Artykuł metodologiczny

Ekstrakcja wizualnych potencjałów wywołanych z danych EEG zarejestrowanych podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej pod kontrolą fMRI

DOI:

10.3791/51063

⸱

12 maja 2014

 , 
1School of Psychological Sciences, Tel-Aviv University, 2Sagol School of Neuroscience, Tel-Aviv University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł opisuje metodę zbierania i analizowania danych elektroencefalografii (EEG) podczas jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) sterowanej aktywacjami ujawnionymi za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Opisano metodę usuwania artefaktów TMS i ekstrakcji potencjałów związanych ze zdarzeniami, a także rozważania dotyczące projektowania paradygmatu i konfiguracji eksperymentalnej.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest skuteczną metodą ustalania związku przyczynowego między obszarem korowym a efektami poznawczymi/neurofizjologicznymi. W szczególności, tworząc przejściową interferencję z normalną aktywnością regionu docelowego i mierząc zmiany w sygnale elektrofizjologicznym, możemy ustalić związek przyczynowy między stymulowanym obszarem lub siecią mózgu a sygnałem elektrofizjologicznym, który rejestrujemy. Jeśli docelowe obszary mózgu zostaną funkcjonalnie zdefiniowane za pomocą wcześniejszego skanu fMRI, TMS może być wykorzystany do połączenia aktywacji fMRI z zarejestrowanymi potencjałami wywołanymi. Jednak przeprowadzenie takich eksperymentów stanowi poważne wyzwanie techniczne, biorąc pod uwagę artefakty o dużej amplitudzie wprowadzane do sygnału EEG przez impuls magnetyczny oraz trudności w skutecznym celowaniu w obszary, które zostały funkcjonalnie zdefiniowane przez fMRI. W tym miejscu opisujemy metodologię łączenia tych trzech popularnych narzędzi: TMS, EEG i fMRI. Wyjaśniamy, jak skierować cewkę stymulatora do pożądanego obszaru docelowego za pomocą anatomicznych lub funkcjonalnych danych MRI, jak rejestrować EEG podczas jednoczesnego TMS, jak zaprojektować badanie ERP odpowiednie dla kombinacji EEG-TMS i jak wydobyć wiarygodne ERP z zarejestrowanych danych. Przedstawimy reprezentatywne wyniki z wcześniej opublikowanego badania, w którym TMS pod kontrolą fMRI zastosowano równolegle z EEG, aby pokazać, że selektywny dla twarzy N1 i selektywny dla ciała komponent N1 ERP są związane z odrębnymi sieciami neuronowymi w korze pozaprążkowej. Metoda ta pozwala nam połączyć wysoką rozdzielczość przestrzenną fMRI z wysoką rozdzielczością czasową TMS i EEG, a tym samym uzyskać kompleksowe zrozumienie neuronalnych podstaw różnych procesów poznawczych.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) generuje chwilowe zakłócenia normalnej aktywności neuronalnej w docelowych obszarach mózgu. Tworząc tę przejściową interferencję neuronalną i mierząc zmianę behawioralną lub fizjologiczną, możemy narysować związek przyczynowo-skutkowy między obszarem docelowym a mierzonym efektem eksperymentalnym (przegląd patrz Pascual-Leone i wsp. oraz Taylor i wsp.1,2). Takim efektem eksperymentalnym może być np. wykonanie zadania poznawczego lub zmiana aktywności elektrofizjologicznej (EEG). Rzeczywiście, w ostatnich latach naukowcy zaczęli używać TMS w połączeniu z EEG, aby bezpośrednio powiązać obszary korowe z potencjałami związanymi ze zdarzeniami (ERP) lub wzorcami aktywności oscylacyjnej (np. 2-7). W tym artykule metodologicznym opiszemy szczególny i użyteczny framework do łączenia TMS i EEG: TMS sterowany fMRI podczas eksperymentu ERP. Najpierw szczegółowo opiszemy, jak zastosować TMS do obszarów predefiniowanych przez fMRI, jednocześnie rejestrując dane EEG. Następnie opiszemy eksperymentalny projekt, który pozwala na wydobycie niezawodnego ERP. Celem takiego eksperymentu jest przyczynowe powiązanie obszarów mózgu ujawnionych za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego z interesującymi komponentami ERP. Na koniec podamy konkretny przykład badania łączącego selektywne ERP twarzy i ciała z selektywnymi obszarami twarzy i ciała, które ujawniają się za pomocą fMRI.

