Summary
Phosphene sind vergänglich Wahrnehmungen von Licht, das durch die Anwendung Transkranielle Magnetstimulation (TMS), um visuell sensiblen Regionen des Kortex induziert werden kann. Wir zeigen ein Standard-Protokoll für die Bestimmung der Phosphen Schwellenwert und stellen eine neuartige Methode zur Quantifizierung und Analyse wahrgenommen Phosphene.
Abstract
Stimulation des menschlichen visuellen Kortex erzeugt eine vorübergehende Wahrnehmung von Licht, als Phosphen bekannt. Phosphenes durch invasive elektrische Stimulation des okzipitalen Kortex induziert, sondern auch durch nicht-invasive transkranielle Magnetstimulation (TMS)
Protocol
1. Induktion einer Phosphene mit Stimulation des rechten Occipitallappen
- In einem schwach beleuchteten Raum, der Sitz des Teilnehmers in eine bequeme Position. Lassen Sie die Teilnehmer auf einer Badekappe setzen, ihnen Schutz des Gehörs, und passen Sie die Kappe und Ohrstöpsel für Komfort. Ermitteln und markieren den Ausgangspunkt der Stimulation, zuerst die Inion, und verschieben Sie dann ~ 2cm rostral und ~ 2cm lateral (Abb. 1). Alternativ kann eine rahmenlose stereotaktische System verwendet, um die TMS-Spule über die gezielte kortikalen Bereich zu positionieren.
- Mit einem Standard-Achter (double) TMS-Spule (70 mm), legen Sie die Mitte der Spule direkt über dem Ort im vorherigen Schritt bestimmt. Die Spule sollte statt tangential zur Oberfläche der Kopfhaut und orientiert in einer medial nach lateral Orientierung mit dem Griff abgewandten der Mittellinie (Abbildung 2).
- Wenn der Teilnehmer bereit ist, gelten ein einzelner Impuls bei 60% Leuchtkraft. Bitten Sie die Teilnehmer zu einer visuellen Empfindung sie wahrgenommen haben könnten beschreiben. Teilnehmer, die naiv zu Phosphene sind, können durch das Tragen einer Augenbinde profitieren. Wenn keine Phosphen berichtet wurde, neu zu positionieren die Spule und redeliver einen Impuls. Wenn der Teilnehmer noch nicht meldet ein Phosphen, weiterhin liefert Impulse jeder von 7 bis 10 Sekunden (~ 0,1 Hz), Erhöhung der Intensität um 5% nach jeweils fünf Versuche, bis 100% Intensität erreicht ist.
- Wenn der Teilnehmer meldet einen Phosphen ihn oder sie bitten, im Detail, was sie auch in Farbe, Form und Lage wahrgenommen zu beschreiben. Hinweis: Phosphenes sollte in der kontralateralen Gesichtsfeld der Hemisphäre, die stimuliert wird angezeigt. Zum Beispiel, wenn TMS über dem rechten visuellen Kortex angewandt wird, sollte Phosphene im linken Gesichtsfeld wahrgenommen werden.
- Wenn Phosphene zuverlässig gemeldet werden, markieren Sie die Position der Spule auf der Badekappe.
2. Die Erteilung einer Phosphene Schwellenwert für die Rechte Occipitallappen
- Liefern eine Reihe von Impulsen auf der gleichen Spule Lage und Orientierung wie oben. Bitten Sie die Teilnehmer auf die Anwesenheit der induzierten Phosphen bestätigen.
- Deliver Impulse jeder von 7 bis 10 Sekunden (~ 0,1 Hz). Weisen Sie den Teilnehmer zu berichten, nach jedem Puls, ob ein Phosphen wahrgenommen wurde anhand der folgenden Kriterien: mit einem "ja" eine eindeutig wahrgenommen Phosphen, "nein" das Fehlen jeglicher visuellen Wahrnehmung, "vielleicht", wenn sie nicht sicher sind. Ein "vielleicht" Antwort sollte nicht als positive Reaktion gewertet bei der Ermittlung des Schwellenwertes.
- Passen Sie die Intensität der Stimulation und liefert 10 Impulse bei jeder Intensität, bis ein Phosphen Schwelle bestimmt wird. Die Schwelle ist als die niedrigste Intensität der Stimulation, bei der die Teilnehmer Berichte eindeutige Phosphene für mindestens fünfzig Prozent der gelieferten Impulse definiert.
