بروتوكول التحفيز المغناطيسي Transcranial على الإنترنت لقياس القشرية علم وظائف الأعضاء المرتبطة بتثبيط استجابة

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

يصف لنا إجراء تجريبي للتحديد الكمي لاستثارة وتثبيط للقشرة الحركية الأولية خلال مهمة تثبيط استجابة محرك باستخدام التحفيز المغناطيسي Transcranial طوال فترة "مهمة إشارة توقف".

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Guthrie, M. D., Gilbert, D. L., Huddleston, D. A., Pedapati, E. V., Horn, P. S., Mostofsky, S. H., Wu, S. W. Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition. J. Vis. Exp. (132), e56789, doi:10.3791/56789 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

يصف لنا تطوير مهمة تثبيط استجابة موتور استنساخه، الصديقة للطفل مناسبة لتوصيف التحفيز المغناطيسي Transcranial (TMS) على الإنترنت لاستثارة القشرة الحركية الأولية (M1) وتثبيط. تثبيط استجابة موتور يمنع الإجراءات غير المرغوب فيها وغير طبيعي في ظروف عصبية عدة. مركز التقنيات التربوية هي تكنولوجيا غير الغازية التي يمكن قياسها كمياً استثارة M1 وتثبيط استخدام بروتوكولات واحد-وإقران-نبض ودقة توقيت يمكن لدراسة فسيولوجيا القشرية مع عالية الدقة الزمنية. قمنا بتعديل المهمة إشارة توقف سلاتر-هامل (ق-ح) الأصلية لإنشاء إصدار "رسكر" مع البقول TMS الوقت غير الساحلية للمحاكمة داخل الأحداث. هذه المهمة الذاتي، مع كل بدء المحاكمة بعد دفع زر لتحريك racecar نحو الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد. انتقل المحاكمات تتطلب إصبع-رفع وقف racecar قبل هذا الهدف. تتخلل عشوائياً هي وقف المحاكمات (25 في المائة) خلالها إشارة توقف المعدل بشكل حيوي يطالب الموضوعات للحيلولة دون رفع الإصبع. للذهاب المحاكمات، تم تسليم البقول TMS في مرض التصلب العصبي المتعدد 650 بعد بداية المحاكمة؛ في حين، لوقف المحاكمات، وقع نبضات TMS 150 مللي ثانية بعد إشارة التوقف. كانت قررت على توقيت نبضات TMS استناداً إلى دراسات المخ (EEG) تبين التغييرات ذات الصلة بالحدث في هذه النطاقات الزمنية خلال المهام إشارة توقف. درست هذه المهمة في كتل 3 في موقعين دراسة (n = 38) وسجلنا الأداء السلوكي وإمكانات أثارت الحركية المتصلة بالحدث (الهندسة الكهربائية والميكانيكية). نمذجة الانحدار واستخدمت لتحليل ستريك الهندسة الكهربائية والميكانيكية باستخدام السن ككل العديد من المتغيرات المستقلة (الجنس، ودراسة الموقع، كتلة، نبض TMS شرط [وحيدة-مقابل نبض إقران]، شرط المحاكمة [الذهاب، توقف ناجحة، وفشلت في وقف]). وأظهر التحليل أن مركز التقنيات التربوية بالنبض الشرط (ف < 0.0001) وتفاعله مع شرط المحاكمة (p = 0.009) كانت كبيرة. وتشمل التطبيقات المستقبلية لهذا النموذج S-H/مركز التقنيات التربوية على الإنترنت إضافة اقتناء EEG المتزامن لقياس إمكانات التخطيط الدماغي أثارت TMS. حد محتملة أن صوت نبض TMS في الأطفال، يمكن أن تؤثر على أداء المهمة السلوكية.

