La Stimulation magnétique transcrânienne combinée et électroencéphalographie du Cortex préfrontal dorsolatéral

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

Le protocole présenté ici est pour les études de TMS-EEG utilisant des paradigmes de conception de test-retest intracortical excitabilité. Le protocole vise à produire des mesures fiables et reproductibles excitabilité corticale pour évaluer le fonctionnement neurophysiologique liés à des interventions thérapeutiques dans le traitement de maladies neuropsychiatriques comme la dépression majeure.

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

Stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est une méthode non invasive qui produit l’excitation de neurones dans le cortex au moyen d’impulsions brèves, variables dans le temps champ magnétique. L’initiation de l’activation corticale ou sa modulation dépend de l’activation de l’arrière-plan des neurones de la région corticale activée, les caractéristiques de la bobine, sa position et son orientation par rapport à la tête. TMS combinée avec electrocephalography simultanée (EEG) et permet de neuronavigation (MTN-EEG) pour l’évaluation de la connectivité dans presque toutes les régions corticales et cortico-corticales excitabilité de façon reproductible. Cette avancée fait MTN-EEG un outil puissant qui peut évaluer avec précision la dynamique du cerveau et la neurophysiologie dans les paradigmes de test-retest qui sont nécessaires pour les essais cliniques. Limites de cette méthode incluent des artefacts qui couvrent la réactivité initiale cérébrale à la stimulation. Ainsi, le processus d’élimination des artefacts peuvent également extraire des renseignements précieux. En outre, les paramètres optimaux pour la stimulation (DLPFC) préfrontale dorsolatéral ne sont pas entièrement connus et protocoles actuels utilisent des variations entre les paradigmes de la stimulation du cortex moteur (M1). Évolution des conceptions MTN-EEG espèrent toutefois d’aborder ces questions. Le protocole présenté ici introduit certaines pratiques normalisées pour évaluer le fonctionnement neurophysiologique de la stimulation à la DLPFC qui peut être appliquée chez les patients ayant des problèmes psychiatriques résistants au traitements qui reçoivent des traitements tels que la stimulation transcrânienne courant continu (CDV), la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr), la thérapie magnétique saisie (MST) ou électroconvulsivothérapie (ECT).

Introduction

Stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est un outil neurophysiologique permettant l’évaluation non invasive de l’activité neuronale corticale par l’utilisation d' impulsions de champ magnétique rapide, variables dans le temps1. Ces impulsions de champ magnétique induisent un courant faible dans le cortex superficiel sous la bobine qui se traduit par une dépolarisation membranaire. L’activation corticale qui a suivi ou la modulation est directement liée aux caractéristiques de la bobine, son angle et orientation au crâne2. L’onde du pouls libéré de la bobine et l’État sous-jacent des neurones aussi influencer l' activation corticale résultante3.

TMS permet l’évaluation des fonctions corticales en évoquant des réponses comportementales ou moteurs ou par le biais de l’interruption de traitement liée à la tâche. L’excitabilité des processus cortico-spinal peut être évaluée par enregistrer des électromyographique (EMG) réponses, obtenues à partir d’impulsions unique de TMS sur le cortex moteur, tandis qu’intracortical excitateur (facilitation intracortical ; Pare-feu de connexion Internet) et les mécanismes d’inhibition (inhibition courte et longue intracortical ; SICI et LICI) peuvent être sondée avec impulsions pairées TMS. TMS répétitive peut perturber les différents processus cognitifs, mais est principalement utilisé comme un outil thérapeutique pour une variété de troubles neuropsychiatriques. En outre, la combinaison des TMS avec électroencéphalographie simultanée (TMS-EEG) peut servir à évaluer les cortico-corticales de l’excitabilité et la connectivité4. Enfin, si l’administration de la TMS est munie de neuronavigation (MTN), il permettra paradigmes de test-retest précise puisque l’emplacement exact de la stimulation peut être enregistrée. La plupart du manteau cortical peut être ciblée et stimulée (y compris les domaines qui ne produisent pas des réactions physiques ou comportementales mesurables) ainsi le cortex peut être fonctionnellement associé.

