Transkranielle Magnetstimulation (TMS) und Niederfrequenz-TMS (lfTMS) haben nachweislich einen wichtigen Beitrag zur Gehirnliteratur geleistet. Hier beleuchten wir die Methoden zur Untersuchung der kortikalen Korrelate der Selbsttäuschung mittels TMS.
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Methodenartikel
Einsatz transkranieller Magnetstimulation in einer ressourcenbegrenzten Umgebung, um Gehirn-Verhaltens-Beziehungen herzustellen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Neuroimaging wird typischerweise als ressourcenintensive Disziplin wahrgenommen. Während dies unter bestimmten Umständen der Fall ist, haben Institutionen mit begrenzten Ressourcen in der Vergangenheit einen wesentlichen Beitrag zum Bereich der Neurowissenschaften, einschließlich der Neurobildgebung, geleistet. In der Studie zur Selbsttäuschung haben wir erfolgreich Einzelpuls-TMS eingesetzt, um die Gehirnkorrelate von Fähigkeiten einschließlich Überforderung und Selbstverbesserung zu bestimmen. Auch ohne den Einsatz von Neuro-Navigation führen die hier zur Verfügung gestellten Methoden zu erfolgreichen Ergebnissen. Zum Beispiel wurde entdeckt, dass eine Abnahme der selbsttäuschenden Reaktion zu einer Abnahme des Affekts führt. Diese Methoden liefern Daten, die zuverlässig und gültig sind, und solche Methoden bieten Forschungsmöglichkeiten, die sonst nicht verfügbar wären. Durch den Einsatz dieser Methoden wird die gesamte Wissensbasis auf dem Gebiet der Neurowissenschaften erweitert und bietet Studenten wie denen an unserer Institution (Montclair State University ist ein Hispanic-Serving Institute), denen solche Forschungserfahrungen oft verweigert werden, Forschungsmöglichkeiten.
Einleitung
Es gibt eine Reihe von Herausforderungen bei der Untersuchung von Gehirn-Verhaltens-Korrelaten an Forschungseinrichtungen mit begrenzten Ressourcen (oft als "Lehruniversitäten" bezeichnet). Nach Angaben der National Science Foundation (NSF) wird fast die gesamte akademische Forschung von einem kleinen Prozentsatz der Hochschuleinrichtungen in den Vereinigten Staaten abgeschlossen. Bei der Untersuchung von über 4.400 postsekundären Hochschulen, die einen Abschluss gewähren, führen die 115 führenden Universitäten / Institute 75% aller Forschungsergebnissedurch und veröffentlichen sie 1. In den Vereinigten Staaten gibt es 131 Forschungsuniversitäten 1 (R1: Die höchste Statusstufe, die eine Universität in Bezug auf das Forschungsranking erreichen kann), die den Großteil der Bundesmittel erhalten.
Diese kopflastige Finanzierungsdisparität schränkt die Forschungsmöglichkeiten für viele Hauptforscher und Studenten ein; Zum Beispiel sind nur 1,9% der R1-Universitäten Hispanic-Serving-Institute. Darüber hinaus sind Nicht-R1-Institute in Bezug auf Forschungsraum, gewährte Zuschüsse und Zeit, die für die Forschung zur Verfügung gestellt werden, begrenzt, und diese Schulen haben oft keine Zugehörigkeit zu medizinischenFakultäten 2. Angesichts dieser Hindernisse stellen wir die Methoden zur Verfügung, die die Untersuchung von Gehirn-Verhaltens-Beziehungen in Täuschung in einer ressourcenbegrenzten Umgebung erfolgreich ermöglicht haben. Während diese Methoden für jedes Institut geeignet sind, glauben wir, dass diejenigen an kleineren/lehrintensiven Universitäten den maximalen Nutzen aus diesen Methoden ziehen werden.
