Комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография Дорсолатеральное префронтальной коры
17 августа 2018 г.
Представленные здесь протокол предназначен для TMS-ЭЭГ исследования с использованием intracortical возбудимость тест-повторный тест дизайн парадигмы. Целью протокола является для получения надежных и воспроизводимых корковой возбудимости меры для оценки, нейрофизиологические функционирования связанных с терапевтических вмешательств в лечении психоневрологических заболеваний, таких как депрессия.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области неврологии, клинической нейрофизиологии и психиатрии путем определения нейрофизиологических сигналов, которые могут служить предикторами реакции на терапевтические вмешательства. При правильном выполнении эта методика может надежно и воспроизводимо контролировать изменения возбудимости коры головного мозга из-за этих терапевтических вмешательств. Демонстрировать процедуру будет Стейси Шим, аналитик-исследователь из нашей лаборатории.
Для начала сначала выберите кепку, которая хорошо сидит на голове участника. Поместите электрод Cz в вершину на полпути между линией, соединяющей насиан и иньян. Убедитесь, что все электроды плотно соприкасаются с кожей головы и функционируют.
Далее отрегулируйте тупой кончик шприца и заполните его электропроводящим гелем. Поместите наконечник внутрь отверстия для электрода, а затем слегка нажмите на поршень, пока на коже не останется немного пасты. Затем потрите кожу головы тупым кончиком и следите за тем, чтобы паста не вылилась сверху, чтобы избежать образования слипов.
Сначала подготовьте заземляющие электроды и электроды сравнения. Убедитесь, что импеданс составляет менее пяти килоОм для всех электродов. Электродная подготовка определяет качество регистрируемого сигнала мозга и сводит к минимуму потребность в методах обработки сигнала, которые могут устранить как шум, так и сигнал мозга, критически важный для его изучения.
Теперь поместите два одноразовых дисковых электрода ЭМГ диаметром около 30 миллиметров на правую отводящую мышцу pollicis brevis, или APB, для монтажа сухожилия живота. Также установите заземляющий электрод в соответствии с рекомендациями производителя. Подключите электроды к усилителю ЭМГ.
Начните с загрузки Т1-взвешенного МРТ в навигационную систему и выбора сторон света для регистрации. Используйте либо MNI, либо Talairach координаты дорсолатеральной префронтальной коры. Затем расположите трекер головы таким образом, чтобы он не двигался во время сеанса стимуляции, и позвольте катушке ТМС свободно двигаться.
Затем попросите участника вставить беруши, затем совместите голову участника с 3D-моделью МРТ. Для этого нужно коснуться головы участника оцифровывающим пером по сторонам света, выбранным в МРТ. Теперь подтвердите регистрацию, положив оцифровывающее перо на голову участника и проверив представление на компьютере.
При необходимости откалибруйте катушку TMS, прикрепив трекеры к катушке. Затем поместите под катушку полиуретановую губку, чтобы свести к минимуму вибрацию катушки над электродами во время импульсов ТМС. Поместите катушку на калибровочный блок так, чтобы все трекеры были видны с камеры.
Затем нажмите кнопку калибровки на экране компьютера и удерживайте катушку в положении калибровки в течение пяти секунд. На этом этапе проинструктируйте участника отдохнуть и оставаться в комфорте с расслабленной спиной, руками и ногами. Затем, чтобы найти горячую точку, начните с наведения на моторную ручку как на начальный ориентир коркового представления APB и первичной моторной коры, и перемещайте катушку до тех пор, пока не произойдет соответствующее движение мышц.
Используйте интенсивность ТМС, вызывающую пороговые значения мотора или MEP около 500 микровольт на APB. Оптимизируйте ориентацию катушки, изменяя ее угол наклона и наклон, чтобы вызвать наибольший отклик над горячей точкой. Сохраните это позиционирование катушки в программном обеспечении нейронавигатора и уменьшите интенсивность выходного сигнала с шагом 2-3%, затем дайте 10 импульсов, и если получится более пяти из 10 откликов MEP свыше 50 микровольт, продолжайте снижать интенсивность.
