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Behavior

कारण मस्तिष्क व्यवहार रिश्तों और उनके समय पाठ्यक्रम की जांच के लिए transcranial चुंबकीय उत्तेजना

doi: 10.3791/51735 Published: July 18, 2014

Summary

Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) गैर invasively तंत्रिका सूचना संसाधन में खलल न डालें और व्यवहार पर उसके प्रभाव को मापने के लिए एक तकनीक है. टीएमएस एक कार्य के साथ हस्तक्षेप करते हैं, तो यह उत्तेजित मस्तिष्क क्षेत्र एक व्यवस्थित ढंग से संज्ञानात्मक कार्यों के लिए मस्तिष्क क्षेत्रों से संबद्ध करने की इजाजत दी, सामान्य कार्य प्रदर्शन के लिए आवश्यक है कि इंगित करता है.

Abstract

कार्य प्रदर्शन के साथ हस्तक्षेप कि transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) एक अल्पकालिक पैदा करने, अस्थायी रूप से एक मस्तिष्क क्षेत्र में सूचना संसाधन बाधित करने के क्रम में एक मजबूत विद्युत चुंबक का उपयोग करता है कि एक सुरक्षित, गैर इनवेसिव मस्तिष्क प्रोत्साहन तकनीक है "वर्चुअल घाव." उत्तेजना को इंगित करता है प्रभावित क्षेत्र मस्तिष्क सामान्य रूप से कार्य करने के लिए आवश्यक है कि. दूसरे शब्दों में, मस्तिष्क और व्यवहार के बीच सहसंबंध संकेत मिलता है कि इस तरह के कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के रूप में न्यूरोइमेजिंग विधियों के विपरीत, टीएमएस कारण मस्तिष्क व्यवहार संबंधों को प्रदर्शित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, आभासी घाव की अवधि और शुरुआत के द्वारा अलग, टीएमएस भी सामान्य प्रक्रिया के समय के पाठ्यक्रम प्रकट कर सकते हैं. नतीजतन, टीएमएस संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान में एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है. घाव घाटे पढ़ाई पर तकनीक का लाभ का विघटन प्रभाव का बेहतर स्थानिक अस्थायी परिशुद्धता, अपनी कंपनी के रूप में प्रतिभागियों का उपयोग करने की क्षमता शामिलntrol विषयों, और प्रतिभागियों की पहुंच. सीमाएं समवर्ती श्रवण और somatosensory उत्तेजना कार्य प्रदर्शन प्रभावित कर सकते हैं, अधिक खोपड़ी की सतह से कुछ सेंटीमीटर से संरचनाओं के लिए सीमित उपयोग, और काम करने के लिए प्रयोग के लिए आदेश में अनुकूलित करने की आवश्यकता है कि मुक्त मापदंडों की अपेक्षाकृत बड़ी जगह शामिल हैं. उचित नियंत्रण की शर्तों को सावधानी से ध्यान देना है कि प्रयोगात्मक डिजाइन इन चिंताओं को दूर करने में मदद. इस लेख को पढ़ने के लिए छोड़ दिया supramarginal गाइरस (एसएमजी) के स्थानिक और लौकिक योगदान की जांच कि टीएमएस परिणामों के साथ इन मुद्दों को दिखाता है.

Introduction

Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) मस्तिष्क प्रोत्साहन के लिए इस्तेमाल एक सुरक्षित और गैर इनवेसिव उपकरण है. यह एक मजबूत उत्पन्न करने के लिए एक आयोजन तार के भीतर एक तेजी से बदलते विद्युत प्रवाह का उपयोग करता है, लेकिन अपेक्षाकृत फोकल, चुंबकीय क्षेत्र. खोपड़ी के लिए आवेदन किया है, चुंबकीय क्षेत्र में अस्थायी रूप से स्थानीय cortical सूचना संसाधन में खलल न डालें, अंतर्निहित मस्तिष्क के ऊतकों में बिजली की गतिविधि को प्रेरित करता है. यह क्षणिक हस्तक्षेप प्रभावी रूप से एक कम समय तक चलने वाले "वर्चुअल घाव" 1,2 बनाता है. इस तकनीक के कारण मस्तिष्क व्यवहार अनुमान ड्राइंग और स्वस्थ वयस्कों और मस्तिष्क संबंधी रोगियों दोनों में ऑनलाइन तंत्रिका सूचना संसाधन के अस्थायी गतिशीलता की जांच के लिए एक गैर इनवेसिव तरीका प्रदान करता है.

चुनिंदा क्षेत्रीय स्तर पर विशिष्ट cortical प्रसंस्करण के साथ हस्तक्षेप से, टीएमएस मस्तिष्क क्षेत्रों और विशिष्ट व्यवहार 3,4 के बीच अनौपचारिक लिंक आकर्षित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. उल्लेखनीय है कि एक cortical क्षेत्र उत्तेजक है, अगरउचित नियंत्रण शर्तों के कार्य प्रदर्शन को प्रभावित करती है, इस प्रेरित क्षेत्र सामान्य रूप से कार्य करने के लिए आवश्यक है कि इंगित करता है. इस तरह के कारण अनुमान ऐसे कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) या हटाया टोमोग्राफी (पीईटी) के रूप में न्यूरोइमेजिंग तरीकों पर टीएमएस का प्रमुख लाभ में से एक हैं. तंत्रिका गतिविधि को मापने और व्यवहार के साथ यह सहसंबंधी कि न्यूरोइमेजिंग तकनीक के विपरीत, टीएमएस तंत्रिका सूचना संसाधन उपद्रव और व्यवहार पर इसके प्रभाव को मापने के लिए अवसर प्रदान करता है. इस अर्थ में, यह पारंपरिक घाव घाटे कि टीएमएस गैर आक्रामक है और प्रभाव अस्थायी और प्रतिवर्ती हैं सिवाय मस्तिष्क क्षति के साथ रोगियों में विश्लेषण करती है और अधिक की तरह है. टीएमएस भी घाव पढ़ाई पर कई फायदे हैं. उदाहरण के लिए, उत्तेजना का प्रभाव आम तौर पर अक्सर बड़े हैं और मरीजों को भर में काफी भिन्नता है जो प्राकृतिक रूप से उत्पन्न घावों से अधिक स्थानिक सटीक हैं. इसके अलावा, प्रतिभागियों ने अपने स्वयं के नियंत्रण, thereb के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता हैY रोगियों और नियंत्रण के बीच पूर्व रुग्ण क्षमताओं में संभावित मतभेद के मुद्दे से परहेज. अंत में, कार्यात्मक पुनर्गठन वसूली प्रक्रियाओं के परिणाम 5 उलझाना की संभावना नहीं है, जिसका अर्थ है टीएमएस दौरान जगह लेने के लिए अपर्याप्त समय नहीं है. दूसरे शब्दों में, टीएमएस ऐसे कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग के रूप में correlative तकनीकों कि पूरक कारण मस्तिष्क व्यवहार के संबंधों की जांच के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करता है.

