Name: Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-13T13:35:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Poznaj spersonalizowaną metodę TMS-EEG do mapowania sieci korowych w czasie rzeczywistym. Protokół wykorzystuje dane MRI do precyzyjnego targetowania obszarów kory mózgowej, poprawiając skuteczność terapii neurologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

xSerdecznie dziękujemy prof. Silvia Casarotto, Marcello Massimini i Mario Rosanova z Uniwersytetu w Mediolanie za pionierskie i promujące metodologię mapowania TMS-EEG. Chcielibyśmy również podziękować za wkład kilkudziesięciu uczestników badań, którzy przyczynili się do opracowania naszego eksperymentalnego protokołu. Prace nad projektem "PlaStim: Plasticity Stimulation in the Treatment of Anhedonia" są wspierane przez Wellcome Leap w ramach Multi-Channel Psych Program. Projekt ten otrzymał również dofinansowanie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) w ramach programu Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji Horyzont 2020 (umowa o grant nr 81037).

PL jest konsultantem Nexstim Plc w zakresie aplikacji TMS-EEG i mapowania kory mowy. RI posiada patenty na technologię TMS i konsultowało się z Nexstim Plc w zakresie TMS.

Ten proces metodologiczny wprowadza nowatorskie podejście do spersonalizowanego mapowania i celowania w mózg przy użyciu wielu technik neuroobrazowania. Zindywidualizowane mapy kory mózgowej są konstruowane poprzez połączenie anatomicznej parcelacji z funkcjonalną i strukturalną łącznością, która pomaga zdefiniować początkowy obszar poszukiwań dla optymalnego celu stymulacji. Następnie mapowanie TMS-EEG jest wykorzystywane do udoskonalenia lokalizacji, orientacji i intensywności stymulacji celu, mając na celu zwiększenie reaktywności wczesnych odpowiedzi neuronalnych na TMS i zmniejszenie mięśni, zaniku i innych artefaktów. Obszary korowe w obszarze zainteresowania są systematycznie badane, dostosowując lokalizację stymulacji, orientację pola elektrycznego i intensywność, podczas gdy jakość danych jest stale monitorowana poprzez wizualizację uśrednionych TEP w czasie rzeczywistym. Ostateczny cel stymulacji jest wybierany na podstawie odpowiedzi wolnych od artefaktów z wyraźnie identyfikowalnymi wczesnymi składnikami TEP. Jest to szczególnie przydatne w przypadku badań skoncentrowanych na badaniu biomarkerów opartych na TMS-EEG.
Rurociąg składa się z kilku niezbędnych i wymagających etapów. Pierwszym krokiem jest zdefiniowanie granic obszaru korowego dla mapowania TMS-EEG. Bez tego cel może zostać wybrany z obszaru o innej cytoarchitekturze niż funkcjonalnie istotna. Aby rozwiązać ten problem, wykorzystano multimodalną parcelację36 w ramach projektu Human Connectome Project, która dzieli regiony mózgu w oparciu o połączenie połączeń strukturalnych i funkcjonalnych. Maska pochodna określa zewnętrzne granice obszaru, który ma być zmapowany za pomocą TMS–EEG. Aby jeszcze bardziej udoskonalić obszar zainteresowania kory mózgowej (np. DLPFC, dość duży obszar mózgu), wybiera się woksele wykazujące funkcjonalną łączność z sgACC (obszar 25)38,68,78, niedawno włączone do praktyk klinicznych w leczeniu MDD 69,79. Od tego momentu mapowanie TMS-EEG rozpoczyna się od ukierunkowania na regiony korowe o najsilniejszej funkcjonalnej łączności z sgACC, zapewniając, że wybrany obszar wykazuje wysoką reaktywność korową bez zanieczyszczenia artefaktami mięśniowymi lub rozpadem. Jeśli surowe TEP zarejestrowane po 20 impulsach spełniają normy jakości, wybiera się cel do zbierania danych. Jeśli jednak zaobserwuje się znaczące artefakty – co jest częstym problemem w korze przedczołowej – sąsiednie regiony są systematycznie badane w celu zidentyfikowania odpowiedniej alternatywy.
