Het stimuleren van de Lip Motor Cortex met transcraniële magnetische stimulatie
14 juni 2014
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) heeft zich bewezen als een nuttig instrument in het onderzoek naar de rol van de articulatorische motorische cortex in spraakverstaan zijn. Dit artikel beschrijft hoe opnemen motor evoked potentials (EP) van de lip spieren en hoe de motor lip vertegenwoordiging verstoren met behulp van repetitieve TMS.
Het algemene doel van deze procedure is om de representatie van de lippen in de linker primaire motorische cortex te stimuleren door transcraniële magnetische stimulatie of TMS. Dit wordt bereikt door eerst elektrodes op de lippen spieren aan te brengen om elektromyografie op te nemen. Vervolgens wordt de lip motorische cortex gelokaliseerd door motorische geëvokte potentialen van de lippen spieren op te nemen.
Vervolgens worden de optimale intensiteiten van de pulsen voor experimenten met enkele puls en herhaalde TMS gedefinieerd. Uiteindelijk wordt transcraniële magnetische stimulatie gebruikt om aan te tonen dat de motorische geëvokte potentialen veroorzaakt door enkele TMS pulsen worden verhoogd tijdens het luisteren naar spraak, wat aantoont dat de prikkelbaarheid van de lip motorische cortex is verbeterd en dat herhaalde TMS geïnduceerde verstoring in de lip motorische cortex de capaciteit van de deelnemer om spraakklanken te onderscheiden belemmert. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de cognitieve neurowetenschap te beantwoorden, ongeacht het weer.
De gebieden tussen de motorische cortex die bijdragen aan spraakproductie, dragen ook bij aan spraakperceptie. Over het algemeen kunnen personen die nieuw zijn met deze methode het moeilijk vinden omdat de lip representatie niet gemakkelijk te vinden is bij alle deelnemers. Om te beginnen, vraag de deelnemer om een veiligheidsscreening formulier in te vullen.
Deelnemers die contra-indicaties hebben voor TMS, zoals gebrek aan slaap of die medicijnen gebruiken zoals antidepressiva of een familiegeschiedenis van epilepsie hebben, mogen niet worden gestimuleerd. Leg de TMS-procedure en de experimentele details aan de deelnemer uit en verkrijg een geïnformeerde toestemming. Gebruik alcohol om de huid boven de buik van de eerste dorsale inters of FDI spier van de rechterhand en de referentieplaats, zoals de pees van de FDI spier, te reinigen.
Bevestig vervolgens elektrodes op deze plaatsen. Reinig de huid aan de rechterkant van de Orbicularis Aus of O spier en bevestig een elektrode aan de rechterhoek van de bovenlip en een tweede aan de rechterhoek van de onderlip. Reinig vervolgens de huid rond de plaats voor de grondelektrode en bevestig de elektrode.
Vervolgens, met behulp van software zoals Spike two, instrueer de deelnemer om hun hand- en lippen spieren samen te trekken en te ontspannen en controleer de EMG signalen die van hen worden opgenomen. Als de signalen er rommelig uitzien, wanneer de deelnemer hun lip- en handspieren ontspant, draai dan de elektrodekabels, reinig de huid op de elektrode plaats opnieuw en / of vraag de deelnemer om hun benen te ontkruisen, hun schoenen uit te doen en hun voeten op de grond te plaatsen voor een betere aarding. Om het gehoor van de deelnemer te beschermen.
Laat hen oordopjes inbrengen. Plaats vervolgens, om de positie van de TMS-spoel te markeren, de dop op het hoofd van de deelnemer met behulp van een pen of een kleine sticker. Markeer de vertex op de dop en meet de afstand van de vertex naar het linker preauriculair punt.
Verplaats 33% van deze afstand van de vertex naar het linker preauriculair punt en markeer deze plek. Plaats het centrum van de achtvormige TMS-spoel op deze plek en richt deze 45 graden vanaf de middenlijn op de handgreep van de spoel. Druk op een voetpedaal om de eerste TMS puls te leveren met een lage intensiteit als de motorische drempel van de deelnemer niet bekend is.
Als er geen motorische geëvokte potentiaal of MEP, zoals een spiertrekking, zichtbaar is in de hand, verplaats de spoel lichtjes of verhoog de intensiteit. Wanneer een MEP wordt opgewekt. Beweeg de spoel in stappen van vijf millimeter rond het gestimuleerde gebied en wacht minstens vijf seconden tussen TMS pulsen om een geschikte hotspot te vinden waar de plaats en spoel oriëntatie de maximale meps op een bepaalde intensiteit oproept.