टीएमएस भी उत्तेजना की बहुत कमी फटने का उपयोग और उत्तेजना 6 की शुरुआत अलग से तंत्रिका सूचना संसाधन के समय पाठ्यक्रम की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. आमतौर पर यह एक परीक्षण के भीतर समय के विभिन्न बिंदुओं पर एक क्षेत्र के लिए दिया एक या दो पल्स टीएमएस या तो शामिल है. एक व्यक्ति टीएमएस नाड़ी का असर तुरंत होता है और कहीं के बीच 5 और 40 मिसे 7-10 तक रहता है, क्योंकि यह अपने onse सहित क्षेत्रीय neuronal गतिविधि के अस्थायी गतिशीलता नक्शा करने के शोधकर्ता सक्षम बनाता हैटी, अवधि, और 11,12 ऑफसेट. इस विघटन की अवधि मिसे के 10s, (ईईजी) और magnetoencephalography (एमईजी) से परिमाण मोटे मोटे तौर पर एक आदेश के लिए तकनीक का अस्थायी समाधान की सीमा. दूसरी ओर, chronometric टीएमएस अध्ययन में मनाया स्थिति ईईजी और एमईजी 9,13 से बेहतर आक्रामक neurophysiological रिकॉर्डिंग से उन मैच के लिए करते हैं. ईईजी और एमईजी गतिविधि 14 की जल्द से जल्द शुरू होने के पीछे lags कि बड़े पैमाने पर neuronal synchrony उपाय है क्योंकि मुमकिन है यह है. Chronometric टीएमएस क्षेत्रीय अस्थायी गतिशीलता के बारे में, लेकिन यह भी एक दिया व्यवहार के लिए क्षेत्र की आवश्यकता के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकते हैं न केवल जबकि इसके अलावा, fMRI और पालतू जानवरों की तरह, ईईजी और एमईजी पूरे मस्तिष्क गतिविधि के correlative उपाय कर रहे हैं.

टीएमएस मूल रूप से मोटर प्रणाली 15 के शरीर क्रिया विज्ञान की जांच के लिए विकसित किया गया था, यद्यपि यह जल्दी संज्ञानात्मक के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में अपनाया गया थातंत्रिका विज्ञान ve. एक "आभासी घाव" तकनीक के रूप में जल्द से जल्द अपने उपयोग के एक बाएं अवर ललाट प्रांतस्था 16-18 प्रेरक द्वारा भाषण गिरफ्तारी के लिए प्रेरित करना था. परिणाम भाषण उत्पादन के लिए ब्रोका क्षेत्र के महत्व की पुष्टि की और neurosurgical हस्तक्षेप 16,19 करने के बाद भाषा प्रभुत्व निर्धारित करने के लिए वाडा परीक्षण के लिए एक संभावित विकल्प का सुझाव दिया. अब टीएमएस ध्यान 20, स्मृति 21, दृश्य प्रसंस्करण 22, कार्रवाई की योजना बना 23, 24 निर्णय लेने, और भाषा प्रोसेसिंग 25 सहित संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के लगभग सभी क्षेत्रों में प्रयोग किया जाता है. आमतौर पर टीएमएस मस्तिष्क और व्यवहार 3,4 के बीच अनौपचारिक संबंधों के संकेतक के रूप में लिया जाता है, जो दोनों की वृद्धि की त्रुटि दर या धीमी प्रतिक्रिया समय (आरटीएस) या तो लाती है. कुछ अध्ययनों से दोनों अपने आभासी घाव मोड में और एक chronometric उपकरण के रूप में टीएमएस का उपयोग करें. उदाहरण के लिए, घड़ा और उनके सहयोगियों ने 11 प्रथम पता चला कि दोहराए टीएमएसपश्चकपाल चेहरा क्षेत्र के लिए दिया (rTMS) सही चेहरे का भेदभाव बाधित और फिर टीएमएस एक जल्दी में यह विशेष रूप से मस्तिष्क क्षेत्र आमने हिस्सा जानकारी प्रक्रियाओं का प्रदर्शन है कि, 60 और 100 मिसे में दिया गया था जब इस आशय ही मौजूद था कि निर्धारित करने के लिए chronometric टीएमएस इस्तेमाल किया चेहरा पहचान का मंच. यहां उल्लेख उदाहरणों के सभी में, टीएमएस दिलाई है टीएमएस का प्रभाव तत्काल और कम कर रहे हैं कि इतनी "ऑन लाइन", कि, कार्य प्रदर्शन के दौरान (यानी, प्रभाव के रूप में लंबे समय तक उत्तेजना की अवधि के रूप में पिछले) रहते थे. यह एक काम शुरू करने से पहले कम आवृत्ति उत्तेजना 21 की लंबी रन या नमूनों उत्तेजना 26 की कमी फटने या तो शामिल है जो "बंद लाइन" टीएमएस के साथ विरोधाभासों. ऑफ लाइन में पिछले अच्छी तरह से टीएमएस आवेदन ही की अवधि से परे प्रभाव टीएमएस. यह लेख "ऑन लाइन" दृष्टिकोण पर विशेष रूप से केंद्रित है.