Introduction

تثبيط استجابة هو القدرة على منع تلك الإجراءات غير المرغوب فيها التي يمكن أن تتداخل مع الأهداف الوظيفية المنشودة بشكل انتقائي. 1 شبكة كورتيكو-striatal خطيرة تشارك في تثبيط الاستجابة، الذي يصبح أكثر فعالية كالأطفال ناضجة تدريجيا لكن هو ضعف في ظروف عصبية عديدة مثل اضطراب عجز الانتباه فرط النشاط ( إعاقة)، التعلم اضطرابات، والوسواس القهري، والفصام. 2 , 3 يمكن دراسة تثبيط استجابة المحرك مع نماذج سلوكية مختلفة مثل المهام الذهاب/نوجو (جنج) و "وقف إشارة" (SST). 1 , 4 البيانات السلوكية وحدها لا توفر معلومات حول الآليات البيولوجية القابلة للقياس الكمي، ويحتمل أن تكون قابلة للتعديل. وكان الهدف الرئيسي في هذه الدراسة وضع طريقة ودية طفل لتقييم الفيزيولوجيا القشرة الحركية أثناء تنفيذ تثبيط استجابة، بغية تطوير المستندة إلى الدماغ كمية العلامات البيولوجية للركيزة العصبية لهذه المهمة. هذه المؤشرات الحيوية يمكن أن يكون التطبيق على نطاق واسع في الدراسات التنبؤية للتشخيص أو العلاج من اضطرابات السلوك العصبي.

لهذا الغرض، المحققون تحديد وتعديل المهمة سلاتر-هامل (S-H)5. هذه هي مهمة إشارة توقف تتطلب المشتركين تحول دون إجراء مبرمجة مسبقاً المولدة داخليا. هذه المهمة الذاتي يتكون من الذهاب ووقف المحاكمات. تبدأ المحاكمات الذهاب بموضوع الضغط والحفاظ على الضغط على زر، مع تعليمات برفع أصبعك قبالة الزر (أي العمل الذهاب) كوثيقة للكن قبل الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد. في النموذج الأصلي، وتتم الإشارة إلى وقت على مدار ساعة مع جهة تتولى سريعاً. ويتخلل وقف المحاكمات عشوائياً بين المحاكمات الذهاب خلالها الشخص يجب أن تمنع العمل الذهاب مخططة مسبقاً (أي منع رفع الإصبع). إيقاف إشارة مهمة أكثر صعوبة لأن المواضيع يجب أن تكبح ردا في سياق إشارة الذهاب مبرمجة سلفا، بينما في جنج المهمة، القرار ما إذا كان سيتم بدء أو لم تبدأ أي إجراء مع لا أوامر مسبقة. 6 وعلاوة على ذلك، قد يكون أكثر دقة للتحقيق في تثبيط استجابة باستخدام المهام إشارة توقف بسبب مهمة جنج، يتفق الارتباطات بين الاستجابات والإشارات قد يؤدي إلى تثبيط التلقائي. 7 تثبيط التلقائية هي نظرية متسقة أن رسم الخرائط بين الإشارة والاستجابة (أي إشارة تذهب النتائج دائماً في رد الذهاب والعكس بالعكس) يؤدي إلى المعالجة التلقائية طوال فترة التجربة أن يتم وقف المحاكمات جزئيا إلى معالجتها من خلال استرجاع الذاكرة ويتجاوز بعض الضوابط التنفيذية. 8 , 9

التحفيز المغناطيسي Transcranial (TMS) هي تقنية غير الغازية التي يمكن استخدامها لقياس فسيولوجيا القشرية. استخدام نماذج التحفيز واحد وإقران-النبض، أحد كمياً استثارة القشرية وتثبيط. على الرغم من أن معظم الدراسات المنشورة TMS التحقيق فسيولوجيا القشرية في بقية، بعض المجموعات قد فحص القشرية استثارة/تثبيط أثناء التحضير الذهني لعمل10 وخلال مختلف الدول المعرفية التي يمكن أن تنعكس في السيارات فسيولوجيا اللحاء. 11 , 12 , 13 , 14 الوظيفية TMS (فتمس) ويتطلب هذا النهج على الإنترنت مركز التقنيات التربوية القياسات بينما المشاركين يؤدون مهام السلوكية، مما يسمح أحد للتحقيق القشرية التغييرات التي هي تعتمد على الدولة مع عالية الدقة الزمنية. توفير المعلومات في الوقت الحقيقي عن التغييرات نيوروفيسيولوجيك على نحو يوسع التحقيق الفسيولوجية للتحكم في المحركات15،16 والأحوال النفسية العصبية17،18، ،من 1920.

