גירוי מגנטי טראנס המשולבת ואת אלקטרואנצפלוגרם של קליפת המוח הקדם חזיתית דורסולטרלי

Summary

פרוטוקול המוצג כאן הוא ללימודי TMS EEG ניצול דעתנית intracortical הבחינה-הבחינה עיצוב פרדיגמות. הכוונה של הפרוטוקול היא לייצר דעתנית קורטיקלית לשחזור ואמין אמצעי להערכת neurophysiological תפקוד הקשורים התערבויות טיפוליות בטיפול של מחלות מנוטלי כמו דיכאון.

Abstract

גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) היא שיטה לא פולשנית שמייצר עירור עצבית בקליפת באמצעות שדה מגנטי קצרה, משתנה הזמן פולסים. אתחול של הפעלת בקליפת המוח או אפנון שלה תלוי ההפעלה רקע של הנוירונים של אזור בקליפת המוח מופעל, המאפיינים של הסליל, מיקומו, ומגמתו ביחס בראש. TMS בשילוב סימולטני electrocephalography (EEG), neuronavigation (nTMS-EEG) מאפשר ההערכה של cortico-קורטיקלית דעתנית וקישוריות באזורים קורטיקליים כמעט כל באופן לשחזור. מראש זה הופך nTMS EEG כלי רב עוצמה יכול להעריך במדויק הדינאמיקה המוחית ונוירופיזיולוגיה בפרדיגמות הבחינה-הבחינה הדרושים לניסויים קליניים. מגבלות של שיטה זו כוללים ממצאים שמכסים את תגובתיות המוח ראשונית את גירוי. לפיכך, התהליך של הסרת לכלוכים יכול גם לחלץ מידע בעל ערך. יתר על כן, פרמטרים אופטימליים לגירוי (DLPFC) הקדם חזיתית דורסולטרלי לא ידועים במלואם, פרוטוקולים הנוכחי לנצל וריאציות של פרדיגמות גירוי קורטקס מוטורי (M1). עם זאת, מתפתחת עיצובים nTMS EEG מקווה לטיפול בבעיות אלה. פרוטוקול המובאת כאן מציג כמה נוהגים סטנדרט להערכת תפקוד neurophysiological של גירוי כדי DLPFC שניתן להחיל בחולים עם הפרעות פסיכיאטריות עמיד לטיפול, המקבלים טיפול כגון טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS), גירוי מגנטי טראנס החוזרות על עצמן (rTMS), טיפול מגנטי התקף (MST) או נזעי חשמל (ECT).

Introduction

גירוי מגנטי טראנס (אלקטרואנספלוגרם) הוא כלי neurophysiological המאפשר להערכת פעילות. עצבית בקליפת המוח באמצעות שדה מגנטי מהירה, משתנה הזמן פולסים¹לא פולשנית. אלה פולסים השדה המגנטי לגרום זרם חלש בקליפת שטחי מתחת הגליל אשר התוצאות ממברנה דפולריזציה. ההפעלה קורטיקלית שהתפתח או אפנון קשורה ישירות המאפיינים של הסליל, הזווית, כיוון הגולגולת². צורת גל של הדופק שוחרר מן הגליל, המדינה הבסיסית של הנוירונים גם להשפיע על תוצאות הפעלת קורטיקלית³.

