Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Kombine Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve elektroansefalografi Dorsolateral Prefrontal korteksin

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

Burada sunulan intracortical uyarılabilirlik testi testi tekrarlayın tasarım paradigmaları kullanmak TMS-EEG çalışmaları için protokolüdür. Niyet Protokolü'nün nörofizyolojik majör depresyon gibi nöropsikiyatrik hastalıkların tedavisinde tedavi müdahaleler ilgili işleyişini değerlendirmek için güvenilir ve tekrarlanabilir kortikal uyarılabilirlik önlemler üretmektir.

Abstract

Transkraniyal Manyetik stimülasyon (TMS) korteks nöral uyarma aracılığıyla kısa, zaman değişen manyetik alan bakliyat üreten non-invaziv bir yöntemdir. Kortikal harekete geçirmek başlatılması veya onun modülasyon nöronların aktive kortikal bölgesinin, bobin, konumunu ve yönünü kafa ile ilgili özellikleri arka plan aktivasyonu bağlıdır. TMS eşzamanlı electrocephalography (EEG) ile kombine ve tekrarlanabilir bir şekilde kortiko-kortikal uyarılabilirlik ve bağlantı hemen hemen tüm kortikal alanlarda değerlendirilmesi için neuronavigation (nTMS-EEG) sağlar. Bu ilerleme nTMS-EEG doğru beyin dinamiği ve Nörofizyoloji klinik deneyler için gerekli olan test testi tekrarlayın paradigmalar değerlendirmek güçlü bir araç yapar. Sınırlamalar bu yöntemin ilk beyin reaktivite uyarılması için kapak yapılar içerir. Böylece, eserler kaldırma işlemi de değerli bilgi almak. Ayrıca, dorsolateral prefrontal (DLPFC) uyarılması için en uygun parametreler tam olarak bilinmemektedir ve varyasyonları motor korteks (M1) stimülasyon paradigmalar üzerinden geçerli iletişim kurallarını kullanır. Ancak, bu sorunlara yönelik olarak gelişen nTMS-EEG tasarımlar umuyoruz. Burada sunulan protokolü gibi tedavi tedavi dayanıklı psikiyatrik bozuklukları olan hastalarda uygulanan DLPFC stimülasyon nörofizyolojik işleyişini değerlendirmek için bazı standart uygulamaları tanıttı Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS), tekrarlayan Transkraniyal Manyetik stimülasyon (rTMS), manyetik nöbet terapi (MST) veya Elektrokonvulsif terapi (EKT).

Introduction

Transkraniyal Manyetik stimülasyon (TMS) kullanımı ile hızlı, zaman değişen manyetik alan bakliyat1kortikal nöronal aktivite non-invaziv değerlendirilmesi için sağlayan nörofizyolojik bir araçtır. Bu manyetik alan bakliyat membran depolarizasyon sonuçları bobin altında yüzeysel kortekste zayıf akıntı neden. Takip eden kortikal etkinleştirme veya modülasyon, bobin, açı ve kafatası2yönlendirmeye özellikleri doğrudan ilgilidir. Nabız dalga bobini taburcu ve nöronlar temel durumunu da sonuç kortikal harekete geçirmek3etkiler.

TMS davranış veya motor yanıt evoking tarafından veya görevle ilgili işlem kesintiye kortikal fonksiyonlarını değerlendirmesini sağlar. Kortiko-spinal süreçleri uyarılabilirlik ise electromyographic (EMG) yanıt-e doğru tek TMS bakliyat motor korteks elde edildi kayıt aracılığıyla değerlendirilebilir intracortical eksitatör (intracortical kolaylaştırma; ICF) ve inhibitör mekanizmaları (kısa ve uzun intracortical inhibisyon; SICI ve LICI) eşleştirilmiş-nabız TMS ile probed. Tekrarlanan TMS çeşitli bilişsel süreçler rahatsız edemez, ama öncelikle Nöropsikiyatrik bozukluklar çeşitli için bir tedavi aracı olarak kullanılır. Ayrıca, TMS eşzamanlı elektroansefalografi (TMS-EEG) ile birlikte kortiko-kortikal uyarılabilirlik ve bağlantı4değerlendirmek için kullanılabilir. Son olarak, TMS yönetim neuronavigation (nTMS) ile teslim edilirse, stimülasyon tam site kaydedilebilir bu yana hassas test-testi tekrarlayın paradigmalar için sağlayacaktır. Kortikal manto çoğunu hedef ve uyarılmış (ölçülebilir fiziksel veya davranışsal yanıt-e doğru üretmek değil bu alanlarda dahil olmak üzere) böylece korteks işlevsel olarak eşlenebilir.

