Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) en laagfrequent TMS (lfTMS) zijn aangetoond dat ze een belangrijke bijdrage leveren aan de hersenliteratuur. Hier belichten we de methoden voor het onderzoeken van de corticale correlaten van zelfbedrog met behulp van TMS.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Transcraniële magnetische stimulatie gebruiken in een omgeving met beperkte middelen om relaties tussen hersenen en gedrag tot stand te brengen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Neuroimaging wordt meestal gezien als een hulpbron die discipline vereist. Hoewel dit in bepaalde omstandigheden het geval is, hebben instellingen met beperkte middelen historisch gezien aanzienlijk bijgedragen aan het gebied van neurowetenschappen, waaronder neuroimaging. In de studie van zelfbedrog hebben we met succes single-pulse TMS gebruikt om de hersencorrelen van vaardigheden te bepalen, waaronder overclaiming en zelfverbetering. Zelfs zonder het gebruik van neuronavigatie leiden de hier aangeboden methoden tot succesvolle resultaten. Er werd bijvoorbeeld ontdekt dat afnames in zelfbedrog leiden tot een afname van het effect. Deze methoden bieden gegevens die betrouwbaar en geldig zijn, en dergelijke methoden bieden onderzoeksmogelijkheden die anders niet beschikbaar zijn. Door het gebruik van deze methoden wordt de algemene kennisbasis op het gebied van neurowetenschappen uitgebreid en onderzoekskansen geboden aan studenten zoals die aan onze instelling (Montclair State University is een Hispanic-Serving Institute) die dergelijke onderzoekservaringen vaak worden ontzegd.
Inleiding
Er zijn een aantal uitdagingen voor het onderzoeken van hersengedragscorrelaties bij onderzoeksinstellingen met beperkte middelen (vaak aangeduid als 'onderwijsuniversiteiten'). Volgens gegevens van de National Science Foundation (NSF) wordt bijna al het academische onderzoek voltooid door een klein percentage van de instellingen voor hoger onderwijs in de Verenigde Staten. Bij het onderzoeken van meer dan 4.400 postsecundaire instellingen die diploma's verlenen, voeren de top 115 universiteiten / instituten 75% van al het onderzoek uiten publiceren ze 1. In de Verenigde Staten zijn er 131 onderzoeksuniversiteiten 1 (R1: het hoogste statusniveau dat een universiteit kan bereiken in termen van onderzoeksrangschikking) universiteiten die het grootste deel van de federale financiering ontvangen.
Deze topzware financieringsongelijkheid beperkt de onderzoeksopties voor veel hoofdonderzoekers en studenten; bijvoorbeeld, slechts 1,9% van de R1-universiteiten zijn Hispanic-Serving instituten. Verder zijn niet-R1-instituten beperkt in termen van onderzoeksruimte, toegekende subsidies en tijd die beschikbaar wordt gesteld voor onderzoek, en deze scholen hebben vaak geen medische schoolaansluitingen2. Gezien deze obstakels bieden we de methoden die met succes het onderzoek van hersengedragsrelaties in misleiding in een omgeving met beperkte middelen mogelijk hebben gemaakt. Hoewel deze methoden geschikt zijn voor elk instituut, geloven we dat degenen aan kleinere / onderwijsintensieve universiteiten het maximale voordeel van deze methoden zullen ontvangen.
Ons laboratorium heeft zich voornamelijk gericht op de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor het produceren van zelfbedrog en zelfverbetering. Het vaststellen van causaliteit in termen van de onderliggende corticale regio's is haalbaar met een aantal technieken, en deze gegevens helpen bij het bevestigen van correlatieve neuroimagingmethoden en experimentele patiëntenstudies 3,4,5.
