Извлечение зрительных вызванных потенциалов из ЭЭГ данные, записанные во МРТ-управляемой транскраниальной магнитной стимуляции

Транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) генерирует кратковременный помех нормального нейронной активности в целевых областях мозга. Создавая этот переходный нейронной помех и измерения поведенческого или физиологические изменения, можно сделать причинную связь между целевой области и измеренной экспериментальной эффекта (см. обзор Паскуаль-Леоне и др.., И Тейлор и др.. ^1,2). Такой экспериментальный эффект может быть, например, производительность на когнитивной задачи или изменение электрофизиологических (ЭЭГ) активности. Действительно, в последние годы исследователи начали использовать TMS в сочетании с ЭЭГ непосредственно касаются областей коры с связанных с событиями потенциалов (ERP) или колебательных моделей деятельности (например, ^2-7). В этой методологической статье мы опишем конкретный и полезную основу для объединения TMS и ЭЭГ: МРТ наведением TMS во время ERP эксперимента. Во-первых, мы подробно рассматривается, как применять TMS в районы, предопределенных FMР.И., во время записи данных ЭЭГ. Затем мы описать экспериментальный дизайн, который позволяет добычу надежного ERP. Цель такого эксперимента является причинно ссылке области мозга, выявленных с функциональной МРТ к ERP компонентов, представляющих интерес. Наконец, мы дадим конкретный пример исследования, касающиеся лица и тела избирательное ERPs с лица и тела определенные зоны, которые открыты с МРТ.

В чем заключаются преимущества увязки сигналы ЭЭГ с МРТ активаций? ЭЭГ и МРТ обычно используются инструменты для измерения корковых ответов на визуальной информации. Например, категория-селективность в зрительного пути оценивали для различных категорий визуальных объектов, таких как лица, частей тела, и написанные слова, как с помощью ERP, выделенных из ЭЭГ ^8,9 данных и функциональной МРТ ^10-12. Сигналы, измеренные этими двумя общими инструментов исследования, однако, принципиально иной характер. ЭЭГ несет информацию о нейронной электрической активности с большим височнойточность, но очень низкого пространственного разрешения и может отражать смесь многих отдельных базовых источников. МРТ обеспечивает косвенную меру активности нейронов, опираясь на медленных изменений гемодинамики, возникающих при предъявления стимула и / или выполнения задачи, но представляет эту деятельность с более высоким пространственным разрешением. Установление связи между этими двумя показателями может, таким образом, представляет большой интерес, но ограничен в том, что это не означает, причинную связь между волосистой части головы записанные электрофизиологического ответа и областях, выявленных с функциональной МРТ. Даже когда измерены одновременно (например, ^13-15), направленный причинная связь между ЭЭГ и активности в функционально определенных областей коры не может быть определена. ТМС является инструментом, который может помочь достижению создание такой причинно-следственной связи.

Одновременное изучение ЭЭГ-ТМС методологически сложным, в основном из-за артефакта высокого напряжения, вводимого в сигнала ЭЭГ бу магнитная стимуляция (см. рисунок 1, см. обзор Ilmoniemi др.. ^16). Этот артефакт состоит из переходного короткого импульса связанных нарушения гостиной, часто с последующим более медленным вторичного (или остаточной) артефакт, который может длиться несколько сотен миллисекунд после импульса поставляется рисунке 2а, тем самым перекрывая большинство ERP компоненты, представляющие интерес. Этот вторичный артефакт может включать механические источники, такие как токов, наведенных магнитным импульсом в проводке и медленного распада этих токов в коже и физиологических источников, таких как мышечной деятельности за кожей головы и слуховых или соматосенсорных вызванных потенциалов, вызываемый работы катушка ^17-20. Хотя механические источники помех, вероятно, больше размеры артефакты амплитуду, чем физиологических эти различные артефакты не могут быть разделены, и существование любого из них в сигнале может смешивать результаты. Один можно такLution является применение повторяющихся TMS импульсов до регистрации ЭЭГ ("форума TMS»), в отличие от одновременного ЭЭГ-TMS. Тормозящий эффект такого протокола на корковой активности сохраняется в течение нескольких минут (и до получаса) после стимуляции, и ЭЭГ могут быть измерены в течение этого эффективного временного окна и по сравнению с исходным уровнем, предварительно TMS, данные ЭЭГ. Повторные стимуляции, однако, по определению не хватает высокое временное разрешение, что онлайн TMS может предложить, где импульсы могут быть введены в точной синхронизации по отношению к пробной начала при разрешении миллисекунд. Влияние ритмической стимуляции могут также распространяться через корковых связей по всей широкой области, чем необходимо, и поэтому значительно снизить пространственное разрешение, а также.

Для того чтобы воспользоваться как пространственным и временным разрешением, что ТМС может обеспечить, одновременное сочетание ЭЭГ-ТМС могут быть применены. Однако, это требует методов удаления артефактовпорожденный магнитной стимуляции на сигнал ЭЭГ. Очень немногие форума математические решения для TMS удаления артефактов были предложены ^16,21,22, хотя ни один из методов не будет согласован, и ни один метод не может быть оптимальным для всех экспериментальных конструкций. "Отсечения" система, состоящая из выборки и хранения схемы, также была разработана на мгновение остановить приобретение ЭЭГ во время TMS доставки импульса 20. Эта техника не только требует специализированного аппаратного, но не может полностью удалить остаточную TMS артефакт. В этой статье мы опишем адаптацию методологии ЭЭГ-TMS разработанной Thut и коллег ^19, особенно подходит для ERP исследований. Эта техника позволяет надежным добыча ERP, устраняя все остаточные компоненты шума, вызванные TMS импульса рисунке 2. Мы будем и далее обеспечивать общее руководство к успешной ЭЭГ-TMS экспериментальной установки.

Еще одной проблемой в TMS исследований обратился Iн это методологическая работа находя наилучшую позицию катушки и угол для точного таргетинга желаемого области коры. Мы опишем использование стереотаксической системой навигации для coregister голову субъекта с предварительно приобретенных функциональных изображениях МРТ. Хотя навигационная система может быть использована для локализации анатомически определенных структур мозга, МРТ наведением таргетинг особенно полезна, так как для многих функций и экспериментальных эффектов точное местоположение активации не может быть выведено только из анатомических маркеров. Для таких функциональных областях, представляющих интерес (ROI), определение области производится для каждого участника в отдельности.

Чтобы проиллюстрировать все вышесказанное, мы предоставим пример исследования, проведенного нами ранее, в котором ЭЭГ регистрировали одновременно с ТМС руководствуясь МРТ активаций ^7. В этом исследовании, двойной диссоциации между лицом селективных и тела-селективный ФКЗ: хотя лицо и тело ФКЗ горохаК вокруг тех же задержки и электродных сайтов, ориентированных индивидуально определенные лицом селективные и тела-селективный области в боковом затылочной доли позволило нам отделить нейронных сетей, лежащих в основе каждого ответа ERP. Наконец, мы постараемся, чтобы дать больше общего, советуют для оптимизации записи ЭЭГ во время TMS применения.