Name: TMS-EEG guiado por neuroimagem para mapeamento de rede cortical em tempo real (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-13T13:35:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Aprenda um protocolo de TMS-EEG guiado por neuroimagem para mapeamento personalizado de redes corticais em tempo real. Este método integra ressonância magnética para aprimorar a precisão terapêutica em condições neurológicas.

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O cérebro humano é caracterizado por redes estruturais e funcionais distintas em grande escala. As intrincadas interações dentro e entre as redes permitem o notável poder de processamento de informações do cérebro, suportando processos cognitivos, sensoriais e motores complexos. Interrupções nessas redes, seja devido a danos estruturais, desregulação funcional ou conectividade prejudicada, podem levar a uma ampla gama de condições neurológicas e psiquiátricas 1,2,3,4,5,6, incluindo déficits motores, deficiências cognitivas e transtornos de humor. Monitorar com precisão a progressão de tais distúrbios relacionados à rede e identificar estratégias de tratamento ideais requer métodos que possam perturbar seletivamente redes específicas e quantificar de forma confiável sua integridade funcional.
A estimulação magnética transcraniana, quando administrada de forma eficiente, pode perturbar de forma não invasiva populações neuronais e até mesmo redes corticais inteiras 7,8,9,10,11,12,13,14,15, permitindo sua avaliação por meio de medidas como respostas motoras ou alterações comportamentais. A EMT em combinação com a eletroencefalografia (EEG) permite medir os potenciais evocados por EMT (TEPs) – respostas médias de EEG bloqueadas no tempo para o pulso de EMT. As formas de onda TEP registradas abaixo da bobina capturam a excitabilidade cortical imediata da área estimulada, enquanto as respostas de regiões distantes fornecem informações sobre a conectividade efetiva entre as áreas do cérebro, estabelecendo o TMS-EEG como uma ferramenta valiosa para investigar redes corticais. Os TEPs já mostraram potencial significativo como biomarcadores para várias condições neurológicas 9,16,17 e psiquiátricas 18,19,20,21,22,23. Além disso, o TMS-EEG simultâneo permite que intensidades de estimulação personalizadas sejam decididas com base na reatividade cortical local do indivíduo, medida pelo EEG 24,25,26,27,28. No entanto, o desafio desse método, especialmente quando usado para o desenvolvimento de biomarcadores22,24, é duplo: a) para maximizar o ganho de informação, a qualidade dos TEPs coletados deve ser alta, exigindo o mapeamento das áreas corticais para localizar um alvo com artefatos mínimos e boa reatividade, e b) a resposta deve vir da rede de interesse e não de sítios corticais adjacentes. A baixa qualidade da PTE é um problema comum, muitas vezes se manifestando como ruído, artefatos, respostas multissensoriais ou respostas precoces que não excedem o poder da atividade oscilatória contínua. Essa baixa qualidade de sinal é normalmente identificada somente após o processamento offline, geralmente muito tempo após a coleta de dados, dificultando ou impossibilitando o tratamento.
A EMT navegada (nTMS)29, utilizando ressonância magnética estrutural para atingir áreas específicas do cérebro, está disponível para prática clínica e pesquisa há mais de 20 anos. Tem sido crucial no mapeamento de áreas corticais motoras e de fala para avaliação pré-cirúrgica30,31,32 e para direcionar áreas que não envolvem respostas motoras, visuais ou comportamentais, combinando-o com EEG 9,33,34,35. No entanto, pode ser inespecífica neuroanatomicamente (ou seja, as fronteiras entre as regiões corticais não são claras) e funcionalmente, pois a variabilidade individual na função cerebral não pode ser detectada usando ressonância magnética estrutural. Como tal, as abordagens atuais de direcionamento da EMT, geralmente dependentes da localização do córtex motor ou de outros pontos de referência anatômicos, muitas vezes não conseguem estimular áreas corticais funcionalmente relevantes, limitando a eficácia do tratamento e a descoberta de biomarcadores confiáveis. Para superar esses desafios, foi desenvolvida uma estrutura abrangente que integra o uso de outras modalidades de ressonância magnética, como ressonância magnética funcional e de difusão, com mapeamento cortical preciso para aquisição de TEP livre de artefatos. Essa abordagem permite medições confiáveis e reprodutíveis, particularmente dos componentes iniciais da PTE, que são altamente sensíveis a mudanças neurofisiológicas sutis. Ao aumentar a sensibilidade da análise TEP, essa estrutura facilita correlações robustas com fenótipos clínicos, estabelecendo uma base sólida para a exploração de biomarcadores em transtornos neuropsiquiátricos.
