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Articolo metodologico

Stimolazione magnetica transcranica ripetitiva online della corteccia prefrontale dorsomediale e dorsolaterale nel processo decisionale cognitivo e nella dissonanza cognitiva

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DOI:

10.3791/67500

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5 dicembre 2025

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

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo presenta un metodo più preciso ed efficace di stimolazione magnetica transcranica ripetitiva delle cortecce prefrontali dorsolaterali e dorsomediali durante un compito sperimentale utilizzando sistemi di neuronavigazione e robotici. Sulla base dei risultati, vengono suggerite implicazioni cruciali per future ricerche online sulla stimolazione.

Abstract

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è un metodo potente per rivelare i legami causali tra specifiche regioni cerebrali e funzioni cognitive. Mentre la TMS offline ha tradizionalmente dominato la ricerca nelle neuroscienze cognitive, la TMS ripetitiva online (rTMS) presenta vantaggi indubbi, consentendo stimolazione parallela alla performance del compito. Sfruttando i progressi in questo metodo di stimolazione, lo studio introduce un nuovo protocollo rTMS online che utilizza sistemi di neuronavigazione e robotici per colpire con precisione le cortecce prefrontali dorsolaterali e dorsomediali durante una procedura sperimentale. Inoltre, è stata esplorata l'utilità dell'rTMS online nell'indagare i meccanismi neurali alla base della dissonanza cognitiva e della neurocronometria del cambiamento di preferenza indotto dalla scelta. A tal fine, durante la procedura è stato applicato un protocollo per l'rTMS online ad alta frequenza con un design bloccato all'interno del soggetto e due condizioni di controllo. Lo studio porta a conclusioni principali per future ricerche sulla TMS, come l'importanza di un adeguato insieme di tempi, luoghi e parametri della stimolazione, modulazione del campo elettrico e condizioni di controllo appropriate.

Introduzione

Rispetto ai metodi moderni di stimolazione cerebrale e alle tecniche di neuroimaging, la stimolazione magnetica transcranica (TMS) è il metodo più adatto per dimostrare una relazione causale tra una regione di interesse e una funzione cognitiva, rispetto alle tecniche di neuroimaging come l'elettroencefalografia (EEG), la magnetoencefalografia o l'imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI)1,2,3,4 . La stimolazione permette ai ricercatori non solo di osservare il coinvolgimento delle regioni cerebrali in determinati compiti, ma anche di influenzarle. Inoltre, questo tipo di tecnica è adeguata per una stimolazione precisa del cervello, permettendo un migliore controllo delle condizioni sperimentali. La maggior parte degli studi precedenti applicava la TMS offline, stimolando il cervello per un certo periodo di tempo prima di un compito per produrre effetti duraturi della stimolazione. Tuttavia, il livello attuale di sviluppo tecnologico rende possibile applicare non solo la TMS offline, ma anche la TMS ripetitiva online (rTMS), fornendo stimolazione proprio nel momento in cui un partecipante sta svolgendo un compito. La TMS online fornisce effetti di stimolazione di breve durata rispetto agli effetti TMS offline (cioè, l'effetto di 15 minuti della stimolazione dopo i 15 minuti di 1 Hz di rTMSoffline 5,6 rispetto all'effetto di poche centinaia di millisecondi a pochi secondi dell'rTMSonline 6,7,8). Pertanto, a differenza della TMS offline, la tecnica TMS online può essere utilizzata come strumento di neurocronometria grazie alla sua risoluzione temporale. Offre l'opportunità di ottenere informazioni importanti sulle dinamiche regionali dei vari processi cognitivi e di indagare il momento esatto in cui un processo cognitivo sposta un gruppo di impulsi attorno all'inizio dello stimolo. L'rTMS online rende inevitabile lanciare un appello per una transizione dalla ricerca offline a quella sulla stimolazione online.

Due regioni cerebrali sono state al centro di questo studio: la dlPFC [MNI: -24, 5, 47]9 e la dmPFC [MNI: 2, 48, 36]10. Il dmPFC è un correlato cerebrale della dissonanza cognitiva, ben studiato sia con neuroimaging che constimolazione 10,11,12,13,14,15. Le prime scoperte nei meccanismi neurali della dissonanza cognitiva sono state fatte nella ricerca sulla fMRI, che ha rivelato l'eccitazione del dmPFC in vari paradigmi, utilizzando l'effetto di incoerenzacognitiva 11,16,17. Tuttavia, il legame causale tra risoluzione interna dei conflitti e dmPFC è stato stabilito solo quando sono stati condotti gli studi TMS e tDCS nel campo della dissonanzacognitiva 10,13. Considerando le funzioni della dlPFC, precedenti studi di neuroimaging e stimolazione hanno collegato l'attivazione frontale sinistra al cambiamento post-decisionale della preferenza indicando, indicando anche il ruolo importante della dlPFC nella riduzione della dissonanzacognitiva 9,11,16,18,19,20,21,22 . Una parte significativa della ricerca presume che il dlPFC sinistro sia coinvolto nella risoluzione dei conflitti del cambiamento di preferenzapost-decisionale 11,16,18,19.

