Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral

Published: August 17, 2018 doi: 10.3791/57983
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1,2
1Temerty Centre for Therapeutic Brain Intervention at the Centre for Addiction and Mental Health, 2Department of Psychiatry and Institute of Medical Science, Faculty of Medicine, University of Toronto

Summary

El protocolo presentado aquí es para estudios de EEG de TMS utilizando paradigmas de diseño de test-retest de excitabilidad intracortical. El propósito del protocolo es producir medidas de excitabilidad cortical confiable y reproducible para evaluar funcionamiento neurofisiológico relacionados con las intervenciones terapéuticas en el tratamiento de enfermedades neuropsiquiátricas como depresión mayor.

Abstract

La estimulación magnética transcraneal (TMS) es un método no invasivo que produce excitación neuronal en la corteza por medio de pulsos magnéticos breves, varían con el tiempo. La iniciación de la activación cortical o su modulación depende de la activación del fondo de las neuronas de la región cortical activada, las características de la bobina, su posición y su orientación con respecto a la cabeza. TMS junto con simultánea electrocephalography (EEG) y Neuronavegación (medidas no arancelarias-EEG) permite la evaluación de la conectividad en casi todas las áreas corticales y córtico-corticales excitabilidad de una manera reproducible. Este avance hace que medidas no arancelarias-EEG una poderosa herramienta que puede determinar con precisión la dinámica cerebral y Neurofisiología en test-retest de paradigmas que se requieren ensayos clínicos. Limitaciones de este método incluyen artefactos que cubren la reactividad cerebral inicial a la estimulación. Así, el proceso de eliminación de artefactos también puede extraer información valiosa. Por otra parte, los parámetros óptimos para la estimulación de (DLPFC) prefrontal dorsolateral no son completamente conocidos y protocolos actuales utilizan las variaciones de los paradigmas de estimulación de la corteza de motor (M1). Sin embargo, diseños de medidas no arancelarias-EEG evolutivo esperan abordar estos temas. El protocolo que presentamos presenta algunas prácticas estándar para evaluar el funcionamiento neurofisiológico de la estimulación de la DLPFC que puede aplicarse en pacientes con trastornos psiquiátricos resistentes al tratamiento que reciben como tratamiento estimulación por corriente directa transcraneal (tDCS), estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr), tratamiento de crisis magnética (TMS) o la terapia electroconvulsiva (TEC).

Introduction

La estimulación magnética transcraneal (TMS) es una herramienta neurofisiológica que permite la evaluación no invasiva de la actividad neuronal cortical a través del uso de pulsos de campo magnético rápida, varían con el tiempo1. Estos pulsos del campo magnético inducen una corriente débil en la corteza superficial debajo de la bobina que se traduce en la despolarización de la membrana. La consiguiente activación cortical o modulación está directamente relacionada con las características de la bobina, su ángulo y orientación del cráneo2. La forma de onda del pulso de descarga de la bobina y el estado subyacente de las neuronas también influyen en la activación cortical resultante3.

TMS permite la evaluación de funciones corticales que evocan las respuestas conductuales o de motor o a través de la interrupción del tratamiento relacionados con la tarea. La excitabilidad de los procesos córtico-espinal puede evaluarse a través de grabación electromiográficas respuestas (EMG) obtienen de pulsos de EMT sola sobre la corteza de motor, mientras que los intracortical (facilitación intracortical; ICF) y mecanismos inhibitorios (inhibición de corto y largo intracortical; SICI y LICI) pueden ser sondeado con pulso apareado TMS. TMS repetidor puede alterar varios procesos cognitivos, pero se utiliza principalmente como una herramienta terapéutica para una variedad de trastornos neuropsiquiátricos. Además, la combinación de la EMT con simultánea electroencefalografía (EEG-TMS) puede utilizarse para evaluar córtico-corticales excitabilidad y conectividad4. Finalmente, si la administración de la EMT se entrega con Neuronavegación (medidas no arancelarias), que permitirá precisa de test-retest paradigmas puesto que se puede grabar el sitio exacto del estímulo. Más del manto cortical pueden ser dirigida y estimulada (incluyendo aquellas áreas que no producen respuestas físicas o de comportamiento medibles) así la corteza puede funcionalmente asignarse.

La señal de EEG evocada de pulso solo o apareado TMS puede facilitar la evaluación de conectividad córtico-cortical5 y el estado actual del cerebro. La corriente eléctrica inducida por el TMS se traduce en potenciales de acción que puede activar sinapsis. La distribución de las corrientes postsinápticas puede grabarse mediante EEG6. La señal de EEG se puede utilizar para cuantificar y localizar distribuciones actuales sinápticas a través de dipolo modelado7 o estimación de mínima norma8, cuando se utiliza el EEG multicanal y con la estructura de la conductividad de la cabeza representaba. TMS-EEG combinado puede ser empleada para estudiar procesos inhibitorios corticales9, oscilaciones10, córtico-cortical11 e interacciones interhemispheric12y13de plasticidad cortical. Lo más importante, TMS-EEG puede probar cambios de excitabilidad durante tareas cognitivas o motor con buen test-retest fiabilidad14,15. Lo importante, TMS-EEG tiene el potencial para determinar señales neurofisiológicas que pueden servir como predictores de la respuesta a intervenciones terapéuticas (estimulación magnética transcraneal repetitiva o efectos farmacológicos) en test-retest diseños16,17.