Jakie są korzyści z połączenia sygnałów EEG z aktywacjami fMRI? EEG i fMRI są powszechnie stosowanymi narzędziami do pomiaru reakcji kory mózgowej na bodźce wzrokowe. Na przykład selektywność kategorii w ścieżce wzrokowej oceniano dla różnych kategorii obiektów wzrokowych, takich jak twarze, części ciała i słowa pisane, zarówno za pomocą ERP wyekstrahowanego z danych EEG8,9, jak i funkcjonalnego MRI10-12. Sygnały mierzone przez te dwa wspólne narzędzia badawcze mają jednak zasadniczo różny charakter. EEG przenosi informacje o neuronalnej aktywności elektrycznej z dużą precyzją czasową, ale bardzo niską rozdzielczością przestrzenną i może odzwierciedlać mieszaninę wielu oddzielnych źródeł leżących u podstaw. fMRI zapewnia pośrednią miarę aktywności neuronalnej polegającą na powolnych zmianach hemodynamicznych zachodzących podczas prezentacji bodźca i/lub wykonywania zadania, ale przedstawia tę aktywność z wyższą rozdzielczością przestrzenną. Ustalenie korelacji między tymi dwoma pomiarami może być zatem bardzo interesujące, ale jest ograniczone, ponieważ nie implikuje związku przyczynowego między zarejestrowaną reakcją elektrofizjologiczną skóry głowy a obszarami ujawnionymi za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Nawet przy jednoczesnym pomiarze (np. 13-15) nie można określić kierunkowego związku przyczynowo-skutkowego między EEG a aktywnością w funkcjonalnie zdefiniowanych obszarach kory mózgowej. TMS jest narzędziem, które może pomóc w ustaleniu takiego związku przyczynowego.

Równoczesne badanie EEG-TMS jest metodologicznie trudne, głównie ze względu na artefakt wysokiego napięcia wprowadzany do sygnału EEG przez stymulację magnetyczną (patrz Rysunek 1, przegląd patrz Ilmoniemi et al.16). Ten artefakt składa się z przejściowego zakłócenia związanego z impulsem krótkotrwałym, po którym często następuje wolniejszy artefakt wtórny (lub resztkowy), który może trwać kilkaset milisekund po dostarczeniu impulsu Rysunek 2A, zastępując w ten sposób większość interesujących komponentów ERP. Ten wtórny artefakt może obejmować źródła mechaniczne, takie jak prądy indukowane przez impuls magnetyczny do okablowania i powolny zanik tych prądów w skórze, oraz źródła fizjologiczne, takie jak aktywność mięśni na skórze głowy i słuchowe lub somatosensoryczne potencjały wywołane wywołane przez działanie cewki17-20. Chociaż mechaniczne źródła zakłóceń prawdopodobnie wytwarzają artefakty o większej amplitudzie niż fizjologiczne, tych różnych artefaktów nie można rozdzielić, a istnienie któregokolwiek z nich w sygnale może zakłócić wyniki. Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie powtarzających się impulsów TMS przed zapisem EEG ("offline TMS"), w przeciwieństwie do jednoczesnego EEG-TMS. Hamujący wpływ takiego protokołu na aktywność kory mózgowej utrzymuje się przez kilka minut (i do pół godziny) po stymulacji, a EEG można zmierzyć w tym efektywnym oknie czasowym i porównać z danymi wyjściowymi, pre-TMS, EEG. Stymulacja powtarzalna jest jednak z definicji pozbawiona wysokiej rozdzielczości czasowej, którą może oferować TMS online, gdzie impulsy mogą być podawane w precyzyjnym czasie w stosunku do początku próby w rozdzielczości milisekundowej. Efekt powtarzającej się stymulacji może również rozprzestrzeniać się za pośrednictwem połączeń korowych na szerszym obszarze niż pożądany, a zatem znacznie zmniejszać rozdzielczość przestrzenną.

Aby skorzystać zarówno z rozdzielczości przestrzennej, jak i czasowej, którą może zapewnić TMS, można zastosować jednoczesną kombinację EEG-TMS. Wymaga to jednak metod usuwania artefaktów generowanych przez stymulację magnetyczną sygnału EEG. Zaproponowano bardzo niewiele rozwiązań matematycznych offline do usuwania artefaktów TMS16,21,22, chociaż żadna metoda nie została uzgodniona i żadna metoda nie może być optymalna dla wszystkich projektów eksperymentalnych. Opracowano również system "obcinania", składający się z obwodu pobierania próbki i zatrzymania, aby chwilowo zatrzymać akwizycję EEG podczas dostarczania impulsu TMS 20. Ta technika nie tylko wymaga specjalistycznego sprzętu, ale może nie usunąć całkowicie pozostałego artefaktu TMS. W tym artykule opiszemy adaptację metodologii EEG-TMS opracowanej przez Thut i współpracowników19, szczególnie przydatnej w badaniach ERP. Technika ta pozwala na niezawodną ekstrakcję ERP przy jednoczesnej eliminacji wszystkich szczątkowych składników szumu powodowanych przez impuls TMS Rysunek 2. Będziemy dalej udzielać ogólnych wskazówek dotyczących udanej konfiguracji eksperymentalnej EEG-TMS.