Le signal EEG évoqué par impulsions simples ou jumelées TMS peut faciliter l’évaluation de connexion cortico-corticales5 et l’état actuel du cerveau. Le courant électrique induite par le TMS se traduit par des potentiels d’action qui permet d’activer les synapses. La distribution des courants postsynaptiques peut être enregistrée par EEG6. Le signal EEG permet de quantifier et de localiser synaptiques distributions actuelles par le biais de dipôle modélisation7 ou8d’estimation minimum-norm, lorsque multicanaux EEG est employée et avec la structure de la conductivité de la tête sont responsable. TMS-EEG combiné peut être employée pour étudier des processus inhibiteurs corticaux9, oscillations10, cortico-corticales11 et interactions interhémisphériques12et13de la plasticité corticale. Plus important encore, TMS-EEG peut sonder les changements d’excitabilité lors de tâches cognitives ou motrices avec test-retest bonne fiabilité14,15. Ce qui est important, TMS-EEG a le potentiel pour déterminer les signaux neurophysiologiques qui peuvent servir les prédicteurs de la réponse à des interventions thérapeutiques (SMTr ou effets pharmacologiques) en test-retest dessins16,17.

Les principes de la neuronavigation pour la TMS est basé sur les principes de stéréotaxie sans cadre. L’utilisation de systèmes an optical tracking système18 qui emploie un appareil photo luminescent qui communique avec des éléments optiques qui reflètent la lumière, attachés à la tête (via un tracker de référence) et la bobine TMS. Neuronavigation permet pour la localisation de la bobine sur le modèle de MRI 3D à l’aide d’un outil de référence numérisation ou un stylo. L’utilisation de neuronavigation facilite la capture de l’orientation de la bobine, l’emplacement et l’alignement à la tête du sujet, ainsi que la numérisation des positions électrode EEG. Ces caractéristiques sont essentielles pour les expériences de conception de test-retest et pour une stimulation précise d’un emplacement spécifié dans le cortex préfrontal dorsolatéral.

Afin d’utiliser un protocole de TMS-EEG dans une expérience de test-retest, il doit être un ciblage précis et cohérente stimulation de la région corticale pour obtenir des signaux fiables. Enregistrement de TMS-EEG peut être vulnérable aux différents artefacts. L’artefact TMS induite sur les électrodes de l’EEG peut être filtré avec les amplificateurs qui peuvent récupérer après un retard de19,20 , ou avec des amplificateurs qui ne peut pas être saturé21. Toutefois, cliquez sur autres types d’artefact générées par les mouvements oculaires ou clignote, activation des muscles crâniens à proximité pour les électrodes de l’EEG, le mouvement de l’électrode au hasard et leur polarisation et la bobine ou la sensibilité somatique doit être prise en considération. Préparation minutieuse sujet qui assure les impédances électrode inférieure à 5 kΩ, immobilisation de la bobine sur les électrodes et une mousse entre bobine et électrodes pour réduire les vibrations (ou un espacement afin d’éliminer les artefacts de basse fréquence22), bouchons d’oreilles et même masquage auditif devrait servir à réduire au minimum ces artefacts23. Le protocole présenté ici introduit un processus standard pour évaluer le fonctionnement neurophysiologique lorsque la stimulation est appliquée sur le préfrontal dorsolatéral (DLPFC). L’accent est mis sur des paradigmes impulsions pairées communs qui ont été validées dans les études de M19,15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Toutes les procédures expérimentales présentées ici ont été approuvés par notre Comité d’éthique Local suivant les directives de la déclaration d’Helsinki.

