我々は、このTMS実験への彼の貴重な貢献のためのデビッドピッチャーに感謝したいと思います。この研究は、BS、ウォルフソン財団からの助成金の脳マッピングのためのレビ·Edersheim-ギッター研究所の交わりによって賄われていた。イスラエル科学財団とGYへのブリティッシュ·カウンシルの研究員交流プログラム実験は高度なイメージング、テルアビブSourasky医療センターのためのウォール研究所で行われたから走行付与から65/08および1657年から1608年に付与されます。

実験は、2つの別々のセッションで行われる。最初のセッションの間に機能的MRI実験（ 例えば、官能ローカライザ）は個別被写体に基づいて所望のTMS対象領域を定義するために行われる。 fMRIの結果は、標的化のための正確な定位TMSナビゲーションシステムに供給される。第二セッションはEEGはTMSと同時に記録され、その間のfMRIデータの分析以下に保持される。ここで説明するプロトコルは、テルアビブSourasky医療センターの倫理委員会によって承認された。 本論文で示した例では、データはMATLABのバージョン7.7（R2008b）を用いて分析した。 SPMの23のためのMATLABとMarsBarツールボックスのための統計的パラメトリックマッピング（SPM 5）ソフトウェアは、fMRIのデータ処理のために使用された。 1。のfMRIセッションとfMRIのデータ解析<ol><li>エコープラナーイメージング（EPI）シーケンを使用して機能的MRIのタスクを実行E TMSの標的とされる活性化の目的の焦点を決定することができる。下記の例のようなOFAやEBAなどの隣接領域との間でより良い解離のために、高解像度のスキャンをお勧めします。 8チャネルまたは複数のMRI頭部コイルで得られた3から3mm以下のボクセルは、隣接する領域の輪郭を描くために十分である。 </li><li>神経解剖学的データを得るためにT1強調構造的なスキャンを実行します。画像（鼻の先端など ）上の外部のマーカーは、後のスキャンで被験者の頭をcoregisterするために使用されるので、参加者の顔が完全に、このスキャンの視野に含まれていることを確認してください。 </li><li>データ収集後、実験条件間のコントラストに基づいて所望の関心の脳領域を定義するために、SPMのためMarsBarツールボックスを使用しています。コントラストが後頭部フェイス面積（OFA）を定義する&gt;オブジェクトに直面し、使用ボディ&gt; Extrastirateボディエリア（EBA）を定義するオブジェクト。さらに目を確保するために、2皮質のターゲットは、各ROIの他の実験条件（EBAから顔ボクセルを除外し、OFAからボディボクセル）への対応の任意のボクセルをマスクする（MarsBar中）、使用「連動」機能的に区別されるで。 </li><li> SPMを使用して、機能的なスキャンと、構造のT1画像をCorregister。 </li><li>ナビゲーションシステムにアップロードするために、携帯用のドライブに、構造的なスキャンのファイルだけでなく、関連する機能、コントラストのファイルをコピーします。 </li></ol> 2。ERP抽出を可能にしますEEG-TMS実験のためのパラダイムの準備以下のセクションで説明すると、信頼性が高く、複製可能な事象関連電位19の抽出を可能にする方法でTMS適用中にEEGデータを収集する方法である。この技術の利点は、それが容易に二次的、長期持続、TMSアーチファクトを処理することで、さらに可能にするのに十分に頑強である右TMS cの下に位置する電極でのデータの復元アーティファクトが最も高い電圧と最も長い持続時間であるオイル、。 <ol><li>パラダイムの組織<ol><li>別々のブロックに異なるTMS条件（異なるターゲット脳領域だけでなく、非TMS条件）を実行します。 </li><li>各ブロック内でランダムにイベント関連のデザイン内のすべてのスティミュラス条件（ 例えば顔、オブジェクト、シーンなど）で参加者を提示する。 </li><li>より良い、ERPの品質とTMSノイズテンプレートの（下）の条件ごとに少なくとも50トライアルにご注意ください。 </li></ol></li><li>画像発症後に所望の潜時にTMSパルス/パルスのタイミングを設定します。これは、ケーブルは、TMS刺激に行く、そこからパラレルポートへの書き込みを介して行われます。この機能は、MATLABの24やE-総理ためPsychtoolbox（バージョン2または3）のような心理実験、（ 材料表を参照）ほとんどのソフトウェアで提供されています。