Kortikal Fizyoloji yanıt inhibisyonu ile ilgili ölçmek için online Transkraniyal manyetik stimülasyon Protokolü
8 Şubat 2018
Biz bir Stop sinyal görev boyunca Transkraniyal manyetik stimülasyon kullanılarak uyarılabilirlik ve birincil motor korteks inhibisyonu bir motor yanıt inhibisyon görev sırasında ölçmek için deneysel bir işlem açıklanmaktadır.
Bu deneyin genel amacı, TMS olarak da bilinen transkraniyal manyetik stimülasyonu kullanarak bir motor yanıt inhibisyonu görevi sırasında birincil motor korteks uyarılabilirliğini ve inhibisyonunu ölçmektir. Bu yöntem, motor görevin tamamlanması ve yanıt inhibisyonu sırasında kortikal fizyolojik değişiklikleri anlamak için motor kontrol araştırması alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, çocuk dostu bir durdurma sinyali davranışsal görevi sırasında birincil motor korteks fizyolojisini keşfetmek için non-invaziv transkraniyal manyetik stimülasyon teknolojisinin kullanılmasıdır.
Bu yöntem, pediatrik hareket bozuklukları hakkında fikir verebilir. Dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu ve otizm spektrum bozukluğu gibi motor regülasyonu etkileyen herhangi bir nöro-psikiyatrik duruma da uygulanabilir. Prosedürü laboratuvarımızdan David Huddleston ve Alyssa Roeckner gösterecek.
Standart bir anket kullanarak katılımcıyı TMS kontrendikasyonları açısından tarayarak başlayın. Operatörün kendi ön kolu üzerinden manyetik bir darbe göndererek TMS'nin nasıl çalıştığını gösterin. Bundan sonra, nabzı hissedebilmesi için katılımcının ön kolu üzerinden bir TMS nabzı verin.
Ardından, işitme koruması için katılımcının kulaklarına kulak tıkacı yerleştirin. Daha sonra, deneğin ilk dorsal interosseöz kası veya DYY'yi tanımlamak için baskın işaret parmağını kaçırmasını sağlayın. Negatif elektrodu DYY'nin göbeğine yerleştirin, ardından pozitif elektrodu ikinci ve üçüncü metakarpofalangeal veya MCP eklemleri arasına ve toprak elektrodu beşinci MCP ekleminin üzerine yerleştirin.
Katılımcının ellerini, her iki kolun ve ellerin ulnar yönleri ile konumlandırın, yerçekimi önleyici çaba gerektirmeden bir yastığın üzerinde tamamen dinlenin. Son olarak, katılımcının baskın işaret parmağını uzatırken üçüncü ila beşinci parmakları esnetti. Ardından, işaret parmağı yarış arabası Slater-Hammel görevi için kullandığınız düğmenin üzerinde duracak şekilde yastığın üzerine bir oyun kumandası pedi yerleştirin.
M90 üzerinde indüklenmiş bir posterior ila anterior akım üretmek için tutamak oksiputa doğru bakacak şekilde tepe noktası üzerinde kafatasına teğet olarak konumlandırılmış 1 milimetrelik dairesel bir TMS bobini kullanarak temel çizgi TMS ölçümlerini elde ederek başlayın. Ardından, TMS nabız iletiminin aynı kortikal bölgede gerçekleştiğinden emin olmak için sıcak nokta bulunduktan sonra kafa derisi konumunu işaretlemek için bir balmumu kalemi kullanın. Her iki eliniz dinlenirken, RMT olarak kısaltılan dinlenme motor eşiğinin% 20'si yoğunluğunu kullanarak, temel tek darbeli TMS kaynaklı DYY MEP'lerinin 120 denemesini gerçekleştirin. Son olarak, üç milisaniyelik interstimulus aralığı kullanarak istirahatte M1 kısa aralıklı intrakortikal inhibisyonun temel eşleştirilmiş nabız TMS ölçümlerinin 20 denemesini gerçekleştirin.
Yarış arabası Slater-Hammel yanıt engelleme görevini doğrudan katılımcının önündeki bir monitörde görüntüleyerek başlayın. Deneye, önce katılımcıyı davranışsal görev konusunda eğiterek, deneğe monitörün sol tarafındaki arabanın, baskın işaret parmağının eklenmesiyle düğmeye basıldıktan sonra hareket etmeye başlayacağını söyleyerek başlayın. Ardından, katılımcıya go denemelerinin amacının, ekranda dikey bir çizgi ile gösterildiği gibi 800 milisaniye hedefine en yakın ama daha önce parmağınızı kaldırmak olduğunu söyleyin.