Los principios de la neuronavegación para memorias de traducción se basa en los principios de la estereotaxia sin marco. El uso de sistemas una óptica de seguimiento sistema18 que emplea una cámara de emisores de luz que se comunica con elementos ópticos reflectores de luz, Unidos a la cabeza (a través de un tracker de referencia) y la bobina TMS. Neuronavegación permite la localización de la bobina en el modelo de MRI 3D con la ayuda de una herramienta de referencia digitalización o pluma. El uso de Neuronavegación facilita la captura de la orientación de la bobina, localización y alineación a la cabeza del sujeto, así como la numeración de las posiciones del electrodo de EEG. Estas características son esenciales para los experimentos de diseño test-retest y la estimulación precisa de una ubicación específica dentro de la corteza prefrontal dorsolateral.

Para utilizar un protocolo TMS-EEG en un experimento de test-retest, allí debe ser orientación precisa y constante estimulación de la región cortical para obtener señales fiables. Grabación de memorias de traducción-EEG puede ser vulnerable a diferentes artefactos. El artefacto TMS inducida en los electrodos de EEG puede ser filtrado con amplificadores que pueden recuperarse después de un retraso de19,20 o con amplificadores que no pueden ser saturado21. Sin embargo, haga clic en otro tipo de artefacto generado por movimientos de los ojos o parpadea, activación muscular craneal en proximidad a los electrodos de EEG, electrodo al azar movimiento y su polarización y por la bobina o sensación somática debe tenerse en cuenta. Preparación cuidadosa del tema que asegura la impedancia del electrodo debajo de kΩ 5, inmovilización de la bobina sobre los electrodos y una espuma entre la bobina y electrodos para reducir la vibración (o un separador para eliminar artefactos de baja frecuencia22), tapones para los oídos e incluso el enmascarar auditivo debe utilizarse para reducir al mínimo estos artefactos23. El protocolo presentado aquí introduce un proceso estándar para la evaluación de funcionamiento neurofisiológico cuando el estímulo se aplica sobre el prefrontal dorsolateral (DLPFC). El foco está en paradigmas de junto-pulso común que han sido validados en los estudios de M19,15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Todos los procedimientos experimentales aquí presentados han sido aprobados por nuestro Comité de ética Local siguiendo las directrices de la declaración de Helsinki.

1. Jefe de registro para Neuronavigated TMS: EEG

  1. Obtener una cabeza entera T1-weighted MRI estructural de alta resolución para cada participante. Análisis según las pautas del fabricante de Neuronavegación.
  2. Subir las imágenes en el sistema de navegación. Compruebe si resonancias magnéticas se analizan correctamente. Elegir los puntos cardinales (puntos preauricular, el nasion y la punta de la nariz). Introducir los objetivos de la estimulación (basada en anatomía o basada en coordenadas cabeza, MNI o Talairach coordenadas).
  3. Coloque el rastreador principal de tal manera para que no se mueva durante la sesión de estimulación y no permite libre movimiento de la bobina TMS. Tener el participante Inserte los tapones para los oídos antes de que comience el registro.
  4. Alinee la cabeza del participante para el modelo 3-d de MRI. Toque en la cabeza del participante con la pluma de digitalización en los puntos cardinales que fueron seleccionados en las imágenes de la pila de MRI. Seleccione y marque puntos adicionales sobre las áreas parietales, temporales y occipitales de la cabeza para reducir el error de registro en esas áreas.
  5. Para validar el registro. Coloque la pluma digitalizadora en la cabeza del participante. Compruebe su representación en el equipo. Si no está en el punto correspondiente en el Señor, repita el paso 1.4.
  6. Calibrar la bobina TMS en uso (en algunos sistemas que no es necesario este paso).
    1. Instale los seguidores a la bobina.
    2. Coloque la bobina en el bloque de calibración para que todos los seguidores son visibles desde la cámara.
    3. Pulse el botón de calibración de la pantalla del ordenador y mantener la bobina en la posición de calibración para 5 s.

