1.
Какую информацию предоставляет совместное использование электроэнцефалографии и транскраниальной магнитной стимуляции?
Электроэнцефалограмма - один из инструментов визуализации активности мозга, который можно использовать для измерения возбудимости коры, связности структур мозга и его пластичности мозга, особенно, тогда, когда он сочетается с транскраниальной магнитной стимуляцией. Одновременное использование последней и электроэнцефалографии повышает точность диагностики, прогнозирования и мониторинга лечения пациентов в спектре болезни Альцгеймера за счет захвата временно-пространственных профилей и выявления сведений о функциях мозга..Транскраниальная магнитная стимуляция вызывает специфические для определенного региона мозга нейрофизиологические реакции, которые можно точно измерить с помощью электроэнцефалографии. Эти реакции предлагают косвенные показатели возбудимости коры и нейропластических изменений, подобных LTP/LTD, которые электроэнцефалография сама по себе обеспечить не может. Отклоняясь от традиционных показателей электроэнцефалограммы, полученных из состояний покоя или психологических задач, TMС-ЭЭГ уникальным образом фиксирует немедленные изменения активности мозга после целевой стимуляции (онлайн-TMS-EEG), а также длительные нейронные эффекты после нейромодуляции (оффлайн-TMS-EEG). Перспективным подходом исследований ТМС-ЭЭГ является использование фазово-синхронизированной ТМС-ЭЭГ. Фазосинхронизированная ТМС-ЭЭГ — это новый подход, который включает в себя точную координацию импульсов ТМС с определенными фазами текущих колебаний ЭЭГ мозга. Выравнивая время ТМС с пиком (или минимумом) этих колебаний, исследователи могут понять, как мозговые сети реагируют на стимуляцию при различных состояниях возбудимости мозга.
2.
Что понимается под термином "пластичность мозга"?
"Пластичность мозга" относится к способности мозга динамически изменять свою нейронную активность и сети в ответ на внутренние или внешние стимулы путем ремоделирования своей структуры, операций или связей. Считается, что во время нормального старения пластичность сохраняется, потенциально компенсируя поддержание когнитивных способностей (Hill NL, et.al., 2011). Cнижение "пластичности мозга" указывает на когнитивные нарушения, приводящие к деменции, причем, изменения пластичности обычно наблюдаются по всему спектру болезни Альцгеймера
Каким способом оценивается "пластичность мозга" в исследованиях , совмещающих электроэнцефалографию и транскраниальную магнитную стимуляцию?
В исследованиях транскраниальная магнитная стимуляция - электроэнцефалография - "пластичность мозга" часто рассматривается как сетевая краткосрочная пластичность (STP), которая определяется путем взятия нормализованного отношения разницы между средним потенциалом поля одиночного импульсного ответа (MFP single) и средним потенциалом поля ингибирующей частоты стимуляции (MFPi ), тем самым указывая на STP (Fogel H, et.al., 2021).
Что понимается под термином "функциональная связность"?
Функциональная/эффективная связь отражает жизнеспособность и качество связей между локальными, мезо- и глобальными нейронными сетями. Измерения связности в состоянии покоя и проявляющей себя во время решения задач имеют отражаются на результатах нейрофизиологических исследований, которые они выявляют. Связность, основанная на задачах , имеет решающее значение для расшифровки того, как мозг интегрирует различные функции во время решения задачи, в то время как связность в состоянии покоя может отражать активность мозга по умолчанию, когда он не задействован в решении определенных задач (Bastos AM, Schoffelen J-M. et.al., 2016). Например, изменения функциональной связности в состоянии покоя были обнаружены еще на ранней стадии фазы субъективного когнитивного снижения (SCD) и, как полагают, связаны с когнитивным снижением на протяжении всего прогрессирования болезни Альцгеймера.
Как можно измерить возбудимость коры мозга?
Транскраниальная магнитная стимуляция возбуждает кору мозга , позволяя оценить реактивность и специфичность стимулированных нейронов коры. Эта стимуляция позволяет эффективно исследовать возбудимость коры, которая является одним из наиболее часто сообщаемых показателей активности разных регионов коры мозга . "Возбудимость коры" определяется путем измерения порога покоя (rMT) с помощью электромиографии или с помощью вызванного транскраниальной магнитной стимуляцией потенциала (TEP) с помощью электроэнцефалографии (Zadey S, et.al., 2021).
