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.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ekstrakcja wizualnych potencjałów wywołanych z danych EEG zarejestrowanych podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej pod kontrolą fMRI
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
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
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 koro....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
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,....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Do wykazania, czy odpowiedzi ERP na twarze i ciała rejestrowane w obszarze potyliczno-skroniowym skalpu są rozdzielone, wykorzystano jednoczesne badanie EEG-TMS. Podczas prezentacji bodźców wizualnych w tylno-bocznych miejscach rozmieszczenia elektrod rejestrowany jest wyraźny komponent N1. W szczególności komponent N1 jest zazwyczaj większy dla twarzy i ciał niż dla innych kategorii bodźców8,33. Oceniając wpływ stymulacji zdefiniowanych za pomocą fMRI obszarów mózgu selektywnych dla twarzy i ciał na odpowiada.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
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
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Podziękowania
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
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Skaner MRI 3.0 T Signa | General Electric | ||
| BrainAmp | Brain Products GmbH | BP-01300 | |
| Skrzynka wejściowa elektrod | Brain Products GmbH | Opcjonalny | |
| PowerPack - bateria do wzmacniacza | Brain Products GmbH | BP-02615 | |
| BrainCap - 32 płaskie elektrody na elastycznej nasadce | Brain Products GmbH | BP-0300MR | Elektrody 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 Rapid2 | Magstim | ||
| 50 mm z podwójną cewką | Magstim | ||
| Uchwyt | Każde 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 Polaris | Rogue Research Inc | ||
| Trackery i narzędzie wskaźnikowe Polaris | Rogue Research Inc | ||
| Stacja robocza i oprogramowanie | BrainSight Rogue Research Inc | ||
| Oprogramowanie BrainVision Recorder | Brain Products GmbH | BP-00010 | |
| Oprogramowanie MATLAB | The MathWorks Inc | ||
| SPM dla Matlab | Wellcome Department of Imaging Neuroscience, Londyn, Wielka Brytania | ||
| Zestaw narzędzi dla regionu zainteresowania MarsBar dla SPM | |||
| Psychtoolbox dla MATLAB | Ten 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 | ||
| oprogramowaniem | E-Prime do pomiaru czasuNarzędzia oprogramowania psychologicznego, Inc. |
Bibliografia
- 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).
- Taylor, P. C., Walsh, V., Eimer, M.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
