Name: brain state-dependent brain stimulation with real-time electroencephalography-triggered transcranial magnetic stimulation
Uploaded: 2019-08-20T14:00:00
Duration: 8 s
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C.$. चिकित्सा संकाय के चिकित्सक वैज्ञानिक कार्यक्रम से समर्थन स्वीकार करता है, टीज़बिनेन विश्वविद्यालय. U.$. जर्मन रिसर्च फाउंडेशन से समर्थन स्वीकार करता है (अनुदान $I 542/ T.O.B. जर्मन रिसर्च फाउंडेशन से समर्थन स्वीकार करता है (अनुदान BE 6091$ 2-1). J.O.N. फिनलैंड की अकादमी से समर्थन स्वीकार करता है (निर्णय संख्या 294625 और 306845). लेखकों के ओपन एक्सेस प्रकाशन कोष द्वारा समर्थन स्वीकार करते हैं टीज़बिनगेन विश्वविद्यालय के.

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C.$. और P.C.G. आंशिक रूप से आर्थिक मामलों और ऊर्जा के लिए जर्मन संघीय मंत्रालय द्वारा अनुसंधान अनुदान के एक अस्तित्व हस्तांतरण के माध्यम से वित्त पोषित कर रहे हैं (अनुदान 03EFJBW169). C.$. नहीं के लिए लाभ चिकित्सा नवाचार नींव के एक अंशकालिक कर्मचारी के रूप में अतिरिक्त रोजगार की रिपोर्ट (Stiftung f]r Medizininnovationen, टीज़िंजेन, जर्मनी); इस फाउंडेशन की एक सहायक कंपनी इस लेख में प्रयुक्त वास्तविक समय प्रोसेसर का उत्पादन कर रही है (मेडिकल इनोवेशन इन्क्यूबेटर जीएमबीएच, टीज़बिनेन, जर्मनी)।

