Name: TMS-EEG guidato da neuroimaging per la mappatura della rete corticale in tempo reale (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-13T13:35:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Impara la stimolazione magnetica transcranica personalizzata con EEG per mappare le reti corticali in tempo reale. Questo protocollo integra dati MRI multimodali per migliorare la precisione del targeting neuronale.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Il cervello umano è caratterizzato da distinte reti strutturali e funzionali su larga scala. Le intricate interazioni all'interno e tra le reti consentono al cervello di avere una notevole potenza di elaborazione delle informazioni, supportando complessi processi cognitivi, sensoriali e motori. Le interruzioni in queste reti, dovute a danni strutturali, disregolazione funzionale o connettività compromessa, possono portare a un'ampia gamma di condizioni neurologiche e psichiatriche 1,2,3,4,5,6, tra cui deficit motori, disturbi cognitivi e disturbi dell'umore. Il monitoraggio accurato della progressione di tali disturbi correlati alla rete e l'identificazione di strategie di trattamento ottimali richiedono metodi in grado di perturbare selettivamente reti specifiche e quantificare in modo affidabile la loro integrità funzionale.
La stimolazione magnetica transcranica, se erogata in modo efficiente, può perturbare in modo non invasivo popolazioni neuronali e persino intere reti corticali 7,8,9,10,11,12,13,14,15, consentendone la valutazione attraverso misure come le risposte motorie o i cambiamenti comportamentali. La TMS in combinazione con l'elettroencefalografia (EEG) consente di misurare i potenziali evocati dalla TMS (TEP), ovvero le risposte EEG medie delle prove bloccate nel tempo all'impulso TMS. Le forme d'onda TEP registrate sotto la bobina catturano l'eccitabilità corticale immediata dell'area stimolata, mentre le risposte da regioni distanti forniscono informazioni sulla connettività efficace tra le aree cerebrali, stabilendo TMS-EEG come uno strumento prezioso per lo studio delle reti corticali. I TEP hanno già mostrato un potenziale significativo come biomarcatori per varie condizioni neurologiche 9,16,17 e psichiatriche 18,19,20,21,22,23. Inoltre, la simultaneità TMS-EEG consente di decidere intensità di stimolazione personalizzate in base alla reattività corticale locale dell'individuo misurata dall'EEG 24,25,26,27,28. Tuttavia, la sfida di questo metodo, specialmente se utilizzato per lo sviluppo di biomarcatori22,24, è duplice: a) per massimizzare il guadagno di informazioni, la qualità dei TEP raccolti deve essere elevata, richiedendo la mappatura delle aree corticali per localizzare un bersaglio con artefatti minimi e buona reattività, e b) la risposta deve provenire dalla rete di interesse e non dai siti corticali adiacenti. La bassa qualità della TEP è un problema comune, che spesso si manifesta come rumore, artefatti, risposte multisensoriali o risposte precoci che non superano la potenza dell'attività oscillatoria in corso. Questa scarsa qualità del segnale viene in genere identificata solo dopo l'elaborazione offline, spesso molto tempo dopo la raccolta dei dati, rendendola difficile o impossibile da affrontare.
La TMS navigata (nTMS)29, che utilizza la risonanza magnetica strutturale per mirare a specifiche aree cerebrali, è disponibile per la pratica clinica e la ricerca da oltre 20 anni. È stato fondamentale nella mappatura delle aree corticali motorie e del linguaggio per la valutazione prechirurgica 30,31,32 e per il targeting di aree che non coinvolgono risposte motorie, visive o comportamentali combinandole con l'EEG 9,33,34,35. Tuttavia, può essere aspecifica dal punto di vista neuroanatomico (cioè i confini tra le regioni corticali non sono chiari) e funzionale, poiché la variabilità individuale nella funzione cerebrale non può essere rilevata utilizzando la risonanza magnetica strutturale. Pertanto, gli attuali approcci mirati alla TMS, comunemente basati sulla posizione della corteccia motoria o su altri punti di riferimento anatomici, spesso non riescono a stimolare aree corticali funzionalmente rilevanti, limitando sia l'efficacia del trattamento che la scoperta di biomarcatori affidabili. Per superare queste sfide, è stato sviluppato un framework completo che integra l'uso di altre modalità di risonanza magnetica, come la risonanza magnetica funzionale e di diffusione, con una mappatura corticale precisa per l'acquisizione di TEP senza artefatti. Questo approccio consente misurazioni affidabili e riproducibili, in particolare dei componenti precoci della TEP, che sono altamente sensibili a sottili cambiamenti neurofisiologici. Migliorando la sensibilità dell'analisi TEP, questo quadro facilita solide correlazioni con i fenotipi clinici, stabilendo una solida base per l'esplorazione dei biomarcatori nei disturbi neuropsichiatrici.