TMS מאפשר את ההערכה של פונקציות בקליפת המוח על-ידי לעורר תגובות התנהגותיות או מנוע או דרך ההפרעה של עיבוד הקשורות למשימות. ניתן להעריך את דעתנית של תהליכים cortico-השדרה דרך הקלטה תגובות (EMG) electromyographic ממיתוס פולסים TMS יחיד על קליפת המוח המוטורית, ואילו סינאפסות intracortical (ההנחיה intracortical; ICF) ומנגנונים מעכבות (עיכוב קצר, ארוך intracortical; SICI ו LICI) פתור עם דופק לזווג TMS. TMS שחוזרת על עצמה יכולה להפריע תהליכים קוגניטיביים שונים, אך משמשת בעיקר ככלי טיפולי עבור מגוון רחב של מנוטלי הפרעות. יתר על כן, השילוב של TMS עם סימולטני אלקטרואנצפלוגרם (TMS EEG) יכול לשמש כדי להעריך דעתנית וקישוריות קורטיקליים-cortico⁴. לבסוף, אם הממשל של TMS מועבר עם neuronavigation (nTMS), זה יאפשר הבדיקה מדויקת-הבחינה פרדיגמות מאז ניתן להקליט האתר המדויק של הגירוי. ניתן לפלח רוב המעטפת קורטיקלית, מגורה (כולל באותם אזורים שאינם מייצרים תגובות גופניות או התנהגותיות מדיד) ובכך קליפת ניתנת באופן פונקציונלי למיפוי.

האות EEG עורר מ דופק יחיד או מזווג TMS יכול להקל את ההערכה של קישוריות cortico-קורטיקלית⁵ , המצב הנוכחי של המוח. הזרם החשמלי TMS-induced תוצאות פוטנציאל פעולה לבצע הפעלה הסינפסות. ניתן להקליט את ההתפלגות של הזרמים postsynaptic EEG⁶. האות EEG ניתן לכמת ולאתר סינפטית הפצות הנוכחי דרך דיפול דגמי⁷ או אומדן מינימום-הנורמה⁸, כאשר מועסק EEG רב-ערוצי, ועם המבנה מוליכות של הראש דין וחשבון. TMS בשילוב-EEG יכול להיות מועסק ללמוד תהליכים מעכבות קורטיקלית⁹, תנודות¹⁰, cortico-קורטיקלית¹¹ , אינטראקציות interhemispheric¹²ופלסטיות קורטיקלית¹³. והכי חשוב, TMS EEG יכול לחקור דעתנית שינויים במהלך משימות קוגניטיביות או מנוע עם מבחן טובה-הבחינה אמינות^14,15. חשוב לציין, TMS EEG יש פוטנציאל כדי לקבוע אותות neurophysiological עשוי לשמש גורמים מנבאים בתגובה התערבויות טיפוליות (rTMS או אפקטים תרופתי) הבחינה-הבחינה עיצובים^16,17.

העקרונות של neuronavigation עבור TMS מבוססת על העקרונות של stereotaxy ללא מסגרת. השימוש במערכות אופטי מעקב המערכת¹⁸ מעסיקה מצלמה פולט-אור, אשר מתקשר עם רכיבים אופטיים המשקף האור המצורפת בראש (באמצעות גשש הפניה) והן את הגליל TMS. Neuronavigation מאפשר לוקליזציה סליל על המודל MRI תלת-ממדי בעזרת טבלת הדיגיטציה כלי סימוכין או עט. השימוש neuronavigation מקלה על לכידתו של סליל כיוון, מיקום ויישור לראש של הנושא, כמו גם את הדיגיטציה של עמדות אלקטרודות EEG. תכונות אלה חיוניים עבור הבחינה-הבחינה עיצוב ניסויים, גירוי מדויק של מיקום שצוין בתוך נגמרה.

