Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

استخراج الإمكانيات البصرية مستدعى من EEG البيانات المسجلة أثناء الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي

Published: May 12, 2014 doi: 10.3791/51063
Automatic Translation
1, 1,2
1School of Psychological Sciences, Tel-Aviv University, 2Sagol School of Neuroscience, Tel-Aviv University

Summary

وتصف هذه الورقة طريقة لجمع وتحليل المخ (EEG) البيانات خلال التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة المتزامنة (TMS) تسترشد التنشيط كشفت وظيفية مع التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي). يوصف طريقة لإزالة TMS قطعة أثرية واستخراج إمكانات الحدث ذات الصلة فضلا عن الاعتبارات في تصميم النموذج والإعداد التجريبية.

Abstract

عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي (TMS) هو وسيلة فعالة لإقامة علاقة سببية بين منطقة القشرية والآثار المعرفية / العصبية. على وجه التحديد، من خلال خلق تدخل عابرة مع النشاط الطبيعي للمنطقة المستهدفة وقياس التغيرات في إشارة الكهربية، ويمكننا إثبات وجود صلة سببية بين منطقة المخ حفز أو الشبكة والإشارة الكهربية التي نسجل. إذا تم تعريف مناطق الدماغ الهدف وظيفيا مع الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل مسح، TMS يمكن أن تستخدم لربط الرنين المغناطيسي الوظيفي التنشيط مع إمكانات أثار المسجلة. ومع ذلك، وإجراء مثل هذه التجارب تحديات تقنية كبيرة بالنظر إلى الأعمال الفنية السعة العالية التي أدخلت على إشارة EEG التي كتبها نبض المغناطيسي، وصعوبة في استهداف المناطق التي تم تعريفها وظيفيا من خلال الرنين المغناطيسي الوظيفي بنجاح. نحن هنا وصف منهجية للجمع بين هذه الأدوات الثلاثة الشائعة: TMS، EEG، والرنين المغناطيسي الوظيفي. نشرح كيفية توجيه مشجعا & #39، ق فائف إلى منطقة الهدف المنشود باستخدام بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي التشريحية أو الوظيفية، وكيفية تسجيل EEG خلال المتزامنة TMS، وكيفية تصميم دراسة ERP مناسبة لEEG-TMS تركيبة وكيفية استخراج ERP موثوقة من البيانات المسجلة. وسوف نقدم نتائج ممثلة من دراسة نشرت في وقت سابق، والذي كان يستخدم TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة بالتزامن مع EEG لاظهار ان N1 وجه انتقائية وانتقائية الجسم المكون من N1 ERP ترتبط مع الشبكات العصبية في القشرة متميزة خارج الجسم المخطط. هذا الأسلوب يسمح لنا الجمع بين القرار مكانية عالية من الرنين المغناطيسي الوظيفي مع القرار الزماني عالية من TMS وEEG، وبالتالي الحصول على فهم شامل للأساس العصبية من العمليات المعرفية المختلفة.

Introduction

تحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) لحظة يولد تدخل إلى النشاط العصبي الطبيعي في المناطق المستهدفة من الدماغ. من خلال خلق هذا التدخل العصبية العابرة وقياس تغيير السلوك أو الفسيولوجية، يمكننا استخلاص وجود علاقة سببية بين المنطقة المستهدفة وتأثير التجريبية قياس (لاستعراض رؤية باسكوال ليون، وآخرون. وتايلور وآخرون، 1،2). قد يكون مثل هذا التأثير التجريبية، على سبيل المثال، على أداء مهمة المعرفية أو تغيير في الكهربية (EEG) النشاط. في الواقع، في السنوات الأخيرة قد بدأت الباحثون باستخدام TMS في تركيبة مع EEG لتتصل مباشرة المناطق القشرية مع إمكانات ذات الصلة بالحدث (ERP) أو أنماط النشاط متذبذبة (على سبيل المثال 2-7). في هذه الورقة المنهجية فإننا سوف تصف إطارا خاصة ومفيدة للجمع بين TMS وEEG: TMS الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة خلال تجربة تخطيط موارد المؤسسات. الأولى، ونحن سوف بالتفصيل كيفية تطبيق TMS إلى مناطق محددة مسبقا من قبل وزير الخارجيةRI، في حين تم تسجيل البيانات EEG. وسوف نقوم بعد ذلك تصف التصميم التجريبي الذي يسمح استخراج ERP موثوق بها. الهدف من هذه التجربة هو سببيا مناطق الدماغ كشفت الرابط مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لمكونات ERP من الفائدة. أخيرا، وسنقدم مثال محدد من دراسة تتعلق الوجه والجسم نظم تخطيط موارد المؤسسات انتقائية مع الوجه والجسم المناطق الانتقائية التي كشفت مع الرنين المغناطيسي الوظيفي.

ما هي الفائدة من ربط إشارات EEG مع التنشيط الرنين المغناطيسي الوظيفي؟ وتستخدم EEG والرنين المغناطيسي الوظيفي عادة أدوات لقياس الاستجابات القشرية إلى المدخلات البصرية. على سبيل المثال، تم تقييم فئة الانتقائية في مسار البصرية لمختلف فئات الكائن البصرية مثل وجوه، وأجزاء الجسم، والكلمات المكتوبة، سواء عن طريق تخطيط موارد المؤسسات المستخرجة من 8،9 البيانات EEG، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي 10-12. الإشارات تقاس هذه الأدوات البحثية المشتركة هما، ولكن من طبيعة مختلفة جذريا. EEG يحمل معلومات حول النشاط الكهربائي العصبية مع الزمانية كبيرةالدقة، ولكن القرار المكانية منخفضة جدا وربما يعكس خليط من العديد من المصادر الأساسية منفصلة. يوفر الرنين المغناطيسي الوظيفي تدبيرا غير المباشرة لنشاط الخلايا العصبية التي تعتمد على التغيرات التي تحدث خلال الدورة الدموية بطيئة عرض الحوافز و / أو تنفيذ المهمة، ولكن يقدم هذا النشاط مع ارتفاع القرار المكانية. يمكن إنشاء ارتباط بين المقياسين وبالتالي تكون ذات فائدة كبيرة، ولكن يقتصر في أنه لا يعني وجود علاقة سببية بين الاستجابة الكهربية المسجلة فروة الرأس والمناطق مع كشف التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. حتى عند قياسها في وقت واحد (على سبيل المثال 13-15)، لا يمكن تحديد علاقة سببية بين اتجاهي EEG والنشاط في المناطق القشرية محددة وظيفيا. TMS هو الأداة التي يمكن أن تساعد تحقيق إقامة مثل هذه العلاقة السببية.