किसी भी टीएमएस ई की तैयारी में प्रारंभिक कदमxperiment एक उत्तेजना प्रोटोकॉल की पहचान करने और एक स्थानीयकरण विधि को चुनने शामिल हैं. उत्तेजना मापदंडों तीव्रता, आवृत्ति और टीएमएस की अवधि शामिल है और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर परिभाषित सुरक्षा आवश्यकताओं को 27,28 से विवश कर रहे हैं. प्रत्येक टीएमएस प्रयोग भी स्थिति के लिए एक उपयुक्त स्थानीयकरण प्रक्रिया की आवश्यकता है और उत्तेजना साइट पर सही का तार orienting. 20 स्थानीयकरण प्रणाली 30 है, लेकिन आम तौर पर हर व्यक्ति भागीदार 31 को अनुकूलित किया गया है - स्थानीयकरण मानक अंतरिक्ष पर आधारित हो सकता है 29 या 10 निर्देशांक. बाद के लिए, कार्यात्मक fMRI 33 का उपयोग कर या कार्यात्मक टीएमएस 34 का उपयोग कर स्थानीयकृत स्थानीयकृत प्रत्येक व्यक्ति की शारीरिक रचना 32 के आधार पर लक्षित कर उत्तेजना शामिल है कि कई विकल्प हैं. यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल ऑनलाइन टीएमएस प्रयोगों के लिए एक सामान्य प्रोटोकॉल के हिस्से के रूप में टीएमएस साथ कार्यात्मक स्थानीयकरण अधिवक्ताओं. तो एक उदाहरण उदाहरण टीएमएस इस्तेमाल किया जा सकता है की प्रस्तुत किया हैपढ़ने में ध्वनी प्रसंस्करण के लिए छोड़ दिया supramarginal गाइरस (एसएमजी) के कार्यात्मक योगदान की जांच करने के लिए.

Protocol

इस प्रोटोकॉल neurologically सामान्य मानव स्वयंसेवकों की गैर इनवेसिव मस्तिष्क प्रोत्साहन के लिए UCL आचार समीक्षा बोर्ड (# 249/001) द्वारा अनुमोदित किया गया था.

1. टीएमएस प्रोटोकॉल बनाएँ

संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान में लगभग सभी टीएमएस प्रयोगों एक आंकड़ा के आठ आकार का तार के साथ संयोजन के रूप में द्वि phasic उत्तेजना का उपयोग करें. इस दालों की तेजी से गाड़ियों देने की क्षमता प्रदान करता है (> 1 हर्ट्ज) और ठीक के रूप में संभव के रूप में एक cortical साइट को लक्षित. यह मोनो phasic उत्तेजना 35 या एक अलग तार आकार 36 उपयोग करने के लिए संभव है, लेकिन यहां मानक विन्यास लागू किया गया था.

  1. उत्तेजना की एक आवृत्ति और अवधि चुनें.
    नोट: संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान में एक आम पसंद प्रोत्साहन 37-40 के शुरू होने से 500 मिसे के लिए 10 हर्ट्ज उत्तेजना का उपयोग करने के लिए है.
  2. व्यापक पायलट परीक्षण के आधार पर तीव्रता का एक स्तर चुनें. प्रतिभागियों भर में यह लगातार पकड़ो.
    नोट: उपकरण यू के लिएअधिकतम उत्तेजक उत्पादन 11,41-44 का 70% - SED यहाँ, आमतौर पर इस्तेमाल किया तीव्रता 50 के बीच सीमा होती है.
  3. एक अंतर परीक्षण अंतराल चुनें. 5 सेकंड 27,45 - व्यावहारिक और सुरक्षा दोनों कारणों के लिए, 3 की एक न्यूनतम से उत्तेजना परीक्षणों अलग.