O pipeline proposto é projetado para mapear áreas corticais inteiras, combinando parcelamento anatômico36 (Figura 1A), conectividade funcional baseada em ressonância magnética funcional (fMRI)37,38 (Figura 1B) e tractografia em tempo real39 (Figura 1C). A parcelação anatômica permite o delineamento de áreas corticais correspondentes a uma rede cerebral específica para um indivíduo, usando um modelo anatômico predefinido ou atlas cerebral registrado de forma não linear na anatomia cerebral individual. A conectividade funcional fornece métricas estatísticas que medem a correlação entre a atividade fisiológica de diferentes regiões do cérebro, conforme refletido pelo sinal dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD)40. Por fim, a tractografia em tempo real é um método baseado em ressonância magnética de difusão (dMRI) que estima e exibe linhas de fluxo que descrevem possíveis conexões cerebrais estruturais em tempo real. Com a combinação desses métodos, as áreas corticais podem ser direcionadas com base em sua conectividade estrutural e funcional durante o mapeamento TMS-EEG. Isso permite o refinamento dos parâmetros de estimulação em tempo real para garantir a aquisição de TEP sem artefatos.
A nova metodologia proposta aborda os desafios combinados de direcionamento de TMS e aquisição de TEP, abrindo caminho para uma identificação mais precisa de biomarcadores e estratégias eficazes de neuromodulação em ambientes clínicos e de pesquisa.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig01.jpg"> 
Figura 1: Informações derivadas de ressonância magnética para um sujeito representativo. (A) Parcelamento anatômico delineando o córtex pré-frontal dorsolateral alvo (DLPFC). (B) Mapa de conectividade funcional mostrando anticorrelação com o córtex cingulado subgenual (cores mais claras indicam anticorrelação mais forte). (C) Tractografia em tempo real exibindo linhas de fluxo semeadas a partir da área alvo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Gel abrasivo</td><td>H + H Dispositivos Médicos</td><td>OneStep AbrasivPlus</td><td></td></tr><tr><td>Gel condutor</td><td>ICE</td><td>ElectroGel</td><td></td></tr><tr><td>DESENHISTA</td><td></td><td>Versão 2.0.0</td><td>https://nyu-diffusionmri.github.io/DESIGNER-v2</td></tr><tr><td>Amplificadores de EEG</td><td>Brain Products GmbH</td><td>Amplificadores BrainAmp DC</td><td>Frequência de amostragem de 5000 Hz</td></tr><tr><td>Tampas de EEG</td><td>EASYCAP GmbH</td><td>BrainCap de 64 canais para TMS</td><td>Eletrodos Ag/AgCl sinterizados</td></tr><tr><td>Amplificador EMG</td><td>Nexstim Plc</td><td>Nexstim EMG</td><td></td></tr><tr><td>Bobina em forma de oito</td><td>Nexstim Plc</td><td>Bobina Resfriada</td><td>Bobina refrigerada a ar de 70 mm de diâmetro</td></tr><tr><td>denuncie</td><td></td><td>Versão 22.1.0</td><td>https://fmriprep.org</td></tr><tr><td>Surfista Livre</td><td></td><td>Versão 7.3.2</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td></tr><tr><td>LABORATÓRIO MATLAB</td><td>Obras de Matemática</td><td>Versão R2021b</td><td>https://www.mathworks.com</td></tr><tr><td>Scanner de ressonância magnética</td><td>Siemens Saúde</td><td>3T Siemens MAGNETOME Skyra</td><td>Imagens estruturais em T1: MPRAGE, voxels istrópicos de 1 mm, TR = 2530 ms e TE = 3,42 ms; fMRI: EPI, voxels isotrópicos de 3 mm, TR= 1250 ms, TE = 3 ms, fator de aceleração multibanda 3, ângulo de inversão 65; dMRI: 100 direções de gradiente diferentes no total (b = 1500 e 3000 s/mm2), 12 volumes não ponderados em difusão (b = 0&nbsp; s/mm2) com anterior&ndash; direção de codificação de fase posterior, 1 volume não ponderado por difusão com a direção de codificação de fase reversa (posterior&ndash; anterior), voxels isotrópicos de 2 mm, TR = 4100 ms, TE = 105 ms.