MRI-Navigated 2-Channel TMS with 60-channel EEG Instrument

配备 60 通道 EEG 仪器的 MRI 导航 2 通道 TMS

基本信息

  • 批准号:
    7389324
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.74万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-03-01 至 2010-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Funds are requested for acquisition of a 2-channel transcranial magnetic stimulator (TMS) with simultaneous 60-channel electroencephalography (EEG) and 6-channel electromyogram (EMG) recording capability to the MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging. The fully integrated instrument system includes an advanced frameless stereotactic navigator that allows instantaneous calculation of the stimulated brain location and the direction and strength of the induced neural currents based on the individual subject's magnetic resonance image (MRI). The proposed TMS system allows non-invasive and safe inhibition or excitation of specific cortical areas, essentially switching the stimulated brain areas ON or OFF for a short time (~tens of milliseconds), thus enhancing or interrupting ongoing processing in the targeted brain areas. This powerful technology is the only method to allow non-invasive validation of models of human brain functions based on neuroimaging (fMRI/MEG/EEG/PET) data. Accurate navigation is needed to target the specific brain areas previously shown to be active with neuroimaging tools. Two TMS channels are needed to stimulate two different brain locations with a TMS pulse simultaneously or in rapid succession. This is necessary because even simple stimuli and tasks activate an anatomically dispersed network with nodes in widely separate parts of the brain, and in order to probe network properties and parallel processing in the human brain, TMS of one area is often not sufficient to significantly modulate brain function and/or behavioral indices. The simultaneous EEG allows direct on-line monitoring of how brain functions are modulated as a result of TMS and estimating functional connectivity across brain areas, offering a unique window into actually understanding causal connections between different brain areas and establishing causality between brain functions and perception/cognition/behavior. This robust combination of features thus allows full-scale reverse engineering of the human brain. This instrument will therefore benefit all ongoing studies of human brain functional organization. Further, some of our human studies focusing on haemodynamics- electrophysiology coupling should expect roughly 500-fold signal-to-noise increases by using navigated TMS instead of peripheral sensory stimulation for brain activation. Finally, our stroke and migraine studies will utilize simultaneous TMS+EEG to estimate cortical viability and excitability. The Nexstim eXimia navigator and EEG systems, along with two Medtronic MagPro X100 MagOption stimulators and Medtronic coils, were selected because of the individual state-of-the art components were found to be best suited to serve our wide user base. The eXimia EEG is also the only commercially available TMS- compatible EEG system, and no other combination offers navigation and simultaneous TMS and EEG/EMG in a seamless fully integrated instrument system. The navigated TMS+EEG instrument will be regularly employed by a large number of NIH funded projects, each of which is relevant to public health by helping to understand how the human brain works in health and disease. Validation of models (that are typically driven by imaging data) is a key element in any scientific reasoning; yet, in neuroscience, this has mainly relied on animal models or human stroke/lesion studies. This instrument allows safe and noninvasive reverse engineering of human brain functional organization and will thus have a strong impact on the validation of cognitive neuroscience models, while it will also increase our understanding of the haemodynamics-electrophysiology link as well as stroke and migraine pathophysiology.
描述(由申请人提供):请求资金以同时使用60频道电脑电图(EEG)(EEG)和6通道雷电图(EMG)记录MGH/MGH/MIT/MIT/MIT/MIT/HMSATHINULA A. MARTINOUS CENTERM的2频道经颅磁刺激器(TMS)和6通道雷电图(EMG)记录能力。完全集成的仪器系统包括一个先进的无框立体定向导航器,该导航器允许基于单个受试者的磁共振图像(MRI)的刺激大脑位置以及诱导神经电流的方向和强度进行瞬时计算。所提出的TMS系统允许对特定皮质区域进行非侵入性和安全的抑制或激发,从而在短时间内开或关闭刺激的大脑区域(〜10毫秒),从而增强或中断目标大脑区域正在进行的处理。这项强大的技术是唯一允许基于神经影像学(fMRI/MEG/EEG/PET)数据对人脑功能模型进行非侵入验证的方法。需要准确的导航来针对先前证明具有神经影像工具活跃的特定大脑区域。需要两个TMS通道以同时或快速连续使用TMS脉冲刺激两个不同的大脑位置。这是必要的,因为即使简单的刺激和任务也可以激活一个在大脑中广泛分开的节点的解剖分散网络,并且为了探测人脑中的网络属性和并行处理,一个区域的TMS通常不足以显着调节大脑功能和/或行为指数。同时脑电图允许直接在线监视大脑功能如何根据TMS进行调节以及估计跨大脑区域的功能连通性,从而为实际理解不同大脑区域之间的因果关系提供了独特的窗口,并在大脑功能和知觉/认知/认知/行为之间建立因果关系。因此,这种功能的强大组合允许人脑的全尺度反向工程。因此,该工具将使所有正在进行的人类脑功能组织正在进行的研究受益。此外,我们的一些重点是血液动力学的人类研究 - 电生理耦合应预计,通过使用导航的TMS而不是外周感觉刺激来增加大约500倍的信号到噪声。最后,我们的中风和偏头痛研究将利用同时进行TMS+EEG来估计皮质活力和兴奋性。由于发现单个最先进的组件最适合为我们的广泛的用户群服务,因此选择了Nexstim Eximia Navigator和EEG系统,以及两个Medtronic Magpro X100 Magoption刺激器和Medtronic线圈。 EXIMIA EEG也是唯一可商购的TMS-兼容的EEG系统,并且没有其他组合在无缝完全集成的仪器系统中提供导航和同时进行TMS和EEG/EMG。 导航的TMS+EEG仪器将定期使用大量的NIH资助项目,每个项目都通过帮助了解人脑在健康和疾病中的工作方式,与公共卫生相关。在任何科学推理中,对模型的验证(通常由成像数据驱动)是关键要素;然而,在神经科学中,这主要依赖动物模型或人类中风/病变研究。该仪器允许人脑功能组织的安全且无创的逆向工程,因此将对认知神经科学模型的验证产生强烈的影响,而这也将增强我们对血液动力学 - 电子生理学联系以及中风和偏头痛病理生理学的理解。

项目成果

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