State-Dependency Auswirkungen auf TMS: Ein Blick auf Motive Phosphene Behavior

Neuroscience

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Summary

In diesem Artikel untersuchen wir die Auswirkungen der optisch relevanten staatlichen Abhängigkeit von TMS induzierte Motiv phosphenic Präsentationen.

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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

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive neurostimulatory und neuromodulatorischen Technik, die vorübergehend oder dauerhaft modulieren kann kortikalen Erregbarkeit (entweder steigend oder fallend ist) über die Anwendung der lokalisierten Magnetfeldimpulsen. 1,2 Im Bereich der TMS, der Begriff Zustand der Abhängigkeit bezieht sich auf die erste in den Ausgangszustand des jeweiligen neuronalen Region zur Stimulation ausgerichtet. Wie kann gefolgert werden, können die Auswirkungen der TMS (und tun) variieren je nach diesem primären Empfänglichkeit und Ansprechbarkeit der gezielten kortikalen Bereich. 3,4,5

In diesem Experiment werden wir dieses Konzept der staatlichen Abhängigkeit durch die Erhebung und die subjektive Erfahrung des Motivs Phosphene zu untersuchen. Phosphene sind optisch blinkt von kleinen Lichtern durch elektromagnetische Impulse an den visuellen Kortex ausgelöst wahrgenommen. Diese kleinen Lichtern kann davon ausgehen, verschiedene Eigenschaften je nachdem, welche Art von visuellen Kortex wird stimuliert. In diesem speziellen Studie, werden wir gezielt Motiv Phosphene als hervorgerufen durch die Stimulation von V1/V2 und die V5/MT + komplexen visuellen Regionen. 6

Protocol

1) Herstellung

  1. Um zu beginnen, Sitz der Gegenstand in einem bequemen Stuhl vor einem Computer-Bildschirm.
  2. Verwenden Sie ein Maßband, um den Abstand zwischen Bildschirm und die Probanden Nasion ist 60 cm zu gewährleisten.
  3. Schließlich Ort ein Licht-blocking Maske über die Augen des Motivs.

2) Die Bestimmung Phosphene Threshold über V1/V2

  1. Das Wissen des Subjekts Phosphen Schwelle wird wichtig sein, bei der Erkundung phosphenic Verhalten später in diesem Protokoll. Um zu bestimmen, diese Schwelle, zuerst die TMS-Maschine zu 70% Energie.
  2. Halten Sie die Spule so oben in der Figur-8 Gesichter kranialen Mittellinie.
  3. Begin single-pulse Stimulation an einem Punkt ca. 3 cm über dem Inion.
  4. Nach jedem Puls, fragen Sie die vorbehaltlich etwaiger phosphenic Erfahrungen berichten.
  5. Begin Bewegen der Spule in einem kleinen Suchraster um diese Region (V1/V2).
  6. Bestimmen Sie den Speicherort, wo Stimulation löst konsequente und eindeutige Phosphen Berichte aus dem Thema. Es wurde vermutet, dass TMS Lage sein wird, Phosphene in rund 40% der Bevölkerung auslösen, so besteht die Chance, das Thema nicht melden wird alles. Wenn dies der Fall ist, leider wird dieses Experiment nicht funktioniert. Das Thema sollte gestattet werden, zu verlassen.
  7. Sobald die phosphenic "Hotspot" gefunden wurde, stellen Sie die TMS Leistung rauf und runter, bis das Thema berichtet Phosphene für genau 3 von 6 aufeinander folgenden Pulsen. Diese Leistung ist das Thema der V1/V2 Schwelle. Falls verfügbar, können Neuronavigation verwendet werden, um größere räumliche Genauigkeit zu erreichen bei der Ortung und die Ausrichtung der V1/V2 Hotspot werden.

