Kombinert Transkraniell magnetisk stimulering og Elektroencefalogram på Dorsolateral Prefrontal cortex

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Protokollen presenteres her er for TMS-EEG studier utnytte intracortical excitability test-retest design paradigmer. Hensikten med protokollen er å produsere pålitelige og reproduserbar kortikale excitability tiltak for å vurdere nevrofysiologiske fungerer knyttet til terapeutisk intervensjon i behandlingen av nevropsykiatriske sykdommer som store depresjonen.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er en ikke-invasiv metode som produserer nevrale eksitasjon i cortex ved hjelp av kort, tiden varierende magnetfelt pulser. Initiering av kortikale aktivisering eller dens modulering avhenger bakgrunn aktivering av nervecellene i kortikale området aktivert, spolen, posisjonen og retningen med hensyn til hodet. TMS kombinert med samtidige electrocephalography (EEG) og neuronavigation (nTMS-EEG) tillater for vurdering av cortico-kortikale excitability og tilkobling i nesten alle kortikale områder i en reproduserbar måte. Dette forhånd gjør nTMS-EEG et kraftig verktøy som kan nøyaktig vurdere hjernen dynamikk og nevrofysiologi i test-retest paradigmer som kreves for kliniske forsøk. Begrensninger ved denne metoden inkluderer gjenstander som dekker den innledende hjernen reaktivitet til stimulering. Dermed kan prosessen med å fjerne gjenstander også hente verdifull informasjon. Videre optimale parametere for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulering er ikke fullstendig kjent og gjeldende protokoller utnytte variasjoner fra motorisk cortex (M1) stimulering paradigmer. Imidlertid håper utvikling nTMS-EEG design å løse disse problemene. Protokollen presenteres her introduserer noen standard praksis for å vurdere nevrofysiologiske fungerer fra stimulering til DLPFC som kan brukes i pasienter med behandling motstandsdyktig psykiske lidelser som mottar behandling som Transkraniell likestrøm stimulering (tDCS), repeterende Transkraniell magnetisk stimulering (rTMS), magnetiske anfall terapi (MST) eller Elektrosjokkterapi (ECT).

Introduction

Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) er en nevrofysiologiske verktøy som gir ikke-invasiv vurdering av kortikale neuronal aktivitet ved hjelp av rask, tiden varierende magnetfelt pulser1. Pulserer magnetfelt indusere en svak strøm i overfladisk cortex under spolen som resulterer i membran depolarization. Påfølgende kortikale aktivering eller modulering er direkte relatert til karakteristikkene av spolen, vinkel og retning til skallen2. Bølgeform av pulsen utskrevet fra spolen og underliggende delstaten neurons også påvirke den resulterende kortikale aktivisering3.

TMS kan vurdering av kortikale funksjoner ved atferdsmessige eller motor svar eller avbrudd i oppgaverelaterte behandling. Excitability av cortico-spinal prosesser kan evalueres gjennom opptak electromyographic (EMG) svar elicited fra enkelt TMS pulser over motorisk cortex, mens intracortical eksitatoriske (intracortical tilrettelegging; ICF) og hemmende mekanismer (kort og lang intracortical hemming; SICI og LICI) kan bli undersøkt med sammen-puls TMS. Repeterende TMS kan forstyrre ulike kognitive prosesser, men brukes primært som et terapeutisk redskap for en rekke nevropsykiatriske lidelser. Videre kan kombinasjonen av TMS med samtidige Elektroencefalogram (TMS-EEG) brukes til å vurdere cortico-kortikale excitability og tilkobling4. Til slutt, hvis av TMS leveres med neuronavigation (nTMS), det vil tillate nøyaktige test-retest paradigmer siden nøyaktige stedet stimulering kan registreres. De fleste av kortikale mantelen kan være målrettet og stimulert (inkludert de områdene som ikke produserer målbare fysisk eller opptreden svar) dermed cortex kan funksjonelt tilordnes.