Tek veya eşleştirilmiş darbe TMS uyarılmış EEG sinyal kortiko-kortikal bağlantı5 ve beyin geçerli durumunu değerlendirilmesi kolaylaştırabilir. TMS kaynaklı elektrik akımı sinapslarda etkinleştirebilirsiniz Aksiyon potansiyelleri içinde sonuçlanır. Postsinaptik akıntılarının dağıtım EEG6ile kaydedilebilir. EEG sinyal ölçmek ve sinaptik geçerli dağıtımları dipol7 veya en az-norm tahmini8, zaman çok kanallı EEG istihdam ve sorumluydu kafa iletkenlik yapısı ile modelleme yoluyla bulmak için kullanılabilir. Kombine TMS-EEG kortikal inhibitör işlemleri9, salınım10, kortiko-kortikal11 ve interhemisferik etkileşimleri12ve kortikal plastisite13çalışma için istihdam edilebilir. En önemlisi, TMS-EEG uyarılabilirlik değişiklikleri iyi test-testi tekrarlayın güvenilirlik14,15ile bilişsel veya motor görevi sırasında sonda. Önemlisi, TMS-EEG testi testi tekrarlayın tasarımlar16,17(rTMS veya farmakolojik etkileri) tedavi edici müdahalelere yanıt belirleyicileri olarak hizmet verebilir nörofizyolojik sinyalleri belirlemek potansiyeline sahiptir.

TMS için neuronavigation prensipleri çerçevesiz stereotaxy ilkelerine dayanır. Bir optik sistemleri kullanım (yolu ile başvuru izleme cihazı) baş ve TMS bobin için bağlı ışık yansıtan optik öğeleri ile iletişim kuran bir ışık yayan fotoğraf makinesi kullanan sistem18 izleme. Neuronavigation bobin yerelleştirme sayısallaştırma başvuru aracı veya kalem için 3-b MRG modeli yardımı ile sağlar. Neuronavigation kullanımı bobin yönlendirme, konumu ve hizalama konunun başına yakalanması yanı sıra EEG elektrot pozisyonları sayısallaştırma kolaylaştırır. Bu özellikler, dorsolateral prefrontal korteks içinde belirli bir konuma doğru uyarılması ve test testi tekrarlayın tasarım deneyleri için gereklidir.

TMS-EEG Protokolü testi testi tekrarlayın deneyinde, orada kullanmak için doğru hedefleme ve tutarlı güvenilir sinyalleri almak için kortikal bölgenin uyarılması olması gerekir. TMS-EEG kaydı farklı yapılara savunmasız olabilir. EEG elektrotlar indüklenen TMS objeyi sonra gecikme19,20 kurtarabilirsiniz amplifikatörler veya doymuş21olamaz amplifikatörler filtre uygulanabilir. Ancak, bobin ve göz hareketleri veya yanıp söner, kafatası kas harekete geçirmek içinde yakınlığı EEG elektrotlar, rasgele elektrot hareketi ve onların kutuplaşma tarafından oluşturulan yapı diğer türleri'ni tıklatın veya somatik duyu dikkate alınması gerekir. Elektrot impedances 5 kΩ, immobilizasyon bobin üzerinde elektrotlar ve bir köpük rulo ve titreşim (veya düşük frekans eserler22ortadan kaldırmak için bir pul) azaltmak için elektrotlar arasında aşağıda sağlar dikkatli konu hazırlık kulak tıkacı ve hatta işitsel maskeleme bu eserler23en aza indirmek için kullanılır. Burada sunulan Protokolü stimülasyon dorsolateral prefrontal (DLPFC) uygulandığında nörofizyolojik işleyişini değerlendirmek için standart bir işlem tanıtır. M19,15,16çalışmalarda doğrulandıktan ortak eşleştirilmiş-nabız paradigmalar üzerinde odaklanmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Burada sunulan deneysel prosedürler bizim yerel etik Helsinki Bildirgesi yönergeleri izleyerek Komitesi tarafından onaylanmış olması.