Per stimolare dLPFC e dmPFC, si suggerisce un metodo più preciso ed efficace di stimolazione magnetica transcranica ripetitiva utilizzando sistemi di neuronavigazione e TMS robotica, che miri al dlPFC e al dmPFC durante il compito sperimentale. Il sistema di navigazione assistita dalla risonanza magnetica fornisce una stimolazione accurata dell'area cerebrale bersaglio. Permette al robot TMS di regolare la posizione del proprio braccio robotico in base ai micromovimenti della testa del partecipante durante l'esperimento. Il principale vantaggio è la massimizzazione dell'effetto rTMS come risultato di una stimolazione più precisa in un determinato periodo di tempo durante la procedura sperimentale, controllando il suo inizio e la fine, basandosi sull'inizio e sullo spostamento dello stimolo. Questo metodo può aiutare a stimolare le aree cerebrali, riducendo l'assistenza dell'esperimento durante l'esperimento e, di conseguenza, minimizzando l'influenza della presenza dello sperimentatore sulle prestazioni del partecipante durante il compito sperimentale. Il protocollo può essere applicato anche ad altre aree cerebrali e a compiti sperimentali. Ultimo ma non meno importante, la rTMS è stata combinata con il protocollo di stimolazione online, che ha permesso di testare un'ipotesi di ricerca sulla neurocronometria della dissonanza cognitiva e sulle funzioni delle regioni cerebrali correlate, come dlPFC e dmPFC. Una delle parti importanti della ricerca sulla dissonanza cognitiva è la diffusione di alternative23. È causato dal cambiamento di preferenza indotto dalla scelta, che avviene quando gli individui sono costretti a fare una scelta difficile tra opzioni che sono quasi ugualmente preferite. Una scelta così difficile porta all'incoerenza degli atteggiamenti della persona, suscitando dissonanza cognitiva. Per ridurre la dissonanza cognitiva, le preferenze devono essere cambiate, aumentando la preferenza per l'opzione scelta e diminuendo la preferenza per l'opzione rifiutata, ovvero la cosiddetta diffusione delle alternative. La domanda importante riguarda il momento preciso del cambiamento delle preferenze, se avvenga durante il processo decisionale stesso o emerga come conseguenza della scelta fatta. L'indagine su questa preoccupazione sta diventando fattibile grazie allo sviluppo di tecnologie come la TMS, che non solo osservano i processi decisionali come fanno la fMRI o l'EEG, ma influenzano direttamente l'attività corticale delle aree target. Ulteriori indagini sulla neurocronometria della dissonanza cognitiva aiuteranno a capire quando avviene realmente il cambiamento di preferenza indotto dalla scelta. In linea con questo obiettivo, uno studio TMS sui ruoli del dlPFC e del dmPFC nella diffusione delle alternative dopo la scelta difficile offrirebbe un contributo prezioso alla comprensione dei meccanismi neurali della dissonanza cognitiva e chiarirebbe il momento della scelta. Utilizzando la stimolazione online invece di quella offline, si può differenziare il vero momento in cui la diffusione delle alternative avviene nella rete dmFPC e dlPFC.

Il protocollo più dettagliato del rTMS per inibire la dlPFC e l'attivazione della dmPFC deve essere applicato utilizzando un sistema di neuronavigazione guidato da risonanza magnetica, uno stimolatore magnetico e un braccio robotico. Sono stati impiegati i sistemi di neuronavigazione e TMS. Il sistema di navigazione assistita dalla risonanza magnetica fornisce una stimolazione accurata dell'area cerebrale bersaglio, permettendo al braccio robotico di regolare la propria posizione in base ai micromovimenti della testa del partecipante durante l'esperimento. A tal fine, è necessario fornire una risonanza magnetica neuroanatomica per tutti i soggetti dello studio. Il sistema di navigazione richiede un set specifico di apparecchiature, come il tracciatore di riferimento per la localizzazione della testa del partecipante, la piastra di calibrazione per tracciare una bobina, il puntatore per impostare un gruppo di punti di riferimento e la telecamera a infrarossi per il tracciamento di oggetti nello spazio. Tutte le apparecchiature, tranne la telecamera, hanno sfere di riferimento riflettenti argentate identificate dal sistema di navigazione, che utilizza la telecamera per localizzare le coordinate della testa del partecipante e dell'apparecchiatura TMS durante la procedura e l'esperimento. La copertura delle sfere di riferimento è piuttosto fragile e non deve essere toccata per evitare danni. Devono essere eseguite diverse procedure per funzionare efficacemente con il sistema di navigazione assistita dalla risonanza magnetica: calibrazione della bobina e del braccio robotico, preparazione individuale per la risonanza magnetica e registrazione del paziente.

Si ipotizzava che non ci sarebbe stato un cambiamento significativo di preferenza per i blocchi di stimolazione dlPFC e dmPFC rispetto ai blocchi di controllo di vertice e sham stimolazione, poiché l'inibizione dell'attivazione sinistra di dlPFC o dmPFC dovrebbe impedire la riduzione della dissonanza cognitiva e il successivo cambiamento di preferenza.

