실시간 뇌전도-트리거 경두개 자기 자극을 가진 두뇌 국가 의존적인 두뇌 자극

다음 섹션에 설명된 모든 실험 절차는 헬싱키 선언의 지침에 따라 기관 윤리 위원회의 승인을 받았으며, 모든 참가자는 연구 등록 전에 서면 으로 동의를 제공했습니다. 1. 학습 참가자 과목 모집 미리 정의된 포함 기준에 따라 연구 참가자를 모집합니다. TMS 안전 지침21에따라 이식된 의료 기기(예: 심장 박동기)의 존재 또는 신경학적 또는 정신질환 및 신경계에 작용하는 약물의 사용과 같은 금기 사항의 선별 후보물질. 자기 공명 화상 진찰을 요구하는 연구 결과를 위해 (MRI), 방사선 안전 기준22에따라 MRI에 가능한 금기품에 대한 잠재적인 연구 참가자를 평가하십시오. 전력 분석을 수행하여 스터디 샘플이 통계 분석에 충분한지 확인합니다. 선택적으로, 위상 검출의 정확도를 향상시키기 위해 선택된 EEG 몽타주에 의해 추출된 신호에 대한 관심의 두드러진 진동을 갖는 사전 선택 피험자.참고: 본 실험에서, C3 중심의 라플락시안(C3은 주변 전극 CP1, CP5, FC1 및 FC5의 평균을 참조)을 사용하여 피사체가 쉬고 눈을 뜨고 감각운동 μ-리듬을 추출하는데 사용되었다. 미리 선택된 대상은 현재 소스 밀도(CSD) 전력 스펙트럼에서 총 전력의 >25%를 포함하는 알파 대역(8-14Hz)에서 단일 피크를 갖는 피험자였다. 이 기준은 진동 진폭이 배경 잡음(양호한 신호 대 잡음 비 [SNR])에 비해 충분히 크도록 하여 알고리즘이 트리거 신호의 순간 단계를 충분한 정확도로 추정할 수 있도록 하고 상당한 흥분 효과11,12,28,29,30을관찰 할 가능성이 증가했다. 제목 정보 피험자에게 연구 관련 정보 동의서를 제공합니다. 인쇄된 TMS 및 MRI 안전 검사 설문지를 제공합니다.참고: 이러한 문서와 연구 프로토콜, 개인 데이터(예: 설문지에서) 및 식별 가능한 인간 데이터(예: MRI)의 사용은 윤리 위원회(기관 검토 위원회)의 사전 승인을 받아야 합니다. TMS 및 MRI 안전 검진 설문지를 작성하도록 피험자에게 문의하십시오. 연구 참여 및 계획된 데이터 사용에 대한 서면 동의를 취득합니다. 인구 통계 학적 데이터를 수집합니다. 표준 재고(예: 에든버러 핸드니스 인벤토리)를 사용하여 과목 손수 평가23. 피사체를 설정 및 자극 절차에 소개합니다. 각 참가자가 TMS의 감각에 익숙해지고 잘 견딜 수 있는지 확인하십시오. TMS 실험 세션 전에 각 참가자에 대한 MRI를 획득합니다. 전체 머리 해부학 MR 이미지가 필요합니다, 두피의 상단과 해부학 적 랜드 마크 (즉, 양쪽 귀의 tragus), 이들은이 프로토콜의 후속 단계에서 신경 항행에 대한 fiducial 포인트 역할을하기 때문에. 연구 프로토콜의 사양에 따라 실험 세션을 예약합니다(즉, 실험 간의 “세척 기간”을 고려).참고: 이상적으로, 주제는 여러 세션에서 서로 다른 조건을 비교 하는 프로토콜에 동시에 그리고 요일의 같은 날에 와야 한다. 참가자들에게 예정된 실험 세션 전에 알코올, 니코틴 또는 카페인 섭취를 삼가도록 지시하십시오. 피험자는 또한 실험 전날 밤에 규칙적인 수면을 취했어야 하며 비정상적으로 피곤하지 않아야 합니다. 2. 설정 준비 실시간 데이터 스트림 지원 EEG 시스템 TMS 펄스에 의해 유도된 전압 스파이크를 처리할 수 있는 TMS 호환 EEG/EMG 증폭기사용.참고: 증폭기 시스템은 실시간 프로세서에 의한 후속 처리를 위해 일정한 낮은 대기 시간(&5ms)에서 원시 데이터 스트림을 사용할 수 있도록 해야 합니다. 