1. baş kayıt için Neuronavigated TMS — EEG

  1. Bir yüksek çözünürlüklü bütün kafa yapısal MRI T1 ağırlıklı her katılımcı için edinin. Neuronavigation üretici yönergelerine göre inceden inceye gözden geçirmek.
  2. Navigasyon sistemi üzerinde resim yüklemek. MRI doğru taranır kontrol edin. Kardinal noktaları (kulak çevresi noktaları, nasion ve burnun ucu) seçin. (Anatomi dayalı veya baş koordinatları, MNI veya Talairach koordinatları göre) stimülasyon hedefi ekleyin.
  3. Böylece değil stimülasyon oturumu sırasında hareket ve ücretsiz izin baş izci şekilde TMS bobin hareketli yer. Kayıt başlamadan önce katılımcı Ekle kulak tıkacı var.
  4. 3-b MRG modeline katılımcının kafasını hizalamak. Katılımcının kafasına MRI yığın görüntülerde seçildi Kardinal noktaları dijital kalemle dokunma. Seçin ve kayıt hatası bu alanlar üzerinde azaltmak için kafa çeper, zamansal ve oksipital bölgelerin üzerinden ek puan işaretleyin.
  5. Kayıt doğrulamak. Dijital kalem katılımcının başının üstüne yerleştirin. Yapısından bilgisayarda kontrol edin. Bay karşılık gelen noktasında değilse, 1.4 adımları yineleyin.
  6. TMS bobin kullanılıyor (Bu adım gerekli değildir bazı sistemlerde) kalibre.
    1. Belgili tanımlık izci bobinine bağlamak.
    2. Tüm izci kameradan görülebilir şekilde bobin kalibrasyon blokta yerleştirin.
    3. Bilgisayar ekranında kalibrasyon düğmesine basın ve 5 için kalibrasyon olarak bobin tutmak s.

