Etat-dépendance Effets sur TMS: Un regard sur le comportement Phosphène Motive

Neuroscience

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Summary

Dans cet article, nous examinons les effets de la dépendance envers l'État visuellement pertinentes sur TMS induite présentations phosphénique motif.

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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

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est un neurostimulation non invasives et technique de neuromodulation qui peut transitoirement ou durablement moduler l'excitabilité corticale (soit en augmentant ou en la diminuant) via l'application d'impulsions de champ magnétique localisé 1,2. Dans le domaine de la TMS, le terme dépendance envers l'État se réfère à la première, l'état initial de la région particulière de neurones ciblées pour la stimulation. Comme on peut le déduire, les effets de la TMS peut (et ne) varient en fonction de cette susceptibilité primaires et la réactivité de la zone ciblée corticale. 3,4,5

Dans cette expérience, nous allons examiner ce concept de dépendance envers l'État à travers la élicitation et de l'expérience subjective des phosphènes motif. Les phosphènes sont visuellement perçu des éclairs de petites lumières déclenchée par des impulsions électromagnétiques au cortex visuel. Ces petites lumières peuvent assumer les caractéristiques modifiées en fonction du type de cortex visuel est stimulé. Dans cette étude particulière, nous allons cibler phosphènes motif comme suscité par la stimulation de V1/V2 et les régions V5/MT + visuels complexes 6.

Protocol

1) Préparation

  1. Pour commencer, le siège du sujet dans un confortable fauteuil en face d'un écran d'ordinateur.
  2. Utilisez un ruban à mesurer pour s'assurer de la distance entre l'écran et nasion du sujet est de 60 cm.
  3. Enfin, placez un masque bloquant la lumière sur les yeux du sujet.

2) Déterminer Seuil Phosphène plus V1/V2

  1. Connaissant le seuil phosphène du sujet sera important lors de l'exploration de comportement phosphénique plus loin dans ce protocole. Pour déterminer ce seuil, d'abord régler la machine TMS à 70% de puissance.
  2. Tenez la bobine de sorte que le sommet de la ligne médiane figure-8 visages crânienne.
  3. Commencez une seule impulsion de stimulation à un point environ 3 cm au dessus du inion.
  4. Après chaque impulsion, demandez au sujet de signaler toute l'expérience phosphénique.
  5. Commencer à déplacer la bobine dans une grille de recherche autour de cette petite région (V1/V2).
  6. Déterminer l'endroit où la stimulation provoque cohérente et non ambiguë des rapports phosphène du sujet. Il a été théorisé que les TMS sera incapable de susciter des phosphènes dans environ 40% de la population, donc il ya une chance le sujet ne sera pas le rapport rien. Si c'est le cas, malheureusement, cette expérience ne fonctionne pas. Le sujet devrait être autorisé à quitter.
  7. Une fois le phosphénique "hotspot" a été localisé, ajuster la puissance de sortie TMS haut et en bas jusqu'à ce que les phosphènes rapports soumis pendant exactement 3 de 6 impulsions consécutives. Ce niveau de puissance est V1/V2 du sujet seuil. S'il est disponible, la neuronavigation peuvent être utilisés pour atteindre une plus grande précision spatiale lors de la localisation et le ciblage du hotspot V1/V2.

3) Déterminer Seuil Phosphénique sur le V5/MT + complexe

  1. En utilisant la même procédure ci-dessus et les paramètres, nous allons maintenant déterminer le seuil phosphène sur le V5/MT + complexes. Pour localiser cette région, commencent à un point de 3 cm et 5 cm dorsale latérale inion du sujet.
  2. Après chaque impulsion, demandez au sujet de signaler toute l'expérience phosphénique.
  3. Encore une fois, en utilisant des impulsions uniques, commencer un modèle de recherche de petites grille jusqu'à phosphènes sans ambiguïté et cohérentes sont déclenchés.
  4. Enfin, ajuster la puissance de sortie TMS haut et en bas jusqu'à ce que les phosphènes rapports soumis pendant exactement 3 de 6 impulsions consécutives. Ce niveau de puissance est V5/MT du sujet + seuil complexes. Encore une fois, si disponible, la neuronavigation peuvent être utilisés pour atteindre une plus grande précision spatiale lors de la localisation et le ciblage des V5/MT + hotspot.

4) la détermination du comportement de base Phosphène

  1. Une fois le seuil phosphène a été déterminé pour les deux aires visuelles, nous avons besoin pour mesurer le comportement de base phosphénique. Pour ce faire, retirez d'abord bloquant la lumière du sujet masque.
  2. Ensuite, charger le sujet à regarder une croix de fixation stables présentées dans le centre de l'écran d'ordinateur pendant 60 secondes.
  3. Remplacez le masque et, sur la tache chaude V1/V2, de générer un train d'impulsions unique pour 3 secondes à 120% V1/V2 seuil.
  4. Attendez cinq secondes et la conduite d'un autre train.
  5. Encore une fois, attendez cinq secondes et la conduite d'un train tiers.
  6. Après le train d'impulsions troisième single, demander au sujet de décrire les caractéristiques de l'emplacement et le motif de toute suscité phosphènes. Ce sera la base.
  7. Répétez cette même procédure au cours de la V5/MT + hot spot (n'oubliez pas de réinitialiser la puissance TMS à 120% du seuil V5/MT +).