</td></tr><tr><td>MRtrix3</td><td></td><td>Versão 3.0.4</td><td>https://www.mrtrix.org</td></tr><tr><td>nilearn</td><td></td><td>Versão 0.10.3</td><td>https://nilearn.github.io</td></tr><tr><td>Fones de ouvido com cancelamento de ruído&nbsp;</td><td>Pesquisa Etimótica Inc</td><td>Fones de ouvido ER3C Insert</td><td></td></tr><tr><td>Pitão</td><td></td><td>Versão 3.9.19</td><td>https://www.python.org</td></tr><tr><td>realTimeTractogramVisualizer</td><td></td><td>Versão 0.1</td><td>https://github.com/baranaydogan/realTimeTractogramVisualizer</td></tr><tr><td>rt-TEP</td><td></td><td></td><td>https://github.com/iTCf/rt-TEP</td></tr><tr><td>Elementos EMG de superfície</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline 720</td><td></td></tr><tr><td>Eletrodo de aterramento EMG de superfície</td><td>Ambu A/S</td><td>Aterramento Ambu Neuroline</td><td></td></tr><tr><td>TAAC</td><td></td><td></td><td>www.github.com/iTCf/TAAC</td></tr><tr><td>Sistema TMS</td><td>Nexstim Plc</td><td>Nexstim NBT 2.2.4</td><td>Pulso bifásico, intervalo interestímulo instável 2&ndash; 2,4 s</td></tr></tbody></table>

tms-eeg guiado por neuroimagem para mapeamento de rede cortical em tempo real

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

O protocolo descrito foi usado para coletar dados de TMS-EEG do córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo (DLPFC) de um voluntário saudável. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Coordenador do Hospital Universitário de Helsinque e realizado de acordo com a Declaração de Helsinque. O sujeito assinou um termo de consentimento livre e esclarecido. Para obter os detalhes de aquisição de dados, consulte Tabela de materiais.
O DLPFC esquerdo é uma área de interesse comum, usada na prática clínica para o tratamento repetitivo da EMT do transtorno depressivo maior (TDM)65. Um crescente corpo de literatura destaca a importância da conectividade funcional do córtex cingulado anterior subgenual (sgACC) com DLPFC na fisiopatologia do TDM 3,66,67. Em particular, há indícios de que o tratamento com EMT administrado nas áreas do DLPFC esquerdo mostrando forte anticorrelação com o sgACC esquerdo pode ter maior eficácia 38,68,69,70. Após essas descobertas, supõe-se que os dados de TMS-EEG registrados dos alvos funcionalmente anticorrelacionados com a atividade do sgACC BOLD serão mais informativos para o desenvolvimento de biomarcadores.
A máscara de RM estrutural para CPLPD foi definida como uma combinação das regiões 9a, 9p, 9-46d, 46, a9-46v e p9-46v do HCPMMP36, englobando as áreas de Brodmann 9 e 46. A máscara sgACC foi a região 25, equivalente à área 25 de Brodmann. Seguindo o protocolo descrito, os mapas de correlação semente-voxel foram derivados usando dados de fMRI e selecionados apenas voxels pertencentes ao ROI DLPFC. Os mapas foram então limitados para exibir apenas voxels com correlação negativa; O valor absoluto da correlação foi tomado para simplificar a visualização. Os clusters resultantes foram sobrepostos na ressonância magnética estrutural na neuronavegação durante o experimento TMS-EEG (Figura 2A).