मस्तिष्क-राज्य पर निर्भर ईईजी-ट्रिगर टीएमएस आगामी मस्तिष्क-उत्तेजना प्रभाव8,9,31की प्रभावशीलता और स्थिरता के संबंध में अद्वितीय दृष्टिकोण के साथ एक उपन्यास विधि है। विधि का मुख्य लाभ यह है कि एक कार्यात्मक प्रासंगिक अंतर्जात मस्तिष्क राज्य विशेष रूप से टीएमएस पल्स को गति प्रदान करने के लिए लक्षित किया जा सकता है, संभावित रूप से कम चर और लंबे समय तक चलने मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं11प्रेरित . वास्तविक समय ईईजी-ट्रिगर दोहराव दोहराव टीएमएस sensorimotor के नकारात्मक चरण में - मानव M1 के ताल (यानी, वृद्धि हुई corticospinal excitability की स्थिति, चित्रा 2) काफी मजबूत LTP की तरह plasticity प्रेरित (एमईपी की एक लंबी अवधि की वृद्धि आयाम) मस्तिष्क राज्य स्वतंत्र टीएमएस11,20की तुलना में. अपनी वैज्ञानिक उपयोगिता के अलावा, वास्तविक समय ईईजी-TMS के आवेदन cortical क्षेत्रों के लिए, इस तरह के dorsolateral prefrontal प्रांतस्था (DLPFC) के रूप में, वर्तमान चिकित्सीय मस्तिष्क उत्तेजना प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता को बढ़ाने की क्षमता है.
इस पांडुलिपि में, हम वास्तविक समय ईईजी-टीएमएस के कार्यान्वयन के लिए methodological कदम प्रस्तुत किया. इस विधि के साथ प्रयोगों के चालन के लिए मौलिक आवश्यकताओं रहे हैं, पहले, एक वास्तविक समय डिजिटल बाहर विकल्प के साथ एक TMS-संगत ईईजी प्रणाली का उपयोग और, दूसरा, एक चरण का पता लगाने के कार्यान्वयन के साथ वास्तविक समय संकेत प्रसंस्करण का उपयोग एल्गोरिथ्म24,जो स्थानिक फिल्टर (जैसे, C3 केंद्रित Laplacian फिल्टर) का उपयोग कर दर्ज ईईजी संकेत से वांछित मस्तिष्क ताल (जैसे, sensorimotor - ताल) निकालता है और उत्तेजना लागू होता है जब preselected शर्तों (यानी, चरण और की शक्ति लक्षित मस्तिष्क ताल) मिले हैं. प्रदर्शन और एल्गोरिथ्म की सटीकता ईईजी रिकॉर्डिंग20के SNR पर दृढ़ता से निर्भर करते हैं। इस प्रकार, प्रोटोकॉल के ईईजी तैयारी कदम एक उच्च SNR को प्राप्त करने और टीएमएस की सटीक ट्रिगर सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, और प्रतिभागियों के एक preselection पर विचार करने की आवश्यकता हो सकती है अगर संबंधित लक्ष्य दोलन पर्याप्त रूप से ईईजी के साथ नजर नहीं है में हर व्यक्ति. इसके अलावा, कुंडल और वैक्यूम तकिए के लिए यांत्रिक समर्थन हथियारों का उपयोग भागीदार के सिर को स्थिर करने के लिए सलाह दी जाती है, इलेक्ट्रोड पर कुंडली के अलग-अलग दबाव के कारण कलाकृतियों को कम करने के लिए।
प्रयोगात्मक प्रतिमानों में वास्तविक समय ईईजी-टीएमएस विधि के आवेदन के बारे में, ब्याज की मस्तिष्क लय का चयन भिन्न हो सकते हैं। इस प्रकार, फ़िल्टरिंग के समायोजन लक्षित मस्तिष्क गतिविधि की पहचान की सुविधा के लिए सलाह दी जाती है. हाल ही में, कई स्थानिक फ़िल्टरिंग विधियों को एक कार्यात्मक रूप से प्रासंगिक मस्तिष्क राज्य को इष्टतम रूप से निकालने का प्रस्ताव किया गया है (जैसे, चैनल अंतरिक्ष19में, वर्तमान स्रोत घनत्व13के साथ, स्थानीय स्थानिक फिल्टर11,28 के साथ , और व्यक्तिगत फिल्टर का उपयोग कर के साथ, उदाहरण के लिए, स्थानिक-स्पेक्ट्रल अपघटन29). फिर भी, अभी तक, कोई स्पष्ट विधि सतह ईईजी संकेतों (सेंसर अंतरिक्ष) असली मस्तिष्क दोलन चरण (स्रोत अंतरिक्ष) से निकालने के लिए मौजूद है। भविष्य के अध्ययन है कि सतह और स्रोत अंतरिक्ष संकेतों के पत्राचार का आकलन वास्तविक समय ईईजी एल्गोरिदम की परिशुद्धता में सुधार करने के लिए warranted रहे हैं.
जबकि इस प्रोटोकॉल में हम पर ध्यान केंद्रित किया है 8-14-Hz sensorimotor - ताल corticospinal excitability पर इस दोलन के तात्कालिक चरण के प्रभाव को प्रदर्शित करने के लिए, अन्य दोलनों (उदा, बीटा, थीटा, या इन्फ्रास्लो दोलन) भी हो सकता है एक भूमिका निभाते हैं. इस विधि, सिद्धांत रूप में, कई आरोपित दोलनों (जैसे, अल्फा के एक नकारात्मक चक्र और गामा के एक साथ सकारात्मक चोटी) सहित एक पर्याप्त SNR के साथ अलग किया जा सकता है कि किसी भी दोलन के लिए चरण को लक्षित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
वास्तविक समय ईईजी-TMS प्रयोगों का एक मुख्य सीमा है कि मस्तिष्क स्रोतों के संबंध में spatiotemporal संकल्प दृढ़ता से कलाकृति घटना और उत्तेजना की स्थिरता पर निर्भर है. इसलिए, प्रोटोकॉल की एक महत्वपूर्ण शर्त एल्गोरिथ्म के प्रदर्शन की निगरानी है (यानी, यह सुनिश्चित करना है कि उत्तेजना न्यूरॉन का पता लगाने पर होता है और प्रयोग के दौरान artifactual गतिविधि नहीं). इसके अलावा, उत्तेजना कुंडली के इष्टतम और लगातार स्थिति के लिए neuronavigation का उपयोग (विशेष रूप से ऐसे DLPFC के रूप में उत्तेजना साइटों का उपयोग कर प्रयोगात्मक प्रतिमानों में) में परिवर्तनशीलता के कारण प्रतिक्रिया परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए उपयोगी है कुंडली की स्थिति. नोट भी, एक और सीमा के रूप में, कि विशेष रूप से चयनित और विन्यस्त EEG/EMG, TMS, और वास्तविक समय प्रसंस्करण उपकरणों की आवश्यकता है, तैयारी और इस तरह से प्रयोग के संचालन में अनुभव के साथ के रूप में प्रतिक्रिया के बाहरी स्रोतों को कम करने के लिए परिवर्तनशीलता जो तात्कालिक मस्तिष्क-अवस्था के प्रभाव को छुपा सकती है.
अंत में, हम वास्तविक समय ईजी-TMS प्रयोगों के संचालन के लिए एक मानक प्रोटोकॉल का प्रदर्शन किया और ब्याज के अंतर्जात मस्तिष्क राज्यों के उपयोग के लिए एक उपन्यास विधि शुरू की (यानी, पूर्वचयनित चरणों और एक लक्षित अंतर्जात मस्तिष्क दोलन की शक्ति) मस्तिष्क उत्तेजना को गति प्रदान करने के लिए. वास्तविक समय ईईजी-टीएमएस विधि का उपयोग कर इसके अलावा अनुसंधान methodological सुधार की अनुमति है और अध्ययन और मानव मस्तिष्क नेटवर्क के मॉडुलन के लिए प्रभावी प्रोटोकॉल के विकास की सुविधा होगी.