Om zelfbedrog met causale neuroimagingtechnieken te onderzoeken, zijn een aantal innovatieve methoden gebruikt, voornamelijk met transcraniële magnetische stimulatie (TMS) met één puls en repetitief TMS (rTMS6; Figuur 1). Hoewel tDCS (transcraniële directe corticale stimulatie) met succes is gebruikt7 en kan worden aangepast om de hier gepresenteerde methoden, procedures en resultaten te repliceren, maakt de flexibiliteit van TMS het nog steeds de optimale keuze voor de neuromodulatie van zelfbedrog. Bij de meest voorkomende implementatie remmen, exciteren, verstoren of meten onderzoekers corticale prikkelbaarheid (hier niet behandeld, maar zie referentie8).
De Mediale Prefrontale Cortex (MPFC) lijkt betrokken te zijn bij zelfbedrog9. Gezien de rol van de Corticale Midline Structuren (CMS) in termen van zelfbewustzijn in het algemeen10, is het niet verwonderlijk dat zelfbedrog gecorreleerd is met MPFC-activiteit. Om het oorzakelijk verband in termen van frontale regio's te bepalen, werd TMS gebruikt om 'virtuele laesies' te creëren tijdens het meten van aanvallen van zelfbedrog11. Het meten van zelfbedrog is bereikt via twee hoofdmethoden: zelfverbetering en overclaiming6.
We hebben ontdekt dat verstoring van de MPFC leidt tot de vermindering van zelfbedrog 6,8,11,12,13. Bovendien hebben we ontdekt dat een dergelijke vermindering (d.w.z. het verlagen van zelfbedrog) verband houdt met een afname van het effect van een persoon (d.w.z. negatieve stemmingstoenames en positieve stemmingsafnames).
Omdat neuronavigatie / individuele MRI's niet worden gebruikt (vanwege kosten hebben de meeste laboratoria deze middelen niet), kan bezorgdheid worden geuit over positionering en nauwkeurigheid in TMS-targeting. We hebben dit gecompenseerd door af en toe fiduciale procedures uit te voeren waarbij een contrastdoel (bijvoorbeeld een vitamine E-tablet) op de dop wordt geplaatst en de deelnemer(s) vervolgens wordt /worden gescand in een structurele MRI11,12. Deze methoden hebben de nauwkeurigheid van de hier beschreven methoden bevestigd en we richten ons op het mediale aspect van de MPFC aan de grens van BA 10/9 die boven de mediale frontale gyrus (0, ~ 40, ~ 30) ligt.
Het is duidelijk dat een hogere ruimtelijke resolutie kan worden verkregen met behulp van andere methoden zoals neuronavigatie, maar deze methoden worden niet gebruikt zonder nadelen, waaronder het uitvallen van deelnemers, uitsluiting van deelnemers, langere duur van de experimentele duur, aanvullende training en screening, extra kosten en vaak meerdere bezoeken ter plaatse voor deelnemers. Daarom bieden de hier gepresenteerde methoden in veel omstandigheden een uitstekend alternatief voor neuronavigatie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Het hier gepresenteerde onderzoek werd goedgekeurd door de Institutional Review Board (IRB) commissie van Montclair State University. Alle deelnemers zijn behandeld binnen de ethische richtlijnen van de APA.
1. Deelnemers
- Verkrijg eerst IRB Committee Review Approval voor het protocol (zie Discussie voor niet-onderzoek 1-instellingen). Overleg met ervaren onderzoekers wordt aanbevolen. Verkrijg formulieren zoals Screening (Aanvullend bestand 1) en Bijwerkingen (Aanvullend bestand 2) formulieren van andere onderzoekers - ze worden gemakkelijk gedeeld met de TMS-gemeenschap. OPMERKING: Voor het doel van dit experiment werden formulieren verkregen van Simone Rossi.
- Train alle onderzoekers over het instemmen en informeren van deelnemers over alle risico's, bijwerkingen en mogelijke bijwerkingen. Indien nodig volgt de Hoofdonderzoeker (PI) een TMS-cursus als er meer kennis nodig is. Voordat u deelnemers uitvoert, moet u ervoor zorgen dat de PI een pilottest van het protocol uitvoert, inclusief toestemming en debriefing.
