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Neuroscienze

Estimulação magnética transcraniana combinada e Eletroencefalografia do córtex pré-frontal Dorsolateral

Published: August 17, 2018
doi:
10.3791/57983
, , , ,
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

O protocolo aqui apresentado é para estudos de TMS-EEG utilizando paradigmas de projeto de teste-reteste intracortical excitabilidade. A intenção do protocolo é produzir medidas de excitabilidade cortical confiável e reprodutível para avaliar o funcionamento neurofisiológico relacionadas a intervenções terapêuticas no tratamento de doenças neuropsiquiátricas como depressão maior.

Abstract

Estimulação magnética transcraniana (TMS) é um método não invasivo, que produz a excitação neural no córtex através de pulsos de campo magnético de breve, variáveis no tempo. A iniciação da ativação cortical ou sua modulação depende da ativação de fundo de neurônios da região cortical ativada, as características da bobina, sua posição e sua orientação em relação a cabeça. TMS combinado com simultânea electrocephalography (EEG) e neuronavigation (nTMS-EEG) permite a avaliação de conectividade em quase todas as áreas corticais e córtico-cortical excitabilidade de forma reproduzível. Este avanço faz nTMS-EEG uma ferramenta poderosa que pode avaliar com precisão dinâmica do cérebro e neurofisiologia no teste-reteste paradigmas que são necessárias para ensaios clínicos. Limitações do método incluem artefatos que cobrem a reatividade inicial do cérebro à estimulação. Assim, o processo de remoção de artefatos também pode extrair informações valiosas. Além disso, os parâmetros ideais para a estimulação de (DLPFC) pré-frontal dorsolateral não são totalmente conhecidos e protocolos atuais utilizam variações dos paradigmas de estimulação do córtex motor (M1). No entanto, em evolução projetos nTMS-EEG esperam abordar estas questões. O protocolo apresentado aqui introduz algumas práticas padrão para avaliar o funcionamento neurofisiológico de estimulação para o DLPFC que pode ser aplicado em pacientes com distúrbios psiquiátricos resistentes ao tratamento que recebem tratamento, tais como estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS), a estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS), terapia magnética apreensão (MST) ou eletroconvulsoterapia (ECT).

Introduction

Estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta neurofisiológica que permite a avaliação não invasiva da atividade neuronal cortical através do uso de pulsos rápidos, variáveis no tempo campo magnético1. Estes pulsos de campo magnético induzem uma corrente fraca no córtex superficial sob a bobina que resulta na despolarização da membrana. A consequente ativação cortical ou modulação está directamente relacionada com as características da bobina, seu ângulo e orientação para o crânio2. A forma de onda do pulso alta da bobina e o estado subjacente dos neurônios também influenciam a ativação cortical resultante3.

TMS permite a avaliação das funções corticais por evocar respostas comportamentais ou motor, ou através da interrupção de processamento relacionados à tarefa. A excitabilidade dos processos córtico-espinhal pode ser avaliada através de gravação eletromiográficas respostas (EMG) eliciadas do único TMS pulsos sobre o córtex motor, Considerando que intracortical excitatória (facilitação intracortical; ICF) e mecanismos inibitórios (inibição intracortical longo e curto; JCL e Supersaturado) podem ser sondada com TMS emparelhado-pulso. TMS repetitiva pode perturbar vários processos cognitivos, mas é usado principalmente como uma ferramenta terapêutica para uma variedade de distúrbios neuropsiquiátricos. Além disso, a combinação de TMS com simultânea Eletroencefalografia (EEG TMS) pode ser usada para avaliar córtico-cortical excitabilidade e conectividade4. Finalmente, se a administração do TMS é entregue com neuronavigation (nTMS), permitirá para teste-reteste precisos paradigmas desde o local exato da estimulação pode ser gravado. A maioria do manto cortical pode ser orientada e estimulada (incluindo aquelas áreas que não produzem respostas comportamentais ou físicas mensuráveis), portanto, o córtex pode ser funcionalmente mapeado.

O sinal de EEG evocado pelo pulso único ou emparelhado TMS pode facilitar a avaliação do conectividade córtico-cortical5 e o estado atual do cérebro. A corrente elétrica induzida por TMS resulta em potenciais de ação que pode ativar as sinapses. A distribuição das correntes pós-sinápticas pode ser gravada através de de EEG6. O sinal de EEG pode ser usado para quantificar e localizar sinápticas distribuições atuais através de dipolo modelagem7 ou estimativa mínima-norma8, quando o EEG multicanal é empregado e com a estrutura de condutividade da cabeça contabilizadas. TMS-EEG combinada pode ser utilizado para estudar processos inibitória cortical9, oscilações10, córtico-cortical11 e interações inter-hemisféricas12e plasticidade cortical13. Mais importante, TMS-EEG pode sondar as alterações de excitabilidade durante tarefas cognitivas ou motor com confiabilidade de teste-reteste bom14,15. Importante, TMS-EEG tem o potencial para determinar sinais neurofisiológicos que podem servir como os preditores de resposta a intervenções terapêuticas (rTMS ou efeitos farmacológicos) em projetos de teste-reteste16,17.

