Summary
Phosphenes הן תפיסות של אור חולף כי יכול להיגרם על ידי הפעלת גירוי מגנטי Transcranial (TMS) לאזורים רגישים מבחינה ויזואלית של קליפת המוח. אנו מדגימים הפרוטוקול הסטנדרטי לקביעת ערך סף phosphene ולהציג שיטה חדשה לכימות וניתוח phosphenes נתפס.
Abstract
גירוי של קליפת המוח החזותית האנושית מייצרת תפיסה של אור חולף, המכונה phosphene. Phosphenes הם המושרה על ידי גירוי חשמלי פולשני של קליפת המוח העורפית, אלא גם על ידי גירוי פולשני מגנטי transcranial (TMS)
Protocol
1. גרימת Phosphene עם גירוי האונה העורפית העכבר
- בחדר אפלולי, במושב משתתף בתנוחה נוחה. האם המשתתף לשים על כובע השחייה, לספק להם הגנה שמיעה, ולהתאים את הכובע אטמי אוזניים עבור נוחות. כדי לאתר ולסמן את הנקודה הראשונית של גירוי, הראשון לזהות את inion, ולאחר מכן להעביר ~ 2cm rostrally ו ~ 2cm רוחבית (איור 1). לחלופין, מערכת stereotaxic frameless ניתן להשתמש כדי למקם את סליל TMS על האזור בקליפת המוח ממוקדים.
- באמצעות סליל סטנדרטי הספרה שמונה (פעמיים) TMS (70mm), מקום מרכז הסליל ישירות על המיקום נקבע בשלב הקודם. הסליל צריך לקיים משיק אל פני השטח של הקרקפת שכיוונו המדיאלי לכיוון לרוחב עם ידית מול הרחק קו האמצע (איור 2).
- כאשר המשתתף מוכן להחיל הדופק יחיד במוצא אינטנסיביות 60%. שאל את המשתתפים לתאר כל תחושה ויזואלית הם אולי נתפס. משתתפים שאינם נאיבי phosphenes עשויים להפיק תועלת לובש כיסוי העיניים. אם לא phosphene נמסר, למקם את סליל redeliver דופק. אם המשתתף עדיין לא דיווח phosphene, המשך מתן פולסים כל 7 עד 10 שניות (~ 0.1 הרץ), להגדיל את עוצמת ב -5% לאחר כל חמש ניסיונות עד בעוצמה של 100% הוא הגיע.
- כאשר המשתתף מדווח phosphene לשאול אותו או אותה לתאר בפירוט את מה שהם נתפסים כולל צורה, צבע ומיקום. הערה: Phosphenes אמור להופיע בשדה הראייה הנגדי כדי בחצי הכדור כי הוא מגורה. לדוגמה, אם TMS מוחל על הזכות בקליפה החזותית, phosphenes צריך להיות נתפס בשדה הראייה השמאלי.
- כאשר phosphenes מדווחים בצורה אמינה, לסמן את המיקום של הסליל על כובע השחייה.
2. השגת ערך סף Phosphene עבור באונה העורפית העכבר
- לספק סדרה של פולסים במיקום סליל אוריינטציה אותו כאמור לעיל. שאל את המשתתף לאשר את קיומו של phosphene המושרה.
- העברת פולסים כל 7 עד 10 שניות (~ 0.1 הרץ). להדריך את המשתתף לדווח, אחרי הדופק בכל, אם phosphene נתפס באמצעות הקריטריונים הבאים: עם phosphene "כן" נתפס באופן חד משמעי: "לא" היעדר תפיסה כל חזותית, "אולי" אם הם לא בטוח. "אולי" התגובה לא צריכה להיות מנה כתגובה חיובית בבואו לקבוע את ערך הסף.
- התאימו את עוצמת הגירוי, ומספק 10 פולסים בכל רמה אינטנסיביות, עד סף phosphene נקבע. סף מוגדר בעוצמה הנמוכה ביותר של גירוי בו משתתף הדיווחים phosphenes חד משמעי על חמישים אחוז לפחות של פולסים נמסר.