Kolejnym wyzwaniem w badaniach TMS omówionym w tym artykule metodologicznym jest znalezienie najlepszej pozycji i kąta cewki dla dokładnego wycelowania w pożądany obszar kory. Opiszemy zastosowanie systemu nawigacji stereotaktycznej do jednoczesnej rejestracji głowy pacjenta z wcześniej uzyskanymi funkcjonalnymi obrazami MRI. Chociaż system nawigacji może być używany do lokalizacji anatomicznie zdefiniowanych struktur mózgu, celowanie pod kontrolą fMRI jest szczególnie przydatne, ponieważ w przypadku wielu funkcji i efektów eksperymentalnych dokładnej lokalizacji aktywacji nie można wywnioskować na podstawie samych markerów anatomicznych. Dla takich funkcjonalnych obszarów zainteresowania (ROI) definicja obszaru jest dokonywana indywidualnie dla każdego uczestnika.

Aby zilustrować wszystko powyżej, podamy przykład badania, które przeprowadziliśmy wcześniej, w którym EEG było rejestrowane równolegle z TMS prowadzonym przez aktywacje fMRI7. W tym badaniu dokonano podwójnej dysocjacji między selektywnymi ERP twarzy i ciała: chociaż ERP twarzy i ciała osiągają szczyt wokół tych samych miejsc opóźnienia i elektrod, celowanie w indywidualnie zdefiniowane obszary selektywne dla twarzy i ciała w bocznym płacie potylicznym umożliwiło nam dysocjację sieci neuronowych leżących u podstaw każdej odpowiedzi ERP. Na koniec postaramy się udzielić bardziej ogólnych porad dotyczących optymalizacji zapisu EEG podczas aplikacji TMS.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Eksperyment jest przeprowadzany w dwóch oddzielnych sesjach. Podczas pierwszej sesji przeprowadzany jest eksperyment z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym (np. lokalizator funkcjonalny) w celu zdefiniowania pożądanych obszarów docelowych TMS na podstawie indywidualnego obiektu. Wyniki fMRI są następnie wprowadzane do stereotaktycznego systemu nawigacji w celu dokładnego namierzenia TMS. Druga sesja odbywa się po analizie danych fMRI, podczas której EEG jest rejestrowane równolegle z TMS. Opisany tutaj protokół został zatwierdzony przez komisję etyczną Centrum Medycznego Sourasky w Tel-Awiwie.

W przykładzie podanym w tym artykule, dane były analizowane za pomocą MATLAB w wersji 7.7 (R2008b). Oprogramowanie do statystycznego mapowania parametrycznego (SPM 5) dla MATLAB i zestaw narzędzi MarsBar dla SPM 23 zostały użyte do przetwarzania danych fMRI.

1. Sesja fMRI i analiza danych fMRI

  1. Uruchom funkcjonalne zadanie MRI przy użyciu sekwencji obrazowania echa płaskiego (EPI) w celu określenia pożądanych ognisk aktywacji, które mają być celem TMS. Aby uzyskać lepszą dysocjację między sąsiednimi obszarami, takimi jak OFA i EBA w poniższym przykładzie, zalecane jest skanowanie w wysokiej rozdzielczości. Woksele o średnicy 3mm3 lub mniejszej, uzyskane za pomocą cewki głowicy MRI składającej się z 8 lub więcej kanałów, są wystarczające do wyznaczenia sąsiednich obszarów.
  2. Uruchom skan strukturalny T1-ważony, aby uzyskać dane neuroanatomiczne. Upewnij się, że twarz uczestnika jest w całości uwzględniona w polu widzenia tego skanu, ponieważ zewnętrzne znaczniki na obrazie (np. czubek nosa) zostaną później wykorzystane do jednoczesnego zarejestrowania głowy osoby badanej z jej skanem.
  3. Po zebraniu danych użyj zestawu narzędzi MarsBar dla SPM, aby zdefiniować pożądane obszary mózgu zainteresowania na podstawie kontrastów między warunkami eksperymentalnymi. Użyj kontrastów face>objects, aby zdefiniować obszar potyliczny twarzy (OFA) i bodies>objects, aby zdefiniować obszar ciała extrastirate (EBA). Aby dodatkowo upewnić się, że dwa cele korowe są funkcjonalnie różne, użyj "koniunkcji" (w MarsBar), aby zamaskować z każdego ROI wszelkie woksele reagujące na drugi warunek eksperymentalny (wyklucz woksele twarzowe z EBA i woksele ciała z OFA).
  4. Skoreluj obrazy strukturalne T1 ze skanami funkcjonalnymi za pomocą SPM.
  5. Skopiuj pliki ze skanowania strukturalnego, jak również odpowiednie pliki kontrastu funkcjonalnego, na dysk przenośny w celu przesłania do systemu nawigacyjnego.