وقد استكشفت الدراسات السابقة فتمس آليات القشرية لتثبيط استجابة في البالغين الأصحاء باستخدام جنج14 و SST المهام15،،من1621. وعلاوة على ذلك، أظهرت إحدى الدراسات أن جرعة واحدة من الميثيلفينيديت تتغير فسيولوجيا القشرية المحركات من البالغين الأصحاء خلال تجربة فتمس/جنج. 22 حتى الآن، هناك مجموعتان التي نشرت دراسات طب الأطفال فتمس باستخدام المهمة جنج تميز فسيولوجيا القشرية لإعاقة23 ومتلازمة توريت17. لا يوجد حاليا أي دراسة منشورة فتمس استخدام التليسكوب في السكان طب الأطفال.

قضية بالغة الأهمية في الدراسات فتمس، وإلى حد أكبر بكثير من بقية-وحدة دراسات مركز التقنيات التربوية، قطعة أثرية العضلات. يجب أن لا تكون ملوثة تدابير موحدة الكهربائي السطحي (فريق الإدارة البيئية) من السعة والكمون من إمكانات أثارت الحركية (الميكانيكية) بالعضلات قطعة أثرية. لذا، على سبيل المثال، لدراسة التغيرات القشرية في التحضير لقيام حركة في دراسة وقت رد الفعل، البقول TMS يجب أن دقة توقيت تحدث بعد إشارة الذهاب ولكن قبل وقت رد الفعل للفرد. وهكذا في أي مهمة، أنها حاسمة لضمان أن البقول مركز التقنيات التربوية التي تحدث في وقت واحد عند الاستجابة الحركية لم تبدأ بعد، وأن المشارك مريحة وقادرة على الحفاظ على العضلات ذات الصلة في بقية. يمكن أن يكون هذا مشكلة استثنائية مع فرط الحركة من الأطفال الذين قد يكون بطبيعة الحال حركات غريبة والذين قد الحفاظ على الذراع واليد المتوترة طوال وقت رد الفعل لعبة.

الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نسخة من "التليسكوب" سلاتر-هامل الصديقة للأطفال ومناسبة لدراسة فسيولوجيا القشرة الحركية الأولية (M1). ينبغي أن تكون هذه المهمة 1) يسهل فهمها للأطفال، 2) نسبيا سهلة لإكمال للأطفال و 3) متوافقة مع مركز التقنيات التربوية على الإنترنت.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

وأقر هذا البروتوكول الطبي في مستشفى سينسيناتي "الأطفال" ودراسة "جونز هوبكنز مجالس المراجعة المؤسسية" خطرا أقل في الأطفال والبالغين. واحد-وإقران-نبض TMS تعتبر آمنة في الأطفال من سنتين وأقدم كل توافق آراء الخبراء الدوليين. 24 بعد شرح المخاطر المحتملة لمركز التقنيات التربوية للوالدين أو الوصي ومشارك، موافقة وتوقيع النماذج الموافقة إذا وافقوا على المضي قدما في الدراسة.

1-الفحص ومقدمة

  1. مواضيع الشاشة لمركز التقنيات التربوية contraindication(s) باستخدام استبيان موحد. 25
  2. إظهار كيف يعمل مركز التقنيات التربوية بتسليم نبض مغناطيسي على ذراعه للمشغل.
  3. تسليم نبض TMS عبر الساعد المشارك حتى يشعر له النبض.
  4. ضع سدادات الإذن في آذان المشاركين لحماية السمع.

