Summary
Fosfenen zijn van voorbijgaande aard waarneming van licht die kunnen worden veroorzaakt door de toepassing van transcraniële magnetische stimulatie (TMS) om visueel gevoelige gebieden van de cortex. Demonstreren we een standaard protocol voor het bepalen van de phosphene drempelwaarde en invoering van een nieuwe methode voor het kwantificeren en analyseren van ervaren fosfenen.
Abstract
Stimulatie van de menselijke visuele cortex produceert een tijdelijke waarneming van het licht, die bekend staat als een phosphene. Fosfenen worden veroorzaakt door invasieve elektrische stimulatie van de occipitale cortex, maar ook door niet-invasieve transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
Protocol
1. Induceren van een Phosphene met stimulatie naar rechts occipitale kwab
- In een slecht verlichte kamer, zetel van de deelnemer in een comfortabele positie. Laat de deelnemer op een badmuts, hen te voorzien van gehoorbescherming, en pas de dop en oordopjes voor comfort. Te vinden en markeren het beginpunt van de stimulatie, eerst identificeren van de INION, en verplaats ~ 2cm rostraal en ~ 2 cm lateraal (figuur 1). Als alternatief kan een frameloze stereotaxische systeem gebruikt worden om de TMS spoel positie over de beoogde corticale regio.
- Met behulp van een standaard figuur-acht (dubbel) TMS spoel (70mm), plaats het middelpunt van de spoel direct over de locatie bepaald in de vorige stap. De spoel moet worden gehouden rakend aan het oppervlak van de hoofdhuid en georiënteerd in een mediaal naar lateraal oriëntatie met het handvat naar weg van de middellijn (figuur 2).
- Als de deelnemer klaar is, breng dan een enkele puls op 60% intensiteit output. Vraag de deelnemer op een visuele sensatie die ze hebben waargenomen te beschrijven. Deelnemers die naïef zijn om te fosfenen kunnen baat hebben bij het dragen van een blinddoek. Als er geen phosphene werd gerapporteerd, verplaatsen van de spoel en doorleveren een puls. Indien de deelnemer nog steeds geen verslag van een phosphene, blijven leveren pulsen om de 7 tot 10 seconden (~ 0,1 Hz), het verhogen van de intensiteit met 5% na elke vijf pogingen tot 100% intensiteit is bereikt.
- Wanneer de deelnemer meldt een phosphene vraag hem of haar te beschrijven in detail wat ze waargenomen waaronder kleur, vorm en locatie. Let op: Fosfenen moet in de contralaterale visuele veld verschijnen om de hemisfeer die wordt gestimuleerd. Bijvoorbeeld als TMS is aangebracht over de juiste visuele cortex, zou fosfenen worden waargenomen in het linker visuele veld.
- Wanneer fosfenen betrouwbaar worden gemeld, markeren de plaats van de spoel op de badmuts.
2. Het verkrijgen van een Phosphene drempelwaarde voor de rechter occipitale kwab
- Leveren van een reeks van pulsen op dezelfde spoel locatie en oriëntatie, zoals hierboven. Vraag de deelnemer om de aanwezigheid van de geïnduceerde phosphene te bevestigen.
- Lever pulsen om de 7 tot 10 seconden (~ 0,1 Hz). Instrueer de deelnemer te melden, na elke puls, of een phosphene werd gezien met behulp van de volgende criteria: met een "ja" een ondubbelzinnig waargenomen phosphene, "nee" het ontbreken van visuele waarneming, "misschien" als ze niet zeker bent. Een "misschien" reactie mag niet worden geteld als een positieve reactie bij het bepalen van de drempelwaarde.
- Stel de stimulatie-intensiteit, het leveren van 10 pulsen op elk intensiteit, totdat er een phosphene drempel wordt bepaald. De drempel wordt gedefinieerd als de laagste intensiteit van de stimulatie waarbij de deelnemer ondubbelzinnige fosfenen rapporten voor ten minste vijftig procent van de geleverde pulsen.