Traktografia w czasie rzeczywistym może pomóc w wyborze celów TMS z łącznością strukturalną na dużą skalę, takich jak przestrzennie rozproszone sieci zaangażowane w MDD 3,78, które nie są ograniczone do pojedynczego szlaku istoty białej. Jest jednak szczególnie cenny w przypadkach dotyczących znanych odcinków, takich jak przedni odcinek skośny w sieci mowy, gdzie zapewnia precyzyjne celowanie80. Chociaż traktografia offline może dostarczyć informacji o połączeniach, które są przydatne do wyboru ROI, jest mniej skuteczna w przypadku mapowania TMS-EEG. Predefiniowane cele korowe zidentyfikowane za pomocą metod offline mogą nie wywołać odpowiednich lub wystarczająco silnych odpowiedzi EEG, mogą nie angażować skutecznie pożądanej sieci lub mogą powodować dyskomfort i artefakty mięśniowe, pogarszając jakość danych i wymagając dostosowania parametrów podczas eksperymentu. Dzięki dynamicznemu dostarczaniu informacji o połączeniach, traktografia w czasie rzeczywistym rozwiązuje te wyzwania, umożliwiając optymalizację rozmieszczenia cewek w locie w celu zapewnienia wysokiej jakości, wiarygodnych pomiarów i solidnego zaangażowania sieci.
W tym protokole intensywność TMS jest dostosowywana na podstawie sygnałów EEG odzwierciedlających pobudliwość korowo-korową, przy czym RMT służy przede wszystkim jako punkt wyjścia do kalibracji intensywności. RMT odgrywa drugorzędną rolę w określaniu końcowej intensywności. Takie podejście zapewnia aktywację znacznej populacji neuronów w obszarze docelowym, wytwarzając silny i niezawodny sygnał. Gdy artefakty zostaną zminimalizowane poprzez regulację cewki oraz funkcjonalną i strukturalną walidację celu, intensywność stymulacji jest dalej dostosowywana. Ponieważ protokół ten ma na celu maksymalizację danych uzyskanych z odpowiedzi TMS-EEG w celu identyfikacji biomarkerów, ważne jest, aby upewnić się, że amplitudy TEP są odpowiednie. W przypadku korzystania z RMT do definiowania intensywności, wczesne odpowiedzi zwykle nie przekraczają 4 μV81 po wstępnym przetworzeniu, co w połączeniu z artefaktami obniża jakość sygnału neuronowego. Aby temu zaradzić, stosuje się podejście opracowane przez Casarotto i wsp.25 i udoskonalone przez Tervo i wsp.82, polegające na uśrednianiu sygnału EEG w czasie rzeczywistym po 20–30 impulsach TMS. Celem jest uzyskanie wyraźnej, nieartefaktowej odpowiedzi na poziomie 6–10 μV w oknie 10–50 ms. Jak pokazano na rysunkach 3 i 5, blisko położone cele mogą wymagać różnej intensywności stymulacji, co prowadzi do niewystarczającej lub nadmiernej aktywacji neuronów.
Standardowe cele bez nawigacji, zwykle definiowane za pomocą odległości od punktu zapalnego silnika lub lokalizacji elektrod systemu EEG 10–20, są szeroko stosowane w zabiegach rTMS 83,84,85,86. Były one również skuteczne w badaniach TMS-EEG ukierunkowanych na DLPFC, z biomarkerami, takimi jak późniejsze odpowiedzi (np. N100) i długotrwałe hamowanie dokorowe (LICI) wykazujące potencjał 18,19,23,87,88. Te niespersonalizowane cele są prostsze, tańsze i nie wymagają rezonansu magnetycznego, neuronawigacji ani wyspecjalizowanego personelu do identyfikacji celu, a niektóre z nich niezawodnie lokalizują DLPFC 85,86. Jednak brak personalizacji może przyczynić się do obniżenia wskaźników remisji w zabiegach 89,90. Co więcej, mięśnie czaszki w tym obszarze mogą zasłaniać wczesne reakcje z powodu artefaktów, które uniemożliwiają regulację intensywności. Spersonalizowane dostosowanie intensywności w TMS może zatem poprawić skuteczność leczenia.
Protokół ten rozwija bardziej spersonalizowane podejście do stymulacji mózgu, które zapewnia lepszy wgląd w reaktywność kory mózgowej i łączność w porównaniu ze standardowymi podejściami niespersonalizowanymi. Wymaga to jednak znacznych zasobów, w tym indywidualnych skanów MRI, specjalistycznego sprzętu TMS i EEG oraz personelu z doświadczeniem w neuroobrazowaniu i neurofizjologii. Co więcej, proponowane podejście w dużym stopniu zależy od subiektywnej oceny jakości TEP i optymalnych parametrów stymulacji. Pomimo tych ograniczeń, jakość danych TMS-EEG ma kluczowe znaczenie dla rozwoju biomarkerów, co uzasadnia zastosowanie tego podejścia. Po zidentyfikowaniu wiarygodnych biomarkerów procedura może zostać uproszczona, aby skupić się na optymalizacji odpowiednich okien czasowych i minimalizacji artefaktów. Oczekuje się, że w przyszłości, wraz z postępem technologii TMS (np. Multi-locus91 i Multi-Channel92 TMS), wymagania dotyczące zasobów do spersonalizowanej stymulacji zmniejszą się, co potencjalnie uczyni ją nowym standardem do użytku klinicznego.

