Name: 因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 33 s
Description: 学ぶ経頭蓋磁気刺激（TMS）を用いた脳と行動の因果関係の調査法。個別の脳部位を標的化し、反応時間の変化を測定することで、認知機能に必要な神経基盤を同定する非侵襲的手法です。

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著者は全く確認応答がありません。

このプロトコルは、神経学的に正常なヒトボランティアの非侵襲的脳刺激のために（＃249/001）UCL倫理審査委員会によって承認された。 1。TMSプロトコルを作成します。 認知神経科学のほぼすべてのTMSの実験は、8の字状のコイルと併せて二相性刺激を使用しています。これは、パルスの急速な列車を提供する能力を提供しています（&gt; 1 Hz）とし、できるだけ正確に皮質部位を標的。これは、単相刺激35または異なるコイル形状36を使用することが可能であるが、ここでは標準的な構成を適用した。 <ol><li>刺激の頻度と期間を選択してください。 注：認知神経科学の一般的な選択肢は、刺激37〜40の開始から500ミリ秒間10 Hzの刺激を使用することです。 </li><li>大規模なパイロットテストに基づいて強度のレベルを選択します。参加者全体で、一定に保持。 注：機器のUの場合最大刺激装置の出力11,41-44の70％ - SEDここで、一般的に使用される強度は、50の範囲である。 </li><li>試行間の間隔を選択します。 5秒27,45 -実用性と安全性の両方の理由から、最低3による刺激試験を分離する。 </li></ol> 2ヘッド登録を行う<ol><li>前のTMSに対して別々のセッションで各参加者をスキャン高解像度、解剖学的T1強調磁気共鳴画像（MRI）を取得する。ステップ2.3で使用される画像内の基準点を含む。 </li><li>各参加者における刺激部位の正確なターゲティングを可能にするために、TMSのセッションの前にフレームレス定位システムにスキャンをロードします。実験開始時の頭の上に刺激部位をマークするか、実験を通して継続的に監視します。 </li><li>参加者の画像上4の基準点をマーク。通常、これらは、鼻の先端、鼻の橋ではなく、が含まれるそれぞれの耳の耳珠上記CH。 </li><li>彼らは実験に参加するインフォームドコンセントを与えるためには、TMSに関する参加者情報を提供しています。 </li><li>治験審査委員会によって承認されたTMS安全画面フォームを完了するために、参加者に依頼してください。 注：TMSへの恒久的な矛盾がてんかんの個人または家族歴、神経学的または精神の問題の病歴、またはこのような心臓ペースメーカーや人工内耳などの埋め込み医療デバイスを含む。 TMSの安全要求事項に従わないことは、潜在的に失神や発作を誘発することができる。 </li><li>参加者の頭部に被写体追跡装置を置く。基準点を測定する際に、基準として作用する。定位システムに付属のポインタで、被検者の頭部上の各基準点にタッチして、コンピュータ上の対応する座標を​​保存します。 MRI画像を被験者の頭部を校正します。登録とリピートの品質をチェックプロセス、必要に応じて。 </li><li>コイル排出の音を減衰させ、参加者の聴力46への損傷を避けるために、刺激中に耳栓を着用することを参加者に依頼してください。 </li><li>第1節で選択した内容によると、TMSマシンをセットアップする。 </li><li>参加者は、その感覚に慣れ、よく許容されることを保証するためにテストする前に、刺激に参加者を紹介しています。最初の研究者の腕に刺激を発揮して、感覚を持つ人を順応さ、参加者の腕に。 注：これは、初めてのTMSを経験している参加者にとって特に重要です。 </li><li>感覚は異なる場所でも異なっていてもよいように、検査部位の各々に刺激プロトコルを示す。フレームレス定位システムによって識別される最初のサイトにコイルを配置したコイルは、頭皮と最大磁束の線STと交差する接線方向になるようにimulatedサイト。 注：刺激は時々、顔面神経や筋肉に影響を与え、それは参加者がよくそれを許容するかどうかをテストすることが重要ですので、不快感につながる可能性があります。 </li></ol> 3。機能局在を実行します<ol><li>各参加者にそれをカスタマイズすることで、刺激部位を最適化します。参加者の構造画像上の対象の脳領域内のいくつかの潜在的な刺激部位をマーク。グリッドまたは解剖学的マーキング（ 図1）を使用して、TMS 47の空間分解能与え互いに目標を少なくとも10ミリメートルの位置を確認します。 </li><li>興味のある認知機能にタップし、測定可能な行動（ 例えば 、反応時間、精度、眼球運動）を持つローカライザータスクを選択します。可能なサイトをテストするときに、タスクを複数回繰り返し、刺激の一定の繰り返しを避けるために、タスクの異なるバージョンを作成します。 </li><li>参加者がなくてもタスクを練習することができます彼らはそれに慣れるまで刺激。その後、参加者が刺激に気を取られることなく、タスクを実行するために使用されますように、試験の50パーセントに提示TMS第2プラクティスセッションをランダムに（または擬似ランダムに）紹介します。 </li><li>テストサイトを選択して、ローカライザータスクの1バージョンを実行。その直後に刺激がパフォーマンスに影響を与えたかどうかを見るために、結果を確認してください。 注：多くの場合、「正しくない」サイトを刺 ​​激することにより実際のクリックを聞き、頭皮の刺激感を感じ、この場合は、間の感覚促進2による刺激なしに比べて応答を促進する。また、刺激の効果が大きい（ すなわち 、100ミリ秒以上）は、多くの場合、人工的であり、再試験を必要とする。彼らは複製し、特にテストサイトに固有のものであれば、彼らは本物の効果があります。 localizに自信があるように、TMSの効果の強固な対策を選択してくださいATION。 </li><li>何の効果が観察されない場合は、新しいテストサイトを選択し、繰り返し、それ以外の場合は、複製さかどうかを判断するために、再度同じサイトをテストします。それらはすべて、これは非特異的なTMS効果を示すであろうような効果を生じないことを確実にするために、同じセッション内のバック·ツー·バック·テスト複数のサイト。サイトは、参加者間で刺激された順序を相殺。 </li></ol> 4。メインタスク<ol><li>ローカライズした後、同じセッションで、機能的に局在した標的部位を使用して、メインの実験を実行します。 注：これはローカライズが、関心のある重要なプロセスを共有する1で使用したものに別のタスクが参加する。例えば、韻判断タスクは同音判断タスクは、メイン実験に使用される可能性がありながら、言葉の音の処理の影響を受けやすい地域をローカライズするために使用することができます。この例では、両方のタスクは、書かれた言葉の音韻処理を必要とするものの、特定のタスクの要求とSTIMU李は異なります。 </li><li> TMSの非特異的効果を除外するために十分な制御条件を含む。 </li><li>処理で機能的な特異性を実証するために、対象プロセスが含まれていない制御タスクに同じサイトをテストします。 </li><li>効果の解剖学的特異性を実証するために、メインのタスクに別のサイトをテストします。 </li><li>このような偽のTMS、制御刺激、または複数の時間ウィンドウなどの追加の制御条件が含まれています。 </li><li>局在（ 例えば 、強度、周波数、刺激の持続期間）の間に使用されるのと同じTMSパラメータを用いて、伝統的な「仮想病変」実験を行う。クロノメーターのTMSの実験のために、同じ強度を使用しますが、別の発症レイテンシーで配信シングル48、ダブルパルス49のどちらかでローカライズの際に使用されるパルス列を置き換えます。 </li></ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