- Rekruteer deelnemers via flyers rond de campus. Screen deelnemers persoonlijk; het eerste contact hoeft niet persoonlijk te zijn. Zorg ervoor dat de flyers de compensatie en risico's alleen in algemene termen beschrijven, inclusief eventuele speciale omstandigheden (bijv. COVID).
- Zorg ervoor dat deelnemers het toestemmingsformulier hardop lezen, inclusief specifieke vragen, waaronder: Bent u een huidige student van ____PI______? Heeft u een: geschiedenis van epilepsie, familiegeschiedenis van epilepsie? Heeft u een voorgeschiedenis van epileptische aanvallen? Heeft u een van de volgende beroerte, craniale metalen implantaten, structurele hersenletsel, geïmplanteerd apparaat, pacemaker, medicatiepomp, cochleair implantaat, geïmplanteerde hersenstimulator, metaalwerker? Heb je een geschiedenis van hoofdtrauma met bewustzijnsverlies? Heb je een hoog risico op zwangerschap? Ben je jonger dan 18 jaar? Ben je ouder dan 65 jaar?
- Excuseer alle deelnemers die vragen uit het onderzoek bevestigen.
- Voordat u wordt ingeschreven, moet u ervoor zorgen dat de screeningschecklist wordt beheerd.
- Betaal alle deelnemers $ 25 voor hun deelname en behandel in overeenstemming met de richtlijnen van de Institutional Review Board aan de Montclair State University en van de American Psychological Association.
- Lever alle TMS binnen de parameter die geschikt is voor de instelling (zie Discussie).
- De veiligheid en het comfort van de deelnemers zijn van cruciaal belang, dus vraag en volg de deelnemers op alle punten vooruit, zowel verbaal als visueel, nauwlettend. Nervositeit kan de norm zijn die in sommige gevallen leidt tot moeilijkere uitkomsten en dit wordt gemonitord.
2. Tms-apparatuur hanteren
- Gebruik een TMS-apparaat met één puls voor alle stimulatie. Activeer het apparaat door gelijktijdige druk van hand- en voetschakelaars handmatig door de PI. Gebruik de maximale stimulatiesnelheid van de stimulator (d.w.z. 0,75 Hz).
- Gebruik tijdens het hele experiment een acht-figuur-van-acht-spoel van 70 mm. Zorg ervoor dat de spoel tijdens het experiment nooit gevaarlijke/uitschakeltijdtemperaturen bereikt. Back-upspoelen zijn klaar voor het geval dat nodig is als vervanging.
- Presenteer alle stimuli met behulp van een laptopcomputer. Open de software (bijv. Testable) en log in op het account. Klik op het juiste experiment.
- Schaal de monitor met een creditcard. Voer demografische gegevens in. Reinig/ontsmet de laptop voor en nadat elke deelnemer is getest.
- Bepaal de motorische drempel met behulp van visuele inspectie (5/10 evoked Abductor Pollicis Brevis) of via een EMG (Electromyograph).
- Gebruik badmutsen om markeringen te behouden. Gebruik een standaard spoelhouder voor training en alleen als demonstratie, niet voor actieve stimulatie.
- Gebruik doektapematen om coördinaten te nemen voor CZ en OZ uit het 10/20-systeem en neem MPFC uit een eerdere studie over het overclaimen van10. Om MPFC te bepalen, neemt u 1/3 van de afstand van nasion tot inion, en MPFC is 1,5 cm voor deze locatie. Deze zal zich richten op de BA 10/9 (Mediale Frontale Gyrus).
- Bevestig metingen naar goeddunken van de PI met behulp van de fiduciële methode waarbij een vitamine E-tablet wordt gehecht aan de dop van de spoellocatie die gemakkelijk contrasteert in een standaard MRI. Vanwege de kosten is deze optie beperkt.
3. Covid - 19
- Vanwege COVID-19, neem de volgende protocollenop 14. Voeg in het toestemmingsformulier een disclaimer toe: "Als deelnemer aan dit onderzoek breng je tijd door in een binnenruimte in de nabijheid van de onderzoeker. Dit vormt een aanzienlijk extra risico om COVID-19 te krijgen. We nemen de volgende voorzorgsmaatregelen om u te beschermen, zoals: Alleen PI bevindt zich binnen 6 voet van de deelnemer; Er mag maar één assistent in de buurt, maar die moet wel sociaal afstand houden; De deelnemer dient twee maskers te dragen; PI moet twee maskers, handschoenen en een gezichtsscherm dragen; De assistent moet een masker en een gezichtsscherm dragen; Alle contactapparatuur wordt ontsmet."
- Voer alle experimenten uit in de lobby / hal buiten het normale laboratorium, omdat de ventilatie aanzienlijk is verhoogd. Alle apparatuur is aanpasbaar en draagbaar.
- Zodra COVID-19-protocollen zijn versoepeld, gebruikt u normale procedures.
4. Motorische drempel
- Markeer badmutsen langs de nasion / inion-lijn en het middelpunt genomen met behulp van een magische marker. Meet pre-auriculaire punten en neem ook die middelpunten. Vanaf hier, perceel 10/20 coördinaten (zie 2.6).
- Gebruik de pre-auriculaire lijn van de rechterhersenhelft, ga dan 33% naar beneden (in de ventrale richting) en begin met de zoektocht naar de optimale locatie voor de Abductor Pollicis Brevis (APB) met behulp van de TMS-spoel. Ontlaad de TMS-machine met behulp van de spoeltrigger, de voetschakelaar en ontkoppel de veiligheid.
- Oriënteer de TMS-spoel op 45° voor alle zoekopdrachten en TMS-leveringen.
- Start de stimulatie-uitvoer met 30% totale machine-output met behulp van de draaiknop aan de voorkant van de machine en verhoog in stappen van 2% met behulp van de wijzerplaat totdat een beweging wordt opgemerkt. Hier, als de stimulatie wordt verhoogd in termen van intensiteit, verplaats de locatie ook. Er is een zorgvuldig samenspel tussen spoelbeweging en stimulatie-intensiteit.
- Zodra de optimale locatie is gevonden (d.w.z. de site die de maximale APB-respons heeft geleverd), bepaalt u het MT.
- Voordat u met de MT-bepaling begint, markeert u de plaats van de spoelpunt op de dop om een nauwkeurige plaatsing mogelijk te maken. Traceer het volledige voorste deel van de spoel op de badmuts met behulp van een magische marker.
- Gebruik voor de visuele inspectiemethode ongeveer 20 pulsen (variërende machine-intensiteit) om te bepalen welk stimulatieniveau resulteert in 5/10 (50%) APB-responsen. De wijzerplaat moet worden verhoogd en verlaagd als reactie op verhoogde of verminderde vingerbewegingen. Begin bij 20% van de machine-intensiteit en werk omhoog. Zodra 5/10-reacties zijn verkregen, registreert u het MT van het individu door op te merken wat de machine weergeeft als de intensiteit.
- Plaats voor de (voorkeurs)MEP-methode wegwerpelektroden op de APB en de pees van de duim en een grond (meestal rond de achterkant van de pols), en in plaats van visuele inspectie te gebruiken, moet een positief MEP worden waargenomen op de opname-eenheid.
- Definieer een positieve mep-respons als een MEP met ≥ 50 μV piek-tot-piek amplitude.
- Net als bij visuele inspectie, stimuleren totdat 5/10 positieve europarlementariërs worden waargenomen. De europarlementariërs moeten groter zijn dan 50 μV. Als 50% van de europarlementariërs boven (en 50% lager) zit, is MT geïdentificeerd.
- Eenmaal ingesteld, stelt u de TMS-machine in op het juiste stimulatieniveau. 90% van de motordrempel is een ideale balans tussen effectief actief TMS en veiligheid. Niet meer dan 45% van het totale vermogen van de machine. Er zijn gevallen dat het MT van een persoon 60% van de totale output van de machine is, maar dit is zeldzaam.
5. Actief TMS met één puls
- Selecteer willekeurig de volgorde van alle sites (bijv. SMA, PZ, MPFC of Sham over CZ; Figuur 5).
- Plaats de spoel over de actieve site en start een presentatiesoftware (bijv. Testable (zie hieronder)). De stimulatie moet automatisch verlopen en synchroon lopen met stimuli.
- Zorg altijd voor een reserve spoel in geval van oververhitting.
6. Presentatie
- Verzamel alle gedragsgegevens met behulp van een presentatiesoftware (bijv. Testable) Deze software is eenvoudig te configureren en scripts zijn eenvoudig.
OPMERKING: Er worden drie afzonderlijke blokken gemaakt - één voor elk van de hersenaandoeningen. Demografische gegevens die moeten worden verzameld, worden eerst gekozen met behulp van de automatische selectieroutine van Testable. Vervolgens worden echte woorden en nepwoorden in de scriptsoftware geplaatst. De grootte en duur van de woorden worden gekozen, net als de locatie op het scherm van de stimuluswoorden. - Zodra het script is gemaakt, verzamelt u eerst demografische gegevens en voert u schermkalibratie uit. Dit wordt gedaan door de schuifregelaar te koppelen aan een creditcard. Voer alle experimenten uit op een computer. Alle reacties worden gemaakt op het ingebouwde toetsenbord en sensorpad.
- Geef twee oefenproeven en introduceer de analoge schaal. Alle deelnemers passen zich eenvoudig aan de apparatuur aan. De instructies worden mondeling gegeven en de deelnemers wordt verteld om te beoordelen hoe goed ze het woord kennen.
- Als het woord hen bekend is (zoals 'bureau') moet het een hoge beoordeling krijgen.
- Als ze het woord 'een beetje' kennen, moeten ze een gemiddelde beoordeling geven (zoals 'chlorofyl').
- Als het hen niet zo bekend is, zullen ze een lage beoordeling toekennen (zoals '5HTTlpr'). In totaal moeten 144 woorden worden gebruikt (36 per hersenplaats).
- Deelnemers hebben onbeperkte tijd om te reageren. Na het antwoord op de analoge schaal wordt het volgende woord gepresenteerd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuur 2, van Taylor-Lilquist et al.14, betrof vier hersensites: MPFC, SMA, PZ en een Sham-site. Deze sites werden gebruikt om de correlaties van overclaiming te bepalen. Overclaiming is een deelnemer die aangeeft dat hij een woord kent terwijl het eigenlijk geen woord is. 12 deelnemers werden getest in zowel sociale als niet-sociale omgevingen. De sociale instellingen vertegenwoordigden druk om een woord te kennen (hoge sociale druk; n = 6) of een woord niet te kenne...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het protocol (en variaties van) dat hier wordt beschreven, is gebruikt in meer dan 50 studies aan de Montclair State University. De volledige set-up kan worden gemaakt voor minder dan $ 15.000 (US). Verder hebben we ontdekt dat onze coördinaten goed overeenkomen met onderliggende hersenstructuren met behulp van fiduciale procedures.