Nonostante i recenti progressi nella realizzazione di interventi online con rTMS, che hanno aperto la strada per indagare la dinamica temporale dell'attività cerebrale causalmente correlata ai processicognitivi 24,25,26, il campo affronta ancora sfide nell'applicare stimolazioni precise e riproducibili, specialmente durante compiti cognitivi complessi. Questo studio introduce una nuova applicazione dei sistemi di neuronavigazione e robotici in un protocollo rTMS online per affrontare queste sfide. Integrando l'uso di dati strutturali cerebrali (e incoraggiando un ulteriore utilizzo di dati funzionali cerebrali) e un posizionamento robotico preciso, questo metodo migliora significativamente l'accuratezza e la coerenza della consegna di rTMS a dlPFC e dmPFC, regioni note per essere critiche nella dissonanza cognitiva e nel processodecisionale 27,28. Ricerche precedenti hanno utilizzato prevalentemente TMSoffline 10, 29, 30, limitando la comprensione delle risposte neurali immediate durante i compiti cognitivi. Inoltre, sebbene studi precedenti abbiano confermato il coinvolgimento del dmPFC e del dlPFC nella dissonanza cognitiva sia attraverso l'imaging che la stimolazioneoffline 9,10,13, il tempismo preciso e il ruolo di queste attivazioni durante la dissonanza cognitiva rimangono poco compresi. Qui, la rTMS online viene sfruttata per colmare questa lacuna indagando la neurocronometria del cambiamento di preferenza indotto dalla scelta, fornendo intuizioni sui momenti esatti in cui si verifica e viene risolta la dissonanza cognitiva. Questo studio si distingue per l'uso di un disegno bloccato all'interno del soggetto che testa gli effetti della stimolazione e della stimolazione dlPFC e dmPFC in due condizioni di controllo per rafforzare la validità dei risultati all'interno dello stesso campione e contemporaneamente, cosa che raramente avviene (si utilizza il protocollo tra soggetti oppure si impiegano due sessioni con gli stessi soggetti; entrambi aumentano la variabilità dei risultati). In sintesi, la ricerca offre un'innovazione metodologica che migliora la precisione e l'applicabilità della rTMS nelle neuroscienze cognitive. Influenzando direttamente le regioni cerebrali durante l'esecuzione del compito e osservando gli esiti immediati all'interno dello stesso campione, questo studio non solo affronta lacune significative nella letteratura, ma prepara anche il terreno per future ricerche sulle basi neurali dei processi cognitivi complessi.

Compito sperimentale:

Stimoli:

Gli stimoli sono stati accuratamente preparati utilizzando le raccomandazioni indicate nell'articolo originale di Izuma ecolleghi 10. Gli stimoli sperimentali consistono in 96 immagini astratte (Figura 1) abbinate secondo i seguenti criteri: 1) tutte le immagini dovrebbero essere simili per permettere che la manipolazione degli switch usata nel compito Choice non venga rilevata dai partecipanti; 2) tutte le immagini dovrebbero essere relativamente distinte per permettere una scelta consapevole tra le immagini e per prevenire scelte coincidenti dovute alla mancanza di differenze evidenti tra le immagini10 Inoltre, per essere coerenti con i criteri di scelta degli stimoli e di abbinarli in coppie usatinello studio originale 10, gli stimoli presentati nello studio iniziale e condivisi dagli autori sono stati esaminati. Gli stimoli per l'articolo sono stati scelti dalle foto stock gratuite di pubblico dominio utilizzando parole chiave tratte dai criteri. Secondo gli autori, le immagini sono state abbinate in base a impressioni personali. È stato utilizzato lo stesso principio e, durante il debriefing, ai partecipanti è stato chiesto se trovassero le immagini in coppie simili e distinguibili. Non è stata effettuata una validazione preliminare degli stimoli poiché non era previsto che i partecipanti li ordinassero in un certo modo, come avviene ad esempio con gli stimoli affettivi. Tuttavia, i futuri ricercatori dovranno approfondire le possibilità di convalidare gli stimoli nello stesso paradigma o in paradigmi simili.

Uno dei motivi per cui immagini astratte simili sono state scelte come stimoli sperimentali invece che come atteggiamenti originali significativi è che l'atteggiamento originale è particolarmente forte e centrale. Comporta un grande grado di rilevanza e impegno pregresso, quindi il cambiamento di atteggiamento è improbabile. Secondo questa importante caratteristica dell'atteggiamento, cambiare atteggiamenti forti in laboratorio sarà difficile. Inoltre, gli esperimenti senza atteggiamenti così forti hanno una probabilità maggiore di sviluppare una dissonanza cognitiva.

Procedura comportamentale:

Questo studio di progettazione interna al soggetto si basa su una procedura adottata dallo studio10 di Izuma e colleghi, che hanno applicato un paradigma modificato di libero scelto utilizzando un metodo di "cecità della scelta" 31,32, in cui gli individui tendono a credere di aver scelto l'oggetto che preferiscono meno rispetto all'alternativa.

Durante l'esperimento, i partecipanti hanno eseguito 4 seguenti compiti in ordine fisso: (1) il compito di Prima Valutazione, (2) il compito di Scelta, (3) il compito di Seconda Valutazione e (4) il compito di Memoria (Figura 2). Per il compito First Rating, i partecipanti dovevano valutare quanto apprezzassero ciascuna delle 96 immagini utilizzando una scala Likert di 8 punti senza restrizionetemporale 33. Successivamente, durante il compito Scelta, vengono presentate 48 coppie di immagini, devono scegliere una delle immagini all'interno di ogni coppia cliccando su un rettangolo corrispondente accanto all'immagine, eseguire il compitoFlanker 34 e poi confermare la scelta cliccando sull'immagine. Il compito Flanker consiste in una sequenza di 7 frecce dirette a sinistra o a destra, casualmente, per fornire le direzioni reali e casuali per tutte le frecce. Ai partecipanti è stato chiesto di definire la direzione della freccia centrale e premere il tasto della tastiera corrispondente il prima possibile. Il compito Flanker mira a distrarre l'attenzione del partecipante cliccando su un rettangolo invece che su un'immagine nella prima fase scelta.