टीएमएस noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित विधि है और चल रहे नेटवर्क गतिशीलता और उच्च spatiotemporal परिशुद्धता1के साथ corticocortical और corticospinal तंत्रिका रास्ते के अध्ययन के विशिष्ट मॉडुलन सक्षम बनाता है. जब प्राथमिक मोटर प्रांतस्था उत्तेजक (M1), तंत्रिका प्रतिक्रिया मोटर evoked क्षमता के रूप में मात्रा निर्धारित किया जा सकता है (MEPs), साथ ही TMS-evoked ईईजी क्षमता. MEPs लक्ष्य मांसपेशियों की इलेक्ट्रोमाइग्राफी (ईएमजी) द्वारा दर्ज किया जा सकता है, और उनके आयाम corticospinal उत्तेजना को दर्शाता है जब प्राथमिक मोटर प्रांतस्था2उत्तेजक .
जांच और स्वस्थ अध्ययन प्रतिभागियों में और रोगियों में मस्तिष्क नेटवर्क को मॉडलेट करने के लिए एक वैज्ञानिक उपकरण के रूप में noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना की अद्वितीय क्षमता के बावजूद, टीएमएस अध्ययन बड़े परीक्षण से परीक्षण और अंतर-व्यक्तिगत परिवर्तनशीलता से पीड़ित के प्रतिक्रियाएं3,4,5. विशेष रूप से, corticospinal excitability और plasticity के टीएमएस अध्ययन में, एमईपी प्रतिक्रियाओं, साथ ही प्रेरित दीर्घकालिक potentiation (LTP)- या दीर्घकालिक अवसाद (LTD)-जैसे प्लास्टिक, उच्च आंतरिक परिवर्तनशीलता प्रदर्शन, यहां तक कि जब उत्तेजना पैरामीटर सावधानी से नियंत्रित कर रहे हैं3,4. हालांकि, पशु अध्ययन से सबूत इंगित करता है कि प्रतिक्रियाओं की मनाया परिवर्तनशीलता "यादृच्छिक शोर" के लिए कारण नहीं है, लेकिन इसके बजाय उत्तेजना के समय में अस्थिर मस्तिष्क राज्यों से संबंधित है6. तदनुसार, एक वास्तविक समय मस्तिष्क राज्य पर निर्भर उत्तेजना प्रतिमान में ईईजी के साथ टीएमएस के संयोजन के द्वारा (यानी, ईईजी ट्रिगर टीएमएस), अस्थिर तात्कालिक मस्तिष्क राज्य उत्तेजना समय का अनुकूलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकताहै 7,8, 9 , 10|
कई अध्ययनों से टीएमएस-संगत ईईजी सिस्टम11,12का उपयोग कर न्यूरोनल उत्तेजना के लिए चल रहे तंत्रिका दोलनों के तात्कालिक चरण से संबंधित है। आधुनिक ईईजी एम्पलीफायरों बड़े विद्युत चुम्बकीय टीएमएस कलाकृतियों को संभाल कर सकते हैं, और तेजी से अच्छी तरह से स्थापित प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल टीएमएस13के साथ ईईजी के संयोजन के लिए मौजूदहैं,14 और टीएमएस से संबंधित ईईजी के बाद तदर्थ हटाने कलाकृतियों15,16. जबकि टीएमएस पर ईईजी द्वारा मूल्यांकन के रूप में पूर्व उत्तेजना मस्तिष्क राज्य के प्रभाव-उत्तेजित प्रतिक्रियाओं बेतरतीब ढंग से लागू टीएमएस उत्तेजनाओं कि तदर्थ17के बाद हल कर रहे हैं के साथ मूल्यांकन किया जा सकता है,18, एक पूर्वनिर्धारित मस्तिष्क में टीएमएस के दोहराव आवेदन राज्य वास्तविक समय ईईजी-ट्रिगर टीएमएस11,19 कीआवश्यकता है।
यहाँ, एक कस्टम millisecond-रिज़ॉल्यूशन ईईजी-ट्रिगर टीएमएस सेटअप चल रहे मस्तिष्क दोलनों के एक पूर्व निर्धारित चरण के साथ टीएमएस दालों सिंक्रनाइज़ करने के लिए प्रयोग किया जाता है11, प्रदर्शन है कि नकारात्मक ईईजी विक्षेप के एक उच्च करने के लिए मेल खाती है संक्षिप् त उत् तेधनता स्थिति (बड़े एमईपी आयाम की ओर ले जाने वाली ) धनात्मक ईईजी विक्षेप8,11,12,20की तुलना में . इस पांडुलिपि में, हम मानव मस्तिष्क नेटवर्क का अध्ययन करने के लिए वास्तविक समय ईईजी-ट्रिगर टीएमएस प्रोटोकॉल के संचालन के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>EEG and EMG recording systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG/EMG amplifier&#160;</td>
			<td>NeurOne with Real-time Digital Out, Bittium Biosignals Ltd., Finland</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMS device&#160;</td>
			<td>MAG &#38; More Research 100, MAG &#38; More GmbH, Munich, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software&#160;</td>
			<td>Mathworks Simulink Real-Time (Mathworks Ltd, USA)&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo infrared camera neuronavigation system including reflective head tracker, pointer tool, head tracker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental control PC that is connected to the EEG system, the TMS stimulator, the real-time device and the neuronavigation system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG electodes, EMG electrodes, syringes, abrasive and conductive gel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic wrap and adhesive tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