В области исследований одновременной транскраниальной магнитной стимуляции - электроэнцефалографии несколько показателей (метрик) служат для захвата и интерпретации эффектов нейромодуляции. К таким наиболее важным метрикам относят: "спектральную плотность мощности" (PSD), которую выделяется как важный показатель, предлагающий понимание распределения мощности по различным частотам в ответе нейронов после транскраниальной магнитной стимуляции. Для вычисления PSD величина дискретного преобразования Фурье возводится в квадрат и выражается в (микро)-вольтах 2 на герц. Когда этот временной ряд рассматривается с другими факторами, такими как длина окна, процент перекрытия между окнами и количество точек преобразования Фурье, он улучшает информацию о мощности сигналов колебаний (Youngworth R., et.al., 2005). В отличие от локализованных измерений, "глобальная средняя мощность поля" (GMFP) охватывает всю кожу головы, фиксируя коллективную нейронную активацию через несколько электродов. Оценивая стандартное отклонение сигналов, GMFP раскрывает пространственно распределенные паттерны активации, которые могут быть неочевидны при традиционном усреднении из-за эффектов фазовой отмены. GMFP рассчитывается путем вычитания среднего потенциала всех электродов из потенциала каждого электрода, дальнейшего деления его на количество каналов электродов, а затем извлечения квадратного корня из значения. Эта глобальная перспектива стандартных отклонений между потенциалами через все электроды дает всестороннее понимание широко распространенной активации коры, вызванной транскраниальной магнитной стимуляцией (Lehmann D, Skrandies W., 1980). "Стабильность мощности дипольной активности" (sDA) служит важным показателем для оценки согласованности и надежности активации нейронов после транскраниальной магнитной стимуляции. sDA — это параметр, связанный с формой волны сигналов скальпа, отражающий изменения во времени в глобальной активности, вызванной этой стимуляцией Этот показатель отслеживает надежность и постоянство ответа коры мозга, предоставляя информацию об устойчивости вызванной модуляции в ходе повторных испытаний. Этот показатель можно извлечь из GFMP, в частности, взяв стандартное отклонение GMFP (Ferreri F, et.al., 2021). "Событийно связанные потенциалы" (ERP) - это зарегистрированные на скальпе колебания напряжения, которые привязаны по времени к определенному событию (например, импульсу транскраниальной магнитной стимуляции). Зарегистрированные с помощью электроэнцефалограмы , ERP привязаны по времени к событию, будь то сенсорное, моторное или когнитивное событие, и являются параметром, которая предоставляет информацию о различных психофизиологических коррелятах психических процессов. Считается, что ERP состоит из общей активности, производимой постсинаптическими потенциалами, и описывается в терминах длины волны и амплитуды. Эти потенциалы классифицируются по двум категориям: TEP «ранней волны», которые представляют собой компоненты, которые достигают пика примерно в течение 100 мс после события и, как правило, связаны с сенсорикой, и TEP «поздней волны», которые представляют собой процессы, происходящие через 100 мс после события (Sur S, Sinha VK., 2009). ERSP, также известный как "глобальное спектральное возмущение", связанное с событием, представляет собой метод частотно-временного анализа, который измеряет изменения, связанные с событием, относительно исходного уровня в спектральной мощности, вызванные определенным стимулом (например, импульсом транскраниальной магнитной стимуляцией). ERSP представляет собой параметр динамики мозга, связанной с событием, которая индуцируется в спектре электроэнцефалограммы; поэтому ERSP в конечном итоге представлен изменениями амплитуды широкополосных колебаний мозга как функции времени, которая регистрируется с помощью энейалограммы. Для вычисления ERSP наблюдаются базовые спектры непосредственно перед каждым стимулом, известные как эпоха. Каждая эпоха далее делится на перекрывающиеся окна, что создает скользящее среднее амплитуды спектров. Затем каждое из спектральных преобразований отдельных ответов нормализуется путем деления на их начальные средние базовые спектры. Затем многочисленные попытки нормализованных преобразований ответов усредняются для получения среднего ERSP (Makeig