2. Przygotowanie paradygmatu dla eksperymentu EEG-TMS, który pozwoli na ekstrakcję ERP

Opisana w sekcji poniżej jest metoda zbierania danych EEG podczas aplikacji TMS w sposób, który pozwala na ekstrakcję wiarygodnych i powtarzalnych ERP19. Zaletą tej techniki jest to, że z łatwością radzi sobie z wtórnym, długotrwałym artefaktem TMS i jest wystarczająco wytrzymała, aby umożliwić przywrócenie danych na elektrodach znajdujących się bezpośrednio pod cewką TMS, gdzie artefakt ma najwyższe napięcie i najdłuższy czas trwania.

  1. Organizacja paradygmatu
    1. Uruchom różne warunki TMS (różne docelowe obszary mózgu, a także warunek braku TMS) w oddzielnych blokach.
    2. W ramach każdego bloku zaprezentuj uczestnikowi losowo wszystkie warunki bodźcowe (np. twarze, przedmioty, sceny itd.) w projekcie związanym z wydarzeniem.
    3. Aby uzyskać lepszą jakość szablonu ERP i TMS-noise (poniżej), upewnij się, że masz co najmniej 50 prób na warunek.
  2. Ustaw czas impulsu/impulsów TMS na żądane opóźnienie po pojawieniu się obrazu. Odbywa się to poprzez zapis do portu równoległego, z którego idzie do stymulatora TMS. Ta funkcja jest dostępna w większości programów do eksperymentów psychologicznych, takich jak Psychtoolbox (wersje 2 lub 3) dla MATLAB 24 lub E-Prime (patrz Tabela materiałów). Zniekształc interwał między bodźcami (ISI), aby zmniejszyć przewidywalność bodźca (i impulsu) (np. dodaj losową wartość z zakresu od 0 do 500 ms przy każdym ISI).
  3. Przygotuj dodatkowy warunek pustego ekranu:
    1. Przygotuj próby, podczas których TMS będzie stosowany z taką samą intensywnością, ale bez prezentacji bodźca na ekranie. Te próby TMS na pustym ekranie będą służyć do obliczenia szablonu artefaktu TMS w przypadku braku stymulacji wizualnej.
    2. Ustaw liczbę powtórzeń ślepej próby tak, aby była identyczna z liczbą powtórzeń dowolnego z warunków eksperymentalnych w bloku.
    3. Aby uzyskać dokładne odwzorowanie kształtu artefaktu resztkowego TMS, losowo należy losowo przeprowadzić ślepe próby w całym bloku, zamiast prezentować je wszystkie na początku lub na końcu.

3. Konfiguracja EEG i systemu neuronawigacji oraz przeprowadzanie eksperymentu

Dokładne targetowanie TMS indywidualnie zdefiniowanych ROI jest możliwe dzięki użyciu stereotaktycznego systemu nawigacji, składającego się z kamery na podczerwień, czujników podczerwieni zamontowanych na głowie uczestnika oraz specjalistycznego oprogramowania.