2. memorias de traducción-EEG experimento

  1. Coloque la tapa del EEG en la cabeza y preparar los electrodos
    1. Elegir una tapa que encaja bien la cabeza. Asegúrese de que todos los electrodos toquen bien el cuero cabelludo y son funcionales. Si más de 2 electrodos no funcionan, utilice otro cap del mismo o menor tamaño.
    2. Coloque el electrodo en Cz en el vértice, a medio camino entre la línea que une el nasion y el inion y el electrodo de Iz sobre el inion.
      Nota: Coloque los electrodos horizontales o verticales (arriba y debajo del ojo contralateral a la vista de la estimulación) (a la izquierda del ojo izquierdo y derecho de la derecha, un poco por encima de cada hueso cigomático) para electrooculografía (EOG).
    3. Ajuste la punta Roma de la jeringa y llenarla de gel electroconductor. Coloque la punta en el agujero del electrodo y luego presione ligeramente la pestaña de émbolo hasta que haya poco de pasta sobre la piel. Exfoliante del cuero cabelludo ligeramente con cruz-como se mueve con la punta Roma. Asegurar que la pasta no está desbordándose sobre la parte superior para evitar puente (corto circuito entre los electrodos).
  2. Coloque los electrodos de EMG. Coloque dos electrodos de disco desechables (de unos 30 mm de diámetro) sobre el derecha pollicis brevis músculo (APB) para un montaje de tendón del vientre. Coloque el suelo según las instrucciones del fabricante.
  3. Iniciar el registro de cabeza. Siga los pasos 1.3 – 1.6. Usar las coordenadas de la DLPFC MNI o Talairach.
  4. Punto caliente y el umbral motor.
    1. Adicionar una esponja (fibra artificial hecha de poliuretano) a la bobina para reducir al mínimo la vibración de la bobina sobre los electrodos durante los pulsos de EMT. Tenga en cuenta que la espuma debe ser de unos 10 mm de espesor.
    2. Instruir a los participantes que en el resto, cómodo y relajado de las manos, piernas y columna vertebral.
    3. Encontrar el punto caliente. Apuntar el mando motor24 como el hito inicial de la representación cortical de la APB en M1 y mueva la bobina hasta que es correspondiente movimiento de APB. Utilizar intensidades TMS evocando los eurodiputados de alrededor de 500 μV sobre APB. Optimizar la orientación de la bobina, cambiando su ángulo y la inclinación para evocar la respuesta más grande sobre el punto caliente.
    4. Guarde la bobina en el software de neuronavegador y reducir la intensidad de salida en pasos de 2 – 3%. Dar 10 pulsos y si más de 5 / 10 MEP respuestas se obtienen más de 50 μV, continuar reduciendo la intensidad.
    5. Cuando menos 5 de cada 10 respuestas son evocados, aumentar la intensidad en pasos de 1 – 2%. MT se representa como la intensidad que produce más de 50 μV 5 de cada 10 veces25diputados. El intervalo inter-estímulo (ISI) de MT debe tener más de 1 s, generalmente fijado a s 3, 4 o 5.
  5. Ajustar la intensidad de los siguientes pasos:
    1. Inicio en el 120% de intensidad de MT para producir los eurodiputados sobre M1 de 500 a 1.500 μV. grabar 10 pulsos de salida de este estimulante por lo que la respuesta promedio es de 1 mV. Aumentar o disminuir la intensidad en pasos de 1 – 2% hasta llegar a un promedio de 1 mV.
    2. Para la intensidad de estimulación, elegir la intensidad como un porcentaje de estimulador de salida, por ej., 110%, 120%, etcetera.
    3. Encontrar el campo inducido correspondiente en V/m (si el sistema lo permite). Coloque la bobina en el DLPFC; ajuste de salida del estimulador hasta el cálculo del campo inducido sea el mismo que el sobre M1 para la misma profundidad cortical.
  6. Digitalizar los electrodos de EEG, por lo que su posición está registrada a la anatomía del cerebro.
    Nota: Este es un paso muy importante para la localización de la distribución de la activación neuronal y para la colocación precisa de los electrodos en la sesión de seguimiento.
  7. Registro del EEG de TMS
    1. Reemplace los tapones para los oídos con el tapón con los tubos de aire para conectar a enmascarar audio (por ej., ruido blanco) si está disponible y añadir auriculares sobre ellos. Juega el enmascaramiento audio solamente durante la entrega de pulso TMS.
      Nota: Este paso puede aplicarse al paso 2.4.2 sin jugar el enmascaramiento audio y con cuidado para que los seguidores de cabeza no se mueven.
    2. Montar la bobina en el soporte de la bobina y asegúrese de que la bobina no mover o presionar los electrodos debajo de él. Asegúrese que la esponja esté entre los electrodos y la batería.
    3. Retire todas las pantallas activas fuera de la vista del participante. Dar instrucciones a los participantes a mirar en un punto fijo, no cambia su posición de la cabeza durante la entrega de las EMT y no parpadean entre los pulsos de EMT.
    4. Apague todas las luces fluorescentes. Ejecutar solo pulso de TMS, SICI, el ICF y LICI en un orden aleatorio para cada participante. Dar 100 pulsos individuales y pareadas. Utilizar varios ISI de 3 – 4 s (±20%) o una constante de 3 a 5 s (ver nota). Dar un descanso de 3 a 5 min entre cada Estado para que el participante puede relajarse y estirar.
      Nota: SICI y ICF consisten en un paradigma TMS de pulso apareado con un estímulo subliminal acondicionado (CS) y un estímulo de prueba del suprathreshold (TS). El CS en este protocolo es el 80% de MT y el TS en la intensidad que evocan un 1 mV de pico a pico MEP26. El intervalo entre pulso utilizado para SICI óptimo es 2 ms y por ICF en 12 – 1327. El paradigma LICI implica el apareamiento de una CS de supra umbral en la intensidad que evocan la 1 mV MEP pico a pico seguido de otro suprathreshold TS con la intensidad que evocaba un 1 mV MEP pico a pico y en un intervalo entre pulso de 100 Sra. ISI para ambos paradigmas individuales y pareadas de pulso es determinada por el tiempo de carga del estimulador (nuestro sistema permite pulsos pares cada 4 s), la cantidad de sesiones (más experimentos requeriría menor ISI no sobrecargar a los participantes) y el análisis que se va a tener lugar. En este estudio, hemos utilizado un ISI constante de 5 s debido a las restricciones de nuestro estimulador y también porque queremos necesitan varios ciclos de baja frecuencia banda (ritmo theta) para el análisis del espectro de frecuencia de tiempo y energía.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figura 1 A ilustra el potencial de TMSevoked después de la estimulación de la DLPFC sobre el electrodo F3 tras promediar 100 épocas de cada sesión para un voluntario sano. En esta ilustración, destacamos el efecto de CS sobre el TS en comparación con la condición de pulso simple cuando solo se aplica el TS. El CS modula la desviación N100 de forma clara incluso en un tema. En las sesiones de SICI y LICI, N100 generalmente se incrementa y en ICF disminuciones en valores absolutos en comparación con el SP la condición16. En la figura 1B, la distribución topográfica del componente N100 de SP, paradigma SICI y ICF se ha localizado bilateral como se ha demostrado en muchos anteriores estudios16,17,28, 29.