La pipeline proposta è progettata per mappare intere aree corticali, combinando la parcellazione anatomica36 (Figura 1A), la connettività funzionale basata sulla risonanza magnetica funzionale (fMRI)37,38 (Figura 1B) e la trattografia in tempo reale39 (Figura 1C). La parcellazione anatomica consente la delineazione delle aree corticali corrispondenti a una specifica rete cerebrale per un individuo, utilizzando un modello anatomico predefinito o un atlante cerebrale registrato in modo non lineare all'anatomia cerebrale individuale. La connettività funzionale fornisce metriche statistiche che misurano la correlazione tra l'attività fisiologica di diverse regioni del cervello, come riflesso dal segnale dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD)40. Infine, la trattografia in tempo reale è un metodo basato sulla risonanza magnetica a diffusione (dMRI) che stima e visualizza in tempo reale le linee di flusso che descrivono le potenziali connessioni strutturali del cervello. Con la combinazione di questi metodi, le aree corticali possono essere prese di mira in base alla loro connettività strutturale e funzionale durante la mappatura TMS-EEG. Ciò consente di perfezionare i parametri di stimolazione in tempo reale per garantire un'acquisizione TEP priva di artefatti.
La nuova metodologia proposta affronta le sfide combinate del targeting TMS e dell'acquisizione di TEP, aprendo la strada a un'identificazione più precisa dei biomarcatori e a strategie di neuromodulazione efficaci in contesti clinici e di ricerca.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig01.jpg"> 
Figura 1: Informazioni derivate dalla risonanza magnetica per un soggetto rappresentativo. (A) Parcellazione anatomica che delinea la corteccia prefrontale dorsolaterale mirata (DLPFC). (B) Mappa di connettività funzionale che mostra l'anti-correlazione con la corteccia cingolata subgenuale (i colori più chiari indicano un'anti-correlazione più forte). (C) Trattografia in tempo reale che mostra le linee di flusso seminate dall'area target. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Gel abrasivo</td><td>Dispositivi medici H+H</td><td>OneStep AbrasivPlus</td><td></td></tr><tr><td>Gel conduttivo</td><td>ECI</td><td>Elettrogel</td><td></td></tr><tr><td>DESIGNER</td><td></td><td>Versione 2.0.0</td><td>https://nyu-diffusionmri.github.io/DESIGNER-v2</td></tr><tr><td>Amplificatori EEG</td><td>Brain Products GmbH</td><td>Amplificatori CC BrainAmp</td><td>Frequenza di campionamento 5000 Hz</td></tr><tr><td>Cappucci per EEG</td><td>EASYCAP GmbH</td><td>BrainCap a 64 canali per TMS</td><td>Elettrodi Ag/AgCl sinterizzati</td></tr><tr><td>Amplificatore EMG</td><td>Nexstim Plc</td><td>Nexstim EMG</td><td></td></tr><tr><td>Bobina a forma di otto</td><td>Nexstim Plc</td><td>Bobina raffreddata</td><td>Bobina raffreddata ad aria da 70 mm di diametro</td></tr><tr><td>fmriprep</td><td></td><td>Versione 22.1.0</td><td>https://fmriprep.org</td></tr><tr><td>Navigatore libero</td><td></td><td>Versione 7.3.2</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>Versione R2021b</td><td>https://www.mathworks.com</td></tr><tr><td>Scanner per risonanza magnetica</td><td>Siemens Sanità</td><td>3T Siemens MAGNETOME Skyra</td><td>Immagini strutturali con peso T1: MPRAGE, voxel istropici da 1 mm, TR = 2530 ms e TE = 3,42 ms; fMRI: EPI, voxel isotropi da 3 mm, TR= 1250 ms, TE = 3 ms, fattore di accelerazione multibanda 3, angolo di ribaltamento 65; dMRI: 100 diverse direzioni di gradiente totali (b = 1500 e 3000 s/mm2), 12 volumi non pesati in diffusione (b = 0&nbsp; s/mm2) con anteriori... direzione di codifica di fase posteriore, 1 volume non pesato in diffusione con la direzione di codifica di fase inversa (posteriore&ndash; anteriore), voxel isotropi da 2 mm, TR = 4100 ms, TE = 105 ms.</td></tr><tr><td>MRtrix3</td><td></td><td>Versione 3.0.4</td><td>https://www.mrtrix.org</td></tr><tr><td>nilearn</td><td></td><td>Versione 0.10.3</td><td>https://nilearn.github.io</td></tr><tr><td>Auricolari con cancellazione del rumore&nbsp;</td><td>Ricerca etimotica Inc</td><td>ER3C Inserire Auricolari</td><td></td></tr><tr><td>Pitone</td><td></td><td>Versione 3.9.19</td><td>https://www.python.org</td></tr><tr><td>realTimeTractogramVisualizer</td><td></td><td>Versione 0.1</td><td>https://github.com/baranaydogan/realTimeTractogramVisualizer</td></tr><tr><td>rt-TEP</td><td></td><td></td><td>https://github.com/iTCf/rt-TEP</td></tr><tr><td>Elettrodi EMG di superficie</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline 720</td><td></td></tr><tr><td>Elettrodo di terra EMG di superficie</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline Terra</td><td></td></tr><tr><td>TAAC</td><td></td><td></td><td>www.github.com/iTCf/TAAC</td></tr><tr><td>Sistema TMS</td><td>Nexstim Plc</td><td>Nexstim NBT 2.2.4</td><td>Polso bifasico, intervallo interstimolo jittered 2&ndash; 2,4 secondi</td></tr></tbody></table>

