November 13th, 2016
Resting-state functional-connectivity MRIは、皮質発達の奇形によるてんかんを含む、広範囲の神経精神障害を持つ患者の異常を特定しました。経頭蓋磁気刺激法と脳波を組み合わせることで、てんかん患者が異常な接続性を持つ領域で皮質過興奮性を持っていることを実証できます。
この実験の全体的な目標は、安静時機能的接続性、MRI ガイド下経頭蓋磁気刺激と同時 EEG 記録を組み合わせて、てんかん患者の局所皮質過興奮性を評価することです。この方法は、てんかん患者がてんかん原性ネットワークの一部であると考えられる領域で過興奮性の証拠を持っているかどうかなど、てんかんおよび神経生理学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、接続性の関数としての脳の興奮性の違いを評価するために使用でき、さまざまな異なる脳領域にわたる皮質反応性を評価するために使用できることです。
この技術は、日常的な脳波が正常な場合でも皮質の過興奮性を特定でき、てんかん原性回路を治療的に標的にできるため、てんかんの診断と治療に影響を及ぼします。その手順を実演するのは、私の研究室の研究助手であるTamara Gedankianです。テストの前に、各被験者の機能的接続マップを各被験者の構造画像に重ね合わせて、2つのTMSターゲット領域を決定します。
実験セッションを開始するには、被験者を試験室に連れて行き、椅子に座らせます。被験者の頭部を測定し、電極インピーダンスを低く抑えるために適切なサイズの脳波計(EEG)キャップを選択します。次に、綿の先端アプリケーターとアルコールを使用して、各電極の下の皮膚を徹底的に洗浄します。
各電極に導電性ゲルを追加し、電極を押し下げて、頭皮、ゲル、電極が良好に接触するようにします。帯電アーチファクトを最小限に抑えるために、ゲルが電極ホルダーの外側に広がらないようにしてください。基準電極と接地電極を額に置き、刺激コイルからできるだけ離して配置し、TMSによる電極アーチファクトが記録全体を汚染する可能性を最小限に抑えます。
これらの電極を互いに数cm以内に配置して、コモンモードノイズを最小限に抑えます。次に、EEGシステムのインピーダンス測定ボタンを押します。EEG出力ケーブルをEEG記録システムのインピーダンスジャックに差し込んで、電極インピーダンスを確認します。
電極インピーダンスが5km以下であることを確認してください。次に、反対側の手に筋電図電極を準備します。難聴や耳鳴りのリスクを最小限に抑えるために、被験者に耳栓を渡します。
次に、赤外線検出器を被験者の頭に置き、実験セッション中の動きのリスクが最小限に抑えられるように検出器が配置されていることを確認します。ニューロナビゲーション機器に含まれているポインターを使用して、被験者上の事前に選択された外部解剖学的基準マーカーの位置を特定することにより、被験者の頭部をMRI画像に同時登録します。他の場所でパルスを適用するか、頭皮に低強度の刺激パルスを適用することにより、被験者に刺激に慣れさせます。
被験者の運動皮質を機能的接続ベースのターゲットの同側半球に配置することにより、安静時運動閾値を決定します。ハンドルが後方を向くようにコイルを回に対して垂直に角度付け、閾値以下になると予想される強度で刺激を開始します。次に、TMSが各試行で50マイクロボルトを超える振幅で運動誘発電位を一貫して誘発するまで、最大刺激装置出力の5%のステップで刺激強度を増加させます。
10 個中5 個の肯定的な応答が記録されるまで、最大刺激装置出力の 1% のステップで刺激強度を下げます。最後に、TMS強度を目的の値に設定します。ニューロナビゲーションソフトウェアを使用して、TMSの単一パルスを各ターゲット領域に適用し、パルス間の間隔を可変にして、皮質の可塑性と被験者の期待への影響を最小限に抑えます。
まず、独立成分分析(ICA)の最初のラウンドを実行し、TMSによって誘発される大きな初期筋肉活性化を表す1つまたは2つのコンポーネントを削除します。これを行うには、次に示すように、対称アプローチの高速 ICA メソッドと 10 コントラスト関数を使用して ICA を実行します。TMS アーティファクトと一致するコンポーネントを特定するには、[ツール]、[ICA を使用してデータを拒否]、および[マップによるコンポーネントの削除] を選択して、すべての ICA コンポーネントのトポグラフィック マップをプロットします。
次に、各コンポーネントの番号をクリックして、コンポーネントの詳細をプロットします。次に、[ツール]、[コンポーネントの削除] の順に選択し、[データから削除するコンポーネント] のフィールドに関連するコンポーネント番号を入力して、アーティファクト コンポーネントを削除します。ポップアップ表示される確認ボックスで、[Plot ERPs]を押して、選択したコンポーネントの削除に起因するイベント関連の可能性(ERP)を確認します。