2. हेड पंजीकरण

  1. पिछले टीएमएस को एक अलग सत्र पर प्रत्येक भागीदार के लिए स्कैन एक उच्च संकल्प, T1 भारित संरचनात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के अधिग्रहण. 2.3 कदम में उपयोग किया जाएगा जो छवि में असंदिग्ध अंक शामिल हैं.
  2. प्रत्येक भागीदार में उत्तेजना साइटों की सटीक लक्ष्यीकरण सक्षम करने के लिए टीएमएस सत्र से पहले frameless stereotaxy प्रणाली में स्कैन कर लेता है. प्रयोग की शुरुआत में सिर पर उत्तेजना साइटों चिह्न या प्रयोग के दौरान लगातार निगरानी.
  3. प्रतिभागी का छवि पर चार विश्वस्त अंक चिह्नित. आमतौर पर इन नाक की टिप, नाक का पुल, और नहीं शामिलप्रत्येक कान की तुंगिका ऊपर CH.
  4. उन्हें प्रयोग में भाग लेने के लिए सूचित सहमति देने के लिए आदेश में टीएमएस के बारे में भागीदार जानकारी प्रदान करें.
  5. संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया है कि एक टीएमएस सुरक्षा स्क्रीन फ़ॉर्म को पूरा करने के लिए भागीदार पूछो.
    नोट: टीएमएस करने के लिए स्थायी विरोधाभास मिर्गी का एक व्यक्तिगत या परिवार के इतिहास, स्नायविक या मानसिक समस्याओं का एक चिकित्सीय इतिहास, या इस तरह के एक कार्डियक पेसमेकर या कर्णावत प्रत्यारोपण के रूप में प्रत्यारोपित चिकित्सा उपकरणों में शामिल हैं. निम्नलिखित नहीं टीएमएस सुरक्षा आवश्यकताओं संभावित बेहोशी और जब्ती पैदा कर सकते हैं.
  6. भागीदार के सिर पर इस विषय पर नजर रखें; विश्वस्त अंक मापने जब यह एक संदर्भ के रूप में कार्य करेगा. Stereotaxy सिस्टम के साथ आता है कि एक संकेत के साथ विषय के सिर पर एक विश्वस्त बिंदु टच और कंप्यूटर पर संगत समन्वय बचा. एमआरआई छवि के साथ विषय के सिर जांचना. पंजीकरण और दोहराने की गुणवत्ता की जांचप्रक्रिया यदि आवश्यक है.
  7. कुंडल मुक्ति की आवाज attenuate और 'प्रतिभागियों सुनवाई 46 को होने वाले नुकसान से बचने के लिए उत्तेजना के दौरान earplugs पहनने के लिए भागीदार पूछो.
  8. धारा 1 में किए गए विकल्पों के अनुसार टीएमएस मशीन की स्थापना की.
  9. प्रतिभागी इसकी अनुभूति से परिचित हैं और अच्छी तरह से बर्दाश्त कर रहा है यह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण से पहले उत्तेजना को भागीदार परिचय. सबसे पहले शोधकर्ता के हाथ पर उत्तेजना का प्रदर्शन और फिर सनसनी के साथ व्यक्ति acclimate करने के लिए भागीदार के हाथ पर.
    नोट: यह पहली बार के लिए टीएमएस का सामना कर रहे हैं, जो प्रतिभागियों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है.
  10. सनसनी के रूप में परीक्षण साइटों में से प्रत्येक पर उत्तेजना प्रोटोकॉल अलग स्थानों पर अलग किया जा सकता है प्रदर्शित करता है. Frameless stereotaxy प्रणाली द्वारा की पहचान के रूप में पहली बार साइट पर तार जगह तार खोपड़ी और अधिकतम चुंबकीय प्रवाह की लाइन सेंट intersects लिए स्पर्शरेखा है कि इस तरह केimulated साइट.
    नोट: उत्तेजना कभी कभी चेहरे की नसों या मांसपेशियों को प्रभावित करता है और यह भागीदार अच्छी तरह से यह बर्दाश्त परीक्षण है कि क्या महत्वपूर्ण है ताकि असुविधा पैदा हो सकती है.

3. कार्यात्मक स्थानीयकरण प्रदर्शन करना

  1. प्रत्येक प्रतिभागी को यह अनुरूपण के द्वारा उत्तेजना साइट का अनुकूलन. प्रतिभागी का संरचनात्मक छवि पर ब्याज की मस्तिष्क क्षेत्र के भीतर कई संभावित उत्तेजना साइटों के निशान. एक ग्रिड या शारीरिक अंकन (चित्रा 1) का उपयोग कर टीएमएस 47 के स्थानिक संकल्प दी एक दूसरे से लक्ष्य कम से कम 10mm जानें.
  2. ब्याज की संज्ञानात्मक समारोह में नल और एक औसत दर्जे का व्यवहार (जैसे, प्रतिक्रिया समय, सटीकता, आंख आंदोलनों) है कि एक localizer कार्य चुनें. संभावित स्थलों का परीक्षण जब कार्य को कई बार दोहराएं और उत्तेजनाओं की लगातार पुनरावृत्ति से बचने के लिए कार्य के विभिन्न संस्करणों बनाएँ.
  3. प्रतिभागी के बिना कार्य अभ्यास करने की अनुमतिउत्तेजना वे इसके साथ आराम कर रहे हैं जब तक. तो फिर भागीदार उत्तेजना से विचलित हुए बिना कार्य प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है, ताकि परीक्षणों के 50% पर प्रस्तुत टीएमएस के साथ एक दूसरे अभ्यास सत्र में बेतरतीब ढंग से (या छद्म अनियमित) परिचय.
  4. एक परीक्षण स्थल चुनें और localizer कार्य का एक संस्करण चला रहे हैं. इसके तत्काल बाद उत्तेजना प्रदर्शन प्रभावित देखना है कि क्या परिणाम की जांच.
    नोट: कई मामलों में, एक "गलत" साइट उत्तेजक वास्तव में कारण क्लिक्स सुनवाई और खोपड़ी में उत्तेजना की अनुभूति महसूस करने के कारण इस मामले में अंतर - संवेदी सुविधा 2, के लिए कोई उत्तेजना के सापेक्ष प्रतिक्रियाओं की सुविधा होगी. इसके अलावा, उत्तेजना (यानी, 100 से अधिक मिसे) के बड़े प्रभाव अक्सर artifactual हैं और पुन: परीक्षण की आवश्यकता है. वे दोहराने के लिए और एक विशेष रूप से परीक्षण स्थल के लिए विशिष्ट हैं, तो वे असली प्रभाव हो सकता है. Localiz में आश्वस्त होने के लिए एक टीएमएस प्रभाव का एक मजबूत उपाय का चयन सुनिश्चित करेंसमझना.
  5. कोई प्रभाव नहीं मनाया जाता है, एक नया परीक्षण स्थल चयन और दोहराने, अन्यथा यह replicates कि यह निर्धारित करने के लिए फिर से एक ही साइट का परीक्षण. यह एक गैर विशिष्ट टीएमएस प्रभाव का संकेत होगा के रूप में वे नहीं सब एक प्रभाव पैदा करते, यह सुनिश्चित करने के लिए वापस करने के लिए वापस एक ही सत्र में कई साइटों का परीक्षण करें. साइटों प्रतिभागियों भर में प्रेरित कर रहे हैं कि आदेश counterbalance.

