ЭЭГ. ЭЭГ-ТМС

Методика ЭЭГ-ТМС до недавнего времени являлась довольно экзотической и, ввиду высокой технической сложности, применялась только в научных исследованиях. Однако, в последнее время с появлением ЭЭГ-регистраторов нового поколения и магнитных стимуляторов с "бесшумным" режимом, расширяется спектр ее применения в клинической практике. В данном материале я постараюсь рассказать как о самой методике, так и о тонкостях ее применения.

Коротко об ЭЭГ

Электроэнцефалография - неинвазивный метод исследования функционального состояния головного мозга, известный уже около 100 лет и широко применяемый в современной клинической практике.

Проведение рутинного ЭЭГ-обследования

Коротко о ТМС

Транскраниальная магнитная стимуляция - неинвазивный метод магнитной стимуляции головного мозга с целью наведения электрических токов как в его коре, так и в более глубинных структурах, с целью диагностики проводящих путей или терапии, например, таких заболеваний, как депрессия.

Применение ТМС для диагностики и лечения

Техническая сложность методики ЭЭГ-ТМС

Попытки совместить ЭЭГ с ТМС производились давно. Исследователям было крайне интересно записать ЭЭГ непосредственно во время стимуляции, чтобы в реальном времени отследить, как распространяется наведенный электрический импульс по коре головного мозга. Однако сделать это было крайне непросто. Все дело в том, что аппараты ЭЭГ очень чувствительны, они регистрируют электрические сигналы амплитудой от 1 мкВ, а в момент выдачи магнитного стимула разность потенциалов между электродами может достигать нескольких вольт (это в один миллион раз больше!). После магнитного импульса ЭЭГ усилители, как правило, уходят в зашкал и не могут регистрировать ЭЭГ в течение нескольких миллисекунд, а именно этот отрезок времени, сразу после стимула, необходим для усреднения и последующего анализа. Но кроме огромной наводки от стимула есть и другие серьезные проблемы при регистрации ЭЭГ-ТМС. Вот список основных из них:

• Электромагнитная наводка от стимула провоцирует высокоамплитудный артефакт и зашкал каналов ЭЭГ-усилителя.
• Во время стимуляции койл расположен в непосредственной близости от ЭЭГ-электродов и может сдвигать их, провоцируя тем самым артефакт движения.
• Магнитный стимул может провоцировать движение мышц черепа, что приводит к артефактам на ЭЭГ
• Звук от разряда конденсатора в момент магнитного стимула может спровоцировать регистрацию слуховых вызванных потенциалов вместо магнитных.
• Магнитный стимул часто провоцирует движение век, что также приводит к появлению артефакта на ЭЭГ.
• Во время прохождения магнитного поля через материал ЭЭГ-электродов возникает их поляризация, приводящая к зашкалу ЭЭГ-усилителя.

Чтобы справится со всеми этими трудностями, энтузиасты-первооткрыватели в области ЭЭГ-ТМС прибегали к различным ухищрениям, например, использовали электроды с малым содержанием металла, выполненные в виде разомкнутого кольца:

Электрод в виде разомкнутого кольца помогает минимизировать электрическую наводку во время магнитного стимула и свести артефакт к минимуму.

Кроме этого были попытки временного размыкания цепей регистрации ЭЭГ на момент выдачи магнитного стимула. К сожалению, они на дали положительного результата. Вот пример записи ЭЭГ-ТМС на классическом ЭЭГ-регистраторе:

Видно, что после каждого стимула ЭЭГ-усилитель примерно на полсекунды уходит в зашкал. В это время ЭЭГ-сигнал не регистрируется. А это наиболее важный отрезок записи.

Окончательно справится со всеми перечисленными сложностями удалось только с появлением в арсенале исследователей ЭЭГ-регистраторов с широкой амплитудной и частотной полосой пропускания без фильтра верхних частот на входе. Кроме этого в последнее время появились магнитные стимуляторы с так называемым "бесшумным" режимом, который позволяет производить зарядку конденсатора без наведения помехи на ЭЭГ.

Проведение ЭЭГ-ТМС исследования. Применена электродная система со специализированными электродами. В наушники подается маскирующий шум, чтобы исключить усреднение слуховых ВП на щелчок от стимула. Электроды дополнительно зафиксированы пленкой, чтобы избежать артефакта движения. Используется ЭЭГ-регистратор нового поколения и магнитный стимулятор с "бесшумным" режимом.

Вот так выглядит электроэнцефалограмма во время транскраниальной магнитной стимуляции, записанная на современном оборудовании:

Артефакт на ЭЭГ от магнитного стимула. Длительность артефакта всего в несколько миллисекунд достигается в первую очередь выдающимися техническими характеристиками ЭЭГ-регистратора и специализированным электродам с низким содержанием металлов. Период стимуляции умышленно изменяется после каждого стимула.

Результат усреднения нескольких десятков стимулов для анализа компонентов вызванных потенциалов на магнитную стимуляцию. Специализированные методы фильтрации сигнала позволяют полностью исключить артефакт стимула из усреднения.

Области применения методики ЭЭГ-ТМС

Ввиду технической сложности реализации данной методики, ее распространение в клинической практике в настоящее время все еще не слишком широко. Но благодаря многочисленным исследованиям сферы ее использования постоянно расширяются. Так сегодня можно говорить о таких областях использования методики ЭЭГ-ТМС:

• Реабилитация после инсульта. Методика ЭЭГ-ТМС позволяет определить сохранность проводящих путей в головном мозге, а также отследить динамику их восстановления в ходе процесса реабилитации. Для данной методики проводиться усреднение нескольких десятков или даже сотен ответов на магнитный стимул и определяются латентности и амплитуды ответов по разным отведениям. Сопоставив амплитуды и латентности ответов, можно судить о распространении электрического импульса в структурах головного мозга.

