W niniejszym artykule badamy wpływ zależność stanu od bodźców wzrokowych na wywołane przez TMS motywacyjne fosfeny.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Wpływ zależności od stanu na TMS: analiza zachowania fosfenów motywacyjnych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) jest nieinwazyjną techniką neurostymulacyjną i neuromodulacyjną, która pozwala na przejściową lub trwałą modulację pobudliwości kory (poprzez jej zwiększenie lub zmniejszenie) za pomocą aplikacji lokalnych impulsów pola magnetycznego.1,2 W dziedzinie TMS termin zależność od stanu odnosi się do początkowego stanu bazowego konkretnego obszaru neuronalnego będącego celem stymulacji. Jak można wywnioskować, efekty TMS mogą różnić się (i w rzeczywistości się różnią) w zależności od tej pierwotnej podatności i reaktywności stymulowanego obszaru kory.3,4,5
W tym doświadczeniu zbadamy koncepcję zależności od stanu poprzez wywoływanie i subiektywne odczuwanie fosfenów ruchowych. Fosfeny są wizualnie postrzeganymi błyskami małych świateł, wywoływanymi przez impulsy elektromagnetyczne w korze wzrokowej. Małe światła te mogą przyjmować różne charakterystyki w zależności od tego, który obszar kory wzrokowej jest stymulowany. W niniejszym badaniu będziemy celować w fosfeny ruchowe wywoływane poprzez stymulację obszarów V1/V2 oraz kompleksu obszarów wzrokowych V5/MT+.6
Protokół
1) Przygotowanie
- Na początek posadź badanego na wygodnym krześle przed ekranem komputera.
- Użyj miary, aby upewnić się, że odległość między ekranem a nasionem badanego wynosi 60 cm.
- Na koniec nałóż na oczy badanego maskę blokującą światło.
2) Wyznaczanie progu fosfenowego nad V1/V2
- Znajomość progu fosfenowego badanego będzie istotna podczas późniejszej analizy zjawisk fosfenicznych w tym protokole. Aby wyznaczyć ten próg, najpierw ustaw moc urządzenia TMS na 70%.
- Trzymaj cewkę tak, aby górna część ósemki była skierowana w stronę linii środkowej czaszki.
- Rozpocznij stymulację pojedynczym impulsem w punkcie znajdującym się około 3 cm powyżej inion.
- Po każdym impulsie poproś badanego o zgłoszenie wszelkich doświadczeń fosfenicznych.
- Zacznij przesuwać cewkę w niewielkiej siatce poszukiwań wokół tego obszaru (V1/V2).
- Wyznacz lokalizację, w której stymulacja wywołuje u badanego spójne i jednoznaczne zgłoszenia fosfenów. Według teorii TMS nie będzie w stanie wywołać fosfenów u około 40% populacji, zatem istnieje prawdopodobieństwo, że badany nie zgłosi żadnych efektów. W takim przypadku eksperyment niestety nie będzie możliwy do przeprowadzenia, a badany powinien zostać zwolniony.
- Po zlokalizowaniu fosfenicznego „hotspotu”, reguluj moc wyjściową TMS w górę i w dół, aż badany zgłosi wystąpienie fosfenów dokładnie w 3 z 6 kolejnych impulsów. Poziom ten stanowi próg V1/V2 badanego. Jeśli jest dostępna, można zastosować neuronawigację, aby uzyskać większą precyzję przestrzenną podczas lokalizacji i celowania w hotspot V1/V2.
3) Wyznaczanie progu fosfenowego nad kompleksem V5/MT+
- Stosując tę samą wspomnianą wcześniej procedurę i parametry, wyznaczymy teraz próg fosfenowy nad kompleksem V5/MT+. Aby zlokalizować ten obszar, należy rozpocząć od punktu oddalonego o 3 cm grzbietowo i 5 cm bocznie od inion badanego.
- Po każdym impulsie poproś badanego o zgłoszenie wszelkich doświadczeń fosfenowych.
- Ponownie, stosując pojedyncze impulsy, rozpocznij przeszukiwanie w małym wzorze siatki, aż do momentu wywołania jednoznacznych i spójnych fosfenów.
- Na koniec reguluj moc wyjściową TMS w górę i w dół, aż badany zgłosi fosfeny dokładnie dla 3 z 6 kolejnych impulsów. Poziom mocy ten stanowi próg kompleksu V5/MT+ badanego. Ponownie, jeśli jest dostępna, można użyć neuronawigacji, aby uzyskać większą precyzję przestrzenną podczas lokalizowania i celowania w hotspot V5/MT+.
4) Wyznaczanie podstawowego zachowania fosfenów
- Po wyznaczeniu progu fosfenowego dla obu obszarów wzrokowych należy zmierzyć bazowe zachowanie fosfenowe. W tym celu należy najpierw zdjąć maskę blokującą światło z twarzy badanego.
- Następnie należy poinstruować badanego, aby przez 60 sekund wpatrywał się w stabilny krzyżyk fiksacyjny wyświetlany w centrum ekranu komputera.
- Należy założyć maskę i wygenerować nad obszarem V1/V2 (hot spot) pojedynczą serię impulsów trwającą 3 sekundy przy 120% progu V1/V2.
- Po odczekaniu pięciu sekund należy przeprowadzić kolejną serię.
- Ponownie należy odczekać pięć sekund i przeprowadzić trzecią serię.
- Po trzeciej pojedynczej serii impulsów należy poprosić badanego o opisanie lokalizacji oraz charakterystyki motywacyjnej wszelkich wywołanych fosfenów. Stanowi to wartość bazową.
- Tę samą procedurę należy powtórzyć nad obszarem V5/MT+ (należy pamiętać o zresetowaniu mocy TMS do 120% progu V5/MT+).
5) Warunek pierwszy
- Po ustaleniu linii bazowej fosfenów, ponownie zdejmij maskę blokującą światło z twarzy badanego.
- Poleć badanemu, aby przez 60 sekund wpatrywał się w stabilny krzyżyk fiksacyjny wyświetlany w centrum ekranu komputera. Tym razem, zamiast pustego ekranu, osadzimy serię ruchomych kropek w kilku miejscach wokół krzyżyka.
Rycina 1. Bodźce adaptacyjne dla warunku pierwszego: prosty ruch translacyjny. Wszystkie kropki poruszają się spójnie w lewo lub w prawo.
Upewnij się, że wszystkie kropki poruszają się w tym samym kierunku. Bodziec ten ma służyć wywołaniu adaptacji wzrokowej: zjawiska, w którym zmiany w pobudliwości neuronalnej indukowane przedłużoną ekspozycją na bodźce służą do przesunięcia percepcji bodźców prezentowanych w dalszym czasie. - Po 60 sekundach załóż maskę i, nad obszarem hotspot V1/V2, wygeneruj pojedynczy pociąg impulsów przez 3 sekundy przy 120% progu V1/V2.
- Odczekaj pięć sekund i powtórz czynność jeszcze dwa razy.
- Po trzech pociągach impulsów poproś badanego o zgłoszenie lokalizacji i charakterystyki ruchu wszelkich wywołanych fosfenów. Jeśli jest dostępny, użycie systemu śledzenia ruchów gałek ocznych w ciemnym pomieszczeniu może pomóc w osiągnięciu większej precyzji i ilościowego monitorowania ruchów oczu wykonywanych przez badanych podczas wywoływania fosfenów.
- Kontynuuj tę sekwencję (trzy pociągi impulsów / raport) aż do momentu, gdy zachowanie fosfenów powróci do poziomu aktywności bazowej.
- Powtórz tę procedurę dla obszaru hotspot kompleksu V5/MT+.
6) Warunek drugi
- W drugim wariancie powtórz tę samą procedurę, która została zastosowana w wariancie pierwszym. Tym razem jednak, zamiast prezentować badanemu serię kropek poruszających się w jednym kierunku, zaprezentuj serię kropek, z których każda porusza się w swoim względnym kierunku kardynalnym, oddalając się od punktu centralnego – podobnie jak we wzorze „wybuchu gwiazdy” (star burst).
Rysunek 2. Dostosowanie bodźców dla wariantu drugiego: ruch radialny. Kropki poruszają się w odpowiednich kierunkach kardynalnych, w stronę punktu centralnego lub od niego. - Podobnie jak poprzednio, po 60 sekundach wymień maskę, przeprowadź serię trzech pociągnięć progowych o natężeniu 120% nad V1/V2, poproś badanego o raport i kontynuuj do momentu powrotu do wartości bazowej.
- Powtórz procedurę dla V5/MT+.
7) Schemat
- Opcjonalnie, po każdym warunku (lub po zakończeniu wszystkich warunków), poproś badanego o narysowanie obszarów i charakteru motywu każdej serii fosfenów na wykresie. Nie jest to krok niezbędny, ale dostarczy on kolejnego zestawu danych możliwych do interpretacji.
8) Reprezentatywne wyniki
Adaptacja wzrokowa do jednokierunkowych bodźców ruchowych powinna wywołać identyczny ruch fosfenowy nad V1/V2.
Rysunek 3. Przykłady fosfenów indukowanych z V1/V2 w prawej i lewej półkuli podczas warunku pierwszego (na podstawie rysunków badanych).
Fosfeny kompleksu V5/MT+ również powinny zostać objęte tym efektem, tak że fosfen będzie teraz pojawiał się jako suma kierunku ruchu w bodźcu adaptacyjnym i fosfenu bazowego.
Jednakże adaptacja wizualna do wzoru rozgwiazdy powinna wywołać identyczny fosfenowy ruch rozgwiazdy z kompleksu V5/MT+, ale nie powinna zmienić linii bazowej V1/V2.
Rysunek 4. Przykłady fosfenów wywołanych z kompleksu V5/MT+ w prawej i lewej półkuli podczas warunku drugiego (na podstawie rysunków badanych).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Ten eksperyment dotyczy istoty zależności od stanu. Uważa się, że neurony w obszarach V1/V2 odpowiadają za proste, kierunkowe ruchy.7,8 Zatem adaptacja do jednokierunkowych bodźców ruchowych zwiększyła pobudliwość neuronów rejestrujących ten ruch – w związku z tym powinny one najszybciej zareagować na impuls TMS. Kompleks V5/MT+ zawiera również neurony nastrojone na prosty ruch translacyjny, zatem fosfeny indukowane w tym obszarze również powinny ulec wpływowi bodźca adaptacyjnego. Uważa się jednak, że komplek...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Maska na oczy blokująca światło | |||
| Zatyczki do uszu | |||
| Czepek kąpielowy | |||
| Marker | |||
| Miara zwijana | |||
| Kratka milimetrowa | |||
| Opracowane bodźce &Prezentacja komputerowa wykonana w programie Adobe Photoshop | |||
| Dowolne urządzenie TMS zdolne do generowania pojedynczego impulsu | |||
| Dowolna cewka ósemkowa |
Bibliografia
- Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. , Edward Arnold. London. (2002).
- Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. , MIT Press. Cambridge. (2005).
- Silvanto, J., Muggleton, N. G., Cowey, A., Walsh, V. Neural adaptation reveals state-dependent effects of transcranial magnetic stimulation. European Journal of Neuroscience. 25, 1874-1881 (2007).
- Silvanto, J., Pascual-Leone, A. State-Dependency of Transcranial Magnetic Stimulation. Brain Topography. 21, 1-10 (2008).
- Silvanto, J., Cattaneo, Z., Battelli, L., Pascual-Leone, A. Baseline cortical excitablility determines whether TMS disrupts or facilitates behavior. Journal of Neurophysiology. 99, 2725-2730 (2008).
- Silvanto, J., Muggleton, N. G. Testing the validity of the TMS state-dependency approach: targeting functionally distinct motion-selective neural populations. Neuroimage. 40, 1841-1848 (2008).
- Tootell, R. B., Rappas, J. B., Kwong, K. K., Malach, R., Born, R. T., Brady, T. J., Rosen, B. R., Belliveau, J. W. Functional analysis of human MT and related visual cortical areas using magnetic resonance imaging. Journal of Neuroscience. 15, 3215-3230 (1995).
- Singh, K. D., Smith, A. T., Greenlee, M. W. Spatiotemporal frequency and direction sensitivities of human visual areas measured using fMRI. Neuroimage. 12, 550-564 (2000).
- Rutchmann, R. M., Schrauf, M., Greenlee, M. W. Brain activation during dichoptic presentation of optic flow stimuli. Exp Brain Res. 134, 533-537 (2000).
- Morrone, M. C., Tosetti, M., Montanaro, D., Fiorentini, A., Cioni, G., Burr, D. C. A cortical area that responds specifically to optic flow revealed by fMRI. Nat. Neuroscience. 3, 1322-1328 (2000).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