刺激（パルス）を低減するジッタ間の刺激間隔（ISI）予測可能性（例）各ISIでの0から500ミリ秒の間のランダムな値を追加します。 </li><li>追加の空白の画面の状態を準備します。 <ol><li> TMSは、同じ強度ではなく、画面上の無刺激提示に適用される時に試験を準備します。これらの空白の画面のTMS試験は視覚刺激のない状態でのTMSアーチファクトテンプレートを計算するために提供されます。 </li><li>ブロック内の実験条件のいずれか一つの繰り返し数と同一であることがブランク試験の繰り返し回数を設定する。 </li><li> TMS残留アーティファクトの形状を正確に表現するために、むしろ先頭または末尾に、それらすべてを提示するよりも、ブロック全体を通してのブランク試験をランダム化する。 </li></ol></li></ol> 3。脳波とニューロナビゲーションシステムの設定、および実験を行う個別に定義されたROIの標的に正確なTMSは、定位ナビの使用が可能です。赤外線カメラ、参加者の頭部に装着赤外線センサ、専用のソフトウェアで構成されるgationシステム。 <ol><li> TMSの安全基準に基づいて画面の参加者。てんかんの自己または家族歴の参加対象から除外し、他の神経学的条件または頻繁偏頭痛、および向精神薬に関する被験者の被験者。通常のスクリーニングをしていないが、このような（大部分は簡単に気絶する傾向として現れる）血管迷走神経syncopesとして自律神経障害についての疑いを有する患者も除外することができる。実験の前に少なくとも2時間を前に夜を開始するアルコール飲料を避けるために、参加者に指示し、カフェイン入りの飲み物。詳細な手順や安全性についての議論は、ロッシら 25、およびMagstimの安全審査（参照してください<a href="http://joedevlin.psychol.ucl.ac.uk/tms/docs/magstim_safety.pdf">http://joedevlin.psychol.ucl.ac.uk/tms/docs/magstim_safety.pdfを</a> ）。 </li><li> Tを準備します彼ニューロシステム： <ol><li>セッションが開始される前に、ナビゲーションシステムのソフトウェアに構造的スキャンファイルをフィードバックする。 </li><li>構造的な画像に機能的MRIの結果（コントラスト）を重ねる。 </li><li>ニューロナビゲーションソフトウェアを使用して、画像についての所望の標的をマークし、ならびにcoregistrationために役立つであろう外部の解剖学的マーカーは：鼻の先端、ノーズブリッジの最深部は、多くの場合、鼻根と呼ばれ、各々の耳珠耳。 </li></ol></li><li>参加者の頭部にEEGキャップを取り付け、電極を接続します。 <ol><li> 5kΩのより高いではない電極インピーダンスを維持しようとします。 </li><li>電極のTMS関連の加熱を回避できるだけゲルを使用する。ゲル量の少ない良好なインピーダンスを達成するために徹底した肌の準備を行う。必要に応じて、実験に来る前に自分の髪を洗うよう参加者に依頼してください。 </li><li>電極ワイヤは、EAが交差しないことを確認してください他のCHとコイルの位置から離れて配向されている。ワイヤーのループを回避します。 </li><li>ノイズ·アーティファクトをより正確に示すために、高いサンプリングレートを使用してください。それは、この方法を使用して、ほとんどのこれまでの研究は7,26-28を行ったように、1 kHzの以上を使用することをお勧めします。 </li><li>可能な限りコイルからのリファレンスとグランド電極を配置します。この例では、後頭皮質内領域は、鼻のリファレンスとFzのグランド7を使用して標的とされた。他の例としては、3,4,27,29,30を参照してください。必要に応じて、このような一般的な平均値として、データを新しいリファレンスにオフライン再参照することができることに注意してください。 注意：TMS-EEGセットアップの最適化について概説については、Veniero ら 31を参照してください。 </li></ol></li><li>スキャンした被験者の頭部Coregister、次のように： <ol><li>参加者の頭の上に赤外線検出器を取り付けます。 </li><li>事前定義されたマーカー（チップを用いたナビゲーションシステムを備えたヘッド位置Coregister鼻の、など） 図3を参照してください。