4. मुख्य कार्य

  1. स्थानीयकरण के बाद और एक ही सत्र में, कार्यात्मक स्थानीयकृत किया गया था कि लक्ष्य साइट का उपयोग मुख्य प्रयोग चलाते हैं.
    नोट: यह स्थानीयकरण में इस्तेमाल किया, लेकिन एक ब्याज की महत्वपूर्ण प्रक्रिया है कि शेयर एक करने के लिए एक अलग कार्य शामिल होगी. उदाहरण के लिए, एक कविता न्याय कार्य एक होमोफ़ोन फैसले कार्य मुख्य प्रयोग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जबकि शब्दों की आवाज़ प्रसंस्करण के प्रति संवेदनशील एक क्षेत्र स्थानीयकृत के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस उदाहरण में, दोनों कार्यों को लिखित शब्दों की ध्वनी प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, हालांकि विशिष्ट कार्य की मांग और stimuली भिन्न होते हैं.
  2. टीएमएस की गैर विशिष्ट प्रभाव से इनकार करने के लिए पर्याप्त नियंत्रण की शर्तों को शामिल करें.
  3. प्रसंस्करण में कार्यात्मक विशिष्टता प्रदर्शित करने के लिए ब्याज की प्रक्रिया में शामिल नहीं है जो नियंत्रण कार्य पर एक ही साइट का परीक्षण.
  4. प्रभाव की संरचनात्मक विशिष्टता प्रदर्शित करने के लिए मुख्य कार्य पर एक अलग साइट का परीक्षण.
  5. ऐसे दिखावा टीएमएस, नियंत्रण उत्तेजनाओं, या एकाधिक समय खिड़कियों के रूप में अतिरिक्त नियंत्रण की स्थिति को शामिल करें.
  6. एक ही टीएमएस स्थानीयकरण के दौरान इस्तेमाल किया मानकों (जैसे, तीव्रता, आवृत्ति, और उत्तेजना की अवधि) का उपयोग कर एक पारंपरिक "वर्चुअल घाव" प्रयोग आचरण. Chronometric टीएमएस प्रयोग के लिए, एक ही तीव्रता उपयोग करें, लेकिन अलग शुरुआत सुप्तावस्था में दिया एक भी 48 या डबल नाड़ी 49 या तो द्वारा स्थानीयकरण के दौरान इस्तेमाल दालों की ट्रेन की जगह.

Representative Results

चित्रा 2 उदाहरण के रूप में उल्लेख किया दो टीएमएस प्रयोगों के परिणामों को दिखाता है. अर्थात्, पहले छोड़ दिया एसएमजी दूसरा इस भागीदारी के अस्थायी गतिशीलता की जांच करते हुए शब्दों की ध्वनियों के प्रसंस्करण में कारणतः शामिल है कि क्या जांच की. चित्रा 2A पहला प्रयोग के प्रतिनिधि परिणाम से पता चलता है जहां rTMS (10 हर्ट्ज, 5 दालों, के 55% अधिकतम तीव्रता) तीन कार्यों के दौरान एसएमजी के लिए दिया गया था. अर्थ कार्य ("इन दो शब्दों को एक ही बात मतलब है? विचार धारणा") उनके अर्थ पर ध्यान केंद्रित करते हुए ध्वनी कार्य ("इन दो शब्दों को एक ही ध्वनि? जानता नाक") शब्द की आवाज़ पर ध्यान केंद्रित है. एक तीसरा नियंत्रण कार्य व्यंजन पत्र तार के जोड़े प्रस्तुत किया है और वे ("wsrft-wsrft") समान थे कि क्या पूछा. प्रत्येक कार्य के लिए 100 परीक्षण शामिल थे. परिणाम टीएमएस काफी नहीं stimulatio को RTS रिश्तेदार है कि वृद्धि का प्रदर्शनn 37 मिसे के एक औसत से ध्वनी कार्य में. इसके विपरीत, एसएमजी उत्तेजना अर्थ या लिखने का नियंत्रण कार्यों में RTS पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा. दूसरे शब्दों में, छोड़ दिया एसएमजी के एक "आभासी घाव" चुनिंदा लिखित शब्दों 44 की ध्वनी पहलुओं प्रसंस्करण में एसएमजी की आवश्यकता का संकेत है, शब्दों की आवाज़ प्रसंस्करण के साथ दखल.

चित्रा 2B एसएमजी भीतर ध्वनी प्रसंस्करण के समय के पाठ्यक्रम की खोज chronometric प्रयोग के प्रतिनिधि परिणाम से पता चलता है. इधर, डबल पल्स टीएमएस प्रत्येक परीक्षण अलग समय खिड़की पांच बराबर खंडों में विभाजित 100 परीक्षण के साथ एक ही ध्वनी कार्य के दौरान उत्तेजना शुरुआत के बाद पाँच अलग अलग समय खिड़कियों पर दिया गया था. आधारभूत हालत (40/80 मिसे) की तुलना में, RTS में उल्लेखनीय वृद्धि टीएमएस उत्तेजना की शुरुआत के बाद 80/120, 120/160, और 160/200 मिसे दिया गया था जब मनाया गया. इन परिणामों एसएमजी engag थी प्रदर्शनएड 80 और 200 मिसे के बाद प्रोत्साहन शुरुआत, बीच ध्वनी प्रसंस्करण में जल्दी और ध्वनी प्रसंस्करण 44 में निरंतर भागीदारी दोनों का संकेत है.