Ludzki mózg charakteryzuje się odrębnymi, wielkoskalowymi sieciami strukturalnymi i funkcjonalnymi. Złożone interakcje w obrębie tych sieci oraz pomiędzy nimi umożliwiają niezwykłą moc przetwarzania informacji przez mózg, wspierając złożone procesy poznawcze, sensoryczne i motoryczne. Zaburzenia w tych sieciach, wynikające z uszkodzeń strukturalnych, dysregulacji funkcjonalnej lub upośledzonej łączności, mogą prowadzić do szerokiego spektrum schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych1,2,3,4,5,6, w tym do deficytów motorycznych, zaburzeń poznawczych i zaburzeń nastroju. Dokładne monitorowanie progresji takich schorzeń związanych z sieciami oraz identyfikacja optymalnych strategii leczenia wymagają metod, które pozwalają na selektywne zaburzanie konkretnych sieci i niezawodne ilościowe określanie ich integralności funkcjonalnej.
Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, przy zastosowaniu efektywnym, pozwala na nieinwazyjne zaburzanie populacji neuronalnych, a nawet całych sieci korowych7,8,9,10,11,12,13,14,15, co umożliwia ich ocenę za pomocą takich miar jak reakcje motoryczne lub zmiany behawioralne. TMS w połączeniu z elektroencefalografią (EEG) pozwala na pomiar potencjałów wywołanych przez TMS (TEPs) – uśrednionych dla wielu prób odpowiedzi EEG zsynchronizowanych czasowo z impulsem TMS. Kształty fal TEP rejestrowane pod cewką odzwierciedlają bezpośrednią pobudliwość korową stymulowanego obszaru, natomiast odpowiedzi z odległych regionów dostarczają informacji o efektywnej łączności między obszarami mózgu, co czyni TMS–EEG cennym narzędziem do badania sieci korowych. TEPy wykazały już znaczący potencjał jako biomarkery w różnych schorzeniach neurologicznych9,16,17 oraz psychiatrycznych18,19,20,21,22,23. Ponadto jednoczesne stosowanie TMS–EEG pozwala na dobór spersonalizowanej intensywności stymulacji na podstawie lokalnej reaktywności korowej danej osoby mierzonej za pomocą EEG24,25,26,27,28. Jednak wyzwanie związane z tą metodą, szczególnie w kontekście opracowywania biomarkerów22,24, jest dwutorowe: a) aby zmaksymalizować przyrost informacji, jakość rejestrowanych TEP musi być wysoka, co wymaga mapowania obszarów korowych w celu zlokalizowania celu z minimalnym poziomem artefaktów i dobrą reaktywnością oraz b) odpowiedź musi pochodzić z badanej sieci, a nie z sąsiednich obszarów korowych. Niska jakość TEP jest powszechnym problemem, często objawiającym się w postaci szumu, artefaktów, odpowiedzi wielozmysłowych lub wczesnych odpowiedzi, które nie przewyższają mocy trwającej aktywności oscylacyjnej. Ta słaba jakość sygnału jest zazwyczaj identyfikowana dopiero podczas przetwarzania danych offline, często długo po zakończeniu pomiarów, co sprawia, że rozwiązanie problemu jest trudne lub niemożliwe.
Nawigowana przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (nTMS)29, wykorzystująca strukturalne obrazowanie rezonansem magnetycznym do celowania w konkretne obszary mózgu, jest dostępna w praktyce klinicznej i badaniach od ponad 20 lat. Odgrywała ona kluczową rolę w mapowaniu korowych obszarów motorycznych i mowy podczas oceny przedoperacyjnej30,31,32 oraz w celowaniu w obszary niewywołujące odpowiedzi motorycznych, wzrokowych lub behawioralnych poprzez łączenie jej z EEG9,33,34,35. Jednakże może ona być niespecyficzna neuroanatomicznie (i.e. granice między regionami korowymi nie są wyraźne) oraz funkcjonalnie, ponieważ indywidualna zmienność funkcji mózgu nie może być wykryta za pomocą strukturalnego MRI. W związku z tym obecne podejścia do celowania w TMS, powszechnie opierające się na lokalizacji kory ruchowej lub innych punktach orientacyjnych anatomicznych, często nie stymulują funkcjonalnie istotnych obszarów korowych, co ogranicza zarówno skuteczność leczenia, jak i odkrywanie wiarygodnych biomarkerów. Aby pokonać te trudności, opracowano kompleksowe ramy integrujące zastosowanie innych modalności MRI, takich jak funkcjonalne MRI i MRI dyfuzyjne, z precyzyjnym mapowaniem korowym w celu pozyskiwania wolnych od artefaktów TEP. Podejście to umożliwia wiarygodne i powtarzalne pomiary, w szczególności wczesnych komponentów TEP, które są wysoce wrażliwe na subtelne zmiany neurofizjologiczne. Dzięki zwiększeniu czułości analizy TEP, ramy te ułatwiają tworzenie silnych korelacji z fenotypami klinicznymi, stanowiąc solidną podstawę dla poszukiwania biomarkerów w zaburzeniach neuropsychiatrycznych.
Zaproponowany schemat postępowania został opracowany w celu mapowania całych obszarów kory mózgowej, łącząc parcelację anatomiczną36 (Rycina 1A), łączność funkcjonalną opartą na funkcjonalnym rezonansie magnetycznym (fMRI)37,38 (Rycina 1B) oraz traktografię w czasie rzeczywistym39 (Rycina 1C). Parcelacja anatomiczna pozwala na wyznaczenie obszarów kory odpowiadających konkretnej sieci mózgowej u danej osoby, przy użyciu zdefiniowanego szablonu anatomicznego lub atlasu mózgu zarejestrowanego nieliniowo do indywidualnej anatomii mózgu. Łączność funkcjonalna dostarcza miar statystycznych określających korelację między aktywnością fizjologiczną różnych obszarów mózgu, odzwierciedloną przez sygnał BOLD (zależny od poziomu utlenowania krwi)40. Wreszcie, traktografia w czasie rzeczywistym jest metodą opartą na dyfuzyjnym rezonansie magnetycznym (dMRI), która szacuje i wyświetla linie prądu (streamlines) opisujące potencjalne strukturalne połączenia w mózgu w czasie rzeczywistym. Dzięki połączeniu tych metod, podczas mapowania TMS–EEG można celować w obszary kory na podstawie ich łączności strukturalnej i funkcjonalnej. Pozwala to na optymalizację parametrów stymulacji w czasie rzeczywistym, aby zapewnić rejestrację TEP wolną od artefaktów.
Proponowana nowatorska metodologia rozwiązuje połączone problemy związane z celowaniem TMS oraz akwizycją TEP, torując drogę do bardziej precyzyjnej identyfikacji biomarkerów i skuteczniejszych strategii neuromodulacji w zastosowaniach klinicznych i badawczych.
<img alt="Mapowanie aktywności mózgu; obrazy A-C; MRI i traktografia; analiza połączeń neuronalnych; zastosowanie badawcze." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Informacje pochodzące z MRI dla reprezentatywnego badanego. (A) Parcelacja anatomiczna wyznaczająca docelową grzbietowo-boczną korę przedczołową (DLPFC). (B) Mapa łączności funkcjonalnej wykazująca antykorelację z podkolanową korą zakrętu obręczy (jaśniejsze kolory oznaczają silniejszą antykorelację). (C) Traktografia w czasie rzeczywistym wyświetlająca linie przepływu (streamlines) zainicjowane w obszarze docelowym. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig01large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>