Il compito Choice ha tre condizioni sperimentali (Figura 2): prove di commutazione (16 coppie), prove senza interruttore (16 coppie) e prove al computer (16 coppie). Tutte le 48 coppie erano fissate tra i partecipanti, ma lo script programmato decideva a quale condizione ciascuna coppia fosse assegnata in base alla differenza nelle valutazioni delle immagini all'interno di ogni coppia.

Quando i partecipanti scelgono un'immagine durante le prove di switch, le immagini cambiano posizione dopo il compito Flanker, così che l'immagine superiore appaia in basso e quella inferiore dove si trovava l'immagine superiore. Le prove di interruttore permettono di controllare l'artefatto di preferenza35. Si presumeva che i partecipanti non notassero questa sostituzione perché le immagini astratte sono simili. Il compito Flanker mira anche a distogliere l'attenzione dalla sostituzione delle immagini. Inoltre, ai partecipanti sono concessi solo 3 secondi per fare una scelta prima che le immagini scompaiano, anche se le risposte basate sulla memoria rimangono possibili successivamente. Questa condizione non si applica agli studi senza interruttore, dove i partecipanti devono confermare la propria scelta. Durante le prove al computer, la scelta viene presentata dal computer e i partecipanti devono semplicemente seguirla. L'immagine scelta dal computer è definita in base alla scelta del partecipante in una precedente prova di switch, cioè, se un partecipante sceglie un'immagine con un punteggio più basso nella prova di switch, il computer "sceglie" anche un'immagine con un punteggio inferiore. Tuttavia, se il partecipante sceglie un'immagine con una valutazione più alta in una prova di Switch, il computer "sceglie" l'immagine con la valutazione più alta. La condizione di scelta del computer è stata usata come condizione di controllo, aspettandosi che l'effetto di cambiamento di preferenza non fosse presente poiché i partecipanti non avrebbero sperimentato l'agenziadi scelta 10.

Le coppie sono state presentate in una sequenza specifica: le coppie a condizione senza interruttore sono sempre presentate nella 1ª, 2ª, 5ª, 8ª, 11ª, 16ª, 17ª, 20ª, 22ª, 28ª, 31ª, 33ª, 39ª, 42ª, 43ª e 47ª prova, le coppie di condizioni di interruttore sono sempre presentate nella 3ª, 6ª, 9ª, 12ª, 12ª, 18ª, 21ª, 24ª, 29ª, 32ª, 35ª, 37ª, 40ª, 44ª, e 46° mentre le coppie di condizioni di computer si verificano sempre nelle prove di 4°, 7°, 10°, 13°, 15°, 19°, 23°, 25°, 30°, 34°, 36°, 38°, 41°, 45° e 48° che si svolgono poco dopo le prove di scambio. Il motivo per cui si usa tale sequenza è che la scelta del computer imita automaticamente quella precedente del partecipante.

Durante il compito di Seconda Valutazione, i partecipanti devono valutare di nuovo le stesse 96 immagini, ma con segnali promemoria sulla loro precedente scelta durante il compito di Scelta. Ogni immagine è accompagnata da un promemoria sul fatto che sia stato il partecipante o il computer a scegliere questa immagine ("Hai scelto questa immagine" oppure "Вы выбрали эту картинку" in russo / "Non hai scelto questa immagine" oppure "Вы не выбрали эту картинку" in russo / "Computer scelto questa immagine" o "Компьютер выбрал эту картинку" in russo / "Il computer non ha scelto questa immagine" oppure "Компьютер не выбрал эту картинку" in russo).

Per ottenere l'opportunità di stimolare diverse regioni cerebrali durante il compito di Seconda Valutazione, si è deciso di suddividerlo in 4 blocchi: il dlPFC sinistro, il dmPFC, il vertice e la stimolazione sham-dlPFC. La dlPFC e la dmPFC sono state scelte come regioni cerebrali di maggior interesse per lo studio, mentre la stimolazione e il vertice sham-dlPFC sono stati scelti come condizionidi controllo 36. L'area target di stimolazione del dlPFC sinistro è stata definita sulla base dei risultatifMRI 9 di Voigt e colleghi con le seguenti coordinate [MNI: −24, 5, 47], poiché hanno trovato l'attivazione relativa della dlPFC sinistra per un compito e un paradigma molto simili. Le coordinate per il dmPFC sono state definite sulla base dello studio10 di Izuma e colleghi [MNI: 2, 48, 36].

Per tutti i blocchi di stimolazione, il rTMS online a 20 Hz è stato applicato per 1000 ms dall'inizio dello stimolo. Ogni blocco di stimolazione contiene 12 coppie di stimoli e dispone di circa 2 minuti di intervalli a blocchi per modificare la posizione della bobina di stimolazione e garantire un periodo sicuro secondo le linee guida sulla sicurezza dellastimolazione 37,38. Inoltre, se il compito Prima Valutazione non aveva limiti di tempo, il compito Seconda Valutazione aveva alcuni limiti di tempo, e ogni prova durava da 11 a 13 secondi. Innanzitutto, è stato presentato uno stimolo solo per 1 secondo, con rTMS applicato simultaneamente per tutto il secondo per coprire tutti i punti di partenza suggeriti per l'attivazione del dlPFC e del dmPFC. I partecipanti avevano 4 seconde per valutare l'immagine usando la stessa scala di Likert a 8punti 33 (dall'inizio dello stimolo, più 3 secondi dopo). Successivamente, il incrocio di fissazione è stato presentato con tremolio per 7-9 secondi per impedire ai partecipanti di abituarsi al momento di inizio dello stimolo e anche per fornire un intervallo inter-trialsicuro 37,38. Dopo aver completato ciascuno dei blocchi di stimolazione, i partecipanti hanno risposto a un questionario su quanto fosse comoda la stimolazione durante questo blocco.

