Name: 依赖国家对TMS的:一看动机幻视行为 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-28T18:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 38 s
Description: 了解经颅磁刺激诱导光幻视行为的状态依赖性效应，通过视觉适应调节神经反应。本方法帮助研究者探索视觉刺激对神经处理的影响机制及其在神经科学中的应用价值。

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5 minutes

1）准备
<ol>
<li>首先，让受试者坐在计算机屏幕前的一把舒适椅子上。</li>
<li>使用卷尺确保屏幕与受试者鼻根之间的距离为 60 cm。</li>
<li>最后，将一个遮光眼罩覆盖在受试者的眼睛上。</li>
</ol>
2) 确定 V1/V2 区域的光幻视阈值
<ol>
<li>在本方案后续探索光幻视行为时，了解受试者的光幻视阈值至关重要。为确定该阈值，首先将经颅磁刺激（TMS）设备设置为70%输出强度。</li>
<li>持线圈时，确保“8”字形线圈的顶部朝向颅骨中线。</li>
<li>在枕外隆凸上方约3 cm处开始进行单脉冲刺激。</li>
<li>每次脉冲后，询问受试者是否出现任何光幻视体验。</li>
<li>在线圈所在区域（V1/V2区）周围的小范围内移动线圈，进行精细定位搜索。</li>
<li>确定一个刺激位置，使得受试者能持续且明确地报告光幻视现象。据理论推测，约40%的人群无法通过TMS诱导出光幻视，因此存在受试者无任何报告的可能性。若出现此情况，则本实验无法继续进行，应允许受试者离开。</li>
<li>一旦定位到光幻视的“热点”区域，上下调节TMS输出强度，直至受试者在连续6次脉冲中恰好有3次报告出现光幻视。此输出强度即为该受试者的V1/V2区阈值。如有条件，可使用神经导航系统以提高定位和靶向V1/V2热点的空间精确度。</li>
</ol>
3) 确定V5/MT+复合体上的光幻视阈值
<ol>
<li>采用上述相同的步骤和参数，现在我们将确定V5/MT+复合区的光幻视阈值。为定位该区域，从受试者枕外隆突向背侧3 cm、外侧5 cm处开始。</li>
<li>每次脉冲刺激后，询问受试者是否出现任何光幻视体验。</li>
<li>同样使用单脉冲刺激，逐步进行小范围的网格搜索，直至诱发明确且一致的光幻视。</li>
<li>最后，上下调节经颅磁刺激（TMS）的输出强度，直至受试者在连续6次脉冲中恰好有3次报告出现光幻视。此输出强度即为该受试者V5/MT+复合区的阈值。同样，若有条件，可使用神经导航系统以提高定位V5/MT+热点区域时的空间精确度。</li>
</ol>
4) 确定基线光幻视行为
<ol>
<li>确定两个视觉区域的光幻视阈值后，需测量基线光幻视行为。首先，取下受试者的遮光眼罩。</li>
<li>接着，指导受试者注视计算机屏幕中央呈现的稳定注视十字，持续60秒。</li>