Figure 1
Figura 1 : Medidas de EEG TMS de excitabilidad cortical. (A) gran promedio de respuestas de TMS-evocados EEG electrodos DLPFC ROI después del estímulo de la DLPFC. (B) valores de N100 trazan topográfico a través de todos los electrodos para cada sesión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TMS-EEG permite la estimulación directa y no invasiva de la mayoría de las áreas cortical y la adquisición de la actividad neuronal resultante con muy buena resolución espacio-temporal30, especialmente cuando se utiliza la neuronavegación. La ventaja de este avance metodológico está basado en el hecho de que las señales EEG evocada TMS originan de la actividad eléctrica de los nervios y es un índice de excitabilidad córtico-cortical. Esto tiene un enorme potencial en poblaciones de pacientes neuropsiquiátricas donde TMS-EEG puede ser utilizado como un biomarcador de las intervenciones terapéuticas actuales y futuras.

El paso más crítico del protocolo es la preparación de los electrodos y la determinación de la intensidad del estímulo. Esto es debido a la señal del TMS-EEG es susceptible al artefacto TMS, independientemente de la clase de amplificadores que usa31. Los electrodos deben estar cuidadosamente preparados, puente no uno con el otro y su impedancia se mantiene por debajo de 5 kΩ, y la relación señal a ruido es alta. Además, una esponja de poliuretano artificial fibra de 5-10 mm ajustado debajo de la bobina puede reducir aún más la presión mecánica y el artefacto del sonido del clic de bobina a través de conducción ósea.

La TA determina la intensidad de TMS; por lo tanto, debería medirse precisamente como intensidades más altas conducirá a los artefactos más grandes y menos estímulo focal, mientras que intensidades más pequeño pueden resultar en las señales muy débiles. Por lo tanto, debe encontrarse el punto motor con la ayuda de Neuronavegación y el MT se calcula con las grabaciones de EMG (ruido por debajo de 50 μV y músculos totalmente relajados). Sin embargo, no debemos olvidar que la focality y la exactitud de cada estímulo se deriva de la forma y duración de la TMS pulsos32.

La falta de medidas para un umbral DLPFC también sugiere que la intensidad debe ser ajustada de acuerdo a la amplitud del campo eléctrico inducido Estimado23 y no basada en salida de intensidad del estimulador como el método convencional. Esto requiere que la intensidad de MT debe ser estimado en V/m para una profundidad cortical específica y, a continuación, la misma profundidad y V/m calcular la intensidad de salida del estimulador para la estimulación de la DLPFC. Se trata de una cuestión particularmente importante para la investigación futura de protocolos pulso sincronizado como los presentados aquí, donde el TS es siempre suprathreshold intensidades. Sin embargo, hay que definir la intensidad de la DLPFC de grabado TEP33 u oscilaciones34 durante la estimulación de la DLPFC como se ha sugerido en estudios recientes de M1 mediante medidas corticales y no corticoespinales.