<table><tbody><tr><td>Żel ścierny</td><td>H + H Wyroby medyczne</td><td>Jednoetapowy materiał ścierny</td><td></td></tr><tr><td>Żel przewodzący</td><td>Inicjatywa obywatelska</td><td>Elektrożel</td><td></td></tr><tr><td>PROJEKTANT</td><td></td><td>Wersja 2.0.0</td><td>https://nyu-diffusionmri.github.io/DESIGNER-v2</td></tr><tr><td>Wzmacniacze EEG</td><td>Brain Products GmbH</td><td>Wzmacniacze prądu stałego BrainAmp</td><td>Częstotliwość próbkowania 5000 Hz</td></tr><tr><td>Czepki EEG</td><td>EASYCAP Sp. z o.o.</td><td>64-kanałowy BrainCap dla TMS</td><td>Spiekane elektrody Ag/AgCl</td></tr><tr><td>Wzmacniacz EMG</td><td>Nexstim Plc</td><td>Aparatura elektromagnetyczna Nexstim</td><td></td></tr><tr><td>Cewka ósemkowa</td><td>Nexstim Plc</td><td>Chłodzona cewka</td><td>Wężownica chłodzona powietrzem o średnicy 70 mm</td></tr><tr><td>fmriprep powiedział:</td><td></td><td>Wersja 22.1.0</td><td>https://fmriprep.org</td></tr><tr><td>Darmowy Surfer</td><td></td><td>Wersja 7.3.2</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td></tr><tr><td>MATLAB (MATLAB)</td><td>MathWorks (Prace matematyczne)</td><td>Wersja R2021b</td><td>https://www.mathworks.com</td></tr><tr><td>Skaner MRI</td><td>Siemens Healthcare</td><td>3T Siemens MAGNETOME Skyra</td><td>Obrazy strukturalne o wadze T1: MPRAGE, woksele izotropiczne 1 mm, TR = 2530 ms i TE = 3,42 ms; fMRI: EPI, woksele izotropowe 3 mm, TR= 1250 ms, TE = 3 ms, wielopasmowy współczynnik przyspieszenia 3, kąt odwrócenia 65; dMRI: łącznie 100 różnych kierunków gradientu (b = 1500 i 3000 s/mm2), 12 objętości nieważonych dyfuzją (b = 0&nbsp; s/mm2) z przednim dodatkiem; tylny kierunek kodowania fazy, 1 objętość ważona dyfuzją z odwrotnym kierunkiem kodowania fazy (tylny&ndash; przedni), woksele izotropowe 2 mm, TR = 4100 ms, TE = 105 ms.</td></tr><tr><td>MRtrix3 powiedział:</td><td></td><td>Wersja 3.0.4</td><td>https://www.mrtrix.org</td></tr><tr><td>nilearn (nidowiedz się</td><td></td><td>Wersja 0.10.3</td><td>https://nilearn.github.io</td></tr><tr><td>Słuchawki z redukcją szumów&nbsp;</td><td>Etymotic Research Inc</td><td>ER3C Włóż słuchawki</td><td></td></tr><tr><td>Pyton</td><td></td><td>Wersja 3.9.19</td><td>https://www.python.org</td></tr><tr><td>realTimeTractogramVisualizer</td><td></td><td>Wersja 0.1</td><td>https://github.com/baranaydogan/realTimeTractogramVisualizer</td></tr><tr><td>Czujnik rt-TEP</td><td></td><td></td><td>https://github.com/iTCf/rt-TEP</td></tr><tr><td>Elektryki powierzchniowe EMG</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline 720</td><td></td></tr><tr><td>Powierzchniowa elektroda uziemiająca EMG</td><td>Ambu A/S</td><td>Ziemia Ambu Neuroline</td><td></td></tr><tr><td>TAAC (Krajowy Urząd Ochrony T</td><td></td><td></td><td>www.github.com/iTCf/TAAC</td></tr><tr><td>System TMS</td><td>Nexstim Plc</td><td>Nexstim NBT 2.2.4</td><td>Puls dwufazowy, zniekształcony interwał międzybodźcowy 2&ndash; 2,4 sekundy</td></tr></tbody></table>