brain state-dependent brain stimulation with real-time electroencephalography-triggered transcranial magnetic stimulation

मस्तिष्क के लिए एक उत्तेजना का प्रभाव न केवल उत्तेजना के मापदंडों पर निर्भर करता है, लेकिन यह भी उत्तेजना के समय में मस्तिष्क गतिविधि की गतिशीलता पर. इलेक्ट्रोएन्सेफेलोग्राफी (ईईजी) और ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) का संयोजन एक वास्तविक समय मस्तिष्क राज्य पर निर्भर उत्तेजना प्रणाली में मस्तिष्क गतिविधि, cortical excitability, और plasticity प्रेरण की गतिशीलता के संबंधों के अध्ययन की अनुमति देता है . यहाँ, हम एक वास्तविक समय डेटा विश्लेषण प्रणाली का उपयोग चल रहे ईईजी दोलनों के चरण के साथ मस्तिष्क उत्तेजना के समय सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक नव विकसित विधि का प्रदर्शन. यह वास्तविक समय ईईजी ट्रिगर मानव मोटर प्रांतस्था के TMS, जब टीएमएस sensorimotor के EEG नकारात्मक चोटी के साथ सिंक्रनाइज़ किया जाता है -अल्फा (8-14 हर्ट्ज) ताल, अंतर corticospinal excitability और plasticity प्रभाव दिखाया गया है. इस विधि के उपयोग से पता चलता है कि तात्कालिक मस्तिष्क राज्य के बारे में वास्तविक समय जानकारी प्रभावशाली प्लास्टिक प्रेरण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, इस दृष्टिकोण व्यक्तिगत ईईजी सिंक्रनाइज़ मस्तिष्क उत्तेजना जो अधिक प्रभावी चिकित्सीय मस्तिष्क उत्तेजना प्रोटोकॉल के विकास के लिए नेतृत्व कर सकते हैं सक्षम बनाता है.

