この作品は、カナダ衛生研究所と自然科学とカナダの工学研究評議会からの助成金によってサポートされていました。 STは、カナダ衛生研究所からヴァニエカナダ大学院奨学金によってサポートされていました。 MMはバイオテクノロジー研究センター（BTRC）助成金P41のRR008079とP41のEB015894（NIBIB）、およびNCC P30 NS076408からのサポートを認めるものです。 私たちは、ロマンValabrègue（センターデNeuroImagerieデ·ルシェルシュ - CENIR、パリ、フランス）感謝したいとブライスTiret（センタールシェルシュドゥ研究所UniversiatireデGériatrie（CRIUGM）、モントリオール、カナダ、兵站àL&#39;管理に関する法atomiqueらAUXエネルギー代替処理ツールを開発するための（CEA）、パリ、フランス）、エドワード·J·アウエルバッハ（磁気共鳴研究放射線科、ミネソタ大学センター、米国）。 MEGA-PRESSとFASTESTMAP配列が開発されましたエドワード·J·アウエルバッハとマウゴジャータMarjańskaよるとC2P契約に基づいてミネソタ大学から提供された。

著者らは、開示することは何もない。

3 Tスキャナを使用したTDCを組み合わせて1 H-MRSのための標準プロトコルを記述することを目的とした本研究。次のセクションでは、方法論的な要因が議論される。 重要なステップ 禁忌スクリーニング 実験の前に、TDCはおよび1 H-MRSの使用に関するあらゆる禁忌の画面参加者に非常に重要です。以下の除外基準の使用が推奨さ?...

