un sistema di navigazione stereotassica per un TMS accurata di targeting. La seconda sessione si svolge a seguito dell'analisi dei dati fMRI, durante i quali EEG è registrato in concomitanza con TMS. Il protocollo qui descritto è stato approvato dal comitato etico della Tel-Aviv Sourasky Medical Center.
Nell'esempio riportato in questo documento, i dati sono stati analizzati con MATLAB versione 7.7 (R2008b). Il Parametric Mapping statistico (SPM 5) software per MATLAB e Marsbar toolbox per SPM 23 sono stati utilizzati per l'elaborazione dei dati fMRI.
1. FMRI Session e fMRI analisi dei dati
- Eseguire un compito funzionale MRI utilizzando un planare di imaging echo (EPI) sequencere per determinare i fuochi desiderato dell'attivazione essere mirati con TMS. Per una migliore dissociazione tra aree adiacenti, come la OFA e EBA nell'esempio qui sotto, si raccomanda la scansione ad alta risoluzione. Voxel di 3 mm 3 o più piccolo, ottenuto con una risonanza magnetica testa-bobina di 8 canali o più, sono sufficienti per delineare le regioni adiacenti.
- Eseguire una scansione strutturale T1-pesate per ottenere i dati neuroanatomici. Assicurarsi che il volto del partecipante è interamente compreso nel campo di vista di questa scansione, poiché marcatori esterni sull'immagine (ad esempio la punta del naso) saranno successivamente utilizzati per COREGISTER testa del soggetto con la scansione.
- Dopo la raccolta dei dati, utilizzare la casella degli strumenti Marsbar per SPM per definire le regioni cerebrali desiderati di interesse basato sui contrasti tra le condizioni sperimentali. Utilizzare i contrasti faccia> oggetti per definire il Volto zona occipitale (OFA), e gli organismi> oggetti per definire la zona del corpo Extrastirate (EBA). Per garantire ulteriormente thi due bersagli corticali sono funzionalmente distinti, l'uso "combinato disposto" (in Marsbar) per mascherare da ogni ROI eventuali voxel che rispondono alle altre condizioni sperimentali (escludere face-voxel dalla EBA, e il corpo-voxel dal OFA).
- Corregister le immagini T1 strutturali con le scansioni funzionali, utilizzando SPM.
- Copiare i file della scansione strutturale, così come i file di contrasto competenti funzionale, ad un drive portatile per caricare al sistema di navigazione.
2. Preparazione di un paradigma per l'esperimento EEG-TMS che permetterà Estrazione ERP
Descritto nella sezione in basso è un metodo per la raccolta di dati EEG durante l'applicazione TMS in un modo che consente l'estrazione di dati affidabili e replicabile ERP 19. Il vantaggio di questa tecnica è che gestisce facilmente il secondario, di lunga durata, TMS manufatto, ed è abbastanza robusto anche per consentire il ripristino dei dati a elettrodi situati proprio sotto il TMS colio, in cui il manufatto è della massima tensione e la durata più lunga.
- Organizzazione del paradigma
- Eseguire le diverse condizioni TMS (le diverse aree cerebrali bersaglio, e anche una condizione senza TMS) in blocchi separati.
- All'interno di ogni blocco presentare il partecipante con tutte le condizioni di stimolo (ad esempio volti, oggetti, le scene e così via) in modo casuale in un disegno collegato all'evento.
- Per una migliore qualità di ERP e il modello TMS-rumore (sotto) assicuratevi di avere almeno 50 prove per ogni condizione.
- Impostare il calendario delle TMS impulso / impulsi alla latenza desiderata dopo immagine esordio. Questo viene fatto tramite scrittura a una porta parallela, da cui un cavo va allo stimolatore TMS. Questa funzione è disponibile nella maggior software per esperimenti psicologici, come Psychtoolbox (versioni di 2 o 3) per MATLAB 24 o E-Prime (vedi Materiali Tavolo). Jitter l'intervallo tra stimolo (ISI) per ridurre stimolo (e impulsi) la prevedibilità (ad esempio, aggiungere un valore casuale compreso tra 0 a 500 msec a ogni ISI).
- Preparare una condizione supplementare blank-screen:
- Preparare le prove durante le quali TMS verrà applicato alla stessa intensità, ma senza presentazione dello stimolo sullo schermo. Questi studi TMS vuoto a schermo saranno serviti per calcolare un modello artefatto TMS in assenza di stimolazione visiva.
- Impostare il numero di ripetizioni delle prove in bianco di essere identico al numero di ripetizioni di una qualsiasi delle condizioni sperimentali all'interno del blocco.