それは、すべての段階で正確なコイルの配置を確実にするためにブロック間のcoregistrationを繰り返すことをお勧めします。 </li></ol></li><li>対象地域を探します。 <ol><li>対象はあごが画面から所望の距離に顎置きに載って座っている。 </li><li>これらは、実験ブロック（正確なノイズテンプレート測定のための重要な）の間の運動を控えるように求められますように、参加者は、自分の椅子で快適であることを確認してください。 </li><li>ナビゲーションシステム図3からのTMSのターゲットを選択します。 </li><li>ポインタツールを使用して（ 材料表を参照）、ナビゲーションシステムは、最適なコイルの場所にユーザーを導き、電極キャップに小さなステッカーでマークしてみましょう。それが頭に垂直にポインタを保持することが重要です。前各ブロックにこの段階を繰り返します。それは、ブロック中にオンラインのナビゲーションを使用することを推奨されていないことに注意してください（コイルをナビゲート任意のコイルの動きので）それを保持した状態で、それ自体は、TMSアーチファクトテンプレートの最良の測定のために避けるべきである。これは、事前に定義し、TMSの場所をマーキング安定な刺激を達成するための最適な方法であることが見出された。 </li><li>ホルダに保持された状態で、マーカーにコイルの正確な中心部をガイド。それが頭に接線方向であることを確認してください。 </li></ol></li><li>所望の値にTMS強度を設定します。参加者の承認を得るために1テストパルスを管理します。 </li><li>実験ブロックを実行します。 </li><li>ノーTMS条件：特殊な偽TMSコイルが使用できない場合は、90°で、次の被験者の頭部にTMSコイルを配置し、それを傾けます。空白の試験を含む、いつものようにブロックを実行します。 読者は、ナビゲーションシステムのさらなるデモンストレーションアンドンとZatorre 32でJoveのビデオペーパーを参照することができる。 </li></ol> 4。脳波データを解析し、ERPの計算<ol><li>即時パルスARTIFを削除同法は、次のように： <ol><li>クリップ装置（上記参照）を使用できない場合は、EEGデータの処理の最初のステップは、データから即時TMSパルスアーチファクト自体をカットすることであろう。フィルターが必要ない場合は、この手順をスキップすることができることに注意してください。フィルタが適用されているなら、アーティファクトの鋭いエッジ形状データの歪みが作成されます。パルス発症後10から15ミリ秒の狭い時間枠で十分が、データの目視検査することによって、これを確認してくださいする必要があります。 </li><li>パルスを除去した後に作成した2つの切断端を接続します。これを達成するための2つの主な方法は、これまでの報告で提案されている：1、単純に（Fuggetta ら 26および図1を参照）。一緒にパルスを除去した後に、残りの二つの端部を結合する; 2。それらの7の間の等間隔の値を生成することにより、2つの切断が終了するとの間のラインを補間する。以下のようにこの補間に使用式は、サンプルxにおける各欠落したデータポイントのyについて、YがX 0とy 0はカットセグメントの前に最後のデータ点の座標であり、X 1、Y 0 +（（Y 1-Y 0）*（XX 0））/（X 1-X 0）を =計算及びy 1は、切断後の最初のセグメントのデータ点の座標である。両方の技術は、図1で示したように、フィルタは、鋭い電圧ステップのために波紋を生成することなくデータに適用できることを保証します。より複雑な3次多項式補間にライヘンバッハと同僚27による研究を参照してください。 </li></ol></li><li>差分法を適用します。 <ol><li> （画像が提示されたかのように）存在する場合、無TMS制御条件を含む各実験のブロックについては、時間ロックトライアル開始にそれらをすることによって、空白の画面裁判に平均化し、ERPを計算します。 </li><li>これは、すべての他の刺激条件の各試行からテンプレートを平均した減算します。いくつかのブロックが実行された場合テンプレートはブロック間のわずかに異なることになるのと同じ刺激部位のために、各ブロックごとに個別にこれを行う。 </li></ol></li><li>他の全ての前処理及び処理工程は、任意の他のERPの実験と同様に行われる。 </li></ol>