その活性を調節するために、人間の脳に電気を印加するという考えは古くから研究されてきた。実際には、早ければ11 世紀などの著作はてんかん発作1の治療における魚雷電気魚の使用を記載していることが見出されている。しかし、それは認知機能および運動反応2に対して調節効果を産生することが示されたように、非侵襲的脳刺激は、科学界で広く関心を受信したことを、最近まではない。経頭蓋磁気刺激（TMS）は広く1980の3から研究されてきたが、それは現在、脳卒中4のように、神経病理広範囲のための実行可能な治療選択肢と見なされているように、経頭蓋直流刺激（TDCの）の最近の関心が高まっているアルコール依存症5、および慢性疼痛6。 TDCは、例えば、TMSなどの神経刺激法に比べて多くの利点があり、それは、比較的、安価な無痛であるため、十分にこのようにベッドサイド7で投与することが可能となる、患者によって許容され、ポータブル。実際には、患者のわずかな割合は、刺激8時に軽度のピリピリ感を経験する。しかし、この感覚は通常、数秒後に消え9。参加者の大半が本当の刺激9,10から偽刺激を区別することはできませんので、結果的に、TDCは、堅牢な二重盲検、偽対照試験を可能にします。 TDCは、一定の低アンペア数の電流（1-2 MA）​​の誘導は、被験者の頭皮上に配置された表面電極を介して皮質に適用することを含む。電極は、通常、生理食塩水に浸したスポンジに、または直接EEG型ペーストで頭皮上に配置されている。 TDCの研究を行うために、4つの主要なパラメータは、実験者が制御する必要がある：刺激の1）期間; 2）刺激の強度。 3）電極サイズ; 4）電極モンタージュ。基準電極は、通常、眼窩領域の上に配置されている間、標準的なプロトコルでは、「活性」電極は、関心のある領域上に配置される。負に帯電したカソードに向かって正に帯電したアノードから電流が流れる。一次運動野（M1）上のTDCの効果は、陽極刺激はニューロン集団の興奮性を高め、陰極刺激がそれを11減少させる刺激の極性によって決定される。 TMSとは異なり、誘導電流は、皮質ニューロンにおける活動電位を生じさせるには不十分である。皮質興奮性の変化は、膜電位の過分極または電流の流れ8,11の方向に応じてニューロンの脱分極の促進のいずれかをもたらす膜ニューロンのしきい値の調節に起因すると考えられている。オフセット後に興奮性の変化の持続時間は最大90分間持続することができます刺激持続時間11,12に応じて、刺激。 TDCは、モーター系リハビリテーション モータは、単一パルスTMS 3によって誘導された電位（MEPの）を誘発を通じてのTDCによって誘発される興奮性の変化を定量することができるので、M1が広く刺激の標的として使用されている。 TDCはによって誘導される極性固有の興奮性の変化を測定する可能性を示す初期の研究は、刺激11,12のターゲットとしてM1を使用している。それ以来、M1は理由運動機能、記憶形成、および運動技能の統合12におけるその重要性の臨床的集団と健常者の両方を含む研究中のTDCの主要な目標の一つであり続けています。 脳は運動14を実行するために両半球の運動領域の間の複雑な相互作用に依存しています。一方の領域が破損している場合には、例えば脳卒中を患った後、インター半球の相互作用が変更される。脳の可塑性に関する研究は、脳の運動野が異なる方法15において、この変更に適応することが示されている。イントラ半球阻害と呼ばれるプロセス - まず、損傷領域の無傷で、周囲の領域は、損傷領域の阻害につながる、overactivedになることができます。第二に、損傷を受けた領域の相同領域は、過剰活性化になり、負傷した半球上の阻害を発揮することができる - 半球間阻害と呼ばれるプロセス。影響を受けたM1は、したがって、二回処罰することができます：最初の病変によって影響を受けないと第二M1および影響を受けたM1 16の周囲の領域の両方から来る阻害によって。最近の研究では、不適応な半球間競争18として説明してきた遅いリハビリテーション17に連結されている影響を受けない半球に興奮が増加することが示されている。 後に発生した可塑性を理解するストロークは、半球間相互作用19を復元することができます神経調節プロトコールの開発につながる可能性があります。 3つの主要なTDCの治療は、脳卒中20,21以下の運動障害を有する患者において提案されている。最初の治療は、一方的な陽極刺激 （TDCの-）で負傷した運動皮質を再活性化することを目指しています。この場合、刺激は直接回収のために必須であると考えられている病変周囲の領域で活性を増加させることを目的とする。実際、研究では、この治療22-26以下の麻痺上側または下肢の改善を示している。第二の治療は、無傷M1を介して一方的な正極のTDCの（c-TDCの）を適用することによってcontralesional半球の過剰活性化を減少させることを目的に開発された。ここでは、刺激は、 間接的に interhemispehric相互作用を介して病変周囲の領域で活性を増加させることを目指しています。これらの研究から得られた結果は、モータの改善を示しているfuncti上のc-TDCは4,27-29後。最後に、第3の処理は、 二国間のTDCを使用して影響を受けていないM1オーバーのc-TDCの抑制効果と、負傷したM1のオーバーTDCのの興奮効果を組み合わせることを目指しています。結果は、二国間のTDC 27,30,31後の運動機能の改善を示している。また、一つの研究は、両方の一方的な方法32に比べて、二国間のTDCを、次の大きな改善を示した。 TDCのの生理学的メカニズム 脳卒中の治療におけるTDCの使用の増加にもかかわらず、その効果の基礎となる生理学的メカニズムは不明のまま33。生理学的効果のより良い理解は、より良い治療の選択肢の開発に役立つ可能性があり、標準化されたプロトコルにつながる可能性があります。前述したように、TDCの効果は、刺激11,12のオフセット後最大90分間続く ​​ことができる。したがって、過分極/脱分極プロセスは完全に長期的影響33,34を説明することはできません。別の仮説は後遺症、神経伝達物質放出、タンパク質合成、イオンチャンネル機能、または受容体活性34,35の変化を含むM1にTDCの根底にある生理学的メカニズムについて提案されている。逆の効果が示されたのに対し、この問題への洞察は、第グルタミン酸N-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）受容体拮抗薬、デキストロメトルファン36,37によりM1の興奮に陽極と陰極刺激の影響後の抑制を示す薬理学的研究を介して取得されたNMDA受容体アゴニスト38を使用して。 NMDA受容体は、グルタミン酸作動性及びGABA作動性ニューロン39,40の両方によって媒介される、長期増強（LTP）および長期抑圧（LTD）を介して学習および記憶機能に関与すると考えられている。これらは、TDCのがLTP 13を誘導することが示されているように、動物研究は、この仮説と一致している。 &lt;TDCの効果の根底にある作用機構についての我々の理解で行われた重要な進歩にもかかわらず= &quot;jove_content「Pクラス&gt;、薬理プロトコル現在重要な制限。実際、薬物作用、特に人体実験の文脈において、TDCのような空間的に特異的であることはできず、その効果の作用機構は、シナプス後受容体34に主に起因する。したがって、より直接的に人間の脳に対するTDCの効果を調査する必要がある。プロトン磁気共鳴分光法（1 H-MRS）は、特定の関心領域内の神経伝達物質の濃度の生体内検出を非侵襲を可能として良好な候補である。この方法は、脳内のすべてのプロトンを含有する神経化学が特定の分子構造を有し、その結果、1 H-MRS 41によって検出され得る化学的に特定の共振を生成するという原理に基づいている。中の脳のボリュームから取得された信号terestは1〜5 ppmの間で共鳴するすべてのプロトンから生成される。取得された神経化学物質は、スペクトル上で表現し、いくつかの明確に区別できるピークを有するそれらの化学シフトの関数としてプロットし、異なる神経化学物質の多くの共振が重なる場所される。各ピークの信号強度がneurometabolite 41の濃度に比例する。定量化することができる神経化学物質の量は、磁界42,43の強さに依存します。しかしながら、非常に強い共鳴によって隠されている低濃度の代謝産物は、3 T.など重複信号に関する情報を取得する1つの方法は、スペクトル編集を介して強い共鳴を除去することであるような低い磁場強度で定量化が困難である。このような技術の一つは、γアミノ酪酸（GABA）信号44,45の検出を可能にするMEGA-PRESS配列である。 ごく少数の研究では、上のTDCの影響を調査したモーター34,46および非運動の地域では、1 H-MRSを用いて脳代謝は47スタッグと共同研究者34は 、TDCは、C-TDCは、とM1代謝に偽刺激の効果を評価した。彼らは、TDCの次のGABA濃度の有意な減少、およびc-TDCの次のグルタミン酸+グルタミン（GLX）およびGABAの有意な減少を見出した。別の研究では、M1過剰のTDCにより誘導されるGABA濃度の変化量は、運動学習46に関連していたことが報告された。 これらの研究は、運動機能に対するTDCの効果が根底にある生理学的メカニズムの理解を高めるためのTDCでの1 H-MRSを組み合わせる可能性を強調表示します。彼らの行動への影響はよく研究されており、直接の生理学的な結果に関連させることができるので、また、このような、M1オーバーのTDCおよびc-TDCのような臨床プロトコルの使用に便利です。そのため、二国間tDCにを組み合わせるための標準プロトコルSおよび1 H-MRSは、3 T MRIシステムを用いて、健康な参加者において明らかにされる。 BihemisphericのTDCは、一方的な陰極または陽極TDCの片側性の運動野34の上に塗布された以前のMRS研究でデータを対比するために提示される。プロトコルは、MEGA-PRESS 1 H-MRSを実行シーメンス3、TスキャナでNeuroConn刺激による刺激のために具体的に説明する。