2. TMS-EEG deney

  1. Kafasına EEG kap yerleştirin ve elektrotlar hazırlamak
    1. Kafa iyi uyan bir kap seçin. Tüm elektrotlar kafa derisi sıkıca dokunuyorsun ve fonksiyonel emin olun. 2'den fazla elektrotlar çalışmıyorsa, daha sonra aynı veya daha küçük boyutta başka bir kap kullanın.
    2. Cz elektrot vertex, yarı yolda nasion ve Trinitron ve Iz elektrot Trinitron bağlanma satır arasında yerleştirin.
      Not: (sol ve sağ sağdan, biraz her elmacık kemiği solda) dikey (yukarıda ve stimülasyon gözle kontralateral göz altında) ve/veya yatay elektrotlar electrooculography (EOG) için yer.
    3. Kör şırınga ucu ayarlamak ve electroconductive jel ile doldurun. Belgili tanımlık uç elektrot deliğin içinde yerleştirin ve cilt üzerinde bazı hamur olana dalgıç flanş hafifçe basın. Bodur hafifçe kullanarak çapraz gibi kafa derisi künt ucu ile taşır. Hamur dışarı köprüleme önlemek için üst üzerinde sızdırıyor değil emin olun (elektrotlar arasında kısa devre).
  2. EMG elektrotlar yer. İki tek disk elektrot (çapı 30 mm) göbek tendon montajı için doğru abductor pollicis brevis kas (APB) üzerine getirin. Üreticinin esaslarına göre yere yerleştirin.
  3. Baş kaydı başlatın. 1.3-1.6 adımları. DLPFC MNI veya Talairach koordinatlarını kullanın.
  4. Hot spot ve motor eşik.
    1. Bir sünger (polyutherane yapılan yapay lif) altında bobin bobin titreşim elektrotlar TMS atışlar sırasında en aza indirmek için ekleyin. Köpük 10 mm kalınlığında olması unutmayın.
    2. İstirahat için katılımcı talimat — konforlu ve rahat eller, bacaklar ve omurga ile.
    3. Etkin noktayı bulun. M1 APB kortikal gösterimi ilk dönüm noktası olarak motor topuzu24 hedef ve orada olduğunu karşılık gelen kadar APB hareketi bobin taşıyın. APB üzerinde yaklaşık 500 µV milletvekilleri çağrıştıran TMS yoğunluklarda kullanın. Bobin yönelim açısı ve sıcak nokta üzerinde en büyük tepki uyandırmak için tilt değiştirerek optimize.
    4. Neuronavigator yazılımında konumlandırma bobin kaydedin ve % 2 – 3 adımda çıkış yoğunluğu azaltmak. 10 Bakliyat vermek ve 50'den fazla µV elde 10 üzerinden 5 MEP yanıt daha daha fazla ise yoğunluğu azaltarak devam edin.
    5. Ne zaman daha az 5 10 yanıt-e doğru uyarılmış, yoğunluğu tarafından % 1-2 adımları artırmak. MT milletvekilleri 50 µV 5 10 kere25daha büyük üreten yoğunluğu olarak temsil edilir. MT arası uyarıcı aralığı (ısı) 1'den daha uzun olmalıdır s, 3, 4 veya 5 s genellikle ayarla.
  5. Aşağıdaki adımları uygulayarak yoğunluğunu ayarlayın:
    1. Parlamento üyeleri M1 üzerinde 500 1500 µV. için üretmek için MT yoğunluğunun % 120 başında kaydetmek bu uyarıcı'nın çıkışı ile 10 Bakliyat Yani ortalama yanıt 1 mV. Yoğunluk % 1-2 adımda 1 ortalama erişene dek azaltmak veya artırmak mV.
    2. A percentage-in Stimülatörü çıktı gibi e.gstimülasyon yoğunluğu için yoğunluğunu seçin., %110, %120, vb.
    3. (Sistem izin veriyorsa) V/m içinde karşılık gelen indüklenen alanını bulun. Bobin DLPFC yerleştirin; uyarıcı'nın çıkış indüklenen alanının hesaplanması M1 üzerinde biri için aynı kortikal derinliği ile aynı olana ayarlayın.
  6. Böylece konumlarını beyin anatomisi kayıtlı EEG elektrotlar, dijital ortama.
    Not: Bu nöronal harekete geçirmek dağılımını bulmak için ve doğru elektrotlar izleme oturumunda yeniden konumlandırma için çok önemli bir adım olduğunu.
  7. TMS-EEG kaydı
    1. Kulak tıkacı ses maskeleme için bağlanmak için hava tüpleri ile kulak tıkacı yerine (Örn., beyaz gürültü) varsa ve kulaklık üzerinde ekleyin. TMS darbe teslim sırasında yalnızca ses maskeleme oynamak.
      Not: baş izci değil taşındım bu adım adım 2.4.2 ses maskeleme çalmadan ve ilgi ile uygulanabilir.
    2. Bobin bobin tutucu üzerinde dağ ve bobin taşımayın veya elektrotlar altındaki basın emin olun. Sünger elektrotlar ve bobin arasında olduğundan emin olun.
    3. Tüm aktif ekranlar katılımcının önünden kaldırın. Sabit bir nokta, seçtiğin bu kullanıcı pozisyonu TMS teslim sırasında değil değişmek ve TMS bakliyat arasında yanıp değil dik dik bakmak katılımcıya yönergeler verir.
    4. Herhangi bir floresan ışıkları geçin. Her katılımcı için rasgele bir sırada TMS, SICI, ICF ve LICI nabız Çalıştır tek. 100 tek ve eşleştirilmiş nabız ver. Çeşitli ısı 's 3-4 sn (%20) veya bir sabit 3 – 5 s kullanın (bkz. Not). 3-5 dk öylesine katılımcı gevşemek ve streç her koşulu arasında rahat bırak.
      Not: SICI ve ICF eşleştirilmiş-nabız TMS paradigma bir subthreshold Klima uyarıcı (CS) ve bir suprathreshold test uyarıcı (TS) içerir. Bu protokol için kullanılan CS MT ve TS 1 mV MEP tepe tepe26çağrıştıran yoğunluk itibariyle % 80'i olduğunu. İçin en uygun SICI kullanılan arası nabız aralığı 12 – 1327, 2 ms ve ICF için etkindir. LICI paradigma bir supra-eşik CS 1 mV MEP tepe-için-başka bir suprathreshold kullanarak yeniden uyarılmış bir 1 mV MEP tepe-için-en yüksek yoğunluk TS tarafından takip en yüksek ürün yoğunluğu ve 100 Bayan arası nabız aralığı çifti için ısı içerir Her iki tek ve eşleştirilmiş darbe paradigmalar uyarıcı 's şarj süresi tarafından belirlenir (sistemimiz her 4 eşli bakliyat izin verebilirsiniz s), (daha uzun deneyler katılımcılar bozacak değil daha küçük ısı gerektirecektir) oturumları ve olduğunu analiz miktarı yerimi alacak. Bu çalışmada, biz 5 sabit bir ısı kullanılan s bizim uyarıcı'nın sınırlamalarından dolayı ve geri çünkü biz de birkaç döngüleri düşük frekans (teta ritim) zaman-frekans ve güç spektrum analizi için.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resim 1 A gösterir TMSevoked potansiyelleri DLPFC stimülasyon sonra F3 elektrot üzerinde 100 dönemini her oturum için bir sağlıklı gönüllü üzerinden ortalama sonra. TS uygulandığı zaman yalnız bu çizimde, biz CS etkisi tek darbe koşulu ile karşılaştırıldığında TS vurgulayın. CS bir konu net bir şekilde bile N100 saptırma modüle. SICI ve LICI oturumlarda N100 genellikle artar ve ICF'de mutlak için SP karşılaştırıldığında değerler düşüşler16durum. Birçok önceki çalışmalar16,17,28', gösterildiği Şekil 1SP N100 bileşenininB, topografik dağıtım, SICI ve ICF paradigma bilateral yerelleştirilmiş 29.

