13 czerwca 2025
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).
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.
Niniejsze badanie przedstawia nowy protokół spersonalizowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) zintegrowanej z mapowaniem sieci korowych za pomocą elektroencefalografii (EEG). Podejście to wykorzystuje wiele modalności danych obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) w celu optymalizacji aplikacji TMS, co ma na celu zwiększenie precyzji w celowaniu w regiony kory mózgowej.
Mapowanie TMS–EEG kierowane obrazowaniem neurologicznym umożliwia precyzyjne, w czasie rzeczywistym badanie pobudliwości i łączności sieci korowych, bezpośrednio rozwiązując problem walidacji funkcjonalnych celów w badaniach neuropsychiatrycznych. Poprzez integrację strukturalnego, funkcjonalnego i dyfuzyjnego MRI z wolnym od artefaktów TMS–EEG, podejście to zwiększa pewność predykcyjną w identyfikacji biomarkerów i wspiera optymalizację portfeli leków ukierunkowanych na OUN w oparciu o analizę ryzyka. Powtarzalność protokołu oraz jego czułość na subtelne zmiany neurofizjologiczne sprawiają, że stanowi on kluczowy zasób dla translacyjnych badań i rozwoju w dziedzinie neuronauki.
Niniejszy protokół TMS–EEG kierowany neuroobrazowaniem integruje się z kontinuum odkryć – od wczesnej walidacji celu po przedkliniczny rozwój biomarkerów, wspierając zarówno testowanie hipotez, jak i badania translacyjne.