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Article de méthode

Stimulation magnétique transcrânienne répétée en ligne du cortex préfrontal dorsomédial et dorsolatéral dans la prise de décision cognitive et la dissonance cognitive

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DOI :

10.3791/67500

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5 décembre 2025

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1Institute for Cognitive Neuroscience, National Research University Higher School of Economics

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Ce protocole présente une méthode plus précise et efficace de stimulation magnétique transcrânienne répétitive des cortex préfrontal dorsolatéral et dorsomédial lors d’une tâche expérimentale utilisant des systèmes de neuronavigation et robotique. Sur la base des résultats, des implications cruciales sont suggérées pour de futures recherches en ligne sur la stimulation.

Résumé

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une méthode puissante permettant de révéler les liens causaux entre des régions cérébrales spécifiques et des fonctions cognitives. Alors que la TMS hors ligne a traditionnellement dominé la recherche en neurosciences cognitives, la TMS répétitive en ligne (sfcr) présente des avantages indéniables, permettant une stimulation simultanée à la performance des tâches. S’appuyant sur les avancées de cette méthode de stimulation, l’étude introduit un nouveau protocole rTMS en ligne utilisant des systèmes de neuronavigation et robotiques pour cibler précisément les cortex préfrontal dorsolatéral et dorsomédial lors d’une procédure expérimentale. De plus, l’utilité de la rTMS en ligne pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents à la dissonance cognitive et à la neurochronométrie du changement de préférence induit par le choix a été explorée. À cette fin, un protocole pour le rTMS en ligne haute fréquence a été appliqué pendant la procédure avec une conception bloquée à l’intérieur du sujet et deux conditions de contrôle. L’étude conduit à des conclusions principales pour les futures recherches sur la TMS, telles que l’importance d’un ensemble approprié de temps, de lieu et de paramètres de stimulation, de modulation du champ électrique et de conditions de contrôle appropriées.

Introduction

En référence aux méthodes modernes de stimulation cérébrale et aux techniques de neuroimagerie, la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est la méthode la plus adaptée pour démontrer une relation causale entre une région d’intérêt et une fonction cognitive, comparée aux techniques de neuroimagerie telles que l’électroencéphalographie (EEG), la magnétoencéphalographie ou l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)1,2,3,4 . Cette stimulation permet aux chercheurs non seulement d’observer l’implication des régions cérébrales dans certaines tâches, mais aussi de les influencer. De plus, ce type de technique est adéquat pour une stimulation précise du cerveau, ce qui permet un meilleur contrôle des conditions expérimentales. La plupart des études antérieures appliquaient la TMS hors ligne, stimulant le cerveau pendant une certaine période avant une tâche afin de produire des effets durables de la stimulation. Cependant, le niveau actuel de développement technologique permet d’appliquer non seulement la TMS hors ligne mais aussi la TMS répétitive en ligne (rTMS), fournissant une stimulation au moment même où un participant effectue une tâche. La TMS en ligne offre des effets de stimulation de courte durée comparés aux effets de la TMS hors ligne (c’est-à-dire l’effet de 15 minutes de stimulation après 15 minutes de 1 Hz de rTMShors ligne 5,6, comparé à seulement quelques centaines de millisecondes à quelques secondes d’effet de la rTMSen ligne 6,7,8). Ainsi, contrairement à la TMS hors ligne, la technique TMS en ligne peut être utilisée comme outil de neurochronométrie grâce à sa résolution temporelle. Elle offre l’opportunité d’obtenir des informations importantes sur la dynamique régionale de divers processus cognitifs et d’étudier le moment exact où un processus cognitif déplace un groupe d’impulsions autour du début du stimulus. Le rTMS en ligne rend inévitable l’appel à une transition de la recherche sur la stimulation hors ligne vers la recherche en ligne.

Deux régions du cerveau ont été au centre de cette étude : la dlPFC [MNI : -24, 5, 47]9 et la dmPFC [MNI : 2, 48, 36]10. Le dmPFC est un corrélat cérébral de la dissonance cognitive, bien étudié à la fois par neuroimagerie etstimulation 10,11,12,13,14,15. Les premières découvertes sur les mécanismes neuronaux de la dissonance cognitive ont été faites dans des recherches en IRMf, qui ont révélé l’excitation du dmPFC dans divers paradigmes, en utilisant l’effet d’incohérencecognitive 11,16,17. Cependant, le lien causal entre la résolution interne des conflits et le dmPFC n’a été établi que lorsque les études TMS et tDCS ont été réalisées dans le champ de dissonancecognitive 10,13. Compte tenu des fonctions de la dlPFC, des études antérieures de neuroimagerie et de stimulation ont lié l’activation frontale gauche à un changement de préférence post-décisionnel, indiquant également le rôle important de la dlPFC dans la réduction de la dissonancecognitive 9,11,16,18,19,20,21,22 . Une part importante de la recherche part du principe que le dlPFC gauche est impliqué dans la résolution des conflits du changement de préférencepost-décisionnel 11,16,18,19.