Dopo aver completato il compito di Seconda Valutazione, i partecipanti completano anche il compito di memoria imprevisto, cercando di recuperare dalla memoria se abbiano scelto o rifiutato le stesse immagini durante il compito di Scelta (le prove al computer non sono incluse perché non riflettono la scelta dei partecipanti). Completano inoltre il questionarioPANAS 39, la Scala di Preferenza per la Coerenza40 e una breve intervista post-sperimentale per assicurarsi che i partecipanti non notino la manipolazione della loro scelta durante le prove di cambio del compito Choice.

Il compito impiegato in questo studio è specificamente progettato per suscitare dissonanza cognitiva richiedendo ai partecipanti di scegliere tra opzioni simili preferite, uno scenario che scatena incoerenza nelle preferenze e negli atteggiamenti, una caratteristica distintiva della dissonanzacognitiva 10. Il compito prevede la scelta e il secondo compito di valutazione, che permette di districare ipotesi sul tempismo della dissonanza cognitiva: se ciò avvenga già durante la scelta o affrontando di nuovo le stesse alternative. Questo compito attiva le cortecce prefrontali dorsolaterali e dorsomediali, regioni implicate nel processo decisionale e nella risoluzione della dissonanza. Utilizzando rTMS online, questo studio non solo riduce queste aree, provocando l'effetto durato su tutti i compiti, ma mira anche con precisione l'attività neurale associata alla rivalutazione delle opzioni (secondo compito di valutazione). Questo protocollo, insieme al paradigma del compito scelto, è la combinazione più efficiente, che consente ulteriori studi di confrontare l'impatto della stimolazione durante la scelta tra opzioni e il secondo compito di valutazione, individuando la dinamica temporale del meccanismo di cambio preferenza. La specificità di questo disegno sperimentale, unita alla precisione temporale dell'rTMS online, offre una metodologia unica e potente per analizzare le basi neurali e le caratteristiche temporali della dissonanza cognitiva nel processo decisionale.

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Protocollo

Tutte le procedure sono state approvate dal comitato etico locale della Scuola Superiore di Economia (HSE) di Mosca, con il consenso di tutti i partecipanti.

1. Reclutamento dei partecipanti

NOTA: I partecipanti sono tenuti a non riportare alcuna storia di dispositivi metallici impiantati, disturbi neurologici o condizioni psichiatriche. La TMS viene somministrata in conformità alle raccomandazioni di sicurezza più recenti. Prima di partecipare, tutti gli individui devono essere completamente informati sulla natura dello studio e fornire un consenso informato scritto. È stato mostrato un intero set di apparecchiature necessari per eseguire il protocollo TMS ripetitivo online, utilizzando sistemi di neuronavigazione e robotici, per il targeting preciso delle cortecce prefrontali dorsolaterali e dorsomediali durante una procedura sperimentale (Tabella dei Materiali).

  1. Verifica nel questionario preliminare e nel consenso informato che i partecipanti sono destrimani, non hanno metalli, neuro- o cardiostimolatori nella testa o nel corpo, non hanno problemi di udito o emicranie, non hanno mai subito traumi cranici, non sono incinte, non assumono farmaci psicotropi o antistaminici, non hanno mai subito interventi chirurgici al cervello o al midollo spinale e che i loro parenti non sono stati diagnosticati con epilessia.
  2. Se i partecipanti indicano di essere mai svenuti, verificare che questi casi siano legati esclusivamente a ragioni fisiologiche. Inoltre, i partecipanti dovrebbero essere informati di non assumere alcol o droghe un giorno prima dell'esperimento e di non assumere caffè né prodotti o bevande contenenti caffeina quattro ore prima dell'inizio dell'esperimento.

2. Calibrazione della bobina e del braccio robotico

NOTA: La calibrazione della bobina viene eseguita utilizzando la piastra di calibrazione, mentre il braccio robotico non necessita di ulteriori apparecchiature per essere calibrato. Tutti hanno sfere di riferimento argentate, che permettono alla telecamera di riconoscere oggetti nello spazio.

  1. Allinea la piastra di calibrazione con la bobina, imposta la bilancia sia sulla piastra di calibrazione che sulla bobina, e calibra usando il software.
  2. Calibra il sensore di forza del braccio robotico utilizzando il software associato. Premere la superficie del braccio robotico con diversi livelli di forza per evitare una forte pressione sulla testa del partecipante, ma assicurando una posizione aderente alla testa durante la stimolazione.

3. Preparazione delle singole risonanze magnetiche

NOTA: Una parte fondamentale della preparazione del sistema di navigazione consiste nella preparazione del sistema per singole risonanze magnetiche per la procedura di registrazione del paziente. Questo può essere fatto anche prima che arrivi un partecipante. L'obiettivo principale è abbinare le coordinate cerebrali individuali con quelle nei sistemi di coordinate universali, come MNI e Talairach.

