$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) genereert kortstondige storing in de normale neurale activiteit in de beoogde gebieden van de hersenen. Door het creëren van deze vergankelijke neurale interferentie en het meten van een gedrags-of fysiologische verandering, kunnen we een causaal verband tussen het doelgebied en de gemeten experimentele effect te tekenen (voor een overzicht zie Pascual-Leone et al.. En Taylor et al.. 1,2). Een dergelijk experimenteel effect kan bijvoorbeeld een uitvoering op een cognitieve taak of een verandering van elektrofysiologische activiteit (EEG). Inderdaad, in de afgelopen jaren hebben de onderzoekers begonnen met het gebruik van TMS in combinatie met EEG om rechtstreeks verband corticale gebieden met event-related potentials (ERP) of oscillerende activiteit patronen (bijvoorbeeld 2-7). In deze methodologische nota zullen we een bijzonder en nuttig kader voor het combineren van TMS en EEG beschrijven: fMRI-geleide TMS tijdens een ERP-experiment. Ten eerste, zullen we detail hoe TMS van toepassing op gebieden vooraf door fMRI, tijdens het opnemen van EEG-gegevens. Wij zullen dan beschrijven een experimenteel ontwerp dat winning van betrouwbare ERP maakt. Het doel van een dergelijk experiment is verbinding hersenengebieden openbaarde met functionele MRI ERP componenten plaats causaal. Tot slot zullen we een specifiek voorbeeld van een studie met betrekking gezicht en lichaam selectieve ERPs met gezicht en lichaam selectieve gebieden die worden onthuld met fMRI geven.
Wat is het voordeel van het koppelen van EEG-signalen met fMRI activaties? EEG en fMRI worden vaak gebruikte tools om corticale reacties op visuele input te meten. Bijvoorbeeld, categorie-selectiviteit in de visuele banen werd beoordeeld voor verschillende visuele object rubrieken zoals gezichten, lichaamsdelen, en geschreven woorden, zowel door middel van ERP gewonnen uit gegevens van het EEG 8,9 en functionele MRI 10-12. De gemeten signalen van deze twee gemeenschappelijke onderzoeksinstrumenten zijn echter van fundamenteel verschillende aard. EEG draagt informatie over neurale elektrische activiteit met grote temporeleprecisie, maar zeer lage ruimtelijke resolutie en kan een mengsel van vele afzonderlijke onderliggende reflecteert. De fMRI een indirecte maat voor neuronale activiteit vertrouwen op de trage hemodynamische veranderingen tijdens stimulus en / of uitvoering van de taak, maar presenteert deze activiteit met een hogere ruimtelijke resolutie. Oprichting van een correlatie tussen de twee maatregelen kunnen dus van groot belang, maar is beperkt in die zin dat geen oorzakelijk verband tussen de hoofdhuid opgenomen elektrofysiologische respons en de geopenbaarde met functionele MRI gebieden impliceert. Zelfs als tegelijkertijd gemeten (bijv. 13-15), kan een gerichte oorzakelijk verband tussen EEG en activiteit in functioneel gedefinieerd corticale gebieden niet worden bepaald. TMS is een instrument dat kan helpen bij het bereiken van de oprichting van een dergelijk causaal verband.