Figure 1
Resim 1 : TMS-EEG önlemler kortikal uyarılabilirlik. (A)DLPFC yatırım getirisi elektrotlar DLPFC stimülasyon sonra gelen TMS uyarılmış EEG yanıtları Grand ortalaması. (B) N100 değerleri çizilen arazi tüm elektrotlar her oturum için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Özellikle neuronavigation kullanıldığında TMS-EEG çoğu kortikal alanlarda doğrudan ve noninvaziv uyarılması ve elde edilen nöronal aktivite ile çok iyi spatio-zamansal çözünürlük30, edinimi sağlar. Bu yöntembilimsel önceden TMS uyarılmış EEG sinyallerini elektrik sinir aktivitesinden kaynaklanan ve bu kortiko-kortikal uyarılabilirlik dizinidir dayalı gerçeğine şeydir. Bu TMS-EEG mevcut ve gelecekteki tedavi müdahaleler bir biyomarker kullanıldığı yerler nöropsikiyatrik hasta nüfus çok büyük potansiyele sahiptir.

Protokolü'nün en kritik fark elektrotlar hazırlanması ve stimülasyon yoğunluk tayini adımdır. TMS-EEG sinyal TMS yapıtı amplifikatörler kullanılan31çeşit bakılmaksızın duyarlı olmasıdır. Elektrotlar çok dikkatli bir şekilde, onlar birbirleri ile Köprü değil ve onların empedans 5 kΩ altında tutulur ve sinyal / gürültü oranı yüksek hazırlanmalıdır. Ayrıca, 5-10 mm kangal altında ayarlanmış suni polyutherane elyaf yapılmış bir sünger mekanik basınç ve bobin klik sesi ile kemik iletken yapıt daha da azaltabilir.