1. tête inscription pour Neuronavigated TMS — EEG

  1. Obtenir une tête entière de haute résolution pondérées en T1 structurel MRI pour chaque participant. Analyse selon les directives du fabricant neuronavigation.
  2. Télécharger les images sur le système de navigation. Vérifier si les IRM est correctement analysés. Choisissez les points cardinaux (préauriculaire points, la nasion et le bout du nez). Insérez les objectifs de la stimulation (reposant sur l’anatomie ou sur la tête coordonnées, INM ou Talairach coordonnées).
  3. Placez l’head tracker de telle manière afin qu’elle ne va pas bouger pendant la séance de stimulation et laisser libre mouvement de la bobine TMS. A l’insertion participante les bouchons avant le début de l’enregistrement.
  4. Aligner tête du participant pour le modèle 3D de MRI. Toucher sur la tête du participant avec le stylo numérisation aux points cardinaux qui ont été sélectionnés sur les images de la pile de MRI. Sélectionnez et marquer des points supplémentaires sur les zones pariétales, temps et occipitales de la tête afin de réduire l’erreur d’enregistrement sur ces zones.
  5. Valider l’inscription. Placer le stylet numériseur sur la tête du participant. Vérifier sa représentation sur l’ordinateur. Si ce n’est pas sur le point correspondant dans le MR, répétez l’étape 1.4.
  6. Calibrer la bobine TMS en cours d’utilisation (dans certains systèmes, que cette étape n’est pas nécessaire).
    1. Fixer les trackers sur la bobine.
    2. Déposer la bobine sur le bloc d’étalonnage pour tous les trackers sont visibles de l’appareil photo.
    3. Appuyez sur le bouton de calibrage sur l’écran d’ordinateur et de conserver la bobine en position d’étalonnage pendant 5 s.