  1. Per prima cosa, crea un modello 3D della testa del partecipante utilizzando un software associato al sistema TMS.
  2. Esegui la procedura di registrazione e allineamento dei Talairach.
    1. Allinea il cervello di ogni soggetto a un sistema di coordinate cerebrali standardizzato basato su punti di riferimento anatomici dell'atlante di Talairach. Identifica manualmente e imposta 3 parametri di riferimento, ovvero la commissura anteriore, la commissura posteriore e la falx cerebri, basandosi sull'atlante di Talairach.
    2. Identificare la commissura anteriore come una piccola struttura circolare o ovale situata anteriore al terzo ventricolo e inferiore al rostro del corpo calloso nelle tacce MRI sagittali medie e come un punto iperintenso anteriore al terzo ventricolo sulle fette assiali.
    3. Identificare la commissura posteriore nelle taglioni MRI sagittali come una struttura orientata orizzontalmente situata appena sopra l'acquedotto cerebrale e posteriore al terzo ventricolo. Per la falx cerebri si seleziona la sezione della risonanza magnetica che mostra la massima simmetria bilaterale delle strutture cerebrali profonde e segnala sulla fessura interemisferica.
  3. Regola la griglia spaziale di Talairach alla dimensione del modello 3D della testa. Lo spazio di Talairach sarà generato con coordinate standardizzate non dipendenti dalle differenze cerebrali individuali.
  4. Imposta gli obiettivi della stimolazione futura e l'angolo di rotazione richiesto secondo le coordinate MNI predefinite dello studio.
  5. Calcola le voci dei bersagli come le loro corrispondenti posizioni sulla superficie della testa del partecipante per posizionare il braccio robotico durante la stimolazione.
    NOTA: In questo esperimento, le voci per il punto di controllo del vertice sono state definite manualmente. Per segnare il bersaglio del vertice, si segna il punto situato all'intersezione tra i piani medio sagittale e coronale che passano rispettivamente attraverso la linea nasion–inion e interaurale; oppure prendere le coordinate dei vertici nello spazio MNI o di Talairach normalizzato dalla letteratura precedente e mappare il punto normalizzato nello spazio individuale della risonanza magnetica. Il software calcola automaticamente la posizione nello spazio individuale della risonanza magnetica tramite matrici di trasformazione affine.
  6. Per un tracciamento più accurato della posizione della testa del partecipante, imposta i punti di riferimento della risonanza magnetica sul modello 3D della testa del partecipante. Per questo studio sono stati utilizzati punti di riferimento sulle orecchie sinistra e destra e sul nasion, ma qualsiasi altro punto di riferimento può essere usato in base alla comodità.

4. Registrazione dei pazienti

NOTA: La procedura di registrazione del paziente viene completata all'arrivo del partecipante.

  1. Fornire i moduli di consenso, le informazioni richieste sull'esperimento e i tappi per le orecchie per proteggere l'udito del partecipante.
  2. Posiziona il tracciatore di riferimento sulla testa del partecipante. Assicurati che sia attaccato alla testa del partecipante in un punto in cui il braccio robotico non tocchi occasionalmente il tracker durante la stimolazione.
    NOTA: Il tracciatore è composto da tre sfere di riferimento riflettenti argentate che vengono identificate dal sistema di navigazione per localizzare le coordinate della testa del partecipante durante la procedura e l'esperimento. Convenzionalmente, il tracciatore viene posizionato sulla fronte. Tuttavia, per essere sicuri che i bersagli d'ingresso del dlPFC e del dmPFC siano disponibili per il sistema di navigazione e possano essere raggiunti dal braccio robotico, il tracciatore è stato posizionato tra la fronte e l'orecchio destro (può essere posizionato anche vicino all'orecchio sinistro a seconda della piastra di riferimento anteriore del braccio robotico).
  3. Fissa il tracciatore di riferimento sulla testa del partecipante con la cintura elastica abbastanza stretto, ma assicurati che sia comodo per il partecipante.
    NOTA: La fissazione della cintura è flessibile a seconda della dimensione della testa del partecipante. La cintura è stata spostata verso la fronte, piegata e fissata per fornire un migliore accesso all'area del dmPFC con il braccio robotico. Anche il bordo centrale della cintura è stato ripiegato per minimizzare le contrazioni muscolari durante la stimolazione. Le forti contrazioni muscolari potrebbero impedire ai partecipanti di vedere lo schermo con stimoli e possono anche causare sensazioni spiacevoli.
  4. Quando il tracciatore di riferimento viene posizionato sulla testa del partecipante, si impostano i punti di riferimento reali (in questo caso, orecchie e il nasion) in base ai punti di riferimento per la risonanza magnetica precedentemente trovati usando il puntatore con un insieme di sfere argentate di riferimento. Assicurarsi che il valore di deviazione della Radice Quadratica Media (RMS) non sia superiore a 5 mm. Se il valore è più alto, impostare di nuovo i punti di riferimento reali e ricalcolare il valore della deviazione RMS.
  5. Integra questi punti di riferimento con una serie di punti aggiuntivi con lo stesso puntatore per definire la superficie della testa del partecipante. Aggiungi questi punti creando linee orizzontali e verticali continue distribuite uniformemente lungo la superficie della testa. Sono necessari almeno 300 punti di riferimento aggiuntivi sulla superficie.
    NOTA: Dopo la registrazione in superficie, il valore di deviazione RMS dovrebbe essere inferiore a 2 mm per garantire una buona qualità di registrazione. Quando aggiungi punti aggiuntivi, assicurati che siano rappresentati adeguatamente sulla superficie della testa.
  6. Dopo la fine della registrazione, verifica che il software registri correttamente la posizione del puntatore sul modello 3D posizionandolo sulla superficie della testa (non all'interno della testa o lontano dalla sua superficie).

5. Definizione della soglia motoria

NOTA: Possono essere scelti montaggi diversi per collegare gli elettrodi. Per questo esperimento, l'elettrodo anodico è stato posizionato sulla proiezione del primo muscolo dorsale interosso (FDI) del braccio destro, che è stato scelto come bersaglio per definire la soglia motoria. Il catodo veniva posizionato sulla proiezione dell'estremità distale della falange prossimale dell'indice, mentre l'elettrodo di massa veniva posizionato sull'osso del braccio destro vicino al gomito.

  1. Strofina la pelle dei partecipanti e rimuovi i residui dello scrub con salviette alcoliciche.
  2. Prendere tre elettrodi di serratura e inserirli nelle corrispondenti cavità dell'amplificatore (anodo per il muscolo FDI, catodo per l'osso indice e elettrodo di massa per l'area vicino al gomito).
  3. Attacca tre elettrodi appiccicosi sulla pelle del partecipante. Durante il posizionamento dell'elettrodo sul muscolo dell'ID, chiedi al partecipante di tendere il muscolo FDI unendo tutte le dita e allungandole, mentre per attaccare l'elettrodo all'osso dell'indice, chiedi al partecipante di piegare il dito.
  4. Attacca elettrodi a clamp su elettrodi appiccicosi.
  5. Collega l'amplificatore alla batteria carica.
  6. Assicurati che il segnale del muscolo FDI non sia rumoroso.
    NOTA: Il segnale è registrato con il software speciale (Tabella dei Materiali). È particolarmente necessario garantire un buon segnale perché, altrimenti, la soglia del motore sarà o sopravvalutata o sottovalutata. L'ampiezza del rumore non dovrebbe superare 50 μV picco a picco; altrimenti, prova a rilassare il muscolo FDI del partecipante. Se necessario, appoggia la testa del partecipante sul cuscino o chiedi di sforzare la mano per un breve momento e poi rilassarla.
  7. Imposta l'intensità dello stimolatore al 50% e poi la regola in base alla reazione agli impulsi, poiché l'intervallo delle soglie motorie è considerevole.
  8. Trova l'area della manopola nel giro precentrale orientando la bobina secondo il modello 3D della testa individuale. Assicurarsi che la bobina sia posizionata tangenzialmente alla superficie della testa e orientata a 45° rispetto alla linea mediana. Durante la ricerca del motore caldo, effettua diversi impulsi nell'area della manopola e registra i punti sulla superficie della testa dove l'ampiezza dei potenziali motorizzati evocati è elevata.
  9. Ripeti gli impulsi nei punti con la risposta motoria più alta per verificarne la stabilità. Aumentare o diminuire l'intensità della stimolazione per trovare l'intensità approssimativa a cui una risposta motoria stabile si trova solo nel potenziale punto caldo.
  10. Dopo aver scelto l'hotspot, orienta la bobina nella posizione scelta e fai 10 impulsi con l'intensità con cui scegli il motore hotspot. Contare il numero di volte in cui l'ampiezza del potenziale evocato dal motore supera 50 μV picco a picco. Regolare l'intensità della stimolazione a un punto in cui 5 impulsi su 10 dell'ampiezza potenziale evocata dal motore siano uguali o superiori a 50 μV.

6. Preparazione per la stimolazione sperimentale

  1. Per avviare la stimolazione sperimentale, si passa la bobina manuale a quella del braccio robotico e si commuta il sistema di raffreddamento per garantire il corretto funzionamento del braccio robotico.
  2. Per garantire un migliore accesso alla zona di interesse e assicurarsi che la bobina non impedisca di vedere lo schermo, si regola lo schienale della poltrona per mettere in posizione il partecipante reclinato. A causa dello spostamento della testa del partecipante, si deve modificare il sistema di navigazione in modo che possa facilmente localizzare il tracciatore di riferimento e tutte le aree di stimolazione necessarie. Se necessario, la poltrona può essere sollevata o posata per garantire che il braccio robotico possa accedere ai punti di stimolazione.
  3. Prima di avviare l'esperimento, controlla la posizione del braccio robotico sulla superficie della testa del partecipante. Assicurati che il partecipante si abitui gradualmente alla frequenza di stimolazione.
  4. Poiché la stimolazione sarà attivata nel software sperimentale, collega lo stimolatore e la stazione di innesco con la porta parallela.
  5. Attiva il software della stazione (Tabella dei Materiali) per sincronizzare il software con essa e impostare i parametri di stimolazione. Per l'esperimento stesso, il numero di impulsi dovrebbe essere impostato a 20 per la stimolazione a 20 Hz, e il semiperiodo dovrebbe essere impostato a 25 ms.
  6. Durante la sessione di allenamento, inizia con un impulso e poi aumenta il numero di impulsi a 5, 10, 15 e infine a 20. Dopo ogni impulso o serie di impulsi, chiedi al partecipante se la stimolazione è confortevole. Se la stimolazione provoca disagio, interrompere l'esperimento ed escludere il partecipante dal campione finale.
    NOTA: Durante l'allineamento della bobina, assicurati che la bobina si adatti perfettamente alla superficie della testa senza spingerla troppo. Se la bobina spinge forte o non rimane stabile sulla superficie della testa, le impostazioni di sensibilità della bobina possono essere regolate.
  7. Regola la posizione dello schermo per renderla completamente visibile al partecipante in posizione reclinata. Il mouse e la tastiera possono essere appoggiati sulle ginocchia dei partecipanti o sul cuscino sopra. Assicurati che il compito di stimolazione sia organizzato in blocchi casuali con intervalli tra di essi mentre si guida il braccio robotico verso la posizione richiesta sulla superficie della testa. Durante l'intervallo, il partecipante può riposare un po'.

