Estrazione Potenziali visivi evocati da EEG dati registrati durante fMRI-guidata Stimolazione Magnetica Transcranica

L'obiettivo generale di questa procedura è estrarre ERP affidabili dai dati EEG registrati durante la stimolazione magnetica transcranica guidata da risonanza magnetica funzionale. Questo viene ottenuto innanzitutto eseguendo una scansione di risonanza magnetica funzionale ad alta risoluzione per definire le aree corticali.

Per stimolare, il passaggio successivo consiste nel progettare un esperimento EEG che permetta l'estrazione di un modello di artefatto TMS, che in seguito verrà sottratto dai dati EEG registrati per ottenere un ERP pulito. Successivamente, il setup dell'esperimento T-M-S-E-E-G viene accuratamente preparato utilizzando un sistema di navigazione stereotassico. Per localizzare il bersaglio definito tramite FMRI sulla testa del partecipante, l'ultimo passaggio prevede la registrazione simultanea dei dati EEG durante l'applicazione della TMS; infine, la sottrazione del modello di artefatto TMS viene utilizzata per ottenere un ERP affidabile.

Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come G-F-M-R-I simultaneo è che ci permette di trarre conclusioni su un'area cerebrale definita mediante risonanza magnetica funzionale e su un segnale elettrofisiologico misurato con l'EEG. La principale difficoltà nella combinazione simultanea E-E-G-T-M-S consiste nell'eliminare gli artefatti generati dalla TMS. Questo viene ottenuto innanzitutto tagliando i dati EEG raccolti durante l'impulso magnetico, e successivamente correggendo eventuali altri artefatti residui legati alla TMS. A dimostrare questa procedura sarà Ziv Perman, che è stato addestrato su tale procedura da Boaz Ade.

Eseguire un compito di risonanza magnetica funzionale utilizzando una sequenza di imaging eco-planare ad alta risoluzione per determinare le regioni di attivazione desiderate da bersagliare con la stimolazione magnetica transcranica, nota come TMS. Successivamente, eseguire una scansione strutturale pesata in T1 per ottenere dati neuroanatomici. Assicurarsi che l'intero volto del soggetto sia incluso nel campo visivo.

Marker esterni come la punta del naso verranno utilizzati successivamente per effettuare la coregistrazione della testa del soggetto con la sua scansione. Dopo la scansione, utilizzare la toolbox Mars Bar per SPM per definire le regioni cerebrali di interesse in base ai contrasti tra le condizioni sperimentali.

Ad esempio, definire l'area occipitale del volto sottraendo le attivazioni relative agli oggetti da quelle relative ai volti ed escludere tutti i voxel selettivi per il corpo al fine di definire l'area extrastriata del corpo. Sottrarre le attivazioni relative agli oggetti da quelle relative ai corpi ed escludere tutti i voxel selettivi per il volto. Progettare un paradigma sperimentale in cui tutte le condizioni di stimolo vengono presentate.

Utilizzare casualmente almeno 50 prove per condizione nel tempo. Utilizzare intervalli interstimolo jitterati. Utilizzare una condizione con schermo vuoto in cui viene somministrato un impulso TMS, ma non appare alcuno stimolo visivo.

Questo è importante per generare il modello di artefatto TMS. Impostare quindi la latenza alla quale il TMS verrà attivato dopo l'inizio della prova. In questo esempio, verrà somministrato un TMS a doppio impulso a 60 e 100 millisecondi.

Dopo l'inizio dello stimolo, caricare le scansioni strutturali T1 nel software del sistema di neuronavigazione, quindi sovrapporre i contrasti di risonanza magnetica funzionale alle immagini strutturali. Individuare le aree cerebrali target desiderate utilizzando il software di neuronavigazione. Individuare inoltre i marcatori esterni che verranno utilizzati per coregistrare la posizione della testa, come la punta del naso, il nasion e il trago di ciascun orecchio.

Quando il soggetto arriva, posizionare il casco EEG sulla sua testa e collegare gli elettrodi. Utilizzare la minima quantità di gel necessaria per mantenere l'impedenza al di sotto di cinque chiloomohm. Assicurarsi che i cavi degli elettrodi non si incrocino tra loro né formino anelli e che siano orientati lontano dalla posizione delle bobine.

Inoltre, posizionare il riferimento negli elettrodi di terra il più lontano possibile dalla bobina durante la misurazione del segnale EEG. Utilizzare una frequenza di campionamento elevata di almeno un chilohertz per una migliore rappresentazione dell'artefatto TMS. Successivamente, montare il rilevatore a infrarossi sulla testa del soggetto e registrare la posizione della testa insieme al sistema di navigazione.