この記事では、原因とオンラインTMSを認知過程における脳領域の時間的な関与を評価するためのプロトコルを提示します。この議論は、成功したTMSプロトコルと、その後のTMSの実験を設計する際に考慮される必要がある限界を作成するための最初の重要なステップを強調しています。 TMSプロトコルは最適​​な刺激パラメータを確保し、自由パラメータの数が多いため、TMSする実験を調製するのに重要なステップである。通常、これは、ロバストな効果を生成するのに必要な刺激周波数、持続時間、強度、試行間の間隔、コイルの向きを決定するために、広範なパイロットテストを介して達成される。効果的な「仮想病変 &quot;を作成する頻度は、興味のある認知過程を包含するように十分に大きな時間ウィンドウをカバーして堅牢な効果を誘導する必要があります。その結果、周波数と持続時間の両方が研究間で異なる。同様に、＆＃8220;右「刺激強度は、磁場がターゲットの脳領域における神経処理に影響を与え、ここでの主な要因は、刺激部位51へのコイルからの距離で確実に1である。多くの研究は、一次運動野の手の領域を刺激する場合、モータの応答を生成し、参加者52,53-55にわたって強度を正規化するためにこれを使用するために必要な刺激の強さを特定する。この措置は、しかし、非運動野42,51,56に最適な強度の信頼性の高い指標ではありません。別のオプションは、すべての参加者のために同じ強度を使用することです。選択された強度は、刺激強度の範囲で実験した後、すべてのパイロットの被験者全体で有効であるはずである。さらに、コイルの向きは考慮する必要が重要なパラメータである。特定のコイルの向きは、刺激された神経細胞集団内の誘導電界の分布に影響を及ぼし、したがってbehaに影響を与え得るvior。一般に、公開されたプロトコルは、特定の反復実験に合わせてパイロットテスト中に変更される出発点を提供することができる。しばしば、しかし、このパイロットテストに関する情報は、プロトコル設計プロセスのいくつかの重要な側面を隠す不幸な効果を有する最終原稿から省略されている。 ローカライゼーション手順を選択する刺激が最適な部位に投与されることを保証するためにも不可欠である。多くの研究が正常被験者ごとに刺激部位をカスタマイズする、個々の参加者57,58間で単一の場所をターゲットに解剖学に基づいた方法を用いて、刺激部位をローカライズされているが、個々に対象間のより効率的な方法31を得た行動の結果のばらつき低減します。ここでは、fMRIのベースローカライズを上回る利点を提供しますTMSベースの機能局在の手順を紹介しました。具体的には、異なる空間的バイアスの問題が回避されることが間のfMRI（ すなわち 、排出静脈59）とTMS（ すなわち 、磁場6,60内の軸索の向き）の別の場所に局在している同じ神経応答になることがあります。加えて、周知のfMRIにおける活性化「ピーク」の具体的な場所は、それらが最適TMSは55,61を標的とするようになっ、かなり変化することが知られている。たとえそうであっても、異なる定位様々な手順が明らかに効果的であるので、具体的な選択は、どちらの方法が使用されることを保証する信頼性の高い、再現性のある効果を提供すること。あまり重要でここで紹介する実験データに依存対策として反応時間を使用しましたが、使用可能な他の多くのオプションがあります。例えば、いくつかの研究では、正確さの代わりに9,12,62を使用します。刺激による破壊は精度スコアに反映されるので、これらの場合、TMSない通常の性能は、既に天井レベル以下である。他の研究では、眼球運動63,64に対する刺激の効果を測定した。 TMSで最も認知神経科学の実験が、しかし、その依存対策13,48,65,66として反応時間を使用しています。典型的には、効果は、数十ミリ秒、又は反応時間67における約10％の変化のオーダーである。比較的小さな変更が容易に観察できるように、依存尺度が使用されているものは何でも堅牢で一貫している必要があります。 いずれの実験手法と同様に、TMSは、この方法を選択する際に考慮する必要がある重要な制限があります。最も一般的なものは以下のとおりです。TMSのI）空間分解能、刺激に関連するII）非特異的効果、および方法論のIII）安全面。磁界がさらに離れて、それがコイルからである強度低下させるので、最初、TMS刺激の限定された深さを有する。 68,69 -これにより、（3センチ〜2）頭皮の近くの脳領域を刺激することで最も効果的である</sup&gt;と深い脳構造を刺激する効果がない。異なる形状のコイルがこのような基底核69として深部に到達するために開発されているが、その結果、TMSに直接アクセスのみの領域は、皮質マントルに制限されています。 1cmの47,70-72 - TMSはまた、約0.5の空間分解能を有している。したがって、この方法は、皮質柱など、きめ細かい空間構造から機能の寄与を調べるために使用することができない。 TMSの第二の制限は、刺激が急速に変化する磁界の結果として、同時感覚副作用を導入することである。最も顕著なのは、それぞれの磁気パルスは聴覚クリックしてタップする感覚を伴っている。このため、TMSはこれらの副作用は、タスクのパフォーマンスを妨げる可能性がある特定の聴覚や体性感覚の実験には不適切かもしれません。オンラインTMSは、いくつかの聴覚実験73,74で正常に使用されていることに注意してください</s最大&gt;と、少なくともいくつかのタスクでそのために実現可能である。別の考慮事項は、感覚効果の強さは、ヘッドの位置を越え異なることである。例えば、耳に近い場所に投与する刺激は、遠く離れた場所よりも大きな音になります。同様に、頭の上に、より腹側の位置は、背側の領域75,76よりも大きな筋収縮を作り出す。これらのサイトの違いは、実験交絡を誘導することができるので、このような対側同体77などのメイン·サイトに類似した副作用のコントロールサイトのどちらを使用するか、関心24,62のプロセスを活用しない制御条件/タスクを含めることが重要である、73,78,79。 TMS実験を設計する際には、潜在的に失神や発作27を誘導することができるように、最終的に、安全性を考慮し、常に考慮しなければなりません。このリスクを最小限に抑えるために、刺激強度、頻度、期間、国際的に認められたガイドラインはexisTSのほか、パルスおよび試行間間隔27,28の総数。これらのガイドライン内にとどまるのプロトコルは神経学的に正常な参加者のために安全であると考えられている。これらはまだ不完全であり、多くの場合、小説のTMSのプロトコルも安全証明が導入されていることであることは注目に値する。一般に、公開された証拠はガイドラインに従っているときに、TMSのない危険な副作用を有する安全な手順であることを示唆している。これらの制限の一つの結果は、しかしながら、行動のプロトコルは、多くの場合、それらはTMSで使用する前に調整する必要があることである。これは、実験の長さを含む設計のいくつかの側面に影響、試行回数、試験することができる条件および刺激部位の数を有している。これらの制限のいくつかは、異なる日に異なる刺激部位を試験するような別個の実験セッションに分割することによって克服することができる。このような場合には、その局在化を確実にすることが重要であるサイトのテストは、同じセッション内で行われている。これは、ターゲティングの精度を最大化することによって、実験的分散を最小限に抑えることができます。具体的には、単一のセッションで安全である刺激の量 - 1つ以上のテストセッションを使用するかどうかを決定する際には、基本的な制限は、参加者の安全性である。総刺激は、潜在的に複数のサイト上で、習熟、練習、ローカリゼーション（TMSを使用している場合）、およびテストが含まれ、かつ批判的条件ごとの試行回数に依存します。この図は、単一のセッションのためのガイドラインを超えている場合、それは複数のセッションに実験を中断する必要があるが、離れて24時間の最小値を実施しました。そこのTMSの実験のために必要な臨床試験の最小数に関する厳格な規則はありませんが、いずれの実験と同様に、これらの効果の大きさ、分散、α-レベル（通常は0.05）に基づく標準的な電力計算を用いて計算し、希望することができます感度。多くの場合、合理的な見積り効果の大きさや分散は、実験プロトコルを最適化するために行わ大規模なパイロットテストの結果、ご利用いただけます。 要約すると、TMSは、認知神経科学への幅広いアプリケーションとの重要なツールとなっています。この記事では、「仮想病変」モードでも、地域固有の神経情報処理の時間的ダイナミクスを探索するためのクロノメーターのツールでも因果脳行動の関係を調査するための行動タスクに関連して、オンラインのTMSのための基本的なプロトコルを提供します。

経頭蓋磁気刺激（TMS）は、脳の刺激に用い、安全かつ非侵襲的なツールです。それが強いが、比較的焦点、磁界を発生させる行ってコイル内の急速に変化する電流を使用しています。頭皮に適用した場合、磁界が一時的にローカル皮質の情報処理を破壊する、下にある脳組織内の電気的活動を誘導する。この過渡的な干渉を効果的に短時間の「仮想病変&quot;1,2が作成されます。この手法は、因果脳行動推論を引き出し、健康な成人および神経患者の両方でオンライン神経情報処理の時間的動態を調査するための非侵襲的方法を提供しています。 選択的に地域固有の皮質処理を妨害することにより、TMSは、脳領域と特定の行動3,4間の因果リンクを描画するために使用することができます。大幅皮質領域を刺激した場合、すなわち、適切な制御条件のタスク実行の相対的影響を与える、これは、刺激された領域は、通常の作業を行う必要があることを示している。この種の因果推論は、例えば、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）または陽電子放出断層撮影（PET）などのニューロイメージング方法を超えるTMSの主要な利点の一つである。神経活動を測定し、行動でそれを関連付ける神経画像技術とは異なり、TMSは神経情報処理を混乱さや行動への影響を測定するための機会を提供しています。この意味では、伝統的な病変赤字はTMSが非侵襲的であり、効果は一時的で可逆的であることを除いて、脳損傷の患者に分析し、より似ています。 TMSはまた、病変の研究に比べていくつかの利点があります。例えば、刺激の効果は一般的に、多くの場合、大きく、患者間で大きく異なる天然に存在する病変、より多くの空間的に精密である。さらに、参加者は自分自身のコントロールtherebとして使用することができるYは、患者と対照の間で事前に病的な能力の電位差の問題を回避することができる。最後に、回復プロセスは、結果5を混乱させる可能性が低いことを意味する、TMSの間に行うための機能再編成の十分な時間があります。言い換えれば、TMSは、このような脳機能イメージングなどの相関の手法を補完因果脳行動の関係を調査するための強力なツールを提供しています。 TMSはまた、刺激の非常に短いバーストを使用して、刺激6の発現を変化させることによって、神経情報処理の時間経過を調査するために使用することができる。通常、これは裁判の中の時間の異なるポイントで地域に配信シングルまたはダブルパルスのTMSのどちらかが含まれます。個々のTMSパルスの効果がすぐに発生し、どこかに5〜40秒7月10日の間持続しますので、これはそのオンセを含む地域の神経活動の時間的ダイナミクスをマッピングするために研究者を可能にしますT、期間、および11,12を相殺した。この中断時間は、ミリ秒の10S、脳波（EEG）と磁図（MEG）よりも大きさも粗いの約順序に技術の時間分解能を制限します。一方、クロノメーターのTMS研究で観察されたタイミングは、脳波と脳磁図9,13よりも良い侵襲的神経生理学的記録からのものと一致する傾向がある。 EEGおよびMEGが活動14の最も初期の発症よりも遅れている大規模な神経細胞の同期性を測っているため、おそらくこれは。クロノメーターのTMSは、地域、時間的ダイナミクスについてだけでなく、指定された行動のための地域の必要性に関する重要な情報を提供することができるだけでなく、一方でまた、fMRIのとPETのように、EEGおよびMEGは脳全体の活動の相関尺度である。 TMSは、もともとモータシステム15の生理学を研究するために開発されたが、それはすぐにcognitiための貴重なツールとして採用された神経科学を​​見る。 「仮想病変」技術としての初期の用途の1つは左の下前頭皮質16〜18を刺激することにより、音声停止を誘導することであった。結果は音声生成のためのブローカ野の重要性を確認し、脳神経外科介入16,19以降の言語優位性を決定するために、和田テストへの潜在的な代替案を提案した。今TMSは注目20、メモリ21、視覚処理22、行動計画23、24、意思決定 、及び言語処理25を含む認知神経科学の実質的に全ての分野で使用されている。通常、TMSは、脳と行動3,4の間の因果関係の指標としたが、どちらも増加エラー率またはより遅い反応時間（RTS）のいずれかを誘導する。いくつかの研究では、両方の仮想病変モードとクロノメーターのツールと​​して、TMSを使用しています。例えば、ピッチャーと同僚11は、まずその反復TMSを示した後頭部、顔領域に送達（rTMSのは）正確に顔の差別を中断してから、TMSが早期に、この特定の脳領域が顔の部分の情報を処理していることを実証し、60および100ミリ秒で送達されたとき、この効果は唯一の存在であったことを決定するために、クロノメーター、TMSを使用顔認識の段階。ここに記載のすべての例では、TMSが投与さTMSの効果は即時とショートになるように「オンライン」、つまり、タスク遂行中である（ すなわち 、効果がある限り刺激の継続時間など最後）の住んでいた。これは、タスクを開始する前に、低頻度刺激21またはパターン化された刺激26の短いバーストのロングランいずれかを伴う「オフライン」のTMSとは対照的である。オフラインでは最後のウェルのTMSアプリケーション自体の存続期間を超えて影響をTMS。この記事では、「オンライン」のアプローチのみに焦点を当てています。 どんなTMS Eを調製する際に最初のステップxperimentは刺激プロトコルを識別し、ローカライズの方法を選択するがあります。刺激パラメータは、TMSの強度、頻度および持続時間を含んで、国際的に定義された安全要件27,28によって制約されます。各TMSの実験はまた、位置決めと刺激部位の上に正確にコイ​​ルを配向させるのに適したローカライズの手順が必要になります。 20ローカライゼーション·システム30が、一般的に、個々の参加者31に合わせてカスタマイズされている-ローカリゼーションは、標準的なスペースに基づくことができるが29か10を調整します。後者の場合は、機能的にfMRIの33を使用するか、または機能的に、TMS 34を使用してローカライズローカライズは、個々の解剖学的構造32に基づいて刺激をターゲットに含まれる多くのオプションがあります。ここで紹介するプロトコルは、オンラインのTMSの実験のための一般的なプロトコルの一部として、TMSとの機能局在を提唱しています。次いで、例示的な例は、TMSを用いることができる方法で提示されるレディングの音韻処理に左縁上回（SMG）の機能的な貢献を調査する。