Variaties op deze methode worden vaak gebruikt. Controleomstandigheden kunnen bijvoorbeeld het stimuleren van verschillende hersengebieden omvatten, het toepassen ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dankbetuigingen
LSAMP (Louis Stokes Alliance for Minority Participation), Wehner en The Crawford Foundation, de Kessler Foundation worden allemaal bedankt voor hun steun.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Android Samsung Tablet (voor MEP's) | Samsung | SM-T500NZSAXAR | |
| Doek Meetlint | GDMINLO | B08TWNCDNS(AMZ) | |
| Figuur van 8 Koperen TMS Spoel | Magstim | 4150-00 | Dit is het huidige model |
| Lenovo T490 Laptop | Lenovo | 20RY0002US | |
| Magstim 200 Enkele Puls | MagStim | Magstim200/2 | Dit is het huidige model |
| Magstim Standaard Spoelhouder | MagStim | AFC/SS | Dit is het huidige model |
| Speedo Zwemdoppen | Speedo | 751104-100 | |
| Testable.Org Account en Software | Testable | NA | |
| Trigno 2 Lead Sensor (voor MEP's) | DelSys | SP-W06-018B | |
| Trigno Basis en Plot Software (voor MEP's) | DelSys | DS-203-D00 |
Referenties
- Academic Research and Development. Science and Engineering Indicators 2020. National Science Board, National Science Foundation. , Alexandria, VA. Available. Available from: https://incses.nsf.gov/pubs/nsb20202 (2020).
- Rutgers School of Graduate Education. Overview of R1 Serving Hispanic Institutions. , Available from: https://cmsi.gse.rutgers.edu/sites/default/files/HSI_Report_R2_0.pdf (2022).
- Maeda, F., Keenan, J. P., Pascual-Leone, A. Interhemispheric asymmetry of motor cortical excitability in major depression as measured by transcranial magnetic stimulation. The British Journal of Psychiatry. 177 (2), 169-173 (2000).
- Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Modulation of corticospinal excitability by repetitive transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 111 (5), 800-805 (2000).
- Pascual-Leone, A., Bartres-Faz, D., Keenan, J. P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of 'virtual lesions. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 354 (1387), 1229-1238 (1999).
- Amati, F., Oh, H., Kwan, V. S., Jordan, K., Keenan, J. P. Overclaiming and the medial prefrontal cortex: A transcranial magnetic stimulation study. Cognitive Neuroscience. 1 (4), 268-276 (2010).
- Tang, H., et al. Stimulating the right temporoparietal junction with tDCS decreases deception in moral hypocrisy and unfairness. Frontiers in Psychology. 8, 2033(2017).
- Kelly, K. J., et al. The effect of deception on motor cortex excitability. Social Neuroscience. 4 (6), 570-574 (2009).
- Farrow, T. F., Burgess, J., Wilkinson, I. D., Hunter, M. D. Neural correlates of self-deception and impression-management. Neuropsychologia. 67, 159-174 (2015).
- Uddin, L. Q., Iacoboni, M., Lange, C., Keenan, J. P. The self and social cognition: the role of cortical midline structures and mirror neurons. Trends in Cognitive Sciences. 11 (4), 153-157 (2007).
- Luber, B., Lou, H. C., Keenan, J. P., Lisanby, S. H. Self-enhancement processing in the default network: a single-pulse TMS study. Experimental Brain Research. 223 (2), 177-187 (2012).
- Barrios, V., et al. Elucidating the neural correlates of egoistic and moralistic self-enhancement. Consciousness and Cognition. 17 (2), 451-456 (2008).
- Kwan, V. S., et al. Assessing the neural correlates of self-enhancement bias: a transcranial magnetic stimulation study. Experimental Brain Research. 182 (3), 379-385 (2007).
- Taylor-Lillquist, B., et al. Preliminary evidence of the role of medial prefrontal cortex in self-enhancement: a transcranial magnetic stimulation study. Brain Sciences. 10 (8), 535(2020).
- Bikson, M., et al. Guidelines for TMS/tES clinical services and research through the COVID-19 pandemic. Brain Stimulation. 13 (4), 1124-1149 (2020).
- Lerner, A. J., Wassermann, E. M., Tamir, D. I. Seizures from transcranial magnetic stimulation 2012-2016: Results of a survey of active laboratories and clinics. Clinical Neurophysiology. 130 (8), 1409-1416 (2019).
- Pascual-Leone, A., et al. Safety of rapid-rate transcranial magnetic stimulation in normal volunteers. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 89 (2), 120-130 (1993).
- Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
- Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the international workshop on the safety of repetitive transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 108 (1), 1-16 (1998).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
