反応抑制に関連する皮質の生理学を測定するためのオンラインの経頭蓋磁気刺激プロトコル

この実験の全体的な目標は、TMS としても知られる経頭蓋磁気刺激を使用して、運動反応抑制課題中の一次運動皮質の興奮性と抑制を定量化することです。この方法は、運動制御研究の分野における重要な質問に答えるのに役立ち、運動タスクの完了と応答抑制中の皮質生理学的変化を理解するのに役立ちます。この技術の主な利点は、非侵襲的な経頭蓋磁気刺激技術を使用して、子供に優しい停止信号行動課題中の一次運動皮質生理学を探求することです。

この方法は、小児の運動障害についての洞察を提供することができます。また、注意欠陥多動性障害や自閉症スペクトラム障害など、運動調節に影響を与えるあらゆる神経精神疾患にも適用できます。手順のデモンストレーションは、私たちの研究室のDavid HuddlestonとAlyssa Roecknerです。

標準化された質問票を使用して、参加者の TMS 禁忌をスクリーニングすることから始めます。TMSの仕組みを、オペレーター自身の前腕に磁気パルスを照射して実演します。その後、参加者の前腕にTMSパルスを照射して、パルスを感じることができるようにします。

次に、聴覚保護のために参加者の耳に耳栓を埋め込みます。次に、被験者に利き手の人差し指を外転させて、最初の背側骨間筋 (FDI) を特定します。負極をFDIの腹の上に置きます。次に、正極を第2中指節と第3の中手指節、またはMCPジョイントの間に配置し、接地電極を第5MCPジョイントの上に置きます。

参加者の手を両腕の尺骨の側面に配置し、手を枕に完全に置いて、反重力の努力は必要ありません。最後に、参加者に利き手の人差し指を伸ばしてもらい、3本目から5本目の指を曲げます。次に、ゲームコントローラーパッドを枕の上に置き、人差し指がレースカーのSlater-Hammelタスクに使用するボタンに当てられるようにします。

まず、頭蓋骨の頂点の上で接線方向に配置された 90 mm の円形 TMS コイルを使用し、ハンドルを後頭部に向けて M1 に誘導された後方から前方への電流を生成して、ベースライン TMS 測定値を取得します。次に、ホットスポットが見つかったら、ワックスペンシルを使用して頭皮の位置をマークし、TMSパルスの送達が同じ皮質領域で発生することを確認します。両手を安静にした状態で、安静時運動閾値 (RMT と略される) の 120% の強度を使用して、ベースラインの単一パルス TMS 誘発 FDI MEP の 20 回の試行を実行します。最後に、3 ミリ秒の刺激間間隔を使用して、安静時の M1 短間隔皮質内抑制のベースライン ペア パルス TMS 測定の 20 回の試行を実行します。

まず、レースカーのSlater-Hammel反応抑制タスクを参加者の真正面のモニターに表示します。まず、被験者にモニターの左側にある車が、利き手の人差し指の内転によって押された後に動き始めることを伝えて、行動課題について参加者を訓練することから実験を開始します。次に、囲碁試行の目標は、画面上の垂直線で示されている 800 ミリ秒の目標にできるだけ近づくが、それより前に指を離すことであることを参加者に伝えます。

参加者に10回の囲碁試行を練習させます。次に、2 回目の試行セットでは、車が 800 ミリ秒の目標の前にランダムに停止することが含まれることを参加者に伝えて、停止タスクのトレーニングを提供します。車がランダムに停止するときはいつでも、指を離さずに人差し指をボタンに置いたままにするように子供に伝えます。

停止信号が提示され、チェッカーフラッグの前に指が離された場合、「早すぎる」メッセージが表示されることを参加者に伝えます。試行が成功すると、「素晴らしい」メッセージが表示されることを子供に伝えます。子供に10回のストップトライアルを練習させます。

参加者が「Go Only」と「Stop Only」の試行を練習した後、次の練習ブロックには「Go」と「Stop Stop」の試行が混在していることを伝えます。子供に混合の20回の試行を実行させます 行く そして 最後の練習として停止します。次に、実際のオンラインSlater-Hammel実験の準備として、利き手の人差し指を押し下げてトレイルを開始し、囲碁の試行では指を離し、停止の試行では指をボタンに置いたままにすることを参加者に思い出させます。

Slater-Hammelタスク中にTMSパルスが送達されること、およびSlater-HammelのオンラインTMS試行が3ブロック行われることを子供に伝えます。前のワックスペンシルマークを使用して90ミリメートルの円形コイルを頂点に置き、ドミナントM1を優先的に刺激し、コンディショニングパルス強度を60%RMTに、テストパルスを120%RMTに設定します。最後に、オンラインのSlater-Hammel TMS実験を開始します。

ここでは、回帰モデルから計算された最小二乗平均推定値を使用して、さまざまな試験条件での代表的な神経生理学的データを示します。MEP振幅の場合、独立変数の性別、視力、および試行ブロックは、回帰モデルで有意ではありませんでした。TMSパルス条件と試験条件との相互作用は有意であった。

3つのタスク条件間の単一パルスMEP振幅のペアワイズ比較はすべて有意ではありませんでした。ただし、go と failed stop 、および成功した stop と failed stop の違いは大きかったです。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば約1時間で完了します。

この手順を試行する際は、Slater-Hammelタスク中に正しく実行する方法を子供たちに指示することを覚えておくことが重要です。EMGリードのセットアップとデータ収集中に使用される技術は、信頼性の高いデータを取得するために重要です。この手順に続いて、行動課題中に2つのTMSコイルを同時に使用するなどの他の方法を実行して、運動課題中に他の皮質領域が運動系をどのように調節するかを調査できます。

その開発後、この技術は、トゥレット症候群、ジストニア、ADHD、自閉症スペクトラム障害などの運動制御の問題を抱える患者の運動系生理学を探求するための運動制御研究の分野の研究者への道を開きました。このビデオを見た後、行動課題中に子供にTMSを実行する方法についてよく理解しているはずです。