tms-eeg guidato da neuroimaging per la mappatura della rete corticale in tempo reale

Neuroimaging-Guided TMS&#8211;EEG for Real-Time Cortical Network Mapping

Il protocollo descritto è stato utilizzato per raccogliere dati TMS-EEG dalla corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra (DLPFC) di un volontario sano. Lo studio è stato approvato dal Comitato Etico di Coordinamento dell'Ospedale Universitario di Helsinki e condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. Il soggetto ha firmato un modulo di consenso informato. Per i dettagli sull'acquisizione dei dati, fare riferimento alla Tabella dei materiali.
La DLPFC sinistra è un'area di interesse comune, utilizzata nella pratica clinica per il trattamento ripetitivo della TMS del disturbo depressivo maggiore (MDD)65. Un numero crescente di letteratura evidenzia l'importanza della connettività funzionale della corteccia cingolata anteriore subgenuale (sgACC) con DLPFC nella fisiopatologia di MDD 3,66,67. In particolare, ci sono indicazioni che il trattamento TMS somministrato sulle aree della DLPFC sinistra che mostrano una forte anti-correlazione con la sgACC sinistra potrebbe avere un'efficacia più elevata 38,68,69,70. A seguito di questi risultati, si ipotizza che i dati TMS-EEG registrati dai bersagli funzionalmente anticorrelati con l'attività di sgACC BOLD saranno più informativi per l'ulteriore sviluppo di biomarcatori.
La maschera MRI strutturale per DLPFC è stata definita come una combinazione delle regioni 9a, 9p, 9-46d, 46, a9-46v e p9-46v dell'HCPMMP36, che comprende le aree 9 e 46 di Brodmann. La maschera sgACC era la regione 25, equivalente all'area 25 di Brodmann. Seguendo il protocollo descritto, le mappe di correlazione seed-to-voxel sono state derivate utilizzando i dati fMRI e sono stati selezionati solo i voxel appartenenti al ROI DLPFC. Le mappe sono state quindi sogliate per visualizzare solo i voxel con correlazione negativa; Il valore assoluto della correlazione è stato preso per semplificare la visualizzazione. I cluster risultanti sono stati sovrapposti alla risonanza magnetica strutturale nella neuronavigazione durante l'esperimento TMS-EEG (Figura 2A).
Gli obiettivi iniziali della mappatura TMS-EEG sono stati selezionati dalle regioni che mostravano la più forte anticorrelazione funzionale con l'sgACC. Questi bersagli sono stati poi perfezionati iterativamente attraverso la procedura di mappatura TMS-EEG per identificare i siti di stimolazione più promettenti in base alla qualità della TEP e alla loro vicinanza alle chiazze corticali con la più alta anticorrelazione con l'sgACC. L'insieme finalizzato dei potenziali siti di stimolazione è stato successivamente analizzato utilizzando la trattografia in tempo reale. Poiché non esiste una via diretta nota tra la sgACC e la DLPFC, è stato necessario considerare le vie indirette della sostanza bianca. Nei casi in cui specifici percorsi diretti o indiretti siano noti a priori, questi dovrebbero essere prioritari. Per l'sgACC, la rete cerebrale su larga scala interessata da MDD3 è stata presa in considerazione durante la selezione del bersaglio guidata dalla trattografia. È stata valutata anche la connettività strutturale del bersaglio TMS, con aree che mostrano un'ampia connettività ad altre regioni del cervello – come la corteccia prefrontale ventromediale, l'area di Broca o il lobo parietale – a cui è stata data una priorità più alta.
Seguendo il protocollo di mappatura, il target, l'orientamento e l'intensità della stimolazione sono stati scelti in base ai TEP risultanti più grandi di 6 μV e minimamente influenzati dagli artefatti. Ogni iterazione di ottimizzazione ha comportato la registrazione di 20 impulsi con una pre-elaborazione minima. L'obiettivo finale ottimizzato è stato quindi utilizzato per raccogliere 300 impulsi per l'analisi dei dati.
La pipeline di pre-elaborazione minima, progettata per simulare l'uso di rt-TEP in tempo reale, ha previsto i seguenti passaggi: 1. Divisione dei dati in epoche 2. Correzione di base 3. Rimozione dell'artefatto TMS sostituendo i dati da -2 a 10 ms intorno all'impulso TMS con zero 4. Rimozione dei canali danneggiati 5. Ririferimento al riferimento medio 6. Quando necessario, sono stati applicati un filtro passa-basso a 80 Hz e un filtro notch a 48-52 Hz per affrontare il rumore di linea e ad alta frequenza.
L'intera pipeline di pre-elaborazione ha seguito le procedure descritte in Mutanen et al., 202471. Per ulteriori dettagli sulla pre-elaborazione TMS-EEG, fare riferimento a Hernandez-Pavon et al., 202272, Rogasch et al., 201773, Mutanen et al., 201874 e Mutanen et al., 201675. In sintesi, il processo includeva: 1. Divisione dei dati in epoche 2. Correzione di base 3. Rimozione degli artefatti TMS tra -2 e 10 ms attorno all'impulso TMS, con interpolazione cubica utilizzando 5 ms di dati prima e dopo l'intervallo rimosso 4. Rimozione dei canali difettosi (4 in totale: Fpz, F1, FT10, TP9, PO4) 5. Rimozione dei cattivi processi 6. Rimozione delle derive con un robusto detrending 7. ICA per la rimozione di artefatti oculari 8. Correzione di base 9. Applicazione dell'algoritmo SOUND74 per sopprimere il rumore extracranico, seguita da ri-referenziazione al riferimento medio 10. Algoritmo SSP-SIR75 per rimuovere gli artefatti muscolari evocati da TMS 11. Filtro passa-basso a 80 Hz e filtro notch a 48-52 Hz 12. Tagliare le estremità della finestra temporale per rimuovere possibili effetti sui bordi 13. Rimozione aggiuntiva delle prove non valide per garantire l'esclusione delle prove residue ad alta rumorosità (22 su 300 rifiuti totali)
