Estado de dependência-Efeitos sobre a TMS: Um olhar sobre Comportamento fosfeno Motive

Neuroscience

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Summary

Neste artigo, vamos examinar os efeitos da dependência do Estado visualmente relevantes sobre TMS induzida apresentações phosphenic motivo.

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Najib, U., Horvath, J. C., Silvanto, J., Pascual-Leone, A. State-Dependency Effects on TMS: A Look at Motive Phosphene Behavior. J. Vis. Exp. (46), e2273, doi:10.3791/2273 (2010).

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Abstract

A estimulação magnética transcraniana (TMS) é um neurostimulatory não-invasivo e técnica neuromoduladores que pode transitoriamente ou duradoura modular a excitabilidade cortical (aumentando ou diminuindo-a), através da aplicação de pulsos localizados campo magnético. 1,2 No campo da TMS, o termo dependência de estado refere-se à condição inicial, base da região neural alvo de estimulação. Como pode ser inferido, os efeitos da TMS podem (e fazem) variam de acordo com esta susceptibilidade primária e capacidade de resposta da área alvo cortical. 3,4,5

Nesta experiência, vamos examinar este conceito de dependência de estado através do levantamento e da experiência subjetiva de fosfenos motivo. Fosfenos são visualmente percebidos flashes de luzes pequenas desencadeada por pulsos eletromagnéticos para o córtex visual. Estas pequenas luzes pode assumir características variadas, dependendo de qual tipo de córtex visual está sendo estimulada. Neste estudo particular, que será alvo fosfenos motivo como suscitou através da estimulação de V1/V2 e as regiões V5/MT + complexo visual. 6

Protocol

1) Preparação

  1. Para começar, o banco do sujeito em uma cadeira confortável na frente de uma tela de computador.
  2. Use uma fita métrica para garantir a distância entre a tela e násio do sujeito é de 60 cm.
  3. Finalmente, coloque uma máscara de bloqueio de luz sobre os olhos do sujeito.

2) Determinar Threshold fosfeno sobre V1/V2

  1. Sabendo limiar fosfeno do sujeito será importante quando se explora o comportamento phosphenic mais tarde neste protocolo. Para determinar esse limite, primeiro defina a máquina TMS a 70% de energia.
  2. Segure a bobina de modo que o topo da linha média cifra-8 faces cranial.
  3. Comece-estimulação único pulso em um ponto cerca de 3 cm acima do ínion.
  4. Após cada pulso, pergunte o assunto para relatar qualquer experiência phosphenic.
  5. Começam a se mover a bobina em uma grade pequena pesquisa em torno desta região (V1/V2).
  6. Determinar o local onde a estimulação provoca consistente e inequívoca relatórios fosfeno do assunto. Foi teorizado que a TMS não será capaz de provocar fosfenos em cerca de 40% da população, por isso há uma chance de o assunto não irá relatar nada. Se este for o caso, infelizmente, esta experiência não vai funcionar. O assunto deve ser autorizado a sair.
  7. Uma vez que o phosphenic "hotspot" foi localizado, ajustar a potência TMS cima e para baixo até que o assunto fosfenos relatórios para exatamente 3 de 6 pulsos consecutivos. Esta potência é o limiar do sujeito V1/V2. Se estiver disponível, neuronavegação pode ser utilizado para alcançar maior precisão espacial quando localizar e orientar a hotspot V1/V2.

3) Determinar Threshold Phosphenic sobre o V5/MT + Complex

  1. Usando o mesmo procedimento acima mencionado e parâmetros, vamos agora determinar o limiar fosfeno sobre o V5/MT + complexo. Para localizar esta região, começa em um ponto três centímetros dorsal e 5 cm lateral para ínion do sujeito.
  2. Após cada pulso, pergunte o assunto para relatar qualquer experiência phosphenic.
  3. Novamente, utilizando pulsos simples, comece um padrão de grade pequena pesquisa até fosfenos inequívoca e consistente são eliciadas.
  4. Finalmente, ajustar a potência TMS cima e para baixo até que o assunto fosfenos relatórios para exatamente 3 de 6 pulsos consecutivos. Esta potência é V5/MT do sujeito + limiar complexo. Novamente, se neuronavegação, disponível podem ser usados ​​para alcançar uma maior precisão espacial quando localizar e orientar a V5/MT + hotspot.

4) determinar o comportamento da linha de base fosfeno

  1. Uma vez limiar fosfeno foi determinada para as duas áreas visual, precisamos medir o comportamento phosphenic linha de base. Para fazer isso, primeiro remova a máscara do sujeito-luz de bloqueio.
  2. Em seguida, instrua o sujeito a olhar para uma cruz fixação estável apresentado no centro da tela do computador por 60 segundos.
  3. Substituir a máscara e, sobre o ponto V1/V2 quente, gerar um trem de pulso único para 3 segundos a 120% V1/V2 limiar.
  4. Espera de cinco segundos e realizar outro trem.
  5. Mais uma vez, espera de cinco segundos e realizar um terceiro trem.
  6. Depois que o trem de pulsos terceiro single, pedir ao sujeito para descrever as características de localização e motivo de qualquer provocou fosfenos. Esta será a linha de base.
  7. Repita este mesmo procedimento ao longo dos V5/MT + hot spot (lembre-se de repor o poder TMS a 120% do limiar + V5/MT).