Lo importante, el sitio de estimulación DLPFC debe ser seleccionado en base a las coordenadas MNI o Talairach e insertado en los imágenes de resonancia magnética de la neuronavegación. Las coordenadas MNI para el DLPFC izquierdo (-35, 45, 38) se extraen de un estudio de identificación de este sitio como óptimo, basado en los resultados clínicos y conectividad funcional estado de descanso35. La colocación de la bobina con respecto a la orientación y la inclinación es otra variable importante. Hay dos maneras de abordar la orientación de la bobina y de la inclinación: a) 45 grados a la línea media con el mango hacia las partes laterales del hemisferio9 y b) perpendiculares al surco medio frontal con lateral a medial actual dirección14. El primero suele aplicarse cuando no hay navegación, mientras que la segunda requiere real MRI y navegación y se induce el máximo del campo. Antes de comenzar las grabaciones, ajuste fino de la bobina por lo que evoca el mínimo músculo artefactos5 sin afectar a las respuestas fisiológicas de la estimulación debe realizarse (cambios pequeños de 1 a 2 mm del centro de la bobina, así como la inclinación y cambios sutiles de orientación).

Comparación de las diferentes orientaciones que debe hacerse ya que no existen conocidos estudios que han examinado el efecto de la bobina diferentes posicionamiento sobre DLPFC. Más importante aún, hay una necesidad de un método para definir el punto DLPFC con medidas de EEG de manera similar que el punto caliente de M1 se define por el EMG. Finalmente, un aspecto importante aquí es la colocación de los electrodos y la digitalización de su ubicación. En diseños de test-retest, tan pronto como se coloca la tapa para el seguimiento de los experimentos, los electrodos deben digitalizarse. Luego deben visualizarse ambos digitizations (de la primera y el experimento de consecuencias) sobre el modelo 3D de la MRI o la plantilla de MRI (que puede ser una buena solución confiable cuando resonancias individuales no se pueden obtener). Entonces la tapa se debe mover si es necesario para la colocación sobre el cráneo de los electrodos en el seguimiento del experimento coincide con la colocación de la primera medición. Esto asegurará que los datos se deriva de la misma ubicación exacta de los electrodos que fueron estimuladas con el exacto mismo campo magnético.

Antes de iniciar la estimulación, debe revisarse el sitio cortical solicitado nervios craneales pasando por debajo de la bobina. Por lo tanto, deben anotarse algunas épocas TMS-EEG, y los artefactos evaluaron. Así, la señal debe comprobarse para amplitudes mayores de 70 μV y oscilaciones de la amplitud de alta frecuencia bajo asíncrono (músculo y artefactos de los nervios craneales). Eliminación de tales artefactos puede hacerse por reposicionamiento de fino y sutil de la bobina o su orientación, como se ha propuesto en anteriores estudios36. Finalmente, durante las sesiones de TMS-EEG, la bobina TMS debe ser por Neuronavegación en tiempo real y mantiene inmovilizada. La mejor manera es montar en un trípode o en un brazo mecánico. Esta solución también evita presionar la bobina con las manos contra los electrodos, agregando artefactos de presión mecánica sobre ellos. Cualquier cambio debe ser corregido inmediatamente y las respectivas épocas marcaron como malas y excluida en el análisis de datos, debido a que las respuestas EEG a TMS son muy sensibles a la alteración de estos parámetros37. Todas estas sugerencias detalladas pueden asegurar fiabilidad test-retest de TMS-EEG en solo14 y pulso sincronizado paradigmas15 sobre el DLPFC. La atención a estos detalles importantes se asegurará de que los datos tienen la mayor oportunidad de reflejar cambios relacionados con las intervenciones terapéuticas.

TMS-EEG como cada otro método experimental tiene sus propias limitaciones específicas. La cuestión importante es los distintos tipos de artefactos y el hecho de que los amplificadores compatibles con TMS EEG no pueden eliminar los artefactos restantes. De los músculos craneales, particularmente cuando se estimulan sitios frontales y laterales en el cráneo, puede oscurecer y modular la señal de EEG. Estos artefactos pueden ser más grandes que la señal del TMS-EEG y generalmente pasado ya, así pueden ocultar el TEPs. De manera similar, pero sólo en áreas como la DLPFC, TMS puede evocar artefactos de abrir y cerrar de ojo grande. Además, muchos otros artefactos tales como movimiento del electrodo, sensación de la piel y activaciones auditivas debido a la bobina TMS clic pueden dificultar el análisis EEG aún más (para más detalles, ver anteriores publicaciones31,38). Mucho trabajo en el campo ha sido dirigida hacia el rechazo de una gran variedad de artefactos, dando por resultado más confiable localización espacio-temporal de las fuentes de respuestas cerebro38,39,40,41 , 42. sin embargo, no debemos olvidar que la preparación cuidadosa de los participantes, la elección de los equipos y funcionamiento precisa de la medida determinan la calidad de los datos sin procesar del EEG de TMS.