3) Die Bestimmung Phosphenic Threshold über die V5/MT + Complex

  1. Mit der gleichen oben genannten Verfahren und Parameter, werden wir nun bestimmen Phosphen Schwelle über die V5/MT +-Komplex. Um diese Region zu finden, an einer Stelle 3 cm dorsal und 5 cm lateral des Subjekts Inion beginnen.
  2. Nach jedem Puls, fragen Sie die vorbehaltlich etwaiger phosphenic Erfahrungen berichten.
  3. Auch mit einzelnen Impulsen, beginnen eine kleine Suche Raster bis eindeutige und konsistente Phosphene hervorgerufen werden.
  4. Schließlich stellen Sie die TMS Leistung rauf und runter, bis das Thema berichtet Phosphene für genau 3 von 6 aufeinander folgenden Pulsen. Diese Leistung ist das Thema der V5/MT + komplexe Schwelle. Auch, wenn verfügbar, Neuronavigation können verwendet werden, um größere räumliche Genauigkeit zu erreichen bei der Ortung und die Ausrichtung der V5/MT + Hotspot werden.

4) Die Bestimmung Baseline Phosphene Behavior

  1. Sobald Phosphen Schwelle für beide visuellen Arealen festgestellt worden, müssen wir zu den Ausgangswerten phosphenic Verhalten zu messen. Um dies zu tun, entfernen Sie zunächst das Thema der Licht-blocking-Maske.
  2. Anschließend weisen Sie den Gegenstand auf eine stabile Fixierung Kreuz in der Mitte des Bildschirms für 60 Sekunden präsentiert starren.
  3. Tauschen Sie die Maske und über die V1/V2 hot spot, erzeugen einen einzigen Impulsfolge für die 3-Sekunden bei 120% V1/V2 Schwelle.
  4. Warten Sie fünf Sekunden und führen einen anderen Zug.
  5. Wieder warten fünf Sekunden und führen ein Drittel zu trainieren.
  6. Nach der dritten Single Impulsfolge, fragen Sie den Gegenstand zu beschreiben, die Lage und Motiv Eigenschaften einer ausgelöst Phosphene. Dies wird die Grundlinie werden.
  7. Wiederholen Sie dasselbe Verfahren über die V5/MT + Hot Spot (Sie erinnern sich an die TMS Leistung zu 120% des V5/MT + Schwelle Reset).

5) Condition Number One

  1. Sobald die phophenic Grundlinie bestimmt worden ist, entfernen Sie das Thema der lichtundurchlässigen Maske wieder.
  2. Weisen Sie die Person in eine stabile Fixierung Kreuz in der Mitte des Bildschirms für 60 Sekunden präsentiert starren. Dieses Mal, anstatt einen leeren Bildschirm, werden wir eine Reihe von bewegenden Punkten an mehreren Standorten rund um das Kreuz einbinden.
    Abbildung 1
    Abbildung 1 Die Anpassung Impulse für bedingen:. Einfache Translationsbewegung. Alle Punkte bewegen kohärent entweder nach links oder rechts.
    Achten Sie darauf, alle Punkte sind in die gleiche Richtung bewegen. Ein Phänomen, in dem Änderungen in der neuronalen Erregbarkeit bei längerer Exposition zu einem Stimuli induziert dient dazu, Verzerrungen der Wahrnehmung der nachfolgend präsentierten Stimuli: Dieser Stimulus sollte erzeugen visuelle Anpassung dienen.
  3. Nach 60 Sekunden, tauschen Sie die Maske und über die V1/V2 Hotspot, erzeugen eine einzelne Impulsfolge für 3 Sekunden bei 120% V1/V2 Schwelle.
  4. Warten Sie fünf Sekunden und wiederholen Sie noch zwei weitere Male.
  5. Nach drei Zügen, fragen Sie den meldepflichtigen die Orte und Motive Eigenschaften einer ausgelöst Phosphene. Falls verfügbar, können die Verwendung einer Augenbewegung Tracking-System in einem dunklen Raum einen Beitrag zur Verwirklichung größerer Präzision und quantitative Überwachung der Augenbewegungen von Probanden während Phosphen elicitations gemacht.
  6. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis three-train/report phosphene Verhalten auf den Ausgangswert zurück Aktivität.
  7. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die V5/MT + komplexe Hotspot.

6) Condition Number Two

  1. In diese zweite Bedingung, wiederholen Sie den Vorgang für bedingen genutzt. Dieses Mal jedoch, anstatt präsentiert das Thema mit einer Reihe von Punkten bewegt in eine einzige Richtung, präsentieren das Thema mit einer Reihe von Punkten jeweils bewegt in seiner relativen Himmelsrichtung weg von einer zentralen Stelle - ähnlich wie bei einem "Star Burst"-Muster .
    Abbildung 2
    Abbildung 2 Anpassung Impulse für Bedingung zwei:. Radiale Bewegung. Dots bewegen jeweiligen Himmelsrichtungen entweder zu oder weg von einem zentralen Punkt.
  2. Nach wie vor nach 60 Sekunden, ersetzen Sie die Maske, führen eine Serie von drei, 120%-Schwelle Züge über V1/V2, für ein Subjekt Bericht bitten, und weiter bis Grundlinie zurück.
  3. Wiederholen Sie dies für V5/MT +.

7)-Diagramm

  1. Als Option nach jedem Zustand (oder nach allen Bedingungen abgeschlossen sind), stellen das Thema auf die Regionen und Motiv Verhalten der einzelnen Reihe von phopsphenes auf eine Grafik zu zeichnen. Dies ist nicht ein wesentlicher Schritt, aber werden Sie mit einem anderen Satz von interpretierbaren Daten zu versorgen.

8) repräsentative Ergebnisse

Visuelle Anpassung an die uni-direktionale Motiv Stimuli sollten einen identischen phosphenic Bewegung über V1/V2 entlocken.
Abbildung 3
Abbildung 3. Beispiele für Phosphene von V1/V2 in der rechten und linken Hemisphäre während der Bedingung ein (basierend auf den Zeichnungen der Probanden) induziert.
Die V5/MT + komplexe Phosphene sollte auch betroffen sein, so dass die Phosphen nun als eine Summe der Bewegungsrichtung in der Anpassung Reiz und der Grundlinie Phosphen erscheinen.

Allerdings sollten visuelle Anpassung an die Starburst-Muster zu entlocken einem identischen starburst phosphenic Bewegung aus der V5/MT + komplex, aber nicht ändern V1/V2 Grundlinie.
Abbildung 4
Abbildung 4. Beispiele für Phosphene aus dem V5/MT induzierte +-Komplex in der rechten und linken Hemisphäre während der Zustand zwei (basierend auf den Zeichnungen der Probanden).

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Discussion

Dieses Experiment wird in den Mittelpunkt der staatlichen Abhängigkeit. Neuronen in V1/V2 gedacht werden, um mit einfachen, gerichtete Bewegung entsprechen 7,8 Deshalb Anpassung an die uni-direktionale Motiv Reize die Erregbarkeit der Neuronen registriert diese Bewegung erhöht -. Als solche sollten sie die ersten, die TMS reagieren Puls. Die V5/MT +-Komplex enthält auch Neuronen abgestimmt auf einfache Translationsbewegung, also die Phosphene aus dieser Region induzierte sollte auch durch die Anpassung Stimulus beeinflusst werden. Doch die V5/MT +-Komplex ist auch gedacht, um verschiedene Neuronen, die radiale Bewegung registrieren enthalten. 9,10 Aus diesem Grund, die Starburst-Muster sollte den Zustand der V5 ändern, aber nicht V1/V2. Durch die Anpassung an einfache translatorische oder komplexe radiale Bewegung, können wir effektiv steuern, welche neuronalen Population in der V5/MT + Komplex reagiert am schnellsten auf die TMS-Puls.

Wissend, dass ein spezifisches neuronales Bevölkerung grundiert werden, um stärker auf TMS als das umgebende neuronalen Population hält unglaubliche Versprechen sowohl für den Bereich der kognitiven Neurowissenschaften und therapeutische Behandlung. Ausnutzen Zustand der Abhängigkeit Effekte, vielleicht ein Argument könnte für die Verschreibung der physikalischen Therapie, Psychotherapie oder andere Verhaltensauffälligkeiten "Priming"-Therapien vor der Verabreichung von therapeutischen TMS Züge gemacht werden.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

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).
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  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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