Name: Estimulação Magnética Transcraniana para investigar relações causais Brain-comportamentais e seu Curso de Tempo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 33 s
Description: Aprenda a usar estimulação magnética transcraniana para investigar relações causais entre cérebro e comportamento em estudos de neurociência cognitiva. Este método não invasivo permite identificar regiões cerebrais essenciais para funções cognitivas.

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Os autores não têm confirmações.

Este protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética Review Board UCL (# 249/001) para a estimulação cerebral não-invasiva de voluntários humanos neurologicamente normais. 1. Criar o protocolo TMS Quase todos os experimentos TMS em neurociência cognitiva usar estimulação bifásica em conjunto com uma bobina em forma de figura de oito. Isso fornece a capacidade de entregar os trens rápidos de pulsos (&gt; 1 Hz) e alvo de um site cortical com a maior precisão possível. É possível a utilização de mono-fásica estimulação de 35 ou uma forma diferente da bobina 36, mas aqui a configuração padrão foi aplicada. <ol><li> Escolha uma frequência e duração da estimulação. NOTA: A escolha comum em neurociência cognitiva é a utilização de estimulação 10 Hz para 500 ms de início do estímulo 37-40. </li><li> Escolha um nível de intensidade com base em extensos testes piloto. Segure-o constante em participantes. NOTA: Para o equipamento de used aqui, intensidades comumente utilizados variam entre 50 - 70% da produção máxima estimulador 11,41-44. </li><li> Escolha um intervalo inter-julgamento. Por razões práticas e de segurança, separe os ensaios de estimulação por um mínimo de 3 - 5 seg 27,45. </li></ol> 2. Execute Cabeça de Registro <ol><li> Adquirir uma alta resolução, anatômica ressonância magnética ponderadas em T1 (RM) para cada participante em uma sessão separada antes da TMS. Incluem os pontos fiduciais na imagem que vai ser utilizado no passo 2.3. </li><li> Carregue a varredura no sistema de estereotaxia antes da sessão de TMS para permitir segmentação precisa dos locais de estimulação em cada participante. Marcar os sítios de estimulação sobre a cabeça, no início da experiência ou monitorizar continuamente durante todo o experimento. </li><li> Marque quatro pontos fiduciais na imagem do participante. Normalmente, estes incluem a ponta do nariz, a ponte do nariz, e não och acima do tragus de cada orelha. </li><li> Fornecer as informações do participante sobre TMS para que eles para dar consentimento informado para participar do experimento. </li><li> Peça ao participante para preencher um formulário de Tela TMS segurança que tenha sido aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional. NOTA: contradições Permanentes TMS incluem uma história pessoal ou familiar de epilepsia, uma história clínica de problemas neurológicos ou psiquiátricos, ou dispositivos médicos implantados, como um marca-passo cardíaco ou implantes cocleares. Requisitos de segurança não seguir TMS pode potencialmente induzir síncope e apreensão. </li><li> Coloque o rastreador assunto na cabeça do participante; ele vai agir como uma referência na medição de pontos fiduciais. Toque em cada ponto fiducial na cabeça do sujeito com um ponteiro que vem com o sistema de estereotaxia e salvar as correspondentes coordenadas no computador. Calibrar a cabeça do sujeito com a imagem de ressonância magnética. Verifique a qualidade do registro e repitado processo, se necessário. </li><li> Peça ao participante a usar protetores de ouvido durante a estimulação para atenuar o som da descarga bobina e evitar danos à audição dos participantes 46. </li><li> Configure a máquina TMS de acordo com as escolhas feitas na Seção 1. </li><li> Introduzir o participante a estimulação antes de testar para garantir que o participante esteja familiarizado com a sua sensação e tolera bem. Primeiro demonstrar estímulo no braço do pesquisador e, em seguida, no braço do participante para aclimatar a pessoa com a sensação. NOTA: Isto é especialmente importante para os participantes que estão experimentando TMS pela primeira vez. </li><li> Demonstrar o protocolo de estimulação em cada um dos locais de teste quanto a sensação pode ser diferente em diferentes locais. Colocar a bobina no primeiro local, conforme identificado pelo sistema de estereotaxia tal que a bobina é tangencial ao couro cabeludo e a linha de fluxo magnético máximo intersecta o rimulated local. NOTA: A estimulação às vezes afeta os nervos ou músculos faciais e pode levar ao desconforto por isso é importante para testar se o participante tolera bem. </li></ol> 3. Realizar localização funcional <ol><li> Otimizar o local de estimulação, personalizando-o para cada participante. Marcar vários sítios de estimulação potenciais na região do cérebro de juros sobre imagem estrutural do participante. Localizar alvos, pelo menos 10 milímetros uma da outra devido à resolução espacial de TMS 47 usando uma grade ou anatómica marcação (Figura 1). </li><li> Escolha uma tarefa localizador que bate