<table><tbody><tr><td>DC-stimulator plus</td><td>NeuroConn</td><td>30DCS01E</td><td>MR compatible device</td></tr><tr><td>NuPrep preparation gel</td><td>Weaver and Co.</td><td>#10-61</td><td></td></tr><tr><td>Ten20 conductive paste</td><td>Weaver and Co.</td><td>#10-20-4</td><td></td></tr><tr><td>Electrode prepping pad</td><td>Grass technologies</td><td>MD0017</td><td>70% isopropyl alcohol and pumice</td></tr><tr><td>Saline solution</td><td>Local drugstore sample</td><td></td><td>0.9% sodium chloride</td></tr><tr><td>Non permanent hydro-marker</td><td>Sharpie</td><td>SHPE20WH</td><td></td></tr><tr><td>SYNGO MR VB17</td><td>Siemens AG</td><td></td><td>MRI software</td></tr><tr><td>MAGNETOM Trio A Tim System</td><td>Siemens AG</td><td></td><td>MRI scanner version</td></tr><tr><td>Matlab 2013a (Version 8.1)</td><td>MathWorks Inc</td><td></td><td>processing and analysis software</td></tr><tr><td>LCModel 6.3</td><td>LC MODEL inc</td><td></td><td>see: s-provencher.com</td></tr></tbody></table>

the use of magnetic resonance spectroscopy as a tool for the measurement of bi-hemispheric transcranial electric stimulation effects on primary motor cortex metabolism