Unser Labor hat sich in erster Linie auf die Gehirnregionen konzentriert, die für die Produktion von Selbsttäuschung und Selbstverbesserung verantwortlich sind. Die Feststellung der Kausalität in Bezug auf die zugrunde liegenden kortikalen Regionen ist durch eine Reihe von Techniken erreichbar, und diese Daten helfen, korrelative Neuroimaging-Methoden und experimentelle Patientenstudien zu bestätigen 3,4,5.
Zur Untersuchung der Selbsttäuschung mit kausalen Neuroimaging-Verfahren wurde eine Reihe innovativer Methoden eingesetzt, hauptsächlich mit Einzelpuls-Transkranieller Magnetstimulation (TMS) und repetitiver TMS (rTMS6; Abbildung 1). Während tDCS (transkranielle direkte kortikale Stimulation) erfolgreich eingesetzt wurde 7 und modifiziert werden kann, um die hier vorgestellten Methoden, Verfahren und Ergebnisse zu replizieren, macht die Flexibilität von TMS es immer noch zur optimalen Wahl für die Neuromodulation der Selbsttäuschung. Bei der gebräuchlichsten Implementierung hemmen, erregen, stören oder messen Forscher die kortikale Erregbarkeit (hier nicht behandelt, aber siehe Referenz8).
Der mediale präfrontale Kortex (MPFC) scheint an einer selbsttäuschenden Reaktion beteiligt zu sein9. Angesichts der Rolle der Cortical Midline Structures (CMS) in Bezug auf die Selbstwahrnehmung im Allgemeinen10 ist es nicht verwunderlich, dass Selbsttäuschung mit MPFC-Aktivität korreliert. Um die Kausalität in Bezug auf Frontalregionen zu bestimmen, wurde TMS verwendet, um "virtuelle Läsionen" zu erzeugen, während Anfälle von Selbsttäuschung gemessen wurden11. Die Messung der Selbsttäuschung wurde mit zwei Hauptmethoden erreicht: Selbstverbesserung und Überforderung6.
Wir haben festgestellt, dass eine Störung der MPFC zur Verringerung der Selbsttäuschungführt 6,8,11,12,13. Darüber hinaus haben wir entdeckt, dass eine solche Reduktion (d.h. die Verringerung der Selbsttäuschung) mit einer Abnahme des Affekts einer Person zusammenhängt (d.h. negative Stimmungszunahmen und positive Stimmungsabnahmen).
Da Neuronavigation / individuelle MRTs nicht eingesetzt werden (aus Kostengründen verfügen die meisten Labors nicht über diese Ressourcen), können Bedenken hinsichtlich der Positionierung und Genauigkeit beim TMS-Targeting geäußert werden. Wir haben dies kompensiert, indem wir gelegentlich treuhänderische Verfahren durchgeführt haben, bei denen ein Kontrastziel (z. B. eine Vitamin-E-Tablette) auf die Kappe gelegt wird und die Teilnehmer anschließend in einer strukturellen MRT11,12 gescannt werden. Diese Methoden haben die Genauigkeit der hier beschriebenen Methoden bestätigt, und wir zielen auf den medialen Aspekt des MPFC an der Grenze von BA 10/9 ab, die über dem medialen Frontal-Gyrus (0, ~40, ~30) liegt.
Es ist klar, dass eine höhere räumliche Auflösung mit anderen Methoden wie der Neuronavigation erreicht werden kann, jedoch werden diese Methoden nicht ohne Nachteile eingesetzt, zu denen der Abbruch der Teilnehmer, der Ausschluss von Teilnehmern, die längere Versuchsdauer, zusätzliche Schulungen und Screenings, zusätzliche Kosten und oft mehrere Besuche vor Ort für die Teilnehmer gehören. Daher bieten die hier vorgestellten Methoden unter vielen Umständen eine hervorragende Alternative zur Neuro-Navigation.