चित्रा 1
चित्रा 1. संभावित उत्तेजना साइटों अंकन के दो आम तरीकों. (ए) एक पहली विधि एक हाथ मोटर क्षेत्रफल में मार्कर का एक ग्रिड रखने और टीएमएस अपेक्षित प्रभाव पैदा करता है जब तक प्रत्येक परीक्षण शामिल है. यह दृष्टिकोण एक मोटर "हॉट स्पॉट" की पहचान करने के लिए आम बात है - कि, उत्तेजना मजबूत, सबसे विश्वसनीय मांसपेशियों में संकुचन पैदा करता है जहां जगह है (बी) एक दूसरी विधि एक अच्छी तरह से परिभाषित भीतर मार्कर का एक सेट रखकर अतिरिक्त संरचनात्मक constrains लागू होता है. मस्तिष्क क्षेत्र. इस उदाहरण में, तीन मार्करों के स्थान एसएमजी के पूर्वकाल क्षेत्र तक ही सीमित है. पहले एक ढूँढ रहा हैSylvian विदर के पीछे आरोही Ramus की समाप्ति के डी बेहतर; दूसरा एक पूर्वकाल एसएमजी के उदर अंत में है; और तीसरा एक आधे रास्ते अन्य दो साइटों के बीच लगभग है. उत्तेजना मार्करों frameless stereotaxy प्रणाली का उपयोग करते हुए एक व्यक्ति के एमआरआई स्कैन की एक parasagittal विमान पर दिखाए जाते हैं. छोड़ दिया नीचे कोने में काले पैमाने बार 1 सेमी की दूरी को दर्शाता है.

चित्रा 2
चित्रा 2. उत्तेजना की शुरुआत से प्रतिक्रिया समय (आरटीएस). (ए) noTMS (प्रकाश सलाखों) और टीएमएस (अंधेरे सलाखों) तीन अलग भाषा कार्यों में शर्तें. (बी) ध्वनी कार्य में पांच उत्तेजना समय की स्थिति. यहाँ प्रस्तुत उदाहरण में, डबल दालों 40/80 मिसे, 80/120 मिसे, 120/160 मिसे, 160/200 मिसे, और 200/240 मिसे पोस्ट उत्तेजना शुरुआत या तो पर दिया गया. गुदृश्य जानकारी है कि तेजी से एसएमजी पर पहुंचने की उम्मीद नहीं कर रहा था क्योंकि ई पहली बार खिड़की, 40/80 मिसे, एक आधारभूत नियंत्रण शर्त के रूप में इस्तेमाल किया गया था. त्रुटि सलाखों के सही ढंग से भीतर विषय विचरण 50 के लिए ही निकाला मतलब की मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करते हैं. पहला प्रयोग 12 प्रतिभागियों और 32 प्रतिभागियों से दूसरे से डेटा शामिल हैं. * पी <0.05.

Discussion

यह लेख ऑनलाइन टीएमएस का उपयोग संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं में कारण और मस्तिष्क क्षेत्रों के अस्थायी भागीदारी का आकलन करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है. इस चर्चा तो पहला महत्वपूर्ण एक सफल टीएमएस प्रोटोकॉल बनाने के लिए कदम और एक टीएमएस प्रयोग डिजाइन जब विचार करने की आवश्यकता है कि सीमाओं पर प्रकाश डाला गया.

टीएमएस प्रोटोकॉल इष्टतम उत्तेजना मापदंडों को सुनिश्चित करने, नि: शुल्क मानकों की एक बड़ी संख्या है क्योंकि एक टीएमएस प्रयोग की तैयारी में एक महत्वपूर्ण कदम है. आम तौर पर, इस उत्तेजना आवृत्ति, अवधि, तीव्रता, अंतर परीक्षण अंतराल, और मजबूत प्रभाव उत्पन्न करने के लिए आवश्यक कुंडल उन्मुखीकरण का निर्धारण करने के क्रम में व्यापक पायलट परीक्षण के माध्यम से हासिल की है. एक प्रभावी "वर्चुअल घाव" बनाने के लिए आवृत्ति ब्याज की संज्ञानात्मक प्रक्रिया धरना एक पर्याप्त बड़ी समय खिड़की को शामिल किया गया है कि एक मजबूत प्रभाव को प्रेरित करना होगा. नतीजतन, आवृत्ति और अवधि दोनों अध्ययनों में भिन्नता है. इसी तरह, & #8220; सही "उत्तेजना तीव्रता चुंबकीय क्षेत्र लक्ष्य मस्तिष्क क्षेत्र में तंत्रिका प्रसंस्करण को प्रभावित करता है और यहाँ मुख्य कारक उत्तेजना साइट 51 को तार से दूरी है यह सुनिश्चित करता है कि एक है. कई अध्ययनों से प्राथमिक मोटर प्रांतस्था के हाथ क्षेत्र उत्तेजक जब एक मोटर प्रतिक्रिया का उत्पादन और प्रतिभागियों 52,53-55 भर में तीव्रता सामान्य करने के लिए इस का उपयोग करने के लिए आवश्यक उत्तेजना की तीव्रता की पहचान. इस उपाय से, हालांकि, गैर मोटर क्षेत्रों 42,51,56 के लिए इष्टतम तीव्रता का एक विश्वसनीय सूचकांक नहीं है. एक अन्य विकल्प के सभी प्रतिभागियों के लिए एक ही तीव्रता का उपयोग करने के लिए है. चुना तीव्रता उत्तेजना तीव्रता का एक सीमा के साथ प्रयोग करने के बाद सभी पायलट विषयों भर में प्रभावी होना चाहिए. इसके अतिरिक्त, कुंडल अभिविन्यास विचार की आवश्यकता है कि एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है. विशिष्ट कुंडल अभिविन्यास प्रेरित neuronal आबादी के भीतर प्रेरित बिजली क्षेत्र के वितरण को प्रभावित करता है और इसलिए beha प्रभावित कर सकते हैंvior. सामान्य तौर पर, प्रकाशित प्रोटोकॉल iteratively विशिष्ट प्रयोग सूट करने के लिए पायलट परीक्षण के दौरान संशोधित किया गया है कि एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान कर सकते हैं. अक्सर बहरहाल, इस पायलट परीक्षण के बारे में जानकारी प्रोटोकॉल डिजाइन की प्रक्रिया के कुछ प्रमुख पहलुओं को छिपाने की दुर्भाग्यपूर्ण प्रभाव पड़ता है जो अंतिम पांडुलिपि, से छोड़ा जाता है.