Katılımcının 10 deneme denemesi yapmasını sağlayın. Daha sonra, katılımcıya ikinci deneme setinin arabanın 800 milisaniye hedefinden önce rastgele durmasını içerdiğini söyleyerek durdurma görevi için eğitim verin. Çocuğa, araba rastgele durduğunda parmağını kaldırmadan işaret parmağını düğmenin üzerinde tutmasını söyleyin.
Katılımcıya, dur sinyali verilirse ve damalı bayraktan önce parmak kaldırılırsa, çok erken bir "mesaj" görüneceğini bildirin. Çocuğa, başarılı durdurma denemelerinden sonra harika bir "mesaj" görüntüleneceğini söyleyin. Çocuğun 10 durdurma denemesi yapmasını sağlayın.
Katılımcı yalnızca git ve yalnızca durdurma denemelerini uyguladıktan sonra, bir sonraki alıştırma bloğunun git ve durdur denemelerinin bir karışımını içerdiğini söyleyin. Çocuğun 20 karışık go denemesi yapmasını ve son bir uygulama olarak durmasını sağlayın. Daha sonra, gerçek çevrimiçi Slater-Hammel deneyinin hazırlığında, katılımcıya izi başlatmak için baskın işaret parmağını aşağı itmesini, go denemeleri için parmağını kaldırmasını ve denemeleri durdurmak için parmağını düğmenin üzerinde tutmasını hatırlatın.
Çocuğa, Slater-Hammel görevi sırasında TMS darbelerinin verileceğini ve üç blok çevrimiçi Slater-Hammel TMS denemesi olacağını söyleyin. Tercihen baskın M90'i uyarmak için önceki balmumu kalem işaretini kullanarak 1 milimetrelik dairesel bobini tepe noktasının üzerine yerleştirin ve koşullandırma darbesi yoğunluğunu %60 RMT'ye ve test darbesini %120 RMT'ye ayarlayın. Son olarak, çevrimiçi Slater-Hammel TMS deneyine başlayın.
Burada, en küçük kareler kullanılarak farklı deneme koşullarında temsili nörofizyolojik veriler, regresyon modelinden hesaplanan ortalama tahminlerdir. MEP genlikleri için, bağımsız değişkenler cinsiyet, görme ve deneme bloğu, regresyon modelinde anlamlı değildi. TMS nabız durumu ve deneme koşulu ile etkileşimi anlamlıydı.
Üç görev koşulu arasındaki tek darbeli MEP genliklerinin tüm ikili karşılaştırmaları önemsizdi. Bununla birlikte, gitmeye karşı başarısız durdurma ve başarılı ve başarısız durdurma arasındaki farklar önemliydi. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde yapılırsa yaklaşık bir saat içinde yapılabilir.
Bu prosedürü denerken, çocuklara Slater-Hammel görevi sırasında nasıl doğru bir şekilde performans göstereceklerini öğretmeyi unutmamak önemlidir. EMG derivasyonlarının kurgulanması ve veri toplama sırasında kullanılan teknik, güvenilir veri elde etmek için önemlidir. Bu prosedürü takiben, diğer kortikal bölgelerin motor görevler sırasında motor sistemi nasıl düzenlediğini araştırmak için davranışsal görev sırasında aynı anda iki TMS bobininin kullanılması gibi diğer yöntemler de gerçekleştirilebilir.
Geliştirilmesinden sonra bu teknik, motor kontrol araştırmaları alanındaki araştırmacıların Tourette Sendromu, Distoni, DEHB ve otizm spektrum bozukluğu gibi motor kontrol sorunları olan hastalarda motor sistem fizyolojisini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, davranışsal bir görev sırasında çocuklarda TMS'nin nasıl gerçekleştirileceğini iyi anlamış olmalısınız.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, Stop Sinyal Görevi adlı bir motor yanıt inhibisyon görevi sırasında Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) kullanarak primer motor korteksin eksitabilitesini ve inhibisyonunu nicelleştirmek için bir prosedür sunmaktadır. Bu çalışma, motor kontrol araştırmalarındaki kritik soruları ele almakta; özellikle görev tamamlama ve yanıt inhibisyonu sırasındaki kortikal değişikliklere odaklanarak, pediatrik hareket bozukluklarının anlaşılması için özellikle ilgili olan konuları incelemektedir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Motor Kontrol
- Pediyatrik Araştırmalar
Arka Plan
- Primer motor korteks, yanıt inhibisyonunda kritik bir rol oynar.
- Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS), kortikal fizyolojinin non-invaziv olarak incelenmesine olanak tanır.
- Stop Sinyal Görevi, motor yanıt inhibisyonunu incelemek için kabul görmüş bir yöntemdir.
- Elde edilen bilgiler, motor regülasyonu etkileyen nöropsikiyatrik durumlar için çıkarımlar sağlayabilir.
Çalışmanın Amacı
- Motor yanıt inhibisyonu sırasında primer motor korteks uyarılabilirliğini ve inhibisyonunu nicelleştirmek.
- Davranışsal görevler sırasındaki kortikal değişiklikleri aydınlatmak için TMS'yi bir araç olarak kullanmak.
- Bu bulguların pediatrik hareket bozukluklarındaki potansiyel uygulamalarını araştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Kullanılan ana platform, davranışsal bir görev sırasında uygulanan TMS'dir.
- Temel biyolojik model, katılımcıların bir Durdurma Sinyali Görevi (Stop Signal Task) gerçekleştirmesini içerir.
- Bu çalışmada herhangi bir multiomik iş akışı yürütülmemiştir.
- Önemli adımlar arasında katılımcı taraması, TMS pulse uygulaması ve "git" ile "dur" denemeleri üzerine eğitim yer almaktadır.
- Sinyal denemelerini içeren ana deneysel kuruluma bazal ölçümler eşlik eder.
Temel Sonuçlar
- Davranışsal veriler, başarılı ve başarısız durdurma denemeleri arasında motor yanıtlar açısından anlamlı farklılıklar olduğunu göstermiştir.
- Elektrofizyolojik ölçümler bağımsız değişkenler arasında anlamlı bir değişiklik göstermemiştir, ancak görev performansı açısından net ayrımlar gözlemlenmiştir.
- Yöntem, kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon dinamiklerini incelemek için güvenilir kurulumlar sunmaktadır.
- Sonuçlar, bu yaklaşımın gelecekteki motor kontrol araştırmaları için etkili olduğunu göstermektedir.
Sonuçlar
- Bu çalışma, non-invaziv teknikler kullanarak primer motor korteksteki eksitabilite ve inhibisyonun incelenmesi için bir çerçeve sunmaktadır.
- Sonuçlar, motor kontrol ve yanıt inhibisyonunda rol oynayan nöronal mekanizmaların anlaşılmasını geliştirebilir.
- Gelecekteki uygulamalar, çeşitli nöropsikiyatrik durumlarda motor sistem fizyolojisinin araştırılmasına genişletilebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Bu protokol, çocuk dostu bir motor yanıt inhibisyon görevi sırasında primer motor korteks uyarılabilirliğinin ve inhibisyonunun non-invaziv olarak nicelleştirilmesini sağlayarak, nöropsikiyatrik bozukluklarda hedef doğrulamadaki riskleri azaltmak için translasyonel bir araç sunar. TMS kaynaklı fizyolojik okumaları GO ve STOP deneme koşullarındaki davranışsal performansla ilişkilendiren bu yöntem, yanıt inhibisyonunun altında yatan kortikal devrelere ilişkin mekanistik içgörüyü destekler. Bu yaklaşım; DEHB, otizm spektrum bozukluğu ve ilgili durumlarla ilgili, kortikal fizyolojinin nicelleştirilebilir ve tekrarlanabilir bir biyobelirteci sunarak erken keşif aşamasındaki öngörü güvenilirliğini artırır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Motor yanıt inhibisyonu sırasında kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon mekanizmalarının sorgulanmasına olanak tanıyarak, motor kontrol yollarındaki hedef hipotezlerin test edilmesini destekler.
- Operasyonel Değer: Nörogelişimsel durumların preklinik modellerinde nörofizyolojik hedeflerin değerlendirilmesi için tekrarlanabilir ve çocuklara uyarlanabilir bir paradigma sunar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Belirli deneme olaylarına (GO, başarılı STOP, başarısız STOP) zamanla kilitlenmiş kantitatif motor evoke potansiyel (MEP) okumaları sağlayarak, deneme türleri arasında analiz standardizasyonuna olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Kortikal fizyolojinin yüksek zamansal çözünürlüklü ölçümünü destekleyerek, tedavi etkilerinin M1 inhibisyonu ve eksitasyonu üzerindeki güvenilir tespitini kolaylaştırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: DEHB, otizm ve Tourette sendromunda gözlemlenen yanıt inhibisyonu eksikliklerini modelleyerek hastalıkla ilgili sistemlerle uyum sağlar ve translasyonel biyobelirteç uyumunu destekler.
- Operasyonel Değer: Merkezler arası tekrarlanabilirliğe (iki çalışma merkezinde n=38) olanak tanıyarak, çok merkezli preklinik veya erken klinik çalışmalarda ölçeklenebilir kullanımı destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, hedef doğrulamasından öncü bileşik tanımlamaya kadar uzanan keşif sürekliliğine uyum sağlar; burada kortikal fizyoloji çıktıları, motor düzenleme ve yanıt inhibisyon ağlarında yer alan hedeflerin mekanistik risk azaltma süreçlerini bilgilendirir.
- Keşif Biyolojisi: Farklı TMS puls koşulları (tekli ve çiftli puls) ile deneme türleri genelinde MEP amplitüd değişimlerini niceliklendirerek kortikal hedeflerin hipotez testlerini destekler, inhibitör ve eksitatör devre işlevlerini netleştirir.
- Tarama: GO denemelerinde 650 ms'de ve STOP denemelerinde durdurma sinyalinden 150 ms sonra standardize edilmiş TMS uygulaması ile analiz hazırlığını mümkün kılar, zamansal kesinliği ve tekrarlanabilirliği sağlar.
- Analitikler: Kovaryantlar (yaş, cinsiyet, çalışma merkezi, blok, TMS koşulu, deneme koşulu) ile regresyon modellemesi üzerinden analiz edilen MEP amplitüd çıktıları oluşturarak fizyolojik yanıtların istatistiksel karşılaştırmasına olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Pediyatrik nöropsikiyatrik durumlarda motor disregülasyonu modelleyerek preklinik süreklilikle bağlantı kurar ve risk ayarlı ilerleme kararlarını destekler.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Motor inhibisyon değerlendirmesi gerektiren birden fazla MSS hedefi ve davranışsal paradigma genelinde uygulanabilen, yeniden kullanılabilir bir nörofizyolojik platformu temsil eder.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Kognitif motor kontrol sırasında kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon dinamiklerini ölçerek hedef etkileşimi konusunda öngörücü güven sağlar.
- Operasyonel Değer: Sabit TMS zamanlaması, çocuk dostu görev tasarımı ve EMG tabanlı MEP saptaması yoluyla standardizasyon sunarak fizyolojik okumalardaki değişkenliği azaltır.
- Stratejik Değer: Motor korteks fizyolojisi üzerindeki hedef aracılı etkilerin objektif ve nicelendirilebilir değerlendirmesine olanak tanıyarak go/no-go kararlarını iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Yanıt inhibisyonunda rol oynayan nöral devreleri hedefleyen bileşiklerin risk ayarlı önceliklendirmesini destekleyerek, hedef etkileşimi kanıtı eksikliği nedeniyle meydana gelen geç aşama başarısızlıklarını azaltır.
Uygulama Hususları
- TMS güvenliği, pediatrik nörofizyoloji ve EMG sinyal alımı konularında uzmanlık gerektirir.
- Tutarlı MEP tetiklenmesi için TMS bobin konumlandırma doğruluğuna ve bireysel motor eşik belirlemesine bağlıdır.
- Karşılaştırılabilir GO/STOP deneme performansı sağlamak için merkezler arasında görev talimatlarının ve davranışsal eğitimin standardize edilmesi gerekir.
- Pediatrik popülasyonlarda görev uyumunu etkileyebilecek olan TMS pals sesinden kaynaklanan işitsel artefaktlar dikkate alınmalıdır.
- Standardize bobin yerleşimi (verteks, FDI hedeflemesi) ve sabit uyaranlar arası aralıklarla (çift pals inhibisyonu için 3 ms) merkezler arasında ölçeklendirilebilir.