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著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

正確な時間の点で、比較的良好な空間精度で、瞬間的に選択した皮質領域における正常な神経活性を破壊するユニークな能力を持つ、TMSは因果的に行動や神経生理学的指標で刺激した脳の領域をリンクすることができます。本論文では、機能的に定義皮質領域をターゲットとし、ERPの応答の信頼性の高い測定を可能に分析を適用すること、同時のTMS適用中の脳波を測定するための方法を記載?...

経頭蓋磁気刺激（TMS）は、脳の対象地域における通常の神経活動に瞬間的な干渉を発生させる。この一時的な神経障害を作成し、行動や生理的変化を測定することにより、我々は目標領域と測定された実験的な影響（検討のためにパスクアル·レオンらを参照してください。テイラーら 1,2）の間の因果関係を描くことができます。このような実験的な効果としては、例えば、認知課題や電気生理学的（EEG）活性の変化のパフォーマンス。実際、近年の研究者が直接事象関連電位（ERP）や振動活動パターン（ 例えば 2-7）で皮質領域を関連付ける脳波との組み合わせで、TMSを使用して開始している。 ERPの実験中のfMRI誘導TMS：この方法論の論文では、TMSと脳波を結合するための特定の有用なフレームワークについて説明します。まずは、FMによってあらかじめ定義された領域に、TMSを適用する方法を詳細になりますRI、EEGデータを記録しながら。次に、信頼性の高い、ERPの抽出を可能にする実験計画を説明します。このような実験の目的は、対象とするERPのコンポーネントに機能的MRIで明らかにしたリンク脳領域を因果的にすることです。最後に、我々は、fMRIので明らかにされ、顔や体の選択的領域と顔や体の選択的ERPを関連研究の具体的な例を与える。 fMRIのアクティベーションとEEG信号をリンクするメリットは何ですか？脳波とfMRIのは、視覚入力を皮質の応答を測定するために一般的に使用されるツールです。たとえば、Visual経路におけるカテゴリ選択性は、顔、体の部分、および書かれた言葉は、両方のEEGデータ8,9、および機能的MRI 10月12日から抽出されたERPを用いて、異なる視覚的なオブジェクトカテゴリについて評価した。これらの2の共通の研究ツールで測定された信号は、根本的に異なる性質の、しかし、である。脳波は素晴らしい時間的に神経の電気的活動についての情報を運ぶ精度が、非常に低い空間分解能とは、多数の別個の基礎となる情報源の混合物を反映することができる。 fMRIのは、刺激提示または/およびタスクの実行中に発生する低速な血行動態の変化に依存する神経活動の間接的な尺度を提供していますが、より高い空間分解能で、この活性を示す。 2施策との相関関係を確立することはこのように非常に関心があることができますが、それは、頭皮に記録電気生理学的反応と機能的MRIで明らかにしたエリア間の因果関係を意味するものではないという点で制限されています。 （ 例えば 13〜15）を同時に測定した場合でも、脳波や機能的に定義された皮質領域の活動の間に方向性の因果関係を特定することはできません。 TMSは、そのような因果関係の確立を達成するお手伝いができるツールです。 同時EEG-TMSの研究は主に、EEG信号bに導入された高電圧アーティファクトによる方法論的に困難であるyは磁気刺激（Ilmoniemi ら 16を参照して概説については、 図1を参照）。このアーティファクトは、多くの場合、パルスがこのように関心のあるほとんどのERPコンポーネントを無効にして、 図2（a）に配信された後に数百ミリ秒続くことが遅く、二次（または残留）アーティファクトが続く一過性の短生活パルス関連の障害、から構成されています。この二アーティファクトは、配線や皮膚におけるこれらの電流の低速減少に磁気パルスによって誘導された電流、およびこのような操作によって誘発された頭皮と聴覚や体性感覚誘発電位の上筋活動などの生理的要因などの機械的な情報源を含むことができコイル17〜20。干渉の機械的な要因は、おそらく生理的なものよりも大きな振幅の成果物を生成するが、これらの異なる成果物を分離することができず、信号中のそれらのいずれかの存在は、結果を混乱させることができます。一つの可能​​なので、同時EEG-TMSとは対照的にlutionは、（「オフラインTMS」）を記録する前の脳波への反復的なTMSパルスの印加である。皮質活動上のそのようなプロトコルの阻害効果は、刺激後（半時間まで）、数分間持続し、EEGは、この効果的な時間窓の間に測定し、ベースライン、プレTMS、EEGデータと比較することができる。反復刺激は、しかし、パルスがミリ秒の分解能での試行開始に正確なタイミング角度で投与することができる場合、オンラインTMSは、提供することができる高い時間分解能を欠く定義である。反復刺激の効果はまた、所望のより広い領域にわたって皮質接続を介して伝播し、したがって、有意並びに空間分解能を減少させることができる。 TMSが提供できる空間および時間分解能の両方を活用するために、同時EEG-TMSの組み合わせを適用することができる。しかしながら、これは、アーチファクトの除去のための方法を必要とするEEG信号に対する磁気刺激によって生成される。全く方法が合意されていないものの、TMSアーチファクト除去のための非常にいくつかのオフライン数学のソリューションは、16,21,22提案されており、誰も方法は、すべての実験計画には最適でないかもしれない。サンプル·ホールド回路からなる「クリッピング」のシステムもまた、瞬間的に、TMSパルス配信20時の脳波の取得を停止するために開発されました。この手法は、特殊なハードウェアを必要としますが、完全に残留TMSアーチファクトを除去することはできませんだけではなく。本論文では、ERPの研究のために特に適しThutと同僚19によって開発された脳波-TMS方法論の適応を説明します。 TMSパルスを図2に起因する全ての残留ノイズ成分を除去しながら、この技術は、ERPの信頼性の抽出を可能にする。我々は、さらに成功した脳波-TMS実験に向けた一般的なガイダンスを提供します。 TMS研究におけるもう1つの課題は、私に対処Nこの方法論論文では目的の皮質領域の正確なターゲティングのための最高のコイル位置と角度を見つけることです。我々は、事前取得機能的MRI画像と、被検者の頭部を定位coregisterするナビゲーションシステムの使用を説明する。ナビゲーションシステムは、解剖学的に定義された脳構造をローカライズするために使用することができるが、多くの機能と効果について実験的活性化の正確な位置は、単独で、解剖学的マーカーから推論することができないため、fMRIの誘導標的化は特に有用である。近隣のような機能的領域（ROI）については、領域の定義は、個別に各参加者のために作られている。 上記のすべてを説明するために、EEGは、fMRIのアクティベー7によって案内TMSと同時に記録された我々が以前に行われた研究の例を提供する。本研究では、二重の解離は、顔選択性と体選択性のERPとの間で行われた。ものの、顔と体のERPエンドウ各ERPの応答の基礎となる神経回路網を解離することができまし横後頭葉に個別に定義されている顔選択や体選択性の領域を対象に、同じレイテンシと電極のサイトを中心にkの。最後に、我々は、TMSの適用中に脳波記録を最適化するための、より一般的なアドバイスを提供しようとします。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="596">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">3.0T Signa MRI scanner</td>
