Method Article

간질 환자의 뇌 흥분을 연결 관련 평가하는 멀티 모달 Imaging- 및 자극 기반 방법

DOI:

10.3791/53727

⸱

November 13th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Harvard Medical School, 2Department of Neurology, Beth Israel Deaconess Medical Center, 3Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation, Beth Israel Deaconess Medical Center, 4Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 5Department of Neurology, Massachusetts General Hospital

In This Article

Summary

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Resting-state functional-connectivity MRI는 피질 발달의 기형으로 인한 간질을 포함한 광범위한 신경 정신 질환을 가진 환자의 이상을 확인했습니다. EEG와 함께 경두개 자기 자극법은 간질 환자가 비정상적인 연결성을 가진 영역에서 피질 과흥분성을 가지고 있음을 입증할 수 있습니다.

Abstract

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휴지 상태 기능적 연결성 MRI(rs-fcMRI)는 혈액 산소 수준 의존 신호에서 시간 경과에 따른 상관 관계를 기반으로 서로 다른 뇌 영역 간의 연결을 식별하는 기술입니다. rs-fcMRI는 다양한 신경 및 정신 질환에서 뇌 연결의 이상을 확인하기 위해 광범위하게 적용되었습니다. 그러나 rs-fcMRI 연결성 이상, 뇌 전기생리학 및 질병 상태 간의 관계는 알려져 있지 않은데, 이는 부분적으로 질병 병태생리학에서 기능적 연결성 변화의 인과적 중요성이 확립되지 않았기 때문입니다. 경두개 자기 자극(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)은 전자기 유도를 사용하여 피질 활동의 초점 변화를 비침습적으로 생성하는 기술입니다. 뇌파검사(EEG)와 결합하면 TMS를 사용하여 외부 섭동에 대한 뇌의 반응을 평가할 수 있습니다. 여기에서는 신경정신질환 환자의 기능적 연결성 변화의 생리학적 중요성을 평가하기 위해 rs-fcMRI, TMS 및 EEG를 결합하는 프로토콜을 제공합니다. 우리는 피질 발달의 기형으로 인한 간질 환자의 비정상적인 연결성이 있는 영역을 식별하기 위해 rs-fcMRI를 사용한 이전에 발표된 연구의 대표적인 결과를 제공합니다. 간질 환자에 대한 자극은 일치하는 건강한 대조군 환자의 동일한 부위에 대한 자극에 비해 비정상적인 TMS 유발 EEG 활성을 초래했으며, TMS 유발 전위의 후기 구성 요소가 비정상적으로 증가했으며, 이는 피질 과흥분성과 일치했다. 이 이상은 비정상적인 휴지 상태 기능 연결이 있는 영역에만 국한되었습니다. 이전에 발작이 기록된 피험자에 대한 전기 소스 분석은 비정상적인 TMS 유발 활동의 기원이 발작 시작 영역과 공동 국한되어 간질 회로의 존재를 시사하는 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 rs-fcMRI, TMS 및 EEG를 함께 활용하여 인간 질병에서 비정상적인 뇌 연결의 생리학적 중요성을 식별하고 이해하는 방법을 보여줍니다.

Introduction

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경 두개 자기 자극 (TMS)은 비 침습적 전자기 유도를 통해 피질의 영역을 자극하는 수단이다. TMS에서는 크지 만 공간적으로 제한된 자속 대상 피질 영역에 전계를 유도하고, 이에 기초 신경 조직의 활성을 조절하는데 사용된다. 모터의 운동 피질 결과에 TMS는 근전도 (EMG)을 통해 주변으로 측정 할 수있는 잠재력을 불러 일으켰다. 쌍 또는 삼중 펄스에 적용될 때, TMS 특정 intracortical GABA 성 및 glutaminergic 회로 1-3의 활성을 평가함으로써, 인간 환자의 생체 내에서 여기 및 억제의 균형을 평가할 수있다. 특히 간질에서, TMS 연구는 대뇌 피질의 hyperexcitability 간질 4,5 환자에서 존재하는 것으로 나타났습니다, 그리고 약물 (6)에 대한 응답을 예측하여 성공적인 항 간질 약물 치료를 정상화하고있다. 대뇌 피질의 전의 또한, TMS 측정하나의 발작 (7)와 일반화 된 특발성 및 취득 초점 간질 (8) 두 환자의 형제 자매에 환자의 중간 값을 표시 citability. 이러한 연구 결과는 대뇌 피질의 흥분의 TMS 측정은 우리가 간질에 대한 endophenotypes를 식별 할 수 있습니다 것이 좋습니다. TMS-EMG 전....

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Protocol

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여기에 설명 된 프로토콜은 베스 이스라엘 집사 의료 센터와 매사 추세 츠 공과 대학의 기관 생명 윤리위원회에 의해 승인되었다.