  1. Sprawdzanie uczestników w oparciu o kryteria bezpieczeństwa TMS. Wyklucz z udziału osoby, u których w przeszłości lub w rodzinie występowała padaczka, osoby z innymi schorzeniami neurologicznymi lub z częstymi migrenami oraz osoby przyjmujące leki psychoaktywne. Chociaż zazwyczaj nie są one poddawane badaniom przesiewowym, osoby z podejrzeniem zaburzeń autonomicznych, takich jak omdlenia wazowagalne (najczęściej objawiające się skłonnością do łatwego omdlenia) mogą również zostać wykluczone. Poinstruuj uczestników, aby unikali napojów alkoholowych począwszy od poprzedniego wieczoru i napojów zawierających kofeinę co najmniej 2 godziny przed eksperymentem. Aby uzyskać dalsze instrukcje i dyskusję na temat bezpieczeństwa, zobacz Rossi et al25 oraz przegląd bezpieczeństwa Magstim (http://joedevlin..ucl.ac.uk/tms/docs/magstim_safety.pdf).
  2. Przygotuj system neuronawigacji:
    1. Przed rozpoczęciem sesji należy wprowadzić pliki skanowania strukturalnego do oprogramowania systemu nawigacyjnego.
    2. Nałóż wyniki funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (kontrasty) na obrazy strukturalne
      3. .
    3. Korzystając z oprogramowania Neuronavigation, zaznacz pożądane cele na obrazach, a także zewnętrzne markery anatomiczne, które posłużą do korejestracji: czubek nosa, najgłębsza część grzbietu nosowego, często określana jako nasion, oraz tragus każdego ucha.
  3. Zamontuj czepek EEG na głowie uczestnika i podłącz elektrody:
    1. Staraj się, aby impedancja elektrody nie była wyższa niż 5 kΩ.
    2. Aby uniknąć nagrzewania się elektrod związanych z TMS, używaj jak najmniejszej ilości żelu. Aby uzyskać dobrą impedancję przy niewielkiej ilości żelu, należy dokładnie przygotować skórę. Opcjonalnie poproś uczestników, aby umyli włosy przed przyjściem na eksperyment.
    3. Upewnij się, że przewody elektrod nie krzyżują się ze sobą i są zorientowane z dala od lokalizacji cewki. Unikaj pętli w przewodach.
    4. Użyj wysokiej częstotliwości próbkowania, aby lepiej odwzorować artefakt szumu. Zaleca się stosowanie częstotliwości 1 kHz lub wyższej, ponieważ większość wcześniejszych badań z użyciem tej metody zawierała7,26-28.
    5. Umieść elektrody odniesienia i masową jak najdalej od cewki. W tym przykładzie obszary w korze potylicznej zostały namierzone za pomocą odniesienia nosowego i podłoża Fz7. Aby zapoznać się z innymi przykładami, zobacz 3,4,27,29,30. Należy pamiętać, że w razie potrzeby dane mogą być ponownie odwoływane w trybie offline do nowego odwołania, takiego jak wspólna średnia.
      Uwaga: Aby zapoznać się z przeglądem na temat optymalizacji konfiguracji TMS-EEG, zobacz Veniero i wsp. 31.
  4. Zarejestruj głowę pacjenta ze skanem w następujący sposób:
    1. Zamontuj detektory podczerwieni na głowie uczestnika.
    2. Rejestruj położenie głowy z systemem nawigacyjnym za pomocą predefiniowanych znaczników (czubek nosa itp. Patrz rysunek 3). Zaleca się powtórzenie korejestracji między blokami, aby zapewnić dokładne umieszczenie cewki na wszystkich etapach.
  5. Zlokalizuj obszary docelowe:
    1. Umieść fotografowaną osobę z podbródkiem opartym na podbródku w żądanej odległości od ekranu.
    2. Upewnij się, że uczestnicy wygodnie siedzą na swoim krześle, ponieważ są proszeni o powstrzymanie się od ruchów podczas bloków eksperymentalnych (ważne dla dokładnego pomiaru za pomocą szablonu hałasu).
    3. Wybierz cel TMS z systemu nawigacyjnego Rysunek 3.
    4. Za pomocą wskaźnika (patrz Tabela materiałów), pozwól, aby system nawigacyjny poprowadził użytkownika do optymalnej lokalizacji cewki i oznacz ją małą naklejką na nasadce elektrody. Ważne jest, aby trzymać wskaźnik prostopadle do głowy. Powtórz ten etap przed każdym blokiem. Należy pamiętać, że nie zaleca się korzystania z nawigacji online podczas bloku (poruszanie się po samej cewki podczas trzymania jej), ponieważ należy unikać wszelkich ruchów cewki, aby uzyskać najlepszy pomiar szablonu artefaktu TMS. Stwierdzono, że predefiniowanie i oznaczanie lokalizacji TMS jest optymalnym sposobem na osiągnięcie stabilnej stymulacji.
    5. Poprowadź precyzyjny środek cewki do znacznika, trzymając go za uchwyt. Upewnij się, że jest styczny do głowy.
  6. Ustaw intensywność TMS na żądaną wartość. Podaj jeden impuls testowy do zatwierdzenia przez uczestnika.
  7. Uruchom blok eksperymentalny.
  8. Warunek braku TMS: jeśli specjalistyczna fikcyjna cewka TMS nie jest dostępna, umieść cewkę TMS obok głowy badanego i przechyl ją pod kątem 90°. Uruchom blok jak zwykle, łącznie z pustymi próbami.
    Czytelnik może również zapoznać się z dokumentem wideo JoVE autorstwa Andona i Zatorre32 w celu dalszej demonstracji systemu nawigacji.

