Name: combined transcranial magnetic stimulation and electroencephalography of the dorsolateral prefrontal cortex
Uploaded: 2018-08-17T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex at JoVE.com

この作品は、NIMH R01 MH112815 によって一部で賄われていた。この作品のもサポートされて Temerty 財団、助成財団センターでキャンベル家族精神衛生研究所、中毒と精神的健康のため。

ここで示したすべての実験手順は、ヘルシンキ宣言のガイドラインに従ってローカル倫理委員会によって承認されています。
1 Neuronavigated TMS の頭登録-脳波
<ol><li>各参加者の高解像度全頭部 T1 強調 MRI が構造を取得します。ニューロナビゲーション製造元のガイドラインに従ってスキャンします。</li>
	<li>ナビの画像をアップロードします。Mri は正常にスキャンかどうかチェックしてください。カーディナル ポイント (耳介前方のポイント、ナジオンと鼻の先端) を選択します。刺激のターゲット (解剖学に基づいた、頭座標、MNI、または・ タライラッハ座標をに基づいて) を挿入します。</li>
	<li>頭のトラッカーに置いてこのような方法、それはない刺激セッション中に移動し、できるように無料 TMS コイルの移動。登録を開始する前に、耳栓参加者の挿入があります。</li>
	<li>3-D MRI モデルに参加者の頭を揃えます。MRI スタックのイメージで選択した枢機卿の点でデジタルのペンで参加者の頭の上をタップします。選択し、領域上の登録エラーを減らすために頭の頭頂葉、時間および後頭葉領域の上追加のポイントをマークします。</li>
	<li>登録を検証します。参加者の頭の上には、デジタルのペンを配置します。コンピューター上の表現をチェックします。MR の対応するポイントにない場合は、手順 1.4 を繰り返します。</li>
	<li>
(いくつかのシステムは、この手順は必要ありません) で使用で TMS コイルを調整します。
	<ol>
<li>トラッカーをコイルに接続します。</li>
		<li>すべてのトラッカーがカメラから見えるので、校正用試験片にコイルを配置します。</li>
		<li>コンピューター画面のキャリブレーション ボタンを押して、5 の調整位置にコイルを残す s。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. TMS 脳波実験
<ol><li>
頭に脳波キャップを置き、電極を準備
	<ol>
<li>よく頭にフィット キャップを選択します。すべての電極がしっかりと頭皮に触れている、機能を確認します。以上 2 つの電極が動作しない場合は、同じまたはより小さいサイズのもう一つのキャップを使用します。</li>
		<li>頂点、イニオン上、ナジオンとイオンと Iz 電極を結ぶ線の間の半分の方法に Cz 電極を配置します。 注: は、電気 (EOG) の (左左目と右から右から少し上各頬骨) (上記と目に刺激対側眼の下) に垂直または水平の電極を配置します。</li>
		<li>注射器の鈍チップを調整し、導電性ゲルでそれを埋めます。電極の穴の内側の先端を配置し、皮膚にいくつかのペーストになるまで軽くプランジャー フランジを押します。軽くクロスのようなを使用して頭皮のスクラブは、鈍い先端と共に移動します。ブリッジを避けるために上にペーストをない流出を確認 (電極間短絡)。</li>
	</ol>
</li>
	<li>筋電図の電極を配置します。右外転筋短母指筋 (APB) 腹腱モンタージュの上 2 つの使い捨てディスク電極 (約 30 mm の直径) を配置します。製造元のガイドラインに従って地面に配置します。</li>
	<li>頭の登録を開始します。1.3-1.6 の手順に従います。DLPFC の MNI または・ タライラッハ座標を使用します。</li>
	<li>
ホット スポット、運動閾値。
	<ol>
<li>TMS パルス中に電極上のコイル振動を最小にするために、コイルの下スポンジ (polyutherane から作られた人工繊維) を追加します。泡が約 10 mm の厚さをする必要がありますに注意してください。</li>
		<li>安静時に参加者に指示-快適なリラックスした手、足及び脊柱。</li>