2. TMS-EEG Experiment

  1. Placer le capuchon de l’EEG sur la tête et préparer les électrodes
    1. Choisissez un chapeau qui correspond bien à la tête. S’assurer que toutes les électrodes sont en contact serré avec le cuir chevelu et sont fonctionnels. Si plus de 2 électrodes ne fonctionnent pas, utilisez un autre cap de taille identiques ou plus petite.
    2. Placer l’électrode Cz au sommet, à mi-chemin entre la ligne reliant la nasion et inion et l’électrode de Iz sur l’inion.
      NOTE : Placer les électrodes verticales (au-dessus et sous le œil controlatéral à le œil de stimulation) ou horizontales (à gauche de le œil gauche et la droite de la droite, un peu au-dessus de chaque os zygomatique) pour electrooculography (EOG).
    3. Régler l’extrémité arrondie de la seringue et le remplir avec du gel électroconducteur. Placer l’extrémité dans le trou de l’électrode et puis appuyez légèrement sur la bride de piston jusqu'à ce qu’il y a certains collent sur la peau. Frotter le cuir chevelu légèrement à l’aide de croix-comme se déplace avec l’extrémité arrondie. Veiller à ce que la pâte n’est pas répande au-dehors sur le dessus pour éviter le pontage (court-circuit entre les électrodes).
  2. Placez les électrodes EMG. Placez deux électrodes jetables disque (diamètre d’environ 30 mm) sur le muscle droit abducteur du pouce brevis (APB) pour un montage de tendon de ventre. Placer le sol conformément aux directives du fabricant.
  3. Commencer l’enregistrement de tête. Suivez les étapes de 1,3 à 1,6. Utiliser les coordonnées INM ou Talairach du DLPFC.
  4. Hot spot et seuil moteur.
    1. Ajouter une éponge (fibre artificielle faite de rembourrages) sous la bobine afin de réduire au minimum la vibration de la bobine sur les électrodes pendant les impulsions TMS. Notez que la mousse doit être environ 10 mm d’épaisseur.
    2. Demandez aux participants d’être au repos — avec la colonne vertébrale, les jambes et les mains détendus et confortable.
    3. Trouver la zone réactive. Cibler le bouton moteur24 comme le point de repère initial de représentation corticale de l’APB en M1 et déplacer la bobine jusqu'à ce qu’il est correspondant de mouvement de l’APB. Utiliser des intensités de TMS évoquant les députés d’environ 500 µV sur APB. Optimiser l’orientation de la bobine en modifiant son angle et l’inclinaison pour évoquer la réponse plus grande sur la zone réactive.
    4. Enregistrez la bobine de positionnement dans le logiciel neuronavigator et réduire l’intensité de sortie par tranches de 2 à 3 %. Donner 10 impulsions et si plus de 5 des 10 MEP réponses on obtient plus de 50 µV, puis continuer à réduire l’intensité.
    5. Lorsque moins de 5 des 10 réponses sont évoqués, augmentez l’intensité par étapes de 1 à 2 %. MT est représenté par l’intensité qui produit plus de 50 µV 5 sur 10 fois25députés. L’intervalle de relance inter (ISI) pour MT doit dépasser de 1 s, normalement fixée à 3, 4 ou 5 s.
  5. Régler l’intensité en utilisant les étapes suivantes :
    1. Début à 120 % de l’intensité de la MT pour produire les députés sur la M1 de 500 à 1 500 µV. enregistrer 10 impulsions avec la sortie de ce stimulateur donc la réaction moyenne est de 1 mV. Augmenter ou diminuer l’intensité par incréments de 1 à 2 % jusqu'à atteindre une moyenne de 1 mV.
    2. Pour l’intensité de la stimulation, choisissez l’intensité comme un pourcentage de stimulateur de sortie, par exemple., 110 %, 120 %, etc..
    3. Trouver le champ induit correspondant en V/m (si le système le permet). Placer la bobine sur DLPFC ; Réglez sortie du stimulateur jusqu'à ce que le calcul du champ induit devient le même que celui sur la M1 de la même profondeur corticale.
  6. Numériser les électrodes de l’EEG, afin que leur position soit inscrit à l’anatomie du cerveau.
    NOTE : Ceci est une étape très importante pour la localisation de la distribution d’activation neuronale et de repositionnement précis des électrodes dans la session de suivi.
  7. Enregistrer le TMS-EEG
    1. Remplacer les bouchons d’oreilles avec des bouchons d’oreilles avec des tubes d’air pour se connecter au masquage audio (e.g., bruit blanc) si disponible et ajouter des écouteurs sur eux. Jouer le masquage audio uniquement lors de l’accouchement de pouls TMS.
      Remarque : Cette étape peut être appliquée à l’étape 2.4.2 sans jouer le masquage audio et avec soin afin les trackers tête ne sont pas déplacés.
    2. Monter la bobine sur le porte-bobine et assurez-vous que la bobine ne pas déplacer ou appuyez sur les électrodes sous lui. S’assurer que l’éponge est entre les électrodes et la bobine.
    3. Supprimer tous les écrans actifs hors de la vue du participant. Donner des instructions au participant à fixer sur un point fixe, ne pas de modifier sa position de la tête pendant l’accouchement TMS et de ne pas cligner des yeux entre les impulsions TMS.
    4. Éteignez toutes les lumières fluorescentes. Exécution unique d’impulsion TMS, SICI, CIF et LICI dans un ordre aléatoire pour chaque participant. Donner 100 impulsions simples et appariées. Utiliser divers ISI de 3 – 4 s (±20 %) ou une constante de 3 à 5 s (voir Note). Donner une pause de 3 à 5 min entre chaque État donc le participant peut se détendre et s’étirer.
      NOTE : SICI et ICF impliquent un paradigme TMS de pulsation jumelé avec un stimulus d’une climatisation (CS) et un stimulus de test supraliminaires (TS). Le CS utilisé dans le présent protocole est de 80 % de MT et le TS à l’intensité qui évoque un 1 mV MEP crête à crête26. L’intervalle inter-impulsion utilisé pour SICI optimale est à 2 ms et d’ICF à 12-13,27. Le paradigme LICI implique l’appariement d’un Etat contractant de supraliminaire à l’intensité qui évoquent le 1 mV MEP crête à crête suivie d’une autre supraliminaires TS à l’aide de l’intensité qui évoque un 1 mV MEP crête à crête et à un intervalle inter impulsion de 100 ms. l’ISI pour deux paradigmes impulsion simple ou jumelé est déterminée par la durée de charge du stimulateur (notre système peut permettre à impulsions jumelées tous 4 s), la quantité de séances (plus longues expériences exigerait plus petit ISI pour ne pas surcharger les participants) et l’analyse qui est va pour avoir lieu. Dans cette étude, nous avons utilisé un ISI constant de 5 s en raison de restrictions de notre stimulateur et aussi parce que nous aurions besoin de plusieurs cycles de basse fréquence bande (rythme thêta) pour l’analyse du spectre de puissance et temps / fréquence.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figure 1 A illustre les TMSevoked potentiels après stimulation DLPFC sur l’électrode F3 avec une moyenne de 100 époques de chaque session pour un volontaire sain. Dans cette illustration, nous mettons en évidence l’effet de la CS sur le TS par rapport à la condition de simple impulsion lorsque TS est appliqué seul. Le CS module la déflexion N100 de façon claire, même chez un sujet. Durant les séances SICI et LICI, N100 est généralement augmentée et au ICF diminue en valeur absolue par rapport à la SP condition16. Dans la Figure 1B, la distribution topographique du composant N100 de SP, paradigme SICI et ICF a été localisé sur le plan bilatéral comme il a été démontré dans les nombreuses précédentes études16,17,28, 29.