<table><tbody><tr><td>Magstim Rapid2 刺激装置</td><td>Magstim, Carmarthenshire, UK</td><td></td><td></td></tr> 直径<tr><td>70mmの8の字コイル</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Brainsightフレームレス定位固定システム</td><td>RogueResearch, モントリオール, カナダ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polaris Vicra 赤外線カメラ</td><td>Northern Digital, Waterloo, ON, Canada</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

経頭蓋磁気刺激（TMS）タスクのパフォーマンスを妨害一時的に短命生成、脳領域において情報処理を破壊するために、強力な電磁石を使用して、安全、非侵襲的脳刺激法である「仮想病変。「刺激を示し影響を受けた脳の領域は、通常、タスクを実行する必要がある。換言すれば、脳と行動との間の相関を示すような機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの神経画像法とは異なり、TMSは因果脳行動の関係を示すために使用することができる。さらに、仮想病変の発症および持続時間を変化させることにより、TMSはまた、通常の処理の時間経過を明らかにすることができる。その結果、TMSは、認知神経科学の重要なツールとなっています。病変赤字研究上の技術の利点は、破壊効果をより時空間精度、独自のCOとして参加者を使用する機能が含まれntrol対象、参加者のアクセス可能。制限は、同時聴覚や体性感覚刺激のタスクのパフォーマンスに影響を与える可能性がある、より多くの頭皮の表面から数センチ以上の構造体へのアクセスが制限され、特に動作を実験のために最適化される必要がある自由パラメータの比較的大きなスペースがあります。適切な制御条件を十分配慮した実験計画は、これらの懸念に対処するのに役立つ。この記事では、読書への左縁上回（SMG）の空間的および時間的な貢献を調査する、TMSの結果と、これらの問題を示している。