Utilizzando i marcatori precedentemente definiti, selezionare la regione bersaglio per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) sul software di navigazione, tenendo lo strumento puntatore del sistema di neuro-navigazione perpendicolare alla superficie della testa. Procedere fino alla posizione bersaglio e segnare sul cappuccio degli elettrodi. Far sedere il soggetto comodamente di fronte allo schermo con il mento appoggiato sul poggiamento per il mento.

Appoggiare il mento sul supporto aiuterà il soggetto a evitare qualsiasi movimento, elemento fondamentale per rilevare un artefatto TMS pulito e affidabile. Posizionare il centro della bobina sull'area cerebrale target e fissarla in tale posizione. Utilizzare un supporto per stabilizzare la bobina in modo che non si sposti durante la sessione.

Impostare la STMS sull'intensità desiderata e somministrare un impulso di prova con l'approvazione del soggetto prima di iniziare la sessione. Somministrare la STMS a ciascuna area corticale bersaglio in un blocco diverso. Inoltre, eseguire un blocco senza STMS in cui tutti gli stimoli, inclusa la condizione di schermo vuoto, vengono presentati durante la condizione senza STMS.

Utilizzare una bobina fittizia oppure posizionare la bobina contro la testa e inclinarla perpendicolarmente. Ripetere l'identificazione delle aree bersaglio guidate da navigazione tra ciascun blocco. A meno che non si disponga di un sistema di mantenimento del campione, è necessario rimuovere l'artefatto del polso.

Questo viene fatto ritagliando una finestra temporale attorno all'impulso o agli impulsi, nel caso di una simulazione ripetitiva. Nella maggior parte dei casi, una finestra di pochi millisecondi sarà sufficiente. Nell'esempio mostrato qui, sono stati somministrati due impulsi consecutivi e vengono rimossi insieme come un unico pezzo.

Esistono due modi per collegare le due estremità create. Dopo aver rimosso l'impulso, è possibile unirle direttamente oppure interpolare una linea tra di esse. L'artefatto dell'impulso breve è talvolta seguito da un artefatto residuo prolungato che può durare alcune centinaia di millisecondi.

Utilizzare la tecnica di sottrazione per rimuovere questo artefatto di lunga durata senza perdita di dati. Per ogni blocco sperimentale, calcolare un modello ERP medio delle prove con schermo vuoto allineandole temporalmente all'inizio della prova. In altre parole, si calcola un ERP in assenza di uno stimolo sperimentale, ottenendo così un modello del solo rumore TMS all'interno di ciascun blocco.

Sottrarre questo modello da ogni prova di tutte le altre condizioni di stimolazione. Un ERP pulito risulta dalla sottrazione del modello TMS dall'ERP grezzo; ripetere la sottrazione per ciascun blocco singolarmente. Le registrazioni EEG sono state effettuate mentre ai soggetti venivano presentati stimoli di volti o del corpo.

Durante la presentazione degli stimoli, è stata somministrata una stimolazione magnetica transcranica a doppio impulso all'area occipitale del volto o all'area extrastriata del corpo a 60 e 100 millisecondi dall'inizio dello stimolo. Sottraendo la registrazione ottenuta durante la TMS eseguita da sola dalle registrazioni della presentazione dello stimolo con TMS, è possibile ottenere un potenziale evocato correlato all'evento (ERP), che contiene la componente N1, un potenziale evocato visivamente marcato, maggiore durante l'osservazione di volti e corpi rispetto ad altri stimoli.

Quando si osservano volti, la stimolazione magnetica transcranica (TMS) applicata all'OFA aumenta l'ampiezza della componente N1 rispetto alle condizioni di EBA e di assenza di TMS. Quando si osservano corpi, la TMS applicata all'EBA aumenta l'ampiezza della componente N1 rispetto alle condizioni di assenza di TMS o di TMS applicata all'OFA.

Questi risultati indicano una dissociazione tra le reti neurali alla base dei potenziali correlati all'evento (ERP) selettivi per il volto e quelli selettivi per il corpo. Un vantaggio particolare della tecnica di rimozione degli artefatti mostrata in questo video è che consente l'eliminazione di qualsiasi artefatto legato all'uso della TMS, sia esso di origine meccanica, muscolare o corticale, anche in elettrodi situati in prossimità della bobina TMS, in modo che nessun elettrodo debba essere escluso dall'analisi. Dopo aver guardato questo video, dovreste avere una buona comprensione su come progettare, eseguire e analizzare un esperimento GTMS simultaneo che vi permetterà di ottenere potenziali correlati all'evento affidabili.