7. Analisi dei dati

  1. Scegliere la variabile dipendente (qui, cambiamento di preferenza sulla scala di Likert) e le variabili indipendenti per l'analisi (qui, scelta (scelta/rifiutata), valutazione del compito (prima/seconda), tipo di prova (interruttore/no-interruttore/computer) e blocco di stimolazione (dmPFC/dlPFC/sham/vertex)).
  2. Scegli il valore soglia per la significatività statistica (qui, valore p ≤ 0,05).
  3. Testare la normalità della distribuzione delle risposte per scegliere l'analisi statistica ANOVA parametrica o non parametrica.
  4. Condurre ANOVA per testare la significatività statistica del cambiamento di preferenza a seconda dello stato di scelta, dell'area di stimolazione, della condizione target/controllo, della presenza di manipolazione e del senso di agenzia (scelta, compito di valutazione, tipo di studio, fattori di stimolazione).
  5. Effettuare confronti post-hoc a coppie per esplorare se i cambiamenti di preferenza siano significativi all'interno di diversi blocchi di stimolazione, tipi di sperimentazione e scelte.
  6. Adattarsi al modello di effetti misti lineari e alla regressione lineare dei minimi quadrati ordinari per testare il significato degli effetti principali (scelta, valutazione del compito, tipo di prova e stimolazione) e degli effetti di interazione.

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Risultati

Sono stati reclutati e preparati 46 partecipanti per la stimolazione, ma 10 partecipanti sono stati esclusi dall'analisi (8 femmine e 2 maschi). Sette partecipanti hanno provato disagio durante la stimolazione del dlPFC e del dmPFC a causa delle forti contrazioni muscolari, 2 partecipanti hanno notato la manipolazione durante le prove di interruttore durante il secondo compito di valutazione, e i dati per 1 partecipante non sono stati registrati a causa di un errore tecnico. Un campione ...

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Discussione

Secondo la ricerca precedente, si ipotizzava che l'inibizione dell'attivazione sinistra del dlPFC o del dmPFC dovesse interrompere il processo di cambiamento della preferenza, dimostrando che non si è verificato alcun cambiamento indotto dalla scelta dovuta alla scelta difficile. Sebbene i risultati reali siano stati incoerenti con quelli attesi, diverse implicazioni sono importanti per la futura ricerca online sulla rTMS. Lo studio si basa e amplia i risultati di Izuma e colleghi

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Dichiarazioni

Gli autori affermano che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi relazione commerciale o finanziaria che potesse essere interpretata come un potenziale conflitto di interessi.

Ringraziamenti

L'articolo è stato preparato con il supporto della sovvenzione della Fondazione Russa per la Scienza n. 24-18-00432, https://rscf.ru/project/24-18-00432 ed è stato realizzato utilizzando il Sistema Automatizzato HSE di stimolazione cerebrale non invasiva con la possibilità di registrazione sincrona dell'attività cerebrale e dei movimenti oculari.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Axilum Robotic TMS-Cobot Axilum Robotics, Schiltigheim, Francia2/1/2002
Amplificatore BrainAmp ExG - amplificatore bipolareBrain Products, GmbH, Germania
Registratore BrainVision 1.21.0004Brain Products, GmbH, Germania
Sedia con poggicolloMagVenture, Farum, Danimarca9016B0081
Fili elettrodi per EMG superficialeEBNeuro, Italia6515
Localite TMS Navigator - Software basato su risonanza magnetica, importazione dati per
risonanza morfologica (DICOM, NifTi)		Localite, GmbH, Germania10226
Localite TMS Navigator - Navigazione patform, edizione PremiumLocalite, GmbH, Germania21223
MagVenture 24.8 coil tracker,
Geom 1		Localite, GmbH, Germania5221
MagPro X100 MagOption - stimolatore magnetico transcranicoMagVenture, Farum, Danimarca9016E0731
Nuprep Skin Prep GelWeaver and Company, USA
Bottone di plastica non traumaticoE.M.S., Bologna, ItaliaFIA-PG905/99
Cintura di gomma e tavolino; 75 cmE.M.S., Bologna, ItaliaFIA-ER-PG905/8
Bobina a 8 dimensioni MC-B65-HO-2MagVenture, Farum, Danimarca9016E0462
Nastro adesivo
Elettrodi superficiali per EEG/EMGEBNeuro, Italia6515
Stazione Trigger TS832UBrainTrends Ltd, Roma, Italia

Riferimenti

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