図2は、例として述べた2つのTMSの実験の結果を示す図である。すなわち、第左SMGが二本関与の時間的ダイナミクスを調査しながら、言葉の音の処理に因果的に関与しているかどうかを検討した。 図2（a）は、最初の実験の代表的な結果を示しているのrTMS（10 Hzで、5パルスの55％最大強度）を3つのタスクの間に、SMGに配信されました。セマンティックタスクが（「これら二つの単語は同じことを意味していますか？ アイデア概念 」）、その意味に焦点を当てながら、音韻タスクが（「これら二つの単語が同じ音ですか？ 鼻を知っている 」）の言葉の音に着目した。第三の制御タスクは子音の文字列のペアを提示し、それらが同一であったかどうか（「wsrft-wsrft」）を尋ねた。各タスクには、100回の試行で構成されていた。結果は、TMSが大幅なしstimulatioへのRTSと比較して増加したことを証明し37ミリ秒の平均音韻タスクにおけるN。対照的に、SMG刺激はセマンティック又は正字の制御タスクでのRTに有意な影響を及ぼさなかった。つまり、左SMGの「仮想病変は「選択的に書かれた言葉44の音韻の側面を処理する際に、SMGの必要性を示している、言葉の音を処理して妨害した。 図2Bは 、SMG内音韻処理の時間経過を探るクロノメーターの実験の代表的な結果を示している。ここでは、ダブルパルスのTMSは、各テストの異なる時間窓5と同じブロックに分割し100回の試行で同じ音韻課題における刺激開始後の5異なる時間枠で送達された。ベースライン条件（80分の40ミリ秒）と比較した場合には、TMS刺激の開始後120分の80、160分の120、および200分の160ミリ秒を送達したときに、RTの有意な増加が観察された。これらの結果は、SMGがengagた実証EDは80と200ミリ秒後の刺激開始、間音韻処理における初期の音韻処理44の持続的な関与の両方を示す。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig1highres.jpg" /> 図1の潜在的刺激部位をマーキングする2つの一般的な方法は、（A）第一の方法は、手の運動野の上にマーカのグリッドを配置し、TMSは、期待される効果を生じるまで、それぞれを試験することを含む。このアプローチは、モータの「ホットスポット」を特定するのが一般的である-つまり、刺激が最強の、最も信頼性の筋収縮を生成する代わりに（B）第二の方法は、明確に定義された範囲内マーカーのセットを配置することによって付加的な解剖学的制約を適用する脳領域。この例では、3つのマーカーの位置は、SMGの前方領域に制限される。最初のものは見つけているシルヴィアンの割れ目の後、上昇枝の終了にDよりも優れ;第1は、前のSMGの腹端にある。そして3つ目は、ほぼ中間に他の二つの部位の間にある。刺激マーカーは、フレームレス定位システムを用いて個々のMRIスキャンの矢状面上に示されている。左下隅にある黒いスケールバーは1cmの距離を示している。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig2highres.jpg" /> 図2。刺激の開始から反応時間（RTS）。 （A）noTMS（ライトバー）とTMS（暗いバー）3異なる言語タスクの条件。（B）の音韻タスクの5つの刺激のタイミング条件。ここで紹介する例では、ダブルパルスは80分の40ミリ秒、120分の80ミリ秒、160分の120ミリ秒、200分の160ミリ秒、および240分の200ミリのポスト刺激開始のいずれかで配信されていました。目電子最初の時間窓、80分の40ミリ秒の視覚情報は、その急速にSMGに到達すると予想されなかったので、ベースライン制御条件として使用した。エラーバーは正しく被験者内分散50を反 ​​映するように調整平均の標準誤差を表す。最初の実験は、12の参加者と32の参加者からの第二のデータが含まれています。 *はp &lt;0.05。