4. Analiza danych EEG i przetwarzanie ERP

  1. Usuń artefakt natychmiastowego impulsu w następujący sposób:
    1. Jeśli urządzenie klipsujące nie jest dostępne (patrz wyżej), pierwszym krokiem w przetwarzaniu danych EEG byłoby wycięcie z danych samego artefaktu impulsu TMS. Należy pamiętać, że ten krok można pominąć, jeśli filtry nie są pożądane. Jeśli jednak zostaną zastosowane filtry, kształt artefaktu o ostrej krawędzi spowoduje zniekształcenia danych. Wąskie okno czasowe od 10 do 15 ms po wystąpieniu impulsu powinno wystarczyć, ale pamiętaj, aby zweryfikować to poprzez oględziny danych.
    2. Połącz dwa odcięte końce powstałe po usunięciu impulsu. Dwie główne metody osiągnięcia tego celu zostały zasugerowane w poprzednich raportach: 1. po prostu połącz ze sobą dwa końce pozostałe po usunięciu impulsu (patrz Fuggetta i wsp.26 i rys. 1); 2. Interpoluj linię między dwoma odciętymi końcami, generując równo rozmieszczone wartości między nimi7. Równanie użyte do tej interpolacji jest następujące: dla każdego brakującego punktu danych y w próbce x oblicz y=y0+((y1-y 0)*(x-x0))/(x1-x 0), gdzie x0 i y0 są współrzędnymi ostatniego punktu danych przed segmentem cięcia, a x1 i y1 są współrzędnymi pierwszego punktu danych po przekroju segmentu. Obie techniki zapewniają, że filtry mogą być stosowane do danych bez generowania tętnień spowodowanych ostrymi krokami napięcia, jak pokazano na rysunku 1. Zapoznaj się z pracą Reichenbacha i współpracowników27, aby uzyskać bardziej złożoną interpolację wielomianową 3
      3. . rzędu.
  2. Zastosuj metodę odejmowania:
    1. Dla każdego bloku eksperymentalnego, w tym warunku kontrolnego bez TMS, jeśli występuje, należy obliczyć uśredniony ERP dla prób z pustym ekranem, blokując je czasowo do rozpoczęcia próby (tak jakby przedstawiono obraz).
    2. Odejmij ten uśredniony szablon od każdej próby wszystkich innych warunków bodźca. Jeśli uruchomiono kilka bloków dla tego samego miejsca stymulacji, zrób to osobno dla każdego bloku, ponieważ szablon będzie się nieco różnił między blokami.
  3. Wszystkie inne etapy wstępnego przetwarzania i przetwarzania są przeprowadzane tak, jak w każdym innym eksperymencie ERP.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Równoczesne badanie EEG-TMS zostało wykorzystane do ustalenia, czy reakcje ERP na twarze i ciała zarejestrowane na potyliczno-skroniowej skórze głowy są rozłączone. Kiedy prezentowane są bodźce wzrokowe, w tylno-bocznych miejscach elektrod rejestrowany jest wyraźny składnik N1. W szczególności składowa N1 jest zazwyczaj większa dla twarzy i ciała niż dla innych kategorii bodźców8,33. Oceniając wpływ stymulacji na selektywne obszary mózgu twarzy i ciała zdefiniowane za pomocą fMRI na ich odpowiednim komponencie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Posiadając unikalną zdolność do chwilowego zakłócania normalnej aktywności neuronalnej w wybranych obszarach kory mózgowej, w precyzyjnych punktach czasowych i ze stosunkowo dobrą dokładnością przestrzenną, TMS pozwala na przyczynowe powiązanie stymulowanego obszaru mózgu z pomiarem behawioralnym lub neurofizjologicznym. W tym artykule opisaliśmy metodę pomiaru EEG podczas jednoczesnej aplikacji TMS, celującą w funkcjonalnie zdefiniowane obszary kory mózgowej i stosującą analizę, która umożliwia wiarygodny pomiar odpowie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chcielibyśmy podziękować Davidowi Pitcherowi za jego cenny wkład w ten eksperyment TMS. Badania te zostały sfinansowane ze stypendium z Instytutu Mapowania Mózgu Levie-Edersheim-Gitter dla B.S., grantu z Fundacji Wolfsona; granty 65/08 i 1657/08 od Izraelskiej Fundacji Naukowej oraz stypendium podróżne z Programu Wymiany Naukowców British Council do G.Y. Eksperyment został przeprowadzony w Wohl Institute for Advanced Imaging, Tel-Aviv Sourasky Medical Center.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Skaner MRI 3.0 T SignaGeneral Electric
BrainAmpBrain Products GmbHBP-01300
Skrzynka wejściowa elektrodBrain Products GmbHOpcjonalny
PowerPack - bateria do wzmacniaczaBrain Products GmbHBP-02615
BrainCap - 32 płaskie elektrody na elastycznej nasadce Brain Products GmbHBP-0300MRElektrody płaskie powinny być używane, aby zapewnić krótszą odległość między cewką a skórą głowy. Jeśli używane są większe (np. typu pinowego) elektrody, usuń te znajdujące się pod cewką
Stymulator TMS Super Rapid2Magstim
50 mm z podwójną cewkąMagstim
UchwytKażde mechaniczne ramię lub statyw, który może utrzymać cewkę, należy ustawić pod odpowiednim kątem i w odpowiednim miejscu oraz utrzymywać cewkę stabilnie podczas stymulacji
Podbródek
Kamera termowizyjna PolarisRogue Research Inc
Trackery i narzędzie wskaźnikowe PolarisRogue Research Inc
Stacja robocza i oprogramowanieBrainSight Rogue Research Inc
Oprogramowanie BrainVision RecorderBrain Products GmbHBP-00010
Oprogramowanie MATLABThe MathWorks Inc
SPM dla MatlabWellcome Department of Imaging Neuroscience, Londyn, Wielka Brytania
Zestaw narzędzi dla regionu zainteresowania MarsBar dla SPM
Psychtoolbox dla MATLABTen zestaw narzędzi i oprogramowanie E-prime (poniżej) są przykładami oprogramowania do prezentacji bodźców, które może dostarczać polecenia do stymulatora TMS i rejestratora EEG z niezawodnym
oprogramowaniemE-Prime do pomiaru czasuNarzędzia oprogramowania psychologicznego, Inc.
Wzmacniacz cewki