Os alvos iniciais do mapeamento TMS-EEG foram selecionados de regiões que exibiram a anticorrelação funcional mais forte com o sgACC. Esses alvos foram então refinados iterativamente por meio do procedimento de mapeamento TMS-EEG para identificar os locais de estimulação mais promissores com base na qualidade do TEP e sua proximidade com manchas corticais com a maior anticorrelação com o sgACC. O conjunto finalizado de locais de estimulação potencial foi posteriormente analisado usando tractografia em tempo real. Como não há via direta conhecida do sgACC para o DLPFC, as vias indiretas da substância branca tiveram que ser consideradas. Nos casos em que vias diretas ou indiretas específicas são conhecidas a priori, elas devem ser priorizadas. Para o sgACC, a rede cerebral em larga escala afetada pelo MDD3 foi levada em consideração durante a seleção do alvo orientada por tractografia. A conectividade estrutural do alvo TMS também foi avaliada, com áreas mostrando ampla conectividade com outras regiões do cérebro - como o córtex pré-frontal ventromedial, a área de Broca ou o lobo parietal - recebendo maior prioridade.
Seguindo o protocolo de mapeamento, o alvo, a orientação e a intensidade da estimulação foram escolhidos com base nos TEPs resultantes serem maiores que 6 μV e minimamente afetados por artefatos. Cada iteração de otimização envolveu a gravação de 20 pulsos com pré-processamento mínimo. O alvo otimizado final foi então usado para coletar 300 pulsos para análise de dados.
O pipeline de pré-processamento mínimo, projetado para simular o uso de rt-TEP em tempo real, envolveu as seguintes etapas: 1. Divisão dos dados em épocas 2. Correção de linha de base 3. Remoção do artefato TMS substituindo dados de -2 a 10 ms ao redor do pulso TMS por zeros 4. Remoção dos canais defeituosos 5. Re-referenciar a referência média 6. Um filtro passa-baixa a 80 Hz e um filtro de entalhe a 48–52 Hz foram aplicados quando necessário para lidar com ruídos de linha e alta frequência.
O pipeline completo de pré-processamento seguiu os procedimentos descritos em Mutanen et al., 202471. Para obter mais detalhes sobre o pré-processamento de TMS-EEG, consulte Hernandez-Pavon et al., 202272, Rogasch et al., 201773, Mutanen et al., 201874 e Mutanen et al., 201675. Em resumo, o processo incluiu: 1. Divisão dos dados em épocas 2. Correção de linha de base 3. Remoção do artefato TMS entre -2 e 10 ms ao redor do pulso TMS, com interpolação cúbica usando 5 ms de dados antes e depois do intervalo removido 4. Remoção de canais ruins (4 no total: Fpz, F1, FT10, TP9, PO4) 5. Remoção de testes ruins 6. Remoção de desvios com detrending robusto 7. ACI para remoção de artefatos oculares 8. Correção de linha de base 9. Aplicação do algoritmo SOUND74 para suprimir o ruído extracraniano, seguido de re-referência à referência média 10. Algoritmo SSP-SIR75 para remover artefatos musculares evocados por TMS 11. Filtragem passa-baixa a 80 Hz e um filtro de entalhe a 48–52 Hz 12. Recortar as extremidades da janela de tempo para remover possíveis efeitos de borda 13. Remoção adicional de ensaios ruins para garantir que os ensaios residuais de alto ruído sejam excluídos (22 de um total de 300 rejeições)
O procedimento experimental iniciou-se com a identificação do limiar motor de repouso. O RMT do sujeito foi de 41% MSO.
Durante o procedimento experimental, principalmente os eletrodos sobre a região de interesse (AF3, F1, F3, F5, FC3) (Figura 2B) foram examinados para avaliar a qualidade das TEPs resultantes. Outros eletrodos foram monitorados continuamente quanto à baixa impedância, e a impedância foi reduzida conforme necessário, seguindo o procedimento descrito na etapa 3.1.10. As respostas iniciais do TMS dentro da janela de tempo de 10 a 60 ms, que refletem a ativação direta do córtex pelo campo elétrico induzido, foram usadas para avaliar a qualidade dos TEPs produzidos.
O procedimento de mapeamento (ver Figura 3) começou com um dos clusters de fMRI (Figura 3A) e uma investigação da conectividade estrutural da área-alvo (Figura 3B), que mostrou principalmente linhas de fluxo para a área homóloga no hemisfério contralateral e no pólo frontal.