Een gelijktijdige EEG-TMS studie is methodologisch uitdagende, vooral te wijten aan de hoge spanning artefact geïntroduceerd om de EEG-signaal by de magnetische stimulatie (zie figuur 1, voor een overzicht zie Ilmoniemi et al.. 16). Dit artefact bestaat uit een voorbijgaande kortlevende-puls-gerelateerde stoornis, vaak gevolgd door een langzamere tweede (of resten) artefact dat enkele honderden milliseconden kan duren na de puls wordt afgegeven Figuur 2A, dus tegen de meeste ERP componenten plaats. Deze secundaire artefact kunnen mechanische bronnen zoals geïnduceerd door de magnetische puls in de bedrading en de langzame verval van deze stromen in de huid en fysiologische bronnen zoals spieractiviteit in de hoofdhuid en auditieve of somatosensorische opgewekte potentialen opgewekt door de werking van de spoel 17-20. Hoewel de mechanische bronnen van interferentie produceren waarschijnlijk grotere amplitude artefacten dan de fysiologische modellen, kunnen deze verschillende artefacten niet worden gescheiden, en het bestaan van een van hen in het signaal kunnen de resultaten verwarren. Een mogelijk zodatlutie is de toepassing van herhaalde TMS pulsen voor EEG-registratie ("offline TMS"), in tegenstelling tot simultane EEG-TMS. Het remmende effect van een dergelijk protocol op corticale activiteit aanhoudt gedurende enkele minuten (en tot een half uur) na de stimulatie, en EEG kan worden gemeten tijdens deze effectieve tijdvenster en vergeleken met de uitgangswaarde, pre-TMS, EEG-gegevens. Herhaalde stimulatie is echter per definitie zonder de hoge tijdsresolutie die online TMS aanbiedt, waarbij pulsen worden toegediend op een precieze timing ten opzichte proces ontstaan bij de milliseconde resolutie. Het effect van repetitieve stimulatie kan ook verspreiden zich over de corticale verbindingen over een groter gebied dan gewenst en dus een aanzienlijke vermindering van de ruimtelijke resolutie ook.
Om te profiteren van zowel de ruimtelijke en temporele resolutie die TMS kan vrijmaken, kan een gelijktijdige EEG-TMS combinatie worden toegepast. Dit vereist echter werkwijzen voor het verwijderen van artefactengegenereerd door de magnetische stimulatie op het EEG-signaal. Zeer weinig offline wiskundige oplossingen voor TMS artefact verwijdering zijn voorgesteld 16,21,22, hoewel er geen methode is overeengekomen, en niemand methode kan optimaal zijn voor alle experimentele ontwerpen. Een "clipping"-systeem, bestaande uit een sample-and-hold circuit, werd ook ontwikkeld om tijdelijk stoppen EEG acquisitie tijdens TMS pulsafgifte 20. Deze techniek vereist niet alleen gespecialiseerde hardware, maar kan niet de resterende TMS artefact volledig te verwijderen. In dit artikel zullen we een aanpassing van een EEG-TMS methodologie ontwikkeld door Thut en collega's 19, met name geschikt voor ERP studies beschrijven. Deze techniek maakt het mogelijk betrouwbare extractie van ERP, terwijl het elimineren van alle resterende ruiscomponenten veroorzaakt door de TMS puls Figuur 2. We zullen verder bieden een algemene leidraad naar een succesvolle EEG-TMS experimentele opstelling.
Een andere uitdaging in TMS studies gericht in deze methodologische nota is het vinden van de beste spoel positie en hoek voor een nauwkeurige afstemming van de gewenste corticale gebied. We zullen het gebruik van een stereotactische navigatiesysteem het hoofd van de proefpersoon coregister met de vooraf verkregen functionele MRI-beelden beschrijven. Hoewel het navigatiesysteem kan worden gebruikt om anatomisch gedefinieerde hersenstructuren lokaliseren, een fMRI-geleide targeting is vooral nuttig omdat voor vele functies en experimentele effecten de precieze locatie van activering kan worden afgeleid uit anatomische markeringen alleen. Voor dergelijke functionele gebieden van belang (ROI), is de definitie van een voor elke individuele deelnemer.
Om alle bovenstaande illustratie geven we een voorbeeld van een studie we eerder uitgevoerd, waarbij EEG werd geregistreerd als TMS geleid door fMRI activaties 7 voorzien. In deze studie werd een dubbele dissociatie tussen face-selectieve en body-selectieve ERP: hoewel gezicht en lichaam ERP erwtk rond dezelfde latency en elektrodeplaatsen, gericht op individueel bepaald gezicht-selectieve en body-selectieve gebieden in de laterale achterhoofdskwab ons in staat om de neurale netwerken die ten grondslag liggen aan elk ERP reactie distantiëren. Tot slot zullen we proberen om meer algemene advies voor het optimaliseren van EEG-registratie tijdens TMS applicatie geven.