Wanneer een hotspot is geïdentificeerd, markeer deze en markeer de oriëntatie van de spoel op de dop. Om de motorische lip representatie te lokaliseren, meet u twee tot drie centimeter vanaf de FDI plek langs een rechte lijn naar de hoek van het linkeroog en plaats een spoel op deze plek. Leg de deelnemer uit dat de TMS pulsen op deze locatie intenser kunnen aanvoelen dan op de vorige locatie en dat ze gelaatstrekking of onwillekeurige ooglim knipperingen kunnen ervaren.
Instrueer hen om de experimentator op elk moment te informeren als de stimulatie onaangenaam of pijnlijk wordt, of als ze willen stoppen. Lever vervolgens de eerste pulsen door de spoel lichtjes te verplaatsen en / of de intensiteit te verhogen. Als een MEP niet wordt opgewekt, als dat niet het geval is, vraag de deelnemer om hun lippen spieren samen te trekken, omdat dit de motorische drempel verlaagt en daarom het gemakkelijker maakt om de motorische lip representatie te vinden.
Na het identificeren van de hotspot voor de O spier markt en de oriëntatie van de spoel op de dop, als MEPS zal worden opgenomen van samengetrokken lippen spieren, train de deelnemer om een constant niveau van samentrekking te behouden door de software te gebruiken om visuele feedback te geven over de kracht van het EMG signaal. Ga door met de training totdat de deelnemer het niveau van samentrekking stabiel kan behouden gedurende ten minste een minuut. Plaats vervolgens de spoel op de hotspot voor de OO spier.
Vervolgens lever 10 pulsen met vaste intensiteit, met ten minste een pauze van vijf seconden tussen de pulsen. Schat de grootte van de MEPS door ze visueel te inspecteren. Als de meps erg klein zijn of als ze niet consistent zijn met elke poging, verhoog de intensiteit en lever nog eens 10 pulsen.
Ga door met het verhogen van de intensiteit totdat een robuuste MEP wordt opgewekt bij elke poging. Deze intensiteit zal worden gebruikt voor het experiment met enkele puls. Vraag de deelnemer om hun lippen spieren zo hard mogelijk samen te trekken en inspecteer visueel het EMG signaal om de amplitude van deze maximale samentrekking te bepalen.
Instrueer de deelnemer om de lip samentrekking te verminderen, begeleid hen om een niveau te bereiken dat ongeveer 20% van het maximum is. Vraag vervolgens de deelnemer om dit niveau gedurende één minuut vast te houden. Nadat de training is voltooid en de deelnemer de samentrekking gedurende één
Overzicht
Dit artikel beschrijft een procedure waarbij transgene magnetische stimulatie (TMS) wordt gebruikt om de rol van de articulatorische motorische cortex bij spraakperceptie te onderzoeken. Er wordt gedetailleerd hoe motorisch opgewekte potentialen (MEP's) van de lipspieren kunnen worden geregistreerd en hoe de motorische liprepresentatie kan worden verstoord via repetitieve TMS.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Spraakperceptie
- Transcraniale magnetische stimulatie
Achtergrond
- Transcraniale magnetische stimulatie is een niet-invasieve methode om hersenfuncties te bestuderen.
- Gemotoriseerde evocatiepotentialen geven inzicht in de exciteerbaarheid van de motorische cortex.
- Inzicht in de motorische representatie van de lippen is essentieel voor spraakproductie en -perceptie.
- Deelnemers moeten voorafgaand aan de toepassing van TMS worden gescreend op veiligheid.
Doel van de studie
- Om de liprepresentatie in de primaire motorische cortex te stimuleren.
- Om de impact van TMS op de discriminatie van spraakklanken te beoordelen.
- Om de relatie tussen de exciteerbaarheid van de motorische cortex en spraakperceptie te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Elektromyografie (EMG) wordt gebruikt om spieractiviteit te registreren.
- Motorisch evoceerde potentialen worden geregistreerd vanuit de lipspieren.
- Optimale TMS-pulsintensiteiten worden bepaald voor de experimenten.
- Deelnemers worden getraind om een consistent niveau van spiercontractie te handhaven.
Belangrijkste resultaten
- MEP's worden versterkt tijdens het luisteren naar spraak, wat wijst op een verhoogde exciteerbaarheid.
- Repetitieve TMS verstoort de functie van de motorische cortex van de lippen, waardoor de discriminatie van spraakklanken wordt belemmerd.
- Het identificeren van de motorische representatie van de lippen kan voor nieuwe gebruikers uitdagend zijn.
Conclusies
- TMS is effectief bij het bestuderen van de rol van de motorische cortex bij spraakperceptie.
- Bevindingen suggereren een verband tussen de activiteit van de motorische cortex en spraakverwerking.
- Verder onderzoek kan de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze effecten verduidelijken.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor het management
Deze methode maakt mechanistische analyse van sensorimotorische integratie bij spraakverwerking mogelijk en biedt een niet-invasieve benadering om veranderingen in de corticale exciteerbaarheid te onderzoeken die gekoppeld zijn aan perceptuele prestaties. Door causale verbanden vast te stellen tussen de activiteit van de motorische cortex en spraakdiscriminatie, ondersteunt het de validatie van targets in discovery-programma's gericht op neurowetenschappen. Het protocol biedt een gestandaardiseerd kader voor het beoordelen van neuromodulatoire effecten op sensorische verwerking, wat relevant is voor het verminderen van risico's bij therapeutische hypothesen gericht op het centrale zenuwstelsel.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt causale toetsing mogelijk van de bijdragen van de motorische cortex aan spraakperceptie, wat de validatie van de doelgerichtheid ondersteunt.
- Operationele waarde: Biedt kwantificeerbare MEP-uitlezingen om veranderingen in corticale exciteerbaarheid onder experimentele omstandigheden te beoordelen.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Stelt EMG-gebaseerde motorische evoceerde potentiaal-assays vast om de neuromusculaire output te meten als proxy voor corticale exciteerbaarheid.
- Operationele waarde: Definieert procedures voor intensiteitstitratie om betrouwbare stimulatieparameters vast te stellen voor enkelpols- en repetitieve TMS-toepassingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Koppelt verstoorde functie van de motorische cortex van de lippen aan een verslechterd onderscheidingsvermogen van spraakluiden, waarmee tekortkomingen in de sensorimotorische integratie worden gemodelleerd.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van 15 minuten laagfrequente rTMS om een tijdelijke onderdrukking van de motorische exciteerbaarheid op te wekken, wat tijdbeperkte perturbatiestudies mogelijk maakt.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen vroege discovery-workflows waarbij targetvalidatie een functionele analyse vereist van neurale circuits die betrokken zijn bij sensorische verwerking, in het bijzonder voor CNS-modaliteiten die perceptuele of cognitieve eindpunten onderzoeken.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing over de vraag of de exciteerbaarheid van de motorische cortex de perceptuele prestaties bij spraaktaken moduleert.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gestandaardiseerde EMG-MEP-kwantificering van de lipspieren na TMS-perturbatie.
- Analytics: Genereert kwantitatieve MEP-amplitudemetingen om de exciteerbaarheid tussen condities te vergelijken, zoals spraakluisteren versus ruis.
- Translationeel onderzoek: Modelleert de verstoring van sensorimotorische integratie, wat relevant is voor biomarkers die motorische fysiologie koppelen aan perceptuele functie.
- Bedrijfsbrede hergebruik: Vestigt een repliceerbaar TMS-EMG-protocol voor het onderzoeken van de motorische cortex van de lippen, toepasbaar binnen programma's voor spraak- en motorische neurowetenschappen.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Biedt mechanische risicoreductie door de noodzaak van activiteit in de motorische cortex bij spraakperceptie te testen.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde procedures voor spoel lokalisatie, intensiteitskalibratie en EMG-MEP-registratie.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen door target engagement (motorische exciteerbaarheid) te koppelen aan perceptuele resultaten (spraakdiscriminatie).
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van CZS-targets mogelijk op basis van bewijs voor sensorimotorische integratie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in TMS-veiligheid, EMG-signaalacquisitie en het bepalen van de motorische drempelwaarde.
- Afhankelijk van een figure-eight TMS-spoel, EMG-versterkers en stimulus-timing software voor een nauwkeurige pulsaftoediening.
- Noodzaak tot standaardisatie tussen teams voor de plaatsing van elektroden, de oriëntatie van de spoel en de criteria voor MEP-kwantificering.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan de toegankelijkheid van de lipspieren en individuele variabiliteit in de anatomie van de motorische cortex.
- Beperkt door deelnemerspecifieke factoren zoals schedeldikte, spierreactiviteit en gevoeligheid voor TMS-geïnduceerd ongemak.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:05
Title
1:41
Transcranial Magnetic Stimulation Preparation
3:45
Localization of Motor Hand Representation
5:10
Localization of Motor Lip Representation and Defining Intensity for Single Pulse Experiments
7:31
Defining Active Motor Threshold for Repetitive TMS Experiments and Low-frequency Repetitive TMS
9:22
Results: Single Pulse and Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation Experiments
11:22
Conclusion