Pour stimuler la dLPFC et la dmPFC, une méthode plus précise et efficace de stimulation magnétique transcrânienne répétitive, utilisant des systèmes de neuronavigation et de TMS robotique, est suggérée afin de cibler la dlPFC et la dmPFC pendant la tâche expérimentale. Le système de navigation assistée par IRM fournit une stimulation précise de la zone cérébrale cible. Cela permet au robot TMS d’ajuster la position de son bras robotique selon les micromouvements de la tête du participant pendant l’expérience. Le principal avantage est la maximisation de l’effet rTMS grâce à une stimulation plus précise à une période donnée de la procédure expérimentale, en contrôlant son début et sa fin, en s’appuyant sur le début et le décalage du stimulus. Cette méthode peut aider à stimuler les zones cérébrales, réduisant l’assistance de l’expérimentateur pendant l’expérience et, par conséquent, minimisant l’influence de la présence de l’expérimentateur sur la performance du participant pendant la tâche expérimentale. Le protocole peut également être appliqué à d’autres zones du cerveau et à des tâches expérimentales. Enfin, la rTMS a été combinée au protocole de stimulation en ligne, qui a permis de tester une hypothèse de recherche sur la neurochronométrie de la dissonance cognitive et les fonctions des régions cérébrales associées, telles que la dlPFC et la dmPFC. L’un des aspects importants de la recherche sur la dissonance cognitive est la diffusion des alternatives23. Elle est causée par un changement de préférence induit par le choix, qui survient lorsque les individus doivent faire un choix difficile entre des options presque également. Un tel choix difficile conduit à une incohérence dans les attitudes de la personne, suscitant une dissonance cognitive. Pour réduire la dissonance cognitive, il faut modifier les préférences, ce qui augmente la préférence pour l’option choisie et diminue la préférence pour l’option rejetée, ou la soi-disant propagation des alternatives. La question importante concerne le moment précis du changement de préférence, s’il survient pendant le processus décisionnel lui-même ou s’il émerge à la suite du choix fait. L’investigation de cette préoccupation devient réalisable grâce au développement de technologies telles que la TMS, qui permet non seulement d’observer les processus décisionnels comme le font l’IRMf ou l’EEG, mais influence également directement l’activité corticale des zones ciblées. Une investigation plus approfondie de la neurochronométrie de la dissonance cognitive aidera à comprendre quand le changement de préférence induit par le choix se produit réellement. Dans la lignée de cet objectif, une étude TMS sur les rôles des dlPFC et dmPFC dans la diffusion des alternatives après le choix difficile offrirait une contribution précieuse à la compréhension des mécanismes neuronaux de la dissonance cognitive et clarifierait le moment choisi. En utilisant la stimulation en ligne plutôt que hors ligne, le temps réel où la diffusion des alternatives se produit dans le réseau dmFPC et dlPFC peut être différencié.

Le protocole décrit plus en détail du rTMS pour inhiber l’activation du dlPFC et du dmPFC doit être appliqué à l’aide d’un système de neuronavigation guidé par IRM, d’un stimulateur magnétique et d’un bras robotique. Les systèmes de neuronavigation et TMS ont été utilisés. Le système de navigation assistée par IRM fournit une stimulation précise de la zone cérébrale cible, permettant au bras robotique d’ajuster sa position en fonction des micromouvements de la tête du participant pendant l’expérience. À cette fin, une IRM neuroanatomique doit être réalisée pour tous les sujets de l’étude. Le système de navigation nécessite un ensemble spécifique d’équipements, tels que le traceur de référence pour la localisation de la tête du participant, la plaque d’étalonnage pour suivre une bobine, le pointeur pour définir un groupe de points de repère, et la caméra infrarouge pour suivre les objets dans l’espace. Tout l’équipement, à l’exception de la caméra, possède des billes de référence réfléchissantes argentées identifiées par le système de navigation, qui utilise la caméra pour localiser les coordonnées de la tête du participant et de l’équipement TMS pendant la procédure et l’expérience. Le revêtement des billes de référence est assez fragile et ne doit pas être touché pour éviter qu’elles ne soient endommagées. Plusieurs procédures doivent être réalisées pour fonctionner efficacement avec le système de navigation assistée par IRM : calibration de la bobine et du bras robotique, préparation individuelle d’IRM et enregistrement des patients.

Il a été émis l’hypothèse qu’il n’y aurait pas de changement de préférence significatif pour les blocs de stimulation dlPFC et dmPFC par rapport aux blocs de stimulation témoin des sommets et de simulation, car l’inhibition de l’activation gauche de la dlPFC ou dmPFC devrait empêcher la réduction de la dissonance cognitive et le changement de préférence qui en découle.