La procedura sperimentale è iniziata con l'identificazione della soglia motoria a riposo. L'RMT del soggetto era del 41% MSO.
Durante la procedura sperimentale, sono stati esaminati principalmente gli elettrodi sopra la regione di interesse (AF3, F1, F3, F5, FC3) (Figura 2B) per valutare la qualità dei TEP risultanti. Altri elettrodi sono stati continuamente monitorati per la bassa impedenza e l'impedenza è stata abbassata secondo necessità, seguendo la procedura descritta al punto 3.1.10. Le prime risposte TMS all'interno della finestra temporale da 10 a 60 ms, che riflettono l'attivazione diretta della corteccia da parte del campo elettrico indotto, sono state utilizzate per valutare la qualità dei TEP prodotti.
La procedura di mappatura (vedi Figura 3) è iniziata con uno dei cluster fMRI (Figura 3A) e un'indagine sulla connettività strutturale dell'area target (Figura 3B), che ha mostrato principalmente linee di flusso verso l'area omologa nell'emisfero controlaterale e nel polo frontale.
Per la stimolazione, la bobina è stata orientata a 45 gradi rispetto alla linea mediana. L'intensità della stimolazione è stata impostata al 49% di MSO, corrispondente al massimo di 96 V/m stimato del campo E all'hotspot e al 120% di RMT. Nella Figura 3C, si osserva una potenziale risposta TEP-like negli elettrodi F3, F1 e FC3. L'elettrodo AF3 mostra un artefatto di ronzio di grande ampiezza, mentre F5 è influenzato da un piccolo artefatto muscolare riconoscibile dal picco di alta ampiezza ad alta frequenza subito dopo l'impulso TMS76,77. Per ridurre al minimo l'artefatto del ronzio durante la registrazione, è possibile utilizzare un cappuccio a rete che preme gli elettrodi verso il basso per ridurre il movimento o un sottile strato di schiuma sotto la bobina (vedi Hernandez-Pavon et al., 202328). Sebbene tali artefatti possano spesso essere rimossi attraverso il filtraggio, poiché solo AF3 è stato contaminato, è stato escluso dal riferimento medio per evitare filtraggi non necessari, risultando nei dati mostrati nella Figura 3D.
Concentrandosi sull'elettrodo F3 (Figura 3F), il segnale sembra in gran parte non influenzato dall'artefatto muscolare osservato in F5. La caratteristica forma d'onda di grande ampiezza recupera circa 15 ms e una deflessione di 5 microvolt tra 22 ms e 32 ms è probabilmente una vera risposta corticale alla TMS. Il filtraggio del segnale (Figura 3E, G) conferma che l'ampiezza rimane inalterata dal rumore in altri canali.
Per indagare se l'artefatto muscolare nel canale F5 potesse essere ridotto attraverso la rotazione della bobina, tutti gli altri parametri di stimolazione sono stati mantenuti costanti (Figura 4) e la bobina è stata prima ruotata in un orientamento posteriore-anteriore (Figura 4A), dove il massimo del campo E è stato stimato in 80 V/m e poi in una direzione laterale-mediale (Figura 4E), con campo E massimo di 101 V/m. Un forte aumento dell'attivazione muscolare è stato osservato con l'orientamento della bobina posteriore-anteriore (Figura 4B, C), che è stato riportato come scomodo dal soggetto. L'orientamento latero-mediale ha prodotto un segnale simile a quello mostrato in Figura 3, ma con un'ampiezza maggiore, determinando una risposta TEP precoce di 12 μV all'elettrodo F3 (Figura 4F, G), che consente una riduzione dell'intensità della stimolazione. L'assenza di eccessiva massa muscolare, carie o artefatti di ronzio, insieme alla dimensione della risposta precoce alla TEP, rende questa combinazione di parametri di stimolazione un candidato promettente per la raccolta dei dati.
La Figura 5 mostra l'effetto dell'intensità della stimolazione sulle risposte TEP in target a bassa eccitabilità. Il secondo cluster fMRI (Figura 5A) e la sua connettività strutturale (Figura 5B) sono stati quindi studiati. Analogamente al primo obiettivo, le connessioni strutturali sembrano essere limitate ai lobi frontali. È interessante notare che, nonostante la distanza tra i due cluster fMRI sia di 28 mm, l'intensità di stimolazione utilizzata per gli obiettivi precedenti, 49% MSO (77 V/m, 120% RMT), non ha prodotto alcuna risposta TMS distinguibile, evidenziando l'importanza della selezione dell'intensità di stimolazione basata su TEP. Nella Figura 5B, C, è mostrata la risposta TMS al 55% di MSO (89 V/m, 134% RMT). È importante notare che l'ampia deflessione osservata dopo 10 ms non è una vera risposta TMS, ma piuttosto una continuazione del recupero dell'artefatto muscolare. Pertanto, devono essere considerati solo i segnali che si verificano più tardi di 25 ms dopo l'impulso, con conseguente ampiezza di 4 μV tra 26 ms e 60 ms. L'intensità è stata ulteriormente aumentata al 60% di MSO (97 V/m, 146% RMT) nel tentativo di ottenere risposte precoci distinte (Figura 5F, G). Rispetto all'intensità del 55% di MSO, è stato osservato un aumento previsto dell'ampiezza dell'artefatto muscolare, ma c'è stato un aumento minimo o nullo dell'ampiezza del TEP. Sulla base della forma d'onda osservata e della necessità di una maggiore intensità di stimolazione, si ritiene che questo bersaglio mostri una minore eccitabilità corticale rispetto ai bersagli precedenti, rendendolo meno informativo per la raccolta dei dati. Tuttavia, un bersaglio con proprietà simili potrebbe essere preferibile per i protocolli di trattamento.
