从经功能性磁共振成像引导的经颅磁刺激期间记录的脑电图数据中提取视觉诱发电位

本实验的总体目标是从功能磁共振成像（fMRI）引导的经颅磁刺激过程中记录的脑电图（EEG）数据中提取可靠的事件相关电位（ERPs）。首先进行高分辨率功能磁共振成像扫描，以确定皮层区域。

为了进行刺激，后续步骤是设计一项脑电图（EEG）实验，以提取经颅磁刺激（TMS）伪迹模板，该模板随后将从记录的 EEG 数据中减去，从而获得干净的事件相关电位（ERP）。接下来，使用立体定向导航系统仔细准备 TMS-EEG 实验装置。为在受试者头部定位由功能性磁共振成像（fMRI）确定的目标区域，最后一步是在应用 TMS 的同时同步记录 EEG 数据，最终通过减去 TMS 伪迹模板来获得可靠的 ERP。

与现有的同时进行 G-F-M-R-I 等方法相比，该技术的主要优势在于，它使我们能够对通过功能性磁共振成像（fMRI）定义的脑区以及通过脑电图（EEG）测量的电生理信号进行推断。EEG-TMS 同时结合的主要挑战在于去除由经颅磁刺激（TMS）产生的伪迹。这一过程首先通过截除在磁脉冲期间采集的 EEG 数据，然后校正与 TMS 相关的任何其他残留伪迹来实现。本次实验操作将由 Ziv Perman 演示，其操作技术由 Boaz Ade 培训指导。

使用高分辨率回波平面成像序列进行功能性磁共振成像任务，以确定拟采用经颅磁刺激（TMS）靶向的脑区激活位置。随后进行T1加权结构像扫描，以获取神经解剖学数据。确保受试者整个面部均包含在成像视野内。

稍后将使用鼻尖等外部标记来对受试者的头部与其扫描图像进行共配准。扫描完成后，使用 SPM 的 Mars Bar 工具箱，基于实验条件之间的对比来定义感兴趣脑区。

例如，通过从面孔刺激的激活减去物体刺激的激活来定义枕部面孔区，并排除任何对身体选择性的体素，以确定外纹状体身体区。通过从身体刺激的激活减去物体刺激的激活，并排除任何对面孔选择性的体素。设计一种实验范式，呈现所有刺激条件。

每种条件下随机进行至少50次试验，并采用时间上的抖动刺激间隔。设置一个空白屏幕条件，即施加TMS脉冲但不呈现视觉刺激。

这对于生成TMS伪迹模板非常重要。然后设置在试验开始后触发TMS的潜伏期。在此示例中，双脉冲TMS将在60毫秒和100毫秒时施加。

刺激开始后，将结构T1扫描图像输入神经导航系统软件，然后将功能MRI对比图像叠加到结构图像上。使用神经导航软件标记目标脑区。同时确定用于配准头部位置的体表标记点，例如鼻尖、鼻根以及双侧耳屏。

受试者到达后，将其脑电帽佩戴在头部，并连接电极。使用尽可能少的导电膏，以保持阻抗低于五kilo ohms。确保电极导线不相互交叉或形成环路，并朝远离线圈位置的方向布置。

同时，在测量脑电图信号时，将参考电极和接地电极尽可能远离线圈放置。为更准确地呈现经颅磁刺激伪影，应使用至少一千赫兹的高采样率。接下来，将红外探测器安装在受试者头部，并将头部位置与导航系统进行共定位。

使用先前定义的标记，在导航软件中将神经导航指针工具垂直于头部表面，选择经颅磁刺激（TMS）的目标位点。移动至目标位置，并在电极帽上标记该点。让受试者舒适地坐在屏幕前，下巴置于下颌托上。

将下巴托固定好，有助于受试者避免任何移动，这对于测量清晰且可靠的TMS伪迹至关重要。引导线圈中心对准目标脑区，并将其固定到位。使用支架稳定线圈，以确保在实验过程中线圈不会移动。

将经颅磁刺激（TMS）设定至所需强度，并在开始实验前以测试脉冲施加于受试者，获得其认可。在不同的实验区组中，分别对每个皮层目标区域施加TMS。此外，还需设置一个无TMS区组，在该条件下呈现所有刺激，包括空白屏幕条件。

使用假线圈或将线圈贴紧头部并垂直倾斜。在每一轮刺激之间重复导航目标的定位。除非你使用了信号保持系统，否则需要去除脉冲伪迹。

这是通过在脉冲或重复性模拟中的多个脉冲周围截取一段时间窗口来实现的。在大多数情况下，几毫秒的时间窗口就已足够。在本示例中，施加了两个连续的脉冲，并被一起作为单一片段予以去除。

连接产生的两个端点有两种方法。去除脉冲后，可以直接将它们连接起来，也可以在它们之间插入一条连线。短暂的脉冲伪迹有时会伴随一个持续数百毫秒的长残留伪迹。

使用减法技术去除这种持续时间较长的伪迹，同时避免数据丢失。针对每个实验组块，通过将空白屏幕试验的时间锁定到试验开始时刻，计算其平均ERP模板。换句话说，你在无实验刺激的情况下计算ERP，从而得到该组块内仅包含TMS噪声的模板。

将此模板从所有其他刺激条件的每次试验中减去。通过从原始事件相关电位（ERP）中减去经颅磁刺激（TMS）模板可获得干净的ERP，需对每个数据块分别重复进行该减法操作。在受试者接受面部或身体刺激呈现的同时，进行脑电图（EEG）记录。

在呈现刺激的同时，于刺激开始后的60毫秒和100毫秒，分别对枕部面孔区或纹外身体区施加双脉冲经颅磁刺激（TMS）。通过从刺激呈现结合TMS的记录中减去仅TMS的记录，可获得事件相关电位（ERP），其中包含N1成分——一种显著的视觉诱发电位，在观察面孔和身体时比其他刺激诱发的幅度更大。

观察面部时，对 OFA 施加经颅磁刺激（TMS）后，N1 成分的振幅较 EBA 及无 TMS 条件下显著增强。观察身体时，对 EBA 施加 TMS 后，N1 成分的振幅较无 TMS 或对 OFA 施加 TMS 的条件显著增强。

这些结果表明，选择性加工面孔和选择性加工身体的事件相关电位（ERPs）所依赖的神经网络之间存在分离。本视频展示的人工伪迹去除技术的一个显著优势在于，它能够消除与经颅磁刺激（TMS）使用相关的任何伪迹，无论这些伪迹来源于机械、肌肉还是皮层活动，即使位于靠近TMS线圈的电极亦可有效处理，因此无需在分析中排除任何电极。观看本视频后，您应能够充分理解如何设计、实施和分析同步GTMS实验，从而获得可靠的事件相关电位数据。