EEG signalet fremkalles enkelt eller sammenkoblede puls TMS kan lettere vurdering av cortico-kortikale tilkobling5 og den nåværende tilstanden av hjernen. Den TMS-indusert elektrisk strømmen gir handling potensialer som kan aktivere synapser. Distribusjon av postsynaptic strøm kan registreres gjennom EEG6. EEG signalet kan brukes å kvantifisere og finne synaptic gjeldende distribusjoner gjennom dipol modellering7 eller minimum-norm estimering8, når flerkanals EEG er ansatt, og med ledningsevne struktur av hodet regnskapsføres. Kombinert TMS-EEG kan brukes til å studere kortikale hemmende prosesser9, svingninger10, cortico-kortikale11 og interhemispheric vekselsvirkningene12og kortikale plastisitet13. Viktigst, kan TMS-EEG sonde excitability endringer under kognitive eller motor oppgaver med god test-retest pålitelighet14,15. Betydelig, har TMS-EEG potensial til å bestemme nevrofysiologiske signaler som kan tjene som prediktorer av svar terapeutisk intervensjon (rTMS eller farmakologiske effekter) i test-retest design16,17.

Prinsippene for neuronavigation for TMS er basert på prinsippene om rammeløse stereotaxy. Systemer bruk en optisk sporing systemet18 som sysselsetter et lys-emitting kamera som kommuniserer med lys-reflekterende optiske elementer knyttet til både hodet (via en referanse bane) og TMS spolen. Neuronavigation tillater coil lokalisering på 3D MRI modellen ved hjelp av en digitalisering referanseverktøy eller penn. Bruk av neuronavigation forenkler erobringen av coil retning, plassering og justering til emnet hode og digitalisering av EEG elektrode stillingene. Disse funksjonene er avgjørende for test-retest design eksperimenter og nøyaktig stimulering av en angitt plassering i dorsolateral prefrontal cortex.

For å utnytte en EEG TMS-protokollen i et test-retest eksperiment, det må være nøyaktig målretting og konsekvent stimulering av kortikale området å få pålitelig signaler. TMS-EEG opptak kan være utsatt for ulike gjenstander. TMS indusert gjenstand på EEG elektrodene kan filtreres med forsterkere som kan gjenopprette etter en forsinkelse19,20 eller forsterkere som ikke kan mettet21. Men andre typer gjenstand generert av øyebevegelser eller blinker, skallen muskel aktivering EEG elektrodene, tilfeldig elektrode bevegelse og deres polarisering, og i CoILen Klikk eller somatiske sensasjon må tas i betraktning. Forsiktig emnet forberedelse som sikrer elektrode impedances under 5 kΩ, immobilisering av spolen elektrodene og et skum mellom coil og elektroder til å redusere vibrasjon (eller en avstand å eliminere lavfrekvente gjenstander22), ørepropper og selv Auditory maskering skal brukes til å minimere disse gjenstander23. Protokollen presenteres her introduserer en standard prosess for å vurdere nevrofysiologiske fungerer når stimulering brukes over på dorsolateral prefrontal (DLPFC). Fokus er på vanlige sammen-puls paradigmer som er validert i studier av M19,15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle eksperimentelle prosedyrer presenteres her er godkjent av våre lokale etiske komiteen følgende retningslinjer av erklæringen i Helsinki.

1. leder registrering for Neuronavigated TMS-EEG

  1. Få en høy oppløsning hele hodet T1-vektet strukturelle MRI for hver deltaker. Søk i henhold til neuronavigation produsenten retningslinjer.
  2. Laste opp bilder på navigasjonssystemet. Sjekk Hvis MRIs skannes riktig. Velg himmelretningene (pre auricular poeng, nasion og spissen av nesen). Sett inn stimulering målene (basert på anatomien eller basert på hodet koordinater, MNI eller Talairach koordinater).
  3. Plass hodet sporing slik slik at den ikke vil gå under stimulering økten og tillate fri bevegelse av TMS spolen. Ha deltaker innsatsen ørepropper før registreringen starter.
  4. Juster deltakerens hodet i 3D MRI-modellen. Trykk på deltakerens hodet med digitalisering pennen på himmelretningene som ble valgt på bildene av MRI-stakken. Velge og merke ekstra poeng over parietal, timelige og occipital områdene av hodet til redusere registrering over disse områdene.
  5. Bekrefte registreringen. Plass digitalisering pennen på deltakerens hodet. Sjekk representasjonen på datamaskinen. Hvis det ikke er tilsvarende punktet i MR, Gjenta trinn 1.4.
  6. Kalibrere TMS spolen i bruk (i noen systemer dette trinnet ikke er nødvendig).
    1. Fest bane til spolen.
    2. Plass spolen på kalibrering blokken så alle bane er synlig fra kameraet.
    3. Trykk kalibrering på skjermen og holde spolen i kalibrering posisjon for 5 s.