5) Um número de condição

  1. Uma vez que a linha de base phophenic foi determinada, remova a máscara do sujeito-luz de bloqueio, mais uma vez.
  2. Instruir o sujeito a olhar para uma cruz fixação estável apresentado no centro da tela do computador por 60 segundos. Desta vez, ao invés de uma tela em branco, vamos incorporar uma série de pontos em movimento em vários locais ao redor da cruz.
    Figura 1
    Figura 1 Adaptação estímulos para uma condição:. Movimento de translação simples. Mover todos os pontos de forma coerente tanto para a esquerda ou direita.
    Certifique-se de todos os pontos estão se movendo na mesma direção. Este estímulo deve servir para gerar adaptação visual: um fenômeno em que as mudanças na excitabilidade neural como induzidas pela exposição prolongada a um estímulo serve para polarizar a percepção dos estímulos apresentados posteriormente.
  3. Após 60 segundos, troque a máscara e, ao longo dos hotspot V1/V2, gerar um trem de pulso único durante 3 segundos em 120% V1/V2 limiar.
  4. Espera de cinco segundos e repita mais duas vezes.
  5. Depois de três trens, pedir o assunto para relatar os locais e as características de qualquer motivo provocou fosfenos. Se estiver disponível, o uso de um sistema de rastreamento de movimento dos olhos em um quarto escuro pode ajudar a atingir uma maior precisão e monitorização quantitativa dos movimentos dos olhos feitos por indivíduos durante elicitations fosfeno.
  6. Continue essa seqüência até three-train/report phospcomportamento HeNe retorna à atividade inicial.
  7. Repita este procedimento para o V5/MT + hotspot complexo.

6) Número Dois Condição

  1. Nesta segunda condição, repita o mesmo procedimento utilizado para uma condição. Desta vez, porém, ao invés de apresentar o assunto com uma série de pontos em movimento em uma direção singular, apresentar o assunto com uma série de pontos a cada movimento em sua direção em relação cardinal de distância de um ponto central - semelhante a uma "explosão da estrela" padrão .
    Figura 2
    Figura 2 Adaptação estímulos para a condição dois:. Movimento radial. Pontos se movem em direções cardeais respectivos ou em direção ou para longe de um ponto central.
  2. Como antes, após 60 segundos, troque a máscara, realizar uma série de três, trens limite de 120% sobre V1/V2, para pedir um relatório em questão, e continuar até a volta de linha de base.
  3. Repita o procedimento para + V5/MT.

Diagrama 7)

  1. Como uma opção, depois de cada condição (ou depois de todas as condições forem concluídas), pedir ao indivíduo para desenhar as regiões e comportamento motivação de cada série de phopsphenes em um gráfico. Isto não é um passo essencial, mas irá lhe fornecer um outro conjunto de dados interpretáveis.

8) Resultados Representante

Adaptação visual aos estímulos uni-direcional motivo deve provocar um movimento idêntico phosphenic mais V1/V2.
Figura 3
Figura 3. Exemplos de fosfenos induzidos a partir de V1/V2 no hemisfério direito e esquerdo durante uma condição (baseado nos desenhos de indivíduos).
O V5/MT + fosfenos complexos também devem ser afetados, de modo que o fosfeno agora aparecerá como uma soma de direção de movimento no estímulo de adaptação e os fosfeno linha de base.

No entanto, a adaptação visual para o padrão starburst deve causar um movimento idêntico phosphenic starburst do V5/MT + complexo, mas não deve mudar a linha de base V1/V2.
Figura 4
Figura 4. Exemplos de fosfenos induzidos a partir da V5/MT + complexo no hemisfério direito e esquerdo durante a condição de dois (baseado nos desenhos de indivíduos).

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Discussion

Esta experiência começa no coração de dependência do Estado. Neurônios em V1/V2 são pensados ​​para corresponder com o movimento, simples direcional 7,8 Portanto, a adaptação aos estímulos uni-direcional motivo aumento da excitabilidade dos neurônios registrar este movimento -. Como tal, devem ser os primeiros a reagir ao TMS pulso. O V5/MT + complexo também contém neurônios ajustado ao movimento de translação simples, portanto, o fosfenos induzidos a partir desta região também deve ser afetada pelo estímulo adaptação. No entanto, o V5/MT + complexo também é pensado para conter neurônios distintos que registram movimento radial. 9,10 Devido a isso, o padrão starburst deve alterar o estado de V5, mas não V1/V2. Adaptando ao movimento de translação ou complexos simples radial, podemos controlar efetivamente que a população neuronal na V5/MT + complexo reage mais rápido com o pulso TMS.

Sabendo que uma população específica de neurônios pode ser preparado para ser mais sensível a TMS do que cercam população neuronal é uma promessa incrível para os campos da neurociência cognitiva e tratamento terapêutico. Explorando os efeitos da dependência do Estado, talvez um argumento poderia ser feito para a prescrição de fisioterapia, psicoterapia, ou outros comportamental "priming" terapias antes de administrar os trens terapêutica TMS.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

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

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References

  1. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation. Edward Arnold. London. (2002).
  2. Walsh, V., Pascual-Leone, A. Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind. MIT Press. Cambridge. (2005).
  3. 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).
  4. Silvanto, J., Pascual-Leone, A. State-Dependency of Transcranial Magnetic Stimulation. Brain Topography. 21, 1-10 (2008).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Rutchmann, R. M., Schrauf, M., Greenlee, M. W. Brain activation during dichoptic presentation of optic flow stimuli. Exp Brain Res. 134, 533-537 (2000).
  10. 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).

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