मानव प्राथमिक मोटर प्रांतस्था में वास्तविक समय ईईजी-ट्रिगर टीएमएस के उपयोग से अंतर corticospinal excitability और plasticity प्रभाव का पता चलता है. ऊपर वर्णित प्रोटोकॉल का उपयोग करना, वास्तविक समय ईईजी-टीएमएस लागू किया गया था, यादृच्छिक क्रम में तीन ट्रिगर स्थितियों (सकारात्मक शिखर, नकारात्मक चोटी, और यादृच्छिक चरण) में अंतर्जात sensorimotor के चल रहे ईईजी दोलनचरण चरण के साथ टीएमएस सिंक्रनाइज़ . एक Laplacian ईईजी असेंबल चार आसपास इलेक्ट्रोड के औसत करने के लिए ईईजी इलेक्ट्रोड C3 को संदर्भित करके sensorimotor को निकालने के लिए इस्तेमाल किया गया था (FC1, FC5, CP1, और CP5). चित्र 2क तीन पूर्वनिर्धारित स्थितियों के लिए टीएमएस स्पंद से पहले 400 एमएस में औसत पूर्व उत्तेजक ईईजी संकेत दिखाता है। दाहिने हाथ की मांसपेशियों से दर्ज किए गए औसत एमईपी को चित्र 2खमें दर्शाया गया है। इन परिणामों से पता चलता है कि जेड-rhythm के नकारात्मक ईईजी विक्षेप एक उच्च cortical excitability राज्य से मेल खाती है (बड़े एमईपी आयाम के लिए अग्रणी) के रूप में सकारात्मक ईईजी विक्षेप की तुलना में, नोट कोर्टिकोस्पिनल के कम अंतरापरीक्षण परिवर्तनशीलता के साथ उत्तेजना प्रभाव, चित्र 2cमें प्रस्तुत |
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59711/59711fig1.jpg"> चित्रा 1 : मस्तिष्क-राज्य पर निर्भर ईईजी चरण-ट्रिगर टीएमएस। Scalp ईजी कच्चे डेटा एक पांच चैनल Laplacian असेंबल बाएं sensorimotor प्रांतस्था पर सी 3 इलेक्ट्रोड पर केंद्रित से व्युत्पन्न एक वास्तविक समय डिजिटल संकेत प्रसंस्करण प्रणाली द्वारा नमूना द्वारा नमूना प्राप्त किया गया था. (क) ईईजी डेटा की 500-ms स्लाइडिंग विंडो को एल्गोरिथ्म द्वारा हर 2 एमएस (ख) बैंड-पास फ़िल्टरिंग और किनारे कलाकृतियों को हटाने के बाद संकेत संसाधित किया गया था। (ग) डेटा की विंडो से परिकलित एक ऑटोरेग्रेसिव पूर्वानुमान मॉडल पर आधारित आगे-पूर्वनिर्धारित संकेत (लाल ट्रेस)। समय शून्य पर चरण ("ठीक है अब") एक हिल्बर्ट रूपांतरण का उपयोग कर अनुमान लगाया गया था, वर्णक्रमीय शक्ति डेटा की खिड़की से अनुमान लगाया गया था. टीएमएस stimulator एक पूर्वनिर्धारित चरण और वर्णक्रमीय आयाम हालत से मुलाकात की थी जब ट्रिगर किया गया था. बाएं प्राथमिक मोटर प्रांतस्था पर टीएमएस सतह EMG के साथ दर्ज की गई दाहिने हाथ की मांसपेशियों में MEPs के परिणामस्वरूप. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59711/59711fig1large.jpg" target="_blank">कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59711/59711fig2.jpg"> चित्रा 2: एक अनुकरणीय विषय से डेटा जो बाएं एम पर वास्तविक समय ईईजी-ट्रिगर टीएमएस प्राप्त किया 1 , के चरण को लक्षित 10 हर्ट्ज sensorimotor --rhythm. एक सौ उत्तेजनाओं प्रत्येक तीन चरण-ट्रिगर शर्तों (सकारात्मक शिखर, नकारात्मक शिखर, और यादृच्छिक चरण) के अनुसार एक निरंतर न्यूनतम के साथ संयोजन में लागू किए गए थे 10 हर्ट्ज वर्णक्रमीय शक्ति सीमा शर्त, यादृच्छिक क्रम में, के साथ एक अंतरापरीक्षण अंतराल के साथ लगभग 3 एस. एक Laplacian ईईजी असेंबल चार आसपास इलेक्ट्रोड के औसत करने के लिए ईईजी इलेक्ट्रोड C3 को संदर्भित करके sensorimotor को निकालने के लिए इस्तेमाल किया गया था (FC1, FC5, CP1, और CP5). (क) तीन स्थितियों के लिए टीएमएस स्पंद से पहले 400 एमएस में औसत पूर्व उत्तेजक ईईजी संकेत। (ख) मोटर का औसत ईएमजी ट्रेस प्रत्येक स्थिति के लिए सही अपकेक पोलिकिस ब्रेविस पेशी से दर्ज की गई क्षमता (एमईपी) का आह्वान करता है। (ग) प्रत्येक परीक्षण के पीक-टू-पीक एमईपी आयाम (माइक्रोवोल्ट में) समय के साथ, ट्रिगर स्थिति के अनुसार। ध्यान दें कि MEPs नकारात्मक शिखर स्थिति में सबसे बड़ा है, सकारात्मक शिखर स्थिति में सबसे छोटी है, और यादृच्छिक चरण हालत में मध्यवर्ती. (घ) प्रत्येक स्थिति में माध्य एमईपी आयाम को त्रुटि सलाखों के साथ माध्य की मानक त्रुटि का चित्रण करते हुए दर्शाया गया है। ध्यान दें कि विशेष रूप से स्पष्ट प्रभाव वाले प्रतिभागी को चित्रण उद्देश्यों के लिए चुना गया है और यह कि यह प्रभाव आकार समूह औसत के लिए प्रतिनिधि नहीं है. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59711/59711fig2large.jpg" target="_blank">कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.</a>

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Brain State-dependent Brain Stimulation with Real-time Electroencephalography-Triggered Transcranial Magnetic Stimulation

वास्तविक समय इलेक्ट्रोएन्सेफेलोग्राफी के साथ मस्तिष्क राज्य पर निर्भर मस्तिष्क उत्तेजना-ट्रिगर ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना

यह पत्र मानव मस्तिष्क नेटवर्क का अध्ययन और संगलन करने के लिए वास्तविक समय इलेक्ट्रोएन्सेफेलोग्राफी-ट्रिगर ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना का वर्णन करता है।

The effect of a stimulus to the brain depends not only on the parameters of the stimulus but also on the dynamics of brain activity at the time of the ...

