Predicting corticospinal excitability from pre-TMS EEG using convolutional neural networks

The amplitude of motor evoked potentials (MEPs) elicited by transcranial magnetic stimulation (TMS) of the primary motor cortex (M1) shows a large variability from trial to trial, although MEPs are evoked by the same repeated stimulus. A multitude of factors is believed to influence MEP amplitudes, such as cortical, spinal and motor excitability state. The goal of this work is to explore to which degree the variation in MEP amplitudes can be explained by the cortical state right before the stimulation. Specifically, we analyzed a dataset acquired on eleven healthy subjects comprising, for each subject, 840 single TMS pulses applied to the left M1 during acquisition of electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG). An interpretable convolutional neural network, named SincEEGNet, was utilized to discriminate between low- and high-corticospinal excitability trials, defined according to the MEP amplitude, using in input the pre-TMS EEG. This data-driven approach enabled considering multiple brain locations and frequency bands without any a priori selection. Post-hoc interpretation techniques were adopted to enhance interpretation by identifying the more relevant EEG features for the classification. Results show that individualized classifiers successfully discriminated between low and high M1 excitability states in all participants. Outcomes of the interpretation methods suggest the importance of the electrodes situated over the TMS stimulation site, as well as the relevance of the temporal samples of the input EEG closer to the stimulation time. This novel decoding method allows causal investigation of the cortical excitability state, which may be relevant for personalizing and increasing the efficacy of therapeutic brain-state dependent brain stimulation (for example in patients affected by Parkinson’s disease).

Gli eventi avversi che possono insorgere nel trattamento riabilitativo volto al recupero della deambulazione nel paziente con Stroke: a Scoping Review

Background: I trattamenti volti al recupero della deambulazione nel paziente post stroke sono ampiamente declinati in letteratura, ma vi sono tanti interrogativi per quanto riguarda gli eventi avversi che possono intercorrere in neuroriabilitazione. Dato l’ampio spettro di opzioni terapeutiche in questo ambito, innanzitutto, è utile comprendere quali trattamenti si dimostrano nocivi nella riabilitazione di un paziente così complesso. Obiettivo: l’obiettivo di questa Scoping Review è quello di indagare la presenza di eventi avversi riportati in letteratura che possono insorgere nella riabilitazione volta al recupero del cammino nel paziente post stroke. Inoltre, si cerca di individuare quali strategie terapeutiche non siano applicabili e sicure nell’ambito della neuroriabilitazione. Metodi: la ricerca è avvenuta consultando più banche dati online come Pubmed, Cochrane Library, PEDro, il motore di ricerca Google Scholar; il tutto tramite ricerca manuale bibliografica. Sono stati poi analizzati gli articoli pertinenti rispetto al nostro quesito di partenza, prendendo in considerazione qualsiasi tipologia di studio e senza porre limiti di lingua. Risultati: sono stati individuati 53 articoli secondo i criteri di eleggibilità, di cui: 28 RCT, 8 Systematic Reviews, 7 studi pilota, 4 meta – analisi, 2 studi cross-sectional, 2 studi osservazionali prospettici, 1 studio preliminare e 1 studio post hoc di 2 RCT. Il processo di selezione degli articoli è stato riportato utilizzando un diagramma di flusso, mentre il loro contenuto è sintetizzato in tabella sinottica. Conclusione: L’analisi degli studi segue l’applicazione della stringa di ricerca. Dall’analisi attuale della letteratura non viene evidenziata l’insorgenza di eventi avversi gravi e trattamento-correlati, che fossero responsabili di un cambiamento nella pratica clinica. Sono stati rilevati invece, alcuni eventi avversi di grado lieve o moderato, non sempre direttamente correlabili al trattamento proposto.