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Curr Opin Neurobiol. 10, 232-237 (2000).
  2. Taylor, P. C., Walsh, V., Eimer, M. Combining TMS and EEG to study cognitive function and cortico-cortico interactions. Behav Brain Res. 191, 141-147 (2008).
  3. Dugue, L., Marque, P., VanRullen, R. The Phase of Ongoing Oscillations Mediates the Causal Relation between Brain Excitation and Visual Perception. Journal of Neuroscience. 31, 11889-11893 (2011).
  4. Massimini, M., et al. Triggering sleep slow waves by transcranial magnetic stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 8496-8501 (2007).
  5. Taylor, P. C., Nobre, A. C., Rushworth, M. F. FEF TMS affects visual cortical activity. Cereb Cortex. 17, 391-399 (2007).
  6. Thut, G., Miniussi, C. New insights into rhythmic brain activity from TMS-EEG studies. Trends Cogn Sci. 13, 182-189 (2009).
  7. Sadeh, B., et al. Stimulation of category-selective brain areas modulates ERP to their preferred categories. Curr Biol. 21, 1894-1899 (2011).
  8. Bentin, S., Allison, T., Puce, A., Perez, E., McCarthy, G. Electrophysiological studies of face perception in humans. Journal of Cognitive Neuroscience. 8, 551-565 (1996).
  9. Rossion, B., Joyce, C. A., Cottrell, G. W., Tarr, M. J. Early lateralization and orientation tuning for face, word, and object processing in the visual cortex. Neuroimage. 20, 1609-1624 (2003).
  10. Baker, C. I., et al. Visual word processing and experiential origins of functional selectivity in human extrastriate cortex. Proc Natl Acad Sci USA. 104, 9087-9092 (2007).
  11. Kanwisher, N., Yovel, G. The fusiform face area: a cortical region specialized for the perception of faces. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 361, 2109-2128 (2006).
  12. Op de Beeck,, P, H., Haushofer, J., Kanwisher, N. G. Interpreting fMRI data: maps, modules and dimensions. Nat Rev Neurosci. 9, 123-135 (2008).
  13. Okon-Singer, H., et al. Spatio-temporal indications of sub-cortical involvement in leftward bias of spatial attention. Neuroimage. 54, 3010-3020 (2011).
  14. Sadaghiani, S., et al. alpha-band phase synchrony is related to activity in the fronto-parietal adaptive control network. J Neurosci. 32, 14305-14310 (2012).
  15. Sadeh, B., Podlipsky, I., Zhdanov, A., Yovel, G. Event-related potential and functional MRI measures of face-selectivity are highly correlated: a simultaneous ERP-fMRI investigation. Human Brain Mapping. 31, 1490-1501 (2010).
  16. Ilmoniemi, R. J., Kicic, D. Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topogr. 22, 233-248 (2010).
  17. Julkunen, P., et al. Efficient reduction of stimulus artefact in TMS-EEG by epithelial short-circuiting by mini-punctures. Clin Neurophysiol. 119, 475-481 (2008).
  18. Siebner, H. R., et al. Consensus paper: combining transcranial stimulation with neuroimaging. Brain Stimulation. 2, 58-80 (2009).