Усредненный вызванный ответ на магнитный стимул. Наиболее четко различимые компоненты N100 и P180. По их латентности и амплитуде можно судить о проводимости структур головного мозга.

• Локализация очагов эпилептиформной активности. По наличию медленно-волновой составляющей на ЭЭГ в ответ на магнитный стимул определяется очаг эпилептиформной активности (Rotenberg, 2009).

На кривых ЭЭГ справа отчетливо видно появление медленно-волновой активности в ответ на магнитный стимул [5].

• Персонализированное лечение депрессии с помощью ТМС и индивидуальной частоты альфа-ритма. В данной методие ЭЭГ и ТМС проводиться не одновременно. С помощью ЭЭГ определяется индивидуальная частота альфа-пика, а в ходе нескольких следующих сеансов ТМС-терапии осуществляется лечение депрессии с помощью стимуляции на этой частоте. По данным исследований эффект от такого лечения выше, чем от применения стандартных 10-ти герцовых протоколов.

ТМС-лечение депрессии

• Научные исследования. В настоящее время ЭЭГ-ТМС довольно широко применяется в самых разных научных исследованиях по изучению особенностей строения и функционирования головного мозга.

Исследования с применением методики ЭЭГ-ТМС

Регистрация вызванных потенциалов мозга при ТМС

Основной интерес при записи ЭЭГ-ТМС представляет регистрация вызванных потенциалов на магнитный стимул. Амплитуда стимуляции, как правило, выбирается на уровне моторного ответа. Чтобы выделить компоненты ВП, требуется провести несколько десятков усреднений. Период стимуляции желательно использовать плавающий, чтобы исключить появление компонента P300. При регистрации обязательно использовать маскирующий шум такой громкости, чтобы пациент не слышал щелчка в момент стимула, иначе есть рик зарегистрировать слуховые ВП вместо магнитных. Обычно у здорового человека отчетливы выделяются компоненты N100 и P180 по амплитуде и латентности которых можно судить о распространении электрического сигнала в головном мозге.

Процесс регистрации ЭЭГ-ТМС. По полученным ответам можно судить о распространении электрических импульсов в структурах головного мозга.

Требования к ЭЭГ-регистратору

Как упоминалось выше, обычный электроэнцефалограф скорее всего не сможет применяться для регистрации ЭЭГ-ТМС. Для этой методики требуются ЭЭГ-регистраторы нового поколения, удовлетворяющие как минимум таким техническим характеристикам:

• Частота квантования сигнала: более 5000 Гц на канал.
• Полоса пропускания по частоте: 0-500 Гц и шире.
• Полоса пропускания по амплитуде: ±300 мкВ и более.
• Разрядность АЦП: 24 бита.
• Подавление синфазной помехи: >140 дБ и более.
• Уровень собственных шумов (от пика до пика): <1.5 мкВ.

Кроме перечисленных технических параметров ЭЭГ-регистратора для успешной записи ЭЭГ-ТМС требуется специализированный подход к фильтрации сигнала на уровне программного обеспечения системы.

"Нейрон-Спектр-65" - современный ТМС-совместимый ЭЭГ-регистратор нового поколения с выдающимися техническими характеристиками.

Требования к магнитному стимулятору

В свою очередь к магнитному стимулятору также предъявляются особенные требования для возможности его применения для регистрации ЭЭГ-ТМС. Например, некоторые стимуляторы во время подзарядки конденсатора выдают в эфир существенные электромагнитные помехи, влияющие на регистрацию ЭЭГ-сигнала. Такие стимуляторы будут создавать высокоамплитудный артефакт на ЭЭГ. Современные магнитные стимуляторы спроектированы таким образом, что могут держать заданный заряд конденсатора без наведения электромагнитных помех.

"Нейро-МС" - монофазный диагностический магнитный стимулятор, специально разработанный с учетом требований для ЭЭГ-ТМС обследований.

В следующем видеоролике вы можете просмотреть вебинар об особенностях регистрации вызванных потенциалов во время ТМС:

Ссылка на статью с использованием "Нейро-МС": https://doi.org/10.1016/j.brs.2020.12.005

Видеозапись мастер-класса по проведению ЭЭГ-ТМС:

Список литературы:

1. C. Bonato a, C. Miniussi, P.M. Rossini «Transcranial magnetic stimulation and cortical evoked potentials: A TMS/EEG co-registration study», Clinical Neurophysiology 117 (2006) 1699–1707.
2. Risto J. Ilmoniemi, Dubravko Kicic «Methodology for Combined TMS and EEG», Brain Topogr (2010) 22:233–248.
3. J. Van Doren, B. Langguth, M. Schecklmann «TMS-related potentials and artifacts in combined TMS-EEG measurements: Comparison of three different TMS devices», NeurophysiologieClinique/Clinical Neurophysiology (2015).
4. Michael R.Boricha, Lewis A.Wheaton "Evaluating interhemispheric cortical responses to transcranial magnetic stimulation in chronic stroke: A TMS-EEG investigation", Neuroscience Letters, Volume 618, 8 April 2016, Pages 25-30.
5. Antonio Valentin, Ramamurthy Arunachalam "Late EEG responses triggered by transcranial magnetic stimulation (TMS) in the evaluation of focal epilepsy", Epilepsia 2007.