3. Met behulp van de LTaP System (figuur 3) tot bepaling van de omvang en locatie van Fosfenen op verschillende punten Fixation
- De stoel van de deelnemer, zodat het nasion (gebied tussen de ogen) is ongeveer 30 cm uit het midden van het projectiescherm.
- Te acclimatiseren van de deelnemer aan de LTaP systeem, geef ze de laser pointer en instrueren hen om het traceren van figuren die lijken op waargenomen fosfenen praktijk. Indien de deelnemer heeft behoefte aan meer praktijk, kan je vragen de deelnemer aan de laser point direct aan aangegeven locaties op het projectiescherm. Wanneer de deelnemer bekend is met de LTaP systeem en kan nauwkeurig tekenen vormen op het scherm, leveren een serie van TMS pulsen naar de locatie gemarkeerd in de vorige stappen voldoende om een zichtbare phosphene induceren. Vraag de deelnemer op te sporen of een schema, de gepercipieerde phosphene op het projectiescherm met behulp van de laser pointer.
- In de drie testomstandigheden de stimulus intensiteit moet 120% van de geconstateerde drempelwaarde worden. Bijvoorbeeld, als de bepaalde drempelwaarde is 65%, moet de stimulus intensiteit waarde worden ingesteld op 78%. De spoel locatie en oriëntatie zijn dezelfde als bepaald en beschreven in de bovenstaande stappen.
- In de eerste van de drie testcondities, hebben de deelnemers hun blik te richten op een centraal punt fixatie. Na het leveren van een impuls te instrueren de deelnemer op te sporen of een overzicht van de waargenomen phosphene behulp van de laser pointer. Leveren een reeks van pulsen voldoende om tien fosfenen induceren.
- In de tweede proef voorwaarde, hebben de deelnemers hun blik te richten op een fixatie punt dat 45 ° is verhoogd van het centrale fixatiepunt. Herhaal het protocol zoals beschreven voor de eerste voorwaarde.
- In de derde proef staat, hebben de deelnemers hun blik te richten op een fixatie punt dat 45 ° is gepositioneerd aan de rechterkant van het centrale fixatie punt. Herhaal het protocol zoals beschreven voor de eerste voorwaarde.
4. Een gegevensALYSE
- Na de voltooiing van de studie gegevens van het LTaP systeem kan worden geanalyseerd. De output van de LTAP systeem bestaat uit een. Xml-bestand met een kleurcode XY coördinaten met timestamps voor elke record tracing. Analyseer de gegevens om de verschuiving in phosphene positie in verwijzing op te sporen verschuiving van de blik.
5. Representatieve resultaten
Wanneer de TMS spoel wordt geplaatst over de rechterhersenhelft alle fosfenen moet worden waargenomen in het linker visuele veld. Wanneer de deelnemers krijgen de opdracht om recht vooruit te kijken, zijn fosfenen meestal gevestigd in de linker visuele veld. Fosfenen moet bewegen in overeenstemming met de verschuiving in de visuele blik (ofwel 45 ° verticaal of horizontaal van de centrale fixatie) (figuur 4).
Figuur 1. Opsporen en markeren van de eerste stimulatie site. Voor occipital visuele gebieden, de initiële stimulatie site (een) is typisch ~ 2 cm dorsaal gelegen en ~ 2 cm lateraal van de INION (b).
Figuur 2. Plaats de spoel voor stimulatie. Het centrum van de spoel wordt gehouden raakt aan de hoofdhuid op de plaats van stimulatie. Het minimaliseren van een onbedoelde verspreiding van stimulatie, oriënteren de handgreep van de spoel weg van de middellijn.
Figuur 3. De LTaP (Laser Tracking en Schilderen) systeem. Een deelnemer (a) zit in de voorkant van een projectie scherm (b). Na stimulatie door de TMS spoel (c), de deelnemer maakt gebruik van een laser pointer (d) het opstellen van de waargenomen fosfenen op het scherm (d). Een naar achteren gerichte webcam (e) de administratie van de laser en voert het naar een computer (f) het uitvoeren van de LTaP software. De gegevens worden vervolgens weer op het scherm geprojecteerd via een achterwaarts gericht projector (g).
