Transkraniyal Manyetik Stimülasyon ve Elektroensefalografi ile Beyin Hipereksitabilitesinin Değerlendirilmesi

Özet

Kaynak: Shafi, M. M., et al. Epilepsili Hastalarda Bağlantıyla İlgili Beyin Uyarılabilirliğini Değerlendirmek için Multimodal Görüntüleme ve Stimülasyon Tabanlı Bir Yöntem. J. Vis. Uzm. (2016)

Video, epilepsili hastalarda nöronal uyarılabilirliği değerlendirmek için transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) ve elektroensefalografi (EEG) kullanma prosedürünü göstermektedir. Hastanın kafasını önceden kaydedilmiş bir beyin taraması ile hizalamak, TMS bobinini işlevsel olarak bağlı bir kortikal hedef üzerine konumlandırmak ve nöral devreleri aktive etmek için stimülasyon uygulamak için adımları detaylandırır. Süreç, motor tepkilerin izlenmesini, EEG sinyallerinin kaydedilmesini ve hipereksitabiliteyi tanımlamak ve nöbet başlangıç bölgesini lokalize etmek için beyin aktivitesini sağlıklı kontrollerinkiyle karşılaştırmayı içerir.

Protokol

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, insan refahı için kurumsal, ulusal ve uluslararası yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yerel kurumsal inceleme kurulu tarafından gözden geçirilmiştir.

1. Konu Seçimi

1. : Araştırma protokolü için hasta seçimi.
   1. Aktif epilepsi (geçen yıl içinde nöbetler) veya uzak epilepsi öyküsü (önceki nöbetler, ancak son beş yılda ilaçla veya ilaçsız olarak nöbet geçirmeyen) ve yapısal beyin görüntülemede periventriküler nodüler heterotopyası olan hastaları tanımlayın.
   2. Herhangi bir nöbet öyküsü olmayan hastaları hariç tutun. Ayrıca, nöbetler için alternatif olası etiyolojileri olan hastaları hariç tutun (ör., travmatik beyin hasarı öyküsü, inme, meningoensefalit) veya alternatif bir tanı ile tutarlı EEG bulguları olan hastalar (ör., idiyopatik jeneralize epilepsi, mezial temporal lob epilepsisi).
   3. Ek nörolojik veya psikiyatrik hastalığı olan veya başka herhangi bir kararsız tıbbi durumu olan hastaları hariç tutun. Ayrıca, daha önce beyin ameliyatı öyküsü olan, manyetik rezonans görüntülemeyi (MRG) tolere edememe, son zamanlarda yasadışı madde veya ağır alkol kullanımı veya belirli bir MRI veya TMS kontrendikasyonu olan hastaları hariç tutun.
2. Sağlıklı kontrol denek seçimi.
   1. Her periventriküler nodüler heterotopya (PNH) hastası için (daha önce yayınlanmış çalışmamızda, 20 - 43 yaş arası 8 hasta ortalama 30.25; 3 erkek, 5 kadın), yaş ve cinsiyet açısından uyumlu sağlıklı bir kontrol belirleyin.
   2. Devam eden herhangi bir nörolojik veya psikiyatrik hastalığı olan veya psikoaktif ilaçlar, diğer kararsız tıbbi durum, önceki beyin ameliyatı öyküsü, MRG'yi tolere edememe, yasadışı madde veya ağır alkol kullanımı veya başka herhangi bir spesifik MRI veya TMS kontrendikasyonu olan kişileri hariç tutun.