TMS-EEG es una poderosa herramienta para evaluar mecanismos de excitación e inhibición intracortical relacionadas con la estimulación de la DLPFC. Por simplemente cambiar unos pocos parámetros, permite el estudio de circuitos mediados por GABAAR (SICI), GABABR (LICI) y NMDAR (ICF). Modulación de los distintos componentes TEP mediante intervenciones terapéuticas farmacológicas o electromagnéticas puede servir como marcador para identificar inhibidor y neurotransmisión excitatoria, plasticidad cortical y muchos más el estado cerebral cambia y condiciones 43. Además de TEP, puede evaluar actividad oscilatoria TMS-evocado con frecuencia tiempo y análisis espectral la natural o la frecuencia intrínseca de los circuitos anteriores10. Índices eléctrica cerebral como la actual fuente de densidad4 aplicable para cualquier área cortical pueden ayudar a desentrañar los mecanismos de plasticidad en los circuitos del cerebro dañado en el DLPFC44.

Más estudios de validación farmacológica de estos paradigmas en el DLPFC son necesarios. Sin embargo, hay un enorme potencial para TMS-EEG estudiar los mecanismos de varias intervenciones terapéuticas, tales como tratamientos de Neuromodulación (e.g., estimulación magnética transcraneal repetitiva, ECT, MST) o farmacológicas en voluntarios sanos o en varios trastornos psiquiátricos9,15,16,17,45,46, pero también intervenciones alternativas o combinaciones de ellas43. Lo más importante, TMS-EEG puede evaluar confiablemente la dinámica cerebral antes y después de una intervención y por lo tanto potencialmente servir como biomarcadores.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Pantelis Lioumis ha sido un consultor pagado para Nexstim Plc. (Helsinki, Finlandia) fuera de la obra presentada (es decir., para el motor y aplicaciones de estimulación magnética transcraneal repetitiva voz asignación antes de 2017). Reza Zomorrodi es miembro de la Junta Consultiva de Vielight Inc. (Toronto, Canadá). Zafiris J. Daskalakis recibe apoyo a la investigación de los institutos canadienses de investigación en salud (CIHR), institutos nacionales de salud - nos (NIH), Instituto del cerebro de Weston, cerebro de Canadá y la familia de Temerty a través de la Fundación de CAMH y la investigación de Campbell Instituto. Recibió apoyo a la investigación y el apoyo en equipo para un estudio iniciado por el investigador de Brainsway Ltd. y es el investigador principal del sitio para los tres estudios iniciados por el patrocinador para Brainsway Ltd. Recibió ayuda de equipo en especie de Magventure para este estudio iniciado por el investigador. Daniel M. Blumberger recibe apoyo a la investigación de los institutos canadienses de investigación en salud (CIHR), institutos nacionales de salud - nos (NIH), Instituto del cerebro de Weston, cerebro de Canadá y la familia de Temerty a través de la Fundación de CAMH y la investigación de Campbell Instituto. Recibió apoyo a la investigación y el apoyo en equipo para un estudio iniciado por el investigador de Brainsway Ltd. y es el investigador principal del sitio para los tres estudios iniciados por el patrocinador para Brainsway Ltd. Recibió ayuda de equipo en especie de Magventure para este estudio iniciado por el investigador. Recibió suministros de medicamentos para un juicio iniciado por el investigador de Indivior. Ha participado en un Comité Asesor para Janssen.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado en parte por el NIMH R01 MH112815. Este trabajo también fue apoyado por Temerty Family Foundation, Fundación de la familia de Grant y Campbell familia de Salud Mental Instituto de investigación en el centro para la adicción y Salud Mental.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CED Micro1401-3 Cambridge Electronic Design Limited CED Micro1401-3 Digital Data Recocrder
BISTIM'2 Package Option 1 Magstim 3234-00 TMS paired pulse stimulator
Magstim 200'2 Unit (2 items) Magstim 3010-00 TMS stimulators
UI controller Magstim 3020-00 TMS controller
BISTIM'2 UI controller Magstim 3021-00 TMS controller
BISTIM connecting module Magstim 3330-00 TMS connecting module
D70 Alpha Coil - P/N 4150-00 (Alpha 70 mm double coil) Magstim 4150-00 TMS coil
Brainsight Rogue-Resolutions Brainsight 2 Neuronavigator
Model 2024F Intronix 2024F Electromyograph
Neuroscan SynAmps RT 64 channel System Compumedics Neuroscan 9032-0010-01 Electroencephalograph
Quick-Cap electrode system 64 Compumedics Neuroscan 96050255 EEG Cap