  19. Thut, G., Ives, J. R., Kampmann, F., Pastor, M. A., Pascual-Leone, A. A new device and protocol for combining TMS and online recordings of EEG and evoked potentials. Journal of Neuroscience Methods. 141, 207-217 (2005).
  20. Virtanen, J., Ruohonen, J., Naatanen, R., Ilmoniemi, R. J. Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation. Med Biol Eng Comput. 37, 322-326 (1999).
  21. Litvak, V., et al. Artifact correction and source analysis of early electroencephalographic responses evoked by transcranial magnetic stimulation over primary motor cortex. Neuroimage. 37, 56-70 (2007).
  22. Morbidi, F., et al. Off-line removal of TMS-induced artifacts on human electroencephalography by Kalman filter. Journal of Neuroscience Methods. 162, 293-302 (2007).
  23. Brett, M., Anton, J. L., Valabregue, R., Poline, J. B. The 8th International Conference on Functional Mapping of the Human Brain. , Sendai, Japan. (2002).
  24. Brainard, D. H. The Psychophysics Toolbox. Spat. Vis. 10, 433-436 (1997).
  25. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
  26. Fuggetta, G., Pavone, E. F., Walsh, V., Kiss, M., Eimer, M. Cortico-cortical interactions in spatial attention: A combined ERP/TMS study. J Neurophysiol. 95, 3277-3280 (2006).
  27. Reichenbach, A., Whittingstall, K., Thielscher, A. Effects of transcranial magnetic stimulation on visual evoked potentials in a visual suppression task. Neuroimage. 54, 1375-1384 (2011).
  28. Taylor, P. C., Walsh, V., Eimer, M. The neural signature of phosphene perception. Human Brain Mapping. 31, 1408-1417 (2010).
  29. Iwahashi, M., Katayama, Y., Ueno, S., Iramina, K. Effect of transcranial magnetic stimulation on P300 of event-related potential. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 1359-1362 (2009).
  30. Zanon, M., Busan, P., Monti, F., Pizzolato, G., Battaglini, P. P. Cortical connections between dorsal and ventral visual streams in humans: Evidence by TMS/EEG co-registration. Brain Topogr. 22, 307-317 (2010).
  31. Veniero, D., Bortoletto, M., Miniussi, C. TMS-EEG co-registration: on TMS-induced artifact. Clin Neurophysiol. 120, 1392-1399 (2009).
  32. Andoh, J., Zatorre, R. J. Mapping the after-effects of theta burst stimulation on the human auditory cortex with functional imaging. J Vis Exp. , (2012).
  33. Thierry, G., et al. An event-related potential component sensitive to images of the human body. Neuroimage. 32, 871-879 (2006).
  34. Pitcher, D., Charles, L., Devlin, J. T., Walsh, V., Duchaine, B. Triple dissociation of faces, bodies, and objects in extrastriate cortex. Curr Biol. 19, 319-324 (2009).
  35. Pitcher, D., Walsh, V., Yovel, G., Duchaine, B. TMS evidence for the involvement of the right occipital face area in early face processing. Curr Biol. 17, 1568-1573 (2007).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

EEG Artifact RemovalfMRI guided TMSEvent Related PotentialsStereotactic NavigationERP ExtractionTMS Artifact TemplateConcurrent EEG TMSFunctional MRI Coregistration

Powiązane artykuły