3. באמצעות מערכת LTaP (איור 3) על קביעת הגודל והמיקום של Phosphenes בנקודות קיבוע שונים
- סיאט המשתתף כך nasion (האזור שבין העיניים) הוא כ 30 ס"מ ממרכז המסך הקרנה.
- כדי להסתגל המשתתף למערכת LTaP, לתת להם את מצביע לייזר ולהדריך אותם להתאמן דמויות התחקות הדומות phosphenes נתפס. אם המשתתף צריך להתאמן יותר, אתה יכול לשאול את המשתתף לכוון את נקודת לייזר למקומות הצביעו על מסך ההקרנה. כאשר המשתתף הוא היכרות עם מערכת LTaP יכול במדויק לצייר צורות על המסך, להעביר סדרה של פולסים TMS למיקום המסומן בשלבים הקודמים מספיק כדי לגרום phosphene גלוי. שאל את המשתתפים לאתר או המתאר phosphene נתפס על מסך הקרנה באמצעות מצביע לייזר.
- בשלושת תנאי מבחן עוצמת הגירוי צריך להיות 120% מערך הסף שנקבע. לדוגמה, אם נקבע את ערך הסף הוא 65%, ערך את עוצמת הגירוי צריך להיות מוגדר 78%. מיקום סליל והכיוון זהים נחוש המתואר על השלבים שלעיל.
- בחלק הראשון של שלושת תנאי המבחן, יש המשתתף ישיר מבטם לעבר נקודת קיבעון מרכזי. לאחר מתן דופק להנחות את המשתתף לאתר או המתאר phosphene נתפס בעזרת מצביע לייזר. לספק סדרה של פולסים מספיק כדי לגרום ten phosphenes.
- בתנאי המבחן השני, יש המשתתף ישיר מבטם לעבר נקודת קיבעון זה מוגבה 45 ° מנקודת הקיבעון המרכזי. חזור על פרוטוקול כמתואר למצב הראשון.
- בתנאי המבחן השלישי, יש המשתתף ישיר מבטם לעבר נקודת קיבעון כי היא ממוצבת 45 מעלות ימינה של נקודת קיבעון מרכזי. חזור על פרוטוקול כמתואר למצב הראשון.
4. נתוניםalysis
- לאחר השלמת נתוני המחקר שהתקבלו במערכת LTaP ניתן לנתח. הפלט של מערכת LTAP מורכב של קובץ XML. כולל צבע מקודד קואורדינטות XY עם חותמות זמן עבור כל רשומה מעקב. לנתח את הנתונים כדי לזהות את השינוי בעמדה phosphene התייחסות משמרת של המבט.
5. נציג תוצאות
כאשר הסליל TMS ממוקמת מעל האונה הימנית כל phosphenes יש לשים לב בשדה הראייה השמאלי. כאשר המשתתפים מונחים להסתכל ישר קדימה, phosphenes ממוקמים בדרך כלל תחתון של שדה הראיה השמאלי. Phosphenes צריך לנוע בהתאם לשינוי במבט חזותי (בין 45 ° אנכית או אופקית מן הקיבעון המרכזי) (איור 4).
באיור 1. איתור וסימון באתר הגירוי הראשוני. עבור אזורים ויזואליים העורפית, אתר הגירוי הראשוני (א) נמצא בדרך כלל ~ 2 ס"מ dorsally ו ~ 2 ס"מ רוחבית מתוך inion (ב).
איור 2. מקם את הסליל לגירוי. מרכז הסליל מוחזק משיק את הקרקפת באתר של גירוי. כדי למזער את התפשטות מכוון של, גירוי לכוון את הידית של הסליל הרחק קו האמצע.
