Stimolazione Magnetica Transcranica per indagare le relazioni causali Brain-comportamentali e la loro Corso di Tempo

L'obiettivo generale della seguente procedura è studiare le relazioni causali tra cervello e comportamento. Il primo passo consiste nel preparare l'esperimento di stimolazione magnetica transcranica scegliendo i parametri di stimolazione, i compiti e il metodo di localizzazione. Il secondo passo è localizzare il sito di stimolazione, personalizzandolo per ogni individuo al fine di garantire che venga colpito il sito cerebrale corretto.

Il passo successivo consiste nell'eseguire l'esperimento principale con la stimolazione magnetica transcranica (TMS), utilizzando un approccio basato su lesione virtuale o su metodo cronometrico, al fine di verificare se la stimolazione influisce sulle prestazioni del compito. I risultati che dimostrano un effetto della TMS sulle misure comportamentali, tipicamente sotto forma di tempi di reazione più lunghi rispetto alle prestazioni nelle condizioni di controllo, indicano che la regione cerebrale ipotizzata è un componente necessario per il normale svolgimento del compito. Il principale vantaggio della TMS rispetto ai metodi di neuroimaging è che offre la possibilità di interrompere l'elaborazione delle informazioni neurali e misurarne gli effetti sul comportamento.

In altre parole, offre più di una semplice correlazione, ma permette di trarre inferenze causali tra cervello e comportamento. Inoltre, la TMS presenta vantaggi rispetto ai metodi causali più tradizionali, come la ricerca su pazienti, poiché fornisce un approccio alternativo non invasivo che ci consente di produrre lesioni virtuali, temporanee, reversibili e più precise dal punto di vista spaziale. I principianti in questa metodologia potrebbero incontrare difficoltà a causa del gran numero di parametri liberi che devono essere scelti per rendere un esperimento efficace. Questi includono aspetti come la durata e l'intensità della stimolazione, il modo in cui vengono localizzati i siti di stimolazione, e persino aspetti apparentemente meno rilevanti come l'orientamento effettivo della bobina.

Di conseguenza, è normalmente necessario un ampio testing preliminare per determinare quali parametri funzionano per il tuo esperimento specifico. Prima della sessione di TMS, acquisisci una scansione MRI pesata in T1 ad alta risoluzione del partecipante. Includi i punti fiduciali per il sistema stereotassico senza telai, la punta del naso, l'arcata nasale e l'incavo sopra il trago di ciascun orecchio.

Caricare la scansione in un sistema stereo taxii senza telaio e segnare i punti fiduciali e i siti di stimolazione sull'immagine del partecipante. All'inizio della sessione di TMS, mantenere i siti di stimolazione distanti almeno 10 millimetri l'uno dall'altro. Spiegare innanzitutto le procedure sperimentali al partecipante, in modo che possa fornire il consenso informato.

In secondo luogo, chiedere al partecipante di compilare un modulo di valutazione della sicurezza per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) approvato dal comitato etico, al fine di verificare la sua idoneità a ricevere la TMS. Le controindicazioni permanenti alla TMS comprendono anamnesi familiare o personale di epilessia, diagnosi clinica di disturbo psichiatrico o neurologico, o qualsiasi tipo di dispositivo medico impiantato, come un impianto cocleare o un pacemaker. Il mancato rispetto delle linee guida di sicurezza per la TMS espone il partecipante al rischio di convulsioni o di danni ai dispositivi medici impiantati. Al termine della valutazione, posizionare il tracker del soggetto sulla testa del partecipante.

Quindi, utilizzando il tracker come riferimento, toccare ogni punto fiduciale sulla testa del partecipante con un puntatore fornito insieme al sistema stereo taxi. Salvare le coordinate corrispondenti per calibrare la testa del partecipante con l'immagine RM. Assicurarsi di verificare la qualità della registrazione e ripetere il processo secondo necessità.

Ora è anche un buon momento per chiedere al partecipante di inserire i tappi per le orecchie. Successivamente, configurare l'apparecchiatura per la stimolazione magnetica transcranica (TMS) secondo il protocollo. Questo esempio utilizza una stimolazione bifasica standard in combinazione con una bobina a forma di otto.

La frequenza di stimolazione scelta qui è di 10 hertz ed è impostata su una durata di 500 millisecondi, che è una scelta comune, scelta comune. L'intensità scelta è il 55% dell'uscita massima dello stimolatore. In genere, dal 50 al 70% del massimo è la potenza corretta da utilizzare.

Ora, presentare al partecipante la stimolazione prima di eseguire l'esperimento. Innanzitutto, dimostrarla sul braccio del ricercatore. Successivamente, sul braccio del partecipante. Quindi, dimostrare la stimolazione su ciascun sito di prova.

La bobina deve essere orientata in modo tangenziale rispetto al cuoio capelluto, in modo che la linea del flusso magnetico massimo intersechi il sito stimolato. Monitorare la posizione della bobina per tutta la durata dell'esperimento. In alcuni casi, ciò può causare disagio, che può essere attenuato regolando l'orientamento della bobina.