S.et.al., 1993). "Фазовая когерентность между пробами" (ITC, ITPC), проникает в область фазовой согласованности в нескольких пробах после транскраниальной магнитной стимуляции. Она дает представление о синхронизации и фазовой синхронизации колебаний нейронов, вызванных стимуляцией. Оценивая стабильность фазовых углов, ITC предоставляет важную информацию относительно силы и последовательности синхронизации нейронов, возникающей в результате этой стимуляции. ITC вычисляется из электроэнцефалограммы одиночной пробы, в частности, силы фазовой синхронизации для событий временной синхронизации колебания, которое находится в диапазоне от 0 до 1. ITC отражает временную и спектральную синхронизацию в ЭЭГ, позволяя исследователям просматривать степень, в которой происходит базовая фазовая синхронизация (Makeig S, et.al., 2004). "Индекс сложности возмущения" (PCI) исследует тонкости пространственно-временных паттернов, возникающих из-за прямых возмущений транскраниальной магнитной стимуляции. Этот параметр инкапсулирует взаимодействие между интеграцией и сегрегацией в нсети нейронов, предлагая понимание сложности активации коры, вызванной стимуляцией и представляет собой уникальную перспективу, проливающую свет на информацию в деятельности мозга после стимуляции. PCI определяется нормализованной сложностью алгоритма Лемпеля–Зива общего пространственно-временного паттерна активации коры в ответ на возмущение транскраниальной магнитной стимуляцией. Как правило, когда причинно-следственные взаимодействия между областями коры уменьшаются, PCI будет низким, отражая потерю областей интеграции, задействованных этим методом стимуляции (Hall J. , et.al., 2024).
3.
На каком этапе болезни Альцгеймера выявляются нарушения функциональной связности сетей нейронов
Изменения функциональной связности в состоянии покоя были обнаружены еще на ранней стадии фазы субъективного когнитивного снижения (SCD) и, как полагают, они обусловлены когнитивным снижением на протяжении всего прогрессирования болезни Альцгеймера (Wang Y, et.al., 2019). Исследователями был проведен синтез работ, посвященных "транскраниальной магнитной стимуляции -электроэнцефалографии" при болезни Альцгеймера, который поддержал гипотезу «синдрома отключения» при этом нейродегенеративном расстройстве.
Какие изменения показателей транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалографии помогают в даигностики болезни Альцгеймера?
Признаки, которые обеспечивают качественную диагностику болезни Альцгеймера, следующие: (1) вызванный ответ M1 spTMS (т. е. сниженная амплитуда TEP); (2) вызванный ответ DLPFC и предклинья spTMS (т. е. увеличенная амплитуда TEP при болезни Альцгеймера и MCI); (3) межпробная когерентность колебаний (т. е. сниженная когерентность бета-диапазона и гамма-диапазона); и (4) пластичность, подобная LTP (т. е. нарушенная пластичность, подобная LTP, на протяжении прогрессирования болезни Альцгемйра). Некоторые особенности электроэнцефалограммы, такие как функциональная связность лобно-теменной коры в состоянии покоя в тета-диапазоне также коррелирут с тяжестью заболевания, что подтверждает возможность использования этих особенностей в качестве диагностических биомаркеров этого нейродегенеративного расстройства (Casarotto S, et.al., 2011).
Как меняются показатели транскраниальной магнитной стимуляции и электроэнцефалограммы при назначении пациентов с болезнью Альцгемера препаратов, влияющих на гамма - аминомаслянную кислоту?
Дополнительным применением метода "транскраниальная магнитная стимуляция- электроэнцефалография" является оценка реакции пациента на традиционное лечение в дополнение к реакции на повторную транскраниальную магнитную стимуляцию (rTMS). В двух исследованиях изучались изменения колебаний после введения модуляторов гамма - аминомаслянной кислоты-А, таких как алпразолам, диазепам и золпидем, а также агонистов гамма-аминомаслянной кислоты-В, таких как баклофен. Изменения в частотах альфа- и бета-диапазонов вследствие приема лекарств отличались от изменений кортикоспинальной возбудимости, размера мышечной реакции или мощности электроэнцефалограммы в состоянии покоя. Следовательно, этот метод является многообещающим методом обнаружения эффектов традиционных лекарств у пациентов с болезнью Альцгеймера ( Guo Y, et. al., 2021).