<li>重新戴上眼罩，并在V1/V2热点区域施加一次持续3秒的单脉冲序列，刺激强度为V1/V2阈值的120%。</li>
<li>等待5秒后，进行第二次脉冲序列刺激。</li>
<li>再次等待5秒后，进行第三次脉冲序列刺激。</li>
<li>在第三次单脉冲序列刺激结束后，要求受试者描述所诱发光幻视的位置及动态特征。此即为基线数据。</li>
<li>在V5/MT+热点区域重复相同操作流程（注意将经颅磁刺激强度重设为V5/MT+阈值的120%）。</li>
</ol>
5）条件一
<ol>
<li>确定光幻视基线后，再次移除受试者的遮光眼罩。</li>
<li>指导受试者注视计算机屏幕中央呈现的稳定注视十字，持续60秒。此次与空白屏幕不同，我们将在十字周围多个位置嵌入一系列移动的光点。 
<img src="/files/ftp_upload/2273/2273fig1.jpg" alt="显示流体动力学及方向性流动箭头的矢量场示意图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
图1. 条件一的适应性刺激：简单的平移运动。所有光点一致向左或向右移动。 
确保所有光点沿同一方向移动。该刺激旨在诱导视觉适应：即由于长时间暴露于某一刺激，神经兴奋性发生改变，从而对后续呈现的刺激感知产生偏倚的现象。</li>
<li>60秒后，重新戴上眼罩，并在V1/V2热点区域以120% V1/V2阈值施加一次持续3秒的单脉冲序列。</li>
<li>等待5秒后，重复该操作两次。</li>
<li>完成三次脉冲序列后，要求受试者报告所诱发光幻视的位置及运动特征。如有条件，可在暗室中使用眼动追踪系统，以更精确地定量监测受试者在光幻视诱发期间的眼动情况。</li>
<li>持续重复此“三序列-报告”流程，直至光幻视行为恢复至基线水平。</li>
<li>对V5/MT+复合体热点区域重复上述实验步骤。</li>
</ol>
6）条件二
<ol>
<li>在第二种条件下，重复使用第一种条件所采用的相同步骤。但此次，不再向受试者呈现一系列朝单一方向移动的点，而是向受试者呈现一系列从中心点向外沿各自相对的正方向移动的点——类似于“星爆”模式。 
<img src="/files/ftp_upload/2273/2273fig2.jpg" alt="静态平衡示意图，ΣFx=0，力矢量，力学系统中平衡状态的可视化表示" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图2"> 
图2. 第二种条件的刺激调整：径向运动。点阵从中心点向各个正方向移动，或朝向中心点，或远离中心点。</li>
<li>同前，60秒后更换掩模，对V1/V2区域施加连续三次、强度为阈值120%的刺激序列，要求受试者报告感知结果，并持续操作直至恢复基线水平。</li>
<li>对V5/MT+区域重复上述步骤。</li>
</ol>
7）示意图
<ol>
<li>可选步骤：在每种条件结束后（或所有条件全部完成后），要求受试者将每组光幻视的区域及其诱发行为绘制在图表上。此步骤并非必需，但可为您提供另一组可解读的数据。</li>
</ol>
8) 代表性结果