Para a estimulação, a bobina foi orientada a 45 graus em relação à linha média. A intensidade da estimulação foi fixada em 49% MSO, correspondendo a 96 V/m estimado no campo E máximo no hotspot e 120% RMT. Na Figura 3C, uma potencial resposta semelhante à TEP é observada nos eletrodos F3, F1 e FC3. O eletrodo AF3 exibe um artefato de toque de grande amplitude, enquanto F5 é afetado por um pequeno artefato muscular reconhecível pelo pico de alta frequência e alta amplitude logo após o pulso TMS76,77. Para minimizar o artefato de toque durante a gravação, uma tampa de rede pressionando os eletrodos para baixo para reduzir o movimento ou uma fina camada de espuma sob a bobina pode ser usada (ver Hernandez-Pavon et al., 202328). Embora tais artefatos muitas vezes possam ser removidos por meio de filtragem, uma vez que apenas o AF3 estava contaminado, ele foi excluído da referência média para evitar filtragens desnecessárias, resultando nos dados mostrados na Figura 3D.
Concentrando-se no eletrodo F3 (Figura 3F), o sinal parece não ser afetado pelo artefato muscular observado em F5. A forma de onda característica de grande amplitude se recupera em torno de 15 ms, e uma deflexão de 5 microvolts entre 22 ms e 32 ms é provavelmente uma resposta cortical genuína ao TMS. A filtragem do sinal (Figura 3E, G) confirma que a amplitude não é afetada pelo ruído em outros canais.
Para investigar se o artefato muscular no canal F5 poderia ser reduzido através da rotação da bobina, todos os outros parâmetros de estimulação foram mantidos constantes (Figura 4), e a bobina foi primeiro girada para uma orientação póstero-anterior (Figura 4A), onde o campo E máximo foi estimado em 80 V/m e depois para uma direção lateral-medial (Figura 4E), com 101 V/m de campo E máximo. Um aumento acentuado na ativação muscular foi observado com a orientação da bobina póstero-anterior (Figura 4B,C), que foi relatada como desconfortável pelo sujeito. A orientação látero-medial produziu um sinal semelhante ao mostrado na Figura 3, mas com maior amplitude, resultando em uma resposta precoce de 12 μV TEP no eletrodo F3 (Figura 4F,G), o que permite uma redução na intensidade da estimulação. A falta de músculos excessivos, decaimento ou artefatos de toque, juntamente com o tamanho da resposta inicial do TEP, torna essa combinação de parâmetros de estimulação um candidato promissor para a coleta de dados.
A Figura 5 mostra o efeito da intensidade da estimulação nas respostas de TEP no alvo de baixa excitabilidade. O segundo cluster de fMRI (Figura 5A) e sua conectividade estrutural (Figura 5B) foram então investigados. Da mesma forma que o primeiro alvo, as conexões estruturais parecem estar limitadas aos lobos frontais. Vale ressaltar que, apesar da distância entre os dois clusters de fMRI ser de 28 mm, a intensidade de estimulação usada para os alvos anteriores, 49% MSO (77 V / m, 120% RMT), não produziu resposta TMS discernível, destacando a importância da seleção baseada em TEP da intensidade de estimulação. Na Figura 5B, C, a resposta TMS a 55% MSO (89 V / m, 134% RMT) é mostrada. É importante notar que a grande deflexão observada após 10 ms não é uma resposta genuína da EMT, mas sim uma continuação da recuperação do artefato muscular. Portanto, apenas sinais que ocorrem após 25 ms após o pulso devem ser considerados, resultando em uma amplitude de 4 μV entre 26 ms e 60 ms. A intensidade foi aumentada para 60% MSO (97 V / m, 146% RMT) na tentativa de obter respostas anteriores distintas ( Figura 5F , G ). Em comparação com a intensidade de 55% da MSO, foi observado um aumento esperado na amplitude do artefato muscular, mas houve pouco ou nenhum aumento na amplitude da PTE. Com base na forma de onda observada e na necessidade de uma maior intensidade de estimulação, esse alvo seria considerado como exibindo menor excitabilidade cortical em comparação com os alvos anteriores, tornando-o menos informativo para a coleta de dados. No entanto, um alvo com propriedades semelhantes pode ser preferível para protocolos de tratamento.