na função cognitiva de interesse e tem um comportamento mensurável (por exemplo, os tempos de reação, precisão, olho-movimentos). Repita a tarefa várias vezes ao testar os possíveis locais e criar diferentes versões da tarefa de evitar a repetição constante dos estímulos. </li><li> Permitir que o participante a praticar a tarefa semestimulação até que está confortável com isso. Em seguida, introduzir uma sessão de treinos em segundo lugar com TMS aleatoriamente (ou pseudo-aleatoriamente) apresentou em 50% dos ensaios para que o participante se acostuma a executar a tarefa sem se distrair com estimulação. </li><li> Escolha um local de teste e executar uma versão da tarefa de localizador. Logo em seguida verifique os resultados para ver se a estimulação afetado o desempenho. NOTA: Em muitos casos, estimulando um site de &quot;incorreto&quot; vai realmente facilitar as respostas em relação a nenhum estímulo, devido à facilitação inter-sensorial 2, neste caso devido ao ouvir os cliques e sentir a sensação de estimulação no couro cabeludo. Além disso, os grandes efeitos de estimulação (isto é, mais de 100 ms) são frequentemente um artefacto e necessitam de re-teste. Se eles replicam e são específicos para um site particular de testes, então eles podem ser efeitos genuínos. Tenha certeza de escolher uma medida robusta de um efeito TMS para estar confiante em localizção. </li><li> Se nenhum efeito é observado, escolha um novo local de teste e repetir, caso contrário, testar o mesmo local novamente para determinar se ele replica. Teste vários sites back-to-back na mesma sessão para garantir que eles não todos produzem um efeito como isso indicaria um efeito TMS não-específica. Contrabalançar a fim de que os sites são estimulados através de participantes. </li></ol> 4. Principal tarefa <ol><li> Após a localização e na mesma sessão, execute a experiência principal, utilizando o site de destino que foi funcionalmente localizada. NOTA: Este envolve uma tarefa diferente da utilizada na localização, mas que o processo de partilha de chave de interesse. Por exemplo, uma tarefa de julgamento rima pode ser utilizada para localizar uma área sensível ao processar os sons das palavras, enquanto a tarefa de julgamento homofone pode ser usado para a experiência principal. Neste exemplo, ambas as tarefas exigem processamento fonológico de palavras escritas, embora as demandas de tarefas específicas e estimulaçãoli diferem. </li><li> Incluir condições de controle suficientes para afastar os efeitos não específicos do TMS. </li><li> Testar o mesmo local de uma tarefa de controlo que não incluem o processo de interesse para demonstrar a especificidade funcional no processamento. </li><li> Teste um site diferente sobre a principal tarefa de demonstrar a especificidade anatómica do efeito. </li><li> Incluir condições de controle adicionais, tais como TMS simulada, os estímulos de controle, ou várias janelas de tempo. </li><li> Realizar um experimento &quot;lesão virtual&quot; tradicional, usando os mesmos parâmetros utilizados durante TMS localização (por exemplo, intensidade, freqüência e duração do estímulo). Para chronometric experimento TMS, use a mesma intensidade, mas substituir o trem de pulsos utilizados durante a localização por um único ou duplo pulso 48 49 entregues em diferentes latências de início. </li></ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Este artigo apresenta um protocolo para avaliação da causalidade e do envolvimento temporal regiões do cérebro nos processos cognitivos, utilizando TMS online. Esta discussão destaca primeiras etapas críticas para a criação de um protocolo de TMS de sucesso e, em seguida, as limitações que precisam ser considerados no projeto de um experimento de TMS. Como os protocolos TMS tem um grande número de parâmetros livres, garantindo os parâmetros de estimulação ideal é um passo crítico na preparação de um experimento TMS. Normalmente, isso é conseguido através de extensos testes-piloto, a fim de determinar a freqüência de estimulação, duração, intensidade, intervalo inter-julgamento e orientação bobina necessária para produzir efeitos robustos. Para criar uma &quot;lesão virtual&quot; eficaz a freqüência deve induzir um efeito robusto que cobre uma janela de tempo suficientemente grande para abranger o processo cognitivo de interesse. Como resultado, tanto a frequência ea duração variam entre os estudos. Da mesma forma, o &amp; #8220; intensidade direita estimulação &quot;é aquele que garante o campo magnético afecta processamento neuronal na região do cérebro do alvo e aqui o factor principal é a distância da bobina para o local de estimulação 51. Muitos estudos identificam a intensidade do estímulo necessária para produzir uma resposta motora ao estimular a área do lado do córtex motor primário e usar isso para normalizar intensidade em todo participantes 52,53-55. Esta medida, no entanto, não é um índice confiável da intensidade ideal para áreas não-motorizado 42,51,56. Outra opção é usar a mesma intensidade para todos os participantes. A intensidade escolhida deve ser eficaz em todas as disciplinas piloto depois de experimentar com uma gama de intensidades de estimulação. Além disso, a orientação da bobina é um parâmetro importante que requer consideração. A orientação específica da bobina afecta a distribuição do campo eléctrico induzido na população neuronal estimulada e por isso pode afectar comportavior. Em geral, os protocolos publicados pode fornecer um ponto de partida que é iterativa modificado durante o teste piloto para se adequar à experiência específica. Muitas vezes, porém, informações sobre este teste piloto é omitido do manuscrito final, que tem o efeito infeliz de esconder alguns aspectos fundamentais do processo de projeto de protocolo. A escolha de um procedimento de localização também é essencial para assegurar que a estimulação é administrada ao local óptimo. Embora muitos estudos localizados com sucesso sítios de estimulação usando métodos baseados em anatomia que visam um único local em toda a participantes individuais 57,58, personalizar o site estimulação para cada assunto individualmente entre reduz-sujeito variação nos resultados comportamentais produzindo um método mais eficiente 31. Aqui apresentamos um procedimento de localização funcional baseada em TMS, que oferece vantagens sobre a localização baseada em fMRI. Especificamente, ele evita o problema de diferentes tendências espaciais sertween RMf (isto é, de drenagem veias 59) e TMS (isto é, a orientação de axónios no interior do campo magnético 6,60) que pode resultar da mesma resposta neuronal a ser localizada em diferentes locais. Além disso, é sabido que o local específico de activação &quot;picos&quot; em RMf pode variar consideravelmente, tornando-os sub-óptimos, TMS como alvo 55,61. Mesmo assim, uma variedade de diferentes processos de localização são demonstravelmente efectiva, de modo que a escolha específica é menos importante do que a garantia de que qualquer que seja o método utilizado, proporciona efeitos reprodutíveis fiáveis. Embora os dados da experiência aqui apresentada usado tempos de reação como a medida dependente, há muitas outras opções disponíveis. Por exemplo, alguns estudos utilizam precisão vez 9,12,62. Nestes casos, o desempenho normal sem TMS já está abaixo dos níveis de teto para que a interrupção induzida pela estimulação é refletida nos escores de precisão.Outros estudos mediram os efeitos da estimulação sobre os movimentos dos olhos 63,64. Experimentos de neurociência cognitiva maioria com TMS, porém, os tempos de reação como a sua medida dependente 13,48,65,66. Tipicamente, os efeitos são da ordem de dezenas de milissegundos, ou aproximadamente uma alteração de 10% no tempo de reacção 67. Seja qual for dependente medida é usada deve ser robusta e consistente para que mudanças relativamente pequenas podem ser facilmente observados. Como qualquer técnica experimental, TMS tem limitações importantes que precisam ser considerados na escolha dessa metodologia. Os mais comuns são: i) a resolução espacial de TMS, ii) os efeitos não específicos associados com a estimulação, e iii) os aspectos de segurança da metodologia. Primeiro, TMS possui uma profundidade limitada da estimulação, porque o campo magnético diminui de intensidade mais distante é proveniente da bobina. Consequentemente, é mais eficaz em estimular regiões do cérebro perto do couro cabeludo (~ 2-3 cm) 68,69 </sup&gt; E é ineficaz para estimular as estruturas cerebrais profundas. Como resultado, as únicas regiões directamente acessíveis a TMS estão limitados ao manto cortical, embora diferentes bobinas moldadas estão a ser desenvolvidos para alcançar as regiões mais profundas, tais como o gânglio basal 69. TMS também tem uma resolução espacial de aproximadamente 0,5 - 1 cm 47,70-72. Assim, o método não pode ser usado para investigar as contribuições funcionais a partir de estruturas espaciais de grãos finos, tais como colunas corticais. Uma segunda limitação é que a estimulação TMS apresenta efeitos colaterais simultâneos sensoriais como resultado do campo magnético que evolui rapidamente. Mais notavelmente, cada pulso magnético é acompanhado por um clique auditivo e uma sensação de toque. Portanto TMS pode ser inadequada para certos experimentos auditivas ou sensitivas, onde esses efeitos colaterais podem interferir com o desempenho da tarefa. Note, entretanto, que a TMS on-line tem sido utilizado com sucesso em algumas experiências auditivas 73,74 </sse&gt; e, por conseguinte, é possível, pelo menos em algumas tarefas. Outra consideração é de que a intensidade dos efeitos sensoriais difere entre os locais da cabeça. Por exemplo, o estímulo que é administrado a um local próximo ao ouvido vai soar mais alto do que locais mais distantes. Da mesma forma mais locais ventral na cabeça produzir contração muscular maior do que as áreas dorsais 75,76. Como essas diferenças site podem induzir problemas metodológicos, é importante usar um site de controle com efeitos colaterais semelhantes para o site principal, como homólogos contralaterais 77 ou incluir controle de condições / tarefas que não tocar em processo de interesse 24,62 , 73,78,79. Finalmente, as considerações de segurança devem sempre ser levados em conta na concepção de experimentos TMS como ele pode potencialmente induzir síncope e convulsões 27. Para minimizar esse risco, as diretrizes internacionalmente aceitos para intensidade de estimulação, a freqüência ea duração exists, bem como para o número total de impulsos e o intervalo inter-ensaios 27,28. Protocolos que ficam dentro dessas diretrizes são consideradas seguras para os participantes neurologicamente normais. É interessante notar, no entanto, que estes são ainda incompletos e que os protocolos TMS muitas vezes são introduzidas novas que também provar segura. Em geral, a evidência sugere que, quando as orientações publicadas são seguidos, TMS é um procedimento seguro, sem efeitos secundários perigosos. Uma consequência desses limites, no entanto, é que os protocolos de comportamento muitas vezes necessita de ser ajustado antes de poderem ser utilizados com TMS. Isto tem implicações para vários aspectos da concepção, incluindo a duração da experiência, o número de tentativas, o número de sítios de estimulação e as condições que podem ser testadas. Algumas destas limitações podem ser superadas através da divisão da experiência em sessões separadas, tais como testes de diferentes sítios de estimulação em dias diferentes. Nesses casos, é importante para assegurar que a localizaçãoe teste de um site é feito dentro da mesma sessão. Isso minimiza a variância experimental, maximizando a precisão da segmentação. Ao decidir se deve usar um ou mais sessão de testes, a limitação fundamental é a segurança do participante - especificamente, a quantidade de estimulação que é seguro em uma única sessão. A estimulação global prevê a familiarização, prática, localização (se estiver usando TMS), e testes, potencialmente, sobre vários sites, e criticamente depende do número de tentativas por condição. Onde esse número ultrapassa as diretrizes para uma única sessão, é necessário quebrar o experimento em várias sessões, realizadas um mínimo de 24 horas de intervalo. Não existem regras rígidas e rápidas sobre o número mínimo de tentativas necessárias para experimentos TMS, mas como qualquer experimento, estes podem ser calculados usando cálculos de alimentação padrão com base no tamanho do efeito, variância, em nível de α (tipicamente 0,05) e desejado sensibilidade. Muitas vezes, estimativas razoáveis ​​deo tamanho do efeito e variância estão disponíveis como resultado do extenso teste piloto feito para optimizar o protocolo experimental. Em resumo, a TMS se tornou uma importante ferramenta com amplas aplicações para a neurociência cognitiva. Este artigo fornece um protocolo básico para a linha TMS em conjunto com uma tarefa comportamental para investigar relações causais do cérebro comportamental, tanto em modo &quot;lesão virtual&quot; e também uma ferramenta chronometric para explorar a dinâmica temporal de processamento de informação neural com especificidade regional.

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma ferramenta segura e não-invasiva utilizada para a estimulação cerebral. Ele utiliza uma corrente eléctrica que muda rapidamente dentro de uma bobina de realização para gerar um forte, mas o campo relativamente focal, magnético. Quando aplicado no couro cabeludo, o campo magnético induz a atividade elétrica no tecido cerebral subjacente, interrompendo temporariamente o processamento da informação cortical local. Esta interferência transitória efetivamente cria um curto duradoura &quot;lesão virtual&quot; 1,2. Esta técnica oferece um método não-invasivo para desenhar inferências causais do cérebro-comportamento e investigar a dinâmica temporal de processamento de informação neural on-line tanto em adultos saudáveis ​​e em pacientes neurológicos. Ao interferir seletivamente com o processamento cortical especificidade regional, TMS pode ser usado para desenhar relações causais entre as regiões do cérebro e comportamentos específicos 3,4. Isto é, se estimular uma área cortical significativamenteafeta o desempenho da tarefa em relação às condições adequadas de controlo, isto indica que a área estimulada é necessário para executar a tarefa normalmente. Inferências causais deste tipo são uma das principais vantagens do TMS sobre os métodos de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional (fMRI) ou tomografia por emissão de pósitrons (PET). Ao contrário das técnicas de neuroimagem que medem a atividade neural e correlacionar com o comportamento, TMS oferece a oportunidade de perturbar o processamento da informação neural e medir seus efeitos sobre o comportamento. Neste sentido, é mais como analisa lesão de déficit tradicional em pacientes com danos cerebrais, exceto que TMS é não-invasivo e os efeitos são temporários e reversíveis. TMS também tem várias vantagens sobre os estudos de lesões. Por exemplo, os efeitos da estimulação são geralmente mais espacialmente preciso do que as lesões que ocorrem naturalmente, que muitas vezes são grandes e variam muito entre os pacientes. Além disso, os participantes podem ser utilizados como os seus próprios controlos, thereby evitando a emissão de potenciais diferenças em habilidades pré-mórbidas entre pacientes e controles. Finalmente, não há tempo suficiente para a reorganização funcional para ter lugar durante TMS, o que significa que os processos de recuperação não são susceptíveis de confundir os resultados 5. Em outras palavras, TMS oferece uma ferramenta poderosa para investigar as relações causais do cérebro-comportamento que complementa técnicas correlatas, como a neuroimagem funcional. TMS também pode ser utilizado para investigar a evolução no tempo de processamento de informações neurais utilizando rajadas muito curtas de estimulação e variando o início da estimulação 6. Normalmente, isso envolve uma única ou dupla TMS de pulso entregue a uma região em diferentes pontos do tempo dentro de um julgamento. Porque o efeito de um pulso TMS indivíduo ocorre imediatamente e dura entre 5 e 40 ms 7-10, isso permite que o pesquisador para mapear a dinâmica temporal da atividade neuronal regional, incluindo a sua onset, duração e compensados ​​11,12. A duração desta interrupção limita a resolução temporal da técnica de 10s de milissegundos, cerca de uma ordem de magnitude mais grosseira do que a eletroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG). Por outro lado, os horários observados em estudos TMS cronométricos tendem a coincidir com os de gravações neurofisiológicos invasivos melhor do EEG e MEG 9,13. Presumivelmente, isso é porque o EEG e MEG medir sincronia neuronal grande escala que fica para trás o mais cedo o início da actividade 14. Além disso, como PET e fMRI, EEG e MEG são medidas correlativas de atividade do cérebro inteiro enquanto TMS chronometric não só pode fornecer informações importantes sobre a dinâmica temporal regionais, mas também sobre a necessidade de a região para um determinado comportamento. Embora TMS foi originalmente desenvolvido para investigar a fisiologia do sistema motor 15, foi rapidamente adotado como uma ferramenta valiosa para cognitive neurociência. Um de seus primeiros usos como uma técnica de &quot;lesão virtual&quot; era induzir prisão discurso, estimulando o córtex frontal inferior esquerdo 16-18. Os resultados confirmaram a importância da área de Broca para a produção da fala e sugeriu uma alternativa potencial para o teste de Wada para determinar o domínio língua posterior às intervenções neurocirúrgicas 16,19. Agora TMS é usado em praticamente todas as áreas da neurociência cognitiva, incluindo a atenção 20, memória de 21, 22 processamento visual, planejamento de ação 23, fazendo 24 decisões e processamento da linguagem 25. Normalmente TMS induz nem aumentado as taxas de erro ou tempos de reação mais lento (RTS), sendo que ambos são tomadas como indicadores de relações causais entre cérebro e comportamento 3,4. Alguns estudos usam TMS, tanto o seu modo de lesão virtual e como uma ferramenta cronométrica. Por exemplo, Jarro e colegas 11 mostrou que primeiro repetitivo TMS(EMTr) entregues à área da face occipital interrompido discriminação facial precisa e, em seguida, usado chronometric TMS para determinar que esse efeito só estava presente quando TMS foi entregue a 60 e 100 ms, o que demonstra que esta região particular do cérebro processa a informação face-parte em um início de fase de reconhecimento de face. Em todos os exemplos mencionados aqui, TMS é administrado &quot;em-linha&quot;, isto é, durante o desempenho da tarefa, de modo que os efeitos da TMS estão imediata e curta duração (isto é, os efeitos duram desde que a duração da estimulação). Isto contrasta com TMS &quot;off-line&quot;, que envolve tanto longas de baixa freqüência de estimulação 21 ou rajadas curtas de estampados estimulação 26 antes de iniciar uma tarefa. Em off-line TMS os efeitos duram muito além da duração da aplicação TMS-se. Este artigo concentra-se exclusivamente na abordagem &quot;on-line&quot;. Os passos iniciais na preparação de qualquer TMS eXperiment incluem a identificação de um protocolo de estimulação e escolher um método de localização. Os parâmetros de estimulação incluem intensidade, freqüência e duração da TMS e são limitados por normas de segurança internacionalmente definidas 27,28. Cada experimento TMS também requer um procedimento de localização adequada para o posicionamento e orientação da bobina com precisão sobre o local da estimulação. A localização pode ser baseada em espaço padrão coordena 29 ou 10-20 sistema de localização 30, mas normalmente é personalizado para cada participante 31. Para este último, há muitas opções que incluem estímulo alvo com base na anatomia de cada indivíduo 32, funcionalmente que localizam usando fMRI 33 ou funcionalmente localizar usando TMS 34. O protocolo aqui apresentado defende localização funcional com TMS como parte de um protocolo geral para experiências on-line do TMS. Em seguida, um exemplo ilustrativo é apresentado de forma a TMS pode ser usadopara investigar as contribuições funcionais do giro supramarginal esquerda (SMG) para o processamento fonológico na leitura.

<table><tbody><tr><td>Estimulador Magstim Rapid2</td><td>Magstim, Carmarthenshire, Reino Unido</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bobina em forma de oito de</td><td></td><td></td><td></td>70 mm de diâmetro</tr><tr><td>Sistema de estereotaxia sem moldura Brainsight</td><td>RogueResearch, Montreal, Canadá</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Câmera infravermelha Polaris Vicra</td><td>Northern Digital, Waterloo, ON, Canadá</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

estimulação magnética transcraniana para investigar relações causais brain-comportamentais e seu curso de tempo

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é um seguro não-invasiva técnica, a estimulação cerebral que usa um eletroímã forte, a fim de interromper temporariamente o processamento de informações em uma região do cérebro, gerando uma vida curta &quot;lesão virtual.&quot; Estimulação que interfere com o desempenho da tarefa indica que a região do cérebro afetada é necessário para executar a tarefa normalmente. Em outras palavras, ao contrário dos métodos de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional (fMRI), que indicam correlações entre cérebro e comportamento, TMS pode ser usado para demonstrar as relações causais do cérebro-comportamento. Além disso, através da variação da duração e início da lesão virtual, TMS pode também revelar o curso de tempo de processamento normal. Como resultado, a TMS se tornou uma ferramenta importante em neurociência cognitiva. Vantagens da técnica sobre estudos de lesão com déficit incluem uma melhor precisão espacial-temporal do efeito de interrupção, a capacidade de usar os participantes como a sua própria coassuntos ntrol e da acessibilidade dos participantes. As limitações incluem auditiva simultânea e estimulação somatosensorial que podem influenciar o desempenho da tarefa, o acesso limitado a estruturas mais do que uns poucos centímetros a partir da superfície do couro cabeludo, e o espaço relativamente grande dos parâmetros livres que necessitam de ser optimizadas por forma a que a experiência funcionou. Projetos experimentais que dar atenção para as condições adequadas de controlo ajudar a responder a estas preocupações. Este artigo ilustra estas questões com resultados TMS que investigam as contribuições espaciais e temporais de giro supramarginal esquerda (SMG) para a leitura.

A Figura 2 ilustra os resultados de duas experiências TMS mencionados como exemplos. Ou seja, o primeiro investigou se o SMG resta é causalmente envolvidos no processamento dos sons das palavras, enquanto o segundo investigou a dinâmica temporal deste envolvimento. Figura 2A mostra resultados representativos do primeiro experimento onde EMTr (10 Hz, 5 pulsos, 55% dos intensidade máxima) foi entregue ao SMG durante três tarefas. A tarefa fonológica a atenção para os sons das palavras (&quot;Será que essas duas palavras têm o mesmo som? Sabe-nose&quot;), enquanto a tarefa semântica focada em seu significado (&quot;Será que essas duas palavras significam a mesma coisa? Idéia-noção&quot;). Uma tarefa terceiro controle apresentaram pares de sequências de letras consoantes e perguntou se eles eram idênticos (&quot;wsrft-wsrft&quot;). Cada tarefa consistia de 100 ensaios. Os resultados demonstraram que o TMS aumentou significativamente RTs em relação a nenhum stimulation na fonológica por uma média de 37 mseg. Em contraste, a estimulação SMG não teve efeito significativo sobre os RTs nas tarefas de controle de semântica ou ortográficas. Em outras palavras, uma &quot;lesão virtual&quot; do SMG esquerda interferiu seletivamente com o processamento dos sons das palavras, indicando a necessidade de SMG no processamento de aspectos fonológicos da palavra escrita 44. A Figura 2B mostra os resultados representativos da experiência cronométrico explorar o campo de tempo de processamento fonológico dentro SMG. Aqui, TMS de pulso dupla foi entregue em cinco janelas de tempo diferentes após o início do estímulo durante a mesma tarefa fonológica com 100 testes divididos em cinco blocos iguais cada janela de tempo diferente testando. Quando comparada com o estado inicial (40/80 ms), foi observado um aumento significativo na RTs quando TMS foi entregue 80/120, 120/160, e 160/200 ms após o início do estímulo. Estes resultados demonstraram SMG foi engaed em processamento fonológico entre 80 e 200 ms início de pós-estímulo, indicando tanto precoce e envolvimento sustentado em processamento fonológico 44. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig1highres.jpg" /> Figura 1. Dois métodos comuns de marcação potenciais sítios de estimulação. (A) Um primeiro método envolve a colocação de uma rede de marcadores através de uma zona de motor e ensaio de cada lado, até TMS produz o efeito esperado. Esta abordagem é comum para a identificação de um motor de &quot;hot spot&quot; - ou seja, o lugar onde a estimulação produz a contração muscular mais forte, mais confiável (B) Um segundo método aplica restrições anatômicas adicionais, colocando um conjunto de marcadores dentro de uma bem definida. região do cérebro. Neste exemplo, a localização dos três marcadores é restrita à região anterior de SMG. O primeiro deles é localizard superior ao término do ramo ascendente posterior da fissura Sylvian; o segundo é o fim ventral do SMG anterior; e a terceira é aproximadamente a meio caminho entre os outros dois locais. Marcadores de estimulação são mostrados em um avião parasagital de uma ressonância magnética indivíduo usando o sistema de estereotaxia. A barra de escala preto no canto inferior esquerdo indica uma distância de 1 cm. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig2highres.jpg" /> Figura 2. Tempos de reacção (RTS), desde o início do estímulo. (A) noTMS (bares luz) e TMS (barras escuras) Condições em três tarefas de linguagem diferentes. (B) Cinco estimulação condições de tempo na tarefa fonológica. No exemplo apresentado aqui, pulsos duplos foram entregues em cada 40/80 ms, 80/120 ms, 120/160 ms, 160/200 ms, e 200/240 ms início pós estímulo. The primeira janela de tempo, 40/80 ms, foi usado como uma condição de controlo de linha de base, pois não era esperada a informação visual para chegar ao SMG que rapidamente. As barras de erro representam o erro padrão da média ajustada para reflectir correctamente intra-sujeito variância 50. O primeiro experimento contém dados de 12 participantes ea segunda a partir de 32 participantes. * P &lt;0,05.

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é uma técnica não-invasiva para interromper o processamento da informação neural e medir o seu efeito sobre o comportamento. Quando TMS interfere com uma tarefa, isso indica que a região do cérebro estimulada é necessária para o desempenho da tarefa normal, permitindo que se possa relacionar sistematicamente regiões do cérebro para funções cognitivas.

Estimulação Magnética Transcraniana para investigar relações causais Brain-comportamentais e seu Curso de Tempo

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

O objetivo geral do procedimento a seguir é investigar relações causais entre cérebro e comportamento. O primeiro passo é preparar o experimento de EST, escolhendo os parâmetros de estimulação, as tarefas e o método de localização. O segundo passo é localizar o sítio de estimulação, personalizando-o para cada indivíduo, a fim de garantir que o sítio cerebral correto seja alvo.O próximo passo é realizar o experimento principal de EMT utilizando uma abordagem de lesão virtual ou cronometricamente, com o objetivo de testar se a estimulação afeta o desempenho na tarefa. Resultados que demonstram um efeito da EMT sobre medidas comportamentais, tipicamente na forma de tempos de reação mais longos em comparação com o desempenho em condições de controle, indicam que a região cerebral postulada é um componente necessário para o desempenho normal da tarefa. A principal vantagem da EMT em relação aos métodos de neuroimagem é que ela oferece a possibilidade de interromper o processamento neural e medir seus efeitos sobre o comportamento.Em outras palavras, ela oferece mais do que uma simples correlação, mas permite que se façam inferências causais entre cérebro e comportamento. Além disso, a EST também oferece vantagens em comparação com métodos causais mais tradicionais, como a pesquisa com pacientes, porque fornece uma abordagem alternativa não invasiva que nos permite produzir lesões virtuais, que são temporárias, reversíveis e mais precisas espacialmente. Indivíduos novos nessa metodologia podem ter dificuldades devido ao grande número de parâmetros livres que precisam ser escolhidos para tornar um experimento bem-sucedido. Estes incluem aspectos como a duração e a intensidade da estimulação, a forma como os locais de estimulação são localizados, e até coisas aparentemente mais simples, como a orientação da bobina real.Como resultado, normalmente é necessário realizar extensos testes preliminares para determinar quais parâmetros funcionam para o seu experimento específico. Antes da sessão de TMS, adquira uma imagem de ressonância magnética ponderada em T1 de alta resolução do participante. Inclua os pontos fiduciais para o sistema estereotáxico sem moldura: a ponta do nariz, a ponte do nariz e a reentrância acima do trago de cada orelha.Carregue a varredura em um sistema estereotáxico estereotáxico sem moldura e marque os pontos fiduciais e os locais de estimulação na imagem do participante. Mantenha os locais de estimulação a pelo menos 10 milímetros de distância um do outro no início da sessão de TMS. Primeiro, explique os procedimentos experimentais ao participante para que ele possa dar o consentimento informado.Em segundo lugar, peça ao participante que preencha um formulário de triagem de segurança para estimulação magnética transcraniana (EMT) aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa, a fim de garantir que ele possa receber a EMT. Contraindicações permanentes à EMT incluem histórico familiar ou pessoal de epilepsia, diagnóstico clínico de transtorno psiquiátrico ou neurológico, ou qualquer tipo de dispositivo médico implantado, como implante coclear ou marcapasso. Não seguir as diretrizes de segurança da EMT coloca o participante em risco de convulsão ou danos aos dispositivos médicos implantados. Após a conclusão da triagem, posicione o rastreador do sujeito na cabeça do participante.Em seguida, utilizando o rastreador como referência, toque cada ponto fiducial na cabeça do participante com um ponteiro que acompanha o sistema estereotáxico. Salve as coordenadas correspondentes para calibrar a cabeça do participante com a imagem de ressonância magnética. Certifique-se de verificar a qualidade do registro e repita o processo conforme necessário.Agora também é um bom momento para pedir ao participante que coloque protetores auriculares. Em seguida, configure o equipamento de EST de acordo com o protocolo. Este exemplo utiliza estimulação bifásica padrão em conjunto com uma bobina em formato de oito.A frequência de estimulação escolhida aqui é de 10 hertz e é definida com uma duração de 500 milissegundos, o que representa uma escolha comum, opção frequente. A intensidade escolhida é de 55% da saída máxima do estimulador. Normalmente, de 50 a 70% do máximo é a potência adequada a ser utilizada.Agora, apresente o participante à estimulação antes de realizar o experimento. Primeiro, demonstre-a no braço do pesquisador. Em seguida, no braço do participante. Depois, demonstre a estimulação em cada local de teste.A bobina deve ser orientada tangencialmente ao couro cabeludo, de modo que a linha do fluxo magnético máximo intersecte o local estimulado. Monitore