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Protokoll
Die hier vorgestellte Forschung wurde vom Institutional Review Board (IRB) -Komitee der Montclair State University genehmigt. Alle Teilnehmer wurden innerhalb der ethischen Richtlinien der APA behandelt.
1. Teilnehmer
- Holen Sie zunächst die Genehmigung des IRB-Ausschusses zur Überprüfung des Protokolls ein (siehe Diskussion für Nicht-Forschungseinrichtungen 1). Die Konsultation mit erfahrenen Forschern wird empfohlen. Erhalten Sie Formulare wie Screening (Supplementary File 1) und Side Effects (Supplementary File 2) von anderen Forschern - sie werden leicht in der TMS-Community geteilt. HINWEIS: Für das Zwecke dieses Experiments wurden Formen von Simone Rossi erhalten.
- Schulung aller Prüfer in der Einwilligung und Information der Teilnehmer über alle Risiken, Nebenwirkungen und potenziellen unerwünschten Ereignisse. Bei Bedarf belegt der Principal Investigator (PI) einen TMS-Kurs, wenn weitere Kenntnisse benötigt werden. Stellen Sie vor dem Ausführen der Teilnehmer sicher, dass der PI einen Pilottest des Protokolls einschließlich Zustimmung und Nachbesprechung durchführt.
- Rekrutieren Sie Teilnehmer durch Flyer auf dem Campus. Screenen Sie die Teilnehmer persönlich; Der Erstkontakt muss nicht persönlich erfolgen. Stellen Sie sicher, dass die Flyer die Entschädigung und die Risiken nur allgemein beschreiben, einschließlich besonderer Umstände (z. B. COVID).
- Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer die Einwilligungserklärung mit spezifischen Fragen vorlesen, darunter: Sind Sie ein aktueller Student von ____PI______? Haben Sie eine: Geschichte der Epilepsie, Familiengeschichte der Epilepsie? Haben Sie eine Geschichte von Anfällen? Haben Sie eines der folgenden Schlaganfall-, Schädelmetallimplantate, strukturelle Hirnläsion, implantiertes Gerät, Herzschrittmacher, Medikamentenpumpe, Cochlea-Implantat, implantierter Hirnstimulator, Metallarbeiter? Haben Sie eine Vorgeschichte von Kopftraumata mit Bewusstlosigkeit? Haben Sie ein hohes Potenzial für eine Schwangerschaft? Sind Sie jünger als 18 Jahre? Sind Sie älter als 65 Jahre?
- Entschuldigen Sie alle Teilnehmer, die alle Fragen aus der Studie bestätigen.
- Stellen Sie vor der Registrierung sicher, dass die Screening-Checkliste verwaltet wird.
- Zahlen Sie allen Teilnehmern 25 US-Dollar für ihre Teilnahme und behandeln Sie sie gemäß den Richtlinien des Institutional Review Board an der Montclair State University und der American Psychological Association.
- Liefern Sie alle TMS innerhalb des für die Institution geeigneten Parameters (siehe Diskussion).
- Die Sicherheit und der Komfort der Teilnehmer sind von entscheidender Bedeutung, daher werden die Teilnehmer an allen Punkten sowohl verbal als auch visuell gefragt und überwacht. Nervosität kann die Norm sein, die in einigen Fällen zu schwierigeren Ergebnissen führt, und dies wird überwacht.
2. Handhabung von TMS-Geräten
- Verwenden Sie ein Ein-Puls-TMS-Gerät für alle Stimulationen. Lösen Sie das Gerät durch gleichzeitiges Senken von Hand- und Fußschaltern manuell durch den PI aus. Verwenden Sie die maximale Stimulationsrate des Stimulators (d. h. 0,75 Hz).
- Verwenden Sie während des gesamten Experiments eine 70-mm-Achterspule. Stellen Sie sicher, dass die Spule während des Experiments niemals gefährliche/abschaltbare Temperaturen erreicht. Backup-Spulen stehen bereit, falls dies als Ersatz benötigt wird.