1. 주제 선택

  1. 연구 프로토콜에 대한 환자 선택.
    1. 활성 간질 (과거 년 이내에 발작) 또는 원격 간질의 역사를 가진 환자 식별 구조적 뇌 영상에 및 뇌실 주위 결절 헤테로 토피아 (이전에 발작을 있지만 하나 지난 5 년 동안 발작 또는 약물이 꺼진 상태).
    2. 발작의 병력이없는 환자를 제외합니다. 또한 발작 대체 가능한 병인 환자를 제외 (예, 외상성 뇌 손상, 뇌졸중, 수막뇌염의 역사) 또는 다른 진단 (예, 특발성 전신 간질, 근심 측두엽 간질)과 일치하는 뇌파 소견.
    3. 추가적인 신경 학적 또는 정신 disea 환자 제외그 자체로, 또는 임의의 다른 의료 불안정한 조건. 또한 MRI, 최근 불법 물질이나 무거운 알코올 사용, 또는 특정 MRI (46) 또는 TMS 47 금기를 허용하기 전에 뇌 수술, 무능력의 역사를 가진 환자를 제외합니다.
  2. 건강한 제어 과목 선택.
    1. 각 PNH 환자의 경우 (우리의 이전에 게시 된 연구

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Results

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휴식 상태의 기능적 연결성의 fMRI는 연결없이 이소성 뇌실 주위 회색질 노쥴 높은 기능적 연결성을 보여 피질의 영역 (도 1), 및 제어 영역을 식별하기 위해 사용될 수있다. 이러한 비정상적인 기능 연결이 생리 학적 의미가 있는지 여부를 확인하려면, 상관 휴식 상태의 활동이 대뇌 피질의 영역은 제어의 자극에 의해 생성 된 뇌파 전위에 비해 neuronavigated TMS의 "연결"대상 사이트 및 유발 된 EEG 결과로 선정 될 수있다 동일한 환자의 비 연결된 대상. 또한, 같은 영역은 PNH 환자에서 볼 수있는 비정상적인 기능 연결이 환자의 임상 간질 증후군의 병태 생리 학적 의미가 있는지 여부를 확인하기 위해 건강한 대조군 (그림 2)에 타겟팅 할 수 있습니다. 대뇌 피질의 hyperex의 구체적 존재citability은 세계 평균 필드 전위의 정규화 영역 언더 - 더 - 커브를 결정하고,이 값을 자신의.......

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Discussion

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휴식 상태의 기능적 연결성 MRI는 인간의 뇌에서 네트워크 접속을 식별하고, 다른 질환 상태에서 발생 26,31,32 연결성의 변화를 식별하기 위해 사용되어왔다. 자기 공명 기능적 연결이 BOLD 신호의 상관 관계를 식별하는 기초로서 혈중 산소의 변화를 기초 신경 활동 인과 의미 이들의 fMRI 연결 발견 생리 관련성 적지 않은 관계가 그러나 및 불분명하다. TMS는 특정 대뇌 피질의 영역에서 뇌 활동의 공간적 시간적 대상으로 조작을 할 수 있습니다; EEG과 결합 될 때, TMS는 다양한 뇌 영역에 걸쳐 자극 뇌의 반응을 평가할 수있다. 연결성에 변화가 관찰 근본적인 질병 병리 생리학에 관련된 수있는 생리 학적 상관 관계가 있는지 따라서, TMS-EEG은 평가 변형의 fMRI 기능적 연결성 영역에 적용될 수있다.

이 문서 인해 비정상적인 기능 연결 네트워크 (37)의 개발과 관련되는 두뇌 발달, 뇌실 주위 결절 헤테로 토피아의 기형에 간.......

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Disclosures

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MMS, SWG, CJC 및 BSC는 공개할 것이 없습니다. APL은 Nexstim, Neuronix, Starlab Neuroscience, Neuroelectrics 및 Neosync의 과학 자문 위원회에서 활동하고 있으며 경두개 자기 자극(TMS)과 뇌파 검사(EEG) 및 자기 공명 영상(MRI)의 실시간 통합에 대한 여러 발행 및 출원 중인 특허의 발명가로 등재되어 있습니다.

Acknowledgements

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저자는 유발된 전기 활동의 근원 추정 섹션에 도움을 준 Emily L. Thorn, B.A.에게 감사의 뜻을 전합니다. MMS는 Harvard Catalyst/The Harvard Clinical and Translational Science Center(National Center for Research Resources 및 National Center for Advancing Translational Sciences, National Institutes of Health Award KL2 TR001100)의 KL2/Catalyst Medical Research Investigator Training Award의 지원을 받았습니다. CJC는 미국 국립보건원(National Institutes of Health, 5K12NS066225)의 보조금으로 지원되었습니다. APL은 Sidney R. Baer Jr. Foundation, National Institutes of Health(R01 HD069776, R01 NS073601, R21 MH099196, R21 NS082870, R21 NS085491, R21 HD07616) 및 Harvard Catalyst/Harvard Clinical and Translational Science Center(NCRR 및 NCATS, NIH UL1 RR....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3T MRI 스캐너
MRI 기능 연결 소프트웨어
MRI 이미지보기 소프트웨어MRICron
Transcranial Magnetic StimulatorNexstimeXimia Stimulator다른 공급 업체의 자극기를 사용할 수 있습니다 예 : < / i>, Magventure, Magstim
MRI 신경 항법 시스템NexstimNBS v3.2.1대체 MRI 신경 항법 시스템, eg , Brainsight, Localite
TMS 호환 EEG 시스템NexstimEximia EEG대안 : Brain Products, Synamps, ANT
MatlabMathworksR2012b대안 : Octave
EEGLab
최소 표준 추정치 (MNE) 소프트웨어
프리서퍼

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Florian, J., Müller-Dahlhaus, M., Liu, Y., Ziemann, U. Inhibitory circuits and the nature of their interactions in the human motor cortex a pharmacological TMS study. J. Physiol. 586 (2), 495-514 (2008).
  2. Rotenberg, A.

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Resting State Functional ConnectivityTranscranial Magnetic StimulationElectroencephalography RecordingEpilepsy Brain ExcitabilityCortical Hyperexcitability AssessmentTMS Evoked EEG ActivityFunctional Connectivity MRINeuronavigation Guided StimulationIndependent Component AnalysisSeizure Onset Zone Localization

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