a posição da bobina durante todo o experimento. Em alguns casos, isso pode causar desconforto, que pode ser atenuado ajustando-se a orientação da bobina.Se o participante não tolerar a estimulação, o teste deverá ser interrompido. No entanto, isso não é comum. Utilize uma tarefa localizadora que avalie a função cognitiva de interesse e que apresente um comportamento mensurável, como tempo de reação, precisão ou movimentos oculares.Crie várias versões da tarefa para evitar a repetição dos estímulos na primeira sessão de prática. Permita que o participante pratique a tarefa sem estimulação. Na próxima sessão de prática, introduza a TMS de forma pseudoaleatória em 50% dos ensaios após as sessões de prática.Realize a tarefa de localização no primeiro sítio de estimulação. Verifique imediatamente se a estimulação magnética transcraniana (TMS) afetou o desempenho do participante, por exemplo, produzindo tempos de reação mais longos em comparação com a condição sem TMS. Escolha sítios onde a TMS produza um efeito consistente, razoável e específico ao sítio.Às vezes, um local incorreto pode realmente facilitar as respostas em relação à ausência de estimulação, devido à facilitação intersensorial. Além disso, grandes efeitos provocados pela EST são geralmente artifatos e exigem reavaliação. Teste múltiplos locais consecutivamente na mesma sessão.E certifique-se de equilibrar a ordem em que os sítios são estimulados entre os participantes após a localização, e, na mesma sessão, realize o experimento principal utilizando o sítio de estimulação que foi localizado funcionalmente. Use uma tarefa diferente daquela utilizada para a localização, mas que compartilhe o processo principal de interesse. Por exemplo, uma tarefa de julgamento de rima para a localização e uma tarefa de julgamento de homófonos para o experimento principal.Ambas as tarefas aqui exigem o processamento fonológico de palavras escritas, embora as demandas específicas das tarefas e os estímulos diferam para demonstrar a especificidade funcional do local testado, incluindo uma tarefa que não envolva o processo de interesse. Além disso, teste um local controle para demonstrar a especificidade anatômica do efeito. Agora, realize um experimento tradicional de lesão virtual utilizando os mesmos parâmetros de EMT usados durante a localização e/ou um experimento cronométrico de EMT, que substitui a série de pulsos usada durante a localização por um único pulso ou dois pulsos aplicados em diferentes momentos.Esta investigação testou se o giro supramarginal esquerdo está causalmente envolvido no processamento dos sons das palavras. Cinco pulsos de TMS repetitiva, entregues a 10 hertz e 55% da intensidade máxima, foram aplicados no giro supramarginal. Durante três tarefas, cada uma com 100 tentativas, uma tarefa fonológica focalizou a atenção nos sons das palavras.Ensaios com TMS apresentam tempos de reação significativamente mais longos do que ensaios sem TMS, indicando que o TMS interrompeu o processamento fonológico em uma tarefa de controle semântico focada no significado das palavras. Ensaios com TMS não diferem significativamente dos ensaios sem TMS, indicando que o TMS não interrompeu significativamente o processamento semântico. O TMS aplicado ao giro supramarginal afetou seletivamente o processamento fonológico, mas não o processamento semântico.Uma tarefa de controle adicional apresentava pares de sequências de letras consonantais e solicitava se eram idênticas. Mais uma vez, a EMT não afetou o desempenho nesta tarefa de controle de forma alguma. A estimulação do SMG esquerdo interferiu seletivamente no processamento dos sons das palavras.Em seguida, investigou-se a dinâmica temporal do envolvimento do GMS no processamento fonológico utilizando a mesma tarefa. Pulsos duplos de TMS foram aplicados em cinco janelas temporais diferentes após o início do estímulo. Quando comparado à condição de linha de base, houve um aumento significativo nos tempos de reação quando o TMS foi aplicado nas três janelas temporais posteriores.Os resultados sugerem que o envolvimento do SMG no processamento fonológico começa cedo e se mantém por cerca de 100 milissegundos. É muito importante lembrar que os protocolos de EMT possuem um grande número de parâmetros livres, e a escolha dos parâmetros ideais é crucial para produzir efeitos robustos. Assim, cada experimento com EMT exige um extenso trabalho piloto.Uma vez que todos os parâmetros forem escolhidos, um experimento com EMT geralmente pode durar cerca de uma hora. No entanto, isso depende, é claro, do tempo necessário para o participante se familiarizar com o EMT, bem como do tempo necessário para localizar com sucesso um sítio de EMT. Mais importante ainda, considerações de segurança precisam ser levadas em conta sempre que você estiver planejando um experimento com EMT.E isso tem implicações importantes para aspectos como o número de tentativas às quais um participante é exposto, o número de condições que você pode testar e o número de locais que pode testar em um dia.

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Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

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