			<td style="width:107px;">General Electric</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="63" rowspan="2" style="height:63px;width:209px;">BrainAmp&#160; amplifier&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:107px;"><a name="RANGE!B3">Brain Products GmbH</a></td>
			<td rowspan="2" style="width:113px;">BP-01300</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:209px;">Electrode input box</td>
			<td style="width:107px;">Brain Products GmbH</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;">Optional</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:209px;">PowerPack - battery for amplifier</td>
			<td style="width:107px;">Brain Products GmbH</td>
			<td style="width:113px;">BP-02615</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="146">
			<td height="167" rowspan="2" style="height:167px;width:209px;">BrainCap - 32 flat electrodes on a flexible cap&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:107px;">Brain Products GmbH</td>
			<td rowspan="2" style="width:113px;">BP-0300MR</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">TMS Super Rapid2 stimulator</td>
			<td style="width:107px;">Magstim</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:209px;">50mm double coil</td>
			<td style="width:107px;">Magstim</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="169">
			<td height="169" style="height:169px;width:209px;">Coil holder&#160;</td>
			<td style="width:107px;"></td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;">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</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:209px;">Chinrest</td>
			<td style="width:107px;"></td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">Polaris infrared camera</td>
			<td style="width:107px;">Rogue Research Inc</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">Polaris trackers and pointer tool</td>
			<td style="width:107px;">Rogue Research Inc</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">BrainSight workstation and software</td>
			<td style="width:107px;">Rogue Research Inc</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:209px;">BrainVision Recorder software</td>
			<td style="width:107px;">Brain Products GmbH</td>
			<td style="width:113px;">BP-00010</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:209px;">MATLAB software</td>
			<td style="width:107px;">The MathWorks Icn.</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:209px;">SPM for Matlab</td>
			<td style="width:107px;">Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK&#160;</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:209px;">MarsBar region of interest toolbox for SPM</td>
			<td style="width:107px;"></td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="211">
			<td height="211" style="height:211px;width:209px;">Psychtoolbox for MATLAB</td>
			<td style="width:107px;"></td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;">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</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:209px;">E-Prime software</td>
			<td style="width:107px;">Psychology Software Tools, Inc.</td>
			<td style="width:113px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