विधि वास्तविक समय मस्तिष्क राज्य निर्भर मस्तिष्क उत्तेजना के लिए ईईजी और टीएमएस को जोड़ती है। यह टीएमएस पार्सल को चल रहे अंतर्जात मस्तिष्क दोलनों के विशिष्ट चरण के साथ सिंक्रोनाइज्ड करने में सक्षम बनाता है। मस्तिष्क उत्तेजना एक विशिष्ट ईईजी परिभाषित मस्तिष्क राज्य के साथ व्यक्तिगत टीएमएस दालों को सिंक्रोनाइज करके मस्तिष्क को मॉडुलन करने की एक तकनीक है।उत्तेजना के प्रभाव को अनुकूलित किया जा सकता है। मानक टीएमएस पहले से ही स्ट्रोक और अवसाद जैसे न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग रोगों के इलाज के लिए प्रयोग किया जाता है। ईईजी-सिंक्रोनाइज्ड टीएमएस में व्यक्तिगत उत्तेजना प्रोटोकॉल का उपयोग करके उपचार परिणामों में सुधार करने की क्षमता है।हम ईईजी-सिंक्रोनाइज्ड टीएमएस का भी उपयोग करते हैं ताकि मानव में मस्तिष्क दोलनों के बुनियादी न्यूरोफिजियोलॉजी की जांच की जा सके, जो उत्तेजनाओं के समान हैं लेकिन विभिन्न मस्तिष्क राज्यों के दौरान लागू होते हैं। प्रभाव सूक्ष्म हो सकते हैं और प्रायोगिक परिवर्तनशीलता के अन्य स्रोतों द्वारा आसानी से धोए जाते हैं। हमने पाया कि कम उत्तेजना तीव्रता कॉर्टिकल स्पाइनल उत्तेजना पर संवेदी मोटर ताल के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए सबसे अच्छा काम करता है।एक बंद लूप प्रयोग मस्तिष्क गतिविधि का संचालन करने के लिए खोपड़ी की सतह से ईईजी क्षमता के माध्यम से दर्ज किया जाता है जो ईईजी एम्पलीफायर द्वारा डिजिटाइज्ड होते हैं। संकेत तो ईईजी मुख्य इकाई के लिए गुजरता है और वहां से realtime डिवाइस है जो उत्तेजक को नियंत्रित करता है, जिससे मापने और मस्तिष्क गतिविधि मॉड्यूलिंग के बीच संकेत पाश बंद । रियलटाइम डिवाइस ईईजी दोलनों का विश्लेषण करता है और टीएमएस उत्तेजक को ट्रिगर सिग्नल भेजता है जब सिर पर रखे गए टीएमएस कॉइल के माध्यम से एक संक्षिप्त वर्तमान नाड़ी को पारित करने के लिए एक पूर्व निर्धारित ट्रिगर स्थिति पूरी की जाती है।प्रयोग के दौरान सिर पर कुंडली की स्थिति पर न्यूरो नेविगेशन डिवाइस से नजर रखी जाएगी। ईईजी सिस्टम के रियलटाइम आउटपुट को रियलटाइम डिवाइस इनपुट से कनेक्ट करें और रियलटाइम डिवाइस के आउटपुट को टीएमएस उत्तेजक के ट्रिगर इनपुट से कनेक्ट करें। सिस्टम में अध्ययन प्रतिभागी को पंजीकृत करें, यह सुनिश्चित करें कि प्रोटोकॉल ईईजी कैप के लेआउट से मेल खाता है और प्रासंगिक चैनलों को रीयलटाइम आउटपुट पर भेजा जाता है।रियलटाइम डिवाइस को नियंत्रित करने वाले कंप्यूटर पर रियलटाइम डिवाइस को नियंत्रित करने के लिए सॉफ्टवेयर लोड होता है और यह सुनिश्चित करता है कि रियलटाइम इनपुट चैनल ईईजी सिस्टम के विन्यास से मेल खाते हैं। फिर टीएमएस उत्तेजक को चालू करें और विन्यास को बाहरी ट्रिगर करने के लिए सेट करें। कुंडली की स्थिति की निगरानी करने के लिए और एक सटीक और सुसंगत टीएमएस को प्राप्त करने के लिए भीतर और सत्रों में लक्षित प्रत्येक प्रतिभागी के लिए प्रयोग शुरू करने से पहले नेविगेशन सिस्टम सॉफ्टवेयर में व्यक्तिगत संरचनात्मक एमआरआई डेटा लोड ।इसके बाद उत्तेजना कुंडली में कुंडली का ट्रैकर लगाकर कुंडली को कैलिब्रेट करें। जब सिस्टम तैयार हो जाता है, तो अध्ययन प्रतिभागी के सिर पर उचित आकार की ईईजी कैप रखें और कैप को सही ढंग से स्थिति में रखने के लिए टेप को मापने का उपयोग करें। बालों को एक तरफ धकेलें ताकि खोपड़ी दिखाई दे और एक घर्षण जेल आवेदन के साथ खोपड़ी तैयार करें।इसके बाद इलेक्ट्रोड पर प्रवाहकीय जेल लगाएं और जांच करें कि ईईजी इलेक्ट्रोड बाधाएं पांच किलोओएचएमएस से नीचे हैं। ईईजी कैप को प्लास्टिक की चादर से कवर करें और ईईजी विरूपण साक्ष्य परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए केबल को एक निश्चित स्थिति में रखने के लिए प्लास्टिक की चादर के ऊपर एक जाल टोपी फिट करें। फिर कई परतों की स्थिरता बढ़ाने के लिए चिपकने वाला टेप लागू करें और पूरे प्रयोग में स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए विषय के सिर पर एक चिंतनशील सिर ट्रैकर टेप करें।