Malgré les avancées récentes dans la mise en place d’interventions en ligne avec la rTMS, qui ont ouvert la voie à l’étude de la dynamique temporelle de l’activité cérébrale causalement liée aux processuscognitifs 24,25,26, le domaine reste confronté à des défis pour appliquer une stimulation précise et reproductible, notamment lors de tâches cognitives complexes. Cette étude introduit une application novatrice des systèmes de neuronavigation et robotique dans un protocole rTMS en ligne pour relever ces défis. En intégrant l’utilisation de données structurelles cérébrales (et en encourageant une utilisation plus poussée de données fonctionnelles cérébrales) et un positionnement robotique précis, cette méthode améliore considérablement la précision et la cohérence de la livraison de rTMS à dlPFC et dmPFC, des régions connues pour être cruciales dans la dissonance cognitive et la prisede décision 27,28. Les recherches précédentes ont principalement utilisé les TMShors ligne 10,29,30, limitant la compréhension des réponses neuronales immédiates lors des tâches cognitives. De plus, bien que des études antérieures aient confirmé l’implication des dmPFC et dlPFC dans la dissonance cognitive par imagerie et stimulationhors ligne 9,10,13, le moment précis et le rôle de ces activations pendant la dissonance cognitive restent mal compris. Ici, la rTMS en ligne est exploitée pour combler ce manque en étudiant la neurochronométrie du changement de préférence induit par le choix, fournissant des éclairages sur les moments exacts où la dissonance cognitive se produit et se résout. Cette étude se distingue par son utilisation d’un plan bloqué au sein du sujet qui teste les effets de la stimulation et de la stimulation de la dlPFC et de la dmPFC dans deux conditions témoins afin de renforcer la validité des résultats au sein du même échantillon et en même temps, ce qui est rarement réalisé (soit un protocole entre sujets est utilisé, soit deux séances avec les mêmes sujets sont employées ; les deux augmentent la variabilité des résultats). En résumé, la recherche propose une innovation méthodologique qui améliore la précision et l’applicabilité de la rTMS en neurosciences cognitives. En influençant directement les régions cérébrales lors de l’exécution des tâches et en observant les résultats immédiats au sein du même échantillon, cette étude ne se contente pas de combler des lacunes significatives dans la littérature, mais pose aussi les bases de futures recherches sur les bases neuronales des processus cognitifs complexes.

Tâche expérimentale :

Stimuli:

Les stimuli ont été soigneusement préparés en utilisant les recommandations indiquées dans l’article original d’Izuma etde ses collègues 10. Les stimuli expérimentaux consistent en 96 images abstraites (Figure 1) appariées selon les critères suivants : 1) toutes les images doivent être similaires afin de permettre que la manipulation de l’interrupteur utilisée dans la tâche Choix soit indétectée par les participants ; 2) toutes les images doivent être relativement distinctes afin de permettre un choix conscient entre elles et pour éviter les choix coïncidants en raison de l’absence de différences notables entre lesimages 10 De plus, pour être cohérentes avec les critères de choix des stimuli et de correspondance en paires utilisés dans l’étudeoriginale 10, les stimuli présentés dans l’étude initiale et partagés par les auteurs ont été examinés. Les stimuli pour l’article ont été choisis parmi les photos libres de stock du domaine public en utilisant des mots-clés issus des critères. Selon les auteurs, les images ont été associées selon des impressions personnelles. Le même principe a été appliqué, et lors du débriefing, les participants ont été interrogés sur la similarité et la distinction des images par paires. Aucune validation préliminaire des stimuli n’a été réalisée car les participants n’étaient pas censés les classer d’une certaine manière, comme c’est le cas, par exemple avec les stimuli affectifs. Cependant, les chercheurs futurs devront approfondir les possibilités de valider les stimuli dans les mêmes paradigmes ou dans des paradigmes similaires.

L’une des raisons pour lesquelles des images abstraites similaires ont été choisies comme stimuli expérimentaux plutôt que comme attitudes originales significatives est que l’attitude originale est particulièrement forte et centrale. Cela implique un grand degré de pertinence et d’engagement préalable, donc un changement d’attitude est peu probable. Selon cette caractéristique importante d’attitude, changer les attitudes fortes en laboratoire sera difficile. De plus, les expériences sans attitudes aussi fortes ont un risque plus élevé de développer une dissonance cognitive.

Procédure comportementale :

Cette étude sur le plan interne au sujet est basée sur une méthode adoptée par l’étude10 d’Izuma et de ses collègues, qui ont appliqué un paradigme modifié de libre choix utilisant une procédure de « cécité au choix» 31,32, où les individus ont tendance à penser qu’ils ont choisi l’élément qu’ils préférent le moins que l’autre.

Au cours de l’expérience, les participants ont effectué 4 tâches suivantes dans un ordre fixe : (1) la tâche de Première Évaluation, (2) la tâche de Choix, (3) la Deuxième tâche de Notation, et (4) la tâche de Mémoire (Figure 2). Pour la tâche First Rating, les participants devaient évaluer leur appréciation de chacune des 96 images à l’aide d’une échelle de Likert de 8 points sans restrictionde temps de 33. Ensuite, ils se voient présenter 48 paires d’images lors de la tâche Choix, doivent choisir une image de chaque paire en cliquant sur un rectangle correspondant à côté de l’image, effectuer la tâcheFlanker 34, puis confirmer leur choix en cliquant sur l’image. La tâche Flanker consiste en une séquence de 7 flèches dirigées vers la gauche ou la droite, aléatoirement pour fournir les véritables directions aléatoires de toutes les flèches. Les participants ont été invités à définir la direction de la flèche centrale et à appuyer sur le bouton clavier correspondant dès que possible. La tâche Flanker vise à distraire l’attention du participant en cliquant sur un rectangle plutôt que sur une image lors de la première étape choisie.

La tâche Choix comporte trois conditions expérimentales (Figure 2) : essais de commutation (16 paires), essais sans interrupteur (16 paires) et essais informatiques (16 paires). Les 48 paires étaient fixes entre les participants, mais le script programmé décidait à quelle condition chaque paire était assignée en fonction de la différence de notation des images au sein de chaque paire.

Lorsque les participants choisissent une image lors des essais de commutation, les images changent de position après la tâche Flanker, de sorte que l’image du haut apparaisse en bas et l’image du bas à l’endroit où se trouvait l’image du haut. Les essais de commutation permettent de contrôler l’artefact de préférence35. On supposait que les participants n’avaient pas remarqué ce remplacement car les images abstraites sont similaires. La tâche Flanker vise également à détourner l’attention du remplacement des images. De plus, les participants n’ont que 3 secondes pour faire un choix avant que les images ne disparaissent, bien que des réponses basées sur la mémoire restent possibles par la suite. Cette condition ne s’applique pas aux essais sans interrupteur, où les participants doivent confirmer leur propre choix. Lors des essais informatiques, le choix est présenté par l’ordinateur, et les participants doivent simplement le suivre. L’image choisie par l’ordinateur est définie en fonction du choix d’un participant lors d’un essai de commutation précédent, c’est-à-dire que si un participant a choisi une image avec une note inférieure lors de l’essai de commutation, l’ordinateur « choisit » aussi une image avec une note inférieure. Cependant, si le participant choisit une image avec une note supérieure lors d’un essai de Switch, l’ordinateur « choisit » l’image la mieux notée. La condition de choix informatique était utilisée comme condition de contrôle, en s’attendant à ce que l’effet de changement de préférence ne soit pas présent puisque les participants ne connaîtraient pas l’agencede choix 10.

Les paires étaient présentées dans une séquence spécifique : les paires sans changement d’échange sont toujours présentées dans les 1er, 2e, 5e, 8e, 11e, 16e, 17e, 20e, 22e, 28e, 31e, 33e, 39e, 42e, 43e et 47e essai, les paires de conditions de commutation sont toujours présentées dans les 3e, 6e, 9e, 12e, 14e, 18e, 21e, 24e, 29e, 32e, 35e, 37e, 40e, 44e, 44e, et 46e essais, tandis que les paires de conditions informatiques ont toujours lieu lors des 4e, 7e, 10e, 13e, 15e, 19e, 23e, 25e, 30e, 34e, 36e, 38e, 41e, 45e et 48e essais, qui ont lieu peu après les essais de switching. La raison d’utiliser une telle séquence est que le choix d’un ordinateur imite automatiquement le choix précédent du participant.

Lors de la tâche de Deuxième Évaluation, les participants doivent à nouveau évaluer les mêmes 96 images, mais avec des rappels sur leur choix précédent lors de la tâche de Choix. Chaque image est accompagnée d’un rappel indiquant si le participant ou l’ordinateur a choisi cette image ou non (« Vous avez choisi cette image » ou « Вы выбрали эту картинку » en russe / « Vous n’avez pas choisi cette image » ou « Вы не выбрали эту картинку » en russe / « Ordinateur choisi cette image » ou « Компьютер выбрал эту картинку » en russe / « L’ordinateur n’a pas choisi cette image » ou « Компьютер не выбрал эту картинку » en russe).

Pour obtenir une opportunité de stimuler différentes régions cérébrales lors de la deuxième tâche de Rating, il a été décidé de la diviser en 4 blocs : le dlPFC gauche, le dmPFC, le sommet et la stimulation sham-dlPFC. Le dlPFC et le dmPFC ont été choisis comme les régions cérébrales les plus intéressantes pour l’étude, et la stimulation et le sommet du sham-dlPFC ont été choisis comme conditionstémoins 36. La zone cible de stimulation du dlPFC gauche a été définie sur la basedes résultats 9 de Voigt et de ses collègues sur l’IRMf avec les coordonnées suivantes [MNI : −24, 5, 47] puisqu’ils ont trouvé l’activation relative de la dlPFC gauche pour une tâche et un paradigme très similaires. Les coordonnées du dmPFC ont été définies à partir de l’étude10 d’Izuma et de ses collègues [MNI : 2, 48, 36].

Pour tous les blocs de stimulation, le rTMS en ligne à 20 Hz a été appliqué pendant 1000 ms dès le début du stimulus. Chaque bloc de stimulation contient 12 paires de stimuli et dispose d’environ 2 minutes d’intervalles de bloc pour modifier la position de la bobine de stimulation et assurer une période sûre selon les directives de sécuritéde la stimulation 37,38. De plus, si la tâche de Première Évaluation n’avait pas de restriction de temps, la tâche de Deuxième Évaluation avait quelques limitations de temps, et chaque épreuve durait de 11 à 13 secondes. Tout d’abord, un stimulus a été présenté uniquement pendant 1 seconde avec une rTMS appliquée simultanément pendant toute la seconde pour couvrir tous les points de départ suggérés de l’activation du dlPFC et du dmPFC. Les participants avaient 4 s pour évaluer l’image en utilisant la même échelle de Likert à 8points : 33 (depuis le début du stimulus, plus 3 secondes après). Ensuite, le croisé de fixation a été présenté avec des tremblements pendant 7 à 9 secondes afin d’empêcher les participants de s’habituer au moment d’apparition du stimulus et aussi pour fournir un intervalleinter-essais sûr 37,38. Après avoir complété chacun des blocs de stimulation, les participants ont répondu à un questionnaire sur le niveau de confort de la stimulation pendant ce bloc.

Après avoir terminé la tâche de Deuxième Évaluation, les participants accomplissent également la tâche de mémoire inattendue, en essayant de récupérer de mémoire s’ils ont choisi ou rejeté les mêmes images pendant la tâche de Choix (les essais informatiques ne sont pas inclus car ils ne reflètent pas le choix des participants). Ils remplissent également le questionnairePANAS 39, l’échelle de préférencepour la cohérence 40, ainsi qu’un court entretien post-expérimental afin de s’assurer que les participants ne remarquent pas la manipulation de leur choix lors des essais de changement de la tâche de choix.

La tâche utilisée dans cette étude est spécifiquement conçue pour susciter la dissonance cognitive en exigeant des participants qu’ils choisissent entre des options similaires préférées, un scénario qui déclenche une incohérence dans les préférences et les attitudes, une caractéristique caractéristique de la dissonance cognitive10. La tâche implique le choix et la seconde tâche d’évaluation, ce qui permet de démêler les hypothèses du timing de la dissonance cognitive : si cela se produit déjà pendant le choix ou lorsqu’on fait face à nouveau aux mêmes alternatives. Cette tâche active les cortex préfrontal dorsolatéral et dorsomédien, des régions impliquées dans la prise de décision et la résolution de la dissonance. En utilisant la rTMS en ligne, cette étude non seulement régule à la baisse ces zones, provoquant l’effet sur toutes les tâches, mais cible aussi précisément l’activité neuronale associée à la réévaluation des options (deuxième tâche de classement). Ce protocole, ainsi que le paradigme de tâche choisi, est la combinaison la plus efficace, permettant d’étudier davantage l’impact de la stimulation lors du choix entre les options et de la deuxième tâche de notation, en précisant la dynamique temporelle du mécanisme de changement de préférence. La spécificité de ce design expérimental, associée à la précision temporelle de la rTMS en ligne, offre une méthodologie unique et puissante pour disséquer les fondements neuronaux et les caractéristiques temporelles de la dissonance cognitive dans la prise de décision.

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Protocole

Toutes les procédures ont été approuvées par le comité local d’éthique de la recherche de l’École supérieure d’économie (HSE) de Moscou, avec le consentement de tous les participants.

1. Recrutement de participants

REMARQUE : Les participants doivent ne signaler aucun antécédent de dispositifs métalliques implantés, de troubles neurologiques ou de troubles psychiatriques. La TMS est administrée conformément aux recommandations de sécurité les plus récentes. Avant de participer, toutes les personnes doivent être parfaitement informées de la nature de l’étude et fournir un consentement éclairé écrit. Un ensemble complet d’équipements nécessaires pour exécuter le protocole TMS répétitif en ligne, utilisant des systèmes de neuronavigation et robotiques pour un ciblage précis des cortex préfrontaux dorsolatéral et dorsomédial lors d’une procédure expérimentale, a été présenté (Table of Materials).

  1. Vérifiez dans le questionnaire préliminaire et dans le consentement éclairé que les participants sont droitiers, n’ont pas de stimulateurs métalliques, neuro- ou cardio dans la tête ou le corps, n’ont ni problèmes auditifs ni migraines, n’ont jamais eu de traumatismes crâniens, ne sont pas enceintes, ne prennent pas de médicaments psychotropes ou antihistaminiques, n’ont jamais subi de chirurgie du cerveau ou de la moelle épinière et que leurs proches ne sont pas diagnostiqués épileptiques.
  2. Si les participants indiquent qu’ils se sont déjà évanouis, vérifiez que ces cas étaient uniquement liés à des raisons physiologiques. De plus, les participants doivent être informés de ne pas consommer d’alcool ou de drogues un jour avant l’expérience et de ne pas prendre de café ni de produits ou boissons contenant de la caféine quatre heures avant le début de l’expérience.

2. Calibration de bobine et bras robotique

REMARQUE : L’étalonnage de la bobine est effectué à l’aide de la plaque d’étalonnage, alors que le bras robotique ne nécessite pas d’équipement supplémentaire pour être calibré. Toutes possèdent des boules de référence argentées, qui permettent à la caméra de reconnaître les objets dans l’espace.

  1. Alignez la plaque d’étalonnage avec la bobine, réglez la balance à la fois sur la plaque et la bobine, puis calibrez à l’aide du logiciel.
  2. Calibrez le capteur de force du bras robotique à l’aide du logiciel associé. Appuyez sur la surface du bras robotique avec différents niveaux de force pour éviter une forte pression sur la tête du participant tout en assurant un ajustement serré à la tête pendant la stimulation.

3. Préparation des IRM individuelles

REMARQUE : Une partie majeure de la préparation du système de navigation consiste à préparer le système pour des IRM individuelles pour la procédure d’enregistrement du patient. Cela peut se faire avant même l’arrivée d’un participant. L’objectif principal est de faire correspondre les coordonnées cérébrales individuelles avec celles des systèmes universels de coordonnées, tels que MNI et Talairach.

  1. D’abord, réalisez un modèle 3D de la tête du participant à l’aide d’un logiciel associé au système TMS.
  2. Effectuez la procédure d’enregistrement et d’alignement des Talairach.
    1. Alignez le cerveau de chaque sujet à un système de coordonnées cérébrales standardisé basé sur des repères anatomiques de l’atlas de Talairach. Identifier manuellement et fixer 3 repères, à savoir la commissure antérieure, la commissure postérieure et la falx cerveau, selon l’atlas de Talairach.
    2. Identifier la commissure antérieure comme une petite structure circulaire ou ovale située à l’avant du troisième ventricule et inférieure au rostre du corps calleux lors des tranches IRM moyen-sagittales, ainsi qu’un point hyperintense à l’avant du troisième ventricule sur les tranches axiales.
    3. Identifier la commissure postérieure sur les tranches d’IRM en milieu du sagittal comme une structure orientée horizontalement située juste au-dessus de l’aqueduc cérébral et postérieure au troisième ventricule. Pour la faule cervélienne, sélectionnez la tranche IRM qui présente la symétrie bilatérale maximale des structures cérébrales profondes et marquez-la sur la fissure interhémisphérique.
  3. Ajustez la grille d’espace de Talairach à la taille du modèle 3D de la tête. L’espace de Talairach sera généré avec des coordonnées standardisées ne dépendant pas des différences individuelles du cerveau.
  4. Fixez les objectifs de la stimulation future et l’angle de rotation requis selon les coordonnées MNI prédéfinies de l’étude.
  5. Calculez les entrées des cibles comme leurs emplacements correspondants à la surface de la tête du participant afin de positionner le bras robotique pendant la stimulation.
    REMARQUE : Dans cette expérience, les entrées pour le point de contrôle du sommet ont été définies manuellement. Pour marquer la cible du sommet, on marque le point situé à l’intersection des plans moyen-sagittal et coronal qui passent respectivement par la ligne nasion–inion et interaurale ; ou prendre les coordonnées des sommets dans l’espace MNI ou Talairach normalisé issu de la littérature antérieure et mapper le point normalisé dans l’espace IRM individuel. Le logiciel calcule automatiquement la position dans l’espace individuel de l’IRM via des matrices de transformation affines.
  6. Pour un suivi plus précis de la position de la tête du participant, placez des repères IRM sur le modèle 3D de la tête du participant. Pour cette étude, des repères sur les oreilles gauche et droite ainsi que sur le nasion ont été utilisés, mais tout autre repère peut être utilisé selon la commodité.

4. Enregistrement des patients

REMARQUE : La procédure d’enregistrement des patients s’effectue à l’arrivée du participant.

  1. Fournissez les formulaires de consentement, les informations requises sur l’expérience et des bouchons d’oreilles pour protéger l’audition du participant.
  2. Placez le suivi de référence sur la tête du participant. Assurez-vous qu’il est fixé à la tête du participant à un point où le bras robotique ne touchera pas occasionnellement le traceur pendant la stimulation.
    REMARQUE : Le traceur se compose de trois boules de référence réfléchissantes argentées identifiées par le système de navigation afin de localiser les coordonnées de la tête du participant pendant la procédure et l’expérience. Traditionnellement, le traceur est placé sur le front. Cependant, pour s’assurer que les cibles d’entrée du dlPFC et du dmPFC sont disponibles pour le système de navigation et peuvent être atteintes par le bras robotique, le traceur a été placé entre le front et l’oreille droite (il peut également être placé près de l’oreille gauche selon la plaque de référence avant du bras robotique).
  3. Fixez le traceur de référence sur la tête du participant avec la ceinture élastique suffisamment serrée, mais assurez-vous qu’il soit confortable pour lui.
    REMARQUE : La fixation de la ceinture est flexible selon la taille de la tête du participant. La ceinture a été déplacée vers le front, pliée et fixée pour offrir un meilleur accès à la zone du dmPFC avec le bras robotique. Le milieu du bord de la ceinture était également rapproché pour minimiser les contractions musculaires lors de la stimulation. Les fortes contractions musculaires pourraient empêcher les participants de voir l’écran avec des stimuli et provoquer des sensations désagréables.
  4. Lorsque le traceur de référence est placé sur la tête du participant, on règle les repères réels (dans ce cas, les oreilles et la naïson) selon les repères IRM déjà trouvés en utilisant le pointeur avec un ensemble de boules argentées de référence. Assurez-vous que la valeur de la déviation du carré moyen (RMS) ne dépasse pas 5 mm. Si la valeur est plus élevée, redéfinissez les repères réels et recalculez la valeur de la déviation RMS.
  5. Complétez ces repères par une série de repères supplémentaires par le même pointeur pour définir la surface de la tête du participant. Ajoutez ces points en créant des lignes horizontales et verticales continues uniformément réparties le long de la surface de la tête. Un minimum de 300 points de repère supplémentaires en surface sont requis.
    REMARQUE : Après l’enregistrement en surface, la valeur de déviation RMS doit être inférieure à 2 mm pour assurer une bonne qualité d’enregistrement. Lorsque vous ajoutez des points supplémentaires, assurez-vous qu’ils sont correctement représentés sur la surface de la tête.
  6. Après la fin de l’enregistrement, vérifiez que le logiciel enregistre correctement la position du pointeur sur le modèle 3D en le plaçant à la surface de la tête (et non à l’intérieur de la tête ni loin de sa surface).

5. Définition du seuil moteur

REMARQUE : Différents montages peuvent être choisis pour fixer les électrodes. Pour cette expérience, l’électrode d’anode a été placée sur la projection du premier muscle interosseux dorsal (IDF) du bras droit, qui a été choisi comme cible pour définir le seuil moteur. La cathode était placée sur la saillie de l’extrémité distale de la phalange proximale de l’index, tandis que l’électrode de masse était placée sur l’os du bras droit près du coude.

  1. Frottez la peau des participants et enlevez les restes du gommage avec des lingettes alcoolisées.
  2. Prenez trois électrodes de pincement et insérez-les dans les douilles correspondantes de l’amplificateur (anode pour le muscle IDE, cathode pour l’os de l’index, et électrode de terre pour la zone près du coude).
  3. Posez trois électrodes collantes sur la peau du participant. Lors de la fixation de l’électrode sur le muscle de l’IDD, demandez au participant de contracter le muscle de l’IDE en joignant tous les doigts et en les étirant, tandis que pour coller l’électrode à l’os de l’index, demandez au participant de plier son doigt.
  4. Fixez des électrodes de pince sur des électrodes collantes.
  5. Connectez l’amplificateur à la batterie chargée.
  6. Assurez-vous que le signal du muscle IDE n’est pas bruyant.
    REMARQUE : Le signal est enregistré avec le logiciel spécial (Table of Materials). Il est particulièrement nécessaire d’assurer un bon signal car, sinon, le seuil moteur sera soit surestimé, soit sous-estimé. L’amplitude du bruit ne doit pas dépasser 50 μV de crête à crête ; sinon, essayez des moyens de détendre le muscle IDE du participant. Si nécessaire, posez la tête du participant sur l’oreiller ou demandez-lui de tendre la main un court moment puis de la détendre.
  7. Réglez l’intensité du stimulateur à 50 % puis ajustez-la en fonction de la réaction aux impulsions, car la plage des seuils moteurs est considérable.
  8. Trouvez la zone du bouton de main dans le gyrus précentral en orientant la bobine selon le modèle individuel 3D de la tête. Assurez-vous que la bobine est placée tangentiellement à la surface de la tête et orientée à 45° par rapport à la ligne médiane. Lors de la recherche du point chaud moteur, effectuez plusieurs impulsions dans la zone du bouton manuel et notez les points à la surface de la tête où l’amplitude des potentiels évoqués moteurs est grande.
  9. Répétez les impulsions aux points ayant la plus forte réponse motrice pour vérifier leur stabilité. Augmentez ou diminuez l’intensité de stimulation pour trouver l’intensité approximative à laquelle une réponse motrice stable ne se trouve que dans le point chaud potentiel.
  10. Après avoir choisi le point chaud, orientez la bobine à la position choisie et effectuez 10 impulsions avec l’intensité à laquelle vous choisissez le point chaud moteur. Comptez le nombre de fois où l’amplitude du potentiel évoqué par moteur dépasse 50 μV de crête à crête. Ajustez l’intensité de la stimulation à un point où 5 impulsions sur 10 de l’amplitude potentielle évoquée par moteur est égale ou supérieure à 50 μV.

6. Préparation à la stimulation expérimentale

  1. Pour lancer la stimulation expérimentale, basculez la bobine manuelle vers la bobine du bras robotique et basculez le système de refroidissement pour assurer le bon fonctionnement du bras robotique.
  2. Pour offrir un meilleur accès à la zone d’intérêt et s’assurer que la bobine ne l’empêche pas de voir l’écran, ajustez le dossier du fauteuil pour qu’il soit positionné par le participant allongé. En raison du décalage de la tête du participant, ajustez le système de navigation afin qu’il puisse facilement localiser le suivi de référence et toutes les zones de stimulation nécessaires. Si nécessaire, le fauteuil peut être soulevé ou posé pour permettre au bras robotique d’accéder aux points de stimulation.
  3. Avant de lancer l’expérience, vérifiez la position du bras robotique sur la surface de la tête du participant. Assurez-vous que le participant s’habitue progressivement à la fréquence de stimulation.
  4. Puisque la stimulation sera déclenchée dans le logiciel expérimental, connectez le stimulateur et la station de déclenchement au port parallèle.
  5. Activez le logiciel de la station (Table of Materials) pour synchroniser le logiciel avec elle et définir les paramètres de stimulation. Pour l’expérience elle-même, le nombre d’impulsions doit être réglé à 20 pour la stimulation à 20 Hz, et la demi-période à 25 ms.
  6. Pendant la séance d’entraînement, commencez par une impulsion puis augmentez le nombre d’impulsions à 5, 10, 15, puis enfin à 20. Après chaque impulsion ou série d’impulsions, demandez au participant si la stimulation est confortable. Si la stimulation cause de l’inconfort, arrêtez l’expérience et excluez le participant de l’échantillon final.
    REMARQUE : Lors de l’alignement de la bobine, assurez-vous que la résistance s’ajuste étroitement à la surface de la tête sans la pousser trop fort. Si la résistance pousse fort ou ne reste pas stable à la surface de la tête, les réglages de sensibilité de la résistance peuvent être ajustés.
  7. Ajustez la position de l’écran pour qu’elle soit entièrement visible pour le participant en position allongée. La souris et le clavier peuvent être posés sur les genoux des participants ou sur l’oreiller au-dessus. Assurez-vous que la tâche de stimulation est organisée en blocs aléatoires avec des intervalles entre eux lorsque vous dirigez le bras robotique vers la position requise sur la surface de la tête. Pendant l’entracte, le participant peut prendre un peu de repos.

7. Analyse des données

  1. Choisissez la variable dépendante (ici, changement de préférence à l’échelle de Likert) et les variables indépendantes pour l’analyse (ici, choix (choisi/rejeté), tâche d’évaluation (première/deuxième), type d’essai (interrupteur/sans interrupteur/ordinateur) et bloc de stimulation (dmPFC/dlPFC/sham/sommet)).
  2. Choisissez la valeur seuil pour la signification statistique (ici, valeur p ≤ 0,05).
  3. Tester la normalité de la distribution de réponses pour choisir une analyse statistique ANOVA paramétrique ou non.
  4. Effectuer l’ANOVA pour tester la signification statistique du changement de préférence selon le statut de choix, la zone de stimulation, la condition cible/contrôle, la présence de manipulation et le sens de l’agence (choix, tâche d’évaluation, type d’essai, facteurs de stimulation).
  5. Effectuer des comparaisons post-hoc par paires afin d’explorer si les changements de préférence sont significatifs au sein de différents blocs de stimulation, types d’essais et choix.
  6. Ajustez le modèle linéaire à effets mixtes et la régression linéaire des moindres carrés ordinaires pour tester la signification des effets principaux (choix, évaluation de la tâche, type d’essai et stimulation) et des effets d’interaction.

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Résultats

46 participants ont été recrutés et préparés pour la stimulation, mais 10 participants ont dû être exclus de l’analyse (8 femmes et 2 hommes). Sept participants ont ressenti un inconfort lors de la stimulation du dlPFC et du dmPFC en raison des fortes contractions musculaires, 2 participants ont remarqué la manipulation lors des essais de changement lors de la deuxième tâche de classement, et les données pour 1 participant n’ont pas été enregistrées en raison d’une erreur technique. Un é...

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Discussion

Selon les recherches précédentes, il était émis l’hypothèse que l’inhibition de l’activation du dlPFC gauche ou du dmPFC devrait perturber le processus de changement de préférence, démontrant qu’aucun changement de préférence induit par le choix n’est dû au choix difficile. Bien que les résultats réels aient été incohérents avec ceux attendus, plusieurs implications sont importantes pour les futures recherches en ligne sur le rTMS. L’étude s’appuie sur et étend les résultats d’Izuma et d...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs affirment que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être considérée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

L’article a été préparé avec le soutien de la subvention de la Fondation russe des sciences n° 24-18-00432, https://rscf.ru/project/24-18-00432 et a été réalisé à l’aide du système HSE automatisé de stimulation cérébrale non invasive, avec la possibilité d’enregistrement synchrone de l’activité cérébrale et des mouvements oculaires.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Axilum Robotic TMS-Cobot  ;Axilum Robotics, Schiltigheim, France2/1/2002
Amplificateur BrainAmp ExG - amplificateur bipolaireBrain Products, GmbH, Allemagne
Enregistreur BrainVision 1.21.0004Brain Products, GmbH, Allemagne
Chaise avec appuie-couMagVenture, Farum, Danemark9016B0081
Fils d’électrodes pour EMG de surfaceEBNeuro, Italie6515
Localite TMS Navigator - logiciel basé sur l’IRM, importation de données pour
IRM morphologique (DICOM, NifTi)		Localite, GmbH, Allemagne10226
Localite TMS Navigator - Patrform de navigation, édition PremiumLocalite, GmbH, Allemagne21223
Traceur de bobines MagVenture 24.8,
Geom 1		Localite, GmbH, Allemagne5221
MagPro X100 MagOption - stimulateur magnétique transcrânienMagVenture, Farum, Danemark9016E0731
Gel de préparation cutanée NuprepWeaver and Company, États-Unis
Bouton en plastique non traumatiqueE.M.S., Bologne, ItalieFIA-PG905/99
Ceinture en caoutchouc et ndash ; 75 cmE.M.S., Bologne, ItalieFIA-ER-PG905/8
Bobine en forme 8 MC-B65-HO-2MagVenture, Farum, Danemark9016E0462
Ruban adhésif
Électrodes de surface pour EEG/EMGEBNeuro, Italie6515
Station de déclenchement TS832UBrainTrends Ltd, Rome, Italie

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