TMSの状態 - 依存性の効果:動機の閃光の挙動を見

Neuroscience

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Summary

この記事では、我々は、動機のphosphenicプレゼンテーションを誘導TMSで視覚的に関連する状態依存性の影響を調べる。

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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

経頭蓋磁気刺激(TMS)は、一過性または不変にローカライズされた磁場パルスのアプリケーションを介して皮質の興奮性を(増加またはそれを下げるのどちらか)を変調できる非侵襲的neurostimulatoryと神経調節技術です。TMSのフィールド内では1,2、長期的状態依存性は、刺激を対象とした特定の神経領域の初期、ベースライン状態を指す。推測することができるように、TMSの効果は、(観光)ターゲット皮質領域のこの主要な感受性と反応性に応じて変えることができます。3,4,5

この実験では、動機の閃光の誘発と主観的な経験を通して状態の依存関係のこの概念を検討する。閃光は、視覚的に視覚野への電磁パルスによって引き起こされる小さな光の点滅を認識されている。これらの小さなライトは、視覚野の種類が刺激されているかに応じて様々な特性を想定することができます。 V1/V2の刺激とV5/MT +複雑な視覚的な領域を介して惹起さとしてこの特定の研究では、動機の閃光を目標とする。6

Protocol

1)準備

  1. コンピュータ画面の前で快適な椅子で座件名、開始するには。
  2. 画面と被写体の[後]頭骨が60 cmであるとの距離を確保するために巻き尺を使用してください。
  3. 最後に、被験者の目の上に遮光マスクを配置します。

2)V1/V2上の閃光閾値を決定する

  1. 後でこのプロトコルでphosphenic行動を探索する際に被験者の眼内閃光閾値を知ることが重要となる。このしきい値を決定するために、最初の70%の電源にTMSマシンを設定します。
  2. コイルを保持するので、8の字の顔、頭蓋正中線の上。
  3. イニオン上記3 cm程度の時点で、シングルパルス刺激を始める。
  4. 各パルスの後、どんなphosphenic経験を報告する対象を求める。
  5. この領域の周囲に小さな検索グリッド(V1/V2)でコイルを動かし始める。
  6. 刺激は被験者から一貫して明白な閃光レポートを誘発する場所を決めます。それは、TMSは、人口の約40%で閃光を引き出すためにできなくなることが理論化されているので、被験者は何も報告しない可能性があります。このような場合は、残念ながら、この実験では動作しません。被験者は、これを退去を許可する必要があります。
  7. phosphenic"ホットスポット"が特定されると、正確に3 6連続パルスのための主題レポートの閃光まで上下TMSの電力出力を調整します。この電力レベルは、サブジェクトのV1/V2しきい値です。利用可能な場合、neuronavigationは検索およびV1/V2ホットスポットをターゲットとする場合に大きな空間的な精度を達成するために使用することができます。

3)V5/MT +コンプレックスにわたってPhosphenicしきい値の決定

  1. 同じ前述の手順とパラメータを使用して、我々は今V5/MT以上閃光閾値+複雑なを決定します。この領域を見つけるために、被験者のイニオンに横方向のポイント3センチ背が5 cmの開始。
  2. 各パルスの後、どんなphosphenic経験を報告する対象を求める。
  3. あいまいで一貫性の閃光が誘発されるまで、再び、単一パルスを使用して、小規模な検索のグリッドパターンを開始します。
  4. 最後に、正確に3 6連続パルスのための主題レポートの閃光まで上下TMSの電力出力を調整します。この電力レベルは、サブジェクトのV5/MT +複雑なしきい値です。再び、可能な場合、neuronavigationはV5/MT +ホットスポットを配置し、ターゲットとする場合に大きな空間的な精度を達成するために使用することができます。

4)ベースラインの閃光の動作を決定

  1. 閃光閾値は、両方の視覚野のために決定されると、我々はベースラインphosphenic挙動を測定する必要があります。これを行うには、第一の主題の遮光マスクを削除します。
  2. 次に、60秒のためのコンピュータの画面の中央に表示される安定した固定のクロスを凝視されることを指示する。
  3. マスクを置き換えると、V1/V2のホットスポットを介して、120%で3秒間の単一パルストレインV1/V2しきい値を生成します。
  4. 五秒間待ってから、別の列車を行う。
  5. 再び、五秒待ってから、サード列車を行う。
  6. サードシングルパルストレインの後、任意の誘発閃光の場所と動機の特性を記述するために主題を求める。これはベースラインとなります。
  7. V5/MT +ホットスポット(V5/MTの120%にTMS電源をリセットすることを忘れないでください+しきい値)以上この同じ手順を繰り返します。