Когда вызывается менее пяти из 10 откликов, начинайте увеличивать интенсивность с шагом 1-2%Моторный порог представлен как интенсивность, при которой генерируются MEP более 50 микровольт в пяти из 10 раз. Интервал между стимулами, ISI, для двигательного порога должен быть длиннее одной секунды, обычно от трех до пяти секунд. Затем отрегулируйте интенсивность, начиная со 120% от порога двигателя, чтобы получить MEP в коре первичного мотора от 500 до 1500 микровольт.
Запишите 10 импульсов с этим выходом, увеличивая или уменьшая интенсивность с шагом 1-2% до достижения среднего значения в один микровольт. Регулировка интенсивности катушки имеет решающее значение для нацеливания на исследуемую популяцию нейронов, а также для качества сигналов. На этом этапе расположите спираль над дорсолатеральной префронтальной корой и стимулируйте несколько раз.
Если генерируются значительные артефакты, выполните тонкую настройку расположения катушки, немного отодвинув ее от этого места. Теперь оцифруйте электроды ЭЭГ так, чтобы их положение регистрировалось по анатомии мозга. Затем замените беруши на пневматические аудионаушники, чтобы при желании воспроизводить маскировку звука белого шума.
И наденьте поверх них наушники для защиты слуха. На этом этапе установите катушку на держатель катушки и убедитесь, что катушка не перемещается и не давит на электроды под ней. Наконец, проведите эксперимент, включающий одноимпульсную ТМС, а также парно-импульсную ТМС для короткого внутрикортикального торможения, интракортикального фасилитации и длительного интракортикального торможения, в случайном порядке для каждого участника.
На этом рисунке показаны большие средние значения вызванных ТМС ответов на ЭЭГ от дорсолатеральной области префронтальной коры, представляющих интерес электродов после стимуляции. Это включает в себя одноимпульсное ТМС, короткое интракортикальное торможение, интракортикальное облегчение и длительное интракортикальное торможение. Здесь мы видим значения вызванных потенциалов N100, построенные топографически по всем электродам для каждого условия стимуляции.
При проведении этой процедуры важно правильно подготовить электроды, выбрать правильную мишень для стимуляции, а также правильно отрегулировать интенсивность стимуляции и ориентацию катушки. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области нейронауки, неврологии, клинической нейрофизиологии и психиатрии для изучения возбудимости коры коры и связности в различных состояниях мозга, как у здоровых добровольцев, так и у пациентов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описывается метод проведения исследований с применением ТМС-ЭЭГ для оценки внутрикорковой возбудимости с использованием дизайна «тест-ретест». Цель метода заключается в получении надежных показателей для оценки нейрофизиологических функций в рамках терапии нейропсихиатрических расстройств, таких как большое депрессивное расстройство.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Клиническая нейрофизиология
- Психиатрия
Теоретические основы
- Данное исследование посвящено измерению корковой возбудимости.
- Целью работы является выявление предикторов ответа на терапевтические вмешательства.
- Протокол разработан для обеспечения воспроизводимости измерений.
- В нем используются ТМС и ЭЭГ для комплексной оценки функций мозга.
Цель исследования
- Разработка надежных методов оценки изменений возбудимости коры головного мозга.
- Оказание помощи в выявлении нейрофизиологических сигналов, связанных с терапевтическим ответом.
- Углубление понимания нейрофизиологических механизмов при нейропсихиатрическом лечении.
Используемые методы
- ТМС-ЭЭГ как основной метод измерения возбудимости коры головного мозга.
- Биологическая модель включает участников с нейропсихиатрическими заболеваниями.
- Критически важными компонентами являются надлежащая подготовка электродов, калибровка катушки ТМС и настройка интенсивности стимуляции.
- Основные этапы включают размещение электродов, проверку импеданса и контроль параметров ТМС.
- Регистрация данных осуществляется во время процедур ТМС с использованием одиночных и парных импульсов.
Основные результаты
- Данный метод обеспечивает надежный мониторинг возбудимости коры головного мозга.
- Подготовка электродов напрямую влияет на качество сигнала и точность измерений.
- Во время стимуляции могут возникать значительные артефакты, что требует тщательной корректировки положения катушки.
- В исследовании оптимизированы методы регистрации ключевых нейрофизиологических ответов.
Выводы
- Данное исследование представляет надежный протокол для развития исследований с применением ТМС-ЭЭГ в нейропсихиатрии.
- Он позволяет глубже изучить возбудимость коры головного мозга и ее влияние на ответ на лечение.
- Полученные результаты имеют значение для понимания нейронных механизмов и совершенствования терапевтических подходов.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Комбинированный метод ТМС-ЭЭГ дорсолатеральной префронтальной коры позволяет проводить прямую количественную оценку возбудимости и связности коры, что способствует разработке прогностических биомаркеров ответа на нейропсихиатрическое вмешательство. Данная воспроизводимая парадигма с тестом-ретестом усиливает механизмы снижения рисков и валидацию мишеней на стыке фундаментальной и трансляционной нейронауки. Этот подход предназначен для принятия решений по портфелю препаратов путем предоставления надежных нейрофизиологических конечных точек для оценки терапии на ранних стадиях.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Раннее обнаружение и валидация мишени
- Позволяет исследовать функционирование корковых цепей и степень воздействия на мишени в областях мозга, значимых для конкретного заболевания.
- Способствует снижению биологических рисков путем количественной оценки нейрофизиологических изменений, связанных с вмешательством.
- Повышает прогностическую уверенность в модуляции мишени благодаря воспроизводимым количественным показателям.
Скрининг и разработка методов анализа
- Подготовка валидированных нейрофизиологических тестов для последующего скрининга соединений или устройств.
- Стандартизация измерения возбудимости и связности коры головного мозга для обеспечения сопоставимости данных между различными исследованиями.
- Обеспечение воспроизводимых количественных результатов, подходящих для оценки готовности к скринингу и повторного использования платформы.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет нейрофизиологические конечные точки со стратегиями трансляционных биомаркеров для нейропсихиатрических расстройств.
- Обеспечивает преемственность от этапа поиска до доклинической валидации за счет обеспечения надежности при повторном тестировании.
- Поддерживает принятие решений о продвижении с учетом рисков на основе механистических и функциональных показателей.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод охватывает весь цикл от ранних этапов поиска до трансляционных исследований, обеспечивая связь между валидацией мишени, разработкой анализа и согласованием доклинических биомаркеров в области нейропсихиатрических исследований и разработок.
- Поисковая биология: Количественная оценка возбудимости и связности коры головного мозга для уточнения механистических гипотез.
- Скрининг: Обеспечение стандартизированных, воспроизводимых нейрофизиологических тестов для оценки эффективности вмешательств.
- Аналитика: Предоставление количественных данных ЭЭГ и показателей, вызванных ТМС, для сравнения состояний и статистического анализа.
- Трансляционные исследования: Соответствие стратегиям использования биомаркеров для стратификации пациентов и прогнозирования ответа на терапию.
- Корпоративное использование: Создание многократно используемой платформы для нейрофизиологической оценки в рамках различных программ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации нейропсихиатрических мишеней.
- Операционная ценность: Стандартизирует и масштабирует нейрофизиологические измерения для обеспечения воспроизводимости и интеграции данных между различными исследованиями.
- Стратегическая ценность: Служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении разработок (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет предоставления надежных конечных точек на ранних стадиях.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию и продвижение нейропсихиатрических активов с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Для точного сбора данных требуется опыт работы с ТМС, ЭЭГ и нейронавигацией.
- Необходимы высококачественное оборудование и аналитическая инфраструктура для минимизации артефактов и обеспечения точности сигнала.
- Требуется строгая стандартизация параметров стимуляции и расположения электродов между всеми исследовательскими группами.
- При адаптации метода для различных корковых мишеней может потребоваться оптимизация протокола для каждой области мозга.
- Процессы удаления артефактов могут непреднамеренно привести к исключению значимых нейрофизиологических сигналов.