経頭蓋直流電流刺激（TDCは）は、ますます、脳卒中やうつ病などの神経学的および精神医学的障害の治療において過去10年間使用されてきた神経調節技術です。しかし、臨床症状を改善するために、脳の興奮性を調節するその能力の根底にあるメカニズムは不十分33 ​​を理解されたままである。そのような領域特異的な様式41におけるγアミノ酪酸（GABA）及びグルタミン酸のような脳の代謝物のin vivo定量化を可能にするように、この理解を改善するために、プロトン磁気共鳴分光法（1 H-MRS）を使用することができる。実際、最近の研究では、1 H-MRSが実際によりよい神経伝達物質の濃度を34のTDCの影響を理解するための強力な手段であることを実証した。この記事では、MEGA-PRESSの配列を使用して3 Tにおいて、1 H-MRSでのTDC（NeuroConn MR互換刺激）を組み合わせるための完全なプロトコルを記述することを目的とuence。私たちは、一次運動野27,30,31の二国間の刺激から成る脳卒中後の運動機能障害の治療のための偉大な約束を示しているプロトコルの影響を説明します。考慮すべき方法論的要因やプロトコルへの可能な修飾も議論されている。

図6は 、すべてのMRS措置が取られたM1における手の表現にありますVOIの位置を示している。 図6Dに、3Dビジュアライゼーションは、推定一次運動野を介して頭皮上に配置されたTDC電極の明確な表現を示す。7に示す代表「EDIT OFF」と違い、M1で取得された（「DIFF」）スペクトル図 。 GLX、GABA + MMならびにNAAに対応するピークが明瞭に見ることが?...

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

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールと​​しての磁気共鳴分光法の利用

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

the-use-magnetic-resonance-spectroscopy-as-tool-for-measurement-bi

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.1K ビュー.  University of Montréal. This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

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

Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade. While the use of TMS has expanded to the study of many systems and processes during this time, the original application and perhaps one of the most common uses of TMS involves studying the physiology, plasticity and function of the human neuromuscular system. Single pulse TMS applied to the motor cortex excites pyramidal neurons transsynaptically 2 (Figure 1) and results in a measurable electromyographic response that can be used to study and evaluate the integrity and excitability of the corticospinal tract in humans 3. Additionally, recent advances in magnetic stimulation now allows for partitioning of cortical versus spinal excitability 4,5. For example, paired-pulse TMS can be used to assess intracortical facilitatory and inhibitory properties by combining a conditioning stimulus and a test stimulus at different interstimulus intervals 3,4,6-8. In this video article we will demonstrate the methodological and technical aspects of these techniques. Specifically, we will demonstrate single-pulse and paired-pulse TMS techniques as applied to the flexor carpi radialis (FCR) muscle as well as the erector spinae (ES) musculature. Our laboratory studies the FCR muscle as it is of interest to our research on the effects of wrist-hand cast immobilization on reduced muscle performance6,9, and we study the ES muscles due to these muscles clinical relevance as it relates to low back pain8. With this stated, we should note that TMS has been used to study many muscles of the hand, arm and legs, and should iterate that our demonstrations in the FCR and ES muscle groups are only selected examples of TMS being used to study the human neuromuscular system.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive tool to gain insight on the physiology and function of the human nervous system. Here, we present our TMS techniques to study cortical excitability of the upper limb and lumbar musculature.

人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has been in use for more than 20 years 1, and has grown exponentially in popularity over the past decade.  While ...

