Summary
In dit artikel onderzoeken we de effecten van visueel relevante stand afhankelijkheid van TMS geïnduceerde motief phosphenic presentaties.
Abstract
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een niet-invasieve neurostimulatory en neuromodulatory techniek die kan kortstondig of langdurig corticale prikkelbaarheid (ofwel te verhogen of te verlagen) moduleren via de toepassing van gelokaliseerde magnetische veld pulsen. 1,2 Op het gebied van TMS, de term staat afhankelijkheid verwijst naar de oorspronkelijke, baseline conditie van de bepaalde neurale regio gericht op stimulatie. Zoals kan worden afgeleid, kunnen de effecten van TMS (en doen) afhankelijk van deze primaire gevoeligheid en het reactievermogen van de beoogde corticale gebied. 3,4,5
In dit experiment zullen we dit concept van de staat afhankelijk te onderzoeken door middel van de uitlokking en de subjectieve ervaring van motief fosfenen. Fosfenen zijn visueel waargenomen flitsen van kleine lichtjes veroorzaakt door elektromagnetische pulsen aan de visuele cortex. Deze kleine lampjes kunnen aannemen gevarieerd kenmerken, afhankelijk van het type van de visuele cortex wordt gestimuleerd. In dit specifieke onderzoek, zullen we richten motief fosfenen als opgewekt door middel van het stimuleren van V1/V2 en de V5/MT + complexe visuele gebieden. 6
Protocol
1) Voorbereiding
- Om te beginnen, zetel het onderwerp in een comfortabele stoel voor een computerscherm.
- Gebruik een meetlint om de afstand tussen het scherm en het onderwerp nasion is 60 cm te verzekeren.
- Tot slot, plaats een licht-blokkerende masker over de ogen van het onderwerp.
2) Bepalen Phosphene Drempel meer dan V1/V2
- Het kennen van het onderwerp phosphene drempel zal belangrijk zijn bij het verkennen van phosphenic gedrag verderop in dit protocol. Voor het bepalen van deze drempel, stelt u eerst de TMS machine tot 70% vermogen.
- Houd de spoel zodat de bovenkant van de figuur-acht gezichten craniale middellijn.
- Begin enkele puls stimulatie op een punt ongeveer 3 cm boven de INION.
- Na elke puls, vraag het onder voorbehoud van eventuele phosphenic ervaring melden.
- Begin het bewegen van de spoel in een kleine zoektocht raster rond deze regio (V1/V2).
- Bepaal de locatie waar stimulatie lokt consistente en eenduidige phosphene rapporten van het onderwerp. Het is theorie dat TMS zal niet kunnen fosfenen ontlokken in ongeveer 40% van de bevolking, dus er is een kans dat de onderwerp zal geen rapport niets. Als dit het geval is, helaas, zal dit experiment niet werken. Het onderwerp zou moeten worden toegestaan om te vertrekken.
- Zodra de phosphenic "hotspot" is gevonden, past u de TMS vermogen op en neer tot het onderwerp rapporten fosfenen precies drie van zes opeenvolgende pulsen. Dit vermogen is van het onderwerp V1/V2 drempel. Indien beschikbaar, kan neuronavigatie worden gebruikt om een grotere ruimtelijke precisie te bereiken bij het lokaliseren en gericht op de V1/V2 hotspot.
3) Bepalen Phosphenic Drempel over de V5/MT + Complex
- Met dezelfde hiervoor genoemde procedure en parameters, zullen we nu bepalen phosphene drempel over de V5/MT + complex. Naar deze regio te lokaliseren, te beginnen op een punt 3 cm dorsale en 5 cm lateraal van INION van het onderwerp.
- Na elke puls, vraag het onder voorbehoud van eventuele phosphenic ervaring melden.
- Opnieuw, met behulp van aparte pulsen, beginnen aan een kleine zoektocht rasterpatroon tot eenduidige en consistente fosfenen zijn opgewekt.
- Pas ten slotte de TMS vermogen op en neer tot het onderwerp rapporten fosfenen precies drie van de zes opeenvolgende pulsen. Dit vermogen is van het onderwerp V5/MT + complex drempel. Nogmaals, indien beschikbaar, neuronavigatie kan worden gebruikt om een grotere ruimtelijke precisie te bereiken bij het lokaliseren en gericht op de V5/MT + hotspot.
4) Het bepalen van Baseline Phosphene Gedrag
- Zodra phosphene drempel is vastgesteld voor zowel de visuele gebieden, moeten we baseline phosphenic gedrag te meten. Om dit te doen, verwijdert u eerst het onderwerp licht-blokkerende masker.
- Vervolgens instrueren het onderwerp te staren op een stabiele fixatie kruis gepresenteerd in het midden van het computerscherm gedurende 60 seconden.
- Vervang het masker en in de loop van de V1/V2 hot spot, het genereren van een enkele puls trein voor de 3-seconden op 120% V1/V2 drempel.
- Wacht vijf-seconden en gedrag een andere trein.
- Nogmaals, wacht vijf-seconden en voeren een derde trein.
- Na de derde single pulstrein, vraag het onderwerp te beschrijven van de locatie en motief eigenschappen van een opgewekt fosfenen. Dit zal de basislijn worden.
- Herhaal dezelfde procedure over de V5/MT + hot spot (vergeet niet de TMS de macht weer op 120% van de V5/MT + drempel).
5) Conditie Number One
- Zodra de phophenic baseline is vastgesteld, verwijdert u het onderwerp licht-blokkerende masker weer.
