一种记录经颅磁刺激诱发磷光现象的新方法

摘要

光幻视是通过在皮层的视觉敏感区域施加经颅磁刺激（TMS）而诱发的短暂光感知现象。我们展示了一种确定光幻视阈值的标准方案，并介绍了一种量化和分析感知到的光幻视的新方法。

摘要

刺激人类视觉皮层会产生一种短暂的光感，称为光幻视。光幻视可由枕叶皮层的有创性电刺激诱发，也可通过无创的经颅磁刺激（TMS）产生。¹相同皮层区域的强度。诱导闪光幻觉（phosphene）的强度（即闪光幻觉阈值）是视觉皮层兴奋性的一个成熟指标，可用于研究皮层-皮层相互作用和功能组织²，对病理的易感性^3,4以及视觉处理^5-7. 通常根据三个特征来定义光幻视：它们出现在刺激对侧的视觉半视野中；无论受试者的眼睛是睁开还是闭合，均可诱发；且其空间位置会随着注视方向的改变而变化². 记录光幻视的方法多种多样，但目前尚缺乏标准化的方法。我们展示了一种可靠的获取光幻视阈值的操作流程，并介绍了一种用于记录和分析光幻视的新型系统。我们开发了激光追踪与绘制系统（LTaP），这是一种低成本、易于构建和操作的系统，可实时记录受试者感知到的光幻视的位置和大小。LTaP系统为光幻视的量化与分析提供了稳定且可定制的环境。

方案

1. 通过刺激右侧枕叶诱发光幻视

1. 在光线较暗的房间内，让受试者以舒适姿势就座。为受试者戴上泳帽，提供听力保护装置，并调整泳帽和耳塞以确保舒适。为确定并标记初始刺激点，首先定位枕外隆凸，然后向前（头侧）移动约 2 cm，向外侧移动约 2 cm（图 1）。或者，可使用无框架立体定位系统将经颅磁刺激（TMS）线圈准确定位于目标皮层区域。
2. 使用标准的“8”字形（双线圈）TMS 线圈（70 mm），将线圈中心直接放置于上一步确定的位置。线圈应与头皮表面相切，并呈内侧至外侧方向放置，手柄朝向中线外侧（图 2）。
3. 当受试者准备就绪后，以 60% 的输出强度施加单个脉冲。询问受试者是否感知到任何视觉感觉。对于未经历过光幻视的受试者，可考虑佩戴眼罩。若未报告光幻视，则重新调整线圈位置并再次施加脉冲。若受试者仍未报告光幻视，则每 7 至 10 秒施加一次脉冲（约 0.1 Hz），每尝试五次后将刺激强度增加 5%，直至达到 100% 强度。
4. 当受试者报告出现光幻视时，请其详细描述所感知到的现象，包括颜色、形状和位置。注意：光幻视应出现在被刺激大脑半球对侧的视野中。例如，若经颅磁刺激施加于右侧视皮层，则光幻视应出现在左侧视野。
5. 当受试者能够稳定报告光幻视时，在泳帽上标记线圈的位置。

2. 获取右侧枕叶的光幻视阈值

1. 在与上述相同的线圈位置和方向上给予一系列脉冲。要求受试者确认是否感知到诱发的光幻视。
2. 每7到10秒给予一次脉冲（约0.1 Hz）。每次脉冲后，指导受试者根据以下标准报告是否感知到光幻视：“是”表示明确感知到光幻视；“否”表示没有任何视觉感知；“不确定”表示无法确定。对于“不确定”的回答，应 不 在确定阈值时，应将计数视为阳性反应。
3. 调节刺激强度，每个强度水平给予10次脉冲，直至确定光幻视阈值。该阈值定义为 受试者在至少百分之五十的刺激脉冲中报告明确光幻视时的最低刺激强度.