In totale, sono state studiate 16 distinte combinazioni di parametri di stimolazione utilizzando una procedura di mappatura di 20 prove. La durata totale della procedura, esclusa la preparazione dell'EEG e dell'EMG (che ha richiesto circa 30 minuti), è stata di 2 ore e 35 minuti. L'obiettivo finale della stimolazione può essere visto nella Figura 6A. Pur essendo molto vicino all'obiettivo iniziale (Figura 3A), questo obiettivo mostra una connettività strutturale molto più diffusa (Figura 6B), fornendo potenzialmente maggiori informazioni sulla propagazione del segnale dall'hotspot ad altre regioni corticali. L'intensità della stimolazione è stata mantenuta al 49% di MSO (102 V/m, 120% RMT).
La pre-elaborazione minima dei primi 20 impulsi raccolti dal target di stimolazione finale è mostrata nella Figura 6C, D. Il ringing di grande ampiezza ha contaminato l'elettrodo F1, che è stato successivamente respinto. Tuttavia, il rumore residuo è rimasto presente in altri elettrodi anche dopo questo rigetto. Nonostante la presenza dell'artefatto di squillo, l'assenza dell'artefatto muscolare all'interno della regione di interesse ha permesso di considerare le latenze dopo 16 ms come un vero e proprio segnale neurale. Dopo il filtraggio, l'ampiezza del componente iniziale tra 17 ms e 35 ms era di 9 μV.
Le figure 6E,F mostrano il risultato dell'intera pipeline di pre-elaborazione applicata al set di dati a 300 impulsi. Il TEP risultante assomiglia molto alla forma d'onda derivata da 20 impulsi (Figura 6D), dimostrando l'importanza del monitoraggio in tempo reale dei TEP. La risposta precoce tra 20 ms e 40 ms è di 6 μV, dimostrando la riduzione prevista dell'ampiezza dovuta alla preelaborazione.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig02.jpg"> 
Figura 2: Neuronavigazione e configurazione degli elettrodi. (A) Modello della testa 3D basato sulla risonanza magnetica del soggetto sovrapposto alla connettività derivata dalla risonanza magnetica funzionale. (B) Schema del posizionamento degli elettrodi EEG, con gli elettrodi di interesse sotto la bobina di stimolazione contrassegnati in arancione. Si noti che le posizioni degli elettrodi sono digitalizzate sul modello 3D della testa (passaggio 3.7.4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig03.jpg"> 
Figura 3: Un esempio di elaborazione minima dei dati TMS-EEG . (A) Il display di neuronavigazione mostra il sito di stimolazione e l'orientamento della bobina. La freccia rossa indica la direzione più forte dell'impulso bifasico e la freccia blu indica la direzione più debole. L'intensità della stimolazione è espressa come percentuale della potenza massima dello stimolatore (MSO) e della soglia del motore a riposo (RMT). (B) Trattografia in tempo reale nel luogo di stimolazione. (C) Dati grezzi TMS-EEG dagli elettrodi sotto la bobina di stimolazione. (D) Dati TMS-EEG dopo la reiezione rumorosa del canale, con i canali rifiutati sostituiti da zeri. (E) Dati TMS-EEG dopo il filtraggio. (F) Vista ingrandita dell'elettrodo F3 dopo una cattiva reiezione del canale. (G) Vista ingrandita dell'elettrodo F3 dopo il filtraggio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig03large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig04.jpg"> 
Figura 4: Effetto dell'orientamento della stimolazione sull'artefatto muscolare. (A) Bersaglio di stimolazione con orientamento della bobina posteriore-anteriore e intensità corrispondente. (B) Dati grezzi per l'orientamento posteriore-anteriore, che mostrano la contaminazione degli artefatti muscolari. (C) Dati dall'elettrodo F3 con grande artefatto muscolare. (D) Trattografia in tempo reale corrispondente al luogo di stimolazione. (E) Target di stimolazione con orientamento latero-mediale e intensità corrispondente. (F) Dati grezzi per l'orientamento laterale-mediale, che mostrano TEP puliti. (G) TEP dall'elettrodo F3, che mostra una risposta precoce ampia e priva di artefatti. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig04large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig05.jpg"> 
Figura 5: Effetto dell'intensità della stimolazione sulle risposte TEP in target a bassa eccitabilità. (A) Posizione e intensità del bersaglio di stimolazione. (B) Dati grezzi registrati al 55% di MSO. C) Dati dell'elettrodo F3, privi di componenti TEP precoci distinguibili. (D) Trattografia in tempo reale corrispondente al luogo di stimolazione. (E) L'intensità della stimolazione è aumentata mantenendo costante l'obiettivo. (F) Dati grezzi registrati al 60% di MSO. (G) Dati dell'elettrodo F3 che mostrano artefatti muscolari dovuti a una maggiore intensità di stimolazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig05large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig06.jpg"> 
Figura 6: Effetto delle pipeline di pre-elaborazione minime e complete sui dati TMS-EEG . (A) Obiettivo finale di stimolazione e intensità. (B) Trattografia in tempo reale per la posizione di stimolazione. (C) I dati grezzi hanno una media di 20 studi. (D) TEP medio di 20 prove all'elettrodo F3. (E) I TEP completamente pre-elaborati hanno avuto una media di oltre 300 prove. (F) TEP medio di 300 prove completamente pre-processato all'elettrodo F3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig06large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

TMS-EEG guidato da neuroimaging per la mappatura della rete corticale in tempo reale

The cerebral cortex is organized into structurally and functionally segregated networks, enabling the human brain to process information highly ...

Stiamo sviluppando protocolli di neuromodulazione completamente personalizzati e riproducibili, che integrano la morfologia corticale, la connettività strutturale e funzionale, nonché la neurofisiologia, per migliorare la specificità del TMSEG per la scoperta di biomarcatori clinici.Il nostro protocollo consente un accesso affidabile ai potenziali di evocazione precoce della TMS che riflettono l'immediata reattività corticale dell'area bersaglio. Questi segnali sono in genere oscurati da artefatti e scarsa qualità dei dati negli approcci non personalizzati.Il nostro obiettivo è automatizzare la mappatura corticale utilizzando algoritmi in tempo reale, TMS multi locus e robotica. L'obiettivo è quello di migliorare la precisione nella ricerca sulla neuromodulazione e l'efficacia nelle applicazioni cliniche.[[Istruttore] Per iniziare: Far sedere il soggetto su una sedia posizionata abbastanza vicino da consentire ai cavi del cappuccio di collegarsi al sistema di elettroencefalografia. Misurare la circonferenza della testa del soggetto per selezionare un cappuccio per elettroencefalografia corrispondente. Posizionare la cuffia partendo dalla fronte mantenendo i capelli sotto la cuffia. Misurare la distanza tra il nasion e l'inion e tra il trago sinistro e destro. Quindi regolare la posizione del cappuccio per assicurarsi che CZ sia centrato a metà strada tra questi punti di riferimento anatomici. Utilizzando salviettine imbevute di alcol e nastro abrasivo, pulire la pelle dell'osso mastoideo e zigomatico opposta al lato di stimolazione per migliorare la conduttività. Posizionare l'elettrodo di terra sull'osso zigomatico e l'elettrodo di riferimento sulla mastoide utilizzando rondelle per elettrodi ad anello. Applicare una pasta abrasiva sui siti degli elettrodi di terra e strofinare leggermente la pelle con un ago smussato. Quindi riempire ogni elettrodo con gel conduttivo. Verificare che le fessure per le orecchie siano posizionate correttamente per l'accesso all'orecchio durante la neuronavigazione e il posizionamento degli auricolari. Ora, fissa il cappuccio in posizione utilizzando le chiusure a strappo sotto il mento. Per preparare gli elettrodi a cappuccio, applicare del gel abrasivo e utilizzare un ago smussato per rimuovere i peli da sotto ogni elettrodo fino a quando la pelle non è visibile. Riempire l'elettrodo con gel conduttivo premendolo delicatamente verso il basso per garantire un'applicazione di gel adeguata ma non eccessiva. Se l'impedenza è alta dopo la preparazione iniziale, utilizzare un ago smussato o un batuffolo di cotone per strofinare nuovamente la pelle all'interno dell'elettrodo evitando lo spostamento dei capelli. Quindi riempire l'elettrodo con gel conduttivo e controllare i livelli di impedenza ripetendo fino a quando tutti sono inferiori a cinque kiloohm. Pulire ogni sito dell'elettrodo con salviettine imbevute di alcol. Grattare leggermente la pelle con del nastro abrasivo e strofinare nuovamente con alcool prima di lasciarla asciugare. Posizionare l'elettrodo attivo sulla pancia muscolare. Tipicamente l'abduttore breve del pollice destro o il primo interosseo dorsale. Posizionare l'elettrodo di riferimento sul tendine muscolare e l'elettrodo di terra sul dorso della mano. Per la preparazione alla neuronavigazione, posizionare comodamente il soggetto sulla sedia, assicurandosi che il collo, le mani e le gambe siano rilassati. Ora, fissa l'head tracker e assicurati che sia stabile durante la stimolazione. Identificare i punti cardinali, compresi i punti nasion e preauricolari, sulla risonanza magnetica del soggetto. E usando una penna digitalizzatrice, segna i punti cardinali corrispondenti sulla testa del soggetto per visualizzare l'orecchio e i punti di riferimento della nasion. Digitalizza punti aggiuntivi sulla superficie del cranio per ridurre gli errori di registrazione. Prepara il mascheramento del rumore utilizzando una traccia audio in loop di rumore bianco mescolato con clic della bobina registrati dalla bobina specifica utilizzata. Assicurarsi che il soggetto posizioni correttamente gli auricolari delle cuffie con mascheramento del rumore nei canali uditivi. Quindi posizionare la bobina a circa cinque centimetri sopra la testa del soggetto. Eroga impulsi ad alta intensità con un intervallo interstimolo