2. TMS-EEG eksperiment

  1. Plasser EEG hetten på hodet og forberede elektrodene
    1. Velg en cap som passer hodet godt. Kontroller at alle elektroder tett berører hodebunnen og er funksjonelle. Hvis mer enn 2 elektrodene ikke fungerer, kan du bruke et annet hetten av samme eller mindre størrelse.
    2. Plass Cz elektroden på toppunktet, halvveis mellom linjen går nasion og inion og Iz elektroden over på inion.
      Merk: Sted loddrett (over og under øyet kontralateral til stimulering øyet) og/eller vannrett elektrodene (venstre fra venstre øye og rett fra høyre, litt over hvert zygomatic bein) for electrooculography (EOG).
    3. Juster sløv spissen av sprøyten og fylle den med electroconductive gel. Plassere i hullet på elektroden og lett trykker stempelet flensen før det er noen lim på huden. Skrubbe hodebunnen lett bruke kors som flytter med butt tupp. Kontroller at lim er søle ut over toppen for å unngå bro (kortslutning mellom elektrodene).
  2. Plass EMG elektrodene. Plass to disponibel plate elektroder (diameter ca 30 mm) over høyre bortfører pollicis brevis muskelen (APB) for en mage sene montasje. Plass bakken i henhold til produsentens retningslinjer.
  3. Starte hodet registrering. Følg trinn 1.3-1.6. Bruk MNI eller Talairach koordinatene for DLPFC.
  4. Hot spot og motor terskel.
    1. Legge til en svamp (kunstig fiber laget av polyutherane) under spolen for å minimere coil vibrasjon over elektrodene under TMS-pulser. Merk at skum skal være ca 10 mm tykk.
    2. Instruere deltakerne på resten, komfortabel og avslappet hender, bein og ryggsøylen.
    3. Finn hot spot. Målrette motor knotten24 som første landemerke kortikale representasjon av APB i M1 og holder spolen til det tilsvarende APB bevegelse. Bruk TMS intensiteter fremkaller MEPs av rundt 500 µV over APB. Optimalisere coil retningen ved å endre vinkelen og tilt å fremkalle den største responsen over aktiveringspunktet.
    4. Lagre spolen posisjonering i programmet neuronavigator og redusere utgang intensiteten i trinn av 2-3%. Gi 10 pulser og hvis mer enn 5 ute av 10 MEP svar over 50 µV hentes, fortsetter å redusere intensiteten.
    5. Når mindre enn 5 ute av 10 svar er fremkalt, øker du intensiteten trinn på 1-2%. MT representeres som intensiteten som produserer MEPs større enn 50 µV 5 ute av 10 ganger25. Inter stimulans intervallet (ISI) for MT må være lengre enn 1 s, vanligvis satt på 3, 4 eller 5 s.
  5. Justere intensiteten på følgende måte:
    1. Start på 120% av MT å produsere MEPs over M1 fra 500 til 1500 µV. registrere 10 pulser med denne stimulator utgang så til gjennomsnittlig svartid er 1 mV. Øke eller redusere intensiteten i trinn på 1-2% fram et gjennomsnitt på 1 mV.
    2. Stimulering intensitet, Velg intensiteten som en prosentandel av stimulator utdata, f.eks., 110%, 120%, etc.
    3. Finne tilhørende indusert felt i V/m (Hvis systemet tillater). Plass spolen over DLPFC; justere stimulator's utgang til beregningen av feltet indusert blir det samme som en over M1 for samme kortikale dybde.
  6. Digitalisere EEG elektrodene, slik at deres posisjon er registrert i hjernen anatomien.
    Merk: Dette er et svært viktig skritt for å finne fordelingen av neuronal aktivisering og nøyaktig omplassering av elektrodene i oppfølging økten.
  7. Post TMS-EEG
    1. Erstatte ørepropper med ørepropper med luft rør til å koble til audio maskering (f.eks., hvit støy) hvis tilgjengelig og legge hodetelefoner over dem. Spille lyd maskeringen bare under TMS puls levering.
      Merk: Dette trinnet kan brukes til trinn 2.4.2 uten å spille lyd maskeringen og forsiktig så det hode bane ikke flyttes.
    2. Montere spolen på spolen holderen og kontroller at CoILen ikke flytte eller trykk elektrodene under den. Kontroller at svampen mellom elektrodene og spolen.
    3. Fjerne alle aktive skjermer av synet av deltakeren. Gi instruksjoner til deltakeren å stirre på et fast punkt, ikke å endre sin stilling underveis TMS og ikke blinke mellom TMS-pulser.
    4. Slå av alle lysrør. Kjør enkelt puls TMS, SICI, ICF og LICI i tilfeldig rekkefølge for hver deltaker. Gi 100 enkelt og sammenkoblet pulser. Bruke ulike ISI av 3-4 s (±20%) eller en konstant 3 – 5 s (se merknad). Gi en pause på 3-5 minutter mellom hver betingelse slik deltakeren kan slappe av og strekke.
      Merk: SICI og ICF innebære et par-puls TMS paradigme med en subthreshold condition stimulans (CS) og en suprathreshold test stimulans (TS). CS i denne protokollen er 80% av MT og TS intensitet fremkaller en 1 mV MEP topp-til-topp26. Inter puls intervallet brukte for optimale SICI er på 2 ms og ICF på 12-1327. Det LICI paradigmet innebærer sammenkoblingen av en supra-terskel CS intensiteten fremkaller 1 mV MEP topp-til-toppen etterfulgt av en annen suprathreshold TS igjen med intensiteten som utløste en 1 mV MEP topp-til-topp og en Inter puls intervall på 100 ms. ISI for både enkelt og sammenkoblet puls paradigmer bestemmes av stimulator's ladetid (systemet kan tillate sammenkoblede pulser hver 4 s), økter (lengre eksperimenter vil kreve mindre ISI å ikke overbelaste deltakerne) og analysen som er kommer til å skje. I denne studien vi brukte en konstant ISI 5 s på grunn av våre stimulator begrensninger og også fordi vi trenger flere sykluser lavfrekvente band (theta rhythm) for tid-frekvens og makt spektrum analyse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 1 A illustrerer TMSevoked potensialene etter DLPFC stimulering over F3 elektroden etter snitt 100 epoker fra hver økt for en sunn frivillig. I denne illustrasjonen markere vi effekten av CS på TS i forhold til betingelsen enkelt puls når TS brukes alene. CS modulerer N100 nedbøyning på en klar måte selv i ett fag. I SICI og LICI økter, N100 er vanligvis økt og i ICF nedgang i absolutte verdier sammenlignet med SP tilstand16. I figur 1B, topografiske fordelingen av N100 komponenten av SP, har SICI og ICF paradigmet vært lokalisert bilateralt som det har vært vist i mange tidligere studier16,17,28, 29.