経頭蓋磁気刺激（TMS）は、非侵襲的神経情報処理を破壊すると動作への影響を測定するための技術である。 TMSは、タスクと干渉する場合には、刺激された脳の領域は、1つの体系的認知機能、脳領域を関連付けるできるように、通常タスク性能のために必要であることを示している。

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

本手順の目的は、脳と行動の間の因果関係を調査することです。まず第一に、刺激パラメータ、タスク、および定位方法を選択し、TMS実験の準備を行います。次に、正しい脳部位を標的とするため、個々の被験者に合わせて刺激部位を決定し、定位を行います。次のステップは、刺激がタスクパフォーマンスに影響を与えるかどうかを検証するために、バーチャル病変アプローチまたはクロノメトリックアプローチのいずれかを用いて主要なTMS実験を行うことです。対照条件下でのパフォーマンスと比較して、通常は反応時間の延長という形で、行動指標にTMSの効果が認められた場合、指定した脳領域が通常のタスクパフォーマンスに不可欠な構成要素であることを示しています。神経画像法に対するTMSの最大の利点は、神経情報の処理を妨害し、それが行動に及ぼす影響を測定できる点にあります。言い換えれば、単なる相関関係以上のものを提供し、脳と行動の間の因果推論を導き出すことを可能にします。さらに、TMSは患者研究などのより伝統的な因果関係の解明手法に対しても利点があります。なぜなら、一時的で可逆的、かつ空間的に精緻な「仮想病変」を作り出すことができる、非侵襲的な代替アプローチを提供するためです。この手法に慣れていない人は、実験を成功させるために選択すべき自由パラメータが非常に多いため、苦労するかもしれません。これらには、刺激の持続時間や強度、刺激部位の特定方法、さらにはコイル自体の向きといった、一見些細に思える事項まで含まれます。その結果、特定の実験にどのパラメータが適しているかを決定するためには、通常、広範な予備試験が必要となります。TMSセッションの前に、被験者の高解像度T1強調MRIスキャンを取得してください。フレームレスステレオタキシスシステムの基準点として、鼻尖、鼻根、および両耳の耳珠上の切痕を含めてください。スキャンデータをフレームレスのステレオタクシーシステムに読み込み、被験者の画像上の基準点と刺激部位をマークします。TMSセッションの開始時点では、刺激部位の間隔を少なくとも10 millimeters離して設定してください。まず、被験者に実験手順を説明し、インフォームドコンセントを得ます。次に、参加者に、機関審査委員会（IRB）によって承認されたTMS安全スクリーニングフォームへの記入を依頼し、TMSの適用が可能であることを確認します。TMSの絶対的禁忌には、てんかんの家族歴または既往歴、精神疾患または神経疾患の臨床診断、あるいは人工内耳やペースメーカーなどのあらゆる種類の植込み型医療デバイスが含まれます。TMSの安全ガイドラインに従わない場合、参加者がけいれん発作を起こすか、植込み型医療デバイスに損傷を与えるリスクがあります。スクリーニングが完了したら、参加者の頭部にサブジェクトトラッカーを装着します。次に、トラッカーを基準として、ステレオタクシーシステムに付属のポインターで被験者の頭部の各基準点に触れます。MRI画像と被験者の頭部をキャリブレーションするため、対応する座標を保存します。レジストレーションの精度を必ず確認し、必要に応じてこのプロセスを繰り返してください。ここで、被験者に耳栓を装着してもらうのが適切です。次に、プロトコルに従ってTMS装置をセットアップします。この例では、8の字型コイルを用いた標準的な二相性刺激を使用します。本手法で採用する刺激周波数は10 hertzで、持続時間は一般的な設定である500 millisecondsに設定します。刺激強度は、刺激装置の最大出力の55%に設定します。通常、最大出力の50～70%が適切な出力強度となります。次に、実験を行う前に被験者に刺激について説明します。まず、研究者の腕で実演してください。次に、被験者の腕で実演します。続いて、各テスト部位で刺激を実演してください。コイルは、最大磁束線が刺激部位と交差するように、頭皮に対して接線方向に配置してください。実験中は常にコイルの位置を監視します。場合によっては、不快感が生じることがありますが、コイルの向きを調整することで軽減できます。被験者が刺激に耐えられない場合は、検査を中止しなければなりません。ただし、このようなケースは一般的ではありません。関心のある認知機能を利用し、反応時間、正解率、または眼球運動などの測定可能な行動を伴うローカライザータスクを使用してください。最初の練習セッションで刺激が繰り返されるのを避けるため、タスクの複数のバージョンを作成します。参加者に刺激なしでタスクを練習させます。次の練習セッションでは、練習セッション後の試行の50%にTMSを擬似ランダムに導入します。最初の刺激部位でローカライゼーションタスクを実施します。例えば、TMSなしの条件と比較して反応時間が延長するなど、TMSが被験者のパフォーマンスに影響を与えたかどうかを直ちに確認してください。TMSによって、一貫性があり、妥当で、部位特異的な効果が得られる部位を選択します。不適切な部位であっても、感覚間促進（intersensory facilitation）により、刺激がない場合と比較して反応が促進されることがあります。また、TMSによる効果が過剰に大きい場合は、通常はアーティファクトであるため、再テストが必要です。同一セッション内で、複数の部位を連続してテストしてください。また、局在化の後、参加者間で刺激部位の順序を必ずカウンターバランスさせ、同じセッション内で、機能的に局在化した刺激部位を用いて本実験を行ってください。局在化に使用したものとは異なるタスクを使用しますが、関心のある主要なプロセスを共有しているタスクを選択してください。例えば、局在化には韻判定タスクを、本実験には同音異義語判定タスクを使用します。ここでの2つのタスクは、いずれも書き言葉の音韻処理を必要としますが、テスト部位の機能的特異性を示すために、特定のタスク要件と刺激を変化させ、関心のあるプロセスを含まないタスクを導入します。また、効果の解剖学的特異性を実証するために、対照部位のテストも行います。次に、局在化の際に用いたTMSパラメータを用いて従来の仮想病変実験を行うか、あるいは局在化時に使用したパルス列を、異なる時点に照射される単発または二連発パルスに置き換えたクロノメトリックTMS実験を実施します。本研究では、左縁上回が単語の音の処理に因果的に関与しているかを検証しました。最大強度の55%で10 Hzにて5回の反復的TMSパルスを縁上回に照射しました。それぞれ100回の試行からなる3つのタスクを実施し、音韻タスクによって単語の音に注意を向けさせました。TMSを用いた試行は、TMSを用いない試行よりも反応時間が有意に長く、これはTMSが単語の意味に焦点を当てた意味制御タスクにおける音韻処理を妨害したことを示しています。一方で、TMSを用いた試行と用いない試行の間に有意な差は見られず、これはTMSが意味処理を有意に妨害しなかったことを示しています。縁上回へのTMSは、意味処理ではなく音韻処理を選択的に影響させました。追加のコントロールタスクでは、子音の文字列のペアを提示し、それらが同一であるかどうかを問いました。ここでも、TMSはこのコントロールタスクのパフォーマンス全体に影響を与えませんでした。左SMGへの刺激は、単語の音の処理を選択的に妨害しました。次に、同一のタスクを用いて、音韻処理におけるSMGの関与の経時的なダイナミクスを調査しました。刺激開始後の5つの異なる時間窓でTMSのダブルパルスを照射しました。ベースライン条件と比較して、後方の3つの時間窓でTMSを照射した際に、反応時間が有意に増加しました。これらの結果は、音韻処理におけるSMGの関与が早期に始まり、約100ミリ秒間持続することを示唆しています。TMSプロトコルには非常に多くの自由パラメータが存在し、強固な効果を得るためには最適なパラメータを選択することが極めて重要であるという点に留意する必要があります。したがって、個々のTMS実験には広範なパイロット試験が不可欠です。すべてのパラメータを選択した後、TMS実験は通常、1時間ほどで終了します。ただし、これはもちろん、参加者がTMSに慣れるまでの時間や、TMSの刺激部位を正常に特定するのにかかる時間によって異なります。最も重要な点として、TMS実験を設計する際は常に安全上の考慮事項を考慮に入れる必要があります。これは、参加者がさらされる試行回数や、テスト可能な条件数、そして1日にテストできる部位数などの事項に重要な影響を及ぼします。

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Research

JoVE Journal

Behavior

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学ぶ経頭蓋磁気刺激（TMS）を用いた脳と行動の因果関係の調査法。個別の脳部位を標的化し、反応時間の変化を測定することで、認知機能に必要な神経基盤を同定する非侵襲的手法です。

因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

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