Se il partecipante non tollera la stimolazione, il test deve essere interrotto. Tuttavia, questo caso non è comune. Utilizzare un compito di localizzazione che coinvolga la funzione cognitiva di interesse e che presenti un comportamento misurabile, come il tempo di reazione, l'accuratezza o i movimenti oculari.

Crea più versioni del compito per evitare di ripetere gli stimoli nella prima sessione di pratica. Lascia che il partecipante eserciti il compito senza stimolazione. Nella sessione di pratica successiva, introduci in modo pseudo casuale la TMS nel 50% delle prove dopo le sessioni di pratica.

Eseguire il compito di localizzazione sul primo sito di stimolazione. Verificare immediatamente se la stimolazione magnetica transcranica (TMS) ha influenzato le prestazioni del partecipante, ad esempio provocando tempi di reazione più lunghi rispetto alla condizione senza TMS. Selezionare siti in cui la TMS produce un effetto consistente, ragionevole e specifico per il sito.

A volte un sito errato può effettivamente facilitare le risposte rispetto alla mancanza di stimolazione, a causa della facilitazione intersensoriale. Inoltre, effetti TMS di grandi dimensioni sono solitamente artifatti e richiedono un nuovo test. Testare più siti consecutivamente nella stessa sessione.

Assicurarsi inoltre di controbilanciare l'ordine di stimolazione dei siti tra i partecipanti dopo la localizzazione e, nella stessa sessione, eseguire l'esperimento principale utilizzando il sito di stimolazione precedentemente localizzato in modo funzionale. Utilizzare un compito diverso da quello impiegato per la localizzazione, ma che condivida il processo chiave di interesse. Ad esempio, un compito di giudizio di rima per la localizzazione e un compito di giudizio di omonimi per l'esperimento principale.

Entrambi i compiti richiedono l'elaborazione fonologica di parole scritte, anche se le specifiche richieste della procedura e gli stimoli differiscono per dimostrare la specificità funzionale del sito testato includendo un compito che non coinvolge il processo di interesse. Inoltre, testare un sito di controllo per dimostrare la specificità anatomica dell'effetto. A questo punto, eseguire o un esperimento tradizionale con lesione virtuale utilizzando gli stessi parametri TMS impiegati durante la localizzazione oppure un esperimento TMS cronometrico, che sostituisce la serie di impulsi utilizzata durante la localizzazione con un singolo impulso o con due impulsi somministrati in diversi istanti di tempo.

Questa indagine ha verificato se il giro sovramarginale sinistro è coinvolto causalmente nell'elaborazione dei suoni delle parole. Cinque impulsi di TMS ripetitiva, somministrati a 10 hertz e al 55% dell'intensità massima, sono stati applicati al giro sovramarginale. Durante tre compiti, ciascuno composto da 100 prove, un compito fonologico ha focalizzato l'attenzione sui suoni delle parole.

I tentativi con TMS presentano tempi di reazione significativamente più lunghi rispetto ai tentativi senza TMS, indicando che il TMS ha interrotto l'elaborazione fonologica in un compito di controllo semantico focalizzato sul significato delle parole. I tentativi con TMS non differiscono in modo significativo da quelli senza TMS, indicando che il TMS non ha interrotto in modo significativo l'elaborazione semantica. La stimolazione magnetica transcranica (TMS) alla girus sopramarginale ha influenzato selettivamente l'elaborazione fonologica, ma non quella semantica.

Un'ulteriore attività di controllo presentava coppie di stringhe di lettere consonantiche e chiedeva se fossero identiche. Ancora una volta, la STMS non influenzò complessivamente le prestazioni in questo compito di controllo. La stimolazione del SMG sinistro interferì selettivamente con l'elaborazione dei suoni delle parole.

Successivamente, la dinamica temporale del coinvolgimento del giro temporale superiore nel processamento fonologico è stata analizzata utilizzando la stessa attività. Sono state somministrate due impulsi di TMS in cinque finestre temporali diverse dopo l'inizio dello stimolo. Rispetto alla condizione basale, si è osservato un aumento significativo dei tempi di reazione quando la TMS è stata somministrata nelle tre finestre temporali successive.

I risultati suggeriscono che l'attivazione del SMG nel processamento fonologico inizia precocemente e si protrae per circa 100 millisecondi. È molto importante ricordare che i protocolli TMS presentano un elevato numero di parametri liberi e che la scelta dei parametri ottimali è fondamentale per ottenere effetti robusti. Pertanto, ogni esperimento TMS richiede un'ampia fase di studio pilota.

Una volta scelti tutti i parametri, un esperimento con stimolazione magnetica transcranica (TMS) può durare tipicamente circa un'ora. Tuttavia, ciò dipende ovviamente dal tempo necessario al partecipante per familiarizzare con la TMS, nonché dal tempo richiesto per localizzare con successo il sito di stimolazione. Fondamentalmente, è necessario tenere in considerazione le norme di sicurezza ogni volta che si progetta un esperimento con TMS.

E ciò ha importanti implicazioni per aspetti come il numero di prove a cui è sottoposto un partecipante, il numero di condizioni che è possibile testare e il numero di siti che si possono esaminare in un giorno.