Gecombineerde Transcraniële magnetische stimulatie en elektro-encefalografie van de Dorsolateral van de prefrontale Cortex
17 augustus 2018
Het protocol hier gepresenteerd is voor TMS-EEG studies met behulp van intracortical prikkelbaarheid test-hertest ontwerp paradigma's. De bedoeling van het protocol is voor de productie van betrouwbare en reproduceerbare corticale prikkelbaarheid maatregelen voor de beoordeling van neurofysiologische werking verband houden met therapeutische interventies bij de behandeling van neuropsychiatrische ziekten zoals depressie.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van neurologie, klinische neurofysiologie en psychiatrie door neurofysiologische signalen te bepalen die kunnen dienen als voorspellers van de respons op therapeutische interventies. Indien correct uitgevoerd, kan deze techniek op betrouwbare en reproduceerbare wijze veranderingen in corticale excitabiliteit monitoren als gevolg van deze therapeutische interventies. Stacey Shim, een onderzoeksanalyst uit ons laboratorium, zal de procedure demonstreren.
Om te beginnen, kies eerst een muts die goed past op het hoofd van de deelnemer. Plaats de Cz-elektrode op het vertex, halverwege de lijn die de nasian en inian verbindt. Zorg ervoor dat alle elektroden stevig op de hoofdhuid liggen en functioneel zijn.
Vervolgens, pas de stompe punt van een spuit aan en vul deze met elektrogeleidend gel. Plaats de punt in de elektrodengat en druk vervolgens lichtjes op de zuiger tot er wat pasta op de huid komt. Schub vervolgens de hoofdhuid met de stompe punt en zorg ervoor dat de pasta niet over de bovenkant loopt om bruggen te voorkomen.
Bereid eerst de grond- en referentie-elektroden voor. Controleer of de impedantie voor alle elektroden lager is dan vijf kiloohm. De voorbereiding van de elektroden bepaalt de kwaliteit van het opgenomen hersensignaalvermogen en minimaliseert de behoefte aan signaalverwerkingsmethoden die zowel ruis als hersensignalen die cruciaal zijn voor het onderzoek ervan, kunnen verwijderen.
Plaats nu twee wegwerpbare EMG-schijfelektroden met een diameter van ongeveer 30 millimeter over de rechter abductor pollicis brevis-spier, of APB, voor een buik-peesmontage. Plaats ook de grondelektrode volgens de richtlijnen van de fabrikant. Verbind de elektroden met de EMG-versterker.
Begin met het laden van een T1-gewogen MRI in het navigatiesysteem en kies de hoofdpunten voor registratie. Gebruik MNI- of Talairach-coördinaten van de dorsolaterale prefrontale cortex. Plaats vervolgens de hoofdtracker zodanig dat deze tijdens de stimulatiesessie niet beweegt en laat de TMS-spoel vrij bewegen.
Laat vervolgens de deelnemer oordoppen inbrengen en lijn het hoofd van de deelnemer uit met het 3D-MRI-model. Om dit te doen, raakt de hoofd van de deelnemer met de digitaliseringspen op de hoofdpunten die in de MRI zijn geselecteerd. Valideer nu de registratie door de digitaliseringspen op het hoofd van de deelnemer te plaatsen en de weergave op de computer te controleren.
Indien nodig, kalibreer de TMS-spoel door de trackers aan de spoel te bevestigen. Plaats vervolgens een polyurethaanspons onder de spoel om de trillingen van de spoel over de elektroden tijdens de TMS-pulsen te minimaliseren. Plaats de spoel op de kalibratieblok zodat alle trackers zichtbaar zijn vanaf de camera.
Druk vervolgens op de kalibratieknop op het computerscherm en houd de spoel gedurende vijf seconden in de kalibratiepositie. Instruct de deelnemer nu om te rusten en comfortabel te blijven zitten met een ontspannen rug, handen en benen. Om vervolgens de hotspot te vinden, begint u door de motorknop te targeten als het oorspronkelijke kenmerk van de corticale representatie van APB en de primaire motorische cortex, en beweeg de spoel tot er een overeenkomstig spierbeweging is.
Gebruik TMS-intensiteiten die motor-geïnduceerde drempels of MEP's van ongeveer 500 microvolt over APB oproepen. Optimaliseer de spoeloriëntatie door de hoek en kant te wijzigen om de grootste reactie over de hotspot op te roepen. Sla deze spoelpositionering op in de neuronavigator-software en verlaag de uitvoerintsiteit in stappen van 2-3%. Geef vervolgens 10 pulsen en als er meer dan vijf van de 10 MEP-reacties boven de 50 microvolt worden verkregen, ga dan door met het verminderen van de intensiteit.