医学

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, NEBS can be applied transcranially either as direct current stimulation (tDCS) or alternating current stimulation (tACS). These stimulation types exert time-, dose- and in the case of tDCS polarity-specific effects on motor function and skill learning in healthy subjects. Lately, tDCS has been used to augment the therapy of motor disabilities in patients with stroke or movement disorders. This article provides a step-by-step protocol for targeting the primary motor cortex with tDCS and transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range. The setup of two different stimulation montages is explained. In both montages the emitting electrode (the anode for tDCS) is placed on the primary motor cortex of interest. For unilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the contralateral forehead while for bilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the opposite primary motor cortex. The advantages and disadvantages of each montage for the modulation of cortical excitability and motor function including learning are discussed, as well as safety, tolerability and blinding aspects.

Non-invasive electrical brain stimulation can modulate cortical function and behavior, both for research and clinical purposes. This protocol describes different brain stimulation approaches for modulation of the human motor system.

人間の運動機能の調節のための非侵襲的電気脳刺激モンタージュ

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

行動学

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

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 stimulation. The combination of electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS) in a real-time brain state-dependent stimulation system allows the study of relations of dynamics of brain activity, cortical excitability, and plasticity induction. Here, we demonstrate a newly developed method to synchronize the timing of brain stimulation with the phase of ongoing EEG oscillations using a real-time data analysis system. This real-time EEG-triggered TMS of the human motor cortex, when TMS is synchronized with the surface EEG negative peak of the sensorimotor &#181;-alpha (8-14 Hz) rhythm, has shown differential corticospinal excitability and plasticity effects. The utilization of this method suggests that real-time information about the instantaneous brain state can be used for efficacious plasticity induction. Additionally, this approach enables personalized EEG-synchronized brain stimulation which may lead to the development of more effective therapeutic brain stimulation protocols.

This paper describes real-time electroencephalography-triggered transcranial magnetic stimulation to study and modulate human brain networks.

リアルタイム脳波による脳血管刺激による脳状態依存性脳刺激-経頭蓋磁気刺激

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 ...

Extracting Visual Evoked Potentials from EEG Data Recorded During fMRI-guided Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an effective method for establishing a causal link between a cortical area and cognitive/neurophysiological effects. Specifically, by creating a transient interference with the normal activity of a target region and measuring changes in an electrophysiological signal, we can establish a causal link between the stimulated brain area or network and the electrophysiological signal that we record. If target brain areas are functionally defined with prior fMRI scan, TMS could be used to link the fMRI activations with evoked potentials recorded. However, conducting such experiments presents significant technical challenges given the high amplitude artifacts introduced into the EEG signal by the magnetic pulse, and the difficulty to successfully target areas that were functionally defined by fMRI. Here we describe a methodology for combining these three common tools: TMS, EEG, and fMRI. We explain how to guide the stimulator&#39;s coil to the desired target area using anatomical or functional MRI data, how to record EEG during concurrent TMS, how to design an ERP study suitable for EEG-TMS combination and how to extract reliable ERP from the recorded data. We will provide representative results from a previously published study, in which fMRI-guided TMS was used concurrently with EEG to show that the face-selective N1 and the body-selective N1 component of the ERP are associated with distinct neural networks in extrastriate cortex. This method allows us to combine the high spatial resolution of fMRI with the high temporal resolution of TMS and EEG and therefore obtain a comprehensive understanding of the neural basis of various cognitive processes.

This paper describes a method for collecting and analyzing electroencephalography (EEG) data during concurrent transcranial magnetic stimulation (TMS) guided by activations revealed with functional magnetic resonance imaging (fMRI). A method for TMS artifact removal and extraction of event related potentials is described as well as considerations in paradigm design and experimental setup.

fMRIのガイド下経頭蓋磁気刺激中に記録された脳波データからの視覚誘発電位を抽出する

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an effective method for establishing a causal link between a cortical area and cognitive/neurophysiological ...