neuroobrazowanie tms-eeg do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

Neuroimaging-Guided TMS&#8211;EEG for Real-Time Cortical Network Mapping

Kora mózgowa jest zorganizowana w strukturalnie i funkcjonalnie posegregowane sieci, dzięki czemu ludzki mózg może bardzo efektywnie przetwarzać informacje. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) w połączeniu z elektroencefalografią (EEG) oferuje nieinwazyjne podejście do badania sieci mózgowych, ujawniając pobudliwość kory mózgowej i powiązania przyczynowe. Metoda ta stoi jednak przed dwoma istotnymi wyzwaniami: (a) zapewnieniem jakości potencjałów wywołanych TMS (TEP) w celu maksymalizacji pozyskiwania informacji, często wymagających kompleksowego mapowania kory mózgowej, oraz (b) wywołaniem odpowiedzi z sieci zainteresowania, a nie z sąsiednich miejsc korowych.
Istniejące metody celowania TMS często nie są w stanie precyzyjnie stymulować funkcjonalnie istotnych obszarów kory mózgowej, co utrudnia skuteczność leczenia i identyfikację biomarkerów. Prezentowany protokół integruje precyzyjne mapowanie kory mózgowej w celu uzyskania TEP wolnych od artefaktów, umożliwiając wiarygodne i powtarzalne pomiary wczesnych komponentów TEP. Ta precyzja zwiększa wrażliwość na subtelne zmiany neurofizjologiczne i wzmacnia korelacje z fenotypami klinicznymi, wspierając odkrywanie biomarkerów w zaburzeniach neuropsychiatrycznych.
Proponowany protokół wykorzystuje strukturalne, funkcjonalne i dyfuzyjne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) w celu identyfikacji plam korowych należących do sieci zainteresowania. Parcelacja anatomiczna, łączność funkcjonalna i traktografia w czasie rzeczywistym są stosowane do lokalizowania obszarów o silnej łączności z innymi regionami mózgu związanymi z siecią docelową. Powstałe w ten sposób spersonalizowane klastry korowe definiują początkowe cele stymulacji.
Mapowanie TMS-EEG jest następnie wykorzystywane do optymalizacji parametrów TMS poprzez lokalizację obszarów korowych o wysokiej pobudliwości, zwiększając wielkość odpowiedzi neuronalnej przy jednoczesnej redukcji szumów nieneuronalnych, w tym artefaktów mięśniowych, rozpadu i innych czynników zakłócających wpływających na wczesne odpowiedzi TMS-EEG. Prowadzona jest systematyczna eksploracja płaszcza korowego, dostosowując lokalizację, orientację i intensywność stymulacji, z ciągłym monitorowaniem jakości danych poprzez wizualizację uśrednionych TEP w czasie rzeczywistym. Do zbierania danych wybierane są parametry TMS tworzące odpowiedzi wolne od artefaktów z wyraźnie dostrzegalnymi wczesnymi komponentami TEP.
W tym artykule przedstawiono technikę mapowania TMS-EEG sterowaną neuroobrazowaniem i podkreślono postęp metodologiczny i korzyści, jakie można osiągnąć dzięki jej zastosowaniu.

Nowatorski protokół spersonalizowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w połączeniu z mapowaniem sieci korowych za pomocą elektroencefalografii (TMS–EEG), oparty na wielu modalnościach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).

Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

The cerebral cortex is organized into structurally and functionally segregated networks, enabling the human brain to process information highly ...

Opracowujemy powtarzalne, w pełni spersonalizowane protokoły neuromodulacji, integrujące morfologię kory mózgowej, łączność strukturalną i funkcjonalną, a także neurofizjologię, aby zwiększyć swoistość TMSEG w celu klinicznego odkrywania biomarkerów.Nasz protokół umożliwia niezawodny dostęp do wczesnych potencjałów ewokacyjnych TMS, które odzwierciedlają natychmiastową reaktywność korową docelowego obszaru. Sygnały te są zwykle przesłonięte przez artefakty i niską jakość danych w podejściach niespersonalizowanych.Naszym celem jest automatyzacja mapowania kory mózgowej za pomocą algorytmów czasu rzeczywistego, multi locus TMS i robotyki. Celem jest zwiększenie precyzji badań nad neuromodulacją i poprawa skuteczności w zastosowaniach klinicznych.[[Instruktor] Na początek: Posadź badanego na krześle ustawionym wystarczająco blisko, aby nasadki mogły połączyć się z systemem elektroencefalografii. Zmierz obwód głowy badanego, aby wybrać pasującą nasadkę elektroencefalograficzną. Załóż czepek, zaczynając od czoła, trzymając włosy pod czapką. Zmierz odległość od nasiona do wcięcia i od lewej do prawej tragusa. Następnie dostosuj pozycję nasadki, aby upewnić się, że CZ jest wyśrodkowany w połowie odległości między tymi anatomicznymi punktami orientacyjnymi. Za pomocą chusteczek nasączonych alkoholem i taśmy ściernej oczyść skórę wyrostka sutkowatego i kości jarzmowej po przeciwnej stronie stymulacji, aby poprawić przewodność. Umieść elektrodę masową na kości jarzmowej, a elektrodę odniesienia na wyrostku sutkowatym za pomocą podkładek elektrod pierścieniowych. Nałóż pastę ścierną na miejsca elektrod uziemiających i delikatnie wyszoruj skórę igłą. Następnie napełnij każdą elektrodę żelem przewodzącym. Upewnij się, że szczeliny w uszach są prawidłowo ustawione, aby zapewnić dostęp do uszu podczas neuronawigacji i umieszczania słuchawek. Teraz zabezpiecz nasadkę na miejscu za pomocą zapięć na rzepy pod brodą. Aby przygotować elektrody nasadki, nałóż żel ścierny i igłą usuń włosy spod każdej elektrody, aż skóra będzie widoczna. Napełnij elektrodę żelem przewodzącym, delikatnie ją dociskając, aby zapewnić nałożenie odpowiedniego, ale nie nadmiernego żelu. Jeśli impedancja jest wysoka po wstępnym przygotowaniu, użyj igły lub wacika, aby ponownie wyszorować skórę wewnątrz elektrody, unikając przemieszczenia włosów. Następnie napełnij elektrodę żelem przewodzącym i sprawdzaj poziomy impedancji, powtarzając się, aż wszystkie spadną poniżej pięciu kiloomów. Oczyść każde miejsce elektrody chusteczkami nasączonymi alkoholem. Delikatnie podrap skórę taśmą ścierną i ponownie przetrzyj alkoholem przed wyschnięciem. Umieść aktywną elektrodę na brzuchu mięśniowym. Zazwyczaj prawy odwodziciel pollicis brevis lub pierwszy grzbietowy międzykostny. Umieść elektrodę odniesienia na ścięgnie mięśniowym, a elektrodę masową na grzbiecie dłoni. Aby przygotować się do neuronawigacji, ustaw osobę wygodnie na krześle, upewniając się, że szyja, ręce i nogi są zrelaksowane. Teraz zabezpiecz head tracker i upewnij się, że jest stabilny podczas stymulacji. Zidentyfikuj punkty kardynalne, w tym punkty początkowe i przeduszne na obrazowaniu rezonansu magnetycznego badanego. Za pomocą długopisu do digitalizacji zaznacz odpowiednie punkty kardynalne na głowie fotografowanej osoby, aby zobaczyć ucho i punkty orientacyjne. Digitalizacja dodatkowych punktów na powierzchni czaszki w celu zmniejszenia liczby błędów rejestracji. Przygotuj maskowanie szumów, korzystając z zapętlonej ścieżki dźwiękowej białego szumu zmieszanej z nagranymi kliknięciami cewki z określonej użytej cewki. Upewnij się, że osoba badana prawidłowo umieszcza końcówki douszne słuchawek maskujących hałas w kanałach słuchowych. Następnie umieść cewkę około pięciu centymetrów nad głową badanego. Dostarczaj impulsy o wysokiej intensywności z zakłóconym interwałem między bodźcami i stopniowo zwiększaj głośność komputera o 1 do 2%, aż osoba