Summary
I denna artikel undersöker vi effekterna av visuellt berörda statliga beroendet av TMS inducerad presentationer motiv phosphenic.
Abstract
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) är en icke-invasiv neurostimulatory och neuromodulatory teknik som kan tillfälligt eller varaktigt modulera kortikal retbarhet (antingen öka eller minska den) genom tillämpning av lokala magnetfält pulser. 1,2 Inom TMS, termen staten beroende avser den inledande, ursprungliga tillståndet av särskilda neurala regionen riktade för stimulering. Som kan utläsas, kan effekterna av TMS (och gör) varierar beroende på denna primära känslighet och lyhördhet av de riktade kortikala området. 3,4,5
I detta experiment kommer vi att undersöka detta koncept av det statliga beroendet genom framtagning och subjektiva upplevelsen av motivet fosfener. Fosfener är visuellt uppfattas blinkar små lampor utlösas av elektromagnetiska pulser till syncentrum. Dessa små lampor kan anta olika egenskaper beroende på vilken typ av visuella cortex stimuleras. I denna studie kommer vi att rikta motiv fosfener som utlöste genom stimulering av v1/v2 och V5/MT + komplex visuell regioner. 6
Protocol
1) Förberedelse
- Till att börja med säte i ämnet i en bekväm stol framför en datorskärm.
- Använd ett måttband för att säkerställa att avståndet mellan skärmen och motivets nasion är 60 cm.
- Slutligen, placera en lätt-blockerande mask över motivets ögon.
2) Fastställande Phosphene Tröskel över v1/v2
- Att känna personens phosphene tröskeln kommer att vara viktigt när man utforskar phosphenic beteende senare i detta protokoll. Att fastställa denna gräns, först ställa TMS maskinen till 70% effekt.
- Håll spolen så att övre delen av figur-8 ansikten kraniella mittlinjen.
- Börja enstaka puls stimulering vid en punkt ca 3 cm ovanför Inion.
- Efter varje puls, be ämnet att rapportera alla phosphenic erfarenhet.
- Börja flytta spolen i en liten sökning rutnät runt denna region (v1/v2).
- Bestäm plats där stimulering framkallar konsekvent och entydigt phosphene rapporter från ämnet. Det har teorin att TMS kommer att kunna få fram fosfener i omkring 40% av befolkningen, så finns det en chans i ämnet kommer inte rapportera något. Om så är fallet tyvärr kommer detta experiment fungerar inte. Ämnet bör tillåtas att lämna.
- När phosphenic "hotspot" har varit placerad, justera TMS uteffekt upp och ner tills motivet rapporter fosfener för exakt 3 av 6 i rad pulser. Denna effekt är motivets v1/v2 tröskel. Om tillgängligt, kan neuronavigation användas för att uppnå större rumsliga precision vid lokalisering och inriktning på de v1/v2 hotspot.
3) Fastställande Phosphenic Tröskel över V5/MT + Complex
- Med samma ovan nämnda förfarande och parametrar, bedömer vi nu phosphene tröskel över V5/MT + komplex. För att hitta denna region, börja vid en punkt 3 cm rygg och 5 cm lateral att försökspersonens Inion.
- Efter varje puls, be ämnet att rapportera alla phosphenic erfarenhet.
- Igen, med enstaka pulser, börjar ett litet mönster sökning rutnät fram entydiga och konsekventa fosfener är framkallade.
- Slutligen, justera TMS uteffekt upp och ner tills motivet rapporter fosfener för exakt 3 av 6 i rad pulser. Denna effekt är motivets V5/MT + komplex tröskel. Återigen, om sådana finns, neuronavigation kan användas för att uppnå större rumsliga precision vid lokalisering och inriktning på de V5/MT + hotspot.
4) Fastställande Behavior Baseline Phosphene
- När phosphene tröskel har fastställts för både visuella områden, måste vi mäta beteende baslinjen phosphenic. För att göra detta, ta först bort motivets ljus-blockerande mask.
- Därefter instruerar förutsättning att stirra på en stabil fixering kors presenteras i mitten av skärmen i 60 sekunder.
- Byt ut masken och under de v1/v2 hot spot, genererar en enda pulståg för 3-sekunder på 120% v1/v2 tröskel.
- Vänta fem sekunder och utföra ett annat tåg.
- Återigen, vänta fem sekunder och genomföra tredjedel tåg.
- Efter den tredje singeln pulståg, be motivet att beskriva platsen och motivet egenskaper hos några framkallade fosfener. Detta kommer att vara baslinjen.
- Upprepa samma procedur över V5/MT + Hot Spot (Kom ihåg att återställa TMS makt att 120% av V5/MT + tröskeln).
