経頭蓋磁気刺激による閃光を文書化するための斬新なアプローチ

このビデオでは、経頭蓋磁気刺激法（TMS）を用いて光視症（フォスフェン）の閾値を求める標準的な手順と、知覚された光視症の大きさおよび位置をマッピングして記録する方法を実演します。TMSは、短時間の磁気パルスを印加することで神経活動を変化させる非侵襲的な神経刺激技術です。TMSの適用により、高い空間的および時間的特異性を持って神経活動を阻害する、安全かつ非侵襲的な手段が提供されます。

皮質の視覚感受性領域を刺激すると、フォスフェンとして知られる短時間の視覚的な異所性感覚が誘発されます。まず、刺激の開始点を特定します。TMSコイルの中心を刺激点の上に配置し、ハンドルが頭皮の表面に対して接線方向になるようにします。

閾値が決定するまで刺激強度を調整します。観察されたTMS誘発ホスフィンを記録するため、被験者をレーザートラッキング・ペインティングシステム（lt. A-P-A-T-M-S）の前に座らせます。右後頭皮質にパルスを照射すると、対側視野にホスフィンが生じます。

参加者は、レーザーポインターを使用して、知覚したホスフィンを縁取りするように指示されます。レーザーポインターの経路は標準的なウェブカメラで追跡され、ltapソフトウェアを使用して記録されます。レーザーの経路を投影スクリーン上に投影することで、参加者はltapシステムの精度結果を判断することができます。

知覚されたホスフェンの位置が、後頭皮質の小さな受容野サイズと組織化を反映して依存していることを確認します。こんにちは、私はボストン大学医学部解剖・神経生物学部門、脳力学研究室のSeth Kin Frankstonです。こんにちは、同じく脳力学研究室のPeter Freeです。

本日は、TMSを用いてホスフィン閾値を求める手順と、知覚されたホスフィンを記録する方法について説明します。当研究室では、ヒト被験者を対象とした視覚処理および皮質興奮性の研究にこの手順を用いています。それでは始めていきましょう。

まず、参加者を薄暗い部屋の椅子に心地よく座らせます。スイムキャップを頭に被せ、快適なように調整し、耳栓を渡します。次に、刺激の開始点を特定してマークします。まず外後頭結節（inion）を確認し、そこから上方に約2 cm、側方に約2 cm移動します。

標準的な8字型TMSコイルを使用し、コイルの中心を刺激の開始点に直接配置します。コイルは頭皮の表面に対して接するように保持し、正中線から外側に向かう方向に向け、ハンドルが正中線から離れるようにします。出力強度の60%で単一パルスを印加してください。

フットペダルを使用して、遠隔でTMSパルスを誘発します。視覚的な感覚があったかどうかを被験者に確認してください。「何か見えましたか？」

いいえ。ホスフェン（燐光）が報告されない場合は、コイルを reposition し、パルスを再照射します。それでも参加者がホスフェンを報告しない場合は、7〜10秒ごとにパルスの照射を続け、参加者がホスフェンを報告するか強度が100%に達するまで、5回ごとの試行後に強度を5%ずつ上げます。何か感じましたか？

はい。参加者がホスフェンを報告した際は、色、形状、位置を含め、何が見えたかを詳しく説明するように指示してください。「何が見えたか説明していただけますか？」 「はい、左の視野だけにあります。三角形で、頂点の一つが視野の中心にちょうど位置しています」

フォスフィンは、刺激を与えている半球とは対側の視野に現れることに注意してください。フォスフィンが安定して報告される位置が見つかったら、スイムキャップに印を付けます。これでフォスフィンの誘導に成功したので、同じコイル、位置、および方向で一連のパルスを照射し始めるための閾値を求める方法を確認しましょう。

前節と同様に、被験者に誘発されたフォスフェンの存在を確認させます。確認後、7〜10秒ごとにパルスを提示します。各パルスの後、以下の基準を用いてフォスフェンが知覚されたかどうかを報告するように被験者に指示してください。明確にフォスフェンを経験した場合は「はい」、視覚的知覚が全くなかった場合は「いいえ」、確信が持てない場合は「おそらく」と回答させます。「おそらく」という回答は、陽性反応としてカウントしないでください。

閾値を決定する際は、ホスフィン閾値が定まるまで刺激強度を調整し続けます。閾値は、ある特定の強度値において、通常10回のパルス刺激を行い、そのうち少なくとも50%のパルスで参加者が明確なホスフィンを報告したときの最低刺激強度と定義されます。それでは、ltapシステムを用いてホスフィンの大きさと思いの位置を特定する方法を確認しましょう。

レーザートラッキング・ペインティングシステム（ltap）は、認識されたホスフィン（phosphines）の位置とサイズをリアルタイムで記録するシステムです。ltapシステムは、ホスフィンの定量化および解析のための安定したカスタマイズ可能な環境を提供します。ltapソフトウェアを搭載したコンピューターが、ウェブカメラを使用してレーザーを記録します。

位置が記録され、そのデータは背面プロジェクターを介してスクリーンに再投影されます。まず、被験者の鼻根（両目の間の点）が投影スクリーンの中心から約 30 centimeters になるように座らせます。被験者に ltap システムに慣れてもらうため、レーザーポインターを渡し、知覚されたフォスフェンに似た図形をなぞる練習をするように指示してください。被験者が ltap システムに習熟したら、前述のステップと同じ位置に一連の TMS パルスを照射します。

参加者にそれぞれのホスフィンをトレースさせます。結果はプロジェクションスクリーンに報告されます。レーザーポインターを使用してホスフィンをさらに特性評価し、以前に決定した閾値の120%でTMSパルスを照射します。

参加者がさまざまな注視点に視線を向けている間に、報告された燐光（フォスフィン）をなぞらせ、定量化および分析を行います。ここでは、輪郭が描かれ記録された代表的な燐光をいくつか示します。レーザートラッキングおよびペインティングシステムを用いて、参加者に中央上方の注視点および右上の注視点に視線を向けるよう指示した際に知覚された燐光の位置と大きさを表示しています。各条件で10個の燐光を誘発するのに十分な一連のパルスが照射されました。

ご覧の通り、知覚されるフォスフェンの位置は、注視方向によって異なります。これは、後頭葉皮質の受容野の大きさが小さいことおよびその組織化と整合しています。以上で、フォスフェンの閾値を求め、知覚されたフォスフェンを記録する方法について説明しました。

この手順を行う際は、第一にコイルの位置を一定に保つこと、そして第二に被験者の安全と快適さが最優先であることを忘れないでください。以上です。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りいたします。