एक स्थानीयकरण प्रक्रिया चुनना है कि उत्तेजना के इष्टतम साइट को दिलाई है यह सुनिश्चित करने के लिए भी आवश्यक है. कई अध्ययनों सफलतापूर्वक प्रत्येक विषय के लिए उत्तेजना साइट को अनुकूलित, व्यक्तिगत प्रतिभागियों 57,58 भर में एक ही स्थान लक्ष्य है कि शरीर रचना विज्ञान आधारित विधियों का उपयोग कर उत्तेजना साइटों स्थानीयकृत हालांकि व्यक्तिगत बीच इस विषय में एक और अधिक कुशल विधि 31 उपज व्यवहार परिणामों में विचरण कम कर देता है. यहाँ हम fMRI आधारित स्थानीयकरण से अधिक लाभ प्रदान करता है कि एक टीएमएस आधारित कार्यात्मक स्थानीयकरण प्रक्रिया प्रस्तुत किया. विशेष रूप से, यह अलग स्थानिक पूर्वाग्रहों की समस्या हो टालबीच fMRI (यानी, draining नसों 59) और टीएमएस (यानी, चुंबकीय क्षेत्र 6,60 भीतर axons की उन्मुखीकरण) विभिन्न स्थानों के लिए स्थानीयकृत किया जा रहा है एक ही तंत्रिका प्रतिक्रिया में हो सकता है कि. इसके अलावा, यह अच्छी तरह से fMRI में सक्रियण "शिखर" का विशिष्ट स्थान है उन्हें उप इष्टतम टीएमएस 55,61 लक्ष्य के रूप में है, जिससे काफी भिन्न हो सकते हैं कि जाना जाता है. फिर भी, अलग स्थानीयकरण प्रक्रियाओं की एक किस्म प्रदर्शन प्रभावी रहे हैं, ताकि विशिष्ट पसंद जो भी तरीका इस्तेमाल किया जाता है यह सुनिश्चित करना कि विश्वसनीय, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रभाव प्रदान करता है कि कम महत्वपूर्ण है.

प्रयोग डेटा यहाँ प्रस्तुत निर्भर उपाय के रूप में प्रतिक्रिया बार इस्तेमाल किया है, कई अन्य विकल्प हैं. उदाहरण के लिए, कुछ अध्ययनों के बजाय 9,12,62 सटीकता का उपयोग करें. इन मामलों में, टीएमएस बिना सामान्य प्रदर्शन तो उत्तेजना से प्रेरित विघटन सटीकता स्कोर में परिलक्षित होता है छत के स्तर से नीचे पहले से ही है.अन्य अध्ययनों से आँख आंदोलनों 63,64 पर उत्तेजना के प्रभाव को मापा है. टीएमएस के साथ अधिकांश संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के प्रयोगों, हालांकि, उनके आश्रित उपाय 13,48,65,66 के रूप में प्रतिक्रिया समय का उपयोग करें. आमतौर पर, प्रभाव मिसे के दसियों, या प्रतिक्रिया समय 67 में मोटे तौर पर एक 10% परिवर्तन के आदेश पर कर रहे हैं. अपेक्षाकृत छोटे बदलाव आसानी से देखा जा सकता है कि इतने प्रयोग किया जाता है निर्भर जो भी उपाय मजबूत और अनुरूप होना चाहिए.

किसी भी प्रयोगात्मक तकनीक की तरह, टीएमएस इस पद्धति को चुनने पर विचार करने की जरूरत है कि महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं. सबसे आम हैं: मैं) टीएमएस के स्थानिक संकल्प, द्वितीय) गैर विशिष्ट प्रभाव उत्तेजना के साथ जुड़े थे, और iii) सुरक्षा पहलुओं कार्यप्रणाली की. चुंबकीय क्षेत्र आगे दूर यह कुंडली से है तीव्रता में कम कर देता है, क्योंकि सबसे पहले, टीएमएस उत्तेजना के एक सीमित गहराई है. 68,69 - नतीजतन, यह (3 सेमी ~ 2) खोपड़ी के पास मस्तिष्क क्षेत्रों उत्तेजक में सबसे प्रभावी है 69 के रूप में गहरी क्षेत्रों तक पहुँचने के लिए विकसित किया जा रहा है, हालांकि एक परिणाम के रूप में, टीएमएस को सीधे सुलभ केवल क्षेत्रों, cortical मेंटल तक सीमित हैं. 1 सेमी 47,70-72 - टीएमएस भी लगभग 0.5 की एक स्थानिक संकल्प किया है. इस प्रकार, विधि ऐसे cortical स्तंभ के रूप में सुक्ष्म स्थानिक संरचनाओं से कार्यात्मक योगदान की जांच करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता.