Os princípios de neuronavigation para TMS é baseado nos princípios de Estereotaxia sem moldura. O uso de sistemas uma óptica de rastreamento sistema18 que emprega uma câmera emissores de luz que se comunica com elementos ópticos de luz refletindo anexados para a cabeça (através de um tracker de referência) e a bobina TMS. Neuronavigation permite a localização de bobina no modelo MRI em 3D com o auxílio de uma ferramenta de referência digitalização ou caneta. O uso de neuronavigation facilita a captura da bobina orientação, localização e alinhamento para a cabeça, bem como a digitalização das posições de eletrodos de EEG. Esses recursos são essenciais para teste-reteste planejamento de experimentos e para a estimulação precisa de um local especificado no córtex pré-frontal dorsolateral.

Para utilizar um protocolo de TMS-EEG em um experimento de teste-reteste, aí precisa ser consistente estimulação da região cortical para obter sinais de confiança e direcionamento precisos. Gravação de TMS-EEG pode ser vulnerável a diferentes artefatos. O artefato TMS induzidas sobre os eletrodos de EEG pode ser filtrado com amplificadores que podem recuperar após um atraso de19,20 ou com amplificadores que não podem ser saturada21. No entanto, outros tipos de artefato gerado por movimentos oculares ou pisca, ativação muscular craniana em proximidade com os eletrodos de EEG, movimento aleatório eletrodo e sua polarização e pela bobina clique ou sensação somática deve ser levada em consideração. Preparação de assunto cuidado que garante impedâncias de eletrodo abaixo kΩ 5, imobilização da bobina sobre os eletrodos e uma espuma entre a bobina e eletrodos para reduzir a vibração (ou um espaçador para eliminar artefatos de baixa frequência22), tampões para os ouvidos e mesmo mascaramento auditivo deve ser usado para minimizar estes artefatos23. O protocolo apresentado aqui introduz um processo padrão para avaliar o funcionamento neurofisiológico quando a estimulação é aplicada sobre o pré-frontal dorsolateral (DLPFC). O foco é comuns emparelhado-pulso paradigmas que foram validadas em estudos de M19,15,16.

Protocol

Todos os procedimentos experimentais aqui apresentados foram aprovados pelo nosso Comitê Local de ética seguindo as diretrizes da declaração de Helsinque. 1. cabeça registro para Neuronavigated TMS — EEG Obter uma cabeça inteira de alta resolução T1-weighted MRI estrutural para cada participante. Varredura de acordo com as orientações do fabricante de neuronavigation. Carregar as imagens sobre o sistema de navegação. Verifique se o MRIs corretamente são verif…

Representative Results

Figura 1 A ilustra os potenciais de TMSevoked após a estimulação de DLPFC sobre o elétrodo F3 após uma média de 100 épocas de cada sessão para um voluntário saudável. Nesta ilustração, destaca-se o efeito do CS no TS em comparação com a condição de pulso único quando TS é aplicado em paz. O CS modula a deflexão N100 de forma clara, mesmo em um assunto. Nas sessões JCL e Supersaturado, N100 geralmente é maior e no ICF dimi…

Discussion

TMS-EEG permite que a estimulação direta e não invasiva da maioria das áreas corticais e a aquisição da atividade neuronal resultante com muito boa resolução espaço-temporal de30, especialmente quando neuronavigation é utilizado. O benefício deste avanço metodológico é baseado no fato de que sinais EEG TMS-evocada originam-se da atividade elétrica neural e é um índice de excitabilidade córtico-cortical. Isso tem enorme potencial em populações de pacientes neuropsiquiátricas on…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado em parte pelo NIMH R01 MH112815. Este trabalho também foi apoiado pelo Temerty Family Foundation, Fundação da família Grant e Campbell família Mental Saúde Instituto de pesquisa do centro para vício e Saúde Mental.

Materials

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 70mm 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
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Riferimenti

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Keywords: Transcranial Magnetic StimulationElectroencephalographyDorsolateral Prefrontal CortexNeurophysiologyPsychiatryCortical ExcitabilityMRITMS CoilEEGEMG
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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).
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