Name: combined transcranial magnetic stimulation and electroencephalography of the dorsolateral prefrontal cortex
Uploaded: 2018-08-17T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex at JoVE.com

Эта работа частично финансируется NIMH R01 MH112815. Эта работа также была поддержана Темертей Family Foundation, Грант Фонда семьи и Кэмпбелл семья психического здоровья научно-исследовательский институт в центре для наркомании и психического здоровья.

Все экспериментальные процедуры, представленные здесь были утверждены Комитетом наши местные этические рекомендаций Хельсинкской декларации.
1. Глава регистрация на Neuronavigated TMS — ЭЭГ
<ol><li>Получите всю голову высоким разрешением T1-взвешенный структурных МРТ для каждого...

TMS-ЭЭГ позволяет прямой и неинвазивной стимуляции большинства корковых областях и приобретение результате нейронной активности с очень хорошим пространственно временных резолюции30, особенно когда используются нейронавигация. Преимущество этой методологической заране?...

Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) является нейрофизиологическое инструмент, который позволяет для неинвазивной оценки кортикального слоя нейронной активности с помощью быстрого, нестационарных магнитного поля импульсов1. Эти импульсы магнитного поля вызвать слабый ток в поверхностных коры под катушки, которая приводит к деполяризации мембраны. Последующего корковой активации или модуляции непосредственно связана с характеристики катушки, его угол и ориентации на череп2. Волны импульса из катушки и базового состояния нейронов также влияют на результирующий корковой активации3.
TMS позволяет производить оценку корковых функций, вызывая поведенческих или моторных ответов или через прекращение связанных с задачей обработки. Возбудимость спинного мозга cortico процессов может быть оценена путем записи электромиографической ответы (ГРП), вызвал из одного TMS импульсов за моторной коры, тогда как intracortical возбуждающих (intracortical содействие; ICF) и тормозных механизмов (короткие и длинные intracortical торможения; SICI и LICI) может быть исследован с TMS в паре пульс. Повторяющихся TMS может нарушить различных когнитивных процессов, но используется главным образом в качестве лечебного средства для целого ряда нервно-психических расстройств. Кроме того сочетание TMS с одновременным электроэнцефалографии (TMS-ЭЭГ) может использоваться для оценки cortico корковой возбудимости и подключения4. Наконец если администрация TMS поставляется с нейронавигация (НТС), это позволит для точного тестирования тестирование парадигм поскольку точное место стимуляции могут быть записаны. Большинство кортикального слоя мантии могут быть направлены и стимулировали (включая те районы, которые не производят измеримые физические или поведенческие реакции) таким образом коры могут быть функционально сопоставлены.
ЭЭГ сигнала, вызывали от одного или парные пульс TMS может облегчить оценку cortico корковые связи5 и текущее состояние головного мозга. НП индуцированной электрического тока приводит к потенциалы действия, которые можно активировать синапсы. Распределение токов постсинаптических могут быть записаны путем ЭЭГ6. ЭЭГ сигнал может использоваться для количественного определения и обнаружения синаптических текущего распределения через диполя моделирования7 или8минимальные нормы оценки, когда используются многоканальной ЭЭГ и с структурой проводимости головку приходилось. Комбинированные TMS-ЭЭГ могут быть использованы для изучения корковых ингибирующее процессов9, колебания10, cortico корковых11 и межполушарные взаимодействия12и13Пластичность коры головного мозга. Самое главное TMS-ЭЭГ может зонд возбудимости изменения во время задачи когнитивной или мотор с хорошей тест Тестирование надежности14,15. Важно отметить, что СПТ-ЭЭГ имеет потенциал для определения нейрофизиологических сигналы, которые могут служить в качестве предикторов ответ на терапевтических вмешательств (rTMS или фармакологические эффекты) в тест тестирование образцов16,17.