2. Stimülasyon Hedeflerinin Oluşturulması

1. Bir 3T MRI sistemi kullanarak, T1 ağırlıklı bir dizi kullanarak yüksek çözünürlüklü yapısal tüm beyin dilimleri elde edin. Aşağıdaki alım parametrelerini kullanın: Levha başına 128 dilim, 256 x 256 matris, görüş alanı (FOV) 256 mm, dilim kalınlığı 1,33 mm, 0,63 mm dilimler arası boşluk, voksel boyutu 1 x 1 x 1,33 mm³, tekrarlama süresi (TR) 2.530 milisaniye, ters çevirme süresi 1.100 milisaniye, yankı süresi (TE) 3,39 milisaniye, çevirme açısı 7°.
2. Bir 3T MRI sistemi kullanarak, kan oksijenasyon seviyesine bağlı (BOLD) kontrasta duyarlı bir eko-düzlemsel dizi kullanarak dinlenme durumu fonksiyonel görüntüler elde edin. Bu taramayı yaparken, hastalara herhangi bir özel görev yapmadan gözleri açık olarak sessizce dinlenmelerini söyleyin. Aşağıdaki çekim parametrelerini kullanın: FOV 256 mm, voksel boyutu 2,0 x 2,0 x 2,0 mm, TR 6.000 milisaniye, TE 30 milisaniye, çevirme açısı 90°, çekim süresi 6,4 dak.
3. MRICroN yazılımını kullanarak, nodüler heterotopyanın her bir ayrı bölgesini tanımlayın (her bir nodül veya ayrılmaz bir bitişik nodül kümesi). İlgi alanlarının (ROI'ler) heterotopyasını T1 ağırlıklı yapısal görüntülerde eksenel düzlemde dilim dilim manuel olarak çizmek için Kalem aracını kullanın.
4. Dinlenme durumu işlevsel veri işlemede dört ardışık adım gerçekleştirmek için CONN işlevsel bağlantı yazılımı araç kutusunu kullanın: Kurulum, Ön İşleme, Analiz ve Sonuçlar.
   1. Kurulum için, yeni bir proje başlatmak ve temel deneme bilgilerini girmek için menü seçeneklerini kullanın. İşlevsel görüntüleri, yeniden hizalanmış ve her denek için anatomik görüntülere birlikte kaydedilmiş olarak yükleyin.
   2. Yapısal görüntüleri yükleyin. Adım 2.3'te oluşturulan heterotopia ROI dosyalarını yükleyin. Deney koşulunun ayrıntılarını girin; Bu bir dinlenme durumu olduğundan, başlangıç süresi 0 saniye olan ve süresi her seansın tam süresine eşit olan tek bir koşul girin. Araç kutusu, heterotopya ROI BOLD zaman serisini çıkaracaktır. Olası tutarsızlıkları inceleyin.
   3. Ön İşleme için, BOLD varyasyonunun kafa karıştırıcı kaynakları, ana manyetik alanın solunumla indüklenen modülasyonlarını ve kardiyak titreşimleri ve ayrıca konu hareketini içerir. Fizyolojik gürültü süreçlerini tanımlamak için ventriküller ve büyük damarlar gibi nöral aktivite ile ilişkili olması muhtemel olmayan bölgelerden zaman serisi verilerini analiz eden entegre temel bileşen tabanlı yöntem aracılığıyla karışıklıkları ortadan kaldırın. Olası kafa karıştırıcı kaynakların her biri tarafından açıklanan toplam varyansı önizleyin. Bant geçiren frekans filtresi (0,01 Hz < f < 0,1 Hz) ve Gauss yumuşatma (yarı maksimumda 6 mm tam genişlik) uygulayın.
      NOT: Araç kutusu, varsayılan olarak, beyaz cevher ve beyin omurilik sıvısından gelen BOLD sinyali ve yeniden hizalama parametreleri (konu hareketi) dahil olmak üzere olası karışıklıkların kaynaklarını tanımlayacaktır.
   4. Analiz ve Sonuçlar için, ilgi kaynaklarını heterotopya ROI'leri olarak belirleyin. Korelasyonun bağlantı ölçüsünü önizleyin (regresyon yerine) ve korelasyon katsayıları için eşik değerlerini kullanarak görüntüleyin.
      1. Her konu için, heterotopik gri maddenin her bir ayrı bölgesini bir tohum yatırım getirisi olarak kullanarak tohumdan voksel bağlantı haritaları oluşturun ve ROI'nin ortalama BOLD sinyal zaman serisi ile diğer tüm beyin vokselleri arasındaki korelasyonu gösterin.
      2. Konu arası veya kaynak arası kontrastlar için ikinci düzey analizler gerçekleştirin (isteğe bağlı). Yükseklik (voksel düzeyi) ve kapsam (küme düzeyi) eşiklerini kullanarak sonuçları görüntüleyin; Düzeltilmemiş ve yanlış keşif oranı düzeltilmiş p değerleri gösterilir.
5. Kalem aracını kullanarak TMS için ilgili iki hedefi, bağlantılı bir hedef ve bağlı olmayan bir hedefi manuel olarak belirlemek için MRICroN yazılımını kullanın. "Kaplama" işlevini kullanarak, yukarıda oluşturulan işlevsel bağlantı haritalarını her konu için yapısal görüntülerin üzerine yerleştirin.
   1. Hedef bölgenin, yukarıda açıklandığı gibi gri madde heterotopyasına önemli işlevsel bağlantısı olan bir korteks bölgesi olduğundan emin olun. TMS sırasında komşuluk stimülasyon etkileri riskini en aza indirmek için, bağlı olmayan hedefin herhangi bir heterotopya ROI'sine önemli fonksiyonel bağlantı göstermeyen ve kortikal yüzeyde bağlı hedeften en az 2,5 cm uzakta bulunan benzer büyüklükte bir bölge olduğundan emin olun.
   2. Hedefleri, TMS'nin neden olduğu büyük artefaktların olasılığı küçük olacak şekilde seçin. Özellikle, lateral temporal veya frontopolar bölgelerdeki hedefleri seçmekten kaçının, çünkü bunların erken TMS-EEG sinyalini gizleyebilecek büyük kas kasılması ve / veya göz hareketi artefaktları üretmesi muhtemeldir. Belirtilen hedefleri yeni hedef ROI'ler olarak kaydedin.
6. Her konudaki her hedef ROI için MNI (Montreal Nöroloji Enstitüsü) koordinatlarını belirleyin. Ardından, her bir deneğin eşleşen sağlıklı kontrol deneğindeki eşdeğer iki hedef bölgeyi belirlemek için bu koordinatları kullanın.

