La dependencia estatal Efectos sobre la EMT: Una mirada a la conducta motriz fosfeno

Neuroscience

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Summary

En este artículo, se examinan los efectos de la dependencia estatal visual relevante en TMS inducida presentaciones motivo fosfénico.

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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 estimulación magnética transcraneal (TMS) es un neurostimulatory no invasiva y la técnica neuromoduladores que de forma transitoria o duradera modular la excitabilidad cortical (aumento o disminución de la misma) a través de la aplicación de pulsos localizados campo magnético. 1,2 En el ámbito de la EMT, el término dependencia del Estado se refiere a la condición inicial, de referencia de la región neural específica para la estimulación. Como se puede deducir, los efectos de la TMS puede (y) varían en función de la susceptibilidad y capacidad de respuesta primaria de la zona cortical específica. 3,4,5

En este experimento, vamos a examinar el concepto de dependencia del Estado a través de la estimulación y la experiencia subjetiva de los fosfenos motivo. Fosfenos son percibidas visualmente destellos de pequeñas luces provocadas por los pulsos electromagnéticos de la corteza visual. Estas pequeñas luces puede asumir distintas características en función del tipo de la corteza visual está siendo estimulado. En este estudio, vamos a tener como objetivo fosfenos motivo que provocó a través de la estimulación de la V1/V2 y las regiones visuales V5/MT + complejo 6.

Protocol

1) Preparación

  1. Para empezar, el asiento del sujeto en una silla cómoda frente a una pantalla de ordenador.
  2. Utilice una cinta métrica para asegurar la distancia entre la pantalla y nasion del sujeto es de 60 cm.
  3. Finalmente, coloque una máscara que bloquea la luz en los ojos del sujeto.

2) La determinación del umbral fosfeno sobre V1/V2

  1. Saber umbral fosfeno del sujeto será importante para explorar el comportamiento fosfénico más adelante en este protocolo. Para determinar este umbral, primero ajuste la máquina TMS al poder el 70%.
  2. Sostenga la bobina por lo que la parte superior de la línea media en forma de 8 caras craneal.
  3. Comience un solo pulso de estimulación en un punto cerca de 3 cm por encima del inion.
  4. Después de cada pulso, pedir al paciente que informe de cualquier experiencia fosfénica.
  5. Comenzar a mover la bobina en una cuadrícula pequeña búsqueda en torno a esta región (V1/V2).
  6. Determine la ubicación en la estimulación provoca informes fosfeno coherente e inequívoca del sujeto. Se ha teorizado que la EMT no será capaz de obtener fosfenos en torno al 40% de la población, por lo que existe la posibilidad de que el sujeto no se informe de cualquier cosa. Si este es el caso, por desgracia, este experimento no funcionará. El tema debe ser permitido salir.
  7. Una vez que el fosfénico "punto caliente" ha sido localizado, regula la potencia de TMS arriba y hacia abajo hasta que los fosfenos informes sometidos por exactamente 3 de 6 pulsos consecutivos. Este nivel es el sujeto V1/V2 umbral. Si está disponible, neuronavegación se pueden utilizar para lograr una mayor precisión espacial en la localización de la zona activa y la orientación V1/V2.

3) La determinación del umbral fosfénica el V5/MT + Complejo

  1. Utilizando el mismo procedimiento anterior y los parámetros, ahora vamos a determinar el umbral fosfeno sobre el V5/MT + complejo. Para encontrar esta región, comienzan en un punto de 3 cm dorsal y lateral de 5 cm de inion del sujeto.
  2. Después de cada pulso, pedir al paciente que informe de cualquier experiencia fosfénica.
  3. Una vez más, utilizando pulsos individuales, iniciar un patrón de búsqueda de la red pequeña hasta fosfenos inequívoca y uniforme son provocados.
  4. Por último, regula la potencia de TMS arriba y hacia abajo hasta que los fosfenos informes sometidos por exactamente 3 de 6 pulsos consecutivos. Este nivel es V5/MT del sujeto + umbral complejo. De nuevo, si neuronavegación disponibles, se puede utilizar para lograr una mayor precisión espacial al localizar y llegar a los V5/MT + punto de acceso.

4) Determinar el comportamiento de referencia fosfeno

  1. Una vez que el umbral fosfeno se ha determinado para ambas áreas visuales, es necesario medir el comportamiento de referencia fosfénico. Para ello, primero retire el tema de la luz de bloqueo de la máscara.
  2. A continuación, instruir al sujeto a mirar a una cruz de una fijación estable se presenta en el centro de la pantalla del ordenador durante 60 segundos.
  3. Vuelva a colocar la máscara y, sobre el punto caliente V1/V2, generar un tren de pulsos individuales de 3 segundos a 120% V1/V2 umbral.
  4. Espere cinco segundos y la conducta de otro tren.
  5. Una vez más, esperar cinco segundos y realizar un tercer tren.
  6. Después de que el tren de pulsos tercer single, pedir al paciente que describa las características del lugar y el motivo de cualquier provocado fosfenos. Esta será la línea de base.
  7. Repita este mismo procedimiento en los V5/MT + punto caliente (no olvide restablecer el poder TMS al 120% del umbral de V5/MT +).