دراسة EEG-TMS في وقت واحد يمثل تحديا منهجيا، يرجع في معظمه إلى قطعة أثرية عالية الجهد التي أدخلت على إشارة EEG بذ التحفيز المغناطيسي (انظر الشكل 1، لاستعراض رؤية Ilmoniemi وآخرون 16). يتكون هذا قطعة أثرية من فترة قصيرة المتعلقة نبض اضطراب معيشة عابرة، وغالبا ما يتبعه الثانوي (أو المتبقية) قطعة أثرية أبطأ التي قد تستمر لبضعة مئات من ميلي ثانية بعد أن يتم تسليم نبض الشكل 2A، وبالتالي تجاوز معظم مكونات تخطيط موارد المؤسسات من الفائدة. ويمكن أن تشمل هذه القطع الأثرية الثانوي مصادر الميكانيكية مثل التيارات الناجمة عن النبض المغناطيسي في الأسلاك والاضمحلال البطيء لهذه التيارات في الجلد، ومصادر الفسيولوجية مثل النشاط العضلي على فروة الرأس والسمعية أو الحسية الجسدية التي تسببها أثار إمكانات تشغيل لفائف 17-20. على الرغم من أن مصادر الميكانيكية التدخل ربما تنتج القطع الأثرية السعة أكبر من تلك الفسيولوجية، لا يمكن فصل هذه القطع الأثرية المختلفة، ووجود أي واحد منهم في إشارة يمكن أن يتغلب على النتائج. واحد ممكن حتىlution هو تطبيق نبضات TMS المتكررة قبل EEG تسجيل ("حاليا TMS")، في مقابل متزامنة EEG-TMS. تأثير المثبطة من مثل هذا البروتوكول على النشاط القشرية استمرت لعدة دقائق (وتصل إلى نصف ساعة) بعد التحفيز، والتخطيط الدماغي يمكن قياسها خلال هذه النافذة الفعالة للوقت وبالمقارنة مع خط الأساس، قبل TMS، البيانات EEG. التحفيز المتكرر، ومع ذلك، هو بالتعريف تفتقر إلى القرار الزماني العالية التي قد تقدم على الانترنت TMS، حيث يمكن أن تدار البقول في توقيت دقيق بالنسبة لبداية المحاكمة في القرار ميلي ثانية واحدة. تأثير التحفيز المتكرر قد نشر أيضا عبر اتصالات القشرية عبر منطقة أوسع من المطلوب وبالتالي خفض كبير في القرار المكانية كذلك.

للاستفادة من كل من القرار المكانية والزمانية التي TMS يمكن أن توفر، في وقت واحد مجموعة EEG-TMS يمكن تطبيقها. ومع ذلك، وهذا يتطلب أساليب لإزالة القطع الأثريةالتي تم إنشاؤها بواسطة التحفيز المغناطيسي على إشارة EEG. لقد تم اقتراح عدد قليل جدا من الحلول الرياضية حاليا لإزالة قطعة أثرية TMS 16،21،22، على الرغم من عدم طريقة يتم الاتفاق عليها، ويوجد أسلوب واحد قد يكون الأمثل لجميع التصاميم التجريبية. وقد تم تطوير نظام "لقطة"، التي تتألف من عينة، وعقد الدوائر، وأيضا لوقف للحظات اقتناء EEG خلال TMS نبض تسليم 20. هذا الأسلوب يتطلب ليس فقط الأجهزة المتخصصة، ولكن قد لا إزالة تماما TMS قطعة أثرية المتبقية. في هذه الورقة سنقوم بشرح للتكيف من منهجية EEG-TMS التي وضعتها Thut وزملاؤه 19، ومناسبة خاصة للدراسات تخطيط موارد المؤسسات. هذا الأسلوب يسمح استخراج موثوقة لتخطيط موارد المؤسسات في حين القضاء على كافة المكونات المتبقية الضوضاء الناجمة عن TMS نبض الشكل 2، ونحن كذلك توفير إرشادات عامة نحو EEG-TMS الإعداد التجريبية الناجحة.

تحد آخر في الدراسات TMS موجهة طن هذه الورقة المنهجية هو العثور على أفضل وضع لفائف وزاوية لاستهداف دقيق لمنطقة القشرية المطلوب. سنقوم بشرح استخدام نظام الملاحة المجسم لcoregister رأس الموضوع مع الصور الفنية المكتسبة قبل التصوير بالرنين المغناطيسي. على الرغم من أن نظام الملاحة يمكن استخدامها لتوطين هياكل الدماغ تشريحيا تعريف، وهو استهداف الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة مفيد بشكل خاص منذ لكثير من وظائف والآثار التجريبية الموقع الدقيق التنشيط لا يمكن الاستدلال على ذلك من علامات تشريحية وحدها. لمثل هذه المناطق الوظيفية ذات الاهتمام (ROI)، ويتم تعريف مساحة لكل مشارك على حدة.

لتوضيح كل ما سبق، وسوف نقدم مثالا على الدراسة التي أجريناها سابقا، والتي تم تسجيلها EEG بالتزامن مع TMS تسترشد التنشيط الرنين المغناطيسي الوظيفي 7. في هذه الدراسة، قدم تفارق مزدوجة بين نظم تخطيط موارد المؤسسات وجها انتقائية وانتقائية الجسم: على الرغم من الوجه والجسم البازلاء نظم تخطيط موارد المؤسساتك حول نفس الكمون والقطب المواقع، واستهداف المناطق وجها انتقائية والجسم انتقائية محددة بشكل فردي في الفص القذالي الوحشي مكنتنا من فصل الشبكات العصبية الكامنة وراء كل استجابة تخطيط موارد المؤسسات. أخيرا، ونحن سوف نحاول أن نقدم أكثر المشورة العامة لتحسين تسجيل EEG خلال تطبيق TMS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وتجري التجربة في جلستين منفصلتين. خلال الدورة الأولى ويتم تجربة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (مثل كالايزر وظيفية) للخروج من أجل تحديد المناطق المستهدفة TMS المطلوب على أساس موضوع على حدة. ثم يتم تغذية نتائج الرنين المغناطيسي الوظيفي في نظام الملاحة المجسم لTMS دقيقة الاستهداف. وتعقد الدورة الثانية بعد تحليل البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي، وخلالها يتم تسجيل EEG بالتزامن مع TMS. تمت الموافقة على بروتوكول الموصوفة هنا من قبل لجنة الأخلاق في مركز تل أبيب سوراسكي الطبي.

في المثال المذكور في هذه الورقة، وقد تم تحليل البيانات مع MATLAB الإصدار 7.7 (R2008b). تم استخدام الخرائط الإحصائية البارامترية (SPM 5) برامج للMATLAB وMarsBar الأدوات لإدارة الأداء الاجتماعي 23 لمعالجة البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي.

1. الدورة الرنين المغناطيسي الوظيفي وتحليل البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي

  1. تشغيل مهمة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي باستخدام التصوير صدى مستو (برنامج التحصين الموسع) sequencه لتحديد البؤر المطلوب من التفعيل لتكون مستهدفة مع TMS. لتفارق أفضل بين المناطق المجاورة، مثل الاتحاد العماني وجمعية رجال الأعمال المصريين في المثال أدناه، يوصى عالية الدقة المسح. Voxels 3 مم 3 أو أصغر، وحصل مع التصوير بالرنين المغناطيسي وجها لفائف من 8 قنوات أو أكثر من ذلك، هي كافية لترسيم المناطق المجاورة.
  2. تشغيل تفحص الهيكلية T1 المرجحة للحصول على بيانات تشريحي عصبي. تأكد من أن وجه مشارك يتم تضمين تماما في مجال الرؤية من هذا المسح، لأن علامات خارجية على الصورة (على سبيل المثال غيض من الأنف) سيتم استخدامها لاحقا لرئيس coregister هذا الموضوع مع مسح لها.
  3. بعد جمع البيانات، واستخدام الأدوات MarsBar لإدارة الأداء الاجتماعي لتحديد مناطق الدماغ المطلوب من الاهتمام على أساس التناقضات بين الظروف التجريبية. تستخدم مواجهة التناقضات> التحف لتحديد منطقة الوجه عظم القفا (OFA)، والهيئات> التحف لتحديد مساحة الجسم Extrastirate (EBA). لضمان مزيد من الفي اثنين من الأهداف القشرية هي متميزة وظيفيا، واستخدام "العطف" (في MarsBar) لإخفاء كل من العائد على الاستثمار أي voxels الاستجابة إلى حالة تجريبية أخرى (استبعاد جها voxels من جمعية رجال الأعمال المصريين، وهيئة voxels من OFA).
  4. Corregister الصور T1 الهيكلية مع بالاشعة وظيفية، وذلك باستخدام SPM.
  5. نسخ الملفات من الفحص الهيكلي، فضلا عن ملفات النقيض الفنية ذات الصلة، إلى محرك أقراص محمول من أجل تحميلها على نظام الملاحة.

2. إعداد نموذج للتجربة EEG-TMS من شأنها أن تسمح ERP استخراج

هو موضح في القسم أدناه هي طريقة لجمع البيانات EEG خلال تطبيق TMS بطريقة تسمح استخراج موثوق بها وقابلة للتكرار نظم تخطيط موارد المؤسسات 19. وميزة هذا الأسلوب هو أنه يعالج بسهولة الثانوي، طويلة الأمد، TMS قطعة أثرية، وقوية بما فيه الكفاية للسماح حتى استعادة البيانات في أقطاب يقع تحت TMS جالنفط، حيث قطعة أثرية من هو أعلى وأطول مدة الجهد.

  1. تنظيم النموذج
    1. تشغيل ظروف مختلفة TMS (مختلف مناطق الدماغ المستهدفة، فضلا عن حالة عدم TMS) في كتل منفصلة.
    2. داخل كل كتلة تقديم المشارك مع جميع الظروف التحفيز (مثل الوجوه والأجسام، ومشاهد وهكذا دواليك) عشوائيا في التصميم ذات الصلة بالحدث.
    3. للحصول على جودة أفضل للتخطيط موارد المؤسسات وقالب TMS الضوضاء (أدناه) تأكد من أن يكون لا يقل عن 50 حالة في المحاكمات.
  2. تعيين توقيت TMS نبضة / البقول إلى الكمون المطلوب بعد ظهور الصورة. يتم ذلك عن طريق الكتابة إلى المنفذ المتوازي، والتي من كابل يذهب إلى TMS مشجعا. هذه الخاصية متاحة في معظم البرامج للتجارب النفسية، مثل Psychtoolbox (الإصدارات 2 أو 3) لMATLAB 24 أو E-رئيس (انظر الجدول مواد). غضب الفاصل الزمني بين التحفيز (ISI) للحد من التحفيز (ونبض) التنبؤ (على سبيل المثال إضافة قيمة عشوائي بين 0-500 مللي ثانية في كل ISI).
  3. يعد شرط إضافي شاشة فارغة:
    1. إعداد المحاكمات خلالها سيتم تطبيق TMS في نفس كثافة، ولكن مع عدم وجود عرض الحوافز على الشاشة. وسيتم تقديم هذه التجارب TMS شاشة فارغة لحساب قالب قطعة أثرية TMS في غياب التحفيز البصري.
    2. تعيين عدد من تكرار التجارب فارغة لتكون مطابقة لعدد من حالات التكرار من أي واحد من الظروف التجريبية داخل الكتلة.
    3. لتمثيل دقيق لشكل القطع الأثرية المتبقية TMS، بطريقة عشوائية المحاكمات فارغة في جميع أنحاء كتلة كاملة بدلا من تقديم كل منهم في بداية أو في نهاية المطاف.

3. إعداد EEG ونظام Neuronavigation، وإجراء التجربة

TMS دقيقة استهداف رويس محددة بشكل فردي هو ممكن مع استخدام نافي المجسمنظام gation، تتألف من كاميرا الأشعة تحت الحمراء، وأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء التي شنت على رأس المشاركين، والبرمجيات المتخصصة.

  1. الشاشة المشاركين بناء على معايير السلامة TMS. استبعاد من المواضيع المشاركة مع النفس أو تاريخ عائلي من مرض الصرع، يخضع لشروط عصبية أخرى أو مع الصداع النصفي المتكرر، والموضوعات على الأدوية ذات التأثير النفساني. وإن لم يكن عادة لفحص، ويمكن أيضا استبعاد الموضوعات مع اشتباه لاضطرابات اللاإرادي مثل syncopes وعائي مبهمي (تتجلى في الغالب اتجاه الى الاغماء بسهولة). إرشاد المشاركين إلى تجنب المشروبات الكحولية اعتبارا من مساء السابقة، والمشروبات المحتوية على الكافيين على الأقل 2 ساعة قبل التجربة. لمزيد من التعليمات ومناقشة السلامة نرى روسي وآخرون 25، واستعراض السلامة Magstim ( http://joedevlin.psychol.ucl.ac.uk/tms/docs/magstim_safety.pdf ).
  2. إعداد رانه neuronavigation النظام:
    1. قبل بدء الدورة، وإطعام مسح الملفات الهيكلية في صناعة البرمجيات في نظام الملاحة.
    2. تراكب نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (التناقضات) على الصور الهيكلي.
    3. باستخدام برنامج Neuronavigation، بمناسبة الأهداف المرجوة وعلى الصور، فضلا عن علامات تشريحية الخارجية التي من شأنها أن تخدم لcoregistration: غيض من الأنف، وأعمق جزء من جسر الأنف غالبا ما يشار الى الأنيفى، والزنمة من كل الأذن.
  3. تركيب غطاء EEG على رأس المشاركين وتوصيل الأقطاب الكهربائية:
    1. محاولة للحفاظ على مقاومة القطب لا تزيد عن 5 أوم.
    2. لتجنب التدفئة المتعلقة TMS من الأقطاب الكهربائية، واستخدام الجل أقل قدر ممكن. لتحقيق مقاومة جيدة مع كمية قليلة من الجل إجراء إعداد الجلد دقيق. اختياريا، اطلب من المشاركين لغسل شعرهم قبل مجيئه إلى التجربة.
    3. تأكد من أن الأسلاك الكهربائي لا يعبرون عصامموجهة الفصل أخرى وبعيدا عن المكان لفائف ل. تجنب الحلقات في الأسلاك.
    4. استخدام ارتفاع معدل أخذ العينات لتمثيل أفضل للقطعة أثرية الضوضاء. فمن المستحسن استخدام 1 كيلو هرتز أو أعلى، حيث أن معظم الدراسات السابقة باستخدام هذا الأسلوب قد فعلت 7،26-28.
    5. وضع مرجعية وأقطاب الأرض بقدر من لفائف ممكن. في هذا المثال، تم استهداف المناطق في القشرة القذالي باستخدام مرجع الأنف والأرض فعز 7. للحصول على أمثلة أخرى نرى 3،4،27،29،30. لاحظ أن البيانات يمكن إعادة المشار-متواجد حاليا إلى مرجعية جديدة حسب الحاجة، مثل متوسط ​​مشتركة.
      ملاحظة: للاطلاع على استعراض حول تعظيم الاستفادة من الإعداد TMS-EEG، انظر Veniero وآخرون 31.
  4. Coregister رأس الموضوع مع المسح على النحو التالي:
    1. تركيب أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء على رأس المشاركين.
    2. Coregister موقع الرأس مع نظام الملاحة باستخدام علامات محددة مسبقا (غيضمن الأنف، الخ انظر الشكل 3). ينصح لتكرار coregistration بين الكتل لضمان دقة التنسيب لفائف في جميع المراحل.
  5. تحديد المناطق المستهدفة:
    1. وهذا الموضوع يجلس مع الذقن يستريح على chinrest على مسافة والمطلوب من الشاشة.
    2. تأكد من أن المشاركين مريحة في كرسي بهم، كما يطلب منهم الامتناع عن الحركات خلال كتل التجريبية (مهم لدقة قياس الضوضاء قالب).
    3. اختيار الهدف TMS من نظام الملاحة الشكل 3.
    4. باستخدام أداة المؤشر (انظر الجدول مواد)، والسماح توجيه نظام الملاحة المستخدم إلى الموقع لفائف الأمثل ووضع علامة عليه مع ملصق صغير على الغطاء الكهربائي. من المهم الاستمرار على مؤشر عمودي على الرأس. كرر هذه المرحلة قبل كل كتلة. لاحظ أنه لا ينصح لاستخدام الإنترنت أثناء التنقل كتلة (التنقل في لفائفنفسها بينما يمسك عليه) لأن أي حركة لفائف ينبغي تجنبها لأفضل قياس القالب قطعة أثرية TMS. تبين أن predefining وبمناسبة موقع TMS هو السبيل الأمثل لتحقيق التحفيز مستقرة.
    5. توجيه مركز لفائف من دقيقة إلى علامة، أثناء احتجازهم لدى حامل. تأكد من أنه عرضية على رأسه.
  6. تعيين كثافة TMS إلى القيمة المطلوبة. إدارة اختبار واحد نبض للموافقة المشارك.
  7. تشغيل كتلة التجريبية.
  8. عدم TMS الشرط: إذا المتخصصة لفائف TMS صورية غير متوفرة، وضع لفائف TMS بجانب رأس الموضوع وإمالة في 90 درجة. تشغيل كتلة كالمعتاد، بما في ذلك التجارب فارغة.
    القارئ قد يشير أيضا إلى ورقة الفيديو إن الرب بواسطة أندون وZatorre 32 لمزيد من مظاهرة من نظام الملاحة.

4. تحليل البيانات والحوسبة EEG تخطيط موارد المؤسسات

  1. إزالة artif نبض فوريالفعل، على النحو التالي:
    1. إذا كان الجهاز لقطة غير متوفر (انظر أعلاه)، فإن الخطوة الأولى في معالجة البيانات EEG تكون لقطع فوري TMS نبض قطعة أثرية نفسها من البيانات. لاحظ أن هذه الخطوة يمكن تخطي إذا لم يتم المطلوب المرشحات. ولكن إذا تم تطبيق المرشحات، وشكل حاد حافة القطع الأثرية سوف تخلق تشوهات في البيانات. وضيق الوقت نافذة من 10 إلى 15 مللي ثانية بعد ظهور النبض ينبغي أن يكون كافيا، ولكن يجب التأكد من تحقق هذا عن طريق التفتيش البصري للبيانات.
    2. ربط اثنين من قطع ينتهي إنشاؤها بعد إزالة النبض. وقد اقترحت طريقتين رئيسيتين لتحقيق هذا في التقارير السابقة: 1 ببساطة معا طرفي المتبقية بعد إزالة نبض (انظر Fuggetta وآخرون 26 والشكل 1)؛. 2. أقحم خط بين اثنين من قطع ينتهي من خلال توليد القيم متباعدة بالتساوي بينهما 7. المعادلة المستخدمة لهذا الاستيفاء هو على النحو التالي: عن المفقودين كل ذ نقطة بيانات في نموذج الدوران،حساب ذ = ذ 0 + ((ذ 1 ذ 0) * (س س 0)) / (س × 1-0) حيث x و y 0 0 هي إحداثيات لنقطة البيانات الأخيرة قبل شريحة وقطع، و× 1 وذ 1 هي الإحداثيات لنقطة البيانات الأولى بعد قطع الجزء. كل التقنيات أؤكد أن المرشحات يمكن تطبيقها على البيانات دون إنتاج تموجات بسبب الخطوات الجهد حادة، كما هو موضح في الشكل 1. الرجوع إلى العمل من قبل رايشنباخ وزملاؤه 27 لأكثر تعقيدا النظام 3 الثالثة الاستيفاء متعدد الحدود.
  2. تطبيق طريقة الطرح:
    1. لكل كتلة التجريبية، بما في ذلك حالة عدم السيطرة TMS إذا كان موجودا، وحساب متوسط ​​لتخطيط موارد المؤسسات إلى محاكمات شاشة فارغة من قبلهم لبدء المحاكمة تأمين الوقت (كما لو صورة قدمت).
    2. طرح هذا القالب متوسط ​​من كل محاكمة جميع الظروف التحفيز الأخرى. إذا تم تشغيل عدة كتللنفس الموقع التحفيز، القيام بذلك بشكل منفصل لكل كتلة، كقالب ستكون مختلفة قليلا بين الكتل.
  3. تتم جميع تجهيزها وتجهيز خطوات أخرى خارج كما هو الحال في أي تجربة تخطيط موارد المؤسسات الأخرى.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم استخدام التحقيق EEG-TMS المتزامنة لكشف ما إذا كان يتم فصلها الردود تخطيط موارد المؤسسات لوجوه والهيئات المسجلة على فروة الرأس القذالي الصدغي-. عندما يتم تقديم المحفزات البصرية، ويتم تسجيل مكون N1 بارزة في مواقع القطب الخلفي الجانبي. على وجه الخصوص، المكون N1 هو عادة أكبر عن وجوه والهيئات من التحفيز لفئات أخرى 8،33. عن طريق تقييم تأثير التحفيز على الوجه ومناطق الدماغ والجسم انتقائية محددة مع الرنين المغناطيسي الوظيفي على وجه كل منهما، والمكون N1 الجسم، وحاولنا أن يكشف ما إذا كان الوجه والجسم N1 الردود تعكس (جزئيا على الأقل) مصادر غير متداخلة، أو بالأحرى النشاط الشبكة نفسها مع مستويات مختلفة تفعيل كميا.

طبقنا التحفيز المزدوج نبض في 60 مللي ثانية و 100 مللي ثانية بعد ظهور صورة (انظر على سبيل المثال القاذف وآخرون. 34،35)، إلى المناطق جها انتقائية والجسم انتقائية في occip الجانبية إيتال القشرة - الناحية القفوية الوجه (OFA) ومنطقة خارج الجسم المخطط الجسم (EBA) (الشكل 4A، انظر القسم 1.3 أعلاه لتعريف الرنين المغناطيسي الوظيفي يتناقض ذات الصلة). وقد حفز المنطقتين في كتل منفصلة، ​​في حين أن الصور شوهدت المواضيع من الوجوه والهيئات مقطوعة الرأس. تظهر النتائج أن التحفيز إلى OFA تعزيز السعة N1 إلى الوجوه ولكن ليس إلى الهيئات، في حين أن تعزيز التحفيز لجمعية رجال الأعمال المصريين وN1 إلى الهيئات ولكن ليس في وجوههم. يصور الشكل 2B في N1 الوجه قبل وبعد TMS المتبقية قطعة أثرية الطرح، والشكل 4B يظهر تأثير معين من TMS على عنصر N1 بوصفها وظيفة من منطقة حفز.

تظهر هذه النتائج كيف الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة TMS أثناء تسجيل EEG المتزامنة يمكن تطبيقها لتقييم ما إذا كان يتم فصل اثنين (أو أكثر) الشبكات العصبية، فضلا عن إقامة صلة سببية بين منطقة الدماغ تعريف وظيفيا وإشارة الكهربية.

ove_content "FO: المحافظة على together.within صفحة =" دائما "> الشكل 1
. الرقم 1 معالجة البيانات البيانات الخام ومعالجتها للموضوع ممثل، في القطب الوحشي القذالي PO8 (A) البيانات EEG الخام بما في ذلك تجربتان، كل منها يحتوي على اثنين من البقول TMS مفصولة 40 ميللي ثانية (السهام الحمراء)؛ (B) التكبير في البيانات بعد زوال النبض. تتم إزالة البقول اثنين في كل محاكمة من البيانات عن طريق خفض نافذة في جميع أنحاء نبض مزدوجة (2 ميللي ثانية قبل النبض الأول إلى 16 ميللي ثانية بعد النبض الثاني). ثم يتم توصيل حواف قطع من قبل الاستيفاء (السهام الحمراء) كما هو موضح في 4.1.2، (ج) الجزء محرف يسمح بالتصفية دون خلق حافة القطع الأثرية. في هذا الشكل، هو تآمر على 40 هرتز المنخفضة تمرير تصفيتها تخطيط موارد المؤسسات (أحمر) ضد نسخته غير تصفيتها-(الرمادي)، (D) كبديل لالاستيفاء، نهايات الحرة التي بقيت بعد إزالة نبض يمكن انضمت معا (انظر على سبيل المثال Fugetta 26 آخرون، ونقطة 4.1.2 في النص). هنا، يتم مقارنة كل الأساليب وتظهر الموجات مشابهة للغاية (آثار الزرقاء والحمراء في الغالب تتداخل)، بعد تمرير منخفض تصفية في 40 هرتز. التتبع الحمراء: طريقة الاستيفاء الخطي؛ تتبع الأزرق: (تؤخذ متصل حواف بصرف النظر عن التآمر الغرض فقط، للحفاظ على اتساق محور الزمن) لا الاستيفاء الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. التحف TMS وتقنية الطرح. (A) يسار - تخوض في الوقت تخطيط موارد المؤسسات لتقديم صورة لوجه، مع TMS نبض المزدوج في 60 مللي ثانية و 100 مللي ثانية بعد ظهور الصورة. كل سطر يمثل القطب. لاحظ أنه بالنسبة لبعض أقطاب يتبع TMS قطعة أثرية الفوري من قبل قطعة أثرية تعد المتبقية. الحق - يرمز الموقع التقريبي لفائف من قبل اثنين من الدوائر الحمراء، ويطلق عليها بعض أقطاب للتوجيه، (B) قطعة أثرية الإجراء-الطرح. تتم إزالة القطع الأثرية نبض الفورية (أخفى)، ويقاس قالب من الضوضاء المتبقية على أساس "TMS فقط" المحاكمات وتطرح من التجارب الكاملة. تكييفها بإذن من ساديه وآخرون 7. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

p_upload/51063/51063fig3highres.jpg "سرك =" / files/ftp_upload/51063/51063fig3.jpg "/>
الرقم 3. نظام ملاحة المجسم. أعلى: وضع معالم لcorregistration. من أجل corregister الفحص الهيكلي للرئيس مع موقف الرئيس الفعلي خلال التجربة، وتتميز معالم تشريحية على الصورة كما يتضح من الأسهم. ثم، يتم توفير مواقع في الفضاء من نفس معالم على رأس هذا الموضوع إلى النظام مع المعونة من تعقب المتخصصة التي تم الكشف عنها بواسطة الكاميرا أسفل: مناطق الدماغ وظيفية يمكن أن تستهدف على وجه التحديد. ومضافين التنشيط على الصورة التشريحية، ويتم وضع علامة المناطق المرغوبة وحفظها. خلال الدورة المجرب يمكن تحميل منطقة محددة مسبقا لاستهداف مع TMS. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ether.within صفحة = "دائما"> الرقم 4
تم تطبيق الرقم 4. نتائج الممثل. TMS نبض نقرا مزدوجا إما إلى اليمين أو إلى اليمين العماني في جمعية رجال الأعمال المصريين، في 60 مللي ثانية و 100 مللي ثانية بعد ظهور وجه أو صورة مقطوعة الرأس والجسم. وقدم التفكك بين الوجه-N1 واستجابات الجسم N1 (A) والمنطقتين الهدف في موضوع ممثل، (B) يسار - التفكك مزدوجة بين الوجه والجسم الشبكات. TMS إلى OFA تعزيز الاستجابة N1 إلى وجوه، ولكن ليس إلى الهيئات، نسبيا إلى TMS إلى EBA. يظهر النمط المعاكس للمحفزات مقطوعة الرأس والجسم. الحق - N1 ذروة السعة عن وجوه والهيئات، وبعد OFA التحفيز، والتحفيز EBA، ودون التحفيز TMS. أشرطة الخطأ دلالة على SEM. وقد تم تكييف هذه الأرقام بإذن من سديه 7. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

لديها القدرة الفريدة لتعطيل نشاط الخلايا العصبية للحظات عادية في المناطق القشرية المحدد، في نقاط زمنية دقيقة ومع دقة مكانية جيدة نسبيا، TMS يسمح لربط سببيا منطقة الدماغ حفز مع السلوكية أو مقياس العصبية. في هذه الورقة وصفنا طريقة لقياس EEG خلال تطبيق TMS المتزامنة، واستهداف المناطق القشرية محددة وظيفيا، وتطبيق تحليل تمكن قياس موثوقة من الردود تخطيط موارد المؤسسات. أعطينا مثالا من الأدب الذي كان يستخدم TMS في تركيبة مع EEG والرنين المغناطيسي الوظيفي أن نسأل ما إذا كان إعطاء تعريف مناطق الدماغ الرنين المغناطيسي الوظيفي (أي الاتحاد العماني وEBA) ترتبط سببيا مع ردود ERP للمؤثرات الخاصة بهم فضل (أي وجوه والهيئات).

