FMRI निर्देशित transcranial चुंबकीय उत्तेजना के दौरान दर्ज ईईजी डेटा से दृश्य पैदा की क्षमता निकालने
Summary
इस पत्र में कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के साथ पता चला activations द्वारा निर्देशित समवर्ती transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) के दौरान (ईईजी) के आंकड़ों का संग्रह और Electroencephalography का विश्लेषण करने के लिए एक विधि का वर्णन करता है. घटना से संबंधित क्षमता की टीएमएस विरूपण साक्ष्य हटाने और निकासी के लिए एक विधि प्रतिमान डिजाइन और प्रयोगात्मक सेटअप में विचार के रूप में के रूप में अच्छी तरह से वर्णित है.
Abstract
Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) एक cortical क्षेत्र और संज्ञानात्मक / neurophysiological प्रभाव के बीच एक कारण लिंक स्थापित करने के लिए एक प्रभावी तरीका है. विशेष रूप से, एक लक्ष्य क्षेत्र की सामान्य गतिविधियों के साथ एक क्षणिक हस्तक्षेप बनाने और एक electrophysiological संकेत में बदलाव को मापने के द्वारा, हम उत्तेजित मस्तिष्क क्षेत्र या नेटवर्क और हम रिकॉर्ड है कि electrophysiological संकेत के बीच एक कारण लिंक स्थापित कर सकते हैं. लक्ष्य मस्तिष्क क्षेत्रों कार्यात्मक पूर्व fMRI स्कैन के साथ परिभाषित कर रहे हैं, टीएमएस दर्ज पैदा की क्षमता के साथ fMRI सक्रियण लिंक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हालांकि, इस तरह के प्रयोगों का आयोजन महत्वपूर्ण तकनीकी चुंबकीय नाड़ी द्वारा ईईजी संकेत में पेश उच्च आयाम कलाकृतियों दी चुनौतियों, और सफलतापूर्वक कार्यात्मक fMRI द्वारा परिभाषित किया गया है कि क्षेत्रों को लक्षित करने के लिए कठिनाई प्रस्तुत करता है. यहाँ हम इन तीन आम उपकरणों के संयोजन के लिए एक पद्धति का वर्णन: टीएमएस, ईईजी, और fMRI. हम उत्तेजक & # गाइड करने के लिए समझाने39, ईईजी टीएमएस संयोजन और कैसे दर्ज आंकड़ों से विश्वसनीय ईआरपी निकालने के लिए उपयुक्त एक ईआरपी अध्ययन डिजाइन करने के लिए कैसे, समवर्ती टीएमएस दौरान ईईजी रिकॉर्ड करने के लिए कैसे संरचनात्मक या कार्यात्मक एमआरआई डेटा का उपयोग कर वांछित लक्ष्य क्षेत्र के लिए एस कुंडल. हम fMRI निर्देशित टीएमएस आमने चयनात्मक एन 1 और ईआरपी के शरीर चयनात्मक N1 घटक extrastriate प्रांतस्था में अलग तंत्रिका नेटवर्क के साथ जुड़े रहे हैं दिखाने के लिए ईईजी साथ समवर्ती इस्तेमाल किया गया था जिसमें एक पूर्व में प्रकाशित अध्ययन से प्रतिनिधि परिणाम प्रदान करेगा. इस विधि हमें टीएमएस और ईईजी की उच्च अस्थायी समाधान के साथ fMRI के उच्च स्थानिक संकल्प गठबंधन और इसलिए विभिन्न संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं के तंत्रिका आधार के लिए एक व्यापक समझ प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है.