सतह ईएमजी इलेक्ट्रोड को साफ और abraded लक्ष्य मांसपेशियों को संलग्न करें और बुरे इलेक्ट्रोड के लिए चल रहे ईईजी और ईएमजी संकेतों का नेत्रहीन निरीक्षण करें। लाइन शोर पिकअप को कम करने के लिए द्विध्रुवी ईएमजी केबल को एक साथ और अध्ययन प्रतिभागी के शरीर के करीब रखें। फिर प्रासंगिक शारीरिक स्थलों के साथ हेड मॉडल को सह-पंजीकृत करने के लिए सूचक उपकरण का उपयोग करें और ईईजी गतिविधि के व्यक्तिगत स्रोतों के बाद के अनुमान को सक्षम करने के लिए ईईजी सेंसर स्थानों को इंगित करें।एक रीयलटाइम ईईजी-सिंक्रोनाइज्ड टीएमएस प्रयोग करने के लिए सबसे पहले सटीक स्थान निर्धारित करें जहां मोटर कॉर्टेक्स का टीएमएस हाथ की मांसपेशियों से सबसे मजबूत मोटर प्रतिक्रिया पैदा करता है। इसके बाद न्यूरो-नेविगेशन सॉफ्टवेयर में इस हॉटस्पॉट और कॉइल पोजीशन को मार्क करें। इसके बाद एक वैक्यूम तकिया के साथ विषय के सिर को ठीक करें और एक यांत्रिक हाथ के साथ हॉटस्पॉट स्थान में कुंडली को ठीक करें।दहलीज उत्तेजना तीव्रता निर्धारित करने के लिए धीरे-धीरे उत्तेजना तीव्रता को समायोजित करें जब तक कि टीएमएस दालों के 50% मोटर प्रतिक्रिया में परिणाम नहीं देते हैं। यहां तीव्रता को दहलीज तीव्रता का ११०% तक सेट किया गया है । एक विशिष्ट दोलन निकालने के लिए कई ईईजी चैनलों को संयोजित करने के लिए रीयलटाइम सिस्टम को कॉन्फ़िगर करने के लिए, संवेदी मोटर ताल निकालने के लिए इलेक्ट्रोड सी 3 पर केंद्रित पांच चैनल लैपलैक्सियन स्पेसियल फिल्टर का उपयोग करें।इस दोलन के सकारात्मक या नकारात्मक शिखर पर टीएमएस को ट्रिगर करने के लिए चरण ट्रिगर स्थिति को वास्तविक समय डिवाइस को हथियार देने से पहले प्रत्येक परीक्षण के लिए शून्य या चरण पीआई को बेतरतीब ढंग से चरण में सेट किया जाता है और अनुक्रम को हर दो सेकंड में लूप पर दोहराया जाता है। फिर चरण विशिष्ट उत्तेजना प्रभावों में अंतर करने के लिए पर्याप्त संख्या में परीक्षण प्राप्त करने के लिए लगभग 10 मिनट तक प्रयोग चलाएं। प्रयोग के दौरान न्यूरो-नेविगेशन सिस्टम पर कुंडली की स्थिति पर नजर रखी जाएगी और ईईजी सिस्टम पर ईईजी और ईएमजी सिग्नल पर नजर रखी जाएगी ।कच्चे डेटा के साथ-साथ पूर्व-उत्तेजना ईईजी और प्रत्येक स्थिति के लिए उत्तेजना के बाद की मांसपेशी प्रतिक्रिया भी ईईजी प्रणाली पर प्रदर्शित की जाती है। रियलटाइम डिवाइस ब्याज के दोलन को अलग करने के लिए ब्याज और बैंड पास फ़िल्टरिंग के मस्तिष्क क्षेत्र को लक्षित करने के लिए स्थानिक फ़िल्टरिंग करेगा, जो ऑटोरिलुंसिव फॉरवर्ड भविष्यवाणी और हिलबर्ट ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके तात्कालिक आयाम और चरण का आकलन करेगा। इसके बाद इस सिग्नल की तुलना ट्रिगर कंडीशन से की जाती है।यदि बिजली की दहलीज और चरण की स्थिति को पूरा किया जाता है तो उत्तेजक शुरू हो जाता है। प्रदर्शित ऑनलाइन रनिंग औसत का उपयोग करके, प्रयोग के दौरान चरण लक्ष्यीकरण की सटीकता और मांसपेशियों की प्रतिक्रिया पर चरण के प्रभाव का अनुमान लगाया जा सकता है। इन आंकड़ों में तीन पूर्वनिर्धारित स्थितियों और औसत प्राप्त मोटर पैदा करने वाली क्षमता के लिए टीएमएस पल्स से पहले 400 मिलीसेकंड में एक औसत पूर्व-उत्तेजना ईईजी संकेत दिखाया गया है।इन परिणामों को एक साथ लिया गया यह प्रदर्शित करता है कि सूक्ष्म-ताल का नकारात्मक ईईजी विक्षेप एक उच्च कॉर्टिकल उत्तेजना राज्य से मेल खाता है जिससे उच्च मोटर ने विख्यात कोर्टिकोस्पिनल उत्तेजना प्रभावों के कम अंतर-परीक्षण परिवर्तनशीलता के साथ सकारात्मक ईईजी विक्षेप की तुलना में संभावित आयाम पैदा किए। हमें एक स्थिर और स्वच्छ ईईजी संकेत की आवश्यकता है। कुंजी एक अच्छी तरह से तैयार अध्ययन भागीदार है जो आराम से, आरामदायक और अभी भी बैठने में सक्षम है।यह जांच करने के लिए प्लग और प्ले विधि का उपयोग करना एक आसान है कि क्या बड़े पैमाने पर कॉर्टिकल कनेक्टिविटी राज्यों में क्षोभ आधारित प्रयोगों में कारण प्रभाव पड़ता है। एक स्थानीयकृत दोलन को देखते हुए, यह सिर्फ पहला कदम है । हम इस तकनीक से निष्कर्षों का उपयोग करने के लिए पता चलता है कि दोहराव TMS चल रहे संवेदी मोटर दोलन परिणाम और प्लास्टिसिटी की तरह दीर्घकालिक शक्तिशाली की एक नकारात्मक चोटी है सक्षम है ।टीएमएस एक सुरक्षित और दर्द रहित प्रक्रिया है। एक बहुत ही दुर्लभ दुष्प्रभाव कमजोर व्यक्तियों में मिर्गी की जब्ती है और कभी-कभी हल्के अस्थायी सिरदर्द हो सकते हैं।