Figuur 4. Post-verwerking van de LTaP gegevens. De locatie en de grootte van de waargenomen fosfenen (wit vormen) worden getoond ten opzichte van de locatie van de fixatie, aangegeven door het dradenkruis.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In deze video, hebben we aangetoond een standaard protocol voor het verkrijgen van een phosphene drempelwaarde en introduceerde een nieuwe methode voor het opnemen phosphene grootte en gezichtsveld locatie. Fosfenen werden uitgelokt door het leveren van afzonderlijke pulsen van TMS om de juiste occipitale cortex grenzend aan de achterhoofdsknobbel paal. Phosphene drempelwaarden een waardevolle indicatie van de relatieve corticale prikkelbaarheid, en werden gebruikt als uitkomstmaat en als een middel van het bepalen van de juiste intensiteit van de TMS in verschillende studies van de menselijke visuele waarneming 8-12.
Fosfenen veroorzaakt door TMS bieden een intrinsieke en niet-invasieve maat voor het onderzoeken van het visuele systeem. Echter, een inherent probleem is in het opnemen van consequent en kwantificeren van gegevens. Het LTaP systeem is ontwikkeld om deze uitdaging te confronteren en biedt een methode voor het opnemen van fosfenen als objectieve en meetbare gegevens. Met behulp van een webcam, LTaP registreert het punt op het projectiescherm geproduceerd door de laser. Deze punten worden vertaald in een reeks van XY coördinaten die zijn opgenomen in real-time en tegelijkertijd terug op het scherm geprojecteerd, die de deelnemer met onmiddellijke feedback.
In een slecht verlichte kamer, werden de deelnemers zitten direct voor een projectiescherm en de opdracht om de waargenomen phosphene spoor op het scherm met behulp van een laser pointer. Meerdere fosfenen werden uitgelokt, terwijl de deelnemers waren geïnstrueerd om fixatie te behouden in drie verschillende locaties: het midden van het scherm, op 45 ° hoogte van het centrale punt, en 45 ° naar rechts van de centrale fixatie. In elk geval waren de resultaten consistent met de voorspelde locatie van de waargenomen phosphene. Toen TMS is aangebracht op de rechter hersenhelft alle fosfenen werden waargenomen in het linker visuele veld, in overeenstemming met de retinotopische organisatie van het visuele systeem. Bovendien, zoals fixatie veranderde, was de locatie van de opgenomen fosfenen voorspelbaar verplaatst in de richting van de blik.
Bij gebruik in combinatie met andere methoden van onderzoek van de LTaP systeem kan sterk verbeteren van de bruikbaarheid van de experimentele ontwerpen die fosfenen aan het visuele systeem sonde te gebruiken. Meerdere voordelen zijn evident: de ontwikkeling van het systeem is kosteneffectief en eenvoudig te repliceren, registratie van gegevens over meerdere proeven in een enkele database betrouwbaar maakt complexe post-analyse die anders moeilijk. Het belangrijkste is dat de deelnemers in staat zijn om onmiddellijk en consequent waargenomen fosfenen te nemen over een groot gezichtsveld (~ 108 °) zonder te bewegen, en dus het veranderen van hun frame-of-referentie, tussen de proeven. De mogelijkheid om te vergelijken en te analyseren fosfenen over onderwerpen en onder verschillende experimentele omstandigheden zal ons begrip van de hersenen en het visuele systeem. Bovendien, terwijl het LTaP systeem is ontwikkeld om een specifiek probleem aan te pakken, het nut is ingrijpend en van toepassing zijn op andere domeinen binnen de neurowetenschappen of andere niet verwante velden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| TMS | Magstim | Magstim 200 | |
| Webcam | Logitech | QuickCam Orbit MP | |
| Projector | Epson | Epson PowerLite 7900p | |
| Projection Screen | DA LITE | Da-View fast-fold deluxe screen | |
| Laser Pointer | Generic |
References
- 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).