- Per una rappresentazione accurata della forma del manufatto residuo TMS, randomizzare le prove in bianco durante l'intero blocco anziché presentare tutti all'inizio o alla fine.
3. Impostazione del EEG e il sistema di neuronavigazione, e di condurre l'esperimento
TMS accurata del target di ROI definiti individualmente è possibile con l'uso di una navigazione stereotassicastema di navigazione, composto da una telecamera a infrarossi, sensori infrarossi montato sulla testa del partecipante, e un software specializzato.
- Partecipanti schermo basato su criteri di sicurezza TMS. Escludi dai soggetti di partecipazione con un auto o una storia familiare di epilessia, i soggetti con altre patologie neurologiche o con frequenti emicranie, e soggetti sulle droghe psicoattive. Anche se in genere non sottoposti a screening per, possono anche essere esclusi soggetti con sospetto di disturbi vegetativi come la sincope vasovagale (per lo più si manifesta come tendenza a svenire facilmente). Istruire i partecipanti al fine di evitare bevande alcoliche a partire la sera prima, e le bevande contenenti caffeina, almeno 2 ore prima dell'esperimento. Per ulteriori istruzioni e discussioni di sicurezza, vedi Rossi et al 25, e la revisione della sicurezza Magstim ( http://joedevlin.psychol.ucl.ac.uk/tms/docs/magstim_safety.pdf ).
- Preparare tegli neuronavigazione sistema:
- Prima della sessione inizia, nutrire i file di scansione strutturali nel software del sistema di navigazione.
- Sovrapponete i risultati risonanza magnetica funzionale (i contrasti) sulle immagini strutturali.
- Utilizzando il software NEURONAVIGAZIONE, contrassegnare gli obiettivi desiderati sulle immagini, così come i marcatori anatomici esterni che serviranno per coregistrazione: la punta del naso, la parte più profonda del ponte naso spesso indicato come nasion, e il trago di ciascun orecchio.
- Montare il tappo EEG sulla testa del partecipante e collegare gli elettrodi:
- Cercate di mantenere l'impedenza degli elettrodi non superiore a 5 kΩ.
- Per evitare il riscaldamento TMS legati degli elettrodi, utilizzare come po 'di gel possibile. Per ottenere una buona impedenza con piccola quantità di gel eseguire una preparazione approfondita della pelle. Facoltativamente, chiedere ai partecipanti di lavarsi i capelli prima di arrivare alla sperimentazione.
- Assicurarsi che i fili degli elettrodi non si incrociano bisch loro e sono orientati lontano dalla posizione della bobina. Evitare i loop nei fili.
- Utilizzare una frequenza di campionamento per una migliore rappresentazione del manufatto rumore. Si consiglia di usare 1 kHz o superiore, come la maggior parte degli studi precedenti con questo metodo hanno fatto 7,26-28.
- Posizionare il riferimento e elettrodi di massa come lontano dalla bobina possibile. In questo esempio, le aree della corteccia occipitale stati mirati utilizzando un riferimento naso e un terreno Fz 7. Per altri esempi, vedi 3,4,27,29,30. Notare che i dati possono essere ri-riferimento collegato ad un nuovo riferimento se necessario, come la media comune.
Nota: per una recensione su ottimizzazione della configurazione TMS-EEG, vedere Veniero et al 31.
- COREGISTER testa del soggetto con la scansione, come segue:
- Montare i rilevatori a infrarossi sulla testa del partecipante.
- COREGISTER la posizione di testa con il sistema di navigazione con i marcatori predefiniti (puntadel naso, ecc vedere Figura 3). Si consiglia di ripetere il coregistrazione tra i blocchi al fine di garantire il posizionamento accurato bobina in tutte le fasi.
- Individuare le aree di destinazione:
- Hanno il soggetto seduto con il mento poggiato su una mentoniera alla distanza desiderata dallo schermo.
- Assicurarsi che i partecipanti sono confortevoli a loro sedia, in quanto sono invitati ad astenersi da movimenti durante i blocchi sperimentali (importanti per una precisa misurazione del rumore-template).
- Scegliere un bersaglio TMS dal sistema di navigazione Figura 3.
- Utilizzando lo strumento puntatore (vedi Materiali Tavolo), lasciare che il sistema di navigazione guidano l'utente nella posizione ottimale bobina e segnare con un piccolo adesivo sul tappo dell'elettrodo. È importante tenere il puntatore perpendicolare alla testa. Ripetere questa fase, prima di ogni blocco. Si noti che non è consigliabile utilizzare la navigazione on-line durante il blocco (navigazione bobinasé tenendola) in quanto ogni movimento della bobina dovrebbe essere evitato per una migliore misurazione del modello manufatto TMS. Si è constatato che predefinire e segna la posizione TMS è il modo ottimale per raggiungere stimolazione stabile.