Figure 1
Figure 1 : Mesures de TMS-EEG de l’excitabilité corticale. (A) Grand moyenne de réponses évoquée par TMS EEG électrodes DLPFC ROI après stimulation DLPFC. (B) N100 valeurs tracées sur le plan topographique à travers toutes les électrodes pour chaque session. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TMS-EEG permet la stimulation directe et non invasive de la plupart des régions corticales et l’acquisition de l’activité neuronale qui en résulte avec une très bonne résolution spatio-temporelle30, surtout quand la neuronavigation est utilisée. L’avantage de cette avancée méthodologique est basée sur le fait que les signaux EEG évoquée par TMS proviennent de l’activité électrique neuronale et c’est un indice de l’excitabilité cortico-corticales. Cela a un énorme potentiel dans des populations de patients neuropsychiatriques où des TMS-EEG peut être utilisé comme un biomarqueur d’interventions thérapeutiques actuelles et futures.

L’étape la plus critique du protocole est la préparation des électrodes et la détermination de l’intensité de stimulation. C’est parce que le signal de TMS-EEG est sensible à l’artefact TMS, quel que soit le genre d’amplificateurs utilisés31. Les électrodes doivent être très soigneusement préparés, alors ils ne pas combler entre eux et leur impédance est maintenue au-dessous de 5 kΩ, et le rapport signal-bruit est élevé. En outre, une éponge, constituée de fibres artificielles rembourrages de 5-10 mm ajusté sous la bobine peut réduire davantage la pression mécanique et l’artefact de la cliquement de bobine par conduction osseuse.

Le MT détermine l’intensité TMS ; par conséquent, elle doit être mesurée précisément comme des intensités plus élevées entraînera d’objets plus gros et moins de stimulation focale, tandis que les plus petites intensités peuvent entraîner des signaux très faibles. Ainsi, la zone réactive moteur devrait être trouvée avec l’aide de neuronavigation et le TM est évaluée avec enregistrements EMG (bruit au-dessous de 50 µV et muscles complètement détendu). Toutefois, il ne faut pas oublier que la focale et la précision de chaque stimulation dérive de la forme et durée du TMS impulsions32.

L’absence de mesures pour un seuil DLPFC suggère également que l’intensité doit être ajustée en fonction de l’amplitude du champ électrique induit environ23 et pas basée sur sortie intensité du stimulateur tant que la méthode conventionnelle. Cela nécessite que l’intensité de MT doit être estimée en V/m pour une profondeur corticale spécifique, puis la même profondeur et V/m pour être utilisé pour recalculer l’intensité de sortie du stimulateur pour la stimulation DLPFC. Il s’agit d’une question particulièrement importante pour la future enquête des protocoles d’impulsion paires telles que celles présentées ici, où le TS est toujours à des intensités de supraliminaires. Toutefois, il est nécessaire de définir l’intensité DLPFC de la TEP enregistré33 ou oscillations34 pendant la stimulation DLPFC comme il a été suggéré dans des études récentes pour M1, par des mesures corticales et non-faisceau pyramidal.