Figure 1
Figur 1 : TMS-EEG tiltak av kortikale excitability. (A) Grand gjennomsnittet av TMS-utløste EEG svar fra DLPFC ROI elektroder etter DLPFC stimulering. (B) N100 verdier plottet topografisk over alle elektroder for hver økt. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TMS-EEG kan direkte og noninvasive stimulering av de fleste kortikale områder og oppkjøpet av den resulterende neuronal aktiviteten med svært god spatio-temporale oppløsning30, spesielt når neuronavigation benyttes. Fordelen med dette metodologiske forhånd er basert på det faktum at TMS-utløste EEG signalene kommer fra den elektriske nevrale aktiviteten og det er en indeks på cortico-kortikale excitability. Dette har enormt potensial i nevropsykiatriske pasientgrupper der TMS-EEG kan brukes som en biomarkør av nåværende og fremtidige terapeutisk intervensjon.

Det viktigste trinnet av protokollen er utarbeidelsen av elektrodene og fastsettelse av stimulering intensiteten. Dette skyldes at TMS-EEG signalet er utsatt for TMS gjenstand, uansett hva slags forsterkere brukes31. Elektrodene bør være nøye forberedt, slik de ikke bro med hverandre og deres impedans holdes under 5 kΩ og signal-til-støy er høy. I tillegg kan en svamp laget av kunstig polyutherane fiber 5-10 mm justert under spolen ytterligere redusere mekanisk trykket og gjenstand for coil Klikk lyden gjennom bein conduction.

MT bestemmer TMS-intensiteten; Derfor bør det være målt nøyaktig som høyere intensiteter vil føre til større gjenstander og mindre fokal stimulering, mens mindre intensitet kan resultere i veldig svake radiosignaler. Dermed motor aktiveringspunktet skulle blitt funnet med hjelp av neuronavigation og MT anslås med EMG innspillinger (støy under 50 µV og muskler helt avslappet). Imidlertid bør en ikke glemme at focality og nøyaktigheten av hver stimulering stammer fra figuren og varigheten av TMS pulser32.