Introduction
Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) मस्तिष्क का लक्ष्य क्षेत्रों में सामान्य तंत्रिका गतिविधि को क्षणिक हस्तक्षेप उत्पन्न करता है. इस क्षणभंगुर तंत्रिका हस्तक्षेप बनाने और एक व्यवहार या शारीरिक परिवर्तन को मापने के द्वारा, हम (एक समीक्षा देखने के लिए Pascual-लियोन एट अल. और टेलर एट अल. 1,2) लक्षित क्षेत्र और मापा प्रयोगात्मक प्रभाव के बीच एक कारण लिंक आकर्षित कर सकते हैं. इस तरह के एक प्रयोगात्मक प्रभाव, उदाहरण के लिए, हो सकता है एक संज्ञानात्मक कार्य या electrophysiological (ईईजी) गतिविधि में एक परिवर्तन पर एक प्रदर्शन. दरअसल, हाल के वर्षों में शोधकर्ताओं सीधे घटना से संबंधित क्षमता (ईआरपी) या oscillatory गतिविधि पैटर्न (जैसे 2-7) के साथ cortical क्षेत्रों से संबद्ध करने ईईजी के साथ संयोजन में टीएमएस का उपयोग शुरू कर दिया है. एक ईआरपी प्रयोग के दौरान fMRI निर्देशित टीएमएस: इस पद्धति पत्र में हम टीएमएस और ईईजी के संयोजन के लिए एक विशेष और उपयोगी ढांचे का वर्णन करेंगे. सबसे पहले, हम एफएम द्वारा पूर्वनिर्धारित क्षेत्रों के लिए टीएमएस लागू करने के लिए कैसे विस्तार होगाआरआई, ईईजी डेटा रिकॉर्डिंग करते हुए. हम तो विश्वसनीय ईआरपी की निकासी की अनुमति देता है कि एक प्रयोगात्मक डिजाइन का वर्णन करेंगे. इस तरह के एक प्रयोग के लक्ष्य के हित की ईआरपी घटकों के लिए कार्यात्मक एमआरआई के साथ पता चला कड़ी मस्तिष्क क्षेत्रों कारणतः है. अन्त में, हम fMRI साथ पता चला रहे हैं कि चेहरे और शरीर चुनिंदा क्षेत्रों के साथ चेहरे और शरीर चयनात्मक ERPs संबंधित एक अध्ययन का एक विशिष्ट उदाहरण दे देंगे.
FMRI activations साथ ईईजी संकेतों को जोड़ने के लाभ क्या है? ईईजी और fMRI आमतौर पर दृश्य इनपुट के लिए cortical प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए उपकरणों का इस्तेमाल कर रहे हैं. उदाहरण के लिए, दृश्य मार्ग में श्रेणी-चयनात्मकता ईईजी डेटा 8,9, और कार्यात्मक एमआरआई 10-12 से निकाले ईआरपी के माध्यम से दोनों, ऐसे चेहरे, शरीर के अंगों, और लिखित शब्दों के रूप में अलग अलग दृश्य वस्तु श्रेणियों के लिए मूल्यांकन किया गया था. इन दो आम अनुसंधान उपकरण द्वारा मापा संकेतों मौलिक अलग प्रकृति का है, तथापि, कर रहे हैं. ईईजी महान लौकिक के साथ तंत्रिका बिजली की गतिविधि के बारे में जानकारी रखती हैप्रेसिजन, लेकिन बहुत कम स्थानिक संकल्प और कई अलग अंतर्निहित स्रोतों का एक मिश्रण को प्रतिबिंबित कर सकते. fMRI उत्तेजना प्रस्तुति या / और कार्य निष्पादन के दौरान होने वाली धीमी hemodynamic परिवर्तन पर निर्भर neuronal गतिविधि का एक अप्रत्यक्ष उपाय प्रदान करता है, लेकिन एक उच्च स्थानिक संकल्प के साथ इस गतिविधि को प्रस्तुत करता है. दो उपायों के बीच एक संबंध स्थापित करने और इस प्रकार महान ब्याज की हो सकती है, लेकिन यह खोपड़ी दर्ज electrophysiological प्रतिक्रिया और कार्यात्मक एमआरआई के साथ पता चला क्षेत्रों के बीच एक कारण लिंक मतलब यह नहीं है कि में सीमित है. (जैसे 13-15) एक साथ मापा यहां तक कि जब ईईजी और कार्यात्मक रूप में परिभाषित किया cortical क्षेत्रों में गतिविधियों के बीच एक दिशात्मक कारण संबंध निर्धारित नहीं किया जा सकता है. टीएमएस इस तरह के एक कारण संबंध की स्थापना को प्राप्त करने में सहायता कर सकते हैं एक उपकरण है.