		<li>ホット スポットを見つけます。M1 の APB の皮質表現の初期のランドマークとしてモーター ノブ24をターゲットし、コイルを動かして対応する APB の動きがあります。APB を約 500 μ V の Mep を想起させる TMS 強度を使用します。その角およびホット スポットを最大の応答を換起するチルト変更によってコイルの向きを最適化します。</li>
		<li>ニューロナビゲーター ソフトウェアで位置決めコイルを保存し、2-3% の手順で出力の強度を減らします。10 パルスを与える、以上 50 μ V が得られる 10 のうち 5 MEP 反応よりも場合、強度を減らすことを続行します。</li>
		<li>未満の 10 のうちの 5 つの応答を誘発、1-2% ずつ強度を高めます。MT は、Mep 50 μ 10 のうち 5 回25より大きい生成強度として表されます。MT の刺激間間隔 (ISI) は 1 よりも長くする必要があります s、通常 3、4 または 5 秒に設定します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
次の手順を使用して強度を調整します。
	<ol>
<li>500 から 1,500 μ V に M1 に Mep を生成する MT 強度の 120% でスタート 10 この刺激装置の出力パルスを記録は、平均の応答は 1 mV。1 の平均値に達するまでの 1-2% の手順で強度を増減させる mV。</li>
		<li>刺激強度の刺激の割合の出力、例えば強度を選択。、110% 、120% など。</li>
		<li>(システム可能にする) 場合、V/m に対応する誘導フィールドを探します。コイルを置きます DLPFC;誘導磁場の計算は、同じ皮質深さを M1 上に 1 つと同じになるまで、刺激装置の出力を調整します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>脳の解剖学を彼らの位置を登録するための脳波電極をデジタル化します。 注: これはフォロー アップ セッションで電極の正確な整復および神経活性の分布を特定するための非常に重要なステップです。</li>
	<li>
TMS 脳波を記録します。
	<ol>
<li>オーディオ マスキングに接続する空気管と耳栓耳栓に置き換える (例えば。、ホワイト ノイズ) 利用可能な場合、それらの上のヘッドフォンを追加。TMS パルス伝送時にのみオーディオ マスキングを再生します。 注: この手順に適用できますステップ 2.4.2 ケアとオーディオのマスキングを再生せず頭のトラッカーは移動しないので。</li>
		<li>コイル ホルダー マウント コイルとコイルの移動またはそれの下で電極を押してはいないことを確認してください。電極とコイルの間にスポンジがあることを確認します。</li>
		<li>参加者の視界からすべてのアクティブな画面を削除します。固定ポイントで、TMS 配信中に彼/彼女の頭の位置を変えることと TMS パルス間点滅が凝視する参加者に指示を与えます。</li>
		<li>任意の蛍光ライトをオフします。単一の実行は、各参加者のためのランダムな順序で TMS、SICI、ICF、高をパルスします。100 シングルとペアのパルスを与えます。様々 な ISI の 3-4 s (± 20%) または 3-5 s の定数の使用 (注を参照)。各々 の条件のため、参加者はリラックスでき、ストレッチの 3-5 分の休憩を与えます。 注: SICI および ICF 閾下刺激 (CS) と閾テスト刺激 (TS) ペアパルス TMS パラダイムが伴います。このプロトコルで使用されている CS は、MT と 1 mV MEP ピーク-ピーク26を想起させる強度で TS の 80% です。最適な SICI 用パルス間間隔は 12-13272 ms で、ICF の。高パラダイムの ISI と 100 さんのパルス間間隔、1 mV MEP ピーク-ピーク別閾誘発、1 mV MEP ピーク-ピーク強度を使用して、再度 TS 続いてを想起させる強度でスープラのしきい値 CS の組み合わせを含む両方のシングルとペアのパルスのパラダイムは、刺激の充電時間によって決まります (当社システムによりすべての 4、対パルス s)、(長い実験は参加者に負担をかけずに小さく ISI に要する) セッションとは、解析の量場所を取るつもりです。この研究で 5 の一定の ISI を使用して私たちの刺激装置の制限のため s ともたいので必要な低周波数の複数の周期のバンド (θ) 時間周波数とパワー スペクトル分析のため。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