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 1 (8437), London, England. 1106-1107 (1985).
  2. Ilmoniemi, R. J., Ruohonen, J., Karhu, J. Transcranial magnetic stimulation--a new tool for functional imaging of the brain. Critical Reviews in Biomedical Engineering. 27 (3-5), 241-284 (1999).
  3. Matthews, P. B. The effect of firing on the excitability of a model motoneurone and its implications for cortical stimulation. The Journal of Physiology. 518, Pt 3 867-882 (1999).
  4. Casali, A. G., Casarotto, S., Rosanova, M., Mariotti, M., Massimini, M. General indices to characterize the electrical response of the cerebral cortex to TMS. NeuroImage. 49 (2), 1459-1468 (2010).
  5. Massimini, M., Ferrarelli, F., Huber, R., Esser, S. K., Singh, H., Tononi, G. Breakdown of cortical effective connectivity during sleep. Science. 309 (5744), New York, N.Y. 2228-2232 (2005).
  6. Ilmoniemi, R. J., et al. Neuronal responses to magnetic stimulation reveal cortical reactivity and connectivity. Neuroreport. 8 (16), 3537-3540 (1997).
  7. Scherg, M., Ebersole, J. S. Models of brain sources. Brain Topography. 5 (4), 419-423 (1993).
  8. Hämäläinen, M. S., Ilmoniemi, R. J. Interpreting magnetic fields of the brain: minimum norm estimates. Medical & Biological Engineering & Computing. 32 (1), 35-42 (1994).
  9. Daskalakis, Z. J., Farzan, F., Barr, M. S., Maller, J. J., Chen, R., Fitzgerald, P. B. Long-interval cortical inhibition from the dorsolateral prefrontal cortex: a TMS-EEG study. Neuropsychopharmacology: Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 33 (12), 2860-2869 (2008).
  10. Rosanova, M., Casali, A., Bellina, V., Resta, F., Mariotti, M., Massimini, M. Natural frequencies of human corticothalamic circuits. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29 (24), 7679-7685 (2009).
  11. Groppa, S., Muthuraman, M., Otto, B., Deuschl, G., Siebner, H. R., Raethjen, J. Subcortical substrates of TMS induced modulation of the cortico-cortical connectivity. Brain Stimulation. 6 (2), 138-146 (2013).
  12. Borich, M. R., Wheaton, L. A., Brodie, S. M., Lakhani, B., Boyd, L. A. Evaluating interhemispheric cortical responses to transcranial magnetic stimulation in chronic stroke: A TMS-EEG investigation. Neuroscience Letters. 618, 25-30 (2016).
  13. Chung, S. W., et al. Demonstration of short-term plasticity in the dorsolateral prefrontal cortex with theta burst stimulation: A TMS-EEG study. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (7), 1117-1126 (2017).
  14. Lioumis, P., Kicić, D., Savolainen, P., Mäkelä, J. P., Kähkönen, S. Reproducibility of TMS-Evoked EEG responses. Human Brain Mapping. 30 (4), 1387-1396 (2009).
  15. Farzan, F., et al. Reliability of long-interval cortical inhibition in healthy human subjects: a TMS-EEG study. Journal of Neurophysiology. 104 (3), 1339-1346 (2010).
  16. Cash, R. F. H., et al. Characterization of Glutamatergic and GABAA-Mediated Neurotransmission in Motor and Dorsolateral Prefrontal Cortex Using Paired-Pulse TMS-EEG. Neuropsychopharmacology: Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 42 (2), 502-511 (2017).
  17. Premoli, I., et al. TMS-EEG signatures of GABAergic neurotransmission in the human cortex. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 34 (16), 5603-5612 (2014).
  18. Wiles, A. D., Thompson, D. G., Frantz, D. D. Accuracy assessment and interpretation for optical tracking systems. SPIE. 5367, 421-433 (2004).
  19. Iramina, K., Maeno, T., Nonaka, Y., Ueno, S. Measurement of evoked electroencephalography induced by transcranial magnetic stimulation. Journal of Applied Physics. 93 (10), 6718-6720 (2003).
  20. Virtanen, J., Ruohonen, J., Näätänen, R., Ilmoniemi, R. J. Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation. Medical & Biological Engineering & Computing. 37 (3), 322-326 (1999).
  21. Ives, J. R., Rotenberg, A., Poma, R., Thut, G., Pascual-Leone, A. Electroencephalographic recording during transcranial magnetic stimulation in humans and animals. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 117 (8), 1870-1875 (2006).
  22. Ruddy, K. L., Woolley, D. G., Mantini, D., Balsters, J. H., Enz, N., Wenderoth, N. Improving the quality of combined EEG-TMS neural recordings: Introducing the coil spacer. Journal of Neuroscience Methods. 294, 34-39 (2017).
  23. Massimini, M., et al. Cortical reactivity and effective connectivity during REM sleep in humans. Cognitive Neuroscience. 1 (3), 176-183 (2010).
  24. Yousry, T. A., et al. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain: A Journal of Neurology. 120, Pt 1 141-157 (1997).
  25. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  26. Chen, R., et al. Intracortical inhibition and facilitation in different representations of the human motor cortex. Journal of Neurophysiology. 80 (6), 2870-2881 (1998).