jitter e aumenta gradualmente il volume del PC dall'1 al 2% fino a quando il soggetto indica di non sentire più il clic. Eroga da 20 a 30 impulsi monitorando la visualizzazione transcranica in tempo reale del potenziale evocato. Se si osserva un potenziale evocato uditivo, aumentare il volume del rumore di mascheramento con incrementi del 2% fino a quando il componente non scompare. Per determinare la soglia motoria a riposo, istruire il soggetto a mantenere i muscoli rilassati con il palmo rivolto verso l'alto. Posizionare la bobina di stimolazione magnetica transcranica sopra la manopola del motore con il campo elettrico perpendicolare al solco. Iniziare con circa il 30% della potenza massima dello stimolatore e aumentare l'intensità fino a quando non si osserva un'attivazione muscolare localizzata. Regolare la posizione e l'orientamento della bobina fino a quando non si osserva una risposta specifica per l'abduttore breve del pollice. Utilizzando la posizione salvata, applicare algoritmi automatizzati nel sistema per determinare la soglia motoria a riposo Per la mappatura corticale, sovrapporre le parcellazioni anatomiche e le mappe di connettività funzionale dalla risonanza magnetica nel software di neuronavigazione. Definire almeno due o tre obiettivi di stimolazione basati su una promettente connettività strutturale e funzionale. Iniziare la stimolazione al 100-110% della soglia motoria a riposo con il mascheramento del rumore attivo. Calcolare la media di 20 impulsi per serie e monitorare i potenziali evocati transcranici risultanti. Regolare l'intensità con incrementi massimi di uscita dello stimolatore del 2% fino a quando l'ampiezza della risposta precoce supera i sei microvolt. Monitorare il segnale per gli artefatti di decadimento riconoscibili per la loro natura esponenziale e per gli artefatti muscolari bipolari. Se gli artefatti muscolari durano più di 15 millisecondi, prova a ruotare la bobina per ridurli al minimo. Procedere fino a raggiungere un componente iniziale pulito superiore a sei microvolt. Se la rotazione della bobina non migliora la qualità del segnale, provare a spostare la posizione della stimolazione di alcuni millimetri e ripetere il processo mappando le risposte corticali attraverso l'area corticale. Se gli artefatti persistono, procedere con l'indagine sul successivo bersaglio corticale predefinito. Quando l'obiettivo e i parametri di stimolazione sono ottimizzati, misurare l'impedenza dell'elettrodo prima di iniziare la registrazione dei dati TMSCEG. Se l'impedenza supera i cinque kiloohm, aggiungere gel conduttivo per ridurla. Se ancora troppo alto, ripetere la preparazione e aggiungere altro gel solo se necessario. Il sito di stimolazione iniziale selezionato dal cluster FMRI ha mostrato un'anti correlazione con la corteccia cingolata anteriore subgenuale e una trattografia che indicava principalmente connessioni cross-colossali e omolaterali con il polo frontale controlaterale. Una potenziale risposta simile a TEP si osserva negli elettrodi F3, F1 e FC3. L'elettrodo AF3 mostra un artefatto di squillo di grande ampiezza mentre F5 è influenzato da un piccolo artefatto muscolare riconoscibile dal picco di alta frequenza e alta ampiezza subito dopo l'impulso TMS. La pre-elaborazione ha confermato che la risposta F3 non era influenzata da artefatti che preservavano l'ampiezza del componente iniziale. Passaggio a un orientamento della bobina posteriore-anteriore, aumento degli artefatti muscolari e disagio con forti artefatti visibili in tutti i canali. L'utilizzo di un orientamento laterale mediale della bobina ha prodotto un TEP pulito di grande ampiezza all'elettrodo F3 con un picco di 12 microvolt entro 20 millisecondi. Il bersaglio di stimolazione finale con orientamento laterale della bobina mediale situato vicino a quello iniziale ha mostrato una connettività strutturale più ampia rispetto ai bersagli precedenti. Dopo una pre-elaborazione minima e nove microvolt, il componente iniziale è stato rilevato tra 17 e 35 millisecondi nell'elettrodo F3, privo di artefatti muscolari. La pre-elaborazione completa del set di dati di prova 300 ha preservato la forma della forma d'onda, mostrando una risposta precoce ridotta di sei microvolt tra 20 e 40 millisecondi.

neuroimaging-guided-tmseeg-for-real-time-cortical-network-mapping

Research

Ricerca

JoVE Journal

Neuroscience

Neuroscienze

Noi usiamo magnetoencefalografia (MEG) e elettroencefalografia (EEG) per mappare aree del cervello coinvolte nella elaborazione di semplici stimoli sensoriali.

Mappatura funzionale con EEG e MEG simultaneo

Vi presentiamo un metodo per raccogliere i segnali electrocorticographic a fini di ricerca da esseri umani che sono sottoposti a monitoraggio invasivo epilessia. Mostriamo come utilizzare il BCI2000 piattaforma software per la raccolta dati, elaborazione del segnale e la presentazione dello stimolo. In particolare, abbiamo dimostrato Sigfried, uno strumento basato su BCI2000 in tempo reale la mappatura funzionale del cervello.

Registrazione umani Electrocorticographic (ECOG) Segnali per la ricerca neuroscientifica e in tempo reale la mappatura funzionale corticale

Usiamo magneto-e di elettroencefalografia (MEG / EEG), combinata con informazioni anatomiche catturato dalla risonanza magnetica per immagini (MRI), per mappare le dinamiche della rete corticale associata con attenzione uditiva.

Mappatura Dynamics corticali tramite MEG / EEG simultanee e anatomica vincolata minima norma-Stime: un esempio Attenzione Auditory

Fonte: Stefanou, M., et.al. Stimolazione cerebrale dipendente dallo stato cerebrale con stimolazione magnetica transcranica attivata da elettroencefalografia in tempo reale. J. Vis. Exp. (2019)Questo video mostra il processo di stimolazione magnetica transcranica (TMS) attivata da EEG in tempo reale per studiare l'eccitabilità corticale. La procedura prevede il posizionamento della bobina TMS sulla corteccia motoria, la sincronizzazione della stimolazione con fasi specifiche del segnale EEG e...

Stimolazione magnetica transcranica attivata da elettroencefalografia in tempo reale per l'eccitazione corticale

Fonte: Shafi, M. M., et al. Un metodo basato sull'imaging multimodale e sulla stimolazione per valutare l'eccitabilità cerebrale correlata alla connettività nei pazienti con epilessia. J. Vis. Exp. (2016)Il video mostra la procedura per l'utilizzo della stimolazione magnetica transcranica (TMS) e dell'elettroencefalografia (EEG) per valutare l'eccitabilità neuronale nei pazienti con epilessia. Descrive in dettaglio i passaggi per allineare la testa del paziente con una scansione cerebrale...

Valutazione dell'ipereccitabilità cerebrale con la stimolazione magnetica transcranica e l'elettroencefalografia

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.

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

Questo studio è progettato per testare l'ipotesi che la stimolazione magnetica transcranica guidata dal sistema di neuronavigazione abbia una maggiore precisione per mirare al bersaglio previsto, come dimostrato suscitando un maggior grado di afasia virtuale in soggetti sani, misurata dal ritardo nel tempo di reazione alla denominazione dell'immagine.

Repetitive stimolazione magnetica transcranica neuronavigazione-guidata per Afasia

La risonanza magnetica di connettività funzionale in stato di riposo ha identificato anomalie in pazienti con un'ampia gamma di disturbi neuropsichiatrici, inclusa l'epilessia dovuta a malformazioni dello sviluppo corticale. La stimolazione magnetica transcranica in combinazione con l'EEG può dimostrare che i pazienti con epilessia hanno ipereccitabilità corticale nelle regioni con connettività anormale.

Un multimodale Imaging- e stimolazione a base di metodo di valutazione relativi alla connettività del cervello eccitabilità pazienti con epilessia

Il protocollo presentato qui è per gli studi di TMS-EEG che utilizzano paradigmi di progettazione di eccitabilità intracorticale test-retest. L'intento del protocollo è quello di produrre misure di eccitabilità corticale affidabile e riproducibile per la valutazione neurofisiologica funzionamento correlati agli interventi terapeutici nel trattamento delle malattie neuropsichiatriche come depressione maggiore.

Stimolazione magnetica transcranica combinata e l'elettroencefalografia della corteccia prefrontale dorsolaterale

Questo documento descrive la stimolazione magnetica transcranica attivata dall'elettroencefalografia in tempo reale per studiare e modulare le reti cerebrali umane.

Stimolazione cerebrale dipendente dallo stato del cervello con stimolazione magnetica transcranica in tempo reale

La stimolazione magnetica transcranica ripetitiva navigata è uno strumento non invasivo altamente efficiente per mappare le aree corticali correlate al linguaggio. Aiuta a progettare la chirurgia cerebrale e accelera la stimolazione corticale diretta condotta durante l'intervento chirurgico. Questo rapporto descrive come eseguire la mappatura corticale del parlato in modo affidabile per la valutazione e la ricerca preoperatoria.

Disegno di studio per la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva navigata per la mappatura corticale del parlato

Impara la stimolazione magnetica transcranica personalizzata con EEG per mappare le reti corticali in tempo reale. Questo protocollo integra dati MRI multimodali per migliorare la precisione del targeting neuronale.

TMS-EEG guidato da neuroimaging per la mappatura della rete corticale in tempo reale

Esplora altri video