본 실험에서, 24비트 80채널 생체신호 증폭기가 EEG 및 EMG 기록용으로 사용되었다. EEG/EMG 증폭기 시스템을 로우 패스 필터(예: 0.16Hz 컷오프)로 구성하고 앰프 헤드 스테이지의 샘플링 속도에서 바이오신호 데이터를 5kHz로 다운 샘플링합니다. 증폭기 시스템은 실시간 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)을 통해 관련 채널을 포함하는 데이터 패킷을 일정한 일정한 간격으로 실시간 프로세서로 전송합니다 ≤1ms. 높은 샘플링 주파수(예: 5kHz)를 사용하여 EMG 응답을 캡처하고 EEG 데이터의 필터 지연을 최소화합니다. EEG 호환 TMS 장치 고정및 최소한의 지연으로 외부적으로 트리거될 수 있고 동시 EEG 기록에서 아티팩트를 최소화할 수 있는 TMS 장치를 사용합니다(예: TMS 코일 케이블을 통해 EEG내의 라인 노이즈, 펄스 후 재충전 아티팩트). TMS 자극기(코일 및 코일 케이블 포함)와 EEG 기록 시스템 사이의 거리가 최대화되어 전기 간섭(최소 1m)을 줄이도록 합니다. 가능한 경우 팬 및 모터와 같은 전자기 간섭 소스를 끕니다. 또한 EEG 및 EMG 레코딩 리드가 배치되고 정렬되어 일반적인 간섭이 취소되도록 합니다. 실시간 EEG 데이터 처리 시스템참고: 실시간 EEG 데이터 스트림은 실시간 디지털 신호 처리 시스템을 사용하여 수집 및 분석되며, 미리 결정된 조건이 충족되면 TMS 장치를 트리거합니다. 이러한 시스템은 Chen et al.24에 의한 접근법과 유사한 위상 검출 알고리즘을 구현하기 위해 당사의실험실(11)에서 맞춤 개발되었으며, 다음 단계로 구성된다. 데이터의 슬라이딩 윈도우를 분석, 500 ms 긴 (그림1a),단계-구체적으로 TMS 자극기를 트리거하는 표적 뇌 진동의 순간 단계를 추정하기 위해. 관심 있는 주파수에 대한 창의 대역 통과 필터링을 수행합니다(예를 들어, 감각 운동 μ-알파 리듬의 경우 9~14Hz 사이; 그림1b). 필터 파라미터를 대상 진동의 개별 피크 주파수로 조정하는 것이 좋습니다. 필터링 가장자리 효과로 왜곡된 데이터를 제거합니다. 더 강한 필터는 에지 효과가 더 크다는 점에서 장단점이 있습니다. 자동 회귀 모델을 사용하여 신호를 앞으로 예측합니다(Yule-Walker, 주문 30; 그림1c)를 참조하십시오. 결과 데이터 창의 힐베르트 변환을 적용하여 분석 신호를 생성하고, 이 로부터 신호의 순간 위상은 관련 시점에서 복잡한 수의 각도를 취하여 결정됩니다. 단시간 한윈도우 FFT를 사용하여 관심 있는 주파수 빈(예: 9-14Hz)에 있는 데이터의 슬라이딩 윈도우로부터 EEG 전력 스펙트럼을 추정합니다. 위상 및 전력이 미리 결정된 기준(예: 음수 피크, 최소 전력 임계값)을 충족하면, TMS 디바이스를 트리거하는 실시간 시스템과 함께 디지털 출력(TTL) 펄스를 생성한다. 신경 항법 시스템 코일 위치를 모니터링하고 세션 내에서 그리고 세션 전반에 걸쳐 정확하고 일관된 TMS 타겟팅을 달성하려면 신경 항법 시스템을 사용하십시오.참고: 스테레오 적외선 카메라 시스템은 피사체의 머리와 자극 코일에 장착된 3차원 공간 반사 추적기를 정확하게 사용하여 개인의 뇌와 관련하여 코일의 정확한 상대적 위치를 가능하게 합니다. 교정 및 MRI 등록 후 해부학. 단 하나 세션 연구 결과를 위해 그리고 TMS에 EEG 반응이 아닌 EMG만 분석할 계획일 때, 개별 MRI 대신표준 두뇌에 근거를 둔 탐색은 충분합니다. 각 참가자에 대한 실험을 시작하기 전에 개별 구조 MRI 데이터를 내비게이션 시스템 소프트웨어에 로드합니다. 실험 제어 컴퓨터 EEG 시스템, TMS 장치, 실시간 장치 및 신경 항법 시스템에 연결된 실험 제어 컴퓨터를 사용합니다.