5) Condición número uno

  1. Una vez que la base phophenic se ha determinado, eliminar el tema de la luz de bloqueo de la máscara una vez más.
  2. Instruir a los sujetos a mirar a una cruz fijación estable se presenta en el centro de la pantalla del ordenador durante 60 segundos. Esta vez, en lugar de una pantalla en blanco, vamos a incorporar una serie de puntos que se mueven en varios lugares alrededor de la cruz.
    Figura 1
    Figura 1 Adaptación de los estímulos para una condición:. Movimiento de traslación simple. Todos los puntos se mueven coherentemente hacia la izquierda o la derecha.
    Asegúrese de que todos los puntos se mueven en la misma dirección. Este estímulo debe servir para generar la adaptación visual: un fenómeno en el que los cambios en la excitabilidad neuronal inducida por la exposición prolongada a un estímulo sirve para sesgar la percepción de los estímulos presentados posteriormente.
  3. Después de 60 segundos, vuelva a colocar la máscara y, sobre el punto caliente V1/V2, generar un tren de pulsos solo por 3 segundos al 120% V1/V2 umbral.
  4. Espere cinco segundos y repite dos veces más.
  5. Después de tres trenes, pedir al paciente que informe la ubicación y las características de cualquier motivo provocado fosfenos. Si está disponible, el uso de un sistema de seguimiento de movimiento de los ojos en un cuarto oscuro puede ayudar a lograr una mayor precisión y el control cuantitativo de los movimientos oculares realizadas por los sujetos durante elicitations fosfeno.
  6. Continúe esta secuencia hasta que three-train/report phospcomportamiento HeNe vuelve a la actividad de referencia.
  7. Repita este procedimiento para la V5/MT + punto de acceso complejo.

6) Estado de número dos

  1. En esta segunda condición, repita el mismo procedimiento utilizado para la condición de uno. Esta vez, sin embargo, en lugar de presentar el tema con una serie de puntos que se mueven en una dirección singular, presente el tema con una serie de puntos de cada movimiento en su dirección cardinal relativa distancia de un punto central - similar a un "estallido estrella" .
    Figura 2
    Figura 2 Adaptación de los estímulos para la condición de dos:. Movimiento radial. Puntos se mueven en los respectivos puntos cardinales ya sea hacia o desde un punto central.
  2. Al igual que antes, después de 60 segundos, vuelva a colocar la máscara, llevar a cabo una serie de tres, los trenes umbral de 120% en V1/V2, pedir un informe de tema, y ​​continuará hasta el regreso de línea de base.
  3. Repita el procedimiento para + V5/MT.

7) Diagrama

  1. Como una opción, después de cada estado (o después de todas las condiciones se han completado), pida a los sujetos a dibujar las regiones y la conducta motriz de cada serie de phopsphenes en un gráfico. Esto no es un paso integral, pero le proveerá de otro conjunto de datos interpretables.

8) Los resultados representativos

La adaptación a los estímulos visuales motivo unidireccional debería generar un movimiento fosfénico idénticos en V1/V2.
Figura 3
Figura 3. Ejemplos de fosfenos inducidos desde V1/V2 en el hemisferio derecho e izquierdo durante la condición de uno (basado en los dibujos de los sujetos).
El V5/MT + fosfenos complejo también deberían verse afectadas, de tal manera que el fosfeno aparece ahora como una suma de la dirección del movimiento en el estímulo de la adaptación y el fosfeno línea de base.

Sin embargo, la adaptación visual a la forma radial debería generar un movimiento estelar fosfénico idénticos desde el V5/MT + complejo, pero no debe cambiar la línea de base V1/V2.
Figura 4
Figura 4. Ejemplos de fosfenos inducidos de la V5/MT + complejo en el hemisferio derecho e izquierdo durante la condición de dos (basado en los dibujos de los sujetos).

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Discussion

Este experimento se en el corazón de la dependencia estatal. Las neuronas en V1/V2 se cree que corresponden con el movimiento simple, direccionales 7,8 Por lo tanto, la adaptación a los estímulos motivo unidireccional aumento de la excitabilidad de las neuronas registro de este movimiento -. Como tales, deben ser los primeros en reaccionar a la TMS pulso. El V5/MT + complejo también consta de neuronas en sintonía con el movimiento de traslación simple, por lo tanto, los fosfenos inducidos de esta región también debería verse afectado por el estímulo de la adaptación. Sin embargo, el V5/MT + complejo también se cree que contienen las neuronas diferentes, que registra el movimiento radial 9,10. Debido a esto, el patrón del starburst debe cambiar el estado de V5 pero no V1/V2. Con la adaptación al movimiento de traslación radial simple o complejo, que puede controlar eficazmente que la población neuronal en el V5/MT + complejo reacciona más rápido que el pulso de TMS.

Sabiendo que una población neuronal específica puede ser preparado para ser más sensibles a TMS que rodean la población neuronal es una promesa increíble, tanto para los campos de la neurociencia cognitiva y el tratamiento terapéutico. La explotación de los efectos del estado de dependencia, tal vez uno podría argumentar para la prescripción de la terapia física, psicoterapia, terapia conductual o "preparación" antes de administrar los trenes TMS terapéutico.

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Disclosures

No hay conflictos de interés declarado.

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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