extracting visual evoked potentials from eeg data recorded during fmri-guided transcranial magnetic stimulation

経頭蓋磁気刺激（TMS）は皮質領域と認知/神経生理学的効果との間の因果関係を確立するための有効な方法である。具体的には、標的領域の正常な活性を有する過渡的干渉を作成し、電気生理学的信号の変化を測定することによって、我々は刺激された脳領域またはネットワークと我記録電気生理学的信号との間の因果関係を確立することができる。ターゲット脳領域が機能的に前のfMRIスキャンで定義されている場合、TMSは、記録された誘発電位とfMRIのアクティベーションをリンクするために使用することができる。しかし、このような実験を行うことは重要な技術的な磁気パルスによって、EEG信号に導入された高振幅のアーティファクト与え課題、および首尾よく機能的にfMRIので定義されたエリアを対象とする難しさを示している。 TMS、脳波とfMRIを：ここでは、これらの3つの共通のツールを組み合わせるための方法論を説明します。我々は、刺激＆＃をガイドする方法を説明39、所望の標的領域へ​​のSコイル脳波-TMSの組み合わせ、どのように記録されたデータから、信頼性の高いERPを抽出するのに適したERPの研究をどのように設計するか、同時TMS中のEEGを記録する方法を、解剖学的または機能的MRIデータを用いた。我々は、fMRIの誘導TMS顔選択N1とERPのボディ選択N1成分が、線条皮質で明確なニューラルネットワークと関連していることを示すために、脳波と同時に使用された以前に発表された研究からの代表的な結果を提供します。この方法は、TMSと脳波の高時間分解能でのfMRIの高い空間分解能を組み合わせ、したがって、様々な認知過程の神経基盤の総合的な理解を得ることを可能にする。

同時EEG-TMSの調査は後頭側頭頭皮上で記録された顔や体へのERP応答が解離しているかどうかを明らかにするために使用した。視覚刺激が提示されると、顕著なN1成分は、後側方電極部位で記録される。具体的には、N1の成分は、典型的には、他の刺激カテゴリ8,33よりも顔や体のために大きくなっている。顔およびそれらのそれぞれの顔やボディN1成分にfMRIを用いて定義された本体選択?...

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Extracting Visual Evoked Potentials from EEG Data Recorded During fMRI-guided Transcranial Magnetic Stimulation

本稿では、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いて明らかにした活性化によって案内同時経頭蓋磁気刺激（TMS）中に（EEG）データを収集し、脳波を分析するための方法が記載されている。事象関連電位のTMSアーチファクト除去や抽出のための方法は、パラダイムの設計と実験で説明しただけでなく、配慮されている。

fMRIのガイド下経頭蓋磁気刺激中に記録された脳波データからの視覚誘発電位を抽出する

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an effective method for establishing a causal link between a cortical area and cognitive/neurophysiological ...

extracting-visual-evoked-potentials-from-eeg-data-recorded-during

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.7K ビュー.  Tel-Aviv University. 本稿では、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いて明らかにした活性化によって案内同時経頭蓋磁気刺激（TMS）中に（EEG）データを収集し、脳波を分析するための方法が記載されている。事象関連電位のTMSアーチファクト除去や抽出のための方法は、パラダイムの設計と実験で説明しただけでなく、配慮されている。 

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A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical stimulation of the occipital cortex, but also by non-invasive Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)1 of the same cortical regions. The intensity at which a phosphene is induced (phosphene threshold) is a well established measure of visual cortical excitability and is used to study cortico-cortical interactions, functional organization 2, susceptibility to pathology 3,4 and visual processing 5-7. Phosphenes are typically defined by three characteristics: they are observed in the visual hemifield contralateral to stimulation; they are induced when the subject s eyes are open or closed, and their spatial location changes with the direction of gaze 2. Various methods have been used to document phosphenes, but a standardized methodology is lacking. We demonstrate a reliable procedure to obtain phosphene threshold values and introduce a novel system for the documentation and analysis of phosphenes. We developed the Laser Tracking and Painting system (LTaP), a low cost, easily built and operated system that records the location and size of perceived phosphenes in real-time. The LTaP system provides a stable and customizable environment for quantification and analysis of phosphenes.

Phosphenes are transient percepts of light that can be induced by applying Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to visually sensitive regions of cortex. We demonstrate a standard protocol for determining the phosphene threshold value and introduce a novel method for quantifying and analyzing perceived phosphenes.

経頭蓋磁気刺激による閃光を文書化するための斬新なアプローチ

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

神経科学

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

Applications of EEG Neuroimaging Data: Event-related Potentials, Spectral Power, and Multiscale Entropy

When considering human neuroimaging data, an appreciation of signal variability represents a fundamental innovation in the way we think about brain signal. Typically, researchers represent the brain's response as the mean across repeated experimental trials and disregard signal fluctuations over time as "noise". However, it is becoming clear that brain signal variability conveys meaningful functional information about neural network dynamics. This article describes the novel method of multiscale entropy (MSE) for quantifying brain signal variability. MSE may be particularly informative of neural network dynamics because it shows timescale dependence and sensitivity to linear and nonlinear dynamics in the data.

Neuroimaging researchers typically consider the brain's response as the mean activity across repeated experimental trials and disregard signal variability over time as "noise". However, it is becoming clear that there is signal in that noise. This article describes the novel method of multiscale entropy for quantifying brain signal variability in the time domain.

EEGニューロイメージングデータの応用：事象関連電位、スペクトルパワー、およびマルチスケールエントロピー

When considering human neuroimaging data, an appreciation of signal variability represents a fundamental innovation in the way we think about brain ...

Somatosensory Event-related Potentials from Orofacial Skin Stretch Stimulation

Cortical processing associated with orofacial somatosensory function in speech has received limited experimental attention due to the difficulty of providing precise and controlled stimulation. This article introduces a technique for recording somatosensory event-related potentials (ERP) that uses a novel mechanical stimulation method involving skin deformation using a robotic device. Controlled deformation of the facial skin is used to modulate kinesthetic inputs through excitation of cutaneous mechanoreceptors. By combining somatosensory stimulation with electroencephalographic recording, somatosensory evoked responses can be successfully measured at the level of the cortex. Somatosensory stimulation can be combined with the stimulation of other sensory modalities to assess multisensory interactions. For speech, orofacial stimulation is combined with speech sound stimulation to assess the contribution of multi-sensory processing including the effects of timing differences. The ability to precisely control orofacial somatosensory stimulation during speech perception and speech production with ERP recording is an important tool that provides new insight into the neural organization and neural representations for speech.

This paper introduces a method for obtaining somatosensory event-related potentials following orofacial skin stretch stimulation. The current method can be used to evaluate the contribution of somatosensory afferents to both speech production and speech perception.

口腔顔面皮膚ストレッチ刺激から体性感覚事象関連電位

Cortical processing associated with orofacial somatosensory function in speech has received limited experimental attention due to the difficulty of ...

Simultaneous Recording of Electroretinography and Visual Evoked Potentials in Anesthetized Rats

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the electrical responses of the retina to light stimulation, while the VEP measures the corresponding functional integrity of the visual pathways from the retina to the primary visual cortex following the same light event. The ERG waveform can be broken down into components that reflect responses from different retinal neuronal and glial cell classes. The early components of the VEP waveform represent the integrity of the optic nerve and higher cortical centers. These recordings can be conducted in isolation or together, depending on the application. The methodology described in this paper allows simultaneous assessment of retinal and cortical visual evoked electrophysiology from both eyes and both hemispheres. This is a useful way to more comprehensively assess retinal function and the upstream effects that changes in retinal function can have on visual evoked cortical function.

This protocol describes simultaneous measurement of electroretinogram and visual evoked potentials in anesthetized rats.

麻酔ラットにおける電図および視覚誘発電位の同時記録

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Visual Evoked Potential Recordings in Mice Using a Dry Non-invasive Multi-channel Scalp EEG Sensor

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable because of the plunger-spring-barrel structural facet and mechanical strengths resulting from metal materials. The whole process for acquiring the VEP responses in vivo from a mouse consists of four steps: (1) sensor assembly, (2) animal preparation, (3) VEP measurement, and (4) signal processing. This paper presents representative measurements of VEP responses from multiple mice with a submicro-voltage signal resolution and sub-hundred millisecond temporal resolution. Although the proposed method is safer and more convenient compared to other previously reported animal EEG acquiring methods, there are remaining issues including how to enhance the signal-to-noise ratio and how to apply this technique with freely moving animals. The proposed method utilizes easily available resources and shows a repetitive VEP response with a satisfactory signal quality. Therefore, this method could be utilized for longitudinal experimental studies and reliable translational research exploiting non-invasive paradigms.

We designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable. This paper describes the whole process from manufacturing the proposed EEG electrode to signal processing of visual evoked potential (VEP) signals measured on a mouse scalp using a dry non-invasive multi-channel EEG sensor.