참고: EEG 소프트웨어는 EEG 증폭기 시스템을 제어하고 매개 변수를 설정하며 EEG 데이터 보관을 시작하고 중지합니다. TMS 장치는 원격 제어 툴박스(25)를 사용하여 자극 파라미터(강도, 전류 방향 등)를 변경하도록 원격 제어할 수 있다. 실시간 장치를 원격으로 제어하여 원하는 트리거 조건을 설정합니다.참고: 신경 항법 시스템은 예를 들어 다른 코일 위치를 대상으로 원격 제어될 수 있습니다. 실험 제어 스크립트에 위의 모든 것을 결합하여 실험 조건 및 제어 흐름을 자동화할 수 있습니다. EEG 기록 전극 원하는 전극 레이아웃을 갖춘 TMS 호환 EEG 레코딩 캡을 다양한 크기로 사용할 수 있는지 확인합니다. 피사체의 머리 둘레를 측정하고 적절한 크기의 캡을 준비합니다. EEG 준비에 필요한 물질을 편리하게 보관하십시오 (예 : 연마 및 전도성 젤, 멸균 무딘 바늘이있는 주사기 등). EMG 기록 전극 표면 EMG 전극, 리드 및 피부 준비에 필요한 재료를 준비하십시오. 3. 실험 수행 예선 필요한 서류가 순서대로 되어 있는지(연구 동의서에 서명)하고 참가자가 이전 세션 이후 부작용이 없는지 확인합니다. 실험 중에 머리의 움직임을 최소화하기 위해 피사체를 편안한 기울어진 자세로 앉습니다. 목과 아래 머리를 감싸는 진공 베개는 추가적인 근육 긴장을 유발하지 않고 참가자의 머리를 지탱하는 데 도움이 될 수 있습니다 (예 : 턱 받침대처럼). EEG 및 EMG 준비 적절한 크기의 EEG 캡을 피사체의 머리에 놓고 캡을 올바르게 배치합니다. EEG26을오염시킬 수 있는 두개골 및 목 근육 활동을 감소시키기 위하여 턱 의 밑에 과도한 긴장을 피하십시오. EEG 기록 소프트웨어에 피사체를 등록합니다. 실험실 특이적 프로토콜에 따라 EEG 전극을 준비한다(예를 들어, 전도성 겔 뒤에 연마 겔을 적용함). EEG 전극 임피던스가 5kΩ 미만이면 확인합니다. TMS 코일의 움직임에 의해 전도 젤이 건조되거나 인접한 전극에 번지지 않도록 하려면 EEG 캡을 플라스틱 랩으로 덮습니다. 그런 다음, 플라스틱 랩 위에 그물 캡을 장착하여 케이블을 고정된 위치에 유지하여 EEG-아티팩트 가변성을 줄이고, 점착 테이프를 적용하여 다층의 안정성을 높입니다. 표면 EMG 전극을 피부를 세척하고 가볍게 연마한 후 대상 근육 위에 부착합니다(예를 들어, 배-힘줄 몽타주에 오른쪽 납치자 pollicis brevis 손 근육으로부터 양극성 기록을 사용).참고: 여기서, 배-힘줄 몽타주에 오른쪽 납치자 pollicis brevis 손 근육에서 양극성 기록이 사용되었다. 표면 전극은 일반적으로 여러 기본 근육에서 활동을 기록으로 EMG 전극의 배치가 중요하다. 몇 개의 EEG 전극을 눌러 머리에 있는 실제 EEG 센서와 EEG 시스템에 기록된 트레이스 사이의 정확한 일치여부를 확인합니다. 정신 검사로, 참가자가 눈을 감을 때 후두 알파가 증가하는지 확인하십시오. 아티팩트(예: 라인 노이즈, 근육 활동) 또는 나쁜 전극에 대해 진행 중인 EEG 및 EMG 신호를 시각적으로 검사합니다. 참가자가 깨어 있고 신호를 오염시키는 후두 알파 진동을 피하기 위해 실험 내내 눈을 뜨게 하십시오. 신경 항법의 준비 실험 전반에 걸쳐 안정성을 보장하기 위해 충분한 접착제 테이프로 참가자의 머리에 반사 헤드 트래커를 부착하십시오. 포인터 도구를 사용하여 관련 해부학 적 랜드 마크 (예 : nasion, 양쪽 귀의 tragi, 눈의 모서리)와 헤드 모델을 공동 등록하십시오. 코일 트래일을 자극 코일에 부착하고 코일을 보정합니다. 포인터를 헤드 표면의 다른 지점에 놓고 신경 항법 시스템의 모니터에 표시된 위치의 정확성을 확인합니다. 개별 MRI와 공동 등록을 위해 EEG 센서 위치를 찾아내세요. 