2-سطح فريق الإدارة البيئية يؤدي إعداد وتسليم المواقع

  1. أن موضوع اختطاف السبابة المهيمنة لتحديد العضلات إينتيروسيوس الظهرية الأولى (الاستثمار الأجنبي المباشر). ضع القطب السلبي على البطن من الاستثمار الأجنبي المباشر، ثم ضع القطب إيجابية بين 2nd والمفاصل ميتاكاربوفالانجيل (MCP)rd 3 ومسرى الأرض على مدى 5th العملية التشاورية المتعددة الأطراف المشتركة.
  2. ضع الأيدي المشارك مع الجوانب الزندية للأسلحة على حد سواء وإيدي يستريح تماما على وسادة، مع أي جهد الجاذبية المضادة اللازمة (الشكل 1).
  3. يكون المشارك مد السبابة المهيمن بينما هي استعرضوا الأصابع الثالثة والخامسة. ثم ضع لوحة تحكم التسالي على الوسادة حتى تقع على السبابة على الزر يستخدم للمهمة ح ق رسكر. والأساس المنطقي لهذا الموقف من جهة أن الإجراء الانتقال يتطلب تفعيل الاستثمار الأجنبي المباشر برفع السبابة قبالة الزر. ولذلك، تسجيل التتبع فريق الإدارة البيئية الاستثمار الأجنبي المباشر المهيمنة التحقيق استثارة M1 وتثبيط للذهاب ووقف المحاكمات على التوالي.

3-الأساس اقتناء البيانات TMS

  1. تعيين معلمات التسجيل لتسجيل الهندسة الكهربائية والميكانيكية--منخفضة وعالية تمرير مرشحات من 100 و 1000 هرتز، معدل أخذ العينات من 2 كيلو هرتز.
  2. Obtain baseline TMS measurements using a 90 mm circular TMS coil positioned tangentially to the skull over the vertex with the handle pointing towards the occiput at the optimal position and orientation for producing an MEP in the right FDI by following standard البروتوكول. ينبغي إنتاج 26 هذا الموقف لفائف واتجاه تيار مستحث الخلفي إلى أمامي على M1.
    1. استخدم قلم رصاص شمع لوضع علامة على موقع فروة الرأس مرة واحدة يوجد نقطة فعالة لضمان عدم حدوث تسليم نبض TMS في نفس المنطقة القشرية.
  3. تنفيذ عشرين محاكمات27 من الأساس واحد--نبض (sp) مركز التقنيات التربوية الناجمة عن "الاستثمار الأجنبي المباشر من أعضاء البرلمان الأوروبي" بكلتا يديه في بقية تستخدم كثافة 120% النقابة.
  4. إجراء محاكمات العشرين الأساس نبض إقران TMS تدابير M1 الفاصل الزمني القصير إينتراكورتيكال تثبيط (سيسي) في بقية استخدام الفاصل الزمني بين التحفيز 3 مللي ثانية، 60% * نبض RMT كتكييف كثافة و 120% RMT ككثافة نبض اختبار لقياس M1 المثبطة GABAA-النشاط إينتيرنيورونال ارجيتش. 28 , 29 , 30 تعيين الفاصل الزمني بين المحاكمة لقياسات أساسية في 6 ± 0.3 ثانية.

4-S-H السلوكية المهمة

  1. عرض المهمة تثبيط استجابة Racecar S-H على شاشة مباشرة أمام هذا الموضوع. تبدأ التجربة بمواضيع التدريب الأولى على المهمة السلوكية. أقول هذا الموضوع أن تبدأ السيارة على الجانب الأيسر من الشاشة لتحريك بعد الضغط على الزر بإيراد السبابة المهيمنة (الشكل 2A).
  2. يقول المشاركون أن الهدف بالنسبة للمحاكمات الذهاب رفع الإصبع قريبة ولكن قبل 800 ms الهدف كما هو مبين بخط عمودي على الشاشة. سيتم عرض الشاشة "جيد" إذا المصاعد الإصبع يحدث بين 700 و 800 مرض التصلب العصبي المتعدد، وإلا فإنه سيتم عرض "السابق لأوانه" أو "متأخراً جداً". يكون المشارك ممارسة 10 الذهاب المحاكمات.
  3. توفير التدريب لمهمة وقف المشاركون بقوله أن المجموعة الثانية من محاكمات تنطوي على السيارة وقف عشوائياً قبل الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد.
    1. قل للطفل بإبقاء سبابته على الزر دون رفع الإصبع عند توقف السيارة عشوائياً. ولكي ننجح في هذه المحاكمات توقف، يجب أن تبقى الإصبع على الزر حتى ينظر علم مدقق التي هي مبرمجة لتظهر 1000 مللي ثانية بعد بدء كل محاكمة. إبلاغ المشاركين أنه إذا تعرض إشارة توقف ورفع الإصبع قبل العلم المدقق، ستظهر رسالة "السابق لأوانه". أقول الطفل أنه سيتم عرض رسالة "كبيرة" بعد نجاح وقف المحاكمات.
    2. يكون الطفل ممارسة 10 وقف المحاكمات.
      ملاحظة: هذا البرنامج قد خوارزمية تتبع دينامية. في التجربة الفعلية بعد التدريب، أول إشارة توقف يحدث في السيدة 500 إذا فشل المشارك واحد وقف المحاكمة، ثم وقف المحاكمة القادمة ستكون أسهل (أي إشارة توقف سيتحول 50 مللي بعيداً عن الهدف 800 مللي ثانية). ومع ذلك، إذا توقف المحاكمة كان ناجحاً، ثم وقف المحاكمة القادمة سيكون أكثر صعوبة (أي إشارة توقف سيتحول 50 مللي نحو الهدف). تضمن هذه العملية تتبع دينامية بنهاية التجربة كاملة، حوالي 50% من وقف المحاكمات أن تنجح في حين سيكون النصف الآخر من التجارب الفاشلة. إشارة توقف مبرمجة لضبط بين 300 و 700 مللي ثانية بعد بدء المحاكمة.
  4. بعد المشاركين ممارسة المحاكمات الذهاب فقط والتوقف فقط، نقول لهم أن كتلة الممارسة التالي يحتوي على خليط من الذهاب ووقف المحاكمات. يكون الطفل إجراء محاكمات 20 الذهاب مختلطة ووقف كممارسة نهائية.