3. TMS-EEG Deney Düzeneği

:

1. Yapısal taramaları (tipik olarak yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı 3D hacimsel görüntüler) nöronavigasyon sistemine yükleyin.
2. Nöronavigasyon yazılımını kullanarak, görüntüler üzerinde istenen hedefleri işaretleyin. Ayrıca, stimülasyon seansı sırasında kokayıt ve nöronavigasyon için kullanılacak dış anatomik belirteçleri (nasion, bilateral tragus) işaretleyin. Dönebilen elektrotları ve elektrot telleri olan bir EEG başlığı kullanıyorsanız, telleri TMS bobininin 52 uzun eksenine dik olarak yönlendirin.
3. TMS-EEG seansının yapıldığı gün saç kremi veya diğer saç ürünlerini (şampuan kabul edilebilir) kullanmamasını, TMS-EEG seansından önceki akşam alkollü içeceklerden kaçınmasını ve TMS seansından önce normal günlük kafein tüketimini içmesini hatırlatmak için deney seansından önce denekle iletişime geçin.

4. Deney Oturumu

1. : Deneğin, ideal olarak yapılandırılmış bir anket yoluyla TMS güvenlik kriterlerini geçtiğini onaylayın. Deneğin önceki gece alkollü içecek tüketmediğini, normal günlük kafein tüketiminden önemli ölçüde daha fazla veya daha az içmediğini, önceki gece kortikal uyarılabilirliği (difenhidramin gibi) değiştiren reçetesiz satılan uyku yardımcılarını tüketmediğini ve tipik bir gece uykusu aldığını onaylayın (uyku yoksunluğu kortikal uyarılabilirliği artırabilir).
2. Denekten rahat bir sandalyeye oturmasını isteyin.
3. EEG kapağını konunun üzerine monte edin ve elektrotları hazırlayın.
   1. Deneğin kafasını ölçün ve düşük elektrot empedanslarını etkinleştirmeye yardımcı olmak için uygun boyutta bir EEG başlığı seçin.
   2. Pamuk uçlu bir aplikatör ve alkol kullanarak her elektrotun altındaki cildi iyice temizleyin.
   3. Her elektroda iletken jel ekleyin. Elektrotlar arasına sızması için çok fazla jel eklemeyin, çünkü bu bir köprü oluşturabilir ve farklı elektrotlar arasında ortak bir sinyale yol açabilir.
   4. Gerekirse, kafa derisi, jel ve elektrot arasında iyi bir temas sağlamak için, jeli ekledikten sonra her bir elektroda bastırmayı deneyin. Şarj artefaktlarını en aza indirmek için jelin elektrot tutucunun dışına yayılmadığından emin olun. Kayıt artefaktlarını en aza indirmek için iletkenlik seviyelerini homojen bir şekilde azalttı.
   5. TMS'nin neden olduğu elektrot artefaktının tüm kaydı kirletme olasılığını en aza indirmek için referans ve toprak elektrotlarını stimülasyon bobininden mümkün olduğunca uzağa yerleştirin. Bu elektrotların kemikli yapıların üzerine, minimum kortikal aktiviteye sahip muhtemelen "aktif olmayan" bölgelere yerleştirilmesi tercih edilir.
      NOT: Hedef konumların değişken olduğu çalışmalarda bile, frontopolar bölgelerin hedef olarak seçilmesi olası değildir, çünkü bu bölgelere TMS büyük göz hareketlerine, frontalis ve yüz kaslarının kasılmasına neden olabilir, ve sıklıkla kafa derisi ağrısı ve baş ağrısı; sonuç olarak, bu bölgelerin uyarılması sırasında TMS-EEG sinyali genellikle büyük artefaktlar tarafından gizlenir.
   6. Bu bölgelerin stimülasyon için hedef olarak seçilmesi muhtemel olmadığından, referans ve toprak elektrotlarının yerleştirilmesi için alnı kullanın. Ortak mod gürültüsünü en aza indirmek için bunları birbirinden birkaç santimetre uzağa yerleştirin.
      NOT: Tüm stimülasyon hedeflerinin tek bir yarım kürede olduğu durumlarda, kontralateral mastoid başka bir seçenek olacaktır.
   7. Elektrot empedanslarını aşağıdaki gibi kontrol edin: EEG çıkış kablolarını EEG kayıt sisteminin "empedans" jakına takın, ardından EEG sistemindeki "empedansları ölç" düğmesine basın. Elektrot empedansının 5 kΩ'dan büyük olmadığından emin olun.
