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Erschienen in: Brain Topography 5/2019

09.05.2019 | Original Paper

Accuracy of Estimating the Area of Cortical Muscle Representations from TMS Mapping Data Using Voronoi Diagrams

verfasst von: Andrey Yu. Chernyavskiy, Dmitry O. Sinitsyn, Alexandra G. Poydasheva, Ilya S. Bakulin, Natalia A. Suponeva, Michael A. Piradov

Erschienen in: Brain Topography | Ausgabe 5/2019

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Abstract

Motor evoked potentials (MEPs) caused by transcranial magnetic stimulation (TMS) provide a possibility of noninvasively mapping cortical muscle representations for clinical and research purposes. The interpretation of such results is complicated by the high variability in MEPs and the lack of a standard optimal mapping protocol. Comparing protocols requires the determination of the accuracy of estimated representation parameters (such as the area), which is problematic without ground truth data. We addressed this problem and obtained two main results: (1) the development of a bootstrapping-based approach for estimating the within-session variability and bias of representation parameters and (2) estimations of the area and amplitude-weighted area accuracies for motor representations using this approach. The method consists in the simulation of TMS mapping results by subsampling MEPs from a single map with a large number of stimuli. We studied the extensor digitorum communis (EDC) and flexor digitorum superficialis (FDS) muscle maps of 15 healthy subjects processed using Voronoi diagrams. We calculated the (decreasing) dependency of the errors in the area and weighted area on the number of stimuli. This result can be used to choose a number of stimuli sufficient for studying the effects of a given size (e.g., the protocol with 150 stimuli leads to relative errors of 7% for the area and 11% for the weighted area in 90% of the maps). The approach is applicable to other parameters (e.g., the center of gravity) and other map processing methods, such as spline interpolation.
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Zurück zum Zitat Bakulin IS, Poydasheva AG, Chernyavsky AY, Suponeva NA, Zakharova MN, Piradov MA (2018) Methods of detecting lesions of upper motor neuron in amyotrophic lateral sclerosis using transcranial magnetic stimulation. Ann Clin Exp Neurol 12:45–54 Bakulin IS, Poydasheva AG, Chernyavsky AY, Suponeva NA, Zakharova MN, Piradov MA (2018) Methods of detecting lesions of upper motor neuron in amyotrophic lateral sclerosis using transcranial magnetic stimulation. Ann Clin Exp Neurol 12:45–54
Zurück zum Zitat Krieg SM, Lioumis P, Mäkelä JP, Wilenius J, Karhu J, Hannula H, Savolainen P, Lucas CW, Seidel K, Laakso A, Islam M, Vaalto S, Lehtinen H, Vitikainen A-M, Tarapore PE, Picht T (2017) Protocol for motor and language mapping by navigated TMS in patients and healthy volunteers; workshop report. Acta Neurochir (Wien). https://doi.org/10.1007/s00701-017-3187-z CrossRef Krieg SM, Lioumis P, Mäkelä JP, Wilenius J, Karhu J, Hannula H, Savolainen P, Lucas CW, Seidel K, Laakso A, Islam M, Vaalto S, Lehtinen H, Vitikainen A-M, Tarapore PE, Picht T (2017) Protocol for motor and language mapping by navigated TMS in patients and healthy volunteers; workshop report. Acta Neurochir (Wien). https://​doi.​org/​10.​1007/​s00701-017-3187-z CrossRef
Zurück zum Zitat Rossini PM, Burke D, Chen R, Cohen LG, Daskalakis Z, Di Iorio R, Di Lazzaro V, Ferreri F, Fitzgerald PB, George MS, Hallett M, Lefaucheur JP, Langguth B, Matsumoto H, Miniussi C, Nitsche MA, Pascual-Leone A, Paulus W, Rossi S, Rothwell JC, Siebner HR, Ugawa Y, Walsh V, Ziemann U (2015) Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clin Neurophysiol 126:1071–1107. https://doi.org/10.1016/J.CLINPH.2015.02.001 CrossRefPubMed Rossini PM, Burke D, Chen R, Cohen LG, Daskalakis Z, Di Iorio R, Di Lazzaro V, Ferreri F, Fitzgerald PB, George MS, Hallett M, Lefaucheur JP, Langguth B, Matsumoto H, Miniussi C, Nitsche MA, Pascual-Leone A, Paulus W, Rossi S, Rothwell JC, Siebner HR, Ugawa Y, Walsh V, Ziemann U (2015) Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clin Neurophysiol 126:1071–1107. https://​doi.​org/​10.​1016/​J.​CLINPH.​2015.​02.​001 CrossRefPubMed
Zurück zum Zitat Rotenberg A, Horvath JC, Pascual-Leone A (2014) Transcranial magnetic stimulation. Humana Press, New YorkCrossRef Rotenberg A, Horvath JC, Pascual-Leone A (2014) Transcranial magnetic stimulation. Humana Press, New YorkCrossRef
Metadaten
Titel
Accuracy of Estimating the Area of Cortical Muscle Representations from TMS Mapping Data Using Voronoi Diagrams
verfasst von
Andrey Yu. Chernyavskiy
Dmitry O. Sinitsyn
Alexandra G. Poydasheva
Ilya S. Bakulin
Natalia A. Suponeva
Michael A. Piradov
Publikationsdatum
09.05.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Brain Topography / Ausgabe 5/2019
Print ISSN: 0896-0267
Elektronische ISSN: 1573-6792
DOI
https://doi.org/10.1007/s10548-019-00714-y

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