Ce qui est important, le site de stimulation DLPFC doit être choisi d’après les coordonnées de l’INM ou Talairach et inséré sur l’IRM de la neuronavigation. Les coordonnées de l’INM pour la gauche DLPFC (-35, 38, 45) sont tirées d’une étude identifiant ce site comme optimale, fondée sur les résultats cliniques et connectivité fonctionnelle de repos-état35. Le positionnement de la bobine en ce qui concerne l’orientation et l’inclinaison est une autre variable importante. Il y a deux façons d’approcher la bobine orientation et d’inclinaison : a) 45 degrés vers la ligne médiane avec la poignée pointant vers les parties latérales de l’hémisphère9 b) perpendiculairement à sillon frontal moyen avec latéral à médial actuelle direction14. Le premier est généralement appliqué lorsqu’il n’existe aucune navigation, tandis que l’autre requiert real MRI et navigation et il induit le maximum du champ. Avant de commencer les enregistrements, un réglage fin de la bobine donc il évoque musculaire minimale artefacts5 sans affecter les réactions physiologiques de stimulation doit être effectuée (petits changements de 1 à 2 mm du centre de la bobine, mais aussi inclinable et l’orientation des changements subtils).

Comparaison des différentes orientations doit être fait puisqu’il n’y a pas connu d’études qui ont examiné l’effet des différentes bobines positionnant sur DLPFC. Plus important encore, il y a un besoin d’une méthode pour définir la zone réactive DLPFC basée sur les mesures d’EEG de la même manière que le point chaud de M1 est défini par l’EMG. Enfin, un aspect très important ici est le positionnement des électrodes et leur numérisation de leur emplacement. Dans les conceptions de test-retest, dès que le plafond est fixé pour le suivi des expériences, les électrodes doivent être numérisés. Puis les deux numérisations (de la première et l’expérience de conséquents) doivent être visualisées sur le modèle 3D de MRI ou le modèle de MRI (qui peut être une bonne solution fiable lorsque l’IRM individuelle ne peut être obtenu). Puis la PAC doit être déplacée si nécessaire pour le positionnement sur le crâne des électrodes dans le suivi de l’expérience correspond à la position de la première mesure. Cela garantit que les données seront dérivées de l’emplacement exact même des électrodes qui sont stimulées avec l’exact même champ magnétique.

Avant de commencer la stimulation, le site cortical choisi doit être vérifié pour nerfs crâniens passant sous la bobine. Donc, quelques TMS-EEG époques doivent être enregistrées et évaluées les artefacts. Ainsi, signal doit être vérifié pour les amplitudes supérieures à 70 µV et oscillations non synchronisé haute fréquence faible amplitude (muscles et nerfs crâniens artefacts). Éliminer ces artefacts peut se faire par fine et subtile, repositionnement de la bobine ou son orientation seulement, comme il a été proposé dans les précédentes études36. Enfin, pendant les sessions de TMS-EEG, la bobine TMS doit être surveillée en temps réel neuronavigation et maintenue immobilisée. La meilleure façon est de le monter sur un trépied ou sur un bras mécanique. Cette solution empêche également d’appuyer sur la bobine avec les mains contre les électrodes, ajoutant des artefacts mécanique de pression sur eux. Tout changement doit être immédiatement corrigée et les époques respectives marqués comme mauvais et exclus de l’analyse des données, dû au fait que EEG réponses aux TMS sont très sensibles à la perturbation de ces paramètres37. Toutes ces suggestions détaillées peuvent assurer la fiabilité test-retest de TMS-EEG unique14 et impulsions jumelés paradigmes15 sur le DLPFC. L’attention à ces détails importants veillera à ce que les données ont la plus forte chance de refléter les changements liés aux interventions thérapeutiques.

TMS-EEG comme toutes les autres méthodes expérimentales a ses propres limites spécifiques. Le principal problème est les différents types d’objets et le fait qu’amplificateurs compatibles TMS EEG ne peut pas éliminer les artefacts restants. Artefacts de muscles crâniens, particulièrement lorsque des sites frontales et latérales sur le crâne sont stimulés, peuvent obscurcir et moduler le signal EEG. Ces objets peuvent être plus grand que le signal de TMS-EEG et durent généralement plus, donc ils peuvent obscurcir le STDV. De même, mais seulement dans des domaines comme le DLPFC, TMS peut évoquer des artefacts de grand oeil clin. En outre, plusieurs autres artefacts comme mouvement d’électrode, sensation de peau et activations auditives en raison de TMS bobine clic risquent de compliquer l’analyse EEG encore plus (pour plus de détails, voir précédentes publications31,38). Beaucoup de travail dans le domaine a été consacré à rejeter une variété d’objets, ayant pour résultat plus fiable localisation spatio-temporelle des sources du cerveau réponses38,39,40,41 , 42. Toutefois, il ne faut pas oublier que la préparation minutieuse des participants, le choix de l’équipement et les performances exactes de la mesure déterminent la qualité des données brutes TMS-EEG.