3. 使用 LTaP 系统（图3）确定在不同注视点下光幻视的大小和位置

1. 让受试者就座，使其鼻根部（两眼之间区域）距离投影屏幕中心约 30 cm。
2. 为了使受试者适应 LTaP 系统，给予其激光笔，并指导其练习描画感知到的光幻视图形。如果受试者需要更多练习，可让其将激光点指向投影屏幕上指定的位置。当受试者熟悉 LTaP 系统并能准确在屏幕上绘制图形后，对先前步骤中标记的位置施加一系列经颅磁刺激（TMS）脉冲，强度足以诱发可见的光幻视。要求受试者使用激光笔在投影屏幕上描画或勾勒出所感知到的光幻视轮廓。
3. 在三个测试条件下，刺激强度应为已确定阈值的 120%。例如，若确定的阈值为 65%，则刺激强度应设置为 78%。线圈的位置和方向与上述步骤中确定和描述的相同。
4. 在三个测试条件中的第一个条件下，让受试者注视中央固定点。施加一个脉冲后，指示受试者使用激光笔描画或勾勒所感知到的光幻视。施加一系列足够诱发十个光幻视的脉冲。
5. 在第二个测试条件下，让受试者注视一个比中央固定点高 45° 的固定点。重复第一个条件中所述的实验流程。
6. 在第三个测试条件下，让受试者注视一个位于中央固定点右侧 45° 的固定点。重复第一个条件中所述的实验流程。

4. 数据分析

1. 研究完成后，可对从 LTaP 系统获得的数据进行分析。LTaP 系统的输出包含一个 .xml 文件，其中包含带有时间戳的彩色编码 X-Y 坐标，用于每条记录的轨迹追踪。分析这些数据以检测在视线移动时闪光感位置的变化。

5. 代表性结果

当将经颅磁刺激（TMS）线圈置于右侧半球上方时，所有光幻视均应出现在左侧视野。当受试者被指示直视前方时，光幻视通常位于左下视野。当视线偏离中央注视点（垂直或水平方向偏移45°）时，光幻视应随之移动（图4）。

图1. 定位并标记初始刺激位点。 对于枕叶视觉区域，初始刺激位点 (a) 通常位于枕外隆突 (b) 背侧约 2 cm 和外侧约 2 cm 处。

图 2. 确定刺激线圈的位置。 线圈中心应与刺激部位的头皮表面相切。为尽量减少刺激的非预期扩散，应将线圈手柄朝向远离中线的方向。

图3. LTaP（激光追踪与绘制）系统。 受试者（a）坐在背投屏幕（b）前方。经TMS线圈（c）刺激后，受试者使用激光笔（d）在屏幕上绘制所感知到的光幻视图像（d）。一个背向网络摄像头（e）记录激光轨迹，并将信号传输至运行LTaP软件的计算机（f）。随后，数据通过背向投影仪（g）重新投射到屏幕上。

图 4. LTaP 数据的后处理。图中显示了感知到的光幻视（白色形状）相对于注视点位置的分布和大小，注视点由十字线标示。

讨论

在本视频中，我们演示了获取闪光幻觉阈值的标准方案，并介绍了一种记录闪光幻觉大小和视野位置的新方法。通过向枕极附近右侧枕叶皮层施加单个经颅磁刺激（TMS）脉冲来诱发闪光幻觉。闪光幻觉阈值能够有效反映皮层兴奋性的相对水平，已被广泛用作人类视觉感知研究中的结果评估指标，以及确定TMS刺激强度的依据^8-12。

经颅磁刺激（TMS）诱发的光幻视为研究视觉系统提供了一种内在且无创的测量方法。然而，其固有的问题在于难以持续地记录和量化数据。LTaP 系统正是为应对这一挑战而开发，可将光幻视记录为客观且可量化的数据。LTaP 通过网络摄像头记录激光投射在屏幕上的光点位置，这些光点被转换为一系列实时记录的 X-Y 坐标，并同时重新投影回屏幕上，为受试者提供即时反馈。

在光线较暗的房间内，参与者被要求直接坐在投影屏幕正前方，使用激光笔将所感知到的光幻视投射到屏幕上进行描记。在参与者被要求分别注视三个不同位置——屏幕中心、中心点上方45°以及中心注视点右侧45°——的同时，诱发了多个光幻视。在每种情况下，结果均与预期的光幻...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
经颅磁刺激仪	Magstim	Magstim 200
网络摄像头	Logitech	QuickCam Orbit MP
投影仪	Epson	Epson PowerLite 7900p
投影屏幕	DA LITE	Da-View fast-fold deluxe screen
激光笔	通用