5)条件ナンバーワン

  1. phophenicベースラインが決定されると、再び主題の遮光マスクを削除します。
  2. 60秒のためのコンピュータの画面の中央に表示される安定した固定のクロスを凝視されることを指示する。この時間は、むしろ空白の画面ではなく、我々はクロスの周りは、いくつかの場所で移動する一連のドットを埋め込むことになります。
    図1
    図1条件いずれかに刺激を適応単純な並進運動。すべてのドットは左または右にコヒーレントに移動。
    すべてのドットが同じ方向に動いていることを確認してください。この刺激が視覚的な適応を生むのに役立つはずです。刺激に長時間暴露によって誘発されるようになる神経興奮性が変化する現象は、バイアスに続いて提示刺激の知覚を提供しています。
  3. 60秒後、マスクを置き換えると、V1/V2のホットスポットの上に、120%で3秒間の単一のパルストレインV1/V2しきい値を生成します。
  4. 五秒間待ってから、さらに2回繰り返す。
  5. three列車の後に、任意の誘発閃光の場所と動機の特性を報告するために主題を求める。利用可能な場合は、暗い部屋で目の動きトラッキングシステムの使用は、より高い精度と閃光のelicitations中の被験者による眼球運動の定量的なモニタリングを実現することができます。
  6. phospまでこのthree-train/reportシーケンスを継続するHeNeレーザの動作は、ベースラインのアクティビティに戻ります。
  7. V5/MT +複雑なホットスポットのためにこの手順を繰り返します。

6)コンディションナンバートゥー

  1. この二番目の条件では、条件いずれかに利用したのと同じ手順を繰り返します。 "スターバースト"のパターンに似て - この時間は、しかし、むしろ特異な方向に移動する一連のドットで主題を提示するよりも、それぞれが離れて中心点からの相対的な基本的な方向に移動する一連のドットで主題を提示。
    図2
    図2条件2のために刺激を適応:。放射状の動き。ドットは、どちらに向かってまたは離れて中央の点から、それぞれの枢機卿の方向に移動する。
  2. 前と同様に、60秒後、V1/V2分の3以上、120%しきい値の列車のシリーズを行って、マスクを交換し、被験者の報告を求め、そしてベースラインが戻るまで続ける。
  3. V5/MT +のために繰り返します。

7)図

  1. オプションとして、各条件の後に(またはすべての条件がすべて完了した後)、グラフ上に地域とphopsphenesの各シリーズの動機の動作を描画する対象を求める。これは不可欠なステップではないが、解釈、データの別のセットをご提供します。

8)代表の結果

単一方向の動機の刺激への視覚的な適応は、V1/V2を介して同一のphosphenic動きを引き出す必要があります。
図3
図3。条件最中、右と左半球(被験者の図面に基づいて)で、V1/V2から誘導される閃光の例。
V5/MT +複雑な閃光はまた、閃光が現在適応刺激の運動方向の和とベースラインの閃光のように表示されるように、影響を受ける可能性があります。

しかし、スターバーストパターンの視覚的な適応はV5/MT +複合体から同一のスターバーストphosphenicの動きを引き出す必要がありますが、V1/V2ベースラインを変更しないでください。
図4
図4。V5/MTから誘導される閃光の例+条件2(被験者の図面に基づいて)中の右と左半球に複雑。

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Discussion

この実験では、状態依存の中心で取得します。 。V1/V2でのニューロンは、単純な、方向性に対応すると考えられているため7,8、単方向動機の刺激への適応は、この動きを登録するニューロンの興奮性を増加した-などとして、彼らは、TMSに対応する最初のはずですパルス。 V5/MT +複雑なもので、この領域から誘導される閃光にも適応刺激によって影響されるか、単純な並進運動に同調するニューロンが含まれています。しかし、V5/MT +複合体はまた、半径方向の移動を登録する別個の神経細胞を含むと考えられている。9,10はこのため、星形のパターンは、V5の状態ではなく、V1/V2を変更する必要があります。単純な並進または複雑な放射状の動きに適応することによって、我々は効果的に複合体がTMSパルスに最も早く反応するV5/MTの神経集団+制御することができます。

特定の神経集団がニューロンの人口を周辺よりもTMSに迅速に対応プライミングすることができること知っていると認知神経科学と治療の両方のフィールドの信じられないほどの可能性を秘めています。状態依存効果を悪用し、おそらく引数は、治療TMSの列車を管理する前に、理学療法、心理療法、または他の行動の"プライミング"治療を処方するために作ることができる。

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Disclosures

利害の衝突は宣言されません。

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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