Mangel på tiltak for en DLPFC terskel foreslår også at intensiteten bør justeres i henhold til amplituden til anslagsvis indusert elektriske feltet23 og ikke basert på stimulator's intensitet utgang som det tradisjonelle metoden. Dette krever at MT intensiteten må beregnes V/m for en bestemt kortikale dybde og deretter samme dybde og V/m som skal brukes til å omberegne stimulator's produksjon intensitet for DLPFC stimulering. Dette er et spesielt viktig problem for fremtidige undersøkelser av sammenkoblede puls protokoller som de presenteres her, hvor TS er alltid på suprathreshold intensitet. Det er imidlertid behov for å definere DLPFC intensiteten fra de innspilte TEP33 eller svingninger34 under DLPFC stimulering som det har blitt foreslått i nyere studier for M1 med kortikale og ikke-corticospinal.

Viktigere, bør DLPFC stimulering området være valgt basert på koordinatene MNI eller Talairach og satt inn på MRIs av neuronavigation. MNI koordinatene til det venstre DLPFC (-35, 45, 38) er Hentet fra en studie identifisere området som optimalt, basert på kliniske utfall og hvile statuser funksjonelle tilkobling35. Plasseringen av denne CoILen med hensyn til retning og tilt er en annen viktig variabel. Det er to måter å nærme coil orientering og vippe: a) 45 grader til midtlinjen med håndtaket peker til de laterale delene av halvkule9 og b) vinkelrett på det midterste frontal sulcus med lateral mediale gjeldende retning14. Først brukes vanligvis når ingen navigasjon ikke finnes, mens andre krever ekte MRI og navigasjon og det induserer maksimal feltet. Før du starter opptakene, finjustering av spolen så det fremkaller minimum muskel gjenstander5 uten å påvirke stimulering fysiologiske responser må utføres (små endringer 1-2 mm midten av spolen, samt tilt og orientering subtile endringer).

Sammenligning av ulike retningene må gjøres siden det finnes ingen kjent studier som har undersøkt effekten av ulike coil plassere over DLPFC. Enda viktigere, er det behov til en metode for å definere berøringspunktet DLPFC basert på EEG tiltak på en lignende måte at aktiveringspunktet M1 defineres av EMG. Endelig, en svært viktig del her er plasseringen av elektrodene og deres digitalisering av deres plassering. I test-retest design, så snart hetten er plassert for oppfølging eksperimenter, bør elektrodene være digitalisert. Så begge digitizations (av først og consequents forsøket) bør bli visualisert over 3D MRI-modellen eller malen MRI (som kan være en god pålitelig løsning når personlige MRIs ikke kan hente). Lokket skal deretter flyttes eventuelt slik plassering over hodeskallen av elektrodene i følge opp eksperimentet samsvarer med plasseringen av det første målet. Dette sikrer at dataene skal avledes fra nøyaktig samme steder av elektrodene som ble stimulert med nøyaktig samme magnetfeltet.

Før du starter stimulering, skal valgte kortikale området sjekkes for kraniale nerver passerer under spolen. Derfor noen TMS-EEG epoker skal registreres, og gjenstandene evalueres. Dermed må signal kontrolleres for amplituder større enn 70 µV og ikke-synkroniserte høyfrekvent lav-amplitude svingninger (muskel og Hjernenerve gjenstander). Eliminere slike gjenstander kan gjøres av subtil reposisjonering av spolen eller retningen, som det har blitt foreslått i tidligere studier36. Endelig under TMS-EEG økter, bør TMS spolen overvåkes av sanntid neuronavigation og holdt immobilisert. Den beste måten er å montere den på et stativ eller en mekanisk arm. Denne løsningen hindrer også trykke på spolen med hendene mot elektrodene, legge mekanisk belastning gjenstander på dem. Endringer bør korrigeres umiddelbart og de respektive epoker merket som dårlig og ekskludert fra dataanalyse, skyldes det faktum at EEG Svar å TMS er svært følsomme for forstyrrelsene på disse parameterne37. Alle disse detaljerte forslag kan sikre at test-retest TMS-EEG i én14 og sammenkoblede puls paradigmer15 over på DLPFC. Oppmerksomhet til disse viktige detaljer sikrer at dataene har den største å reflektere endringer i terapeutisk intervensjon.

