Extrahieren von visuell evozierten Potentiale von EEG-Daten aufzeichnen Während fMRI-geführte Transkranielle Magnetstimulation

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) erzeugt momentane Störung der normalen neuralen Aktivität in Zielbereichen des Gehirns. Durch die Schaffung dieser Übergangs neuronalen Störungen und Messen einer Verhaltens-oder physiologische Veränderung, können wir einen Kausalzusammenhang zwischen dem Zielgebiet und der gemessenen experimentellen Effekt zu ziehen (für eine Übersicht siehe Pascual-Leone et al. Und Taylor et al. ^1,2). Solche experimentellen Effekt kann z. B. eine Leistung auf einer kognitiven Aufgabe oder eine Änderung der elektrophysiologischen (EEG)-Aktivität. In der Tat, in den letzten Jahren haben Forscher mit TMS in Kombination mit EEG, direkt mit ereigniskorrelierten Potenziale (ERP) oder Schwingungsaktivitätsmuster (z. B. ^2-7) beziehen kortikalen Arealen gestartet. FMRI-geführte TMS während einer ERP-Experiment: In dieser methodischen Papier werden wir einen besonderen und sinnvollen Rahmen für die Kombination von TMS und EEG zu beschreiben. Zuerst werden wir ausführlich, wie TMS, um Bereiche von fM vordefiniert geltenRI, während der Aufnahme EEG-Daten. Wir werden dann beschreiben ein experimentelles Design, das zuverlässige Extraktion von ERP ermöglicht. Das Ziel eines solchen Experiments ist, Link Hirnregionen mit funktioneller MRT zu ERP-Komponenten von Interesse zeigte kausal. Schließlich haben wir ein konkretes Beispiel einer Studie über Gesicht und Körper selektive ERPs mit Gesicht und Körper selektiven Bereichen, die mit fMRI zeigte sich geben.

Was ist der Vorteil der Verknüpfung von EEG-Signalen mit fMRI Aktivierungen? EEG-und fMRI-Tools werden häufig verwendet, um Antworten auf die kortikalen visuellen Input zu messen. So wurde beispielsweise Kategorie-Selektivität bei der Sehbahn für unterschiedliche visuelle Objektkategorien wie Gesichter, Körperteile und geschriebene Wörter sowohl mittels ERP von EEG-Daten ^8,9 und funktionelle MRI ^10-12 extrahiert beurteilt. Die von diesen beiden gemeinsamen Forschungswerkzeuge Messsignale sind jedoch grundsätzlich anders Natur. EEG trägt Informationen über neuronale elektrische Aktivität mit großer zeitlicherPräzision, aber sehr geringe räumliche Auflösung und kann eine Mischung aus vielen separaten zugrunde liegenden Quellen zu reflektieren. Die fMRT bietet eine indirekte Messung der neuronalen Aktivität sich auf die langsame hämodynamischen Veränderungen während der Reizdarbietung und / oder Aufgabenausführung auftreten, sondern präsentiert diese Aktivität mit einer höheren räumlichen Auflösung. Aufbau einer Korrelation zwischen den beiden Maßnahmen kann somit von großem Interesse sein, ist aber begrenzt, dass es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen der Kopfhaut aufgezeichnet elektrophysiologischen Reaktion und die Bereiche mit funktionellen MRT zeigte nicht,. Selbst wenn gleichzeitig gemessen (z. B. ^13-15), kann ein Richtungs kausale Beziehung zwischen EEG-Aktivität in funktionell definierten kortikalen Bereichen, die nicht bestimmt werden. TMS ist ein Tool, das helfen kann die Erreichung der Einrichtung eines solchen kausalen Zusammenhang.