על מנת לנצל את פרוטוקול TMS EEG בניסוי הבחינה-הבחינה, שם צריך להיות פילוח מדויק וגירוי עקבית של אזור בקליפת המוח כדי לקבל אותות אמינים. הקלטה TMS EEG יכול להיות פגיע לחפצים שונים. ניתן לסנן את החפץ TMS המושרה על האלקטרודות EEG עם מגברים לשחזור לאחר עיכוב^19,20 או עם מגברים זה לא יכול להיות רווי²¹. עם זאת, לחץ על סוגים אחרים של החפץ שנוצר על ידי תנועות עיניים או קריצות, הפעלת שרירים הגולגולת בסמיכות של אלקטרודות EEG, תנועה אקראית אלקטרודה, קיטוב שלהם, ועל ידי הסליל או תחושה סומאטית חייבים להילקח בחשבון. הכנת הנושא זהיר המבטיחה אלקטרודה impedances מתחת kΩ 5, קיבעון של הסליל האלקטרודות, קצף בין הסליל אלקטרודות להפחתת רעידות (או כרווח לסלק חפצים בתדר נמוך²²), אטמי אוזניים ואף מיסוך השמיעה צריך לשמש כדי למזער את אלה חפצים²³. פרוטוקול המובאת כאן מציג תהליך סטנדרטי להערכת תפקוד neurophysiological כאשר הגירוי מוחל על דורסולטרלי הקדם חזיתית (DLPFC). הדגש הוא על פרדיגמות דופק לזווג משותף יש כבר לאימות ללימודי M1^9,15,16.

Protocol

כל ההליכים ניסיוני המוצג כאן אושרו על ידי הוועדה האתית המקומי שלנו בעקבות הנחיות של הצהרת הלסינקי.

1. סע ההרשמה Neuronavigated TMS — EEG

1. להשיג ברזולוציה גבוהה בראש משוקלל T1 MRI מבניים לכל משתתף. סריקה על פי הנחיות היצרן neuronavigation.
2. להעלות את התמונות על מערכת הניווט. בדוק אם בדיקות Mri נסרקים כראוי. בחר את הנקודות קרדינל (נקודות אוריקולארית מראש, את nasion, את קצה האף). הכנס את המטרות גירוי (בהתבסס על האנטומיה או מבוסס קואורדינטות בראש, הזעירה, או Talairach קואורדינטות).
3. המקום של פנס ראש בצורה כזאת, כך היא לא לזוז במהלך הפגישה גירוי, לאפשר חינם נע של הסליל TMS. יש תותב המשתתף את אטמי אוזניים לפני ההרשמה מתחילה.
4. יישר את הראש של המשתתף על הדגם MRI תלת-ממדי. לגעת על הראש של המשתתף עם העט טבלת הדיגיטציה בנקודות הקרדינל זה נבחרו על התמונות של הערימה MRI. לבחור ולסמן נקודות נוספות על האזורים, זמני והדפנות של הראש כדי להפחית את שגיאת רישום באותם האזורים.
5. לאמת את הרישום. מקם את העט טבלת הדיגיטציה על הראש של המשתתף. בדוק את הייצוג שלו במחשב. אם זה לא הצבע המתאים, מר, חזור על שלב 1.4.
6. כיילו את הגליל TMS בשימוש (במערכות מסוימות שלב זה לא נחוצה).
   1. לצרף עוקבים הגליל.
   2. מקם את הגליל על הבלוק כיול אז בתכל'ס כל גלויים מהמצלמה.
   3. לחץ על לחצן כיול במסך המחשב ולשמור את הגליל במצב כיול עבור 5 s.