视觉适应单向运动刺激应在V1/V2区引发相同的光幻视运动。 
<img src="/files/ftp_upload/2273/2273fig3.jpg" alt="光幻视适应示意图：适应前与适应后，视觉感知研究分析。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 
图3. 在条件一期间，从右侧和左侧半球的V1/V2区诱发的光幻视示例（基于受试者的绘图）。 
V5/MT+复合区的光幻视也应受到影响，使得此时的光幻视表现为适应刺激中的运动方向与基线光幻视的叠加结果。
然而，视觉适应星爆图案应会从 V5/MT+ 复合体引发出完全相同的星爆状光幻视运动，但不应改变 V1/V2 的基线水平。 
<img src="/files/ftp_upload/2273/2273fig4.jpg" alt="光幻视适应示意图；适应前和适应后的圆形数据及方向矢量。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 
图 4. 在条件二期间，从右侧和左侧半球的 V5/MT+ 复合体诱发的光幻视示例（基于受试者绘制的图示）。

<ol><li>Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPascual-Leone%2C+A+%22Handbook+of+Transcranial+Magnetic+Stimulation%22">Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation</a>. , Edward Arnold. London. (2002).</li>
<li>Walsh, V., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWalsh%2C+V+%22Transcranial+Magnetic+Stimulation%3A+A+Neurochronometrics+of+Mind%22">Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind</a>. , MIT Press. Cambridge. (2005).</li>
<li>Silvanto, J., Muggleton, N. G., Cowey, A., Walsh, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+adaptation+reveals+state-dependent+effects+of+transcranial+magnetic+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural adaptation reveals state-dependent effects of transcranial magnetic stimulation.</a> European Journal of Neuroscience. 25, 1874-1881 (2007).</li>
<li>Silvanto, J., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-Dependency+of+Transcranial+Magnetic+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Topography%22%5BJournal%5D)">State-Dependency of Transcranial Magnetic Stimulation.</a> Brain Topography. 21, 1-10 (2008).</li>
<li>Silvanto, J., Cattaneo, Z., Battelli, L., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Baseline+cortical+excitablility+determines+whether+TMS+disrupts+or+facilitates+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Baseline cortical excitablility determines whether TMS disrupts or facilitates behavior.</a> Journal of Neurophysiology. 99, 2725-2730 (2008).</li>
<li>Silvanto, J., Muggleton, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Testing+the+validity+of+the+TMS+state-dependency+approach%3A+targeting+functionally+distinct+motion-selective+neural+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Testing the validity of the TMS state-dependency approach: targeting functionally distinct motion-selective neural populations.</a> Neuroimage. 40, 1841-1848 (2008).</li>
<li>Tootell, R. B., Rappas, J. B., Kwong, K. K., Malach, R., Born, R. T., Brady, T. J., Rosen, B. R., Belliveau, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+analysis+of+human+MT+and+related+visual+cortical+areas+using+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional analysis of human MT and related visual cortical areas using magnetic resonance imaging.</a> Journal of Neuroscience. 15, 3215-3230 (1995).</li>
<li>Singh, K. D., Smith, A. T., Greenlee, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+frequency+and+direction+sensitivities+of+human+visual+areas+measured+using+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal frequency and direction sensitivities of human visual areas measured using fMRI.</a> Neuroimage. 12, 550-564 (2000).</li>
<li>Rutchmann, R. M., Schrauf, M., Greenlee, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+activation+during+dichoptic+presentation+of+optic+flow+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Brain activation during dichoptic presentation of optic flow stimuli.</a> Exp Brain Res. 134, 533-537 (2000).</li>
<li>Morrone, M. C., Tosetti, M., Montanaro, D., Fiorentini, A., Cioni, G., Burr, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cortical+area+that+responds+specifically+to+optic+flow+revealed+by+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A cortical area that responds specifically to optic flow revealed by fMRI.</a> Nat. Neuroscience. 3, 1322-1328 (2000).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

该实验触及状态依赖性的核心问题。V1/V2 区域的神经元被认为与简单的定向运动相对应7,8。因此，对单向运动刺激的适应会增强记录该运动的神经元的兴奋性——这意味着它们应对 TMS 脉冲的反应应最快。V5/MT+ 复合区也包含对简单平移运动敏感的神经元，因此从该区域诱发的光幻视也应受到适应刺激的影响。然而，V5/MT+ 复合区还被认为包含专门响应径向运动的独特神经元9,10。正因如此，星爆样模式应改变 V5 的状态，但不影响 V1/V2。通过适应简单的平移运动或复杂的径向运动，我们可以有效控制 V5/MT+ 复合区中哪一群神经元对 TMS 脉冲反应最快。
已知特定的神经元群体相较于周围神经元群体可被预先激活，从而对经颅磁刺激（TMS）表现出更强的反应性，这一发现为认知神经科学和治疗干预领域带来了巨大前景。利用状态依赖效应，或许可以提出一种观点，即在实施治疗性TMS刺激前，应先给予物理治疗、心理治疗或其他行为“预激活”疗法。

<table><tbody><tr><td>遮光眼罩</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>耳塞</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>泳帽</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>标记物</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>卷尺</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>空白坐标纸</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>刺激开发 &amp;amp; 使用 Adobe Photoshop 在计算机上展示</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>任何具备单脉冲功能的经颅磁刺激设备</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>任意八字形线圈</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

状态依赖性对经颅磁刺激的影响：动机性光幻视行为研究

State-Dependency Effects on TMS:  A Look at Motive Phosphene Behavior

经颅磁刺激（TMS）是一种非侵入性的神经刺激和神经调节技术，可通过施加局部磁场脉冲，暂时或持久地调节皮层兴奋性（增强或减弱）。1,2 在TMS领域中，“状态依赖性”（state dependency）一词指的是被刺激特定脑区的初始基线状态。由此可见，TMS的效果会因靶向皮层区域的这种基本易感性和反应性而有所不同。3,4,5