5) Tillstånd Number One
- När phophenic baslinjen har fastställts, ta bort motivets ljus blockerar mask igen.
- Instruera förutsättning att stirra på en stabil fixering kors presenteras i mitten av skärmen i 60 sekunder. Den här gången, snarare än en blank skärm, kommer vi att bädda en serie av rörliga prickar på flera platser runt korset.
Figur 1 Anpassning stimuli för villkor ett.: Enkel translationell rörelse. Alla prickar flytta konsekvent antingen till vänster eller höger.
Se till att alla prickar rör sig i samma riktning. Denna stimulans bör tjäna till att ge upphov till visuell anpassning: ett fenomen där förändringar i neurala retbarhet som orsakas av långvarig exponering för ett stimuli tjänar till att snedvrida synen på senare presenterade stimuli. - Efter 60 sekunder byta mask och, över v1/v2 hotspot, generera en enstaka puls tåg i 3 sekunder till 120% v1/v2 tröskel.
- Vänta fem sekunder och upprepa två gånger till.
- Efter tre tåg, be förutsättning att rapportera de platser och egenskaper motiv av någon framkallade fosfener. Om tillgängligt, kan användningen av en eye movement tracking system i ett mörkt rum bidra till att uppnå större precision och kvantitativ övervakning av ögonrörelser som görs av försökspersoner under phosphene elicitations.
- Fortsätt denna three-train/report sekvens tills phospHene beteendet återgår till baseline aktivitet.
- Upprepa proceduren för V5/MT + komplexa hotspot.
6) Tillstånd nummer två
- I denna andra villkoret, upprepa samma procedur används för tillstånd en. Men den här gången, snarare än att presentera ämnet med ett antal punkter som rör sig i en sällsam riktning närvarande föremål med en rad punkter varje rörelse i sin relativa kardinal riktning bort från en central punkt - som liknar en "stjärna burst" mönster .
Figur 2 Anpassning stimuli för villkor två:. Radiella rörelse. Prickar röra sig i olika väderstreck antingen mot eller bort från en central punkt. - Som tidigare, efter 60 sekunder, byt ut masken, genomföra en serie av tre, 120%-tröskeln tåg över v1/v2, be om ett ämne rapport, och fortsätt tills baslinjen återvänder.
- Upprepa för V5/MT +.
7) Diagram
- Som ett alternativ efter varje tillstånd (eller efter att alla förutsättningar är klara), be motivet att dra regioner och motiv beteendet hos varje serie av phopsphenes på en graf. Detta är inte en integrerad steg, men kommer att förse dig med en annan uppsättning tolkningsbara data.
8) representativa resultat
Visuell anpassning till enkelriktad motiv stimuli ska utlösa en identisk phosphenic rörelse över v1/v2. 
Figur 3. Exempel på fosfener inducerade från v1/v2 i höger och vänster hjärnhalva under förutsättning en (baserat på ritningar av ämnen).
Den V5/MT + komplexa fosfener bör också påverkas, så att phosphene nu visas som en summa av rörelseriktning i att anpassa stimulans och baslinjen phosphene.
Bör dock visuell anpassning till starburst mönster framkalla en identisk rörelse starburst phosphenic från V5/MT + komplex, men bör inte ändra v1/v2 baslinjen. 
Figur 4. Exempel på fosfener inducerade från V5/MT + komplex i höger och vänster hjärnhalva under förutsättning två (baserat på ritningar av ämnen).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta experiment får i hjärtat av staten beroende. Nervceller i v1/v2 är tänkt att motsvara med enkla, riktad rörelse 7,8 ökade därför anpassning till enkelriktad motiv stimuli den retbarhet av nervceller registrerar denna rörelse -. Som sådan, bör de vara de första att reagera på TMS puls. Den V5/MT + komplexet innehåller också nervceller inställda till enkla translationell rörelse, därför fosfener inducerade från denna region bör också påverkas av att anpassa stimulans. Men V5/MT + komplexet är också tänkt att innehålla olika nervceller som registrerar radiella rörelse. 9,10 grund av detta bör starburst förändrat tillståndet i V5 men inte v1/v2. Genom att anpassa till enkla translationell eller komplicerade radiell rörelse, kan vi kontrollera effektivt som neuronala befolkningen i V5/MT + komplexet reagerar snabbast på TMS pulsen.
Att veta att en viss neuronala befolkning kan vara förberedda på att vara mer lyhörda för TMS än omgivande nervceller befolkningen har otroligt löfte både inom kognitiv neurovetenskap och terapeutisk behandling. Utnyttja effekter statliga beroendet, kanske ett argument kan göras för förskrivning av fysisk terapi, psykoterapi eller andra beteendestörningar "priming" behandlingar före administrering av terapeutiska TMS tåg.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
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).