기준선 EEG 피험체에 대한 전형적인 EEG 아티팩트(예: 삼키기, 체용, 눈 깜박임)를 시연하고 실험 전반에 걸쳐 피실험대상국에게 지시한다. 또한 턱을 움켜쥐고 하품을 하거나 말하는 것을 피하라고 한다. 피사체에 눈을 뜨고 눈을 뜨고 휴식 상태 EEG의 짧은 기록을 수행하여 지점에 고정하도록 요청하십시오. 실시간 필터 계산에 필요한 경우 작업 중에 추가 EEG 활동을 기록합니다. 모터 “핫스팟” 찾기 및 휴식 모터 임계값 측정 모터 “핫스팟”(즉, 단일 펄스 TMS가 시험 전반에 걸쳐 비교적 일관된 진폭의 잘 형성된 MEP를 유도하는 자극 위치)을 찾아 해당 코일 위치(코일 방향 및 각도 포함)를 저장합니다. 신경 항법 시스템. 운동 피질에 단일 TMS 펄스를 적용하여 운동 피질에 대한 단일 TMS 펄스를 서서히 증가시키는 자극 강도를 적용하여 유도된 MEP가 시험21의50% 이상에서 50 μV 보다 큰 피크 대 피크 진폭을 가질 때까지 찾아냅니다. 가능한 경우, 예를 들어, 관찰된 RMT의 신뢰구간에 대한 온라인 추정치를 제공하는 최대 우도전략(27)에 따라 순차적 테스트(PEST)에 의한 파라미터 추정을 위해 자동화된 스크립트를 사용하십시오. 단일 응답의 가변성 및 일반적으로 강력한 RMT 추정치를 얻기 위해 적응적으로 변화하는 강도의 30 테스트 펄스가 필요합니다. 첫 번째 실험 세션이 아닌 경우 코일 위치를 이전 위치와 비교하고 얻은 RMT를 이전 RMT와 비교하여 일관성을 확인합니다. 필요한 경우, 표준 절차21을사용하여 활성 모터 임계값(AMT) 또는 1mV 피크 대 피크 MEP 진폭에 대한 자극 강도를 결정합니다. 최종 참가자 준비 선택적으로, 진공 베개를 사용하여 피사체의 머리를 고정시되이 한다. 선택적으로 귀마개를 통해 마스킹 노이즈를 전달합니다(TMS-유발 EEG 전위 분석을 계획할 때). 그렇지 않으면 청력 보호를 위해 귀마개와 헤드폰을 피사체에 제공하십시오. 선택적으로 기계식 암을 사용하여 원하는 위치에 코일을 정렬하고 고정합니다. 실험 전 데이터 품질 검증 실시간 프로세서가 EEG 시스템에서 데이터를 수신하고 있는지 확인합니다. 원하는 EEG 공간 필터(예: C3 중심 라플락시안 몽타주)에서 얻은 신호에 대해 명백한 아티팩트를 확인합니다. EEG 신호 품질을 시각적으로 확인하고, 불량 전극, 과도한 라인 노이즈 및 근육 아티팩트를 확인하고, 실험 중 지속적인 육안 검사를 위해 EEG 시스템 소프트웨어의 시간 창 및 진폭 스케일링을 조정합니다. 주요 실험 세션 자극기 강도가 실험 스크립트에서 원격 제어되지 않는 한, 자극 강도를 원하는 값으로 수동으로 설정합니다(예를 들어, RMT의 110%). 실험 스크립트를 시작하여 무작위 순서로 대상 진동의 상이한 단계에서 펄스를 적용합니다. 실험 중에 트리거 조건 임계값(아티팩트 감지 임계값, 사전 내심 임계값, 최소 전력 등)을 모니터링합니다.참고: 실시간 프로세서가 트리거 조건이 발생하기를 기다리는 동안 자극은 불규칙한 간격으로 트리거됩니다. 그러나 대부분의 자극이 예측 가능한 간격(예: 이전 펄스 후 2-3s) 내에서 발생하도록 조건을 설정해야 하며, 긴 일시 정지(예를 들어, 이 경우,>5 s)는 참신함으로 인해 더 큰 자극반응을 유발할 수 있기 때문에 피해야 한다. 또는, 지나치게 긴 간격에 따라 시험을 제거 하는 사후 hoc 계층화를 사용 합니다. 위상별 자극 효과를 구별하기에 충분한 통계적 힘을 얻으려면 충분한 수의 시험을 획득합니다.참고: 우리는 일반적으로 조건 당 80-120 인터리브 시험을 선택20. 다양한 세션의 시작 및 종료 시간을 문서화하고 비정상적인 발생에 대한 기록을 보관합니다.