- Präsentieren Sie alle Reize mit einem Laptop. Öffnen Sie die Software (z. B. Testable) und melden Sie sich beim Konto an. Klicken Sie auf das entsprechende Experiment.
- Skalieren Sie den Monitor mit einer Kreditkarte. Geben Sie demografische Informationen ein. Reinigen / desinfizieren Sie den Laptop, bevor und nachdem jeder Teilnehmer getestet wurde.
- Bestimmen Sie die Motorschwelle mittels Sichtprüfung (5/10 evozierter Abductor Pollicis Brevis) oder mittels EMG (Electromyograph).
- Verwenden Sie Badekappen, um Markierungen beizubehalten. Verwenden Sie einen Standard-Spulenhalter nur für das Training und nur als Demonstration, nicht für die aktive Stimulation.
- Verwenden Sie Stoffbandmaße, um Koordinaten für CZ und OZ aus dem 10/20-System zu nehmen, und nehmen Sie MPFC aus einer früheren Studie über die Überforderung von10. Um MPFC zu bestimmen, nehmen Sie 1/3 der Entfernung von Nasion zu Inion, und MPFC ist 1,5 cm vor dieser Stelle. Dieser Schwerpunkt liegt auf dem BA 10/9 (Gyrus frontalis medialis).
- Bestätigen Sie die Messungen nach Ermessen des PI mit der treuhänderischen Methode, bei der eine Vitamin-E-Tablette an die Kappe der Spulenposition geklebt wird, die in einer Standard-MRT leicht kontrastiert. Aufgrund der Kosten ist diese Option begrenzt.
3. COVID - 19
- Umfassen Sie aufgrund von COVID-19 die folgenden Protokolle14. Fügen Sie in der Einwilligungserklärung einen Haftungsausschluss hinzu: "Als Teilnehmer dieser Studie verbringen Sie Zeit in einem Innenraum in unmittelbarer Nähe des Forschers. Dies stellt ein erhebliches zusätzliches Risiko für die Ansteckung mit COVID-19 dar. Wir treffen die folgenden Vorsichtsmaßnahmen, um Sie zu schützen, wie zum Beispiel: Nur PI wird innerhalb von 6 ft vom Teilnehmer sein; Nur ein Assistent ist in der Nähe erlaubt, aber sie müssen sozial distanziert bleiben; Der Teilnehmer muss zwei Masken tragen; PI muss zwei Masken, Handschuhe und einen Gesichtsschutz tragen; Der Assistent muss eine Maske und einen Gesichtsschutz tragen; Alle Kontaktgeräte sind desinfiziert."
- Führen Sie alle Experimente in der Lobby / Halle außerhalb des normalen Labors durch, da die Belüftung signifikant erhöht ist. Alle Geräte sind desinfizierbar und tragbar.
- Sobald die COVID-19-Protokolle gelockert sind, verwenden Sie normale Verfahren.
4. Motorische Schwelle
- Markieren Sie Schwimmkappen entlang der Nasion / Inion-Linie und dem Mittelpunkt, der mit einem magischen Marker aufgenommen wurde. Messen Sie prä-aurikuläre Punkte und nehmen Sie auch diese Mittelpunkte. Von hier aus werden 10/20 Koordinaten dargestellt (siehe 2.6).
- Gehen Sie mit der rechten Hemisphärenlinie vor der Ohrmuschellinie um 33% nach unten (in ventraler Richtung) und beginnen Sie mit der TMS-Spule mit der Suche nach dem optimalen Standort für den Abductor Pollicis Brevis (APB). Entladen Sie die TMS-Maschine mit dem Spulenauslöser, dem Fußschalter und lösen Sie die Sicherheit.
- Richten Sie die TMS-Spule bei 45° für alle Suchen und TMS-Lieferungen aus.