Выводы
"Возбудимость коры" мозга, "функциональная связность" и "платичность мозга" наиболее информативно демонстрируют его возможности во время решения определенных задач
Показатели охватывающие как временные, так и частотные области (PSD, GMFP, sDA, ERP, ERSP, ITPS, PCI), обогащают анализ ответов транскраниальная магнитная "стимуляция - электроэнцефалография", каждый из которых раскрывает отдельный аспект эффектов нейромодуляции на активность мозга
Одновременная транскраниальная магнитноая стимуляция с электроэнцефалографией при болезни Альцгеймера поддержала гипотезу «синдрома отключения» при этом нейродегенеративном расстройстве
Для диагностики болезни Альцгеймера, можно использовать: (1) вызванный ответ M1 spTMS ; (2) вызванный ответ DLPFC и предклинья spTMS; (3) межпробую когерентность колебаний; и (4) пластичность, подобная LTP
Функциональная связность лобно-теменной коры в состоянии покоя в тета-диапазоне также коррелирут с тяжестью болезни Альцгеймера?
Литература
Bastos AM, Schoffelen J-M. A tutorial review of functional connectivity analysis methods and their interpretational pitfalls. Front Syst Neurosci. 2016;9:175.
Casarotto S, Määttä S, Herukka S-K, Pigorini A, Napolitani M, Gosseries O, Niskanen E, Könönen M, Mervaala E, Rosanova M, Soininen H, Massimini M. Transcranial magnetic stimulation-evoked EEG/cortical potentials in physiological and pathological aging. NeuroReport. 2011;22(12):592–597
Ferreri F, Guerra A, Vollero L, Ponzo D, Määtta S, Könönen M, Vecchio F, Pasqualetti P, Miraglia F, Simonelli I, Corbetta M, Rossini PM. TMS-EEG biomarkers of amnestic mild cognitive impairment due to Alzheimer’s disease: a proof-of-concept six years prospective study. Front Aging Neurosci. 2021;13:737281.
Fogel H, Levy-Lamdan O, Zifman N, Hiller T, Efrati S, Suzin G, Hack DC, Dolev I, Tanne D. Brain network integrity changes in subjective cognitive decline: a possible physiological biomarker of dementia. Front Neurol. 2021;12:699014.
Guo Y, Dang G, Hordacre B, Su X, Yan N, Chen S, Ren H, Shi X, Cai M, Zhang S, Lan X. Repetitive transcranial magnetic stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex modulates electroencephalographic functional connectivity in Alzheimer’s disease. Front Aging Neurosci. 2021;13:679585.
Hall J. , et.al. Exploring the potential of combining transcranial magnetic stimulation and electroencephalography to investigate mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease: a systematic review. GeroScience. 2024 Aug; 46(4): 3659–3693.
Hill NL, Kolanowski AM, Gill DJ. Plasticity in early Alzheimer’s disease: an opportunity for intervention. Top Geriatr Rehabil. 2011;27(4):257–267.
Lehmann D, Skrandies W. Reference-free identification of components of checkerboard-evoked multichannel potential fields. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1980;48:609–621.
Makeig S. Auditory event-related dynamics of the EEG spectrum and effects of exposure to tones. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1993;86(283–293):1993.
Makeig S, Debener S, Onton J, Delorme A. Mining event-related brain dynamics. Trends Cogn Sci. 2004;8(5):204–210.
Sur S, Sinha VK. Event-related potential: an overview. Ind Psychiatry J. 2009;18(1):70–73.
Youngworth RN, Gallagher BB, Stamper BL. An overview of power spectral density (PSD) calculations. In Opt Manuf Test VI. 2005;5869:206–216.
Wang Y, Qin Y, Li H, Yao D, Sun B, Li Z, Li X, Dai Y, Wen C, Zhang L, Zhang C, Zhu T, Luo C. Abnormal functional connectivity in cognitive control network, default mode network, and visual attention network in internet addiction: a resting-state fMRI study. Front Neurol. 2019;10:1006.
Zadey S, Buss SS, McDonald K, Press DZ, Pascual-Leone A, Fried PJ. Higher motor cortical excitability linked to greater cognitive dysfunction in Alzheimer’s disease: results from two independent cohorts. Neurobiol Aging. 2021;108:24–33.
Добавить комментарий