MT TMS-yoğunluğunu belirler; Bu nedenle, daha küçük yoğunluklarda çok zayıf sinyaller de neden olabilir iken tam olarak daha yüksek yoğunluklarda daha büyük yapılara ve odak stimülasyon, daha az yol açacak gibi ölçülmelidir. Bu nedenle, motor sıcak nokta neuronavigation yardımı ile bulunabilir ve MT EMG kayıtları ile tahmin edilmektedir (gürültü 50 µV ve kaslar aşağıda tamamen rahat). Ancak, bir focality ve her stimülasyon doğruluğunu türeyen şekilden ve süresi TMS32bakliyat unutmamalıyız.

DLPFC eşik için tedbirler eksikliği aynı zamanda yoğunluk tahmini indüklenen elektrik alan23 genlik göre ayarlanabilir ve uyarıcı'nın yoğunluk çıkış geleneksel yöntem olarak dayalı değil olduğunu gösteriyor. Bu MT yoğunluğu V/m için belirli bir kortikal derinlik ve sonra aynı derinlik ve V/m'in Stimülatörü çıkış yoğunluğu DLPFC uyarılması için yeniden hesaplamak için kullanılacak tahmin edilebilir gerekir gerektirir. Bu eşleştirilmiş pulse protokollerinin sunulan olanlar gibi gelecek soruşturma için özellikle önemli bir sorundur burada, TS nerede her zaman suprathreshold koyulukları. Ancak, bu yeni çalışma için M1 kortikal ve corticospinal olmayan önlemleri yoluyla öne sürülmüştür gibi DLPFC stimülasyon sırasında kaydedilen TEP33 veya salınım34 üzerinden DLPFC yoğunluk tanımlamak için bir ihtiyaç vardır.

Önemlisi, DLPFC stimülasyon site MNI ya da Talairach koordinatlarına göre seçilen ve neuronavigation MRI üzerinde takılı. MNI koordinatları (-35, 45, 38) sol DLPFC için bu siteyi en iyi, klinik sonuçlar ve dinlenme-devlet fonksiyonel bağlantı35bağlı olarak bir çalışma çizilir. Oryantasyon ve tilt bobin konumlandırma başka bir önemli bir değişkendir. Bobin yönlendirme yaklaşım ve tilt için iki yol vardır: Yarımküre9 ve b) dik orta frontal sulkus lateral medial geçerli yönünü14ile lateral bölümlerine işaret kulplu orta hat a) 45 derece. İkinci bir gerçek MRI gerektirir ve gezinti ve indükler alanın maksimum süre hiçbir navigasyon varsa ilk genellikle uygulanır. Kayıtları başlamadan önce bobin stimülasyon fizyolojik yanıt etkilemeden en az kas yapıları5 çağrıştıran bu yüzden ince ayar yapılması ihtiyacı (1-2 mm tilt yanı sıra bobin merkezinin küçük değişiklikler ve Oryantasyon ince değişiklikleri).

Farklı yönelimleri karşılaştırılması beri farklı bobin DLPFC üzerinde konumlandırma etkisini inceleyen bilinen hiçbir çalışmalar yapılması gerekiyor. Daha da önemlisi, DLPFC sıcak EEG ölçüler üzerinde benzer bir şekilde M1 sıcak nokta EMG tarafından tanımlanır temel nokta tanımlamak için bir yöntem bir ihtiyaç vardır. Son olarak, burada çok önemli bir yönü elektrotlar ve konumlarını onların sayısallaştırma konumlandırma olduğunu. Deneyler, izleme için kap yerleştirilir en kısa zamanda test testi tekrarlayın tasarımlarında elektrotlar sayısallaştırılmış. Sonra her iki sayısallaştırılmaları (ve ilk consequents deney) 3D MRI modeli veya (bireysel MRI alınamıyor basıldığında iyi güvenilir bir çözüm olabilir) MRG şablon üzerinden görselleştirildiği. Deneyi takip elektrotlar kafatası üzerinde konumlandırma ilk ölçüm konumlandırma eşleşecek şekilde sonra kap gerekirse taşınması gereken. Bu tam aynı konumu tam olarak aynı manyetik alan ile uyarılmış elektrotlar, üzerinden veri elde edilebilir sağlayacaktır.