badana zasygnalizuje, że nie słyszy już kliknięcia. Dostarczaj od 20 do 30 impulsów, monitorując w czasie rzeczywistym przezczaszkową wizualizację potencjału wywołanego. Jeśli zaobserwuje się słuchowy potencjał wywołany, zwiększaj głośność szumu maskującego w krokach co 2%, aż komponent zniknie. Aby określić spoczynkowy próg motoryczny, poinstruuj badanego, aby utrzymywał mięśnie rozluźnione z dłonią skierowaną do góry. Umieść przezczaszkową cewkę stymulacji magnetycznej nad pokrętłem silnika tak, aby pole elektryczne było prostopadłe do bruzdy. Zacznij od około 30% maksymalnej mocy stymulatora i zwiększaj intensywność, aż pojawi się miejscowa aktywacja mięśni. Dostosuj położenie i orientację cewki, aż do zaobserwowania reakcji specyficznej dla odwodziciela pollicis brevis. Korzystając z zapisanej lokalizacji, zastosuj zautomatyzowane algorytmy w systemie, aby określić spoczynkowy próg motoryczny Do mapowania korowego nakładaj się na anatomiczne parcelacje i mapy połączeń funkcjonalnych z MRI w oprogramowaniu do neuronawigacji. Zdefiniuj co najmniej dwa do trzech celów stymulacji w oparciu o obiecujące połączenia strukturalne i funkcjonalne. Rozpocznij stymulację przy 100 do 110% spoczynkowego progu motorycznego z aktywnym maskowaniem szumów. Średnio 20 impulsów na zestaw i monitoruj powstałe przezczaszkowe potencjały wywołane. Dostosuj intensywność w maksymalnych przyrostach wyjściowych stymulatora o 2%, aż amplituda wczesnej odpowiedzi przekroczy sześć mikrowoltów. Monitoruj sygnał pod kątem artefaktów rozpadu rozpoznawalnych dzięki ich wykładniczej naturze, a także artefaktom mięśni dwubiegunowych. Jeśli artefakty mięśniowe utrzymują się dłużej niż 15 milisekund, spróbuj obrócić cewkę, aby je zminimalizować. Kontynuuj, aż zostanie uzyskany czysty wczesny składnik o napięciu powyżej sześciu mikrowoltów. Jeśli rotacja cewki nie poprawi jakości sygnału, spróbuj przesunąć miejsce stymulacji o kilka milimetrów i powtórz proces, mapując reakcje korowe w całym obszarze kory mózgowej. Jeśli artefakty będą się utrzymywać, przystąp do badania następnego predefiniowanego celu korowego. Po zoptymalizowaniu celu i parametrów stymulacji zmierz impedancję elektrody przed rozpoczęciem rejestracji danych TMSCEG. Jeśli impedancja przekracza pięć kiloomów, dodaj żel przewodzący, aby ją zmniejszyć. Jeśli nadal jest zbyt wysoka, powtórz przygotowanie i dodaj więcej żelu tylko w razie potrzeby. Początkowe miejsce stymulacji wybrane z klastra FMRI wykazało antykorelację z subgenualną przednią korą obręczy i traktografią, wskazując przede wszystkim na krzyżowe kolosalne i ipsilateralne połączenia z przeciwległym biegunem czołowym. Potencjalna odpowiedź podobna do TEP jest obserwowana w elektrodach F3, F1 i FC3. Elektroda AF3 wykazuje artefakt dzwonienia o dużej amplitudzie, podczas gdy F5 jest dotknięty małym artefaktem mięśniowym, który można rozpoznać po wysokiej częstotliwości i wysokiej amplitudzie zaraz po impulsie TMS. Wstępne przetwarzanie potwierdziło, że na odpowiedź F3 nie miały wpływu artefakty zachowujące amplitudę wczesnego składnika. Przejście na orientację cewki tylno-przedniej, zwiększone artefakty mięśniowe i dyskomfort z silnymi artefaktami widocznymi we wszystkich kanałach. Zastosowanie bocznej orientacji cewki przyśrodkowej pozwoliło uzyskać czysty TEP o dużej amplitudzie na elektrodzie F3, osiągając szczyt na poziomie 12 mikrowoltów w ciągu 20 milisekund. Ostateczny cel stymulacji z boczną orientacją cewki przyśrodkowej znajdujący się w pobliżu początkowej wykazywał szerszą łączność strukturalną niż wcześniejsze cele. Po minimalnym wstępnym przetwarzaniu i wykryciu dziewięciomikrowoltowego wczesnego składnika w elektrodzie F3 od 17 do 35 milisekund, wolnego od artefaktów mięśniowych. Pełne wstępne przetwarzanie 300 próbnych zestawów danych pozwoliło zachować kształt fali, wykazując zmniejszoną wczesną reakcję o sześć mikrowoltów między 20 a 40 milisekundami.

neuroimaging-guided-tmseeg-for-real-time-cortical-network-mapping

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Stosujemy magnetoencefalografię (MEG) oraz elektroencefalografię (EEG) w celu zmapowania obszarów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie prostych bodźców sensorycznych.

Mapowanie funkcjonalne z jednoczesną rejestracją MEG i EEG

Przedstawiamy metodę pozyskiwania sygnałów elektrokortykograficznych do celów badawczych u ludzi poddawanych inwazyjnemu monitorowaniu epilepsji. Pokazujemy, jak wykorzystać platformę programową BCI2000 do zbierania danych, przetwarzania sygnałów oraz prezentacji bodźców. W szczególności prezentujemy SIGFRIED, narzędzie oparte na BCI2000 służące do funkcjonalnego mapowania mózgu w czasie rzeczywistym.

Rejestracja ludzkich sygnałów elektrokortykograficznych (ECoG) w badaniach neuronaukowych i funkcjonalnym mapowaniu kory mózgowej w czasie rzeczywistym

Wykorzystujemy magnetoencefalografię i elektroencefalografię (MEG/EEG), w połączeniu z informacjami anatomicznymi uzyskanymi za pomocą obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI), aby zmapować dynamikę sieci korowej związanej z uwagą słuchową.

Mapowanie dynamiki korowej z wykorzystaniem jednoczesnej MEG/EEG oraz oszacowań minimalnej normy z ograniczeniami anatomicznymi: przykład uwagi słuchowej

Źródło: Stefanou, M., et.al. Stymulacja mózgu zależna od stanu mózgu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną wyzwalaną elektroencefalografią w czasie rzeczywistym. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film pokazuje proces przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) wyzwalanej przez EEG w czasie rzeczywistym w celu zbadania pobudliwości kory mózgowej. Procedura polega na umieszczeniu cewki TMS nad korą ruchową, synchronizacji stymulacji z określonymi fazami sygnału EEG i rejestrowaniu potencjałów...

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna wyzwalana elektroencefalografią w czasie rzeczywistym w celu pobudzenia kory mózgowej

Źródło: Shafi, M. M., et al. Multimodalna metoda obrazowania i stymulacji oceny pobudliwości mózgu związanej z łącznością u pacjentów z padaczką. J. Vis. Exp. (2016)Film przedstawia procedurę stosowania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) i elektroencefalografii (EEG) do oceny pobudliwości neuronalnej u pacjentów z padaczką. Szczegółowo opisuje kroki ustawiania głowy pacjenta za pomocą wcześniej nagranego skanu mózgu, umieszczania cewki TMS nad funkcjonalnie połączonym celem korowym i...

Ocena nadpobudliwości mózgu za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii

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.

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

To badanie ma na celu przetestowanie hipotezy, że przezczaszkowa stymulacja magnetyczna sterowana przez system neuronawigacyjny ma większą dokładność w celowaniu w zamierzony cel, co wykazano poprzez wywołanie większego stopnia wirtualnej afazji u zdrowych osób, mierzonego opóźnieniem czasu reakcji na nazwanie obrazu.

Sterowana neuronawigacją powtarzalna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna w afazji

Rezonans magnetyczny funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku zidentyfikował nieprawidłowości u pacjentów z szerokim zakresem zaburzeń neuropsychiatrycznych, w tym padaczką spowodowaną wadami rozwojowymi kory mózgowej. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna w połączeniu z EEG może wykazać, że pacjenci z padaczką mają nadpobudliwość kory mózgowej w regionach o nieprawidłowej łączności.

Multimodalna metoda obrazowania i stymulacji oceny pobudliwości mózgu związanej z łącznością u pacjentów z padaczką

Przedstawiony tutaj protokół jest przeznaczony do badań TMS-EEG wykorzystujących paradygmaty projektowania test-retest pobudliwości wewnątrzkorowej. Celem protokołu jest uzyskanie wiarygodnych i powtarzalnych miar pobudliwości kory mózgowej do oceny funkcjonowania neurofizjologicznego związanego z interwencjami terapeutycznymi w leczeniu chorób neuropsychiatrycznych, takich jak duża depresja.

Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej

Ten artykuł opisuje przezczaszkową stymulację magnetyczną w czasie rzeczywistym wyzwalaną elektroencefalografią w celu badania i modulowania sieci ludzkiego mózgu.

Stymulacja mózgu zależna od stanu mózgu z przezczaszkową stymulacją magnetyczną wyzwalaną elektroencefalografią w czasie rzeczywistym

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna z nawigacją jest wysoce wydajnym nieinwazyjnym narzędziem do mapowania obszarów korowych związanych z mową. Pomaga w projektowaniu operacji mózgu i przyspiesza bezpośrednią stymulację kory mózgowej przeprowadzaną podczas operacji. W tym raporcie opisano, jak niezawodnie wykonać mapowanie kory mowy na potrzeby oceny przedoperacyjnej i badań.

Projekt badania dla powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w celu mapowania kory mowy

Poznaj spersonalizowaną metodę TMS-EEG do mapowania sieci korowych w czasie rzeczywistym. Protokół wykorzystuje dane MRI do precyzyjnego targetowania obszarów kory mózgowej, poprawiając skuteczność terapii neurologicznych.

Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

Przeglądaj więcej filmów