Принципы нейронавигация для НП основана на принципах бескаркасных stereotaxy. Используйте оптических систем отслеживания системы18 , которая использует светоизлучающие камеру, которая взаимодействует с светоотражающие оптические элементы, придает головы (через трекер ссылок) и катушка TMS. Нейронавигация позволяет для локализации катушки на 3-D модели МРТ с помощью оцифровки справочного инструмента или пера. Использование нейронавигация облегчает захват катушки ориентацию, расположение и выравнивание руководителю субъекта, а также оцифровка позиций электрода ЭЭГ. Эти функции необходимы для тест-повторный тест дизайн экспериментов и точной стимуляции в указанном месте в Дорсолатеральное префронтальной коры.
Для того чтобы использовать протокол TMS-ЭЭГ в эксперименте тест тестирование, там должна быть точной ориентации и последовательное стимулирование корковых региона для получения надежных сигналов. TMS-ЭЭГ записи могут быть уязвимы для различных артефактов. TMS индуцированных артефакт на электроды ЭЭГ могут быть отфильтрованы с усилители, которые могут восстановить после задержки19,20 или усилители, которые не могут быть насыщенным21. Однако другие типы артефактов, движения глаз или мигает, черепной мышечной активации в близости электродов ЭЭГ, случайные электрода движения и их поляризации, и катушки нажмите или соматические ощущения должны быть приняты во внимание. Предметом тщательной подготовки, что обеспечивает электрод импедансы ниже 5 kΩ, иммобилизация катушки над электродов и пены между катушкой и электроды для уменьшения вибрации (или заполнитель для ликвидации низкой частоты артефакты22), затычки для ушей и даже слуховой маскировки должны использоваться для сведения к минимуму этих артефактов23. Здесь представлены протокол вводит стандартный процесс для оценки нейрофизиологических функционирования, когда стимуляция применяется над Дорсолатеральное префронтальной (DLPFC). Основное внимание уделяется общих парадигм в паре пульс, которые были проверены в исследованиях M19,,1516.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:869px;" width="868">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:233px;">CED Micro1401-3</td>
			<td style="width:184px;">Cambridge Electronic Design Limited</td>
			<td style="width:221px;">CED Micro1401-3</td>
			<td style="width:231px;">Digital Data Recocrder</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">BISTIM&#39;2 Package Option 1</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>3234-00</td>
			<td>TMS paired pulse stimulator</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Magstim 200&#39;2 Unit (2 items)</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>3010-00</td>
			<td>TMS stimulators</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">UI controller</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>3020-00</td>
			<td>TMS controller</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">BISTIM&#39;2 UI controller</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>3021-00</td>
			<td>TMS controller</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">BISTIM connecting module</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>3330-00</td>
			<td>TMS connecting module</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">D70 Alpha Coil - P/N 4150-00 (Alpha 70mm double coil)</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>4150-00</td>
			<td>TMS coil</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Brainsight</td>
			<td>Rogue-Resolutions</td>
			<td>Brainsight 2</td>
			<td>Neuronavigator</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Model 2024F</td>
			<td>Intronix</td>
			<td>2024F</td>
			<td>Electromyograph</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Neuroscan SynAmps RT 64 channel System</td>
			<td>Compumedics Neuroscan</td>
			<td>9032-0010-01</td>
			<td>Electroencephalograph</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Quick-Cap electrode system 64</td>
			<td>Compumedics Neuroscan</td>
			<td>96050255</td>
			<td>EEG Cap</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combined transcranial magnetic stimulation and electroencephalography of the dorsolateral prefrontal cortex