2. TMS EEG ניסוי

1. מקם את הכובע EEG על הראש ולהתכונן האלקטרודות
   1. לבחור כובע מתאים בראש טוב. ודא אלקטרודות כל בחוזקה נוגעות הקרקפת פונקציונליים. אם יותר מ-2 אלקטרודות אינן פועלות, השתמש כובע נוסף של גודל זהה או קטן יותר.
   2. הצב האלקטרודה Cz-קודקוד, במחצית הדרך בין הקו המחבר את nasion ואת inion האלקטרודה איז מעל inion.
      הערה: המקום האלקטרודות אנכי (מעל ומתחת contralateral את העין גירוי העין) ו/או אופקית (משמאל עין שמאל, ימין מימין, קצת מעל כל עצם הלחי) electrooculography (EOG).
   3. התאם את קצה המזרק בוטה ולמלא את זה עם ג'ל electroconductive. למקם את הטיפ בתוך החור של האלקטרודה, ולאחר מכן הקש והסתיר את הבוכנה בעדינות עד שיש דבק על העור. לשפשף הקרקפת בקלות באמצעות צלב דמוי נע עם קצה קהה. להבטיח כי הדבק לא מדברת לפסגה כדי להימנע גישור (קצר בין האלקטרודות).
2. מקם את האלקטרודות EMG. הצב דיסק חד פעמיות שתי אלקטרודות (בקוטר של-30 מ מ) מעל צודקת השריר מצדיד האגודל הקצר (מעצר) במצרף גיד בטן. מקם את הקרקע לפי הנחיות היצרן.
3. התחל את הרישום הראשי. בצע את שלבים 1.3-1.6. השתמש את הקואורדינטות הזעירה או Talairach של DLPFC.
4. נקודה חמה, סף מוטוריים.
   1. להוסיף ספוג (סיבים מלאכותיים זני polyutherane) תחת הסליל כדי למזער את הרטט סליל על האלקטרודות במהלך הפולסים TMS. שים לב הקצף צריך להיות בערך 10 מ מ עובי.
   2. להנחות את המשתתף להיות במנוחה – נוח, עם הידיים רגועה, רגליים, עמוד השדרה.
   3. למצוא את הנקודה החמה. למקד את הידית מנוע²⁴ כמו ציון הראשונית של ייצוג קורטיקלית של מעצר ב M1 ולהעביר את הגליל עד שם המתאים מעצר התנועה. להשתמש בעוצמות TMS לעורר דומייה של µV כ-500 על מעצר. למטב את כיוון סליל על-ידי שינוי זווית שלה, להטות כדי לעורר את התגובה הגדולה מעל הנקודה החמה.
   4. להציל את הגליל ממקמים התוכנה neuronavigator ולהפחית את עוצמת פלט בשלבים של 2-3%. לתת פולסים 10, אם יותר מאשר תגובות 5 מתוך 10 חבר הפרלמנט האירופי µV מעל 50 מתקבלים, ואז המשך הפחתת עוצמת.
   5. כאשר פחות מ- 5 מתוך 10 תגובות המתעוררים, להגדיל את העוצמה על-ידי שלבים 1-2%. MT מיוצג עוצמת שמייצר פיגל הגדולים מ- 50 µV 5 מתוך 10 פעמים²⁵. המרווח בין הגירוי (ISI) הר צריך להיות ארוך יותר מ- 1 s, בדרך כלל להגדיר ב- s 3, 4 או 5.
5. כוונן את העוצמה באמצעות השלבים הבאים:
   1. התחל 120% בעוצמה MT לייצר פיגל מעל M1 בין 500 ל- 1,500 µV. להקליט פולסים 10 עם הפלט של ממריץ הזה אז התגובה הממוצע הוא 1 mV. להגדיל או להקטין את עוצמת בצעדים של 1 – 2% עד שהגיע ממוצע של 1 mV.
   2. עבור עוצמת גירוי, לבחור את עוצמת כמו אחוז אחד האביזרים המקובלים לגירוי של פלט, למשל., 110%, 120%, וכו '.
   3. למצוא לשדה המושרה התואם ב- V/m (אם המערכת מאפשר). הצב את הגליל על DLPFC; להתאים את הפלט של ממריץ עד החישוב לשדה המושרה הופך זהה האחת מעל M1 העומק קורטיקלית אותו.
6. דיגיטייז את אלקטרודות EEG, כך המיקום שלהם רשום על שם האנטומיה של המוח.