איור 3. המערכת (מעקב לייזר ציור) LTaP. למשתתף (א) יושב מול מסך מקרן אחורי (ב). לאחר גירוי על ידי סליל TMS (ג), המשתתף משתמש מצביע לייזר (ד) כדי לצייר את phosphenes נתפס על המסך (ד). הפונה אחורה מצלמת (ה) הרשומות לייזר הזנות אותו למחשב (ו) מפעיל את התוכנה LTaP. הנתונים צפוי ואז בחזרה דרך מקרן אחורי הפונה (ז) על גבי המסך.
איור 4. לאחר עיבוד הנתונים LTaP. המיקום והגודל של phosphenes נתפס (צורות לבן) מוצגים יחסית למיקום של קיבעון, שמסומן על ידי הכוונת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בסרטון זה, יש לנו הפגינו הפרוטוקול הסטנדרטי להשגת ערך סף phosphene והציג שיטה חדשה הקלטה phosphene גודל ומיקום שדה הראייה. Phosphenes היו שהושרו על ידי מתן פולסים בודדים של TMS לקליפת המוח העורפית ימין סמוך לקוטב העורפית. ערכי הסף Phosphene מספקות אינדיקציה ערך של קליפת המוח רגישות יחסית וכן שימשו גם כאמצעי התוצאה ואת כאמצעי לקביעת עוצמת המתאים של TMS במגוון של מחקרים התפיסה החזותית האנושית 8-12.
Phosphenes המושרה על ידי TMS לספק אמצעי מהותי ולא פולשנית לחקירת מערכת הראייה. עם זאת, הבעיה המובנית הוא עקבי הקלטה לכימות נתונים. המערכת LTaP פותחה כדי להתמודד עם האתגר הזה מספק שיטה phosphenes הקלטה כמו נתונים אובייקטיביים וכמותיים. באמצעות מצלמת אינטרנט, LTaP רושם את הנקודה על המסך הקרנה המיוצרים על ידי הלייזר. נקודות אלה מתורגמים שורה של קואורדינטות XY כי נרשמים בזמן אמת המוקרן בו זמנית על גבי המסך האחורי, מתן משתתף עם משוב מיידי.
בחדר אפלולי, המשתתפים ישבו ישירות מול מסך הקרנה והורה לאתר את phosphene נתפס על גבי המסך באמצעות מצביע הלייזר. Phosphenes מרובים היו שהושרו בעוד המשתתפים קיבלו הוראה לשמור על קיבוע בשלושה מקומות שונים: מרכז המסך, בגובה 45 ° מהנקודה המרכזית, 45 ° לימין קיבעון מרכזי. בכל מקרה, התוצאות עלו בקנה אחד עם מיקום החזוי של phosphene נתפס. כאשר TMS היה מוחל על באונה הימנית כל phosphenes נצפו בשדה הראייה השמאלי, עולה בקנה אחד עם הארגון retinotopic של מערכת הראייה. יתר על כן, כמו קיבעון השתנה, המיקום של phosphenes רשמה היה עקור כצפוי בכיוון של מבט.
כאשר נעשה שימוש בשילוב עם שיטות מחקר אחרות במערכת LTaP יכול מאוד לשפר את השירות של עיצובים ניסיוניים לנצל phosphenes לחקור את מערכת הראייה. כמה יתרונות ניכרים: את הפיתוח של המערכת היא חסכונית וקלה לשכפל, נתונים הקלטה על ניסויים מרובים באתר אחד אמין מקלה מורכבים שלאחר הניתוח שאחרת קשה להוכיח. והכי חשוב, המשתתפים מסוגלים מיד ובעקביות שיא phosphenes נתפס על שדה גדול של תצוגה (~ 108 מעלות) בלי לזוז, ולכן שינוי שלהם מסגרת של הפניה, בין הניסויים. היכולת להשוות ולנתח phosphenes על פני נושאים תחת תנאים ניסויים שונים יגביר את ההבנה שלנו של המוח ומערכת הראייה. יתר על כן, כאשר מערכת LTaP פותחה כדי לענות על בעיה ספציפית, השירות שלה הוא מרחיקות לכת החלים על תחומים אחרים בתוך המוח או שדות קשורים אחרים.
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).