Транскраниальная магнитная стимуляция (TMS) является неинвазивным методом, который производит нервные возбуждения в коре головного мозга с помощью импульсов краткий, нестационарных магнитного поля. Начало корковой активации или его модуляции зависит от фона активации нейронов коркового региона активирован, характеристики катушки, его положения и его ориентацию в отношении руководителя. TMS в сочетании с одновременным electrocephalography (ЭЭГ) и нейронавигация (НТС ЭЭГ) позволяет для оценки cortico корковой возбудимости и подключения в почти всех корковых областях образом воспроизводимость. Это заранее делает НТС ЭЭГ мощный инструмент, который может точно оценить динамику мозг и нейрофизиологии в тест тестирование парадигм, которые требуются для клинических испытаний. Ограничения этого метода включают артефактов, которые охватывают реактивности первоначальный мозга для стимуляции. Таким образом процесс удаления артефактов могут также извлечь ценную информацию. Кроме того полностью не известны оптимальные параметры для Дорсолатеральное префронтальной стимуляции (DLPFC) и текущие протоколы используют вариации от парадигмы стимуляция моторной коры (M1). Однако развивается НТС ЭЭГ конструкций надеюсь для решения этих вопросов. Здесь представлены протокол вводит некоторые стандартные практики для оценки нейрофизиологических функционирования от стимуляции для DLPFC, которые могут применяться у больных с устойчивостью лечения психических расстройств, которые получают лечение, такие как постоянного тока транскраниальной стимуляции (ЦТД), повторяющихся транскраниальной магнитной стимуляции (rTMS), магнитный захват терапии (MST) или электросудорожной терапии (ЭСТ).

Рисунок 1 A иллюстрирует TMSevoked потенциалов после стимуляции DLPFC над F3 электрода после среднем 100 эпох от каждой сессии один из здоровых добровольцев. На этом рисунке мы подчеркиваем эффект CS на TS по сравнению с одного пульс состояние когда TS прим...

Watch this Scientific Journal Video about Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex at JoVE.com

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Представленные здесь протокол предназначен для TMS-ЭЭГ исследования с использованием intracortical возбудимость тест-повторный тест дизайн парадигмы. Целью протокола является для получения надежных и воспроизводимых корковой возбудимости меры для оценки, нейрофизиологические функционирования связанных с терапевтических вмешательств в лечении психоневрологических заболеваний, таких как депрессия.

Комбинированные транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалография Дорсолатеральное префронтальной коры

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

This method can help answer key questions in the fields of neurology, clinical neurophysiology, and psychiatry by determining neurophysiological signals that may serve as predictors of response to therapeutic interventions. If properly performed, this technique can monitor, reliably and reproducibly, changes in cortical excitability due to these therapeutic interventions. Demonstrating the procedure will be Stacey Shim, a research analyst from our laboratory.To start, first choose a cap that fits the participant's head well. Place the Cz electrode at vertex halfway between the line connecting the nasian and inian. Ensure that all electrodes are tightly touching the scalp and are functioning.Next, adjust the blunt tip of a syringe and fill it with electroconductive gel. Place the tip inside the electrode hole, and then lightly press the plunger until there is some paste on the skin. Then, scrub the scalp with the blunt tip and ensure that paste does not spill out over the top to avoid bridging.Prepare the ground and reference electrodes first. Check that the impedance is under five kiloohms for all electrodes. Electrode preparation determines the quality of the recorded brain signal and minimizes the need of signal processing methods that may remove both noise and brain signal crucial for its study.Now place two disposable EMG disk electrodes with a diameter of about 30 millimeters over the right abductor pollicis brevis muscle, or APB, for a belly-tendon montage. Also place the ground electrode according to the manufacturer's guidelines. Connect the electrodes to the EMG amplifier.Begin by loading a T1-weighted MRI into the navigation system and choosing the cardinal points for registration. Use either MNI or Talairach coordinates of the dorsolateral prefrontal cortex. Then place the head tracker in such a way so that it will not move during the stimulation session, and allow the TMS coil to move freely.Next have the participant insert earplugs, then align the participant's head to the 3D MRI model. To do this, touch the participant's head with the digitizing pen at the cardinal points selected in the MRI. Now validate the registration by placing the digitizing pen on the participant's head and checking the representation on the computer.If needed, calibrate the TMS coil by attaching the trackers to the coil. Then place a polyurethane sponge under the coil to minimize the coil vibration over the electrodes during the TMS pulses. Place the coil on the calibration block so all the trackers are visible from the camera.Then press the calibration button on the computer screen and keep the coil in the calibration position for five seconds. At this point, instruct the participant to rest and remain comfortable with a relaxed back, hands, and legs. Then to find the hotspot, begin by targeting the motor knob as the initial landmark of cortical representation of APB and primary motor cortex, and move the coil until there is corresponding muscle movement.Use TMS intensities evoking motor-evoked thresholds or MEPs of around 500 microvolts over APB. Optimize the coil orientation by changing its angle and tilt to evoke the largest response over the hotspot. Save this coil positioning in the neuronavigator software and reduce the output intensity in steps of 2-3%Then give 10 pulses, and if more than five out of 10 MEP responses over 50 microvolts are obtained, continue reducing the intensity.When less than five out of 10 responses are evoked, start increasing the intensity by steps of 1-2%Motor threshold is represented as the intensity that produces MEPs larger than 50 microvolts five out of 10 times. The interstimulus interval, ISI, for motor threshold should be longer than one second, usually three to five seconds. Next, adjust intensity starting at 120%of motor threshold to produce MEPs over primary motor cortex from 500 to 1500 microvolts.Record 10 pulses with this output, increasing or decrease the intensity in steps of 1-2%until reaching an average of one microvolt. The adjustment of the coil intensity is crucial for targeting the neuronal population under investigation, but also for the quality of the signals. At this point, position the coil over dorsolateral prefrontal cortex and stimulate a few times.If significant artifacts are generated, fine tune the coil placement by moving it slightly away from this location. Now digitize the EEG electrodes so that their position is registered to the brain anatomy. Then replace the earplugs with pneumatic audio earbuds to play white noise audio masking, if desired.And add headphones over them for hearing protection. At this point, mount the coil on the coil holder and make sure that the coil does not move or press the electrodes under it. Finally, run the experiment including single-pulse TMS as well paired-pulse TMS for short intracortical inhibition, intracortical facilitation, and long intracortical inhibition, in a random order for each participant.This figure shows the grand averages of TMS-evoked EEG responses from the dorsolateral prefrontal cortex region of interest electrodes after stimulation. This includes single-pulse TMS, short intracortical inhibition, intracortical facilitation, and long intracortical inhibition. Here we see N100 evoked potential values plotted topographically across all electrodes for each stimulation condition.While attempting this procedure, it's important to prepare the electrodes accurately, to choose the correct stimulation target, and to adjust the stimulation intensity and coil orientation properly. After its development, this technique paved the way for researchers in the field of neuroscience, neurology, clinical neurophysiology, and psychiatry, to explore the corticocortical excitability and connectivity in various brain states, for both healthy volunteers and patients.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Neuroscience