  27. Saisane, L., et al. Short- and intermediate-interval cortical inhibition and facilitation assessed by navigated transcranial magnetic stimulation. Journal of Neuroscience Methods. 195 (2), 241-248 (2011).
  28. Ferreri, F., et al. Human brain connectivity during single and paired pulse transcranial magnetic stimulation. NeuroImage. 54 (1), 90-102 (2011).
  29. Premoli, I., et al. Characterization of GABAB-receptor mediated neurotransmission in the human cortex by paired-pulse TMS-EEG. NeuroImage. 103, 152-162 (2014).
  30. Rogasch, N. C., Fitzgerald, P. B. Assessing cortical network properties using TMS-EEG. Human Brain Mapping. 34 (7), 1652-1669 (2013).
  31. Ilmoniemi, R. J., Kicić, D. Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topography. 22 (4), 233-248 (2010).
  32. Peterchev, A. V., D'Ostilio, K., Rothwell, J. C., Murphy, D. L. Controllable pulse parameter transcranial magnetic stimulator with enhanced circuit topology and pulse shaping. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056023 (2014).
  33. Fecchio, M., et al. The spectral features of EEG responses to transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex depend on the amplitude of the motor evoked potentials. PLOS ONE. 12 (9), 0184910 (2017).
  34. Saari, J., Kallioniemi, E., Tarvainen, M., Julkunen, P. Oscillatory TMS-EEG-Responses as a Measure of the Cortical Excitability Threshold. IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering: a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 26 (2), 383-391 (2018).
  35. Fox, M. D., Liu, H., Pascual-Leone, A. Identification of reproducible individualized targets for treatment of depression with TMS based on intrinsic connectivity. NeuroImage. 66, 151-160 (2013).
  36. Casarotto, S., et al. Transcranial magnetic stimulation-evoked EEG/cortical potentials in physiological and pathological aging. Neuroreport. 22 (12), 592-597 (2011).
  37. Casarotto, S., et al. EEG responses to TMS are sensitive to changes in the perturbation parameters and repeatable over time. PloS One. 5 (4), 10281 (2010).
  38. Wu, W., et al. ARTIST: A fully automated artifact rejection algorithm for single-pulse TMS-EEG data. Human Brain Mapping. , (2018).
  39. Mutanen, T. P., Metsomaa, J., Liljander, S., Ilmoniemi, R. J. Automatic and robust noise suppression in EEG and MEG: The SOUND algorithm. NeuroImage. 166, 135-151 (2018).
  40. Ilmoniemi, R. J., et al. Dealing with artifacts in TMS-evoked EEG. Conference proceedings: ...Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual Conference. 2015, 230-233 (2015).
  41. Rogasch, N. C., et al. Removing artefacts from TMS-EEG recordings using independent component analysis: importance for assessing prefrontal and motor cortex network properties. NeuroImage. 101, 425-439 (2014).
  42. Mutanen, T. P., Kukkonen, M., Nieminen, J. O., Stenroos, M., Sarvas, J., Ilmoniemi, R. J. Recovering TMS-evoked EEG responses masked by muscle artifacts. NeuroImage. 139, 157-166 (2016).
  43. Farzan, F., Vernet, M., Shafi, M. M. D., Rotenberg, A., Daskalakis, Z. J., Pascual-Leone, A. Characterizing and Modulating Brain Circuitry through Transcranial Magnetic Stimulation Combined with Electroencephalography. Frontiers in Neural Circuits. 10, 73 (2016).
  44. Casula, E. P., Pellicciari, M. C., Picazio, S., Caltagirone, C., Koch, G. Spike-timing-dependent plasticity in the human dorso-lateral prefrontal cortex. NeuroImage. 143, 204-213 (2016).
  45. Noda, Y., et al. Characterization of the influence of age on GABAA and glutamatergic mediated functions in the dorsolateral prefrontal cortex using paired-pulse TMS-EEG. Aging. 9 (2), 556-572 (2017).
  46. Fitzgerald, P. B., Maller, J. J., Hoy, K., Farzan, F., Daskalakis, Z. J. GABA and cortical inhibition in motor and non-motor regions using combined TMS-EEG: a time analysis. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (9), 1706-1710 (2009).

Tags

Neurociencia número 138 combinado transcraneal magnética estimulación y electroencefalograma (EEG) la inhibición intracortical breve largo intracortical la inhibición facilitación intracortical estimulación magnética transcraneal repetitiva magnética terapia de crisis depresión
Estímulo magnético de Transcranial combinado y electroencefalograma (EEG) de la corteza Prefrontal Dorsolateral
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lioumis, P., Zomorrodi, R., Hadas,… More

Lioumis, P., Zomorrodi, R., Hadas, I., Daskalakis, Z. J., Blumberger, D. M. Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex. J. Vis. Exp. (138), e57983, doi:10.3791/57983 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter