Real-time EEG-defined excitability states determine efficacy of TMS-induced plasticity in human motor cortex

磁刺激 神经科学 运动皮层 脑电图 刺激 长时程增强 节奏 初级运动皮层 电动机系统 经颅交流电刺激 神经可塑性 心理学 医学 内科学 受体
作者
Christoph Zrenner,Debora Desideri,Paolo Belardinelli,Ulf Ziemann
出处
期刊:Brain Stimulation [Elsevier BV]
卷期号:11 (2): 374-389 被引量:353
标识
DOI:10.1016/j.brs.2017.11.016
摘要

Background Rapidly changing excitability states in an oscillating neuronal network can explain response variability to external stimulation, but if repetitive stimulation of always the same high- or low-excitability state results in long-term plasticity of opposite direction has never been explored in vivo. Objective/hypothesis Different phases of the endogenous sensorimotor μ-rhythm represent different states of corticospinal excitability, and repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of always the same high- vs. low-excitability state results in long-term plasticity of different direction. Methods State-dependent electroencephalography-triggered transcranial magnetic stimulation (EEG-TMS) was applied to target the EEG negative vs. positive peak of the sensorimotor μ-rhythm in healthy subjects using a millisecond resolution real-time digital signal processing system. Corticospinal excitability was indexed by motor evoked potential amplitude in a hand muscle. Results EEG negative vs. positive peak of the endogenous sensorimotor μ-rhythm represent high- vs. low-excitability states of corticospinal neurons. More importantly, otherwise identical rTMS (200 triple-pulses at 100 Hz burst frequency and ∼1 Hz repetition rate), triggered consistently at this high-excitability vs. low-excitability state, leads to long-term potentiation (LTP)-like vs. no change in corticospinal excitability. Conclusions Findings raise the intriguing possibility that real-time information of instantaneous brain state can be utilized to control efficacy of plasticity induction in humans.
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