神経科学

A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations over time in the blood-oxygenation level dependent signal. rs-fcMRI has been applied extensively to identify abnormalities in brain connectivity in different neurologic and psychiatric diseases. However, the relationship among rs-fcMRI connectivity abnormalities, brain electrophysiology and disease state is unknown, in part because the causal significance of alterations in functional connectivity in disease pathophysiology has not been established. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a technique that uses electromagnetic induction to noninvasively produce focal changes in cortical activity. When combined with electroencephalography (EEG), TMS can be used to assess the brain's response to external perturbations. Here we provide a protocol for combining rs-fcMRI, TMS and EEG to assess the physiologic significance of alterations in functional connectivity in patients with neuropsychiatric disease. We provide representative results from a previously published study in which rs-fcMRI was used to identify regions with abnormal connectivity in patients with epilepsy due to a malformation of cortical development, periventricular nodular heterotopia (PNH). Stimulation in patients with epilepsy resulted in abnormal TMS-evoked EEG activity relative to stimulation of the same sites in matched healthy control patients, with an abnormal increase in the late component of the TMS-evoked potential, consistent with cortical hyperexcitability. This abnormality was specific to regions with abnormal resting-state functional connectivity. Electrical source analysis in a subject with previously recorded seizures demonstrated that the origin of the abnormal TMS-evoked activity co-localized with the seizure-onset zone, suggesting the presence of an epileptogenic circuit. These results demonstrate how rs-fcMRI, TMS and EEG can be utilized together to identify and understand the physiological significance of abnormal brain connectivity in human diseases.

Resting-state functional-connectivity MRI has identified abnormalities in patients with a wide range of neuropsychiatric disorders, including epilepsy due to malformations of cortical development. Transcranial Magnetic Stimulation in combination with EEG can demonstrate that patients with epilepsy have cortical hyperexcitability in regions with abnormal connectivity.

マルチモーダルImaging-とてんかんの患者で接続関連の脳の興奮性を評価するの刺激に基づく方法

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations ...

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

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

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

Mapping the After-effects of Theta Burst Stimulation on the Human Auditory Cortex with Functional Imaging

Auditory cortex pertains to the processing of sound, which is at the basis of speech or music-related processing1. However, despite considerable recent progress, the functional properties and lateralization of the human auditory cortex are far from being fully understood. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a non-invasive technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses, and represents a unique method of exploring plasticity and connectivity. It has only recently begun to be applied to understand auditory cortical function 2. 
An important issue in using TMS is that the physiological consequences of the stimulation are difficult to establish. Although many TMS studies make the implicit assumption that the area targeted by the coil is the area affected, this need not be the case, particularly for complex cognitive functions which depend on interactions across many brain regions 3. One solution to this problem is to combine TMS with functional Magnetic resonance imaging (fMRI). The idea here is that fMRI will provide an index of changes in brain activity associated with TMS. Thus, fMRI would give an independent means of assessing which areas are affected by TMS and how they are modulated 4. In addition, fMRI allows the assessment of functional connectivity, which represents a measure of the temporal coupling between distant regions. It can thus be useful not only to measure the net activity modulation induced by TMS in given locations, but also the degree to which the network properties are affected by TMS, via any observed changes in functional connectivity.
Different approaches exist to combine TMS and functional imaging according to the temporal order of the methods. Functional MRI can be applied before, during, after, or both before and after TMS. Recently, some studies interleaved TMS and fMRI in order to provide online mapping of the functional changes induced by TMS 5-7. However, this online combination has many technical problems, including the static artifacts resulting from the presence of the TMS coil in the scanner room, or the effects of TMS pulses on the process of MR image formation. But more importantly, the loud acoustic noise induced by TMS (increased compared with standard use because of the resonance of the scanner bore) and the increased TMS coil vibrations (caused by the strong mechanical forces due to the static magnetic field of the MR scanner) constitute a crucial problem when studying auditory processing. 
This is one reason why fMRI was carried out before and after TMS in the present study. Similar approaches have been used to target the motor cortex 8,9, premotor cortex 10, primary somatosensory cortex 11,12 and language-related areas 13, but so far no combined TMS-fMRI study has investigated the auditory cortex. The purpose of this article is to provide details concerning the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools to investigate auditory processing. 
Previously we showed that repetitive TMS (rTMS) at high and low frequencies (resp. 10 Hz and 1 Hz) applied over the auditory cortex modulated response time (RT) in a melody discrimination task 2. We also showed that RT modulation was correlated with functional connectivity in the auditory network assessed using fMRI: the higher the functional connectivity between left and right auditory cortices during task performance, the higher the facilitatory effect (i.e. decreased RT) observed with rTMS. However those findings were mainly correlational, as fMRI was performed before rTMS. Here, fMRI was carried out before and immediately after TMS to provide direct measures of the functional organization of the auditory cortex, and more specifically of the plastic reorganization of the auditory neural network occurring after the neural intervention provided by TMS. 
Combined fMRI and TMS applied over the auditory cortex should enable a better understanding of brain mechanisms of auditory processing, providing physiological information about functional effects of TMS. This knowledge could be useful for many cognitive neuroscience applications, as well as for optimizing therapeutic applications of TMS, particularly in auditory-related disorders.

Auditory processing is the basis of speech and music-related processing. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) has been used successfully to study cognitive, sensory and motor systems but has rarely been applied to audition. Here we investigated TMS combined with functional Magnetic Resonance Imaging to understand the functional organization of auditory cortex.

機能イメージングによるヒト聴覚皮質上のシータバースト刺激の後遺症のマッピング

Auditory cortex pertains to the processing of sound, which is at the basis of speech or music-related processing1. However, despite considerable recent ...

生物学

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic field pulses. The initiation of cortical activation or its modulation depends on the background activation of the neurons of the cortical region activated, the characteristics of the coil, its position and its orientation with respect to the head. TMS combined with simultaneous electrocephalography (EEG) and neuronavigation (nTMS-EEG) allows for the assessment of cortico-cortical excitability and connectivity in almost all cortical areas in a reproducible manner. This advance makes nTMS-EEG a powerful tool that can accurately assess brain dynamics and neurophysiology in test-retest paradigms that are required for clinical trials. Limitations of this method include artifacts that cover the initial brain reactivity to stimulation. Thus, the process of removing artifacts may also extract valuable information. Moreover, the optimal parameters for dorsolateral prefrontal (DLPFC) stimulation are not fully known and current protocols utilize variations from the motor cortex (M1) stimulation paradigms. However, evolving nTMS-EEG designs hope to address these issues. The protocol presented here introduces some standard practices for assessing neurophysiological functioning from stimulation to the DLPFC that can be applied in patients with treatment resistant psychiatric disorders that receive treatment such as transcranial direct current stimulation (tDCS), repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), magnetic seizure therapy (MST) or electroconvulsive therapy (ECT).

The protocol presented here is for TMS-EEG studies utilizing intracortical excitability test-retest design paradigms. The intent of the protocol is to produce reliable and reproducible cortical excitability measures for assessing neurophysiological functioning related to therapeutic interventions in the treatment of neuropsychiatric diseases such as major depression.

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

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

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

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has provided important insights into fundamental processes of the brain like cognition, learning, and motor control. However, this approach cannot provide causal evidence for the involvement of brain areas of interest. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, noninvasive tool for studying the human brain that can overcome this limitation by transiently modifying brain activity. Here, we highlight recent advances using a paired-pulse, dual-site TMS method with two coils that causally probes cortico-cortical interactions in the human motor system during different task contexts. Additionally, we describe a dual-site TMS protocol based on cortical paired associative stimulation (cPAS) that transiently enhances synaptic efficiency in two interconnected brain areas by applying repeated pairs of cortical stimuli with two coils. These methods can provide a better understanding of the mechanisms underlying cognitive-motor function as well as a new perspective on manipulating specific neural pathways in a targeted fashion to modulate brain circuits and improve behavior. This approach may prove to be an effective tool to develop more sophisticated models of brain-behavior relations and improve diagnosis and treatment of many neurological and psychiatric disorders.

This article describes new approaches to measure and strengthen functionally specific neural pathways with transcranial magnetic stimulation. These advanced noninvasive brain stimulation methodologies can provide new opportunities for the understanding of brain-behavior relations and development of new therapies to treat brain disorders.

