TMS-related potentials and artifacts in combined TMS-EEG measurements: Comparison of three different TMS devices

SummaryObjectivesSimultaneous use of transcranial magnetic stimulation (TMS) and electroencephalography (EEG) allows the measurement of TMS-induced cortical activity. A challenge in the interpretation of the cortical responses to TMS pulses is the differentiation between stimulation artifacts and cortical signals. Thus, we investigated TMS-evoked potentials and artifacts with respect to different TMS devices.MethodsPhysical properties of the magnetic field produced by a MagStim®, Magventure® and Deymed® stimulator were determined. Six subjects were stimulated over the left motor cortex hot spot of the right index finger 42 times with 120% motor threshold, while wearing a 60-electrode EEG cap.ResultsFor each device we found a linear increase of field strength with a linear increase of machine output. The Magventure® system differed from the MagStim® and the Deymed® system with respect to field strength (higher), magnetic flux duration (shorter), motor threshold (lower), recovery time from the TMS artifact (shorter), motor evoked potentials (MEPs) latency (shorter), and had a reversed first artifact trajectory. There were no differences with respect to validity of the MEPs (number of valid epochs), MEP amplitudes, latency or amplitude of the second TMS artifact, or latency or amplitude of TMS-evoked potentials (TEPs).ConclusionsAll of the used devices are well suited for TMS-EEG measurements, but the technical differences (e.g., pulse length) should be taken into account for the interpretation of the results of these experiments. Our results further confirm that adjustment of the stimulation intensity according to individual motor threshold seems to be an effective method to obtain comparable MEP and TEP amplitudes with different stimulation devices.

RésuméBut de l’étudeL’enregistrement de l’EEG au cours de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) permet la mesure de potentiels liés à la SMT. L’interprétation de ceux-ci se heurte à la difficulté de différencier les artefacts de stimulation et les réponses d’origine cérébrale. Trois systèmes d’enregistrement ont été comparés par rapport à ce problème.MéthodesNous avons déterminé les propriétés physiques des champs magnétiques produits par les stimulateurs MagStim®, Magventure® et Deymed®. Six sujets porteurs d’un casque EEG à 60 électrodes ont été stimulés à 42 reprises en regard de l’aire de représentation de l’index droit, à 120 % du seuil moteur.RésultatsPour chaque système, l’intensité du champ a augmenté linéairement en fonction de la sortie annoncée du stimulateur. Le système Magventure® se différenciait des deux autres sur base de l’intensité du champ (plus élevée), de la durée du flux magnétique (plus courte), du seuil moteur (plus faible), du temps de récupération de l’artefact (plus court), du temps de latence du potentiel moteur (plus court) ; il montrait de surcroît une inversion de la première partie de l’artefact. Par contre, aucune différence ne fut constatée au niveau du nombre d’époques acceptables, des amplitudes des potentiels moteurs, du temps de latence ou de l’amplitude du second artefact ou du temps de latence ou de l’amplitude des potentiels liés à la SMT.ConclusionsAlors que tous les systèmes étudiés sont bien adaptés aux enregistrements simultanés EEG-SMT, des différences techniques doivent être prises en compte en vue de l’interprétation des résultats. Nos résultats confirment que l’ajustement de la puissance de stimulation sur base des seuils moteurs individuels constitue la meilleure garantie d’obtention de potentiels moteurs ou liés à la SMT comparables lorsqu’ils ont été obtenus au moyen de systèmes de stimulation différents.