4. EMG elektrotlarını karşı tarafta hazırlayın (ilk dorsal interosseöz veya abductor pollicis brevis kaslarını kullanın; tek bir çalışmada denekler arasında aynı kası kullanın).
5. İşitme kaybı ve kulak çınlaması riskini en aza indirmek için denek kişiye kulak tıkacı verin.
   NOT: Başka bir seçenek, kayıt işlemi boyunca, TMS tarafından üretilen işitsel tıklamayı maskelemek için yeterli bir ses seviyesinde, beyaz gürültü veya renkli gürültü çalan kulaklıkları (TMS tıklamasınınkilerle eşleşen spektral özelliklere sahip) kullanmak olabilir; bu, TMS ile indüklenen işitsel uyarılmış potansiyellerin potansiyel karışıklığını en aza indirmek gibi ek bir faydaya sahip olacaktır. İşitsel uyarılmış potansiyeli en aza indirmek için bobin ve kafa derisi arasında ince bir köpük tabakası da gereklidir.
6. Kızılötesi dedektörleri deneğin kafasına yerleştirin ve dedektörlerin deney oturumu sırasında hareket riskini en aza indirecek şekilde yerleştirildiğinden emin olun.
7. Nöronavigasyon ekipmanı ile birlikte verilen işaretçiyi kullanarak denek üzerindeki önceden seçilmiş dış anatomik referans belirteçlerinin (bölüm 3.2) konumunu belirleyerek deneğin başını MRI görüntüleriyle birlikte kaydedin.
8. Başka bir yere (örneğin, deneğin kolu) bir darbe uygulayarak veya kafa derisine düşük yoğunluklu bir stimülasyon darbesi (örneğin, maksimum% 5 stimülatör çıkışı) uygulayarak deneği stimülasyonla tanıştırın.
9. Dinlenme motor eşiğini belirleyin (5/10 denemede en az 50 μV boyutunda motor uyarılmış bir potansiyel üreten minimum yoğunluk). Böyle bir yöntem olan bağıl frekans yöntemi aşağıdaki gibidir.
   1. Deneğin motor korteksinin, fMRI bağlantı tabanlı hedeflere ipsilateral yarımküre üzerindeki konumunu belirleyin. Nöronavigasyon kullanılırken, bu genellikle precentral girustaki "Omega" bölgesindedir. Bobini, tutamak oksipital olarak bakacak şekilde girusa dik olarak açın.
   2. Eşik altı olması beklenen bir yoğunlukta stimülasyona başlayın (ör., maksimum %35 stimülatör çıkışı).
   3. TMS, her denemede 50 μV'> genliklerle motor uyarılmış potansiyelleri (MEP'ler) tutarlı bir şekilde uyandırana kadar maksimum stimülatör çıkışı% 5'lik adımlarla stimülasyon yoğunluğunu artırın.
   4. Ardından, 10 üzerinden 5'ten daha az pozitif yanıt kaydedilene kadar stimülasyon yoğunluğunu maksimum stimülatör çıkışında %1'lik adımlarla azaltın.
      NOT: Bu stimülasyon yoğunluğu artı 1, motor eşik olarak tanımlanır. Alternatif olarak, daha az uyaranla motor eşiği belirlemek için uyarlanabilir eşik tekniklerini kullanın.
10. Hedef bölgelerin uyarılması için, TMS yoğunluğunu istenen değere ayarlayın (örneğin, %120 dinlenme motor eşiği).
    NOT: Bununla birlikte, kafa derisi-korteks mesafesinde önemli bölgesel farklılıkların olduğu durumlarda (ör., frontal lob atrofisi olan hastalarda), böyle bir teknik eşik altı stimülasyona neden olabilir. Alternatif olarak, indüklenen elektrik alanının çevrimiçi tahminlerini yapabilen uygun nöronavigasyon sistemleriyle, stimülasyonun yoğunluğu, kortikal yüzey üzerinde hesaplanan indüklenen elektrik alanının (V/m cinsinden) belirli bir genliğinde de ayarlanabilir.
11. Kortikal plastisiteyi ve denek beklentisi etkilerini en aza indirmek için darbeler arasında değişken bir aralıkla nöronavigasyon yazılımını kullanarak hedef bölgelerin her birine tek TMS darbeleri uygulayın (ör., kümülatif etkilerden kaçınmak için en az 3 saniyelik aralıklarla her 4-6 saniyede bir). Tutarlılığı en üst düzeye çıkarmak için, bobini, tutamak arkaya dönük olarak, alttaki girusun uzun eksenine dik olarak açın.

Malzemeler