1回の試行効果を確認するには、1回の試行をプロットを押します。ERP を確認した後、1 回の試行と同様に、Accept ボタンを押して選択したコンポーネントを削除します。ICAの2回目のラウンドを実行し、減衰、まばたき、筋肉、および電極ノイズのアーチファクトに対応するコンポーネントを削除します。
これを行うには、ICA の最初のラウンドで行ったのと同様に、対称アプローチと黄褐色コントラスト関数を備えた高速 ICA メソッドを使用して ICA を実行します。同様に、ICAの最初のラウンドで地形図で行ったのと同じように、コンポーネントのプロパティを評価します。次に、残留TMS減衰アーチファクト、まばたきアーチファクト、および筋肉アーチファクトと一致するコンポーネントをマークします。
さらに、空間的および時間的な分布に基づいて、チャネル ノイズと一致するコンポーネントをマークします。最後に、ICAの最初のラウンドで行ったのと同様に、[ツール]、[コンポーネントの削除]の順に選択し、データから削除するコンポーネントのフィールドに関連するコンポーネント番号を入力して、マークされたコンポーネントを削除します。安静状態の機能的接続性 MRI は、ヘテロトピアの領域への接続性を持つ皮質表面上の領域を特定するために使用されます。
これらの領域へのTMSは、異常な接続性を持たない領域と比較して、および健康なコントロールの同じサイトと比較して、異常に増加した遅延活動を生成します。ここでは、てんかん患者におけるTMS誘発電位の異常な後期ピークの源在化により、異常な活動が生じる脳領域を特定できます。それは、患者の発作焦点と空間的に共局在するかもしれません。
このビデオを見れば、てんかんやその他の神経精神障害を持つ患者のさまざまな領域における脳の興奮性を評価するために、安静時機能的コネクティビティ、MRIガイド下、TMS EEGをどのように使用するかを十分に理解できるはずです。この手順に続いて、反復TMSなどの他の方法を実行して、病原性ネットワークの一部である脳領域の皮質興奮性を低下させることが疾患の活動性を変更できるかどうかを判断することができます。
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この研究は、安静時機能的接続性とMRIガイドの経頭蓋磁気刺激(TMS)とEEGを組み合わせて、てんかん患者の局所的な皮質過興奮性を評価します。このアプローチは、てんかん原性ネットワークに関連する脳の領域における過興奮性を特定することを目的としています。
This multimodal imaging and stimulation method enables biopharma R&D to assess cortical hyperexcitability in epilepsy models, supporting target validation by linking functional connectivity abnormalities to electrophysiological phenotypes. It provides a mechanistic de-risking tool for evaluating circuit-level excitability changes in preclinical and translational studies, particularly for neuropsychiatric indications where network hyperexcitability is a putative driver of disease. The approach enhances predictive confidence in target selection by demonstrating causal relevance of connectivity alterations to pathophysiological states.
The method integrates into the discovery continuum by first identifying aberrant networks via rs-fcMRI, then probing their causal excitability using TMS-EEG, and finally validating target engagement through normalization of abnormal late components in evoked potentials.