एक साथ एक ईईजी टीएमएस अध्ययन के कारण ज्यादातर ईईजी संकेत ख के लिए शुरू की उच्च वोल्टेज विरूपण साक्ष्य के लिए, methodologically चुनौती दे रहा हैY चुंबकीय उत्तेजना (एक समीक्षा के लिए चित्रा 1 देखें, Ilmoniemi एट अल. 16 देखें). यह विरूपण साक्ष्य अक्सर पल्स इस प्रकार ब्याज की सबसे ईआरपी घटकों अधिभावी, चित्रा 2A के बाद दिया है मिसे के कुछ सैकड़ों पिछले कर सकते हैं कि एक धीमी माध्यमिक (या अवशिष्ट) विरूपण साक्ष्य के बाद क्षणिक कम रहने नाड़ी संबंधी गड़बड़ी, के होते हैं. यह माध्यमिक विरूपण साक्ष्य ऐसे तारों और त्वचा में इन धाराओं के धीमी गति से क्षय में चुंबकीय नाड़ी से प्रेरित धाराओं, और इस तरह के ऑपरेशन के द्वारा हासिल खोपड़ी और श्रवण या somatosensory पैदा की क्षमता से अधिक पेशी गतिविधि के रूप में शारीरिक सूत्रों के रूप में यांत्रिक स्रोतों शामिल हो सकते हैं कुंडल 17-20. हस्तक्षेप के यांत्रिक सूत्रों शायद शारीरिक लोगों की तुलना में बड़ा आयाम कलाकृतियों का उत्पादन हालांकि, इन विभिन्न कलाकृतियों अलग नहीं किया जा सकता है, और संकेत में उनमें से किसी का अस्तित्व परिणाम उलझाना कर सकते हैं. एक संभव तोएक साथ ईईजी टीएमएस के विरोध के रूप lution, ("ऑफ़लाइन टीएमएस") रिकॉर्डिंग से पहले ईईजी को दोहराए टीएमएस दालों के आवेदन पत्र है. cortical गतिविधि पर इस तरह के एक प्रोटोकॉल की निरोधात्मक प्रभाव कई मिनट के लिए बनी रहती है (और आधे घंटे तक) उत्तेजना के बाद, और ईईजी यह प्रभावी समय खिड़की के दौरान मापा और आधारभूत के साथ तुलना में, पूर्व टीएमएस, ईईजी डेटा किया जा सकता है. दोहराए उत्तेजना, हालांकि, दालों मिलीसेकंड प्रस्ताव पर परीक्षण शुरू होने के लिए एक सटीक समय सापेक्ष में प्रशासित किया जा सकता है जहां ऑनलाइन टीएमएस, की पेशकश कर सकते हैं कि उच्च अस्थायी समाधान कमी परिभाषा से है. दोहराए उत्तेजना का प्रभाव भी वांछित तुलना में एक व्यापक क्षेत्र भर में cortical कनेक्शन के माध्यम से प्रचार और इसलिए महत्वपूर्ण है और साथ स्थानिक संकल्प कम कर सकते हैं.
टीएमएस प्रदान कर सकते हैं कि दोनों स्थानिक और अस्थायी समाधान का लाभ लेने के लिए, एक साथ ईईजी टीएमएस संयोजन लागू किया जा सकता है. हालांकि, इस कलाकृतियों को हटाने के लिए तरीकों की आवश्यकताईईजी संकेत पर चुंबकीय उत्तेजना द्वारा उत्पन्न. कोई विधि पर सहमति हुई है, हालांकि टीएमएस विरूपण साक्ष्य दूर करने के लिए बहुत कुछ ऑफ़लाइन गणितीय समाधान, 16,21,22 प्रस्तावित किया गया है, और कोई एक विधि सभी प्रयोगात्मक डिजाइन के लिए इष्टतम हो सकता है. एक नमूना और पकड़ circuitry से मिलकर "कतरन" प्रणाली, भी क्षण भर टीएमएस पल्स वितरण 20 के दौरान ईईजी अधिग्रहण रोकने के लिए विकसित किया गया था. इस तकनीक को विशेष हार्डवेयर की आवश्यकता है, लेकिन पूरी तरह से अवशिष्ट टीएमएस विरूपण साक्ष्य नहीं निकाल सकता है न केवल. इस पत्र में हम THUT और उनके सहयोगियों ने 19, ईआरपी के अध्ययन के लिए विशेष रूप से उपयुक्त द्वारा विकसित एक ईईजी टीएमएस कार्यप्रणाली का एक रूपांतर का वर्णन करेंगे. इस तकनीक ईआरपी की विश्वसनीय निकासी टीएमएस पल्स चित्रा 2 की वजह से सभी अवशिष्ट शोर घटकों को नष्ट करते हुए. हम आगे एक सफल ईईजी टीएमएस प्रयोगात्मक स्थापना की दिशा में सामान्य मार्गदर्शन प्रदान करेगा अनुमति देता है.