Research

JoVE Journal

Behavior

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

Songbirds में श्रवण उत्तेजना के साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI)

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना के दौरान एक साथ ईईजी निगरानी

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial चुंबकीय उत्तेजना के साथ लिप मोटर प्रांतस्था उत्तेजक

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना और एक साथ फंक्शनल मैग्नेटिक रेसोनेंस इमेजिंग

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

कारण मस्तिष्क व्यवहार रिश्तों और उनके समय पाठ्यक्रम की जांच के लिए transcranial चुंबकीय उत्तेजना

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

सेरिबैलम के Transcranial प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना का उपयोग modulating अनुभूति

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain ...

Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning

धारणा और सीखने का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में Electrophysiological कॉर्टेक्स रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के साथ शटल-बॉक्स प्रशिक्षण संयुक्त

Shuttle-box avoidance learning is a well-established method in behavioral neuroscience and experimental setups were traditionally custom-made; the ...

Vagus Nerve Stimulation as a Tool to Induce Plasticity in Pathways Relevant for Extinction Learning

एक उपकरण के रूप में Vagus तंत्रिका उत्तेजना विलुप्त होने सीखने के लिए प्रासंगिक रास्ते में Plasticity प्रेरित करने के लिए

Extinction describes the process of attenuating behavioral responses to neutral stimuli when they no longer provide the reinforcement that has been ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

वाचाघात के लिए Neuronavigation निर्देशित दोहराव transcranial चुंबकीय उत्तेजना

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

Transcranial बारी वर्तमान उत्तेजना के दौरान समवर्ती Electroencephalography रिकॉर्डिंग (दूसस)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...