Unit 1

Electromagnetic Induction

SCIENTISTS IN ACTION

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Новый подход для документирования фосфены индуцированные транскраниальной магнитной стимуляции

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

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

Объединение транскраниальной магнитной стимуляции и МРТ по анализу сети Режим по умолчанию

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 ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Использование магнитно-резонансной спектроскопии как инструмент для измерения Би-полушария транскраниальной электрической стимуляции эффектов на первичной моторной коры обмена веществ

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

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

Эффекты переменного тока транскраниальной стимуляции на первичной моторной коры, онлайн комбинированный подход с транскраниальная магнитная стимуляция

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

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

Совместное использование текущего транскраниальной прямой стимуляции и роботизированной терапии для верхней конечности

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Двусторонней оценки кортикоспинальных путей лодыжки мышц используя переход транскраниальная магнитная стимуляция

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Измерение и манипулирование функционально специфическими нейронными путями в моторной системе человека с транскраниальной магнитной стимуляцией

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

Обычные и пороговые транскраниальные тесты магнитной стимуляции для работы одной рукой

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used ...

Комбинированная стимуляция периферических нервов и контролируемый пульс ТМС

Combined Peripheral Nerve Stimulation and Controllable Pulse Parameter Transcranial Magnetic Stimulation to Probe Sensorimotor Control and Learning

В центре внимания автора: Комбинированная стимуляция периферических нервов и транскраниальная магнитная стимуляция с контролируемым пульсовым параметром для зондирования сенсомоторного контроля и обуч

Комбинированная стимуляция периферических нервов и транскраниальная магнитная стимуляция с контролируемым параметром импульса для зондирования сенсомоторного контроля и обучения

Skilled motor ability depends on efficiently integrating sensory afference into the appropriate motor commands. Afferent inhibition provides a valuable ...