Ein gleichzeitiger EEG-TMS-Studie ist methodisch anspruchsvoll, vor allem aufgrund der EEG-Signal b eingeführt Hochspannungs Artefakty die Magnetstimulation (siehe Abbildung 1 für eine Übersicht siehe Ilmoniemi et al. ^16). Dieses Artefakt besteht aus einer vorübergehenden kurzen Lebensimpuls bedingte Störung, die oft von einem langsameren Sekundär (oder Rest-) Artefakt, das ein paar hundert Millisekunden dauern kann, nachdem der Impuls 2A geliefert, so überschreiben die meisten ERP-Komponenten Interesse verfolgt. Diese sekundäre Artefakt können mechanische Quellen wie Ströme durch die Magnetimpuls in der Verdrahtung und dem langsamen Zerfall dieser Ströme in der Haut induziert und physiologischen Quellen wie Muskelaktivität über die Kopfhaut und auditive oder somatosensorischen evozierten Potentiale durch den Betrieb ausgelöst umfassen die Spule ^17-20. Obwohl die mechanischen Störquellen produzieren wahrscheinlich größere Amplitude Artefakte als die physiologischen diejenigen, können diese verschiedenen Artefakte nicht getrennt werden, und die Existenz einer von ihnen in der Signal können die Ergebnisse zu verwechseln. Eine mögliche soLösung ist die Anwendung von TMS wiederholende Impulse vor der EEG-Aufzeichnung ("offline TMS"), im Gegensatz zur gleichzeitigen EEG-TMS. Die inhibitorische Wirkung eines solchen Protokolls auf kortikale Aktivität bestehen bleibt für mehrere Minuten (bis zu einer halben Stunde) nach der Stimulation und EEG während dieser effektiven Zeitfensters gemessen und verglichen mit der Grundlinie, vor der TMS, EEG-Daten. Repetitive Stimulation, jedoch ist per Definition nicht über die hohe zeitliche Auflösung, die Online-TMS bieten kann, wo Impulse können in einem präzisen Timing in Bezug auf Testbeginn an der Millisekundenauflösung verabreicht werden. Die Wirkung von wiederholten Stimulation kann auch über kortikalen Verbindungen über eine größere Fläche als gewünscht zu propagieren und damit die räumliche Auflösung deutlich reduzieren als auch.

Um die Vorteile von sowohl der räumlichen und zeitlichen Auflösung, die TMS unterbieten zu nehmen, kann ein gleichzeitiger EEG-TMS Kombination angewendet werden. Dies erfordert jedoch, Verfahren zur Entfernung von Artefaktendurch die magnetische Stimulation auf das EEG-Signal erzeugt. Sehr wenige offline mathematische Lösungen für TMS Artefaktentfernung vorgeschlagen worden, ^16,21,22, obwohl kein Verfahren vereinbart, und niemand Verfahren kann für alle experimentellen Designs optimal. Ein "Clipping"-System, bestehend aus einer Sample-and-Hold-Schaltung, wurde ebenfalls entwickelt, um EEG Erfassung während TMS Impulsabgabe 20 kurzzeitig unterbrochen. Diese Technik erfordert nicht nur spezielle Hardware, kann jedoch nicht vollständig das restliche TMS Artefakt zu entfernen. In diesem Papier werden wir eine Anpassung der EEG-TMS-Methodik von Thut und Kollegen ^19, besonders geeignet für ERP-Studien entwickelt zu beschreiben. Diese Technik ermöglicht die zuverlässige Extraktion von ERP, während die Beseitigung aller Restrauschen Komponenten von der TMS-Impuls Abbildung 2 verursacht. Wir werden allgemeine Hinweise für eine erfolgreiche EEG-TMS Versuchsaufbau.

Eine weitere Herausforderung im TMS-Studien angesprochen in dieser methodische Papier ist das Finden der besten Spule Position und Winkel für eine genaue Ausrichtung der gewünschten kortikalen Bereich. Wir werden die Verwendung eines stereotaktischen Navigationssystem, um den Kopf des Patienten mit den zuvor erfassten funktionellen MRT-Bilder coregister zu beschreiben. Obwohl das Navigationssystem verwendet werden, um anatomisch definierten Gehirnstrukturen zu lokalisieren, ist ein fMRI geführte Ausrichtung besonders nützlich, da für viele Funktionen und experimentelle Effekte der genaue Ort der Aktivierung nicht von anatomische Marker allein abgeleitet werden. Für solche funktionellen Regionen von Interesse (ROI) wird die Definition eines Bereichs für jeden Teilnehmer individuell gefertigt.

Um alle oben zeigen, werden wir ein Beispiel einer früher durchgeführten Studie haben wir, bei der EEG wurde gleichzeitig mit TMS durch fMRI Aktivierungen ⁷ geführt aufgenommen ist. In dieser Studie wurde eine doppelte Dissoziation zwischen Gesicht und Körper-selektive selektive ERPs gemacht: Obwohl Gesicht und Körper ERPs Erbsek um die gleichen Latenzzeit und Elektrodenstellen, Targeting individuell definierten Gesicht-und Körper-selektive ausgewählte Bereiche in der seitlichen Hinterhauptslappen konnten wir die neuronalen Netze jeweils zugrunde liegenden ERP-Reaktion zu distanzieren. Schließlich werden wir versuchen, mehr allgemeine Beratung für die Optimierung der EEG-Aufzeichnung während der TMS-Anwendung zu geben.