- Starten Sie die Stimulationsleistung mit einer Gesamtmaschinenleistung von 30 %, indem Sie das Zifferblatt an der Vorderseite der Maschine verwenden, und erhöhen Sie sie in 2 %-Schritten mit dem Zifferblatt, bis eine Bewegung bemerkt wird. Hier, da die Stimulation in Bezug auf die Intensität erhöht ist, bewegen Sie auch den Ort. Es gibt ein sorgfältiges Zusammenspiel zwischen Spulenbewegung und Stimulationsintensität.
- Sobald der optimale Standort gefunden ist (d. h. der Standort, der die maximale APB-Antwort bereitgestellt hat), bestimmen Sie die MT.
- Bevor Sie mit der MT-Bestimmung beginnen, markieren Sie die Spulenspitzenstelle auf der Kappe, um eine genaue Platzierung zu ermöglichen. Verfolgen Sie den gesamten vorderen Teil der Spule mit einem magischen Marker auf die Badekappe.
- Verwenden Sie für die visuelle Inspektionsmethode etwa 20 Impulse (variierende Maschinenintensität), um herauszufinden, welche Stimulationsstufe zu 5/10 (50%) APB-Antworten. Das Zifferblatt sollte als Reaktion auf erhöhte oder verringerte Fingerbewegungen angehoben und abgesenkt werden. Beginnen Sie bei 20% der Maschinenintensität und arbeiten Sie nach oben. Sobald 5/10 Antworten erhalten wurden, zeichnen Sie die MT der Person auf, indem Sie notieren, was die Maschine als Intensität anzeigt.
- Für die (bevorzugte) MEP-Methode legen Sie Einwegelektroden auf den APB und die Sehne des Daumens und einen Boden (normalerweise um die Rückseite des Handgelenks), und anstatt eine visuelle Inspektion durchzuführen, muss ein positiver MEP auf dem Aufzeichnungsgerät beobachtet werden.
- Definieren Sie eine positive MEP-Antwort als MEP mit ≥50 μV Peak-to-Peak-Amplitude.
- Ähnlich wie bei der visuellen Inspektion stimulieren Sie, bis 5/10 positive Abgeordnete beobachtet werden. Die Abgeordneten sollten größer als 50 μV sein. Wenn 50% der MdEP über (und 50% darunter) liegen, wurde MT identifiziert.
- Stellen Sie das TMS-Gerät nach der Einrichtung auf die entsprechende Stimulationsstufe ein. 90% der motorischen Schwelle ist ein ideales Gleichgewicht zwischen effektivem aktivem TMS und Sicherheit. Überschreiten Sie nicht 45% der Gesamtleistung der Maschine. Es gibt Fälle, in denen die MT einer Person 60% der Gesamtleistung der Maschine ausmacht, aber das ist selten.
5. Aktives Single-Puls-TMS
- Wählen Sie nach dem Zufallsprinzip die Reihenfolge aller Websites aus (z. B. SMA, PZ, MPFC oder Sham over CZ; Abbildung 5).
- Legen Sie das Gewinde über die aktive Stelle und starten Sie eine Präsentationssoftware (z. B. Testbar (siehe unten)). Die Stimulation sollte automatisch und synchron mit den Reizen erfolgen.
- Haben Sie immer eine Ersatzspule für den Fall einer Überhitzung.
6. Präsentation
- Sammeln Sie alle Verhaltensdaten mit einer Präsentationssoftware (z. B. Testbar) Diese Software ist einfach zu konfigurieren und Skripte sind einfach.
HINWEIS: Es werden drei separate Blöcke erstellt - einer für jede der Gehirnbedingungen. Die zu erfassenden demografischen Daten werden zunächst mithilfe der automatischen Auswahlroutine von Testable ausgewählt. Dann werden echte Wörter und gefälschte Wörter in die Skriptsoftware eingefügt. Die Größe und Dauer der Wörter werden gewählt, ebenso wie die Position der Reizwörter auf dem Bildschirm. - Sobald das Skript erstellt ist, sammeln Sie zuerst demografische Daten und führen Sie die Bildschirmkalibrierung durch. Dies geschieht durch die Anpassung des Schiebereglers an eine Kreditkarte. Führen Sie alle Experimente auf einem Computer aus. Alle Antworten erfolgen über die integrierte Tastatur und das Sensorpad.