   הערה: זה צעד חשוב מאוד עבור איתור ההתפלגות של הפעלת עצביים, מדויק מיקום מחדש של האלקטרודות הפעלת מעקב.
7. שיא TMS-א. ג
   1. החלף את אטמי אוזניים אטמי אוזניים עם צינורות אוויר כדי להתחבר מיסוך שמע (למשל., רעש לבן) אם הוא זמין ולהוסיף אוזניות מעליהם. לשחק את המסיכה שמע בלבד במהלך הלידה דופק TMS.
      הערה: שלב זה ניתן ליישם שלב 2.4.2 ללא השמעת השמע המסיכה ועם טיפול אז עוקבים ראש אינן מועברות.
   2. לטעון את הגליל על בעל סליל וודא כי הסליל לא להעביר או הקש האלקטרודות מתחתיו. ודא כי הספוג הוא בין האלקטרודות והגליל.
   3. הסר את כל המסכים הפעיל העיניים של המשתתף. לתת הוראות למשתתף לנעוץ מבט בנקודה קבועה, לא כדי לשנות את מיקום הראש שלו במהלך הלידה TMS ו למצמץ בין הפולסים TMS.
   4. . לכבות אורות פלורסנט. הפעלה יחיד הדופק TMS, SICI, ICF, LICI בסדר אקראי לכל משתתף. לתת פולסים יחיד ומשויכים 100. השתמש שונים ISI של 3-4 s (± 20%) או קבוע של 3-5 s (ראה הערה). לתת הפסקה של 3-5 דקות בין כל תנאי כך המשתתף יכול להירגע למתוח.
      הערה: SICI ו- ICF לערב פרדיגמה TMS דופק לזווג עם גירוי מיזוג subthreshold (CS), גירוי מבחן suprathreshold (TS). הפקולטה למדעי המחשב בשימוש פרוטוקול זה הוא 80% של MT, את TS בעוצמה לעורר 1 mV חבר הפרלמנט האירופי שיא אל שיא²⁶. המרווח בין הדופק משמש SICI אופטימלי הוא ב 2 מילי-שניות עבור ICF בגיל 12-13²⁷. הפרדיגמה LICI כרוך הזיווג של CS העל-הסף עוצמת לעורר את 1 mV חבר הפרלמנט האירופי השיא אל שיא ואחריו עוד suprathreshold TS שוב באמצעות עוצמת זה עורר 1 mV חבר הפרלמנט האירופי שיא אל שיא, במרווח הבין-דופק של 100 גב את המודיעין הפקיסטאני עבור שתי פרדיגמות הדופק יחיד ומשויכים נקבעת על-ידי זמן טעינה של ממריץ (המערכת שלנו תוכל לאפשר פולסים לזווג כל 4 s), הסכום של הפעלות (ניסויים יותר ידרוש ISI קטנים לא להעמיס על המשתתפים) וניתוח זה הולך לקחת את המקום. במחקר זה, השתמשנו של ISI קבוע של 5 s בשל המגבלות של ממריץ שלנו, גם כי צריך כמה מחזורים בתדר נמוך הלהקה (קצב תטא) לניתוח ספקטרום תדירות זמן, כוח.

תוצאות

איור 1 A ממחיש את הפוטנציאליות TMSevoked לאחר גירוי DLPFC על פני האלקטרודה F3 לאחר ממוצע של 100 שהשרתים של כל מושב עבור אחד מתנדבים בריאים. באיור זה, אנחנו להדגיש את ההשפעה של CS על TS בהשוואה התנאי דופק אחת כאשר TS מוחל לבד. הפקולטה למדעי המחשב שמחליש את סטיה N100...

Discussion

TMS EEG מאפשר גירוי ישיר, לא פולשנית של אזורים קורטיקליים רוב רכישת הפעילות העצבית המתקבלת עם רזולוציה טובה מאוד-עתיים³⁰, במיוחד כאשר neuronavigation הוא מנוצל. היתרון הזה מראש מתודולוגי הוא מבוסס על העובדה כי EEG עורר-TMS אותות שמקורם הפעילות החשמלית העצבית וזה אינדקס של cortico-קורטיקלית דעת...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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 70 mm 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