3. Mit dem LTAP System (Abbildung 3) zur Bestimmung der Größe und Lage der Phosphene bei verschiedenen Befestigungspunkten
- Sitz der Teilnehmer, so dass die Nasion (Bereich zwischen den Augen) ca. 30cm von der Mitte der Leinwand ist.
- Um zu akklimatisieren der Teilnehmer auf die LTAP System, geben Sie ihnen den Laser-Pointer und sie anweisen, Tracing Zahlen, dass die wahrgenommene Phosphene ähneln Praxis. Wenn der Teilnehmer braucht mehr Praxis, könnten Sie fragen die Teilnehmer an den Laser Punkt angegeben Orte auf der Leinwand zu lenken. Wenn der Teilnehmer ist mit dem System vertraut zu LTAP und genau zu zeichnen Formen auf dem Bildschirm, liefern eine Reihe von TMS-Pulse auf die Lage in den vorherigen Schritten ausreichend, um eine sichtbare Phosphen induzieren markiert. Bitten Sie den Teilnehmer zu verfolgen oder einen Überblick über die wahrgenommene Phosphen auf der Leinwand mit dem Laser Pointer.
- In den drei Test-Bedingungen der Reizintensität sollte 120% der ermittelten Schwellenwert. Zum Beispiel, wenn die ermittelte Schwellenwert liegt bei 65%, sollte die Reizintensität Wert auf 78% eingestellt werden. Die Spule Lage und Orientierung sind die gleichen wie festgelegt und beschrieben in der oben genannten Schritte.
- In der ersten der drei Test-Bedingungen haben sich die Teilnehmer richten ihre Blicke auf einen zentralen Fixationspunkt. Nach der Abgabe eines Impulses anweisen, die Teilnehmer zu verfolgen oder einen Überblick über die wahrgenommene Phosphen mit dem Laser Pointer. Liefern eine Reihe von Impulsen ausreichend zu zehn Phosphene zu induzieren.
- In der zweiten Versuchsbedingung wurden die Teilnehmer richten ihre Blicke nach einen Fixationspunkt, dass 45 ° erhöht wird vom zentralen Fixationspunkt. Wiederholen Sie das Protokoll für die erste Bedingung beschrieben.
- In der dritten Versuchsbedingung wurden die Teilnehmer richten ihre Blicke auf einen Fixationspunkt, dass 45 ° positioniert ist, um das Recht des zentralen Fixationspunkt. Wiederholen Sie das Protokoll für die erste Bedingung beschrieben.
4. Daten einAlysis
- Nach dem Abschluss der Studie Daten aus dem LTAP System erhalten können analysiert werden. Der Ausgang des LTAP System besteht aus einer. Xml-Datei mit farblich XY-Koordinaten mit Zeitstempeln für jeden Datensatz Tracing. Analysieren Sie die Daten, um die Verschiebung in Phosphen Position in Bezug auf Erkennung der Blick zu verlagern.
5. Repräsentative Ergebnisse
Wenn der TMS-Spule wird über die rechte Hemisphäre alle Phosphene im linken Gesichtsfeld beobachtet werden sollte platziert. Wenn die Teilnehmer aufgefordert werden, geradeaus schauen, sind Phosphene typischerweise in der linken unteren Gesichtsfeld befindet. Phosphenes im Einklang mit der Verschiebung der visuellen Blick zu bewegen (entweder 45 ° vertikal oder horizontal von der zentralen Fixierung) (Abbildung 4).
Abbildung 1. Das Auffinden und Markieren der initiale Stimulation Website. Für occipital visuellen Arealen, die initiale Stimulation Website (a) ist in der Regel ca. 2 cm dorsal und befindet sich ca. 2 cm seitlich von der Inion (b).
Abbildung 2. Position der Spule zur Stimulation. Die Mitte der Spule gehalten wird tangential an der Kopfhaut an der Stelle der Stimulation. Zur Minimierung einer ungewollten Ausbreitung von Stimulation, orientieren Sie den Griff der Spule von der Mittellinie entfernt.
Abbildung 3. Die LTAP (Laser Tracking and Painting)-System. Ein Teilnehmer (a) sitzt vor einer Leinwand für rückwärtige Projektion (b). Nach Stimulation durch die TMS-Spule (c), verwendet die Teilnehmer ein Laser-Pointer (d) auf die wahrgenommene Phosphene auf dem Bildschirm (d) zu zeichnen. Ein nach hinten gerichteten Webcam (e) Aufzeichnungen des Lasers und speist sie mit einem Computer (f) die Arbeit der LTAP Software. Die Daten werden dann wieder auf dem Bildschirm über einen nach hinten gerichteten Projektor (g) projiziert.
Abbildung 4. Post-Processing der LTAP Daten. Die Lage und Größe des wahrgenommenen Phosphene (weiße Formen) sind gezeigt relativ zum Ort der Fixierung, angedeutet durch das Fadenkreuz.
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Discussion
In diesem Video haben wir ein Standardprotokoll für den Erhalt einer Phosphen Schwellenwert gezeigt und führte eine neue Methode zur Aufzeichnung Phosphen Größe und Gesichtsfeld Lage. Phosphene wurde durch die Bereitstellung individueller Impulse von TMS auf der rechten okzipitalen Kortex neben dem Occipitalpols ausgelöst. Phosphene Grenzwerte stellen eine wertvolle Angabe der relativen kortikalen Erregbarkeit und haben sowohl als Ergebnis zu messen und als ein Mittel zur Bestimmung der angemessenen Intensität der TMS in verschiedenen Studien der menschlichen visuellen Wahrnehmung 8-12 verwendet wurde.
Phosphenes durch TMS induzierte bieten eine intrinsische und nicht-invasive Maßnahme zur Untersuchung des visuellen Systems. Allerdings ist ein inhärentes Problem in konsequent Erfassung und Quantifizierung der Daten. Die LTAP System wurde entwickelt, um diese Herausforderungen zu meistern und stellt eine Methode zur Aufzeichnung Phosphene als objektive und quantifizierbare Daten. Mit einer Webcam, registriert LTAP den Punkt auf der Projektionsfläche durch den Laser produziert. Diese Punkte werden in eine Reihe von XY-Koordinaten, die in Echtzeit aufgezeichnet werden und gleichzeitig zurück auf die Leinwand projiziert, die Bereitstellung der Teilnehmer mit sofortiger Rückmeldung übersetzt.
In einem schwach beleuchteten Raum, wurden die Teilnehmer direkt vor der Projektionsfläche sitzen und wies auf die wahrgenommene Phosphen auf den Bildschirm mit einem Laser-Pointer zu verfolgen. Mehrere Phosphene wurden ausgelöst, während die Teilnehmer wurden angewiesen, Fixierung in drei verschiedenen Standorten zu erhalten: die Mitte des Bildschirms, bei 45 ° Elevation von dem zentralen Punkt, und 45 ° nach rechts von zentraler Fixation. In jedem Fall wurden die Ergebnisse im Einklang mit der prognostizierten Lage der wahrgenommenen Phosphen. Wenn TMS wurde über die rechte Hemisphäre alle Phosphene im linken Gesichtsfeld beobachtet wurden, in Einklang mit dem retinotopen Organisation des visuellen Systems angewendet. Darüber, wie Fixierung verändert, war die Lage der aufgenommenen Phosphene erwartungsgemäß in der Blickrichtung verschoben.
In Verbindung mit anderen Untersuchungsmethoden verwendet die LTAP System kann erheblich verbessern den Nutzen der experimentellen Designs Phosphene um das visuelle System Sonde verwenden. Einige Vorteile liegen auf der Hand: die Entwicklung des Systems ist kostengünstig und einfach zu replizieren, Aufzeichnung von Daten über mehrere Studien in einer einzigen Datenbank zuverlässig erleichtert komplexe post-Analyse, die das Gegenteil beweisen würde schwierig. Am wichtigsten ist, werden die Teilnehmer in der Lage, sofort und konsequent Rekord wahrgenommen Phosphene über ein großes Sehfeld (~ 108 °) ohne sich zu bewegen und damit Änderung ihrer Frame-of-Referenz, zwischen Studien. Die Fähigkeit, zu vergleichen und zu analysieren Phosphene über Themen und unter verschiedenen experimentellen Bedingungen wird unser Verständnis des Gehirns und des visuellen Systems. Darüber hinaus, während die LTAP System wurde entwickelt, um ein spezifisches Problem anzusprechen, ist seine Nützlichkeit weit reichende und auf andere Domänen innerhalb Neurowissenschaften oder andere, nicht verwandte Felder.
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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
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