パンテリス Lioumis は、提出した応募作品外 Nexstim Plc。 (ヘルシンキ、フィンランド) 有料のコンサルタントをされています (すなわち。 モーターと前 2017 音声マッピング rTMS アプリケーションのために、)。レザ Zomorrodi Vielight 株式会社 (トロント、カナダ) の諮問委員会のメンバーであります。Zafiris ・ j ・ Daskalakis は、カナダ保健研究機構 (機構)、健康の国民の協会 - 米国 (NIH)、ウェストン脳研究所、脳カナダ、CAMH 財団とキャンベル研究を通じて Temerty 家族から研究支援を受け研究所。Brainsway (株) から研究支援と自主研究のため現物装置サポートを受けたし、彼は Brainsway 株式会社の 3 つのスポンサー主導研究サイト主任彼はこの自主研究のため Magventure から現物の機器のサポートを受け取った。ダニエル ・ m ・心は、カナダ保健研究機構 (機構)、健康の国民の協会 - 米国 (NIH)、ウェストン脳研究所、脳カナダ、CAMH 財団とキャンベル研究を通じて Temerty 家族から研究支援を受け研究所。Brainsway (株) から研究支援と自主研究のため現物装置サポートを受けたし、彼は Brainsway 株式会社の 3 つのスポンサー主導研究サイト主任彼はこの自主研究のため Magventure から現物の機器のサポートを受け取った。彼は Indivior から自主裁判のため薬の供給を受けた。彼はヤンセンの諮問委員会に参加しています。

TMS 脳波によりほとんどの皮質の直接および非侵襲的刺激と非常に良好な時空間的解像度30、結果神経活動の獲得、ニューロナビゲーションを利用する場合に特に。この方法論的前進の利点は、事実に基づく TMS 誘発脳波信号に属します電気神経活動と大脳皮質皮質興奮性の指標であるそれ。これは TMS 脳波を現在および将来の治療のバイオ マーカーとして使用できる神経の?...

経頭蓋磁気刺激 (TMS) は、急速な時間変動磁場パルス1を使用して大脳皮質の神経活動の非侵襲的評価では、神経生理学的ツールです。これらの磁場パルス脱分極の結果コイルの下に浅野弱い電流を誘発します。その後皮質活性化または変調は直接コイル、その角と頭蓋骨2方向の特性に関連します。コイルからパルスの波形が排出され、ニューロンの基になる状態も結果大脳皮質の活性化3に影響を与えます。
TMS によって行動またはモーター応答を換起またはタスク関連の処理の中断によって皮質機能の評価が可能にします。一方、運動野を介して単一の TMS パルスから筋電図 (EMG) 誘発を記録を通じてプロセス皮質脊髄の興奮性を評価できる皮質内興奮性 (皮質内の促進;ICF) ・阻害機構 (短くて長い皮質内抑制;SICI と李祠) は、対パルス TMS を検出できます。反復的な TMS はさまざまな認知プロセスを邪魔することができますが、さまざまな精神神経疾患の治療手段として主に使用されます。さらに、TMS の同時脳波 TMS 脳波計との組み合わせは、皮質興奮性、接続4を評価するために使用できます。最後に、TM の管理がニューロナビゲーション (nTMS) に配信される場合が刺激の正確な部位を記録することができますので正確な再テスト パラダイムの許可されます。皮質のマントルのほとんどをターゲットすることができ、刺激 (領域の測定可能な物理的または行動応答を生成しないことを含む) こうして皮質機能マッピングできます。
シングルまたはペア パルス TMS から誘発脳波信号は大脳皮質皮質接続5と脳の現在の状態の評価を促進できます。TMS 誘導電流は、シナプスをアクティブにすることができます活動電位の結果します。シナプス電流の分布は、脳波6を記録できます。脳波信号は、定量化し、双極子モデルの7または最小ノルム法8脳波が使用される場合とを占めている頭の電気伝導度構造とを介してシナプス電流分布を検索する使用できます。皮質抑制プロセス9、振動10、皮質11と12半球間相互作用、大脳皮質の可塑性13研究する結合された TMS 脳波を用いることができます。最も重要なは、TMS 脳波は良い再テスト信頼性14,15認知や運動タスクの間に興奮性の変化をプローブすることができます。重要なは、TMS 脳波再テスト デザイン16,17の治療 (rTMS または薬理効果) に対する反応の予測因子となる神経生理学的信号を決定する可能性があります。
TMS のニューロナビゲーションの原則は、縁なしの stereotaxy の原則に基づいています。光を使用するシステムは追跡システム18 (参照トラッカー) 経由で頭と TMS コイルの両方に接続されている光反射の光学要素と通信する発光カメラを採用しました。ニューロナビゲーションはデジタル参照ツールやペンの助けを借りて 3-D MRI モデルでコイルのローカリゼーションのためことができます。ニューロナビゲーションの使用は、コイルの向き、場所および件名の頭に配置のキャプチャだけでなく、脳波の電極位置のデジタル化を促進します。これらの機能は、再テスト デザイン実験と背外側前頭前野内の指定された位置の正確な刺激のために不可欠です。
再テスト実験で TMS 脳波プロトコルを利用するためには、正確な信頼性の高い信号を取得する皮質領域の一貫した刺激をする必要があります。TMS 脳波記録は別の成果物に脆弱性が存在することができます。遅延19,20後に回復することができますアンプまたはアンプ飽和21をすることはできません、脳波電極の TMS によるアーティファクトをフィルター処理できます。ただし、眼球運動や瞬き、頭蓋筋の近くに脳波電極、電極のランダムな動きと、偏とコイルによって生成されるアーティファクトの他のタイプをクリックしてまたは体性感覚を考慮する必要があります。以下の 5 kΩ、電極と電極の振動 (または低周波アーティファクト22をなくすスペーサー) を抑えるとコイル間の泡をコイルの固定化電極インピー ダンスを保証する注意してください件名準備耳栓も聴覚マスキングを使用して、これらのアーティファクトの23を最小限に抑えるください。ここで提示されたプロトコルは、背外側前頭前野 (DLPFC) を適用すると刺激は、神経生理学的機能を評価するための標準的なプロセスを紹介します。M19,15,16の研究で検証されてきた共通のペアパルス パラダイムにフォーカスがあります。

<table><tbody><tr><td>CED Micro1401-3</td><td>Cambridge Electronic Design Limited</td><td>CED Micro1401-3</td><td>Digital Data Recocrder</td></tr><tr><td>BISTIM&#039;2 Package Option 1</td><td>Magstim</td><td>3234-00</td><td>TMS paired pulse stimulator</td></tr><tr><td>Magstim 200&#039;2 Unit (2 items)</td><td>Magstim</td><td>3010-00</td><td>TMS stimulators</td></tr><tr><td>UI controller</td><td>Magstim</td><td>3020-00</td><td>TMS controller</td></tr><tr><td>BISTIM&#039;2 UI controller</td><td>Magstim</td><td>3021-00</td><td>TMS controller</td></tr><tr><td>BISTIM connecting module</td><td>Magstim</td><td>3330-00</td><td>TMS connecting module</td></tr><tr><td>D70 Alpha Coil - P/N 4150-00 (Alpha 70 mm double coil)</td><td>Magstim</td><td>4150-00</td><td>TMS coil</td></tr><tr><td>Brainsight</td><td>Rogue-Resolutions</td><td>Brainsight 2</td><td>Neuronavigator</td></tr><tr><td>Model 2024F</td><td>Intronix</td><td>2024F</td><td>Electromyograph</td></tr><tr><td>Neuroscan SynAmps RT 64 channel System</td><td>Compumedics Neuroscan</td><td>9032-0010-01</td><td>Electroencephalograph</td></tr><tr><td>Quick-Cap electrode system 64</td><td>Compumedics Neuroscan</td><td>96050255</td><td>EEG Cap</td></tr></tbody></table>

combined transcranial magnetic stimulation and electroencephalography of the dorsolateral prefrontal cortex

経頭蓋磁気刺激 (TMS) は、簡単な時間変動磁場パルスによる皮質の神経の興奮を生成する非侵襲的な方法です。皮質活動の開始またはその変調は、皮質の地域活性化のニューロン、コイル、位置および頭部に対してその方向性の特性の背景の活性化に依存します。TMS 同時 electrocephalography (EEG) と組み合わせるし、ニューロナビゲーション nTMS 脳波により再現性のある方法で、皮質皮質興奮性とほぼすべての皮質領域での接続性の評価のため。この前進により nTMS 脳波脳ダイナミクスと神経生理学の臨床試験に必要な再テスト パラダイムを正確に評価することができます強力なツール。このメソッドの制限には、刺激に対する初期の脳反応の成果物が含まれます。したがって、成果物を削除するプロセスが貴重な情報を抽出してもできます。また、背外側前頭前野 (DLPFC) 刺激のための最適なパラメーターは完全に知られていない、現在のプロトコル利用運動皮質 (M1) 刺激パラダイムからのバリエーション。ただし、進化して nTMS 脳波デザインはこれらの問題を解決する願っています。ここで示されるプロトコルなど治療を受ける治療抵抗性の精神疾患患者に適用できる DLPFC を刺激から神経生理学的機能を評価するためのいくつかの標準的なプラクティスを紹介します。経頭蓋直流電流刺激 (tDCS)、反復経頭蓋磁気刺激 (rTMS)、磁気発作療法 (MST) または電気けいれん療法 (ECT)。

図 1Aは 1 つの健康なボランティアの各セッションから 100 の新紀元を平均化した後の F3 電極上に DLPFC 刺激後 TMSevoked 電位を示します。TS が単独で適用されるこの図では、単一パルス条件と比較して TS で CS の効果を強調表示します。CS は 1 つのテーマにおいても明確な形で N100 たわみを調節します。SICI と李祠のセッションで N100 は?...

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Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

ここで提示されたプロトコルは、皮質内興奮性再テスト設計パラダイムを利用した TMS 脳波研究です。プロトコルの目的は、神経生理学的にうつ病などの脳神経疾患の治療における治療的介入に関連する機能を評価するための信頼性が高く、再現性のある皮質興奮性対策を生成することです。

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 ...

combined-transcranial-magnetic-stimulation-electroencephalography

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Neuroscience

Unit 1

Electromagnetic Induction

SCIENTISTS IN ACTION

11.7K ビュー.  Temerty Centre for Therapeutic Brain Intervention at the Centre for Addiction and Mental Health. ここで提示されたプロトコルは、皮質内興奮性再テスト設計パラダイムを利用した TMS 脳波研究です。プロトコルの目的は、神経生理学的にうつ病などの脳神経疾患の治療における治療的介入に関連する機能を評価するための信頼性が高く、再現性のある皮質興奮性対策を生成することです。

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Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric currents through the scalp. This constant electric current induces shifts in neuronal membrane excitability, resulting in secondary changes in cortical activity. Although tDCS has most of its neuromodulatory effects on the underlying cortex, tDCS effects can also be observed in distant neural networks. Therefore, concomitant EEG monitoring of the effects of tDCS can provide valuable information on the mechanisms of tDCS. In addition, EEG findings can be an important surrogate marker for the effects of tDCS and thus can be used to optimize its parameters. This combined EEG-tDCS system can also be used for preventive treatment of neurological conditions characterized by abnormal peaks of cortical excitability, such as seizures. Such a system would be the basis of a non-invasive closed-loop device. In this article, we present a novel device that is capable of utilizing tDCS and EEG simultaneously. For that, we describe in a step-by-step fashion the main procedures of the application of this device using schematic figures, tables and video demonstrations. Additionally, we provide a literature review on clinical uses of tDCS and its cortical effects measured by EEG techniques.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive brain stimulation technique that has shown initial therapeutic effects in several neurological conditions. The main mechanism underlying these therapeutic effects is the modulation of cortical excitability. Therefore, online monitoring of cortical excitability would help guide stimulation parameters and optimize its therapeutic effects. In the present article we review the use of a novel device that combines simultaneous tDCS and EEG monitoring in real time.

経頭蓋直流刺激中同時脳波モニタリング

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

行動学

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

経頭蓋直流電気刺激と同時機能的磁気共鳴画像

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

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

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

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

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

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

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 ...

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 ...

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 ...

Employing Transcranial Magnetic Stimulation in a Resource Limited Environment to Establish Brain-Behavior Relationships

Neuroimaging is typically perceived as a resource demanding discipline. While this is the case in certain circumstances, institutions with limited resources have historically contributed significantly to the field of neuroscience, including neuroimaging. In the study of self-deception, we have successfully employed single-pulse TMS to determine the brain correlates of abilities including overclaiming and self-enhancement. Even without the use of neuro-navigation, methods provided here lead to successful outcomes. For example, it was discovered that decreases in self-deceptive responding lead to a decrease in affect. These methods provide data that are reliable and valid, and such methods provide research opportunities otherwise unavailable.&#160;Through the use of these methods, the overall knowledge base in the field of neuroscience is expanded, providing research opportunities to students such as those at our institution&#160;(Montclair State University is a Hispanic-Serving Institute) who are often denied such research experiences.

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and low-frequency TMS (lfTMS) have&#160;been demonstrated to be major contributors to brain literature. Here we highlight the methods for investigating the cortical correlates of self-deception using TMS.

資源の限られた環境における経頭蓋磁気刺激の活用による脳と行動の関係の確立

Neuroimaging is typically perceived as a resource demanding discipline. While this is the case in certain circumstances, institutions with limited ...

<meta charset="utf8"></head><body>fMRI研究における電極配置精度向上のためのニューロナビゲーションtDCS

Neuronavigated Focalized Transcranial Direct Current Stimulation Administered During Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that allows the modulation of the excitability and plasticity of the human brain. Focalized tDCS setups use specific electrode arrangements to constrain the current flow to circumscribed brain regions. However, the effectiveness of focalized tDCS can be compromised by electrode positioning errors on the scalp, resulting in significant reductions of the current dose reaching the target brain regions for tDCS. Electrode placement guided by neuronavigation based on the individual&#39;s head and brain anatomy derived from structural magnetic resonance imaging (MRI) data may be suited to improve positioning accuracy.
This protocol describes the method of neuronavigated electrode placement for a focalized tDCS setup, which is suitable for concurrent administration during functional MRI (fMRI). We also quantify the accuracy of electrode placement and investigate electrode drift in a concurrent tDCS-fMRI experiment. Critical steps involve the optimization of electrode positions based on current modeling that considers the individual&#39;s head and brain anatomy, the implementation of neuronavigated electrode placement on the scalp, and the administration of optimized and focal tDCS during fMRI.
The regional precision of electrode placement is quantified using the Euclidean norm (L2&#160;Norm) to determine deviations of the actual from the intended electrode positions during a concurrent tDCS-fMRI study. Any potential displacement of electrodes (drift) during the experiment is investigated by comparing actual electrode positions before and after the fMRI acquisition. In addition, we directly compare the placement accuracy of neuronavigated tDCS to that achieved by a scalp-based targeting approach (a 10-20 Electroencephalography (EEG) system). These analyses demonstrate superior placement accuracy for neuronavigation compared to scalp-based electrode placement and negligible electrode drift across a 20 min scanning period.

<meta charset="utf8"></head><body>機能的磁気共鳴画像法中に投与される神経ナビゲートされた焦点化経頭蓋直流刺激

This protocol describes the method of neuronavigated electrode placement for focal, transcranial direct current stimulation (tDCS) administered during functional magnetic resonance imaging (fMRI).

機能的磁気共鳴画像法中に投与される神経ナビゲートされた焦点化経頭蓋直流刺激

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that allows the modulation of the excitability and plasticity ...

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

要約

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経頭蓋直流刺激中同時脳波モニタリング

経頭蓋直流電気刺激と同時機能的磁気共鳴画像

因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

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

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

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

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

資源の限られた環境における経頭蓋磁気刺激の活用による脳と行動の関係の確立

機能的磁気共鳴画像法中に投与される神経ナビゲートされた焦点化経頭蓋直流刺激

結合された経頭蓋磁気刺激と背外側前頭前野の脳波

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経頭蓋直流刺激中同時脳波モニタリング

経頭蓋直流電気刺激と同時機能的磁気共鳴画像

因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

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

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

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

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

資源の限られた環境における経頭蓋磁気刺激の活用による脳と行動の関係の確立

機能的磁気共鳴画像法中に投与される神経ナビゲートされた焦点化経頭蓋直流刺激

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