誘発電位録画ドライの非侵襲的なマルチ チャネルを使用してマウスの頭皮脳波センサー

For scalp EEG research environments with laboratory mice, we designed a dry-type 16 channel EEG sensor which is non-invasive, deformable, and re-usable ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Event Related Potentials (ERPs) and other EEG Based Methods for Extracting Biomarkers of Brain Dysfunction: Examples from Pediatric Attention Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD)

Neuropsychiatric diagnoses like ADHD are based on subjective methods like interviews, rating scales and observations. There is a need for more brain-based supplements. Stimulant medication is the most common treatment for ADHD. Clinically useful predictors of response have so far not been reported. The aim of this paper is to describe the EEG based methods we apply to extract potential biomarkers for brain dysfunction. Examples relate to biomarkers for pediatric ADHD, and prediction of medication response. The main emphasis is on Event Related Potentials (ERPs).
A nineteen channel EEG is recorded during a 3 min eyes-opened task, a 3 min eyes-closed task, and a 20 min cued visual GO/NOGO task (VCPT). ERPs are recorded during this task. The goal of the ERP protocol is to extract biomarkers of assumed brain dysfunctions that significantly differentiate between a patient group and healthy controls. The protocol includes recording during standard conditions and artifact correction. ERP waves can be used or transformed into latent components. The components of the patient group are compared with controls, empathizing components that, when compared, show relatively high effect sizes. Sub-groups of the patients are selected on the basis of the cluster analysis in the space of the components. Treatment procedure (such as medication, tDCS or neurofeedback protocol) can be applied and the changes in components related to treatment in the subgroups are observed, forming the basis for clinical recommendations.
The methods described were applied in a study of 87 pediatric ADHD patients. The index of medication response discriminated significantly between responders and non-responders with a large, and clinically meaningful effect size (d = 1.84). In an ongoing study comparing ADHD children with matched controls, several variables discriminate significantly between patients and controls. The global index will exceed d = .8. The EEG based methods described here could be clinically meaningful.

Event Related Potentials ERPs and other EEG Based Methods for Extracting Biomarkers of Brain Dysfunction: Examples from Pediatric Attention Deficit/Hyperactivity Disorder ADHD

EEG-methods are applied for extracting biomarkers of brain dysfunctions. The focus is on multi-channel event-related potentials (ERPs) recorded in a cued GO/NOGO task. Non-brain artifacts are corrected and ERPs are compared with the normative data. Examples relate to biomarkers for ADHD diagnosis and prediction of medication response.

脳機能障害のバイオマーカーを抽出するためのイベント関連電位(ERP)および他の脳科学ベースの方法:小児注意欠陥/多動性障害(ADHD)の例

Neuropsychiatric diagnoses like ADHD are based on subjective methods like interviews, rating scales and observations. There is a need for more brain-based ...

Simultaneous Application of Transcranial Direct Current Stimulation during Virtual Reality Exposure

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a form of non-invasive brain stimulation that changes the likelihood of neuronal firing through modulation of neural resting membranes. Compared to other techniques, tDCS is relatively safe, cost-effective, and can be administered while individuals are engaged in controlled, specific cognitive processes. This latter point is important as tDCS may predominantly affect intrinsically active neural regions. In an effort to test tDCS as a potential treatment for psychiatric illness, the protocol described here outlines a novel procedure that allows the simultaneous application of tDCS during exposure to trauma-related cues using virtual reality (tDCS+VR) for veterans with posttraumatic stress disorder (NCT03372460). In this double-blind protocol, participants are assigned to either receive 2 mA tDCS, or sham stimulation, for 25 minutes while passively watching three 8-minute standardized virtual reality drives through Iraq or Afghanistan, with virtual reality events increasing in intensity during each drive. Participants undergo six sessions of tDCS+VR over the course of 2-3 weeks, and psychophysiology (skin conductance reactivity) is measured throughout each session. This allows testing for within and between session changes in hyperarousal to virtual reality events and adjunctive effects of tDCS. Stimulation is delivered through a built-in rechargeable battery-driven tDCS device using a 1 (anode) x 1 (cathode) unilateral electrode set-up. Each electrode is placed in a 3 x 3 cm (current density 2.22 A/m2) reusable sponge pocket saturated with 0.9% normal saline. Sponges with electrodes are attached to the participant&#8217;s skull using a rubber headband with the electrodes placed such that they target regions within the ventromedial prefrontal cortex. The virtual reality headset is placed over the tDCS montage in such a way as to avoid electrode interference.

This manuscript outlines a novel protocol to allow the simultaneous application of transcranial direct current stimulation during exposure to warzone trauma-related cues using virtual reality for veterans with posttraumatic stress disorder.