TMS-EEG est un outil puissant pour évaluer les mécanismes d’inhibition et d’excitation intracorticales associés à la stimulation de la DLPFC. En changeant juste quelques paramètres, elle permet l’étude des circuits médiée par GABAAR (SICI), GABABR (LICI) et NMDAR (ICF). Modulation des différents composants de la TEP au moyen d’interventions thérapeutiques pharmacologiques ou électromagnétiques peut servir comme un marqueur pour identifier les inhibiteur et neurotransmission excitatrice, plasticité corticale et beaucoup plus état de cerveau change et les conditions 43. en plus de la TEP, activité oscillatoire induite sur les TMS par le biais de temps fréquence et analyse spectrale peut évaluer le naturel ou la fréquence intrinsèque des circuits ci-dessus10. Indices de cerveau électrique comme le courant source densité4 applicables à n’importe quel région corticale peuvent aider à élucider les mécanismes de la plasticité dans les circuits du cerveau endommagées dans DLPFC44.

D’autres études de validation pharmacologiques de ces paradigmes dans le DLPFC sont nécessaires. Cependant, il y a un énorme potentiel pour TMS-EEG servir à étudier les mécanismes des différentes interventions thérapeutiques, tels que les thérapies de neuromodulation (e.g., SMTr, ECT, MST) ou pharmacologiques chez des volontaires sains ou dans divers troubles psychiatriques9,15,16,17,45,46, mais également des interventions alternatives ou une combinaison d'entre eux43. Surtout, les TMS-EEG peut évaluer avec fiabilité la dynamique du cerveau avant et après une intervention et donc potentiellement servir biomarqueur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Pantelis Lioumis a été un consultant rémunéré pour Nexstim Plc. (Helsinki, Finlande) en dehors de la proposition (i.e., pour le moteur et les applications de SMTr cartographie discours avant 2017). Reza Zomorrodi est membre de l’advisory board de Vielight Inc. (Toronto, Canada). Zafiris J. Daskalakis reçoit le soutien à la recherche des instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), National Institutes of Health - US (NIH), Weston Brain Institute, Canada du cerveau et la famille Temerty par le biais de la Fondation de CAMH et la recherche de Campbell Institut. Il a reçu le soutien à la recherche et le soutien matériel en nature d’une étude menée à l’initiative de Brainsway Ltd. et il est l’investigateur principal du site pour des trois études initiées par sponsor Brainsway Ltd. Il reçoit le soutien de l’équipement en nature de Magventure pour cette étude menée à l’initiative. Daniel M. Blumberger reçoit le soutien à la recherche des instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), National Institutes of Health - US (NIH), Weston Brain Institute, Canada du cerveau et la famille Temerty grâce à la recherche de Campbell et de la Fondation de CAMH Institut. Il a reçu le soutien à la recherche et le soutien matériel en nature d’une étude menée à l’initiative de Brainsway Ltd. et il est l’investigateur principal du site pour des trois études initiées par sponsor Brainsway Ltd. Il reçoit le soutien de l’équipement en nature de Magventure pour cette étude menée à l’initiative. Il reçoit des médicaments approvisionnements pour une étude menée à l’initiative de Indivior. Il a participé à un Conseil consultatif pour Janssen.

Acknowledgements

Ce travail a été financé en partie par NIMH R01 MH112815. Ce travail a été également soutenu par le Temerty Family Foundation, la Grant Family Foundation et la famille Campbell Mental Health Research Institute au Centre de toxicomanie et de santé mentale.

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