Kombinierte Transcranial magnetische Anregung und Elektroenzephalographie des dorsolateralen präfrontalen Kortex
Summary
Die hier vorgestellten Protokoll ist für TMS-EEG-Studien unter Verwendung intracortical Erregbarkeit Test-Retest-Design-Paradigmen. Die Absicht des Protokolls ist es, zuverlässige und reproduzierbare kortikale Erregbarkeit Maßnahmen für die Beurteilung der neurophysiologischen funktionieren im Zusammenhang mit therapeutischen Interventionen bei der Behandlung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie schweren Depressionen führen.
Abstract
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Methode, die neuronale Erregung in der Hirnrinde durch kurze, zeitlich veränderliche Magnetfeld Impulse erzeugt. Die Einleitung der kortikale Aktivierung oder die Modulation hängt die Hintergrund-Aktivierung von Neuronen der kortikalen Region aktiviert, um die Merkmale von der Spule, seine Position und die Ausrichtung in Bezug auf den Kopf. TMS in Kombination mit gleichzeitigen Electrocephalography (EEG) und Neuronavigation (nTMS-EEG) ermöglicht die Beurteilung der Cortico-kortikale Erregbarkeit und Konnektivität in fast allen kortikalen Bereichen reproduzierbar. Dieser Fortschritt macht nTMS-EEG ein leistungsfähiges Werkzeug, das einschätzen kann, Gehirn Dynamik und Neurophysiologie im Test-Retest-Paradigmen, die für klinische Studien erforderlich sind. Grenzen dieser Methode sind Artefakte, die die ursprünglichen Gehirn Reaktivität auf Stimulation zu decken. So kann der Prozess des Entfernens Artefakte auch wertvolle Informationen extrahieren. Darüber hinaus sind die optimalen Parameter für die dorsolateralen präfrontalen (DLPFC) Stimulation nicht vollständig bekannt und aktuellen Protokolle nutzen Abweichungen von den motorischen Kortex (M1) Stimulation Paradigmen. Hoffe jedoch sich entwickelnden nTMS-EEG-Entwürfe zur Behebung dieser Probleme. Die hier vorgestellten Protokoll stellt einige Standardverfahren für die Beurteilung der neurophysiologischen funktionieren von Stimulation, der DLPFC, die bei Patienten mit Behandlung resistent psychiatrischen Erkrankungen angewendet werden kann, die Behandlung zu, wie erhalten transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS), repetitive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS), magnetische Beschlagnahme Therapie (MST) oder Elektrokrampftherapie (ECT).
Introduction
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine Neurophysiologische Werkzeug, das für die nicht-invasive Beurteilung der kortikale neuronale Aktivität durch den Einsatz von rapid, zeitlich veränderliche Magnetfeld Pulse1. Diese Magnetfeld Impulse induzieren einen schwachen Strom im oberflächlichen Kortex unterhalb der Spule die Membran-Depolarisation führt. Die anschließenden kortikale Aktivierung oder Modulation bezieht sich direkt auf die Merkmale der Spule, Winkel und Ausrichtung an den Schädel2. Die Wellenform des Impulses von der Spule entladen und der zugrunde liegenden Zustand der Neuronen beeinflussen auch die daraus resultierende kortikale Aktivierung3.
TMS ermöglicht eine Beurteilung der kortikalen Funktionen von Verhaltensstörungen oder motorischen Reaktionen hervorzurufen oder durch die Unterbrechung der aufgabenbezogenen Verarbeitung. Die Erregbarkeit des Cortico-spinalen Prozessen ausgewertet werden kann, durch Aufnahme elektromyographische (EMG) Reaktionen hervorgerufen von TMS Einzelimpulse über den motorischen Kortex, während intracortical exzitatorischen (intracortical Erleichterung; ICF) und hemmenden Mechanismen (kurze und lange intracortical Hemmung; SICI und LICI) können mit gepaart-Puls TMS sondiert werden. Repetitive TMS können verschiedene kognitive Prozesse stören, sondern dient in erster Linie als therapeutisches Werkzeug für eine Vielzahl von neuropsychiatrischen Störungen. Darüber hinaus kann die Kombination von TMS mit gleichzeitiger Elektroenzephalographie (TMS-EEG) zur Cortico-kortikale Erregbarkeit und Konnektivität4bewerten. Schließlich wenn die Verwaltung von TMS mit Neuronavigation (nTMS) geliefert wird, wird es ermöglichen, für genauen Test-Retest-Paradigmen, da der genaue Ort der Stimulation aufgezeichnet werden kann. Der Großteil der kortikalen Mantel kann gezielt und stimuliert (auch für die Regionen, die keine messbare physikalischen oder Verhaltensstörungen Antworten) damit der Hirnrinde kann funktional zugeordnet werden.
Das EEG-Signal, hervorgerufen von Einzel- oder paarweise Pulse TMS kann die Bewertung von Cortico-kortikale Konnektivität5 und den aktuellen Zustand des Gehirns erleichtern. Der TMS-induzierte elektrische Strom führt Aktionspotentiale, die Synapsen aktivieren können. Die Verteilung der postsynaptischen Ströme kann durch EEG6aufgezeichnet werden. Das EEG-Signal kann verwendet werden, zu quantifizieren und zu lokalisieren synaptische Stromverteilungen durch Dipol7 oder Minimum-Norm Schätzung8, Modellierung, Multichannel-EEG eingesetzt wird, als mit der Leitfähigkeit Struktur des Kopfes entfielen. Kombinierte TMS-EEG kann eingesetzt werden, um die kortikalen hemmenden Prozesse9, Schwingungen10, Cortico-kortikale11 und Wettstreite Interaktionen12und kortikale Plastizität13zu studieren. Am wichtigsten ist, kann TMS-EEG Sonde Erregbarkeit Veränderungen während der kognitiven oder motorischen Aufgaben mit guten Test-Retest-Zuverlässigkeit-14,–15. Wichtig ist, hat TMS-EEG das Potenzial, neurophysiologischen Signale zu bestimmen, die als Prädiktoren für Reaktion auf therapeutische Interventionen (rTMS oder pharmakologische Wirkungen) im Test-Retest-Designs16,17dienen kann.
Die Grundsätze der Neuronavigation für TMS basiert auf den Grundsätzen der rahmenlose Stereotaxie. Die Systeme verwenden eine optische tracking System18 , die eine Licht emittierende Kamera beschäftigt, die mit Licht reflektierenden optischen Elementen an den Kopf (über eine Referenz-Tracker) und der TMS Spule befestigt kommuniziert. Neuronavigation ermöglicht die Lokalisierung der Spule auf dem 3-d-MRT-Modell mit Hilfe einer Digitalisierung Nachschlagewerk oder Stift. Die Verwendung der Neuronavigation erleichtert die Erfassung der Spule Ausrichtung, Position und Ausrichtung auf das Thema Kopf sowie die Digitalisierung der Elektrodenpositionen EEG. Diese Funktionen sind wichtig für die Test-Retest gestalterische Experimente und präzise Stimulation von einer angegebenen Position im dorsolateralen präfrontalen Kortex.
Um ein TMS-EEG-Protokoll in einem Test-Retest-Experiment, es zu nutzen müssen präzise Ausrichtung und konsequente Stimulation der kortikalen Region zuverlässige Signale zu erhalten. TMS-EEG-Aufzeichnung kann anfällig für verschiedene Artefakte sein. Das TMS induzierte Artefakt auf die EEG-Elektroden kann mit Verstärkern, die nach einer Verzögerung19,20 wiederherstellen können oder mit Verstärkern, die gesättigten21nicht gefiltert werden. Jedoch andere Arten von Artefakt durch Augenbewegungen oder blinkt, kraniale Muskelaktivierung in der Nähe der EEG-Elektroden, zufällige Elektrode Bewegung und ihrer Polarisation und durch die Spule erzeugt klicken oder somatischen Empfindung berücksichtigt werden muss. Sorgfältige Thema Vorbereitung, die Elektrode Impedanzen unter 5 kΩ, Immobilisierung der Spule über die Elektroden und einen Schaum zwischen Spule und Elektroden zur Verringerung von Vibrationen (oder einen Abstandhalter, Niederfrequenz Artefakte22zu beseitigen), sorgt für Ohrstöpsel und sogar auditive Maskierung sollte verwendet werden, um diese Artefakte23zu minimieren. Die hier vorgestellten Protokoll stellt ein Standardverfahren für die Beurteilung der neurophysiologischen funktionieren, wenn die Stimulation über den dorsolateralen präfrontalen (DLPFC) angewendet wird. Der Schwerpunkt liegt auf gemeinsame gepaart-Puls-Paradigmen, die in den Studien von M19,15,16validiert worden sind.
Protocol
Representative Results
Discussion
TMS-EEG ermöglicht die direkte und nicht-invasive Stimulation der meisten kortikalen Bereiche und die Übernahme der daraus resultierenden neuronaler Aktivität mit sehr guter räumlich-zeitliche Auflösung30, vor allem, wenn Neuronavigation genutzt wird. Der Vorteil dieser methodischen Fortschritt ist auf die Tatsache, dass TMS-evozierten EEG-Signale aus der elektrische neurale Aktivität stammen und es ein Index von Cortico-kortikale Erregbarkeit ist. Dies hat enormes Potenzial bei neuropsychia…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch NIMH R01 MH112815 finanziert. Diese Arbeit wurde auch vom Temerty Familienstiftung, Grant-Familienstiftung und Campbell Familie Mental Health Research Institute im Zentrum für sucht- und psychische Gesundheit unterstützt.
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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