חילוץ פוטנציאלים עוררים חזותיים מEEG נתונים שנרשמו במהלך גירוי מגנטי Transcranial מודרך-fMRI
12 במאי 2014
מאמר זה מתאר שיטה לאיסוף וניתוח של נתונים electroencephalography (EEG) בזמן גירוי במקביל מגנטי Transcranial (TMS) מונחה על ידי הפעלות מתגלות עם הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית (fMRI). שיטה להסרת TMS חפץ ומיצוי של פוטנציאל אירוע הקשור מתוארת, כמו גם שיקולים בעיצוב פרדיגמה והתקנה ניסיונית.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לחלץ ERP אמינים מנתוני EEG שתועדו. במהלך גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי מונחה FMRI. זה מושג על ידי ביצוע תחילה סריקת MRI פונקציונלית ברזולוציה גבוהה כדי להגדיר את האזורים בקליפת המוח.
כדי לעורר, השלב המאוחר יותר הוא לתכנן ניסוי EEG המאפשר חילוץ של תבנית חפץ TMS שתפוחת מאוחר יותר מנתוני ה-EEG המוקלטים כדי להשיג ERP נקי. לאחר מכן, מערך הניסוי T-M-S-E-E-G מוכן בקפידה באמצעות מערכת ניווט סטריאוטקטית. כדי לאתר את המטרה המוגדרת של FMRI על ראשו של המשתתף, השלב האחרון הוא להקליט נתוני EEG במקביל ליישום TMS, בסופו של דבר, חיסור של תבנית החפץ TMS משמש להשגת ERP אמין.
היתרון העיקרי של השיטה הזו על פני שיטות קיימות כמו בו-זמנית G-F-M-R-I, הוא שהיא מאפשרת לנו להסיק מסקנות לגבי אזור במוח המוגדר באמצעות FMRI ואות אלקטרופיזיולוגי שנמדד באמצעות EEG. האתגר העיקרי בשילוב סימולטני של E-E-G-T-M-S הוא להסיר את החפצים שנוצרו על ידי ה-TMS. זה מושג תחילה על ידי חיתוך נתוני ה-EEG שנאספו במהלך הפולס המגנטי, ולאחר מכן תיקון של כל חפץ שיורי אחר הקשור ל-TMS.
הפעל משימת MRI פונקציונלית באמצעות רצף הדמיה של מתכנן הד ברזולוציה גבוהה כדי לקבוע את אזורי ההפעלה הרצויים לגירוי מגנטי טרנס-גולגולתי המכונה TMS. לאחר מכן הפעל סריקה מבנית משוקללת T one כדי לקבל נתונים נוירו-אנטומיים. ודא שכל הפנים של הנושא כלולות בשדה הראייה.
סמנים חיצוניים כמו קצה האף ישמשו מאוחר יותר כדי לרשום את ראשו של הנבדק עם הסריקה שלו. לאחר הסריקה. השתמש בארגז הכלים של סרגל מאדים עבור SPM כדי להגדיר את אזורי המוח המעניינים בהתבסס על ניגודים בין תנאי ניסוי.
לדוגמה, הגדירו את אזור הפנים העורפי על ידי הפחתת הפעלות לאובייקטים מהפעלות לפנים, ואל תכלול ווקסלים סלקטיביים של הגוף כדי להגדיר את אזור הגוף המפוספס הנוסף. הפחיתו הפעלות לאובייקטים מהפעלות לגופים והוצאו מכל ווקסלים סלקטיביים של פנים. תכנן פרדיגמה ניסויית שבה מוצגים כל תנאי הגירוי.
השתמש באופן אקראי בלפחות 50 ניסיונות לכל מצב עם הזמן. מרווחי גירוי אינטררה עצובים. השתמש בתנאי מסך ריק שבו מופעל פולס TMS, אך לא מופיע גירוי חזותי.
זה חשוב ליצירת תבנית תוצר TMS. לאחר מכן הגדר את ההשהיה שבה ה-TMS יופעל לאחר תחילת הניסיון. בדוגמה זו, TMS דופק כפול יינתן ב-60 ו-100 אלפיות השנייה.
לאחר תחילת הגירוי, הזינו את ה-T המבני שסורק לתוכנת מערכת הניווט הנוירולוגית, ואז שכבו את ניגודי ה-MRI הפונקציונליים על התמונות המבניות. סמן את אזורי היעד הרצויים במוח באמצעות תוכנת הניווט העצבי. מצא גם את הסמנים החיצוניים שישמשו לרישום מיקום הראש כגון קצה האף, האף והטראגוס של כל אוזן.
כאשר הנבדק מגיע, הרכיב את מכסה ה-EEG על ראשו וחבר את האלקטרודות. השתמש בכמה שפחות ג'ל לפי הצורך כדי לשמור על עכבה מתחת לחמישה קילו אוהם. ודא שחוטי האלקטרודה אינם חוצים זה את זה או יוצרים לולאות ומכוונים הרחק ממיקום הסלילים.
כמו כן, מקם את ההתייחסות באלקטרודות קרקע רחוק ככל האפשר מהסליל תוך מדידת אות ה-EEG. השתמש בקצב דגימה גבוה של לפחות קילו-הרץ אחד לייצוג טוב יותר של חפץ ה-TMS. לאחר מכן, התקן את גלאי האינפרא אדום על ראשו של הנבדק ורשום את מיקום הראש עם מערכת הניווט.
באמצעות הסמנים שהוגדרו קודם לכן, בחר את המטרה עבור TMS בתוכנת הניווט המחזיקה את כלי המצביע של הניווט העצבי בניצב לפני השטח של הראש. נווט למיקום היעד וסמן על מושב מכסה האלקטרודה. הנושא בנוחות מול המסך עם סנטרו על הסנטר.
מנוחה על הסנטר תעזור לנבדק להימנע מכל תנועה, שהיא חיונית למדידת חפץ TMS נקי ואמין. הנח את מרכז הסליל לאזור המטרה במוח וקבע אותו במקומו. השתמש במחזיק כדי לייצב את הסליל כך שהוא לא יזוז במהלך הפגישה.
כוונו את ה-TMS לעוצמה הרצויה ובצעו דופק בדיקה לאישור הנבדק לפני תחילת הפגישה. יש לתת TMS לכל אזור מטרה בקליפת המוח בבלוק אחר. בנוסף, הפעל בלוק ללא TMS שבו כל הגירויים, כולל מצב המסך הריק מוצגים במהלך מצב ללא TMS.
השתמש בסליל דמה או הנח את הסליל על הראש והטה אותו בניצב. חזור על זיהוי המטרות המנווטות בין כל בלוק. אלא אם כן יש לך דגימה במערכת ההחזקה, עליך להסיר את חפץ הדופק.
זה נעשה על ידי חיתוך חלון זמן סביב הדופק או הפולסים במקרה של סימולציה חוזרת. ברוב המקרים, חלון של כמה אלפיות שנייה יספיק. בדוגמה המוצגת כאן, ניתנו שני פולסים רצופים ומוסרים יחד כמקשה אחת.
ישנן שתי דרכים לחבר את שני הקצוות שנוצרו. לאחר הסרת הדופק, אתה יכול לחבר אותם ישירות או שאתה יכול להפנים קו ביניהם. אחרי חפץ הדופק הקצר לפעמים מגיע חפץ שיורי ארוך שעשוי להימשך כמה מאות אלפיות השנייה.
השתמש בטכניקת החיסור כדי להסיר את החפץ העמיד הזה מבלי לאבד נתונים. עבור כל בלוק ניסוי, חשב תבנית ERP ממוצעת של ניסויי המסך הריק על ידי נעילתם לתחילת הניסוי. במילים אחרות, מחשבים ERP בהיעדר גירוי ניסיוני, ובכך מחשבים תבנית של רעש ה-TMS לבד בתוך כל בלוק.
הפחיתו תבנית זו מכל ניסוי של כל תנאי הגירוי האחרים. ERP נקי נובע מהחסרת תבנית ה-TMS מה-ERP הגולמי, חזור על החיסור עבור כל בלוק בנפרד. הקלטות EEG נעשו בזמן שלנבדקים הוצגו גירויים בפנים או בגוף.
בזמן צפייה בגירויים, TMS דופק כפול ניתן לאזור הפנים העורפי או לאזור הגוף המפוספס הנוסף ב-60 ו-100 אלפיות השנייה לאחר תחילת הגירוי. על ידי הפחתת ההקלטה שנעשתה במהלך TMS בלבד מהקלטות של הצגת גירוי עם TMS, ניתן להשיג ERP. זה מכיל את רכיב ה-N one, פוטנציאל בולט מעורר ויזואלית שהוא גדול יותר בעת צפייה בפנים וגופים בהשוואה לגירויים אחרים.
בעת צפייה בפרצופים. TMS ל-OFA הגדיל את המשרעת של רכיב ה-N one בהשוואה לתנאי ה-EBA וה-no TMS. בעת צפייה בגופים, TMS ל-EBA הגדיל את המשרעת של רכיב ה-N one בהשוואה ל-NO TMS או לתנאי OFA.
תוצאות אלו מצביעות על דיסוציאציה בין הרשתות העצביות העומדות בבסיס ERP סלקטיבי פנים וגוף סלקטיבי. יתרון מיוחד של טכניקת הסרת החפצים המוצגת בסרטון זה הוא שהיא מאפשרת חיסול של כל חפץ הקשור לשימוש ב-TMS, בין אם הוא ממקור מכני, שרירי או קליפת המוח, אפילו באלקטרודות, השוכבות בסמיכות לסליל ה-TMS כך שאין צורך להוציא אף אלקטרודה מהניתוח. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד לתכנן, לבצע ולנתח ניסוי GTMS בו זמנית שיאפשר לך להשיג פוטנציאל אמין הקשור לאירועים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה לאיסוף וניתוח נתוני אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) במהלך גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) בהנחיית הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI). ההליך מתמקד בחילוץ פוטנציאלים הקשורים לאירועים (ERPs) אמינים תוך התייחסות להסרת חומרי TMS.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- הדמיית מוח
רקע
- אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) מודדת את הפעילות החשמלית במוח.
- גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) הוא שיטה לא פולשנית לגירוי אזורים במוח.
- הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עוזרת לזהות אזורי מוח לגירוי.
- הסרת חומרי TMS מנתוני EEG חיונית לניתוח מדויק של ERPs.
מטרת המחקר
- לחלץ ERPs אמינים מנתוני EEG במהלך TMS מקביל.
- לפתח שיטה להסרת חומרי TMS.
- לספק הנחיות להגדרת הניסוי ותכנון הפרדיגמה.
שיטות בשימוש
- סריקי fMRI ברזולוציה גבוהה להגדרת אזורים קליפת המוח לגירוי.
- תכנון ניסוי EEG לחילוץ תבנית חומרי TMS.
- שימוש במערכת ניווט סטריאוטקטית ללוקליזציה מדויקת של המטרה.
- הקלטת נתוני EEG במקביל ליישום TMS.
תוצאות עיקריות
- חילוץ מוצלח של ERPs נקיים לאחר חיסור חומרי TMS.
- הוכחת היתכנות של EEG ו-TMS מקבילים.
- מתן מסגרת למחקרים עתידיים המשלבים EEG ו-TMS.
- הדגשת החשיבות של תכנון ניסוי זהיר.
מסקנות
- השיטה מאפשרת חילוץ אמין של ERPs במהלך TMS.
- הסרת חומרים חיונית לניתוח EEG מדויק.
- מחקר עתידי יכול לבנות על מסגרת זו למחקרים נוירופיזיולוגיים משופרים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Establishing causal links between defined brain regions and electrophysiological responses is critical for target validation in neuroscience drug discovery. This method enables precise interrogation of cortical networks using fMRI-guided TMS and high-temporal EEG readouts, supporting mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses. By isolating neural activity from stimulation artifacts, it provides quantitative, reproducible data for early target confidence assessment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables causal testing of whether fMRI-defined brain regions modulate specific ERP components, supporting target hypothesis validation.
- Operational Value: Provides a reproducible workflow for linking spatial brain targets with temporal electrophysiological readouts.
- Predictive Value: Generates quantifiable ERP amplitude changes as functional readouts for pathway engagement.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized ERP templates from blank-screen trials to quantify and subtract TMS artifacts, enabling clean signal extraction.
- Quantitative Output: Delivers time-locked ERP measurements (e.g., N1 component amplitude) as dose-responsive readouts for target modulation.
- Scalability: Supports repeated blocks across cortical targets with consistent artifact removal, facilitating multi-target screening.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges fMRI-defined targets with EEG biomarkers, enabling cross-species validation of network engagement.
- Mechanistic De-risking: Dissociates overlapping cognitive processes (e.g., face vs. body perception) by linking distinct ERP components to separable neural networks.
- Predictive Confidence: Uses ERP amplitude changes as functional proxies for target-specific network modulation, reducing ambiguity in target selection.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery workflows where spatial targeting (fMRI), perturbation (TMS), and temporal readout (EEG) are integrated to validate target engagement before lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven interrogation of cortical targets by measuring causal effects on neural dynamics via ERP modulation.
- Screening: Enables assay development through standardized TMS artifact subtraction, yielding reliable ERP readouts across stimulus conditions.
- Analytics: Provides quantitative, time-resolved ERP data (e.g., N1 peak amplitude) for comparing target-specific neural responses.
- Translational Research: Aligns fMRI-defined targets with EEG-derived biomarkers, supporting biomarker qualification for preclinical continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized neurophysiological platform for repeated use across targets and cognitive paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by isolating target-specific ERP changes from non-specific TMS effects.
- Operational Value: Ensures reproducibility through artifact subtraction protocols and coregistration standards.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing causal, quantitative neural readouts for target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on demonstrated network-specific ERP modulation.
Implementation Considerations
- Expertise in fMRI experimental design, TMS safety, and EEG signal processing is required.
- Instrumentation includes MRI-compatible TMS systems, high-sampling EEG (≥1 kHz), and stereotactic navigation.
- Cross-team standardization depends on shared protocols for artifact window definition, template averaging, and coregistration.
- Adaptation to other models requires validation of homologous targets and ERP components.
- Practical limitations include residual artifact correction and subject movement sensitivity during combined TMS-EEG recording.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:48
fMRI Session
2:55
Preparing the Experimental Paradigm
3:38
Setting up the Neuronavigation and EEG Systems and Run the Experiment
6:08
Analyzing EEG and Computing ERP
7:35
Results: Double-dissociation Between Face-selective and Body-selective ERPs
8:49
Conclusion