Stimülasyon başlamadan önce seçilen kortikal sitesi kranial sinirler bobin altında geçen için kontrol edilmelidir. Bu nedenle, bir kaç TMS-EEG dönemini kaydedilmesi gereken ve yapıları değerlendirildi. Bu nedenle, sinyal genlikleri 70 µV ve sigara eşitlenen yüksek frekans-düşük genlik salınımları (kas ve kranial sinirler eserler) büyük için kontrol edilmesi gerekir. Böyle eserler ortadan kaldırarak güzel ve ince bobin yeniden konumlandırma tarafından yapılabilir ya da önceki önerilen gibi yönünü sadece,36çalışmalar. Son olarak, TMS-EEG oturumları sırasında TMS bobin gerçek zamanlı neuronavigation tarafından izlenen ve immobilize devam etti. En iyi yolu bir tripod üzerinde veya mekanik bir kol üzerine monte etmektir. Bu çözüm de eller karşı mekanik basınç eserler ekleyerek elektrotlar ile coil basarak engeller. Herhangi bir değişiklik derhal düzeltilmesi gerektiğini ve gerçeğini TMS EEG yanıt bu parametreleri37pertürbasyon için çok hassas nedeniyle ilgili dönemini kötü ve veri analizi dışında olarak işaretlenmiş. Bu ayrıntılı öneriler TMS-EEG testi testi tekrarlayın güvenilirliğini tek14 ve eşleştirilmiş darbe paradigmalar15 üzerinde DLPFC emin olabilirsiniz. Bu önemli detaylara dikkat verileri için tedavi müdahaleler ile ilgili değişiklikleri yansıtan en yüksek şansa sahip sağlayacaktır.

TMS-EEG her deneysel yöntemi gibi belirli sınırlamaları vardır. Çeşitli eser ve TMS-uyumlu EEG amplifikatörler kalan eserler ortadan kaldırmak değildir aslında önemli konudur. Kafatası kaslar, yapılardan özellikle kafatası üzerinde ön ve yan siteleri uyardığında, karanlık ve EEG sinyal modüle. Bu yapılar artık bu TMS-EEG sinyal daha büyük ve genellikle son olabilir, böylece TEPs belirsiz. Benzer şekilde, ama DLPFC gibi alanlarda sadece, TMS büyük göz yanıp sönme eserler uyandırmak. Ayrıca, elektrot hareketi, cilt hissi ve TMS bobin tıklayın nedeniyle işitsel activations gibi birçok diğer yapıları EEG analiz (Ayrıntılar için bkz: önceki yayınları31,38) daha da zor yapabilirsiniz. Çok iş alanında eserler, beyin yanıt-e doğru38,39,40,41 kaynaklarının daha güvenilir spatio geçici yerelleştirme sonuçlanan çeşitli reddetme doğru yönetmen , 42. ancak, bir katılımcıların dikkatli hazırlanması, ekipman seçimi ve doğru ölçüm performansını ham TMS-EEG veri kalitesini belirlemek unutmamalıyız.

TMS-EEG DLPFC uyarılması ile ilgili intracortical inhibisyonu ve uyarma mekanizmaları değerlendirmek için güçlü bir araçtır. Sadece bir kaç parametreleri değiştirerek, GABAAR (SICI), GABABR (LICI) ve NMDAR (ICF) tarafından aracılı devrelerin çalışma sağlar. Modülasyon farmakolojik veya elektromanyetik tedavi müdahaleler ile farklı TEP bileşenlerinin bir işareti olarak tanımlamak için inhibitör hizmet edebilir ve uyarıcı neurotransmission, kortikal plastisite ve çok daha fazla beyin devlet değiştirir ve koşullar 43. TEP'ın için buna ek olarak, TMS uyarılmış salınım etkinlik zaman frekans ve spektral analizi yoluyla doğal ve yukarıdaki devre10içsel sıklığını değerlendirmek. Geçerli kaynak yoğunluğu4 herhangi bir kortikal alanı için geçerli gibi elektrik beyin endeksi DLPFC44devrelerinde hasarlı beyin plastisite mekanizmaları çözmeye yardımcı olabilir.

Daha fazla DLPFC bu paradigmalar farmakolojik doğrulama çalışmaları gerekli. Ancak, TMS-EEG neuromodulation tedaviler gibi çeşitli tedavi müdahaleler mekanizmaları incelemek için kullanılacak için büyük potansiyel olduğunu (Örn., rTMS, ECT, MST) veya farmakolojik olanlar sağlıklı gönüllü veya çeşitli Psikiyatrik bozukluklar9,15,16,17,45,46, ama aynı zamanda alternatif müdahaleler veya bunların birleşimleri43. En önemlisi, TMS-EEG beyin dinamiği öncesinde ve müdahale sonra güvenilir bir şekilde değerlendirmek ve bu nedenle potansiyel biyomarker hizmet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Pantelis Lioumis ücretli danışman için Nexstim Plc. (Helsinki, Finlandiya) gönderilen iş dışında olmuştur (i.e., motor ve konuşma eşleme rTMS uygulamaları daha önce 2017 için). Reza Zomorrodi Vielight A.ş. (Toronto, Kanada) Danışma Kurulu üyesidir. Zafiris J. Daskalakis Kanada Enstitüleri Sağlık Araştırma (CIHR), Ulusal Sağlık Enstitüleri - bize (NIH), Weston beyin Enstitüsü, beyin Kanada ve CAMH Vakfı ve Campbell araştırma ile Temerty aile araştırma destek alır Enstitüsü. O bir araştırmacı tarafından başlatılan çalışma araştırma desteği ve ayni ekipman dan Brainsway Ltd alınan ve o site yürütücü Brainsway Ltd için üç sponsor tarafından başlatılan çalışmalar için Bu araştırmacı tarafından başlatılan çalışma için Magventure--dan ayni ekipman destek aldı. Daniel M. Blumberger Kanada Enstitüleri Sağlık Araştırma (CIHR), Ulusal Sağlık Enstitüleri - bize (NIH), Weston beyin Enstitüsü, beyin Kanada ve CAMH Vakfı ve Campbell araştırma ile Temerty aile araştırma destek alır Enstitüsü. O bir araştırmacı tarafından başlatılan çalışma araştırma desteği ve ayni ekipman dan Brainsway Ltd alınan ve o site yürütücü Brainsway Ltd için üç sponsor tarafından başlatılan çalışmalar için Bu araştırmacı tarafından başlatılan çalışma için Magventure--dan ayni ekipman destek aldı. Indivior bir araştırmacı tarafından başlatılan deneme için ilaç malzemeleri aldı. Janssen için bir Danışma Kurulu yer almıştır.

Acknowledgments

Bu eser kısmen NIMH R01 MH112815 tarafından finanse edildi. Bu eser de Temerty Aile Vakfı, Grant Aile Vakfı ve Campbell aile akıl sağlığı Araştırma Enstitüsü Merkezi tarafından bağımlılığı ve ruh sağlığı için desteklenmiştir.

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

Neuroscience sayı 138 kombine Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve elektroansefalografi kısa intracortical inhibisyon uzun intracortical inhibisyon intracortical kolaylaştırma tekrarlayan Transkraniyal Manyetik stimülasyon manyetik nöbet terapisi depresyon
Kombine Transkraniyal Manyetik stimülasyon ve elektroansefalografi Dorsolateral Prefrontal korteksin
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