Wanneer er minder dan vijf van de 10 reacties worden opgewekt, begint u de intensiteit te verhogen in stappen van 1-2%. Motorische drempel wordt weergegeven als de intensiteit die MEP's produceert die groter zijn dan 50 microvolt vijf van de tien keren. Het interstimulusinterval, ISI, voor de motorische drempel moet langer zijn dan een seconde, meestal drie tot vijf seconden. Pas vervolgens de intensiteit aan, beginnend bij 120%van de motorische drempel om MEP's over de primaire motorische cortex van 500 tot 1500 microvolt te produceren.
Neem 10 pulsen op met deze uitvoer, verhoog of verlaag de intensiteit in stappen van 1-2%totdat een gemiddelde van één microvolt wordt bereikt. De aanpassing van de spoelintensiteit is cruciaal voor het targeten van de neuronale populatie onder onderzoek, maar ook voor de kwaliteit van de signalen. Op dit punt, plaats de spoel over de dorsolaterale prefrontale cortex en stimuleer een paar keer.
Als er significante artefacten worden gegenereerd, verfijn de plaatsing van de spoel door deze iets van deze locatie af te verplaatsen. Digitaliseer nu de EEG-elektroden zodat hun positie is geregistreerd op de hersenanatomie. Vervang vervolgens de oordoppen door pneumatische audio-oortelefoons om witte ruisaudiomaskering af te spelen, indien gewenst.
En zet er koptelefoons bovenop voor gehoorbescherming. Monteer nu de spoel op de spoelhouder en zorg ervoor dat de spoel niet beweegt of de elektroden eronder drukt. Ten slotte voert u het experiment uit, inclusief single-pulse TMS, evenals paired-pulse TMS voor korte intracorticale remming, intracorticale facilitering en lange intracorticale remming, in willekeurige volgorde voor elke deelnemer.
Deze figuur toont de grote gemiddelden van TMS-opgewekte EEG-reacties vanuit de dorsolaterale prefrontale cortex regio van interesse elektroden na stimulatie. Dit omvat single-pulse TMS, korte intracorticale remming, intracorticale facilitering en lange intracorticale remming. Hier zien we N100 geëvokeerd potentiaalwaarden topografisch weergegeven over alle elektroden voor elke stimulatieconditie.
Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de elektroden nauwkeurig voor te bereiden, om het juiste stimulatiedoel te kiezen en om de stimulatie-intensiteit en spoelorientatie goed aan te passen. Na de ontwikkeling ervan, heeft deze techniek de weg gebaand voor onderzoekers op het gebied van neurowetenschappen, neurologie, klinische neurofysiologie en psychiatrie
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol beschrijft een methode voor het uitvoeren van TMS-EEG-studies die de intracorticale exciteerbaarheid beoordelen via een test-retest-ontwerp. Het doel is om betrouwbare maten te verschaffen voor het evalueren van neurofysiologische functies in relatie tot behandelingen voor neuropsychiatrische stoornissen, zoals een majeure depressie.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Klinische neurofysiologie
- Psychiatrie
Achtergrond
- Deze studie richt zich op het meten van de corticale exciteerbaarheid.
- Het doel is om voorspellende factoren voor de respons op therapeutische interventies te begrijpen.
- Het protocol is ontworpen om de reproduceerbaarheid van metingen te waarborgen.
- Het maakt gebruik van TMS en EEG voor een uitgebreide evaluatie van hersenfuncties.
Doel van de studie
- Om betrouwbare methoden te ontwikkelen voor het beoordelen van veranderingen in de corticale exciteerbaarheid.
- Om te helpen bij het identificeren van neurofysiologische signalen die gerelateerd zijn aan therapeutische responsen.
- Om het begrip van neurofysiologische mechanismen bij neuropsychiatrische behandelingen te verbeteren.
Gebruikte methoden
- TMS-EEG als primaire methode voor het meten van de corticale exciteerbaarheid.
- Het biologische model omvat deelnemers met neuropsychiatrische aandoeningen.
- Correcte electrodevoorbereiding, kalibratie van de TMS-spoel en aanpassing van de stimulatie-intensiteit zijn kritieke componenten.