No total, 16 combinações distintas de parâmetros de estimulação foram investigadas usando um procedimento de mapeamento de 20 tentativas. A duração total do procedimento, excluindo o preparo do EEG e EMG (que levou aproximadamente 30 min), foi de 2 h 35 min. O alvo final de estimulação pode ser visto na Figura 6A. Embora esteja muito próximo do alvo inicial (Figura 3A), esse alvo exibe conectividade estrutural muito mais difundida (Figura 6B), potencialmente fornecendo mais informações sobre a propagação do sinal do hotspot para outras regiões corticais. A intensidade da estimulação foi mantida em 49% MSO (102 V/m, 120% RMT).
O pré-processamento mínimo dos primeiros 20 pulsos coletados do alvo de estimulação final é mostrado na Figura 6C,D. O toque de grande amplitude contaminou o eletrodo F1, que foi posteriormente rejeitado. No entanto, o ruído residual permaneceu presente em outros eletrodos mesmo após essa rejeição. Apesar da presença do artefato de toque, a ausência do artefato muscular dentro da região de interesse permitiu considerar as latências após 16 ms como um sinal neural genuíno. Após a filtragem, a amplitude do componente inicial entre 17 ms e 35 ms foi de 9 μV.
A Figura 6E, F mostra o resultado do pipeline de pré-processamento completo aplicado ao conjunto de dados de 300 pulsos. O TEP resultante se assemelha muito à forma de onda derivada de 20 pulsos (Figura 6D), demonstrando a relevância do monitoramento em tempo real dos TEPs. A resposta inicial entre 20 ms e 40 ms é de 6 μV, demonstrando a redução esperada na amplitude devido ao pré-processamento.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig02.jpg"> 
Figura 2: Neuronavegação e configuração do eletrodo. (A) Modelo de cabeça baseado em ressonância magnética 3D do sujeito sobreposto com conectividade derivada de fMRI. (B) Esquema da colocação do eletrodo de EEG, com eletrodos de interesse sob a bobina de estimulação marcados em laranja. Observe que as localizações dos eletrodos são digitalizadas no modelo de cabeça 3D (etapa 3.7.4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig03.jpg"> 
Figura 3: Um exemplo de processamento mínimo de dados TMS-EEG . (A) O visor de neuronavegação mostra o local de estimulação e a orientação da bobina. A seta vermelha indica a direção mais forte do pulso bifásico e a seta azul indica a direção mais fraca. A intensidade da estimulação é expressa como uma porcentagem da saída máxima do estimulador (MSO) e do limiar motor de repouso (RMT). (B) Tractografia em tempo real no local de estimulação. (C) Dados brutos de TMS-EEG de eletrodos abaixo da bobina de estimulação. (D) Dados TMS-EEG após rejeição de canal ruidoso, com canais rejeitados substituídos por zeros. (E) Dados TMS-EEG após a filtragem. (F) Visão ampliada do eletrodo F3 após rejeição de canal ruim. (G) Vista ampliada do eletrodo F3 após a filtragem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig04.jpg"> 
Figura 4: Efeito da orientação de estimulação no artefato muscular. (A) Alvo de estimulação com orientação da bobina póstero-anterior e intensidade correspondente. (B) Dados brutos para orientação póstero-anterior, mostrando contaminação por artefatos musculares. (C) Dados do eletrodo F3 com grande artefato muscular. (D) Tractografia em tempo real correspondente ao local de estimulação. (E) Alvo de estimulação com orientação lateral-medial e intensidade correspondente. (F) Dados brutos para orientação lateral-medial, mostrando TEPs limpos. (G) TEP do eletrodo F3, exibindo uma resposta precoce grande e livre de artefatos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig05.jpg"> 
Figura 5: Efeito da intensidade da estimulação nas respostas TEP no alvo de baixa excitabilidade. (A) Localização e intensidade do alvo de estimulação. (B) Dados brutos registrados em 55% MSO. C) Dados do eletrodo F3, sem componentes TEP iniciais distinguíveis. (D) Tractografia em tempo real correspondente ao local de estimulação. (E) A intensidade da estimulação aumentou, mantendo o alvo constante. (F) Dados brutos registrados em 60% MSO. (G) Dados do eletrodo F3 mostrando artefatos musculares devido à maior intensidade de estimulação. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67339/67339fig06.jpg"> 
Figura 6: Efeito de pipelines de pré-processamento mínimo e completo nos dados TMS-EEG . (A) Alvo e intensidade da estimulação final. (B) Tractografia em tempo real para o local de estimulação. (C) Dados brutos em média em 20 ensaios. (D) TEP médio de 20 tentativas no eletrodo F3. (E) TEPs totalmente pré-processados tiveram uma média de mais de 300 ensaios. (F) TEP médio de 300 tentativas totalmente pré-processado no eletrodo F3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67339/67339fig06large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

TMS-EEG guiado por neuroimagem para mapeamento de rede cortical em tempo real

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

Estamos desenvolvendo protocolos de neuromodulação totalmente personalizados reprodutíveis, integrando morfologia cortical, conectividade estrutural e funcional, bem como neurofisiologia para aumentar a especificidade do TMSEG para a descoberta de biomarcadores clínicos.Nosso protocolo permite acesso confiável a potenciais evocados de EMT precoces que refletem a reatividade cortical imediata da área-alvo. Esses sinais são normalmente obscurecidos por artefatos e baixa qualidade de dados em abordagens não personalizadas.Nosso objetivo é automatizar o mapeamento cortical usando algoritmos em tempo real, TMS multilocus e robótica. O objetivo é aumentar a precisão na pesquisa de neuromodulação e melhorar a eficácia em aplicações clínicas.[[Instrutor] Para começar: Sente o sujeito em uma cadeira posicionada perto o suficiente para que os cabos da tampa se conectem ao sistema de eletroencefalografia. Meça a circunferência da cabeça do sujeito para selecionar uma tampa de eletroencefalografia correspondente. Coloque a touca começando pela testa, mantendo o cabelo sob a touca. Meça a distância do násio ao ínion e do tragus esquerdo para o direito. Em seguida, ajuste a posição da tampa para garantir que CZ esteja centralizado a meio caminho entre esses pontos de referência anatômicos. Usando lenços umedecidos com álcool e fita abrasiva, limpe a mastóide e a pele óssea zigomática oposta ao lado da estimulação para melhorar a condutividade. Coloque o eletrodo de aterramento no osso zigomático e o eletrodo de referência na mastóide usando arruelas de eletrodo de anel. Aplique uma pasta abrasiva nos locais dos eletrodos de aterramento e esfregue levemente a pele com uma agulha romba. Em seguida, encha cada eletrodo com gel condutor. Confirme se as fendas estão posicionadas corretamente para acesso auditivo durante a neuronavegação e a colocação do fone de ouvido. Agora, prenda a tampa no lugar usando fechos de velcro sob o queixo. Para preparar os eletrodos da tampa, aplique gel abrasivo e use uma agulha romba para limpar o cabelo sob cada eletrodo até que a pele fique visível. Encha o eletrodo com gel condutor enquanto o pressiona suavemente para garantir que o gel adequado, mas não excessivo, seja aplicado. Se a impedância for alta após a preparação inicial, use uma agulha cega ou cotonete para esfregar a pele dentro do eletrodo novamente, evitando o deslocamento do cabelo. Em seguida, reabasteça o eletrodo com gel condutor e verifique os níveis de impedância repetindo até que todos estejam abaixo de cinco quilo ohms. Limpe cada local do eletrodo com lenços umedecidos embebidos em álcool. Coce levemente a pele com fita abrasiva e limpe novamente com álcool antes de deixar secar. Coloque o eletrodo ativo na barriga do músculo. Tipicamente, o abdutor curto do polegar direito ou o primeiro interósseo dorsal. Coloque o eletrodo de referência sobre o tendão muscular e o eletrodo de aterramento no dorso da mão. Para a preparação da neuronavegação, posicione o sujeito confortavelmente na cadeira, garantindo que o pescoço, as mãos e as pernas estejam relaxados. Agora, prenda o rastreador de cabeça e certifique-se de que ele esteja estável durante a estimulação. Identifique os pontos cardeais, incluindo os pontos násio e pré-auricular na ressonância magnética do sujeito. E usando uma caneta digitalizadora, marque os pontos cardeais correspondentes na cabeça do sujeito para ver a orelha e os pontos de referência do násio. Digitalize pontos adicionais na superfície do crânio para reduzir erros de registro. Prepare o mascaramento de ruído usando uma faixa de áudio em loop de ruído branco misturada com cliques de bobina gravados da bobina específica usada. Certifique-se de que o sujeito coloque as pontas dos fones de ouvido que mascaram o ruído corretamente nos canais auditivos. Em seguida, coloque a bobina aproximadamente cinco centímetros acima da cabeça do sujeito. Forneça pulsos de alta intensidade com um intervalo entre estímulos instável e aumente gradualmente o volume do PC em 1 a 2% até que o sujeito indique que não ouve mais o clique. Forneça de 20 a 30 pulsos enquanto monitora a visualização do potencial evocado transcraniano em tempo real. Se for observado um potencial evocado auditivo, aumentar o volume do ruído mascarador em incrementos de 2% até que o componente desapareça. Para determinar o limiar motor em repouso, instrua o sujeito a manter os músculos relaxados com a palma da mão voltada para cima. Posicione a bobina de estimulação magnética transcraniana sobre o botão do motor com o campo elétrico perpendicular ao sulco. Comece com aproximadamente 30% da produção máxima do estimulador e aumente a intensidade até que a ativação muscular localizada seja observada. Ajuste a localização e a orientação da bobina até que uma resposta específica ao abdutor curto do polegar seja observada. Usando o local salvo, aplique algoritmos automatizados no sistema para determinar o limiar motor em repouso Para mapeamento cortical, sobreponha as parcelas anatômicas e os mapas de conectividade funcional da ressonância magnética no software de neuronavegação. Defina pelo menos dois a três alvos de estimulação com base em conectividade estrutural e funcional promissora. Comece a estimulação em 100 a 110% do limiar motor em repouso com o mascaramento de ruído ativo. Média de 20 pulsos por série e monitore os potenciais evocados transcranianos resultantes. Ajuste a intensidade em incrementos máximos de saída do estimulador de 2% até que a amplitude de resposta inicial exceda seis microvolts. Monitore o sinal em busca de artefatos de decaimento reconhecíveis por sua natureza exponencial, bem como artefatos musculares bipolares. Se os artefatos musculares durarem mais de 15 milissegundos, tente girar a bobina para minimizá-los. Prossiga até que um componente inicial limpo acima de seis microvolts seja alcançado. Se a rotação da bobina não melhorar a qualidade do sinal, tente mudar o local de estimulação alguns milímetros e repita o processo mapeando as respostas corticais em toda a área cortical. Se os artefatos persistirem, prossiga para investigar o próximo alvo cortical predefinido. Quando o alvo e os parâmetros de estimulação são otimizados, meça a impedância do eletrodo antes de iniciar a gravação dos dados do TMSCEG. Se a impedância exceder cinco quilo ohms, adicione gel condutor para reduzi-la. Se ainda estiver muito alto, repita a preparação e adicione mais gel apenas se necessário. O local de estimulação inicial selecionado do cluster FMRI mostrou anticorrelação com o córtex cingulado anterior subgenual e tractografia, indicando principalmente conexões colossais e ipsilaterais cruzadas com o pólo frontal contralateral. Uma potencial resposta semelhante à TEP é observada nos eletrodos F3, F1 e FC3. O eletrodo AF3 exibe um artefato de toque de grande amplitude, enquanto F5 é afetado por um pequeno artefato muscular reconhecível pelo pico de alta frequência e alta amplitude logo após o pulso TMS. O pré-processamento confirmou que a resposta F3 não foi afetada por artefatos que preservam a amplitude do componente inicial. Mudança para uma orientação de bobina póstero-anterior, aumento dos artefatos musculares e desconforto com artefatos fortes visíveis em todos os canais. O uso de uma orientação de bobina medial lateral produziu um TEP limpo de grande amplitude no eletrodo F3, com pico de 12 microvolts em 20 milissegundos. O alvo de estimulação final com orientação de bobina medial lateral localizada perto do inicial exibiu conectividade estrutural mais ampla do que os alvos anteriores. Após pré-processamento mínimo e nove microvolts, o componente inicial foi detectado entre 17 e 35 milissegundos no eletrodo F3, livre de artefato muscular. O pré-processamento completo do conjunto de dados do estudo 300 preservou a forma de onda, mostrando uma resposta inicial reduzida de seis microvolts entre 20 e 40 milissegundos.

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

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