TMS-EEG som enhver annen eksperimentell metode har sine egne spesifikke begrensninger. Det store problemet er ulike typer gjenstander og det faktum at TMS-kompatible EEG forsterkere ikke kan fjerne de gjenværende gjenstandene. Gjenstander fra kranial muskler, kan spesielt når frontpartiet og lateralt nettsteder over skallen blir stimulert, skjule og modulere EEG signalet. Disse gjenstander kan være større enn TMS-EEG signalet og vanligvis siste lenger, dermed de kan utydeliggjøre nivå. På samme måte, men bare i områder som DLPFC, TMS kan fremkalle store øye blink gjenstander. I tillegg kan mange andre gjenstander som elektrode bevegelse, hud sensasjon og auditiv aktiveringer på grunn av TMS coil Klikk gjøre EEG analysen enda vanskeligere (for detaljer, se tidligere publikasjoner31,38). Mye arbeid innen har vært rettet mot å avvise en rekke gjenstander, noe som resulterer i mer pålitelig spatio-temporale lokalisering av kildene til den hjerne svar38,39,40,41 , 42. imidlertid en bør ikke glemme at forsiktig utarbeidelse av deltakerne, valg av utstyr og nøyaktige resultater for målingen bestemmer kvaliteten på TMS-EEG rådata.

TMS-EEG er et kraftig verktøy for å vurdere intracortical hemming og eksitasjon mekanismer knyttet til stimulering av DLPFC. Ved å bare endre noen parametere, kan det for studiet av kretser formidlet av GABAAR (SICI), GABABR (LICI) og NMDAR (ICF). Modulasjon ulike TEP komponentene gjennom farmakologiske eller elektromagnetisk terapeutisk intervensjon kan tjene som en markør for å identifisere hemmende og eksitatoriske neurotransmission, kortikale plastisitet og mange flere hjernen stat endres og betingelser 43. i tillegg til TEP'S TMS-utløste oscillasjon aktivitet gjennom tid frekvens og spektral analyse kan vurdere naturlig eller iboende frekvensen av de ovennevnte krets10. Elektrisk hjernen indekser som gjeldende kilde tetthet4 gjelder for alle kortikale området kan bidra til å avdekke mekanismer for plastisitet i skadet hjernen kretser i DLPFC44.

Videre er farmakologiske validering studier av disse paradigmer i DLPFC nødvendig. Men det er enormt potensial for TMS-EEG å studere mekanismer for ulike terapeutiske tiltak, som neuromodulation behandling (f.eks., rTMS, ECT, MST) eller farmakologiske seg i friske frivillige eller ulike psykiske lidelser9,15,16,17,45,46, men også alternative intervensjoner eller øver43. Viktigst, kan TMS-EEG pålitelig vurdere hjernen dynamikken før og etter en intervensjon og derfor potensielt tjene som biomarkør.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Pantelis Lioumis er en betalt konsulent for Nexstim Plc. (Helsingfors) utenfor innleveringer (dvs., for motoren og tale kartlegging rTMS programmer før 2017). Reza Zomorrodi er medlem av det rådgivende styret i Vielight Inc. (Toronto, Canada). Zafiris J. Daskalakis mottar forskningsstøtte fra de kanadiske instituttene of Health Research (CIHR), National Institutes of Health - oss (NIH), Weston hjernen Institute, hjernen Canada og Temerty familien gjennom CAMH stiftelsen og Campbell forskning Instituttet. Han fikk forskningsstøtte og andre utstyr støtte for en etterforsker startet studie fra Brainsway Ltd. og han er rektor investigator område for tre sponsor startet studier for Brainsway Ltd Han fikk slag utstyr støtte fra Magventure for denne etterforsker startet studien. Daniel M. Blumberger mottar forskningsstøtte fra de kanadiske instituttene of Health Research (CIHR), National Institutes of Health - oss (NIH), Weston hjernen Institute, hjernen Canada og Temerty familien gjennom CAMH stiftelsen og Campbell forskning Instituttet. Han fikk forskningsstøtte og andre utstyr støtte for en etterforsker startet studie fra Brainsway Ltd. og han er rektor investigator område for tre sponsor startet studier for Brainsway Ltd Han fikk slag utstyr støtte fra Magventure for denne etterforsker startet studien. Han fikk medisiner forsyninger for en etterforsker startet rettssak fra Indivior. Han har deltatt i en rådgivende styret for Janssen.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble finansiert delvis av NIMH R01 MH112815. Dette arbeidet ble også støttet av Temerty Family Foundation, Grant Family Foundation og Campbell familien Mental Health Research Institute ved Centre for avhengighet og mentalhelse.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics