Stimolazione magnetica transcranica combinata e l'elettroencefalografia della corteccia prefrontale dorsolaterale
Summary
Il protocollo presentato qui è per gli studi di TMS-EEG che utilizzano paradigmi di progettazione di eccitabilità intracorticale test-retest. L’intento del protocollo è quello di produrre misure di eccitabilità corticale affidabile e riproducibile per la valutazione neurofisiologica funzionamento correlati agli interventi terapeutici nel trattamento delle malattie neuropsichiatriche come depressione maggiore.
Abstract
Stimolazione magnetica transcranica (TMS) è un metodo non invasivo che produce eccitazione neurale nella corteccia per mezzo di impulsi di campo magnetico breve, variabili nel tempo. L’iniziazione di attivazione corticale o sua modulazione dipende dall’attivazione di sfondo di neuroni della regione corticale attivato, le caratteristiche della bobina, la sua posizione e l’orientamento rispetto alla testa. TMS combinato con simultanea electrocephalography (EEG) e Neuronavigazione (nTMS-EEG) consente la valutazione dell’eccitabilità cortico-corticali e connettività in quasi tutte le aree corticali in maniera riproducibile. Questo anticipo rende nTMS-EEG un potente strumento che può valutare con precisione la dinamica del cervello e neurofisiologia in paradigmi di test-retest che sono necessari per i test clinici. Limitazioni di questo metodo includono manufatti che coprono la reattività di cervello iniziale alla stimolazione. Così, il processo di rimozione di artefatti può anche estrarre informazioni preziose. Inoltre, i parametri ottimali per la stimolazione (DLPFC) prefrontal dorsolateral non sono completamente noti e protocolli correnti utilizzano variazioni dai paradigmi di stimolazione della corteccia di motore (M1). Tuttavia, in continua evoluzione disegni nTMS-EEG sperano affrontare questi problemi. Il protocollo presentato qui introduce alcune procedure standard per la valutazione di funzionamento neurofisiologico da stimolazione a DLPFC che può essere applicato in pazienti con disturbi psichiatrici resistenti agli trattamento che ricevono il trattamento come la stimolazione transcranica corrente continua (tDCS), stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS), terapia magnetica sequestro (MST) o terapia electroconvulsive (ECT).
Introduction
Stimolazione magnetica transcranica (TMS) è uno strumento neurofisiologico che consente la valutazione non invasiva dell’attività neuronale corticale attraverso l’uso di impulsi di campo magnetico rapido, variabili nel tempo1. Questi impulsi di campo magnetico inducono una corrente debole nella corteccia superficiale sotto la bobina che provoca la depolarizzazione della membrana. La conseguente attivazione corticale o modulazione è direttamente correlata alle caratteristiche della bobina, l’angolo e l’orientamento al cranio2. La forma d’onda dell’impulso viene scaricata dalla bobina e lo stato sottostante dei neuroni influenzare anche l’ attivazione corticale risultante3.
TMS consente la valutazione delle funzioni corticali evocando risposte comportamentali o motore o mediante l’interruzione del trattamento relative alle attività. L’eccitabilità dei processi cortico-spinale può essere valutata attraverso registrazione risposte elettromiografiche (EMG) ha suscitate da singoli impulsi TMS sopra la corteccia motoria, mentre intracortical eccitatorio (facilitazione intracorticale; ICF) e meccanismi inibitori (breve e lungo intracortical inibizione; SICI e LICI) può essere sondata con accoppiare-impulso TMS. TMS ripetitiva può disturbare vari processi cognitivi, ma è utilizzato principalmente come strumento terapeutico per una varietà di disordini neuropsichiatrici. Inoltre, la combinazione di TMS con simultanea elettroencefalografia (TMS-EEG) utilizzabile per valutare l’ eccitabilità e la connettività cortico-corticale4. Infine, se l’amministrazione di TMS è consegnato con Neuronavigazione (nTMS), vi permetterà per preciso test-retest paradigmi quanto il luogo esatto della stimolazione può essere registrato. La maggior parte del manto corticale può essere mirata e stimolata (tra cui quelle aree che non producono risposte fisiche o comportamentali misurabili) così la corteccia può essere funzionalmente mappata.