टीएमएस अध्ययन में एक और चुनौती मैं संबोधितn इस पद्धति कागज वांछित cortical क्षेत्र के एक सटीक लक्ष्यीकरण के लिए सबसे अच्छा कुंडल स्थिति और कोण लग रहा है. हम पूर्व प्राप्त कर लिया कार्यात्मक एमआरआई छवियों के साथ विषय के सिर coregister को एक stereotactic नेविगेशन प्रणाली के उपयोग के बारे में बताएगी. नेविगेशन प्रणाली anatomically से परिभाषित मस्तिष्क संरचना स्थानीय बनाना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है हालांकि कई कार्यों और प्रयोगात्मक प्रभाव के लिए सक्रियण के सटीक स्थान अकेले संरचनात्मक मार्कर से inferred नहीं किया जा सकता है, क्योंकि एक fMRI निर्देशित लक्ष्यीकरण विशेष रूप से उपयोगी है. ब्याज (आरओआई) के इस तरह के कार्यात्मक क्षेत्रों के लिए, एक क्षेत्र की परिभाषा अलग – अलग प्रत्येक भागीदार के लिए किया जाता है.
ऊपर के सभी उदाहरण देकर स्पष्ट करने के लिए, हम हम ईईजी fMRI activations 7 द्वारा निर्देशित टीएमएस साथ समवर्ती दर्ज की गई थी, जिसमें पहले से किए गए एक अध्ययन का एक उदाहरण प्रदान करेगा. इस अध्ययन में, एक डबल हदबंदी आमने चयनात्मक और शरीर चयनात्मक ERPs के बीच बनाया गया था: हालांकि चेहरे और शरीर ERPs मटरप्रत्येक ईआरपी प्रतिक्रिया अंतर्निहित तंत्रिका नेटवर्क को अलग कर देना करने के लिए सक्षम पार्श्व पश्चकपाल पालि में अलग से परिभाषित आमने चयनात्मक और शरीर चयनात्मक क्षेत्रों को लक्षित, वही विलंबता और इलेक्ट्रोड स्थलों के आसपास k. अंत में, हम टीएमएस आवेदन के दौरान ईईजी रिकॉर्डिंग के अनुकूलन के लिए और अधिक सामान्य सलाह देने की कोशिश करेंगे.
Protocol
Representative Results
Discussion
सटीक समय अंक में और एक अपेक्षाकृत अच्छा स्थानिक सटीकता के साथ क्षण भर के चयनित cortical क्षेत्रों में सामान्य neuronal गतिविधि को बाधित करने की अद्भुत क्षमता है, के बाद, टीएमएस कारणतः एक व्यवहार या एक neurophysiological उपाय …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम इस टीएमएस प्रयोग करने के लिए अपने बहुमूल्य योगदान के लिए डेविड घड़ा धन्यवाद देना चाहूंगा. इस शोध बी, वोल्फसन फाउंडेशन से अनुदान के लिए ब्रेन मैपिंग के लिए Levie-Edersheim-Gitter संस्थान से एक फैलोशिप द्वारा वित्त पोषित किया गया; इजरायल विज्ञान फाउंडेशन और gy के लिए ब्रिटिश काउंसिल शोधकर्ता विनिमय कार्यक्रम प्रयोग उन्नत इमेजिंग, तेल अवीव Sourasky मेडिकल सेंटर के लिए Wohl संस्थान में आयोजित किया गया था से एक यात्रा अनुदान से 65/08 और 1657-1608 अनुदान.
Materials
| 3.0T Signa MRI scanner | General Electric | ||
| BrainAmp amplifier | Brain Products GmbH | BP-01300 | |
| Electrode input box | Brain Products GmbH | Optional | |
| PowerPack – battery for amplifier | Brain Products GmbH | BP-02615 | |
| BrainCap – 32 flat electrodes on a flexible cap | Brain Products GmbH | BP-0300MR | Flat electrodes should be used to assure a shorter distance beween coil and scalp. If larger (e.g. pin type) electrodes are used, remove the ones under the coil |
| TMS Super Rapid2 stimulator | Magstim | ||
| 50mm double coil | Magstim | ||
| Coil holder | Any mechanical arm or tripod that can hold the coil, be adjusted to the right angle and location, and keep the coil steady during stimulation | ||
| Chinrest | |||
| Polaris infrared camera | Rogue Research Inc | ||
| Polaris trackers and pointer tool | Rogue Research Inc | ||
| BrainSight workstation and software | Rogue Research Inc | ||
| BrainVision Recorder software | Brain Products GmbH | BP-00010 | |
| MATLAB software | The MathWorks Icn. | ||
| SPM for Matlab | Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK | ||
| MarsBar region of interest toolbox for SPM | |||
| Psychtoolbox for MATLAB | This toolbox and the E-prime software (below) are examples for stimulus presentation software capable of delivering commands to the TMS stimulator and to the EEG recorder with reliable timing | ||
| E-Prime software | Psychology Software Tools, Inc. |
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