在本实验中，我们将通过诱发运动性光幻视及其主观体验，来探讨状态依赖性的概念。光幻视是指当视觉皮层受到电磁脉冲刺激时，个体在视觉上感知到的小光点闪烁现象。这些小光点的具体特征会因所刺激的视觉皮层类型不同而有所差异。在本项研究中，我们将重点针对通过刺激V1/V2以及V5/MT+复合视觉区域所诱发的运动性光幻视进行研究。6

本文研究了视觉相关状态依赖性对经颅磁刺激（TMS）诱发的动机性光幻视呈现的影响。

经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）是一种非侵入性的神经刺激与神经调节技术，可短暂或持久地调节……

本实验的总体目标是通过经颅磁刺激诱发的光幻视行为，探究状态依赖性对光幻视行为的影响。首先，通过测定V1、V2和V5初级运动皮层阈值（MT+）区域的基线光幻视阈值及行为反应，完成第一步。实验的第二步是通过呈现特定视觉刺激实现视觉适应，从而预激活特定的神经反应。该实验步骤的第三步是确定新磷化行为在 V1、V2 以及 V5 MT+ 上的表现。该实验步骤的最后一步是绘制并比较新诱导的第二组膦类物质与原始基线组膦类物质。最终可获得结果，表明通过视觉适应特定的独特视觉刺激，可以产生特定且可预测的膦类行为。该技术的意义延伸至目前采用经颅磁刺激（TMS）治疗的多种神经或躯体疾病，因为它揭示了在治疗前进行引导性活动（如轻度物理治疗或心理治疗）可能对TMS及其治疗效果产生重要且可预测的影响。首先，让受试者坐在TMS设备旁的电脑屏幕前，安置于舒适的椅子上。花点时间详细解释实验的细节，并确保在此阶段对受试者进行筛查，以确认其不存在经颅磁刺激（TMS）的禁忌症。受试者和研究人员均应佩戴耳塞以保护听力。接下来，通过释放几个脉冲向受试者介绍TMS设备，使其再次听到点击声。接下来，请感受敲击感，以便在后续步骤中标记刺激位置。将泳帽戴在患者头部，确保其贴合良好，在实验过程中不会滑动。接下来，使用卷尺确保计算机屏幕与受试者鼻根之间的距离为60厘米。确保受试者在实验剩余时间内能够舒适地保持坐姿，以维持该距离不变。最后，在受试者眼睛上放置一个遮光眼罩。应调整面罩以确保贴合紧密，无光线泄漏，以便受试者在实验的后续过程中能够轻松检测并报告磷化氢。接下来，需要确定受试者的磷化氢感知阈值，因为了解该阈值对于后续实验步骤中探究磷化氢行为至关重要。为确定该阈值，首先将TMS仪器设置为70%功率。现在将线圈放置，使“8”字形的顶部朝向颅骨中线，并指向枕外隆凸上方约三厘米处，开始单脉冲刺激。此处我们刺激的是左侧大脑半球。在线圈周围该区域的小范围内移动，形成一个搜索网格，以确定能够引发受试者持续且明确的光幻视报告的刺激位置。哦，你看到什么了吗？是的，这里有点像一团模糊的东西。然而，请注意，经颅磁刺激（TMS）可能无法在约40%的人群中诱发磷光现象，因此受试者有可能不会报告任何感知。如果情况如此，则该实验将无法进行，应允许受试者离开。若能够定位到磷酸化热点，请务必在受试者头皮上标记该位置。现在上下调节经颅磁刺激（TMS）的输出功率，直至受试者在连续六次脉冲中有恰好三次报告看到闪光现象。将此功率水平记录为受试者的V1V2阈值。接下来，采用与上一步骤相同的程序和参数，我们将测定V5mt复合区上的闪光阈值，以定位该区域。首先，将线圈移动至受试者中线外侧5厘米、背侧0.3厘米处。现在开始单脉冲刺激。看到什么了吗？每次脉冲后，再次询问受试者是否有任何光幻视体验。你能指一下并描述一下吗？就在这里。这是一个会发出“呼”声的球。再次使用单脉冲，开始小范围的搜索网格模式。移动线圈，直至诱发明确且一致的光幻视。将此位置标记为受试者的 V5 MT 加热点。