The concurrent use of transcranial magnetic stimulation with electroencephalography (TMS–EEG) is growing in popularity as a method for assessing various cortical properties such as excitability, oscillations and connectivity. However, this combination of methods is technically challenging, resulting in artifacts both during recording and following typical EEG analysis methods, which can distort the underlying neural signal. In this article, we review the causes of artifacts in EEG recordings resulting from TMS, as well as artifacts introduced during analysis (e.g. as the result of filtering over high-frequency, large amplitude artifacts). We then discuss methods for removing artifacts, and ways of designing pipelines to minimise analysis-related artifacts. Finally, we introduce the TMS–EEG signal analyser (TESA), an open-source extension for EEGLAB, which includes functions that are specific for TMS–EEG analysis, such as removing and interpolating the TMS pulse artifact, removing and minimising TMS-evoked muscle activity, and analysing TMS-evoked potentials. The aims of TESA are to provide users with easy access to current TMS–EEG analysis methods and to encourage direct comparisons of these methods and pipelines. It is hoped that providing open-source functions will aid in both improving and standardising analysis across the field of TMS–EEG research.

Noninvasive brain stimulation is increasingly being investigated for the enhancement of cognition, yet current approaches appear to be limited in their degree and duration of effects. The majority of studies to date have delivered stimulation in "standard" ways (i.e., anodal transcranial direct current stimulation or high-frequency transcranial magnetic stimulation). Specialized forms of stimulation, such as theta burst stimulation (TBS), which more closely mimic the brains natural firing patterns may have greater effects on cognitive performance. We report here the findings from the first-ever investigation into the persistent cognitive and electrophysiological effects of intermittent TBS (iTBS) delivered to the left dorsolateral prefrontal cortex. In 19 healthy controls, active iTBS significantly improved performance on an assessment of working memory when compared with sham stimulation across a period of 40 min post stimulation. The behavioral findings were accompanied by increases in task-related fronto-parietal theta sychronization and parietal gamma band power. These results have implications for the role of more specialized stimulation approaches in neuromodulation.

Abstract Recent studies have highlighted variability in response to theta burst stimulation (TBS) in humans. TBS paradigm was originally developed in rodents to mimic gamma bursts coupled with theta rhythms, and was shown to elicit long‐term potentiation. The protocol was subsequently adapted for humans using standardised frequencies of stimulation. However, each individual has different rhythmic firing pattern. The present study sought to explore whether individualised intermittent TBS (Ind iTBS) could outperform the effects of two other iTBS variants. Twenty healthy volunteers received iTBS over left prefrontal cortex using 30 Hz at 6 Hz, 50 Hz at 5 Hz, or individualised frequency in separate sessions. Ind iTBS was determined using theta‐gamma coupling during the 3‐back task. Concurrent use of transcranial magnetic stimulation and electroencephalography (TMS‐EEG) was used to track changes in cortical plasticity. We also utilised mood ratings using a visual analogue scale and assessed working memory via the 3‐back task before and after stimulation. No group‐level effect was observed following either 30 or 50 Hz iTBS in TMS‐EEG. Ind iTBS significantly increased the amplitude of the TMS‐evoked P60, and decreased N100 and P200 amplitudes. A significant positive correlation between neurophysiological change and change in mood rating was also observed. Improved accuracy in the 3‐back task was observed following both 50 Hz and Ind iTBS conditions. These findings highlight the critical importance of frequency in the parameter space of iTBS. Tailored stimulation parameters appear more efficacious than standard paradigms in neurophysiological and mood changes. This novel approach presents a promising option and benefits may extend to clinical applications.

BackgroundTranscranial direct current stimulation (tDCS) has been shown to improve working memory (WM) performance in healthy individuals, however effects tend to be modest and variable. Transcranial random noise stimulation (tRNS) can be delivered with a direct-current offset (DC-offset) to induce equal or even greater effects on cortical excitability than tDCS. To-date, no research has directly compared the effects of these techniques on WM performance or underlying neurophysiological activity.ObjectiveTo compare the effects of anodal tDCS, tRNS + DC-offset, or sham stimulation over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) on WM performance and task-related EEG oscillatory activity in healthy adults.MethodsUsing a between-subjects design, 49 participants were allocated to receive either anodal tDCS (N = 16), high-frequency tRNS + DC-offset (N = 16), or sham stimulation (N = 17) to the left DLPFC. Changes in WM performance were assessed using the Sternberg WM task completed before and 5- and 25-min post-stimulation. Event-related synchronisation/desynchronisation (ERS/ERD) of oscillatory activity was analysed from EEG recorded during WM encoding and maintenance.ResultstRNS induced more pronounced and consistent enhancements in WM accuracy when compared to both tDCS and sham stimulation. Improvements in WM performance following tRNS were accompanied by increased theta ERS and diminished gamma ERD during WM encoding, which were significantly greater than those observed following anodal tDCS or sham stimulation.ConclusionsThese findings demonstrate the potential of tRNS + DC-offset to modulate cognitive and electrophysiological measures of WM and raise the possibility that tRNS + DC-offset may be more effective and reliable than tDCS for enhancing WM performance in healthy individuals.