- Guida centro preciso della bobina al marcatore, mentre viene tenuto da un titolare. Assicurarsi che sia tangente alla testa.
- Impostare l'intensità TMS al valore desiderato. Somministrare un impulso di prova per l'approvazione del partecipante.
- Eseguire il blocco sperimentale.
- No-TMS condizione: se una bobina farsa TMS specializzata non è disponibile, posizionare la bobina TMS accanto alla testa del soggetto e inclinarlo a 90 °. Eseguire il blocco come di consueto, comprese le prove in bianco.
Il lettore può anche fare riferimento al video carta JoVE da Andon e Zatorre 32 per l'ulteriore dimostrazione del sistema di navigazione.
4. Analizzare i dati EEG and Computing ERP
- Rimuovere il artif impulso immediatoatto, come segue:
- Se un dispositivo di ritaglio non è disponibile (vedi sopra), la prima fase del trattamento dei dati EEG sarebbe per tagliare l'immediata artefatta TMS stesso dai dati. Si noti che questo passaggio può essere saltato se i filtri non sono desiderati. Ma se vengono applicati filtri, la forma affilata del manufatto crea distorsioni nei dati. Una stretta finestra temporale di 10-15 msec dopo impulso di esordio dovrebbe essere sufficiente, ma essere sicuri di verificare questo mediante ispezione visiva dei dati.
- Collegare le due estremità tagliate creati dopo la rimozione di impulsi. Due metodi principali per realizzare questo sono state proposte precedenti relazioni: 1 vantaggio di unire le due estremità rimanente dopo l'eliminazione di impulsi (vedi Fuggetta et al 26 e Figura 1.);. 2. Interpolare una linea tra le due estremità tagliate da generare valori equispaziati tra loro 7. L'equazione utilizzata per questa interpolazione è il seguente: per ciascun punto di dati mancanti y al campione x,calcolare y = y 0 + ((y 1-y 0) * (xx 0)) / (x 1-x 0) dove x 0 e y 0 sono le coordinate per l'ultimo punto dati prima del segmento taglio, e x 1 1 e y sono le coordinate del primo punto di dati dopo il segmento taglio. Entrambe le tecniche assicurano che i filtri possono essere applicati ai dati senza produrre onde a causa di gradini di tensione taglienti, come mostrato nella Figura 1. Consultare il lavoro di Reichenbach e colleghi 27 per un ordine 3 ° più complessa interpolazione polinomiale.
- Applicare il metodo di sottrazione:
- Per ogni blocco sperimentale, inclusa una condizione di controllo non-TMS se presente, calcolare un ERP media per le prove in bianco schermo da loro di inizio processo bloccaggio tempo (come se l'immagine fosse stata presentata).
- Sottrarre questo media template da ogni prova di tutte le altre condizioni di stimolo. Se sono stati eseguiti più blocchiper lo stesso sito di stimolazione, farlo separatamente per ogni blocco, come il modello sarà leggermente differente tra i blocchi.
- Tutte le altre fasi di pre-elaborazione e di trasformazione sono effettuate come in qualsiasi altro esperimento ERP.
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Representative Results
Un concorrente indagine EEG-TMS è stata utilizzata per rivelare se le risposte ERP a volti e corpi registrate sul cuoio capelluto occipito-temporale sono dissociate. Quando gli stimoli visivi sono presentati, un componente N1 rilievo viene registrato in siti elettrodi posteriore-laterale. In particolare, la componente N1 è in genere maggiore per volti e corpi che ad altre categorie di stimolo 8,33. Per valutare l'effetto della stimolazione sul viso e aree cerebrali del corpo-selettivi definiti con la fMRI sul loro rispettiva faccia e il componente N1 corpo, abbiamo cercato di rivelare se le risposte del viso e del corpo N1 riflettere (almeno parzialmente) le fonti non sovrapposte, o meglio la stessa attività di rete con quantitativamente diversi livelli di attivazione.
Abbiamo applicato una stimolazione doppio impulso a 60 msec e 100 msec dopo immagine insorgenza (vedi per esempio Pitcher et al. 34,35), alle aree faccia selettivi e corpo-selettiva del occip laterale ital corteccia - zona occipitale-Face (OFA) e l'Area extrastriata Corpo (EBA) (Figura 4A, vedere paragrafo 1.3 per la definizione del relativo fMRI contrasti). Le due aree sono state stimolate in blocchi separati, mentre i soggetti hanno visto immagini di volti e corpi senza testa. I risultati mostrano che la stimolazione alla OFA migliorare l'ampiezza N1 di volti, ma non ai corpi, mentre la stimolazione all'EBA migliorare la N1 di corpi, ma non alle facce. Figura 2B rappresenta la N1 volto prima e dopo TMS residuo artefatto sottrazione e la Figura 4B mostra l'effetto specifico di TMS sulla componente N1 in funzione della regione stimolata.
Questi risultati mostrano come fMRI-guidato TMS durante la registrazione simultanea EEG può essere applicato per valutare se due (o più) reti neurali sono dissociate, nonché per stabilire un nesso causale tra un'area del cervello funzionalmente definita e un segnale elettrofisiologico.
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.. Figura 1 trattamento dei dati I dati grezzi e trasformati di un soggetto rappresentante, presso l'elettrodo laterale-occipitale PO8 (A) di dati grezzi EEG tra cui due prove, contenenti ciascuna due impulsi di TMS separati da 40 msec (frecce rosse),. (B) Zoom nei dati dopo la rimozione di impulsi. I due impulsi per ogni prova vengono rimossi dai dati dal taglio di una finestra attorno al doppio impulso (2 msec prima primo impulso a 16 msec dopo secondo impulso). I bordi tagliati sono poi collegati tramite interpolazione (frecce rosse), come spiegato in 4.1.2, (C) Il segmento interpolato consente il filtraggio senza creare artefatti bordo. In questa figura, a 40 Hz passa-basso ERP filtrato (rosso) è tracciata contro la sua versione non filtrata(Grigio), (D) In alternativa alla interpolazione, le estremità libere che sono rimasti dopo la rimozione del polso possono essere uniti tra loro (si veda ad esempio Fugetta et al 26, e punto 4.1.2 nel testo). Qui, entrambi i metodi vengono confrontati e mostrano forme d'onda molto simili (tracce blu e rosso principalmente sovrappongono), dopo filtrazione passabasso a 40 Hz. Traccia rossa: metodo di interpolazione lineare; traccia blu:. senza interpolazione (collegato bordi sono smontati per la stampa solo scopo di mantenere la coerenza dell'asse tempo) Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. Artefatti TMS e la tecnica di sottrazione. (A) a sinistra - ERP tempo-locked alla presentazione di un immagine di un volto, con un TMS a doppio impulso 60 msec e 100 msec dopo immagine esordio. Ogni linea rappresenta un elettrodo. Si noti che per alcuni elettrodi immediate manufatto TMS è seguito da un artefatto residua maggiore. Destro - posizione approssimativa bobina è simboleggiato da due cerchi rossi, e un paio di elettrodi sono etichettati per l'orientamento, (B) Procedura di Artifact-sottrazione. Il manufatto impulso immediato è stato rimosso (nascosta), un modello del rumore residuo viene misurato in base a "TMS solo" prove e sottratto dalle prove complete. Adattato su autorizzazione di Sadeh et al 7. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Figura 3. Stereotassica sistema di navigazione. Top: Impostazione punti di riferimento per Corregistration. Per corregister la scansione strutturale della testa con la posizione della testa reale durante l'esperimento, punti di riferimento anatomici sono contrassegnati sull'immagine, come indicato dalle frecce. Quindi, le posizioni nello spazio degli stessi punti di riferimento sulla testa del soggetto sono forniti al sistema con l'aiuto di un tracker specializzata che viene rilevata dalla telecamera inferiore:. Aree cerebrali funzionali possono essere mirati proprio. Attivazioni vengono sovrapposte sull'immagine anatomica, e le aree desiderate sono contrassegnati e salvati. Durante la sessione lo sperimentatore può caricare una zona pre-definito bersaglio con TMS. Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4. Rappresentante dei risultati. Doppio impulso TMS è stata applicata sia a destra OFA oa destra EBA, a 60 msec e 100 msec dopo l'inizio di un volto o un'immagine senza testa-corpo. Una dissociazione tra la faccia-N1 e le risposte del corpo-N1 è stato fatto (A) Le due aree bersaglio in un soggetto di rappresentanza; sinistra (B) - doppia dissociazione tra le reti viso e corpo.. TMS al OFA migliorato la risposta N1 alle facce, ma non ai corpi, relativamente al TMS al EBA. Il modello opposto è indicata per gli stimoli senza testa-corpo. Destra - N1 ampiezza di picco per volti e corpi, a seguito OFA stimolazione, stimolazione EBA, e senza stimolazione TMS. Le barre di errore indicano il SEM. Questa figure è stato adattato con il permesso di Sadeh
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Discussion
Avere la capacità unica di interrompere momentaneamente l'attività neuronale normale in aree corticali selezionati, in precisi punti di tempo e con una relativamente buona precisione spaziale, TMS consente di collegare causalmente una zona del cervello stimolate con un comportamento o di una misura neurofisiologico. In questo articolo abbiamo descritto un metodo per misurare EEG durante concorrente applicazione TMS, il targeting aree corticali funzionalmente definiti, e l'applicazione di un'analisi che permette una misurazione affidabile delle risposte ERP. Abbiamo dato un esempio dalla letteratura in cui TMS è stato usato in combinazione con EEG e fMRI per chiedere se determinate aree cerebrali fMRI definiti (cioè OFA e EBA) sono causalmente associati con le risposte ERP ai loro stimoli preferiti (ossia volti e corpi).
La tecnica di sottrazione descritta, che è stata convalidata 19 e applicato in diversi studi 7,26,27, ha diversi notevoli vantaggi: permette l'eliminazione del residual manufatto di lunga durata TMS copre la finestra temporale della maggior parte dei componenti significative ERP; elimina ugualmente i componenti artefatto da muscolare, meccanico (interferenza elettrica agli elettrodi) e corticale (ad esempio uditive) origini non desiderati; ed è robusta ed affidabile anche in elettrodi che si trovano direttamente sotto o in prossimità della bobina. Si noti che il rumore di linea può essere pronunciato in questi elettrodi, oltre alla maggiore ampiezza di impulso TMS manufatto, in quanto la bobina potrebbe essere toccare o giace in prossimità dell'elettrodo o fili. La tecnica dimostrata qui permette l'estrazione di ERP questi siti elettrodi pure. Questo è di primaria importanza in quanto molto spesso le risposte evocate di interesse originarie o vicino alla zona corticale stimolata. Inoltre, recuperando i segnali da tutto il cuoio capelluto è necessaria nel caso in cui si desiderino algoritmi di ricostruzione di origine.
La combinazione di strumenti di ricerca such come TMS, EEG e fMRI, ognuno proponendo diversi aspetti dell'attività neurale e attaccare domande simili da diverse angolazioni, è un passo avanti promettente nella ricerca della cognizione umana e la funzione del cervello. Si può prevedere che TMS sarà sempre più utilizzato in combinazione con EEG per causalmente funzioni cognitive o comportamentali associati all'attività elettrica, e ad esplorare ulteriormente i campi attualmente in via di sviluppo come la sincronizzazione, le oscillazioni cerebrali e la connettività, in alta risoluzione temporale e spaziale.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Acknowledgments
Vorremmo ringraziare David Pitcher per il suo prezioso contributo a questo esperimento TMS. Questa ricerca è stata finanziata da una borsa di studio presso l'Istituto Levie-Edersheim-Gitter per Brain Mapping a BS, una borsa di studio dalla Fondazione Wolfson; concede 65/08 e 1657-1608 dalla Fondazione di Scienza israeliano e una borsa di viaggio del ricercatore British Council Exchange Programme per GY L'esperimento è stato condotto presso l'Istituto Wohl for Advanced Imaging, Tel-Aviv Sourasky Medical Center.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3.0 T Signa MRI scanner | General Electric | ||
| BrainAmp amplifier | Brain Products GmbH | BP-01300 | |
| Electrode input box | Brain Products GmbH | Optional | |
| PowerPack - battery for amplifier | Brain Products GmbH | BP-02615 | |
| BrainCap - 32 flat electrodes on a flexible cap | Brain Products GmbH | BP-0300MR | Flat electrodes should be used to assure a shorter distance beween coil and scalp. If larger (e.g. pin type) electrodes are used, remove the ones under the coil |
| TMS Super Rapid2 stimulator | Magstim | ||
| 50 mm double coil | Magstim | ||
| Coil holder | Any mechanical arm or tripod that can hold the coil, be adjusted to the right angle and location, and keep the coil steady during stimulation | ||
| Chinrest | |||
| Polaris infrared camera | Rogue Research Inc | ||
| Polaris trackers and pointer tool | Rogue Research Inc | ||
| BrainSight workstation and software | Rogue Research Inc | ||
| BrainVision Recorder software | Brain Products GmbH | BP-00010 | |
| MATLAB software | The MathWorks Inc | ||
| SPM for Matlab | Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK | ||
| MarsBar region of interest toolbox for SPM | |||
| Psychtoolbox for MATLAB | This toolbox and the E-prime software (below) are examples for stimulus presentation software capable of delivering commands to the TMS stimulator and to the EEG recorder with reliable timing | ||
| E-Prime software | Psychology Software Tools, Inc. |
References
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