تقنية الطرح وصفها، والتي تم التحقق من صحتها 19 وتطبيقها في العديد من الدراسات 7،26،27، لديها العديد من المزايا يذكر: فهو يسمح القضاء على residuآل طويلة الأمد قطعة أثرية TMS تغطي النافذة وقت معظم مكونات ERP كبيرة؛ أنه يقضي على قدم المساواة مكونات قطعة أثرية من العضلات، والميكانيكية (التداخل الكهربائي إلى الأقطاب) وغير المرغوب-القشرية (مثل السمع) أصول؛ وأنه هو قوية وموثوق بها حتى في الأقطاب الكذب مباشرة تحت أو بالقرب من الملف. ملاحظة يمكن أيضا أن الضوضاء وضوحا الخط في هذه الأقطاب الكهربائية، بالإضافة إلى تعزيز السعة TMS نبض قطعة أثرية، منذ لفائف قد يكون لمس أو الكذب على مقربة من القطب أو الأسلاك. تقنية أثبتت هنا يمكن استخراج نظم تخطيط موارد المؤسسات في هذه المواقع القطب كذلك. وهذا هو ذات أهمية قصوى منذ كثير من الأحيان ردود أثار الاهتمام تنشأ في أو بالقرب من منطقة القشرية حفز. علاوة على ذلك، يتعافى إشارات من فروة الرأس بأكمله هو ضروري في الحالات التي يتم فيها المطلوب خوارزميات إعادة الإعمار المصدر.

مزيج من أدوات البحث يمثح كما TMS، EEG والرنين المغناطيسي الوظيفي، كل طرح جوانب مختلفة من النشاط العصبي ومهاجمة أسئلة مشابهة من زوايا مختلفة، هو خطوة واعدة إلى الأمام في البحث من الإدراك البشري وظيفة الدماغ. يمكن توقع أن TMS سوف تستخدم بشكل متزايد في تركيبة مع EEG لسببيا الوظائف المعرفية أو السلوكية المنتسبين إلى النشاط الكهربائي، ومواصلة استكشاف مجالات تطوير حاليا مثل التزامن، التذبذبات الدماغ والاتصال، في قرار الزمانية والمكانية العالية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgments

نود أن نشكر ديفيد القاذف لمساهمته القيمة في هذه التجربة TMS. وقد تم تمويل هذا البحث من قبل الزمالة من معهد ليفي-Edersheim-مشبكة لرسم خرائط الدماغ لBS، منحة من مؤسسة وولفسون؛ يمنح 65/08 و1657-1608 من مؤسسة العلوم الإسرائيلية ومنحة سفر من برنامج التبادل الثقافي البريطاني الباحث إلى غراي أجريت التجربة في معهد وول التصوير المتقدم، تل أبيب مركز سوراسكي الطبي.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3.0 T Signa MRI scanner General Electric
BrainAmp amplifier Brain Products GmbH BP-01300
Electrode input box Brain Products GmbH Optional
PowerPack - battery for amplifier Brain Products GmbH BP-02615
BrainCap - 32 flat electrodes on a flexible cap  Brain Products GmbH BP-0300MR Flat electrodes should be used to assure a shorter distance beween coil and scalp. If larger (e.g. pin type) electrodes are used, remove the ones under the coil
TMS Super Rapid2 stimulator Magstim
50 mm double coil Magstim
Coil holder Any mechanical arm or tripod that can hold the coil, be adjusted to the right angle and location, and keep the coil steady during stimulation
Chinrest
Polaris infrared camera Rogue Research Inc
Polaris trackers and pointer tool Rogue Research Inc
BrainSight workstation and software Rogue Research Inc
BrainVision Recorder software Brain Products GmbH BP-00010
MATLAB software The MathWorks Inc
SPM for Matlab Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK
MarsBar region of interest toolbox for SPM
Psychtoolbox for MATLAB This toolbox and the E-prime software (below) are examples for stimulus presentation software capable of delivering commands to the TMS stimulator and to the EEG recorder with reliable timing
E-Prime software Psychology Software Tools, Inc.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Curr Opin Neurobiol. 10, 232-237 (2000).
  2. Taylor, P. C., Walsh, V., Eimer, M. Combining TMS and EEG to study cognitive function and cortico-cortico interactions. Behav Brain Res. 191, 141-147 (2008).
  3. Dugue, L., Marque, P., VanRullen, R. The Phase of Ongoing Oscillations Mediates the Causal Relation between Brain Excitation and Visual Perception. Journal of Neuroscience. 31, 11889-11893 (2011).
  4. Massimini, M., et al. Triggering sleep slow waves by transcranial magnetic stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 8496-8501 (2007).
  5. Taylor, P. C., Nobre, A. C., Rushworth, M. F. FEF TMS affects visual cortical activity. Cereb Cortex. 17, 391-399 (2007).
  6. Thut, G., Miniussi, C. New insights into rhythmic brain activity from TMS-EEG studies. Trends Cogn Sci. 13, 182-189 (2009).
  7. Sadeh, B., et al. Stimulation of category-selective brain areas modulates ERP to their preferred categories. Curr Biol. 21, 1894-1899 (2011).
  8. Bentin, S., Allison, T., Puce, A., Perez, E., McCarthy, G. Electrophysiological studies of face perception in humans. Journal of Cognitive Neuroscience. 8, 551-565 (1996).
  9. Rossion, B., Joyce, C. A., Cottrell, G. W., Tarr, M. J. Early lateralization and orientation tuning for face, word, and object processing in the visual cortex. Neuroimage. 20, 1609-1624 (2003).
  10. Baker, C. I., et al. Visual word processing and experiential origins of functional selectivity in human extrastriate cortex. Proc Natl Acad Sci USA. 104, 9087-9092 (2007).
  11. Kanwisher, N., Yovel, G. The fusiform face area: a cortical region specialized for the perception of faces. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 361, 2109-2128 (2006).
  12. Op de Beeck,, P, H., Haushofer, J., Kanwisher, N. G. Interpreting fMRI data: maps, modules and dimensions. Nat Rev Neurosci. 9, 123-135 (2008).
  13. Okon-Singer, H., et al. Spatio-temporal indications of sub-cortical involvement in leftward bias of spatial attention. Neuroimage. 54, 3010-3020 (2011).
  14. Sadaghiani, S., et al. alpha-band phase synchrony is related to activity in the fronto-parietal adaptive control network. J Neurosci. 32, 14305-14310 (2012).
  15. Sadeh, B., Podlipsky, I., Zhdanov, A., Yovel, G. Event-related potential and functional MRI measures of face-selectivity are highly correlated: a simultaneous ERP-fMRI investigation. Human Brain Mapping. 31, 1490-1501 (2010).
  16. Ilmoniemi, R. J., Kicic, D. Methodology for combined TMS and EEG. Brain Topogr. 22, 233-248 (2010).
  17. Julkunen, P., et al. Efficient reduction of stimulus artefact in TMS-EEG by epithelial short-circuiting by mini-punctures. Clin Neurophysiol. 119, 475-481 (2008).
  18. Siebner, H. R., et al. Consensus paper: combining transcranial stimulation with neuroimaging. Brain Stimulation. 2, 58-80 (2009).
  19. Thut, G., Ives, J. R., Kampmann, F., Pastor, M. A., Pascual-Leone, A. A new device and protocol for combining TMS and online recordings of EEG and evoked potentials. Journal of Neuroscience Methods. 141, 207-217 (2005).
  20. Virtanen, J., Ruohonen, J., Naatanen, R., Ilmoniemi, R. J. Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation. Med Biol Eng Comput. 37, 322-326 (1999).
  21. Litvak, V., et al. Artifact correction and source analysis of early electroencephalographic responses evoked by transcranial magnetic stimulation over primary motor cortex. Neuroimage. 37, 56-70 (2007).
  22. Morbidi, F., et al. Off-line removal of TMS-induced artifacts on human electroencephalography by Kalman filter. Journal of Neuroscience Methods. 162, 293-302 (2007).
  23. Brett, M., Anton, J. L., Valabregue, R., Poline, J. B. The 8th International Conference on Functional Mapping of the Human Brain. , Sendai, Japan. (2002).
  24. Brainard, D. H. The Psychophysics Toolbox. Spat. Vis. 10, 433-436 (1997).
  25. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120, 2008-2039 (2009).
  26. Fuggetta, G., Pavone, E. F., Walsh, V., Kiss, M., Eimer, M. Cortico-cortical interactions in spatial attention: A combined ERP/TMS study. J Neurophysiol. 95, 3277-3280 (2006).
  27. Reichenbach, A., Whittingstall, K., Thielscher, A. Effects of transcranial magnetic stimulation on visual evoked potentials in a visual suppression task. Neuroimage. 54, 1375-1384 (2011).
  28. Taylor, P. C., Walsh, V., Eimer, M. The neural signature of phosphene perception. Human Brain Mapping. 31, 1408-1417 (2010).
  29. Iwahashi, M., Katayama, Y., Ueno, S., Iramina, K. Effect of transcranial magnetic stimulation on P300 of event-related potential. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. , 1359-1362 (2009).
  30. Zanon, M., Busan, P., Monti, F., Pizzolato, G., Battaglini, P. P. Cortical connections between dorsal and ventral visual streams in humans: Evidence by TMS/EEG co-registration. Brain Topogr. 22, 307-317 (2010).
  31. Veniero, D., Bortoletto, M., Miniussi, C. TMS-EEG co-registration: on TMS-induced artifact. Clin Neurophysiol. 120, 1392-1399 (2009).
  32. Andoh, J., Zatorre, R. J. Mapping the after-effects of theta burst stimulation on the human auditory cortex with functional imaging. J Vis Exp. , (2012).
  33. Thierry, G., et al. An event-related potential component sensitive to images of the human body. Neuroimage. 32, 871-879 (2006).
  34. Pitcher, D., Charles, L., Devlin, J. T., Walsh, V., Duchaine, B. Triple dissociation of faces, bodies, and objects in extrastriate cortex. Curr Biol. 19, 319-324 (2009).
  35. Pitcher, D., Walsh, V., Yovel, G., Duchaine, B. TMS evidence for the involvement of the right occipital face area in early face processing. Curr Biol. 17, 1568-1573 (2007).

Tags

علم الأعصاب، العدد 87، عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي، تصوير الأعصاب، Neuronavigation، الإدراك البصري، مستدعى الإمكانيات، كهربية، حدث ذات الصلة المحتملة، الرنين المغناطيسي الوظيفي، طرق الجمع بين تصوير الأعصاب والإدراك الوجه، تصور الجسم
استخراج الإمكانيات البصرية مستدعى من EEG البيانات المسجلة أثناء الرنين المغناطيسي الوظيفي الموجهة عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sadeh, B., Yovel, G. Extracting… More

Sadeh, B., Yovel, G. Extracting Visual Evoked Potentials from EEG Data Recorded During fMRI-guided Transcranial Magnetic Stimulation. J. Vis. Exp. (87), e51063, doi:10.3791/51063 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter