TMS-EEG als een methode om effectieve connectiviteit te bestuderen

Onze hersenen vormen een netwerk van gebieden die met elkaar communiceren om
ons gedrag tot stand te brengen. Om te begrijpen hoe onze hersenen werken is
het belangrijk dat we kunnen onderzoeken hoe verschillende gebieden in ons
brein met elkaar communiceren. In het verleden hebben we daarvoor een techniek
ontwikkelt genaamd 'paired-pulse TMS'. Met deze techniek proberen we te testen
hoe korte activatie van een hersengebied leidt tot activiteit in andere
gebieden.

We zullen het idee van het onderzoek demonstreren met een voorbeeld. De *motor
cortex* van onze hersenen sturen beweging aan, bijvoorbeeld het indrukken van
een knop. De motor cortex krijgt echter een heleboel informatie van andere
hersengebieden (*welke knop*, *met welke vinger*, *wanneer moet je de knop
indrukken*). Door te kijken elk gebied actief is vlak voordat de motor cortex
actief is, kunnen we onderzoeken welke gebieden deze informatie naar de motor
cortex sturen.

Bij veel ziektebeelden is de effectieve communicatie tussen hersengebieden
verstoord. Bij een hersenbloeding bijvoorbeeld kan een tussenstation tussen
twee hersengebieden beschadigd raken, waardoor deze gebieden geen informatie
meer kunnen uitwisselen. Daarom is het erg belangrijk dat we goede methoden
hebben om deze communicatie snel in beeld te brengen. Dit onderzoek vormt
onderdeel van een groter programma om bestaande technieken om de communicatie
tussen hersengebieden in kaart te brengen te verbeteren.

Het ontwikkelen van TMS-EEG als techniek om de interactie tussen hersengebieden
in kaart te brengen. De specifieke experimenten in dit onderzoek zijn gericht
op het onderzoeken van de effecten van kortstondige activatie van
hersengebieden met behulp van TMS op signalen die non-invasief te meten zijn op
de scalp van proefpersonen.

Het onderzoek bestaat uit drie aparte 'Armen'. Elke Arm bestaat uit een apart
experiment dat een uniek aspect van het "TMS-evoked potential" onderzoekt.

In de eerste Arm wordt TMS toegepast op de motor cortex. Deelnemers zullen een
motorische actie voorbereiden ; het is bekend dat deze taken leiden tot
specifieke activatie van de motor cortex. Dus, in deze Arm kunnen we onderzoek
hoe de TMS-evoked potential over dit gebied wordt beinvloed door activiteit in
dit gebied.

In Arm 2 worden de effecten van een eerdere TMS puls over een gebied dat
verbonden is met de motor cortex (namelijk de contralaterale motor cortex en de
ipsilaterale frontale cortex) op de TMS-evoked potential van de motor cortex
bestudeerd zonder dat de proefpersoon een specifieke taak hoeft uit te voeren.

In Arm 3 worden de twee manipulaties van Arm 1 en 2 samen gebracht en wordt
gekeken hoe corticale interacties zoals in kaart gebracht met behulp van de
TMS-evoked potential wordt beinvloed door de cognitive toestand van de
deelnemer. Deelnemers zullen een grijptaak uitvoeren terwijl de interactie van
de inferior en superior parietale cortex met de motor cortex wordt getest.

De deelnemers zullen TMS pulsen ontvangen, de effect waarvan worden gemeten met behulp van EEG. De hoeveelheid, frequentie, en intensiteit van de TMS pulsen zal binnen gepubliceerde veiligheidsnormen zijn (Rossi et al., 2009, Clin Neurophysiol).

Er is geen direct nut van dit onderzoek voor de deelnemers. Transcraniële
magnetische stimulatie (TMS) is een vaak gebruikte, niet-invasieve techniek,
die is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie. Tijdens de
stimulatie zou de proefpersoon waarschijnlijk een klik-geluid van de TMS pulsen
horen en een stimulatie van de zenuwen en spieren op de hoofd waarnemen. De
meest voorkomende bijwerking is een zachte en snel voorbijgaande hoofdpijn
(2-4% optreden). Sterke hoofdpijn is buitengewoon zeldzaam (0.3-0.5% optreden).
In TMS studies bij specifieke patiëntgroepen (bv. met epilepsie) of in studies
die van het standaardprotocol afwijken (bv., in intensiteit of frequentie) is
in uitzonderlijke gevallen epilepsie gerapporteerd. In deze studie wordt gewekt
met gezonde deelnemers en is de stimulatie volledig in overeenstemming is met
de standaard veiligheidsmaatregelen. Alle proefpersonen worden voorafgaand aan
het experiment gescreend op relevante medische gebeurtenissen in het verleden
en andere aan TMS gerelateerde veiligheidsaspecten (bv. metaal in of op het
hoofd. Er zijn geen ernstige voorkomenissen (serious adverse events) te
verwachten tijdens het experiment; risico en belasting door deelname aan deze
studie worden gering tot minimaal geacht. MRI werkt met sterke magnetische
velden, hetgeen betekent dat proefpersonen geen metaal op of in hun lichaam
mogen hebben. MRI gaat gepaard met veel lawaai, hetgeen gehoorbescherming
noodzakelijk maakt.