経頭蓋磁気刺激によるヒト運動系における機能的特異的神経経路の測定と操作

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

<meta charset="utf8"></head><body>小児てんかんのローカリゼーションにおけるMEGとHD-EEGの統合

Electromagnetic Source Imaging in Presurgical Evaluation of Children with Drug-Resistant Epilepsy

For children with drug-resistant epilepsy (DRE), seizure freedom relies on the delineation and resection (or ablation/disconnection) of the epileptogenic zone (EZ) while preserving the eloquent brain areas. The development of a reliable and noninvasive localization method that provides clinically useful information for the localization of the EZ is, therefore, crucial to achieving successful surgical outcomes. Electric and magnetic source imaging (ESI and MSI) have been increasingly utilized in the presurgical evaluation of these patients showing promising findings in the delineation of epileptogenic as well as eloquent brain areas. Moreover, the combination of ESI and MSI into a single solution, namely electromagnetic source imaging (EMSI), performed on simultaneous high-density electroencephalography (HD-EEG) and magnetoencephalography (MEG) recordings has shown higher source localization accuracy than either modality alone. Despite these encouraging findings, such techniques are performed in only a few tertiary epilepsy centers, are rarely recorded simultaneously, and are underutilized in pediatric cohorts. This study illustrates the experimental setup for recording simultaneous MEG and HD-EEG data as well as the methodological framework for analyzing these data aiming to localize the irritative zone, the seizure onset zone, and eloquent brain areas in children with DRE. More specifically, the experimental setups are presented for (i) recording and localizing interictal and ictal epileptiform activity during sleep and (ii) recording visual-, motor-, auditory-, and somatosensory-evoked responses and mapping relevant eloquent brain areas (i.e., visual, motor, auditory, and somatosensory) during visuomotor task, as well as auditory and somatosensory stimulations. Detailed steps of the data analysis pipeline are further presented for performing EMSI as well as individual ESI and MSI using equivalent current dipole (ECD) and dynamic statistical parametric mapping (dSPM).

<meta charset="utf8"></head><body>著者スポットライト:新規バイオマーカーとローカリゼーションの強化による小児てんかん手術の進歩

Magnetoencephalography (MEG) and high-density electroencephalography (HD-EEG) are rarely recorded simultaneously, although they yield confirmatory and complementary information. Here, we illustrate the experimental setup for recording simultaneous MEG and HD-EEG and the methodology for analyzing these data aiming to localize epileptogenic and eloquent brain areas in children with drug-resistant epilepsy.

薬剤耐性てんかん小児の術前評価における電磁源イメージング

For children with drug-resistant epilepsy (DRE), seizure freedom relies on the delineation and resection (or ablation/disconnection) of the epileptogenic ...

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールとしての磁気共鳴分光法の利用

要約

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この動画の章

人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

人間の運動機能の調節のための非侵襲的電気脳刺激モンタージュ

リアルタイム脳波による脳血管刺激による脳状態依存性脳刺激-経頭蓋磁気刺激

fMRIのガイド下経頭蓋磁気刺激中に記録された脳波データからの視覚誘発電位を抽出する

マルチモーダルImaging-とてんかんの患者で接続関連の脳の興奮性を評価するの刺激に基づく方法

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

機能イメージングによるヒト聴覚皮質上のシータバースト刺激の後遺症のマッピング

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

経頭蓋磁気刺激によるヒト運動系における機能的特異的神経経路の測定と操作

薬剤耐性てんかん小児の術前評価における電磁源イメージング

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールと​​しての磁気共鳴分光法の利用

要約

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人間の神経筋システムを研究するために経頭蓋磁気刺激の活用

人間の運動機能の調節のための非侵襲的電気脳刺激モンタージュ

リアルタイム脳波による脳血管刺激による脳状態依存性脳刺激-経頭蓋磁気刺激

fMRIのガイド下経頭蓋磁気刺激中に記録された脳波データからの視覚誘発電位を抽出する

マルチモーダルImaging-とてんかんの患者で接続関連の脳の興奮性を評価するの刺激に基づく方法

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

機能イメージングによるヒト聴覚皮質上のシータバースト刺激の後遺症のマッピング

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

経頭蓋磁気刺激によるヒト運動系における機能的特異的神経経路の測定と操作

薬剤耐性てんかん小児の術前評価における電磁源イメージング

一次運動野代謝に及ぼすバイ半球経頭蓋電気刺激効果の測定のためのツールとしての磁気共鳴分光法の利用