- Geben Sie zwei Übungsversuche und führen Sie die analoge Skala ein. Alle Teilnehmer stellen sich leicht auf das Equipment ein. Die Anweisungen werden mündlich gegeben, und die Teilnehmer werden aufgefordert, zu bewerten, wie gut sie das Wort kennen.
- Wenn ihnen das Wort vertraut ist (z. B. "Schreibtisch"), sollte es eine hohe Bewertung erhalten.
- Wenn sie das Wort "irgendwie" kennen, müssen sie eine mittlere Bewertung geben (z. B. "Chlorophyll").
- Wenn es ihnen nicht so vertraut ist, vergeben sie eine niedrige Bewertung (z. B. "5HTTlpr"). Insgesamt sollten 144 Wörter verwendet werden (36 pro Gehirnstelle).
- Die Teilnehmer haben unbegrenzte Zeit zu antworten. Nach der Antwort auf der analogen Skala wird das nächste Wort präsentiert.
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Ergebnisse
Abbildung 2 aus Taylor-Lilquist et al.14 umfasste vier Gehirnstellen: MPFC, SMA, PZ und eine Scheinstelle. Diese Websites wurden verwendet, um die Korrelate der Überforderung zu bestimmen. Überforderung ist ein Teilnehmer, der angibt, dass er ein Wort kennt, wenn es eigentlich kein Wort ist. 12 Teilnehmer wurden sowohl in sozialen als auch in nicht-sozialen Umgebungen getestet. Die sozialen Einstellungen stellten den Druck dar, entweder ein Wort zu kennen (hoher sozia...
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Diskussion
Das hier beschriebene Protokoll (und Variationen von) wurde in über 50 Studien an der Montclair State University verwendet. Das gesamte Setup kann für unter 15.000 US-Dollar erstellt werden. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass unsere Koordinaten gut mit den zugrunde liegenden Gehirnstrukturen übereinstimmen, die treuhänderische Verfahren verwenden.
Variationen dieser Methode werden häufig verwendet. Zum Beispiel können Kontrollbedingungen die Stimulation verschiedener Gehirnbereiche, d...
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Danksagungen
LSAMP (Louis Stokes Alliance for Minority Participation), Wehner und The Crawford Foundation, die Kessler Foundation, werden für ihre Unterstützung gedankt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Android Samsung Tablet (für MEPs) | Samsung | SM-T500NZSAXAR | |
| Tuch Maßband | GDMINLO | B08TWNCDNS(AMZ) | |
| Figur von 8 Kupfer TMS Spule | Magstim | 4150-00 | Dies ist das aktuelle Modell |
| Lenovo T490 Laptop | Lenovo | 20RY0002US | |
| Magstim 200 Single Pulse | MagStim | Magstim200/2 | Dies ist das aktuelle Modell |
| Magstim Standard Coil Holder | MagStim | AFC/SS | Dies ist das aktuelle Modell |
| Speedo Swim Caps | Speedo | 751104-100 | |
| Testable.Org Konto und Software | Testbar | NA | |
| Trigno 2 Lead Sensor (für MEPs) | DelSys | SP-W06-018B | |
| Trigno Base and Plot Software (für MEPs) | DelSys | DS-203-D00 |
Referenzen
- Academic Research and Development. Science and Engineering Indicators 2020. National Science Board, National Science Foundation. , Alexandria, VA. Available. Available from: https://incses.nsf.gov/pubs/nsb20202 (2020).
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Nachdrucke und Genehmigungen