टीएमएस का एक दूसरा सीमा उत्तेजना तेजी से बदलते चुंबकीय क्षेत्र का एक परिणाम के रूप में समवर्ती संवेदी दुष्प्रभाव का परिचय है. सबसे विशेष रूप से, प्रत्येक चुंबकीय नाड़ी एक श्रवण क्लिक करें और एक दोहन सनसनी के साथ है. इसलिए टीएमएस इन दुष्प्रभावों कार्य प्रदर्शन के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं, जहां कुछ श्रवण या somatosensory प्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो सकती है. हालांकि, ध्यान रखें कि ऑनलाइन टीएमएस कुछ श्रवण प्रयोगों 73,74 में सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है 75,76 से अधिक मांसपेशियों में संकुचन पैदा करते हैं. इन साइट मतभेद प्रयोगात्मक घालमेल पैदा कर सकते हैं, क्योंकि यह ऐसे contralateral homologues 77 के रूप में मुख्य साइट के लिए भी इसी तरह का साइड इफेक्ट के साथ एक नियंत्रण साइट का उपयोग या ब्याज 24,62 की प्रक्रिया में नल नहीं है कि नियंत्रण की स्थिति / कार्य शामिल करने के लिए महत्वपूर्ण है , 73,78,79.

यह संभवतः बेहोशी और बरामदगी 27 पैदा कर सकते हैं के रूप में टीएमएस प्रयोगों डिजाइनिंग अंत में, जब सुरक्षा कारणों से हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए. इस जोखिम को कम करने के लिए, उत्तेजना तीव्रता, आवृत्ति, और अवधि के लिए अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकार किए जाते हैं दिशा निर्देशों exisटीएस, साथ ही दालों और अंतर परीक्षण अंतराल 27,28 की कुल संख्या के लिए. इन दिशा निर्देशों के भीतर रहने के प्रोटोकॉल है कि neurologically सामान्य प्रतिभागियों के लिए सुरक्षित माना जाता है. यह इन के रूप में अभी तक अधूरे हैं और अक्सर उपन्यास टीएमएस प्रोटोकॉल भी सुरक्षित साबित होता है कि पेश कर रहे हैं कि, हालांकि, कि ध्यान देने योग्य है. सामान्य में, सबूत प्रकाशित दिशा निर्देशों का पालन कर रहे हैं, टीएमएस कोई खतरनाक दुष्प्रभाव के साथ एक सुरक्षित प्रक्रिया है कि पता चलता है. इन सीमाओं का एक परिणाम यह है, तथापि, व्यवहार प्रोटोकॉल अक्सर वे टीएमएस के साथ इस्तेमाल किया जा सकता से पहले समायोजित करने की आवश्यकता होगी है. इस प्रयोग की लंबाई, परीक्षणों की संख्या का परीक्षण किया जा सकता है कि स्थितियां और उत्तेजना साइटों की संख्या सहित डिजाइन के कई पहलुओं के लिए निहितार्थ हैं. इन सीमाओं के कुछ ऐसे अलग दिनों में अलग अलग उत्तेजना साइटों के परीक्षण के रूप में अलग सत्रों में प्रयोग विभाजन को दूर किया जा सकता है. उन मामलों में, यह है कि स्थानीयकरण सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैऔर एक साइट का परीक्षण एक ही सत्र के भीतर किया जाता है. यह लक्ष्यीकरण की सटीकता को अधिकतम द्वारा प्रयोगात्मक विचरण को कम करता है. विशेष रूप से, एक ही सत्र में सुरक्षित है कि उत्तेजना की राशि - एक या एक से अधिक परीक्षण सत्र का उपयोग करने के लिए जब तय है कि, मौलिक सीमा भागीदार की सुरक्षा है. कुल उत्तेजना संभावित रूप से कई साइटों पर, परिचय, अभ्यास, स्थानीयकरण (टीएमएस यदि), और परीक्षण शामिल है, और गंभीर हालत प्रति परीक्षणों की संख्या पर निर्भर करता है. यह आंकड़ा एक ही सत्र के लिए दिशा निर्देशों से अधिक है, यह कई सत्रों में प्रयोग तोड़ने के लिए आवश्यक है, के अलावा 24 घंटे की एक न्यूनतम का आयोजन किया. वहाँ टीएमएस प्रयोगों के लिए आवश्यक परीक्षणों की न्यूनतम संख्या के बारे में कड़ी मेहनत से और तेजी से नियम नहीं हैं, लेकिन किसी भी प्रयोग की तरह, इन प्रभाव आकार, विचरण, α स्तर (आमतौर पर 0.05) पर आधारित मानक शक्ति गणना का उपयोग अभिकलन और वांछित जा सकता है संवेदनशीलता. के अक्सर उचित अनुमानप्रभाव आकार और विचरण प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का अनुकूलन करने के लिए किया व्यापक पायलट परीक्षण के परिणाम के रूप में उपलब्ध हैं.

संक्षेप में, टीएमएस संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के लिए व्यापक अनुप्रयोगों के साथ एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है. यह लेख 'आभासी घाव "मोड में और भी क्षेत्र विशेष के तंत्रिका सूचना संसाधन के अस्थायी गतिशीलता की खोज के लिए एक chronometric उपकरण दोनों कारण मस्तिष्क व्यवहार रिश्तों की जांच के लिए एक व्यवहार कार्य के साथ संयोजन के रूप में ऑनलाइन टीएमएस के लिए एक बुनियादी प्रोटोकॉल प्रदान करता है.

Disclosures

लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.

Acknowledgments

लेखक कोई पावती है.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Magstim Rapid2 stimulator Magstim, Carmarthenshire, UK
70 mm diameter figure-of-eight coil
Brainsight frameless stereotaxy system RogueResearch, Montreal, Canada
Polaris Vicra infrared camera Northern Digital, Waterloo, ON, Canada

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Sliwinska, M. W., Vitello, S., Devlin, J. T. Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course. J. Vis. Exp. (89), e51735, doi:10.3791/51735 (2014).More

Sliwinska, M. W., Vitello, S., Devlin, J. T. Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course. J. Vis. Exp. (89), e51735, doi:10.3791/51735 (2014).

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