DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37418-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41611795
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Pedro C. Gordon وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
نظرة عامة
إن دمج التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) وتخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) يوفر نهجًا غير جراحي للتحقيق في استجابة القشرة. ومع ذلك، فإن تفسير بيانات TMS-EEG معقد بسبب وجود إمكانات مستحثة محيطية (PEPs)، والتي يمكن أن تتداخل مع إمكانات مستحثة بواسطة TMS (TEPs) وقد تشوه الاستجابة القشرية. للتخفيف من هذه المشكلة، قامت الدراسة بتقييم تصميمين وهميين يهدفان إلى تقليل تلوث PEP: طريقة “تشبع PEP”، التي تستخدم محفزات حسية جسدية عالية الكثافة في كل من ظروف TMS الوهمية والحقيقية، وطريقة “معايرة شدة المحفز المطابقة الفردية لـ PEP”، التي تعدل شدة المحفز لتتناسب مع سعة PEP لـ TMS الحقيقي.
أشارت النتائج إلى عدم وجود اختلافات كبيرة في TEPs خلال 110 مللي ثانية بعد التحفيز بعد طرح ظروف الوهم، بغض النظر عن بروتوكول الوهم أو المنطقة الدماغية المستهدفة (القشرة الحركية الأولية أو المنطقة الحركية المساعدة). تشير هذه النتائج إلى أنه لا يوجد تفاعل ذي صلة بين المدخلات الحسية الجسدية المرتبطة بـ TMS وTEPs، مما يدعم فعالية كلا بروتوكولي الوهم في إزالة PEPs من استجابات TMS-EEG بشكل فعال. وبالتالي، تؤكد الدراسة صحة المنهجية السابقة للتحكم في PEPs من خلال التحفيز الكهربائي عالي الكثافة على فروة الرأس، مؤكدة أن TEPs لا تتأثر بالمدخلات الحسية الجسدية المتزامنة ضمن الإطار الزمني المحدد.
مقدمة
تناقش المقدمة تطوير وتطبيق الاستخدام المشترك لتخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) كطريقة غير جراحية للتحقيق في استجابة القشرة للمحفزات الكهرومغناطيسية منذ أواخر التسعينيات. تم استخدام TMS-EEG في مجالات متنوعة، بما في ذلك الدراسات الدوائية وتحديد العلامات التشخيصية لاضطرابات الدماغ. ومع ذلك، لا يزال تفسير بيانات TMS-EEG مثيرًا للجدل، خاصة فيما يتعلق بالاستجابات القشرية للمدخلات الحسية الناتجة عن TMS، مثل المحفزات السمعية الناتجة عن تفريغ الملف والمحفزات الحسية الجسدية الناتجة عن تنشيط أعصاب فروة الرأس.
تسلط هذه الفقرة الضوء على التحدي الذي تطرحه الإمكانات المستحثة محيطياً (PEPs)، والتي يمكن أن تتداخل مع الإمكانات المستحثة بواسطة TMS (TEPs) وتعقد تفسير نتائج TMS-EEG. عادةً ما تظهر PEPs حوالي 70 مللي ثانية بعد نبضة TMS، مع انحرافات سلبية وإيجابية مميزة، وتعكس استجابة متعددة الأوجه تتأثر بكل من المدخلات الحسية والعمليات الانتباهية. هذه التداخلات تمثل مشكلة خاصة في السياقات النفسية العصبية، حيث يمكن أن يؤدي معالجة الحواس المتغيرة إلى تشويش النتائج. تشمل الحلول المقترحة استخدام ضوضاء التغطية لحجب المحفزات السمعية واستخدام TMS الوهمي للتفريق بين PEPs وTEPs. ومع ذلك، تواجه هذه الطرق قيودًا، خاصة في حجب المدخلات الحسية الجسدية بالكامل، والتي تظل تحديًا كبيرًا في التفسير الدقيق لبيانات TMS-EEG.
طرق
في هذه الدراسة، خضع المشاركون لجلسة TMS-EEG بعد إجراء مسح بالرنين المغناطيسي لتوجيه وضع ملف TMS باستخدام نظام الملاحة العصبية. تضمنت إعدادات TMS-EEG تسجيل EEG لفروة الرأس باستخدام قبعة كهربائية مكونة من 64 قناة بينما ظل المشاركون جالسين مع فتح أعينهم. تم استخدام EMG السطحي لتحديد عتبة الحركة الساكنة (RMT) ومراقبة الإمكانات المستحثة حركيًا (MEPs) من عضلات الإبهام البعيد (APB) والعضلة البطنية الأولى (FDI) لليد اليمنى. تم تحديد RMT في الموقع القشري الذي يستحث أكبر MEPs، والذي يُعرف بالنقطة الساخنة، وتم تحديده كأدنى شدة تحفيز تنتج MEPs لا تقل عن 50 ميكروفولت في 5 من 10 تجارب. كانت الدراسة تهدف إلى تقديم محفزات دون العتبة إلى القشرة الحركية الأولية (M1) لتجنب توليد MEPs التي قد تشوش TEPs.
تضمن التصميم التجريبي ثمانية كتل، مع أربع تستهدف M1 وأربع تستهدف المنطقة الحركية المساعدة (SMA). شملت كل كتلة 280 تجربة (140 TMS حقيقية و140 TMS وهمية)، متداخلة عشوائيًا، مع متوسط فترة بين المحفزات قدرها 2.5 ثانية. تم تقديم TMS باستخدام ملف على شكل ثمانية متصل بمحفز مغناطيسي، مع الحفاظ على الاتجاه الصحيح للملف لتحسين الاستجابات القشرية. تم ضبط شدة TMS الحقيقي عند 90% من RMT لـ M1 و120% لـ SMA، بينما تم تصميم ظروف الوهم لتغيير طبيعة وشدة المحفز الحسي. في المجموع، تم إجراء 2240 تجربة، مع ترتيب الكتل بشكل عشوائي لضمان إطار تجريبي قوي.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج الناتجة عن اختبارات مختلفة، مع تسليط الضوء على الأنماط المهمة، والارتباطات، أو العلاقات الإحصائية التي لوحظت في البيانات. غالبًا ما تدعم النتائج الأشكال، والجداول، أو المعادلات ذات الصلة التي توضح الجوانب الكمية للنتائج.
باختصار، يبرز القسم الآثار المترتبة على النتائج فيما يتعلق بفرضية البحث أو الأهداف، مما يوفر أساسًا للنقاشات والتفسيرات اللاحقة. تعتبر النتائج حاسمة لفهم السياق الأوسع للدراسة وتساهم في المعرفة القائمة في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، يتناول المؤلفون التحدي المتمثل في التمييز بين الاستجابات الحسية الناتجة عن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة الحقيقي (TMS) وTMS الوهمي، الذي ينشط نهايات الأعصاب الحسية المختلفة. يقترحون نهجًا جديدًا باستخدام مدخلات حسية جسدية عالية الكثافة لكلا الحالتين لتشبع الإمكانات المستحثة محيطياً (PEPs)، مما يقلل من التباين في سعة PEP ويسمح بمقارنة أوضح للإمكانات المستحثة بواسطة TMS الحقيقية (TEPs). تهدف الدراسة إلى التحقق من الافتراض بأن TEPs لا تتأثر بالمدخلات الحسية من خلال توسيع النتائج السابقة، وزيادة حجم العينة، وإدراج المنطقة الحركية المساعدة (SMA) كهدف قشري إضافي.
تضمن التصميم التجريبي 20 مشاركًا صحيًا واستخدم طريقتين TMS وهميتين: “معايرة شدة المحفز المطابقة الفردية لـ PEP” (PIMSIC) وتصميم “تشبع PEP”. أشارت النتائج إلى أن TMS الحقيقي استحث TEPs مميزة في كل من القشرة الحركية الأولية (M1) وSMA، مع ملاحظات اختلافات كبيرة في النوافذ الزمنية التي تتوافق مع مكونات TEP. من الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أنه بينما استحث التحفيز الحسي الجسدي عالي الكثافة PEPs، إلا أنه لم يؤثر على TEPs، مما يدعم صحة الطرق المقترحة. أكدت التحليلات الإحصائية، بما في ذلك اختبار التكافؤ، أن TEPs عبر الظروف أظهرت تشابهات كبيرة، مما يعزز الاستنتاج بأن TEPs يمكن عزلها بشكل موثوق عن التأثيرات الحسية عند استخدام تصميمات TMS الوهمية الموصوفة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-37418-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41611795
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Pedro C. Gordon et al.
Primary Topic: Transcranial Magnetic Stimulation Studies
Overview
The integration of transcranial magnetic stimulation (TMS) and electroencephalography (EEG) offers a non-invasive approach to investigate cortical responsivity. However, the interpretation of TMS-EEG data is complicated by the presence of peripherally evoked potentials (PEPs), which can overlap with TMS-evoked potentials (TEPs) and potentially distort the cortical response. To mitigate this issue, the study evaluated two sham designs aimed at reducing PEP contamination: the “PEP saturation” method, which employs high-intensity somatosensory stimuli in both sham and real TMS conditions, and the “PEP individualized matching stimulus intensity calibration” method, which adjusts stimulus intensity to match the PEP amplitude of real TMS.
The results indicated no significant differences in TEPs within 110 ms post-stimulation after the subtraction of sham conditions, regardless of the sham protocol or the targeted brain area (primary motor cortex or supplementary motor area). These findings suggest that there is no relevant interaction between TMS-related somatosensory inputs and TEPs, thereby supporting the efficacy of both sham protocols in effectively removing PEPs from TMS-EEG responses. Consequently, the study validates the previous methodology of controlling for PEPs through high-intensity scalp electrical stimulation, confirming that TEPs are not modulated by concomitant somatosensory inputs within the specified time frame.
Introduction
The introduction discusses the development and application of the combined use of electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS) as a non-invasive method to investigate cortical responsiveness to electromagnetic stimuli since the late 1990s. TMS-EEG has been utilized in various fields, including pharmacological studies and the identification of diagnostic markers for brain disorders. However, the interpretation of TMS-EEG data remains contentious, particularly concerning the cortical responses to sensory inputs generated by TMS, such as auditory stimuli from the coil discharge and somatosensory stimuli from scalp nerve activation.
The section highlights the challenge posed by peripherally evoked potentials (PEPs), which can overlap with TMS-evoked potentials (TEPs) and complicate the interpretation of TMS-EEG results. PEPs typically manifest around 70 ms post-TMS pulse, with distinct negative and positive deflections, and reflect a multimodal response influenced by both sensory inputs and attentional processes. This overlap is particularly problematic in neuropsychiatric contexts, where altered sensory processing can confound results. Proposed solutions include using masking noise to block auditory stimuli and employing sham TMS to differentiate between PEPs and TEPs. However, these methods face limitations, particularly in fully masking somatosensory inputs, which remain a significant challenge in the accurate interpretation of TMS-EEG data.
Methods
In this study, participants underwent a TMS-EEG session following MRI scans to guide TMS coil placement using a neuronavigation system. The TMS-EEG setup involved recording scalp EEG with a 64-channel electrode cap while participants remained seated with eyes open. Surface EMG was utilized to determine the resting motor threshold (RMT) and to monitor motor evoked potentials (MEPs) from the right hand’s abductor pollicis brevis (APB) and first dorsal interosseus (FDI) muscles. The RMT was established at the cortical site eliciting the largest MEPs, defined as the hotspot, and was determined as the lowest stimulation intensity producing MEPs of at least 50 μV in 5 out of 10 trials. The study aimed to deliver subthreshold stimuli to the primary motor cortex (M1) to avoid generating MEPs that could confound the TEPs.
The experimental design comprised eight blocks, with four targeting M1 and four targeting the supplementary motor area (SMA). Each block included 280 trials (140 real TMS and 140 sham TMS), randomly interleaved, with a mean interstimulus interval of 2.5 seconds. The TMS was delivered using a figure-of-eight coil connected to a magnetic stimulator, maintaining proper coil orientation to optimize cortical responses. The intensity for real TMS was set at 90% of RMT for M1 and 120% for SMA, while sham conditions were designed to vary the nature and intensity of the sensory stimulus. In total, 2240 trials were conducted, with the order of blocks randomized to ensure a robust experimental framework.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant patterns, correlations, or statistical relationships observed in the data. The results are often supported by relevant figures, tables, or equations that illustrate the quantitative aspects of the findings.
In summary, the section emphasizes the implications of the results in relation to the research hypothesis or objectives, providing a foundation for subsequent discussions and interpretations. The findings are critical for understanding the broader context of the study and contribute to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, the authors address the challenge of differentiating between sensory responses elicited by real transcranial magnetic stimulation (TMS) and sham TMS, which activates different sensory nerve endings. They propose a novel approach using high-intensity somatosensory inputs for both conditions to saturate the peripheral evoked potentials (PEPs), thereby minimizing the variability in PEP amplitude and allowing for a clearer comparison of the true TMS-evoked potentials (TEPs). The study aims to validate the assumption that TEPs are not influenced by sensory input by expanding on previous pilot findings, increasing the sample size, and including the supplementary motor area (SMA) as an additional cortical target.
The experimental design involved 20 healthy participants and utilized two sham TMS methods: the “PEP individualized matching stimulus intensity calibration” (PIMSIC) and the “PEP saturation” design. The results indicated that real TMS elicited distinct TEPs in both the primary motor cortex (M1) and SMA, with significant differences observed in the time windows corresponding to TEP components. Notably, the study found that while high-intensity somatosensory stimulation did evoke PEPs, it did not modulate the TEPs, supporting the validity of the proposed methods. Statistical analyses, including equivalence testing, further confirmed that TEPs across conditions exhibited significant similarities, reinforcing the conclusion that TEPs can be reliably isolated from sensory influences when using the described sham TMS designs.