Il segnale EEG evocato da singoli o accoppiati impulsi TMS può facilitare la valutazione della connettività cortico-corticale5 e lo stato attuale del cervello. La corrente elettrica indotta da TMS genera potenziali d’azione che è possibile attivare le sinapsi. La distribuzione delle correnti postsinaptiche possa essere registrata attraverso EEG6. Il segnale EEG può essere utilizzato per quantificare e localizzare distribuzioni correnti sinaptiche attraverso dipolo modellazione7 o minimo-norma stima8, quando è impiegato EEG multicanale e con la struttura di conducibilità della testa contabilizzata. TMS-EEG combinato può essere impiegato per studiare processi inibitori corticali9, oscillazioni10, cortico-corticali11 e interazioni interemisferica12e plasticità corticale13. La cosa più importante, TMS-EEG può sondare eccitabilità cambiamenti durante compiti cognitivi o motore con buon test-retest affidabilità14,15. D’importanza, TMS-EEG ha il potenziale per determinare segnali neurofisiologici che possono servire come i preannunciatori della risposta agli interventi terapeutici (rTMS o effetti farmacologici) in test-retest disegni16,17.
I principi di neuronavigazione per TMS si basa sui principi della stereotassi frameless. L’uso di sistemi un ottico di rilevamento sistema18 che si avvale di una telecamera che emettono luce che comunica con elementi ottici riflettenti collegati alla testa (tramite un tracker di riferimento) e la bobina TMS. Neuronavigazione consente la localizzazione di bobina sul modello 3D MRI con l’ausilio di una digitalizzazione strumento di riferimento o una penna. L’uso di neuronavigation facilita la cattura del bobina orientamento, posizione e allineamento per la testa del soggetto, nonché la digitalizzazione delle posizioni degli elettrodi EEG. Queste caratteristiche sono essenziali per gli esperimenti di progettazione di test-retest e accurata stimolazione di una posizione specificata all’interno della corteccia prefrontale dorsolaterale.
Al fine di utilizzare un protocollo di TMS-EEG in un esperimento di test-retest, ci deve essere targeting accurato e coerenza stimolazione della regione corticale per ottenere segnali affidabili. Registrazione TMS-EEG può essere vulnerabile a diversi artefatti. Il manufatto TMS indotta sugli elettrodi EEG possa essere filtrato con amplificatori che possono recuperare dopo un ritardo19,20 o con amplificatori che non possono essere saturi21. Tuttavia, fare clic su altri tipi di artefatto generato da movimenti oculari o lampeggia, l’attivazione dei muscoli cranici in prossimità degli elettrodi EEG, movimento casuale elettrodo e loro polarizzazione e dalla bobina o sensazione somatica dovrà essere presi in considerazione. Oggetto di un’attenta preparazione che assicura impedenze elettrodo sotto 5 kΩ, immobilizzazione della bobina sopra gli elettrodi e una schiuma tra bobina ed elettrodi per ridurre la vibrazione (o un distanziatore per eliminare gli artefatti di bassa frequenza22), tappi per le orecchie e anche mascheramento uditivo deve essere utilizzato per ridurre al minimo questi artefatti23. Il protocollo presentato qui introduce un processo standard per la valutazione neurofisiologica funzionamento quando la stimolazione è applicata sopra il prefrontale dorsolaterale (DLPFC). Il focus è sui comuni paradigmi di accoppiare-impulso che sono stati convalidati negli studi di M19,15,16.
Protocol
Representative Results
Discussion
TMS-EEG consente la stimolazione diretta e non invadente della maggior parte delle aree corticali e l’acquisizione dell’attività neuronale risultante con buona risoluzione spazio-temporale30, soprattutto quando è utilizzata la neuronavigazione. Il vantaggio di questo progresso metodologico è basata sul fatto che segnali EEG TMS-evocato provengono dall’attività neurale elettrica ed è un indice dell’eccitabilità cortico-corticali. Questo ha un enorme potenziale in popolazioni di pazienti neuro…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato in parte finanziato dal NIMH R01 MH112815. Quest’opera è stata anche sostenuta dal Temerty Family Foundation, Grant Family Foundation e Campbell famiglia Mental Health Research Institute presso il centro per dipendenza e salute mentale.
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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