- Instrueer het onderwerp te staren op een stabiele fixatie kruis gepresenteerd in het midden van het computerscherm gedurende 60 seconden. Deze keer, in plaats van een leeg scherm, zullen we een reeks van bewegende stippen verankeren op verschillende locaties rond het kruis.
Figuur 1 aanpassen stimuli voor conditie een:. Eenvoudige translationele beweging. Alle punten gaan samenhangend naar links of naar rechts.
Zorg ervoor dat alle punten bewegen in dezelfde richting. Deze stimulans moet dienen om veroorzaken visuele adaptatie: een fenomeen waarbij veranderingen in de neurale prikkelbaarheid zoals veroorzaakt door langdurige blootstelling aan een stimuli dient om vertekening van de waarneming van achteraf gepresenteerde stimuli. - Na 60 seconden, vervang het masker en in de loop van de V1/V2 hotspot, het genereren van een enkele puls trein gedurende 3 seconden op 120% V1/V2 drempel.
- Wacht vijf seconden en herhaal dit nog twee keer.
- Na drie treinen, vraag het onderwerp het verslag van de locaties en motief eigenschappen van een opgewekt fosfenen. Indien beschikbaar, kan het gebruik van een oogbeweging tracking systeem in een donkere kamer te helpen een grotere precisie en kwantitatieve controle van de oogbewegingen van proefpersonen tijdens phosphene elicitations.
- Ga door met dit three-train/report volgorde tot phospHeNe gedrag keert terug naar de baseline activiteit.
- Herhaal deze procedure voor de V5/MT + complex hotspot.
6) Conditie Number Two
- In deze tweede voorwaarde, herhaal dezelfde procedure gebruikt voor een aandoening. Deze keer, echter, in plaats van de presentatie van het onderwerp met een reeks van punten bewegen in een richting enkelvoud, presenteren het onderwerp met een reeks van punten elk bewegen in de relatieve kardinaal richting weg van een centraal punt - vergelijkbaar met een "star burst" patroon .
Figuur 2 Aanpassing van stimuli voor conditie twee:. Radiale beweging. Stippen bewegen in respectieve windrichtingen of naar of vanuit een centraal punt. - Zoals al eerder, na 60 seconden, het masker vervangen, voeren een reeks van drie, 120%-drempel treinen meer dan V1/V2, vraag dan om een onderwerp rapport, en doorgaan tot de uitgangswaarde terugkeert.
- Herhaal dit voor V5/MT +.
7) Diagram
- Als optie, na elke toestand (of na aan alle voorwaarden is voltooid), vraag het onderwerp aan de regio's en motieven het gedrag van elke reeks van phopsphenes op een grafiek te tekenen. Dit is niet een integrale stap, maar zal u te voorzien van een andere set van interpreteerbare gegevens.
8) representatieve resultaten
Visuele aanpassing aan de uni-directional motief stimuli moeten wekken een identieke phosphenic beweging over V1/V2. 
Figuur 3. Voorbeelden van fosfenen geïnduceerde van V1/V2 in het rechter-en linker hersenhelft tijdens een voorwaarde (op basis van de tekeningen van de patiënten).
De V5/MT + complex fosfenen moet ook worden beïnvloed, zodanig dat de phosphene nu weergegeven als een som van de beweging richting in de aanpassing stimulus en de basislijn phosphene.
Moet echter visuele aanpassing aan de starburst patroon uitlokken een identieke starburst phosphenic beweging van de V5/MT + complex, maar verandert niets aan het V1/V2 baseline. 
Figuur 4. Voorbeelden van fosfenen geïnduceerde uit de V5/MT + complex in de rechter-en linker hersenhelft in staat twee (op basis van de tekeningen van de patiënten).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit experiment wordt in het hart van de staat afhankelijkheid. Neuronen in V1/V2 worden verondersteld overeen te komen met eenvoudige, gerichte beweging 7,8 Daarom is aanpassing aan de uni-directional motief stimuli de prikkelbaarheid van neuronen registreren van deze beweging verhoogd -. Als zodanig, moeten zij worden de eerste om te reageren op de TMS puls. De V5/MT + complex bevat ook neuronen afgestemd op eenvoudige translatie beweging, dus de fosfenen geïnduceerde uit deze regio moet ook worden beïnvloed door de aanpassing stimulus. Echter, de V5/MT + complex is ook gedacht aan verschillende neuronen die radiale beweging registreren bevatten. 9,10 Hierdoor starburst de patroon moet de toestand van de V5 veranderen, maar niet V1/V2. Door de aanpassing om eenvoudige of complexe translationele radiale beweging, kunnen we effectief bepalen welke neuronale populatie in de V5/MT + complex reageert snelste op de TMS puls.
Wetende dat een specifieke neuronale populatie kan worden voorbereid om beter te reageren op TMS zijn dan de omringende neuronale populatie geldt ongelooflijke belofte voor zowel het gebied van de cognitieve neurowetenschappen en therapeutische behandeling. Het benutten van de staat afhankelijkheid effecten, misschien een argument kan worden gemaakt voor het voorschrijven van fysiotherapie, psychotherapie of andere gedrags "priming" therapieën voor het toedienen van therapeutische TMS treinen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Light Blocking Eye Mask | |||
| Ear Plugs | |||
| Swim Cap | |||
| Marker | |||
| Tape Measure | |||
| Blank Graph Paper | |||
| Stimuli Developed & Presented on Computer using Adobe Photoshop | |||
| Any Single Pulse Capable TMS Device | |||
| Any Figure-of-Eight Coil |
References
- 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).
