Fosfeny to przejściowe wrażenia świetlne, które mogą być indukowane poprzez zastosowanie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) w obszarach kory wrażliwych na bodźce wzrokowe. Prezentujemy standardowy protokół wyznaczania wartości progu fosfenu oraz wprowadzamy nową metodę kwantyfikacji i analizy postrzeganych fosfenów.
Artykuł metodologiczny
Nowatorskie podejście do dokumentowania fosfenów indukowanych przez przezczaszkową stymulację magnetyczną
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Stymulacja ludzkiej kory wzrokowej wywołuje przejściowe odczucie światła, znane jako fosfen. Fosfeny są indukowane poprzez inwazyjną stymulację elektryczną kory potylicznej, ale także za pomocą nieinwazyjnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS).1tych samych obszarów kory. Natężenie, przy którym indukowany jest fosfen (próg fosfenu), jest uznaną miarą pobudliwości kory wzrokowej i jest wykorzystywane do badania oddziaływań kora-kora oraz organizacji funkcjonalnej2, podatność na patologię3,4i przetwarzanie wizualne5-7Fosfeny są zazwyczaj definiowane przez trzy cechy: są obserwowane w polu widzenia przeciwległym do miejsca stymulacji; są wywoływane niezależnie od tego, czy oczy badanego są otwarte, czy zamknięte, a ich lokalizacja przestrzenna zmienia się wraz z kierunkiem spojrzenia2Do dokumentowania fosfenów stosowano różne metody, jednak brakuje ustandaryzowanej metodologii. Przedstawiamy niezawodną procedurę wyznaczania wartości progowych fosfenów oraz wprowadzamy nowatorski system ich dokumentacji i analizy. Opracowaliśmy system Laser Tracking and Painting (LTaP) – tani, łatwy w budowie i obsłudze system, który w czasie rzeczywistym rejestruje lokalizację i rozmiar postrzeganych fosfenów. System LTaP zapewnia stabilne i konfigurowalne środowisko do ilościowej oceny i analizy fosfenów.
Protokół
1. Wywoływanie fosfenu poprzez stymulację prawego płata potylicznego
- W słabo oświetlonym pomieszczeniu posadź uczestnika w wygodnej pozycji. Poproś uczestnika o założenie czepka pływackiego, zapewnij ochronniki słuchu i dopasuj czepek oraz zatyczki do uszu dla zapewnienia komfortu. Aby zlokalizować i zaznaczyć początkowy punkt stymulacji, najpierw zidentyfikuj inion, a następnie przesuń się o ~2cm w kierunku rostralnym i ~2cm bocznie (rycina 1). Alternatywnie można użyć bezramowego systemu stereotaksycznego do pozycjonowania cewki TMS nad docelowym obszarem kory.
- Używając standardowej cewki TMS w kształcie ósemki (podwójnej) (70mm), umieść środek cewki bezpośrednio nad lokalizacją wyznaczoną w poprzednim kroku. Cewka powinna być trzymana stycznie do powierzchni skóry głowy i zorientowana w kierunku od przyśrodkowego do bocznego, z uchwytem skierowanym w stronę przeciwną do linii środkowej (rycina 2).
- Gdy uczestnik będzie gotowy, podaj pojedynczy impuls przy 60% intensywności wyjściowej. Poproś uczestnika o opisanie wszelkich odczuć wzrokowych, które mógł dostrzec. Uczestnicy, którzy nie mają doświadczenia z fosfenami, mogą odnieść korzyść z założenia opaski na oczy. Jeśli nie zgłoszono wystąpienia fosfenu, ponownie ustaw cewkę i podaj impuls. Jeśli uczestnik nadal nie zgłasza fosfenu, kontynuuj podawanie impulsów co 7 do 10 sekund (~ 0.1 Hz), zwiększając intensywność o 5% po każdych pięciu próbach, aż do osiągnięcia 100% intensywności.
- Gdy uczestnik zgłosi fosfen, poproś go lub ją o szczegółowy opis tego, co zostało dostrzeżone, w tym koloru, kształtu i lokalizacji. Uwaga: Fosfeny powinny pojawić się w polu widzenia przeciwległym do stymulowanej półkuli. Na przykład, jeśli TMS jest stosowany nad prawą korą wzrokową, fosfeny powinny być odczuwalne w lewym polu widzenia.
- Gdy fosfeny będą zgłaszane w sposób powtarzalny, zaznacz położenie cewki na czepku pływackim.
2. Wyznaczenie wartości progu fosfenów dla prawego płata potylicznego
- Podaj serię impulsów w tej samej lokalizacji i orientacji cewki co powyżej. Poproś uczestnika o potwierdzenie obecności wywołanego fosfenu.
- Podawaj impulsy co 7 do 10 sekund (~ 0.1 Hz). Poinstruuj uczestnika, aby po każdym impulsie zgłosił, czy dostrzeżono fosfen, stosując następujące kryteria: „tak” w przypadku jednoznacznie dostrzeżonego fosfenu; „nie” w przypadku braku jakiegokolwiek percepcji wizualnej; „może”, jeśli uczestnik nie jest pewien. Odpowiedź „może” nie powinna być liczona jako odpowiedź pozytywna podczas wyznaczania wartości progu.
- Dostosuj intensywność stymulacji, podając 10 impulsów na każdym poziomie natężenia, aż do wyznaczenia progu fosfenu. Próg definiuje się jako najniższą intensywność stymulacji, przy której uczestnik zgłasza jednoznaczne fosfeny dla co najmniej pięćdziesięciu procent podanych impulsów.
3. Wykorzystanie systemu LTaP (Rycina 3) do wyznaczania rozmiaru i lokalizacji fosfenów w różnych punktach fiksacji
- Usiądź uczestnika w taki sposób, aby nasion (obszar między oczami) znajdował się w odległości około 30cm od środka ekranu projekcyjnego.
- Aby zapoznać uczestnika z systemem LTaP, przekaż mu wskaźnik laserowy i poleć ćwiczenie odrysowywania kształtów przypominających postrzegane fosfeny. Jeśli uczestnik potrzebuje więcej ćwiczeń, można poprosić go o kierowanie punktu lasera w wskazane miejsca na ekranie projekcyjnym. Gdy uczestnik zapozna się z systemem LTaP i będzie potrafił precyzyjnie rysować kształty na ekranie, podaj serię impulsów TMS w miejscu zaznaczonym w poprzednich krokach, wystarczającą do wywołania widocznego fosfenu. Poproś uczestnika o odrysowanie lub obrysowanie postrzeżonego fosfenu na ekranie projekcyjnym za pomocą wskaźnika laserowego.
- W trzech warunkach testowych intensywność bodźca powinna wynosić 120% ustalonej wartości progowej. Na przykład, jeśli ustalona wartość progowa wynosi 65%, wartość intensywności bodźca powinna zostać ustawiona na 78%. Położenie i orientacja cewki są takie same, jak ustalono i opisano w powyższych krokach.
- W pierwszym z trzech warunków testowych poproś uczestnika o skierowanie wzroku na centralny punkt fiksacji. Po podaniu impulsu poleć uczestnikowi odrysowanie lub obrysowanie postrzeżonego fosfenu za pomocą wskaźnika laserowego. Podaj serię impulsów wystarczającą do wywołania dziesięciu fosfenów.
- W drugim warunku testowym poproś uczestnika o skierowanie wzroku na punkt fiksacji znajdujący się 45° powyżej centralnego punktu fiksacji. Powtórz protokół opisany dla pierwszego warunku.
- W trzecim warunku testowym poproś uczestnika o skierowanie wzroku na punkt fiksacji znajdujący się 45° na prawo od centralnego punktu fiksacji. Powtórz protokół opisany dla pierwszego warunku.
4. Analiza danych
- Po zakończeniu badania można przeanalizować dane uzyskane z systemu LTaP. Wynikiem pracy systemu LTAP jest plik .xml zawierający zakodowane kolorami współrzędne X-Y wraz ze znacznikami czasu dla każdego śledzonego zapisu. Przeanalizuj dane w celu wykrycia przesunięcia pozycji fosfenu w odniesieniu do przesunięcia spojrzenia.
5. Reprezentatywne wyniki
Gdy cewka TMS jest umieszczona nad prawą półkulą, wszystkie fosfeny powinny być obserwowane w lewym polu widzenia. Gdy uczestnicy otrzymują instrukcję patrzenia prosto przed siebie, fosfeny zazwyczaj znajdują się w dolnym lewym polu widzenia. Fosfeny powinny przemieszczać się zgodnie ze zmianą kierunku spojrzenia (o 45° w pionie lub w poziomie od centralnej fiksacji wzroku) (rycina 4).
Rycina 1. Lokalizacja i oznakowanie początkowego miejsca stymulacji. W przypadku potylicznych obszarów wzrokowych początkowe miejsce stymulacji (a) znajduje się zazwyczaj około 2 cm grzbietowo i około 2 cm bocznie od protuberancji potylicznej zewnętrznej (b).
Rycina 2. Pozycjonowanie cewki do stymulacji. Środek cewki jest przytrzymywany stycznie do skóry głowy w miejscu stymulacji. Aby zminimalizować niezamierzone rozprzestrzenianie się stymulacji, należy skierować uchwyt cewki w stronę przeciwną do linii środkowej.
Rycina 3. System LTaP (Laser Tracking and Painting). Uczestnik (a) siedzi przed ekranem do projekcji tylnej (b). Po stymulacji cewką TMS (c), uczestnik używa wskaźnika laserowego (d), aby narysować postrzegane fosfeny na ekranie (d). Kamera internetowa skierowana do tyłu (e) rejestruje ruch lasera i przesyła go do komputera (f) z uruchomionym oprogramowaniem LTaP. Dane są następnie ponownie wyświetlane na ekranie za pomocą projektora tylnego (g).
Rycina 4. Postprocesing danych LTaP. Położenie i rozmiar postrzeganych fosfenów (białe kształty) przedstawiono w odniesieniu do punktu fiksacji, oznaczonego krzyżem celowniczym.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W niniejszym filmie zaprezentowano standardowy protokół wyznaczania wartości progu fosfenu oraz przedstawiono nową metodę rejestracji wielkości fosfenu i jego lokalizacji w polu widzenia. Fosfeny wywoływano poprzez podawanie pojedynczych impulsów TMS do prawej kory potylicznej w sąsiedztwie bieguna potylicznego. Wartości progu fosfenu stanowią cenną wskazówkę dotyczącą względnej pobudliwości kory i były stosowane zarówno jako miara wyniku, jak i sposób określania odpowiedniej intensywności TMS w wielu badaniach nad ludzk...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| TMS | Magstim | Magstim 200 | |
| Kamera internetowa | Logitech | QuickCam Orbit MP | |
| Projektor | Epson | Epson PowerLite 7900p | |
| Ekran projekcyjny | DA LITE | Da-View fast-fold deluxe screen | |
| Wskaźnik laserowy | Ogólny |
Bibliografia
- How transcranial magnetic stimulation works. Lindsay M. Oberman, Beth israel Deaconess Medical Center [Internet]. , The Boston Globe. Boston, MA. Available from: http://www.boston.com/interactive/graphics/200906_tms/ (2009).
- Kammer, T., Puls, K., Strasburger, H., Hill, N. J., Wichmann, F. A. Transcranial Magnetic Stimulation in the Visual System. I. the Psychophysics of Visual Suppression. Experimental Brain Research. 160, 118-128 (2005).
- Afra, J., Mascia, A., Gérard, P., Maertens de Noordhout, A., Schoenen, J. Interictal cortical excitability in migraine: a study using transcranial magnetic stimulation of motor and visual cortices. Ann. Neurol. 44, 209-215 (1998).
- Aurora, S. K., Ahmad, B. K., Welch, K. M., Bhardhwaj, P., Ramadan, N. M. Transcranial magnetic stimulation confirms hyperexcitability of occipital cortex in migraine. Neurology. 50, 1111-1114 (1998).
- Silvanto, J., Pascual-Leone, A. State-Dependency of Transcranial Magnetic Stimulation. Brain Topography. 21, 1-10 (2008).
- Silvanto, J., Muggleton, N., Cowey, A., Walsh, V. Neural adaptation reveals state-dependent effects of transcranial magnetic stimulation. European Journal of Neuroscience. 25, (2007).
- Kammer, T., Beck, S. Phosphene thresholds evoked by transcranial magnetic stimulation are insensitive to short-lasting variations in ambient light. Exp Brain Res. 145, 407-4010 (2002).
- Bjoertomt, O., Cowey, A., Walsh, V. Spatial neglect in near and far space investigated by repetitive transcranial magnetic stimulation. Brain. 125, 2012-2022 (2002).
- Gothe, J. Changes in visual cortex excitability in blind subjects as demonstrated by transcranial magnetic stimulation. Brain. 125, 479-490 (2002).
- Hotson, J. R., Anand, S. The selectivity and timing of motion processing in human temporo-parieto-occipital and occipital cortex: a transcranial magnetic stimulation study. Neuropsychologia. 37, 169-179 (1999).
- Kammer, T. Phosphenes and transient scotomas induced by magnetic stimulation of the occipital lobe: their topographic relationship. Neuropsychologia. 37, 191-198 (1998).
- Stewart, L., Ellison, A., Walsh, V., Cowey, A. The role of transcranial magnetic stimulation (TMS) in studies of vision, attention and cognition. Acta Psychol (Amst). , 107-275 (2001).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie