Stato-dipendenza Effetti sulla TMS: uno sguardo al comportamento Motive fosfene

Neuroscience

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Summary

In questo articolo esaminiamo gli effetti di dipendenza stato visivamente rilevanti TMS indotta presentazioni fosfenici movente.

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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

Stimolazione magnetica transcranica (TMS) è un non-invasiva e tecnica neurostimulatory neuromodulatori che possono transitoriamente o durevolmente modulare l'eccitabilità corticale (sia aumentando o diminuendo esso) attraverso l'applicazione localizzata di impulsi di campo magnetico. 1,2 Nell'ambito della TMS, il termine dipendenza dello stato si riferisce alla prima le condizioni originarie della regione di particolare mirati per la stimolazione neurale. Come si può dedurre, gli effetti della TMS può (e fare) variano in base a questa suscettibilità primaria e la reattività del territorio mirati corticale. 3,4,5

In questo esperimento, esamineremo questo concetto di stato di dipendenza attraverso l'elicitazione e l'esperienza soggettiva dei fosfeni movente. Fosfeni sono visivamente percepito lampi di piccole luci attivati ​​da impulsi elettromagnetici alla corteccia visiva. Queste piccole luci possono assumere caratteristiche diverse a seconda di quale tipo di corteccia visiva viene stimolato. In questo studio particolare, saremo targeting fosfeni come motivo ha suscitato attraverso la stimolazione dei V1/V2 e le regioni visive V5/MT + complessa 6.

Protocol

1) Preparazione

  1. Per iniziare, sede il soggetto in una comoda poltrona davanti allo schermo di un computer.
  2. Utilizzare un metro a nastro per garantire la distanza tra lo schermo e nasion del soggetto è di 60 cm.
  3. Infine, una maschera di luce posto di blocco sopra gli occhi del soggetto.

2) Determinazione della soglia fosfene oltre V1/V2

  1. Conoscere soglia fosfene del soggetto sarà importante quando si esplora il comportamento fosfenici più avanti in questo protocollo. Per determinare questa soglia, prima impostare la macchina TMS al 70% della potenza.
  2. Tenere la serpentina così la parte superiore della figura-8 volti linea mediana del cranio.
  3. Iniziare singolo impulso stimolazione in un punto circa 3 cm sopra il inion.
  4. Dopo ogni impulso, chiedere al soggetto di segnalare qualsiasi esperienza fosfenici.
  5. Iniziare a muoversi la bobina in una piccola griglia di ricerca intorno a questa regione (V1/V2).
  6. Determinare la posizione in cui stimolazione provoca rapporti fosfene coerente e non ambiguo dal soggetto. E 'stato teorizzato che TMS sarà in grado di suscitare fosfeni in circa il 40% della popolazione, quindi c'è una possibilità che il soggetto non riporta nulla. Se questo è il caso, purtroppo, questo esperimento non funziona. Il soggetto dovrebbe essere permesso di lasciare.
  7. Una volta che il Fosfenico "hotspot" è stato localizzato, regolare la potenza di uscita TMS su e giù fino a quando il soggetto fosfeni rapporti esattamente per 3 di 6 impulsi consecutivi. Questo livello di potenza è del soggetto V1/V2 soglia. Se disponibile, neuronavigazione può essere usato per ottenere una maggiore precisione spaziale in cui localizzare e indirizzare l'hotspot V1/V2.

3) Determinazione della soglia Fosfenico il V5/MT + Complex

  1. Utilizzando la stessa procedura di cui sopra e parametri, ci sarà ora determinare la soglia fosfene il V5/MT + complesso. Per individuare questa regione, iniziano in un punto 3 centimetri dorsale e 5 cm lateralmente alla inion del soggetto.
  2. Dopo ogni impulso, chiedere al soggetto di segnalare qualsiasi esperienza fosfenici.
  3. Ancora una volta, l'uso di impulsi singoli, iniziare un piccolo modello di griglia di ricerca fino a fosfeni univoca e coerente sono suscitate.
  4. Infine, regolare la potenza TMS su e giù fino a quando il soggetto fosfeni rapporti esattamente per 3 di 6 impulsi consecutivi. Questo livello di potenza è V5/MT del soggetto + soglia complesso. Ancora una volta, se disponibile, neuronavigazione può essere usato per ottenere una maggiore precisione spaziale per la localizzazione e l'attenzione ai V5/MT + hotspot.

4) Determinazione fosfene comportamento di base

  1. Una volta la soglia fosfene è stato determinato per entrambe le aree visive, abbiamo bisogno di misurare fosfenici comportamento di base. Per fare questo, prima rimuovere il soggetto luce di blocco maschera.
  2. Successivamente, istruire il soggetto a fissare una croce fissazione stabile presentati al centro dello schermo del computer per 60 secondi.
  3. Sostituire la maschera e, sul punto V1/V2 caldo, generare un unico treno di impulsi per 3 secondi al 120% V1/V2 soglia.
  4. Attendere cinque secondi e condurre un altro treno.
  5. Anche in questo caso, attendere cinque secondi e condurre un terzo treno.
  6. Dopo il terzo treno di impulsi singoli, chiedere al soggetto di descrivere le caratteristiche e la localizzazione di qualsiasi movente suscitato fosfeni. Questa sarà la linea di base.
  7. Ripetere la stessa procedura il V5/MT + hot spot (ricordatevi di ripristinare il potere TMS al 120% della soglia V5/MT +).

5) Numero Uno Stato

  1. Una volta che la linea di base phophenic è stata determinata, rimuovere il soggetto luce bloccando ancora una volta la maschera.
  2. Istruire il soggetto a fissare una croce fissazione stabile presentati al centro dello schermo del computer per 60 secondi. Questa volta, invece di uno schermo bianco, ci incorpora una serie di puntini in movimento in diverse località intorno alla croce.
    Figura 1
    Figura 1 Adattare stimoli per condizione uno:. Semplice moto traslatorio. Tutti i punti mossa coerentemente sia a sinistra oa destra.
    Assicurarsi che tutti i punti si stanno muovendo nella stessa direzione. Questo stimolo dovrebbe servire a generare l'adattamento visivo: un fenomeno in cui i cambiamenti nella eccitabilità neurale indotte da esposizione prolungata ad un stimoli serve per polarizzare la percezione degli stimoli presentati successivamente.
  3. Dopo 60 secondi, sostituire la maschera e, nel corso degli hotspot V1/V2, generare un unico treno di impulsi per 3 secondi al 120% V1/V2 soglia.
  4. Attendere cinque secondi e ripetere due volte.
  5. Dopo tre treni, chiedere al soggetto di segnalare i luoghi e le caratteristiche di qualsiasi movente suscitato fosfeni. Se disponibili, l'uso di un sistema di eye tracking movimento in una stanza buia può aiutare a raggiungere una maggiore precisione e il controllo quantitativo del movimenti oculari fatta da soggetti durante elicitations fosfene.
  6. Continua questa sequenza three-train/report fino maerlcomportamento HeNe ritorna all'attività di base.
  7. Ripetere la procedura per la V5/MT + hotspot complessi.

6) numero di condizionamento Due

  1. In questa seconda condizione, ripetere la stessa procedura utilizzata per condizione uno. Questa volta, però, anziché presentare l'argomento con una serie di puntini in movimento in una direzione singolare, presente il soggetto con una serie di punti ogni movimento nella sua direzione relativa cardinale lontano da un punto centrale - simile ad un "burst stella" modello .
    Figura 2
    Figura 2 Adattare stimoli per due condizioni:. Movimento radiale. Punti si muovono in direzioni cardinali rispettivi sia verso o lontano da un punto centrale.
  2. Come prima, dopo 60 secondi, sostituire la maschera, effettuare una serie di tre, i treni della soglia del 120% rispetto V1/V2, per chiedere un rapporto di soggetto, e continuerà fino al ritorno al basale.
  3. Ripetere l'operazione per + V5/MT.

7) Schema

  1. Come opzione, dopo ogni condizione (o dopo tutte le condizioni sono completate), chiedere al soggetto di disegnare le regioni e le motivazioni del comportamento di ogni serie di phopsphenes su un grafico. Questo non è un passo integrale, ma vi fornirà un altro insieme di dati interpretabili.

8) Risultati Rappresentante

L'adattamento visivo al unidirezionale stimoli motivo deve provocare un movimento identico fosfenici oltre V1/V2.
Figura 3
Figura 3. Esempi di fosfeni indotta dal V1/V2 nell'emisfero destro e sinistro durante la condizione di uno (basato sui disegni di soggetti).
Il V5/MT + fosfeni complesso dovrebbe essere colpiti, in modo che il fosfene ora apparirà come una somma di direzione del movimento nello stimolo adattamento e la fosfene basale.

Tuttavia, l'adattamento visivo per il modello starburst dovrebbe provocare un identico movimento fosfenici starburst dal V5/MT + complesso, ma non dovrebbe cambiare la linea di base V1/V2.
Figura 4
Figura 4. Esempi di fosfeni indotta dalla V5/MT + complesso nell'emisfero destro e sinistro durante la condizione di due (basato sui disegni di soggetti).

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Discussion

Questo esperimento viene al cuore dello stato di dipendenza. Neuroni in V1/V2 si pensa a corrispondere con semplici, movimento direzionale 7,8 Pertanto, l'adattamento alle uni-direzionale stimoli motivo aumentato l'eccitabilità dei neuroni registrare questo movimento -. Quanto tali, dovrebbero essere i primi a reagire al TMS impulsi. Il V5/MT + complesso contiene anche neuroni sintonizzati semplice moto traslatorio, quindi il fosfeni indotto da questa regione dovrebbe essere interessata dallo stimolo di adattamento. Tuttavia, il V5/MT + complesso è anche pensato per contenere i neuroni distinte che registrano il movimento radiale. 9,10 Per questo motivo, il modello starburst dovrebbe cambiare lo stato di V5, ma non V1/V2. Adattandosi a semplice moto traslatorio o complessi radiale, siamo in grado di controllare efficacemente cui la popolazione neuronale nel V5/MT + complessa reagisce più veloce per l'impulso TMS.

Sapendo che una specifica popolazione neuronale può essere pronti a rispondere meglio alle TMS rispetto alle aree circostanti popolazione neuronale promettente incredibile per entrambi i campi delle neuroscienze cognitive e trattamento terapeutico. Sfruttando gli effetti della dipendenza dello stato, forse un argomento potrebbe essere fatto per la prescrizione di fisioterapia, psicoterapia, o altri comportamenti "priming" terapie prima di somministrare terapeutico treni TMS.

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

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).
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