最后，上下调节经颅磁刺激（TMS）的输出功率，直至受试者在连续六次脉冲中恰好报告三次出现光幻视。将此功率水平记录为受试者的 V five MT 加复合阈值。在确定了两个视觉区域的光敏阈值后，需要测量受试者基线的光敏行为。为此，调暗房间内的灯光，并移除受试者的遮光眼罩。现在指导受试者注视计算机屏幕中心呈现的一个稳定的注视十字，持续60秒。重要的是，眼睛必须始终保持在十字的中心位置。然后重新戴上遮罩，并覆盖V1和V2热点区域。在运动诱发电位一和运动诱发电位二阈值的120%下，生成持续三秒的单次脉冲序列。然后等待五秒，进行第二次脉冲序列。再次等待五秒后，进行第三次脉冲序列。在第三次单脉冲序列后，要求受试者描述所诱发的光幻视的位置和运动特征。是的，我看到的和我们之前讨论的内容完全一样。就在这里的正上方。接下来，这将作为受试者对磷光反应的基线。每次进行刺激后，将经颅磁刺激（TMS）强度重置为V5区域运动诱发电位阈值的120%，并将线圈移至V5区域的热点位置。在此位置重复相同的操作流程，给予三组脉冲序列，并在此处记录所诱发的磷光现象描述。在确定了磷酸盐基线后，接下来进行如下操作：移除受试者的遮光面罩，并指导其注视计算机屏幕中央呈现的一个稳定的注视十字，持续60秒。但与之前空白屏幕不同的是，此次我们将在十字周围多个位置嵌入一系列移动的光点，所有光点均朝同一方向运动。该刺激旨在引发视觉适应，使得受试者长时间暴露于该刺激后，会对后续呈现的刺激感知产生偏向性。60秒后，将面罩移至V1V2热点区域。在V1V2阈值的120%下生成持续三秒的单脉冲序列。等待五秒，再重复两次。完成这三轮刺激后，要求受试者报告所诱发的光幻视的位置和动机特征。持续重复此三轮报告序列，直至光幻视行为恢复至基线水平。当光幻视行为恢复至基线后，取下受试者的面罩，再次让其观看刺激；60秒后，重新戴上面罩。最后将刺激线圈移至V5区空白加复杂热点位置，并针对该位置重复本方案中的此步骤。在第二个条件下，刺激强度为V5运动阈值（MT）的120%加阈上刺激，其操作流程与第一个条件相同。然而，此时不再向受试者呈现沿单一方向移动的点阵，而是呈现一系列从中心点向外各自沿其相对的 cardinal 方向移动的点阵，形成类似星爆图案的模式，如此处所示，与之前类似。60秒后更换面罩。在V1和V2区域进行三组阈值120%的刺激序列。要求受试者报告是否出现光幻视，并持续监测直至基线水平恢复。再次移除遮罩，要求受试者观看星爆刺激图案60秒。然后，使用与前一步骤相同的刺激参数，对V5脑区mt+热点重复此操作。好的，请向我描述一下你看到了什么？当然。它类似于一种星爆类型，就像在这里出现的烟花效果。作为可选步骤，在每种条件结束后或两种条件全部完成后，要求受试者将每组膦配体对应区域的情绪行为绘制在图表上。这并非必要步骤，但将提供另一组可解释的数据。此处我们再次看到该条件下用于适应的刺激。一种简单的平移运动，所有点一致地向左或向右移动。右侧和左侧半球的V1、V2区诱导出的光幻视。在条件一期间，应在V1、V2区引出与此处所示相同的光幻视运动。此处我们看到的是条件二的适应性刺激：径向运动的点各自沿基本方向朝向或远离中心点移动；而此处我们看到的是在条件二期间，右侧和左侧半球V5/MT+复合区诱导出的光幻视的示例图。视觉适应星爆图案应引发V5/MT+复合区产生相同的星爆样磷光运动，但不应改变V1和V2区域的基线活动。观看本视频后，您应能充分理解如何在经颅磁刺激（TMS）前通过视觉适应诱导出特定且可预测的球面行为。这正是状态依赖性的核心所在。相同的刺激或相同的神经区域会因每个受试者初始神经状态的不同而引发不同的反应。

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