Condition numéro 5) Une

  1. Une fois la ligne de base phophenic a été déterminé, enlevez bloquant la lumière du sujet une fois le masque.
  2. Demandez le sujet à regarder une croix de fixation stables présentées dans le centre de l'écran d'ordinateur pendant 60 secondes. Cette fois, plutôt que d'un écran vide, nous allons intégrer une série de points se déplaçant à plusieurs endroits autour de la croix.
    Figure 1
    Figure 1 Adaptation stimuli pour seule condition:. Simple mouvement de translation. Tous les points se déplacer de manière cohérente, soit à gauche ou à droite.
    Assurez-vous que tous les points se déplacent dans la même direction. Cette relance devrait servir à l'adaptation visuelle engendrent: un phénomène dans lequel les changements d'excitabilité neuronale comme induit par une exposition prolongée à un stimulus sert à biaiser la perception des stimuli présentés ultérieurement.
  3. Après 60 secondes, remplacez le masque et, au cours des hotspot V1/V2, de générer un train d'impulsions simple pour 3 secondes à 120% V1/V2 seuil.
  4. Attendre cinq secondes et répétez deux fois plus.
  5. Après trois trains, demandez au sujet de signaler les emplacements et les caractéristiques motrice suscité phosphènes. S'il est disponible, l'utilisation d'un système de suivi des mouvements des yeux dans une pièce sombre peut aider à atteindre une plus grande précision et le suivi quantitatif des mouvements oculaires effectués par les sujets pendant des recherches d'phosphène.
  6. Continuez cette séquence jusqu'à ce three-train/report phospcomportements HeNe retourne à l'activité de base.
  7. Répétez cette procédure pour l'V5/MT + hotspot complexes.

Condition numéro 6) Deux

  1. Dans cette seconde condition, répétez la même procédure utilisée pour seule condition. Cette fois, cependant, plutôt que de présenter le sujet avec une série de points se déplaçant dans une direction singulière, présente le sujet avec une série de points se déplaçant chacun dans sa direction cardinale relativement loin d'un point central - semblable à un «éclat d'étoile" modèle .
    Figure 2
    Figure 2 Adaptation des stimuli pour l'état deux:. Mouvement radial. Dots déplacer dans des directions respectives cardinaux soit vers ou depuis un point central.
  2. Comme avant, après 60 secondes, remplacez le masque, effectuer une série de trois, les trains seuil de 120% par rapport V1/V2, demander un rapport soumis, et continuer jusqu'au retour de base.
  3. Répétez l'opération pour + V5/MT.

7) Diagramme

  1. En option, après chaque état (ou après toutes les conditions sont remplies), demandez au sujet de tirer les régions et les comportements motif de chaque série de phopsphenes sur un graphique. Ce n'est pas une étape à part entière, mais vous fournira avec un autre ensemble de données interprétables.

8) Les résultats représentatifs

Adaptation visuelle aux stimuli motif uni-directionnel devrait susciter un mouvement identique phosphénique plus V1/V2.
Figure 3
Figure 3. Exemples de phosphènes induite par V1/V2 dans l'hémisphère droit et gauche pendant seule condition (basé sur les dessins de sujets).
Le V5/MT + phosphènes complexes devraient également être touchés, tels que le phosphène apparaît désormais comme une somme de la direction du mouvement dans l'adaptation et la relance du phosphène base.

Cependant, l'adaptation visuelle au schéma en étoile devrait susciter un mouvement de Starburst identiques phosphénique du V5/MT + complexe, mais ne devrait pas changer la ligne de base V1/V2.
Figure 4
Figure 4. Exemples de phosphènes induite par l'V5/MT + complexe dans l'hémisphère droit et gauche au cours de la condition de deux (sur la base des dessins de sujets).

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Discussion

Cette expérience devient au cœur de la dépendance envers l'État. Les neurones dans V1/V2 sont pensés pour correspondre avec simple mouvement directionnel 7,8 conséquent, l'adaptation aux stimuli motif uni-directionnel augmenté l'excitabilité des neurones inscrire ce mouvement -. Tant que tels, ils devraient être les premiers à réagir à la TMS pouls. Le V5/MT + complexe contient aussi des neurones à l'écoute d'un mouvement de translation simple, donc les phosphènes induits de cette région devrait également être affectée par le stimulus d'adaptation. Cependant, le V5/MT + complexe est également pensé pour contenir les neurones distincts qui enregistrent le mouvement radial. 9,10 Pour cette raison, le modèle en étoile doit changer l'état du V5, mais pas V1/V2. En adaptant à de simples mouvements de translation ou radiale complexe, nous pouvons lutter efficacement contre lequel la population de neurones dans le V5/MT + complexes plus rapidement réagit à l'impulsion de TMS.

Sachant que d'une population spécifique de neurones peuvent être apprêtées à être plus réceptifs aux TMS que les entourant population neuronale détient promesse incroyable tant pour les domaines de la neuroscience cognitive et traitement thérapeutique. Exploiter les effets dépendance envers l'État, peut-être un argument pourrait être faite pour la prescription de kinésithérapie, psychothérapie, ou d'autres comportementale "priming" avant d'administrer les thérapies thérapeutiques trains TMS.

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Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

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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