Gecombineerde Transcraniële magnetische stimulatie en elektro-encefalografie van de Dorsolateral van de prefrontale Cortex

Summary

Het protocol hier gepresenteerd is voor TMS-EEG studies met behulp van intracortical prikkelbaarheid test-hertest ontwerp paradigma’s. De bedoeling van het protocol is voor de productie van betrouwbare en reproduceerbare corticale prikkelbaarheid maatregelen voor de beoordeling van neurofysiologische werking verband houden met therapeutische interventies bij de behandeling van neuropsychiatrische ziekten zoals depressie.

Abstract

Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een niet-invasieve methode die neurale excitatie in de cortex door middel van korte, tijd tegenover wisselende magnetisch veld pulsen produceert. De initiatie van de corticale activering of haar modulatie is afhankelijk van de achtergrond-activering van de neuronen van de corticale regio geactiveerd, de kenmerken van de spoel, zijn standpunt en de oriëntatie ten opzichte van het hoofd. TMS gecombineerd met gelijktijdige electrocephalography (EEG) en neuronavigation (nTMS-EEG) voorziet in de beoordeling van cortico-corticale prikkelbaarheid en connectiviteit in bijna alle corticale gebieden op een reproduceerbare wijze. Dit voorschot maakt nTMS-EEG een krachtig hulpmiddel dat nauwkeurig beoordelen kan de dynamiek van de hersenen en neurofysiologie in test-hertest paradigma’s die vereist voor klinische proeven zijn. Beperkingen van deze methode zijn onder andere artefacten die betrekking hebben op de eerste hersenen reactiviteit aan stimulatie. Aldus, kan het proces van het verwijderen van artefacten ook waardevolle informatie extraheren. Bovendien de optimale parameters voor dorsolateral prefrontale (DLPFC) stimulatie niet volledig bekend zijn en de huidige protocollen gebruiken varianten van de motorschors (M1) stimulatie paradigma’s. Evoluerende nTMS-EEG ontwerpen hoop echter deze problemen aan te pakken. Het hier gepresenteerde protocol introduceert enkele standaardprocedures voor de beoordeling van neurofysiologische werking van stimulatie voor de DLPFC die kan worden toegepast bij patiënten met behandeling resistente psychiatrische stoornissen die behandeling zoals ontvangen Transcraniële gelijkstroom stimulatie (TDC’s), repetitieve Transcraniële magnetische stimulatie (rTMS), magnetische inbeslagneming therapie (MST) of elektroconvulsieve therapie (ECT).

Introduction

Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een neurofysiologische hulpmiddel waarmee voor de niet-invasieve beoordeling van corticale Neuronale activiteit door het gebruik van snelle, tijd tegenover wisselende magnetisch veld pulsen¹. Deze pulsen magnetisch veld opwekken van een zwakke stroom in de oppervlakkige cortex onder de spoel die tot membraan depolarisatie leidt. De daaruit voortvloeiende Corticale activering of modulatie is direct gerelateerd aan de kenmerken van de spoel, de hoek en richting aan de schedel². De golfvorm van de pols ontslagen uit de spoel en de onderliggende staat van de neuronen beïnvloeden ook de resulterende Corticale activering³.

TMS in staat stelt de beoordelingvan corticale functies gedrags- of motor reacties oproept of via de onderbreking van taak-gerelateerde verwerking. De prikkelbaarheid van cortico-spinal processen kan worden geëvalueerd door het opnemen van Electromyografische (EMG) Reacties ontlokte uit één TMS pulsen over de motorschors, overwegende dat intracortical excitatory (intracortical faciliteren; ICF) en remmende mechanismen (korte en lange intracortical remming; SICI en LICI) kan worden gesondeerd met gekoppeld-pulse TMS. Repetitieve TMS verschillende cognitieve processen kan verstoren, maar wordt voornamelijk gebruikt als een therapeutisch instrument voor allerlei neuropsychiatrische aandoeningen. Bovendien is de combinatie van TMS met gelijktijdige elektro-encefalografie (TMS-EEG) kan worden gebruikt ter beoordeling van cortico-corticale prikkelbaarheid en connectiviteit⁴. Tot slot, als de administratie van TMS wordt geleverd met neuronavigation (nTMS), zal het toestaan voor nauwkeurige test-hertest paradigma’s omdat de exacte plaats van de stimulatie kan worden opgenomen. De meeste van de corticale mantel kan worden gericht en gestimuleerd (met inbegrip van de gebieden die geen meetbare fysieke of gedragsproblemen reacties produceren) dus de cortex kan worden functioneel toegewezen.

Het signaal van de EEG opgeroepen van enkele of gekoppelde puls TMS kan vergemakkelijken de beoordelingvan cortico-corticale connectiviteit⁵ en de huidige stand van de hersenen. Het TMS-geïnduceerde elektrische stroom resulteert in actie-mogelijkheden die synapsen kunt activeren. De verdeling van het postsynaptisch stromingen kan worden opgenomen via EEG⁶. Het EEG signaal kan worden gebruikt voor het kwantificeren en opsporen van synaptic huidige distributies via dipool modellering⁷ of minimum-norm schatting⁸, wanneer meerkanaals EEG werkzaam is, en met de structuur van de geleidbaarheid van het hoofd verantwoord. Gecombineerde TMS-EEG kan worden gebruikt om te studeren corticale remmende processen⁹, oscillaties¹⁰cortico-corticale¹¹ en interhemispheric interacties¹²en corticale plasticiteit¹³. Bovenal kan TMS-EEG prikkelbaarheid wijzigingen sonde tijdens cognitieve of motorische taken met goede test-hertest betrouwbaarheid^14,15. Bovenal heeft TMS-EEG het potentieel om te bepalen van neurofysiologische signalen die als de voorspellers van reactie op therapeutische interventies (rTMS of farmacologische effecten) in test-hertest ontwerpen^{16,17 dienen kunnen}.

De beginselen van neuronavigation voor TMS is gebaseerd op de beginselen van frameless stereotaxy. Het gebruik van de systemen een optische tracking systeem¹⁸ die gebruikmaakt van een lichtgevende camera die met licht-reflecterende optische elementen aangesloten op zowel het hoofd (via een verwijzing tracker) als de TMS spoel communiceert. Neuronavigation zorgt voor de lokalisatie van de spoel op het 3D-model van de MRI met behulp van een analoge referentie-instrument of pen. Het gebruik van neuronavigation vergemakkelijkt het vastleggen van de spoel oriëntatie, de locatie en de aanpassing aan het hoofd van het onderwerp en de digitalisering van de EEG elektrode posities. Deze functies zijn essentieel voor test-hertest ontwerp experimenten en nauwkeurige stimulatie van een opgegeven locatie binnen dorsolateral prefrontale cortex.

Om gebruik te maken van een TMS-EEG-protocol in een test-hertest experiment, er moeten nauwkeurige targeting en consistente stimulatie van de corticale regio te verkrijgen van betrouwbare signalen. TMS-EEG opname kan kwetsbaar zijn voor verschillende artefacten. Het artefact TMS veroorzaakte op de EEG-electrodes kan worden gefilterd met versterkers die kunnen herstellen na een vertraging^19,20 of met versterkers die niet verzadigde²¹. Echter, andere soorten artefact gegenereerd door de oogbewegingen of knippert, Cranio spier activering in nabijheid van de EEG elektroden, willekeurige elektrode beweging en hun polarisatie en door de spoel Klik of somatische sensatie moet rekening worden gehouden. Zorgvuldige onderwerp voorbereiding die zorgt voor de elektrode impedances hieronder 5 kΩ, immobilisatie van de spoel via de elektroden en een schuim tussen spoel en elektroden om trillingen (of een spacer te elimineren lagefrequentie artefacten²²), oordoppen en zelfs auditieve maskeren moet worden gebruikt om te minimaliseren van deze artefacten²³. Het hier gepresenteerde protocol introduceert een standaard proces voor de beoordeling van neurofysiologische functioneren wanneer de stimulatie wordt toegepast via het dorsolateral prefrontale (DLPFC). De focus ligt op gemeenschappelijke gekoppeld-pulse paradigma’s die zijn gevalideerd in de studies van M1^9,15,16.

Protocol

De experimentele procedures die hier gepresenteerd zijn goedgekeurd door onze lokale ethische Commissie richtsnoeren van de verklaring van Helsinki. 1. hoofd registratie voor Neuronavigated TMS — EEG Het verkrijgen van een hoge resolutie hele hoofd T1-gewogen structurele MRI voor elke deelnemer. Scan volgens de richtlijnen van de fabrikant van neuronavigation. Upload de foto’s op het navigatiesysteem. Controleer als MRIs correct worden gescand. Kies de kardinale punten (v…

Representative Results

Figuur 1 A illustreert het potentieel van TMSevoked na DLPFC stimulatie over de F3-elektrode na gemiddeld 100 tijdperken van elke sessie voor een gezonde vrijwilligers. In deze afbeelding markeren we het effect van het CS op de TS in vergelijking met de voorwaarde één puls wanneer TS alleen wordt toegepast. De CS moduleert de N100 uitwijking op een duidelijke manier zelfs in één onderwerp. In de SICI en LICI-sessies, N100 wordt meestal ve…

Discussion

TMS-EEG kan de directe en noninvasive stimulatie van de meeste corticale gebieden en de verwerving van de resulterende Neuronale activiteit met zeer goede spatio-temporele resolutie³⁰, vooral wanneer de neuronavigation wordt gebruikt. Het voordeel van deze methodologische voorschot is gebaseerd op het feit dat TMS-opgeroepen EEG signalen zijn afkomstig uit de elektrische neurale activiteit en het is een index van cortico-corticale prikkelbaarheid. Dit heeft enorme potentieel in neuropsychiatrische…

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