- Belangrijke stappen omvatten het plaatsen van elektroden, het controleren van de impedantie en het beheersen van de TMS-parameters.
- Gegevens worden geregistreerd tijdens single-pulse en paired-pulse TMS-procedures.
Belangrijkste resultaten
- De methode faciliteert een betrouwbare monitoring van de corticale exciteerbaarheid.
- De voorbereiding van de elektroden heeft direct invloed op de signaalkwaliteit en de nauwkeurigheid van de meting.
- Tijdens de stimulatie kunnen aanzienlijke artefacten optreden, waardoor zorgvuldige aanpassingen van de spoelplaatsing noodzakelijk zijn.
- De studie optimaliseert methoden voor het vastleggen van belangrijke neurofysiologische reacties.
Conclusies
- De studie demonstreert een robuust protocol voor het verder ontwikkelen van TMS-EEG-onderzoek in de neuropsychiatrie.
- Het maakt diepere inzichten mogelijk in de corticale exciteerbaarheid en de implicaties hiervan voor behandelresponsen.
- De bevindingen zijn relevant voor het begrijpen van neuronale mechanismen en het verbeteren van therapeutische benaderingen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Gecombineerde TMS-EEG van de dorsolaterale prefrontale cortex maakt een directe, kwantitatieve beoordeling van de corticale exciteerbaarheid en connectiviteit mogelijk, wat de ontwikkeling van predictieve biomarkers voor de respons op neuropsychiatrische interventies ondersteunt. Dit reproduceerbare test-retest-paradigma versterkt de mechanistische risicoreductie en targetvalidatie op het grensvlak van discovery- en translationele neurowetenschappen. De aanpak is gepositioneerd om portfoliobeslissingen te informeren door robuuste neurofysiologische eindpunten te bieden voor therapeutische evaluaties in een vroeg stadium.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar corticale circuitfunctie en target-engagement in ziekte-relevante hersenregio's mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicovermindering door neurofysiologische veranderingen gekoppeld aan de interventie te kwantificeren.
- Vergemakkelijkt voorspellend vertrouwen in target-modulatie via reproduceerbare, kwantitatieve read-outs.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde neurofysiologische assays voor voor downstream screening van verbindingen of apparaten.
- Standaardiseert de meting van corticale exciteerbaarheid en connectiviteit voor vergelijkbaarheid tussen studies.
- Maakt reproduceerbare, kwantitatieve resultaten mogelijk die geschikt zijn voor screeningparaatheid en hergebruik van het platform.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Stemt neurofysiologische eindpunten af op translationele biomarkerstrategieën voor neuropsychiatrische aandoeningen.
- Biedt continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door test-retest betrouwbaarheid mogelijk te maken.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen over voortgang op basis van mechanistische en functionele read-outs.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert alles van vroege ontdekking tot translationeel onderzoek, waarbij de brug wordt geslagen tussen targetvalidatie, assay-ontwikkeling en preklinische biomarker-afstemming in neuropsychiatrisch R&D.
- Ontdekkingsbiologie: Kwantificeert corticale exciteerbaarheid en connectiviteit om mechanistische hypothesen te verduidelijken.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare neurofysiologische assays voor de evaluatie van interventies.
- Analyses: Biedt kwantitatieve EEG- en TMS-evokeerde read-outs voor conditievergelijking en statistische analyse.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij biomarkerstrategieën voor patiëntenstratificatie en responsvoorspelling.
- Hergebruik op bedrijfsniveau: Vestigt een herbruikbaar platform voor neurofysiologische beoordeling over verschillende programma's heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van neuropsychiatrische targets.
- Operationele waarde: Standaardiseert en schaalt neurofysiologische metingen voor reproduceerbaarheid en integratie tussen studies.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen en verbetert de kapitaalefficiëntie door het bieden van robuuste eindpunten in een vroeg stadium.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en verdere ontwikkeling van neuropsychiatrische activa mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in TMS, EEG en neuronavigatie voor een nauwkeurige gegevensverwerving.
- Vereist hoogwaardige instrumentatie en analytische infrastructuur voor het minimaliseren van artefacten en het waarborgen van signaalgetrouwheid.
- Noodzaakt tot strikte standaardisatie van elektrodeplaatsing en stimulatieparameters tussen teams.
- Aanpassing aan verschillende corticale targets kan protocoloptimalisatie voor elke hersenregio vereisen.
- Processen voor het verwijderen van artefacten kunnen onbedoeld relevante neurofysiologische signalen uitsluiten.