5-الإنترنت S-H/TMS التجربة

  1. قبل البدء بالتجربة S-H/مركز التقنيات التربوية على شبكة الإنترنت، أن أذكر المشارك أدوكت (دفع إلى الأسفل) السبابة المهيمنة بدء المحاكمة، واختطاف (رفع قبالة) بالإصبع للمحاكمات الذهاب وإبقاء أصبعك على الزر لوقف المحاكمات. واختير محزن السبابة لبدء والحفاظ على حركة السيارات خلال كل محاكمة لأن وقت نبضات TMS (الشكل 2 ألف و 2 باء)، ستكون معادية الأولى الظهرية إينتيروسيوس (الاستثمار الأجنبي المباشر) العضلات، حيث يتم وضع قيادة فريق الإدارة البيئية، الراحة، وبالتالي تقليل احتمالات الحركة قطعة أثرية في اقتفاء أثر الاستثمار الأجنبي المباشر.
  2. أقول المشارك أن البقول TMS ستنجز خلال مهمة S-H. الإيعاز إلى هذا الموضوع أنه يكون هناك كتل 3 محاكمات TMS ح ق على الإنترنت (الذهاب 3: 1 وقف المحاكمة نسبة).
    ملاحظة: أثناء المحاكمات الذهاب، مبرمجة نبض مركز التقنيات التربوية لتسليمها في مرض التصلب العصبي المتعدد 650 بعد بدء كل محاكمة. يتم اختيار هذا التوقيت في البداية استناداً إلى دراسة مركز التقنيات التربوية السابقة تبين أن الزيادة في استثارة M1 المرتبطة بإعداد حركة يمكن التقاط في هذا النطاق. 10 "لوقف" المحاكمات، نبض TMS يتم تسليم 150 مللي ثانية بعد إشارة التوقف. في نجاح وقف المحاكمات، السبابة لا يقلع الزر التالي M1 القبض على استثارة يعكس نشاط القشرية ذات الصلة بإعداد استجابة تثبيط بدلاً من المحرك أو التنفيذ.
  3. وضع اللولب دائرية 90 ملم فوق الذروة استخدام علامة قلم الشمع السابقة تفضيلية تحفز M1 المهيمنة وتعيين التكييف نبض كثافة بنسبة 60% * نبض RMT والاختبار إلى 120% * RMT. تبدأ هذه التجربة S-H/مركز التقنيات التربوية على الإنترنت. عموما الأطفال الوقت اللازم للانتهاء من المحاكمات 120 30-40 دقيقة.

6-racecar سلاتر-هامل البيانات السلوكية

  1. للذهاب المحاكمات، تحديد وقت رد الفعل كوقت رفع الإصبع بالنسبة لبداية كل محاكمة. متوسط كل كتلة. لوقف المحاكمات، يحدد وقت رفع الإصبع النجاح، بينما وقف السيارة إشارة الوقت (أي "وقف إشارة تأخير"؛ SSD) هو الفاصل الزمني للوقت من بداية المحاكمة إلى النقطة حيث توقف السيارة عشوائياً. بسبب عملية التعقب الدينامية، يتقارب الوقت إشارة توقف نحو بمتوسط نجاح/فشل ~ 50%.
  2. حساب وقت رد الفعل إشارة وقف (سرت) بطرح متوسط وقت إيقاف السيارة من وقت رفع الإصبع المتوسط في محاكمات الذهاب (سرت = متوسط وقت رد الفعل الذهاب – متوسط وقت الإيقاف إشارة [أي فرقة]). متوسط كل فرقة من كتلة وحساب سرت لكل كتلة.

7-مركز التقنيات التربوية معالجة البيانات

  1. تحديد مركز التقنيات التربوية خلال كل محاكمة المنتجة الهندسة الكهربائية والميكانيكية باستخدام السعة الذروة القصوى المقاسة في بالميليفولت. تستبعد المحاكمات لحركة القطع الأثرية (فريق الإدارة البيئية في المناطق الواقعة تحت المنحنى أكبر من 70 microvolts ما يزيد على 100 مللي) قبل نبض TMS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يتم إجراء تحليل الانحدار باستخدام حزمة برامج إحصائية تجارية لتحليل البيانات السلوكية ونيوروفيسيولوجيك بشكل منفصل. بيانات الممثل من 23 عادة وضع الأطفال من سينسيناتي و 15 من بالتيمور (25 ذكر وأنثى 13). العمر لم تختلف بين الموقع (10.3 ± 1.3 سنين سينسيناتي و 10.4 ± 1.2 سنوات بالتيمور؛ ف اختبار t = 0.74)

نحن استخدام نموذج انحدار لتحليل سرت مع التقدم في السن ككل جنبا إلى جنب مع الجنس والموقع (سينسيناتي مقابل بالتيمور) وكتلة المحاكمة كمتغيرات مستقلة. وبحثت أيضا التفاعلات بين هذه المتغيرات. وكشف هذا التحليل أن العمر هو المتغير الوحيد مع أثر كبير في سرت (p = 0.005).

واتسمت البيانات TMS نيوروفيسيولوجيك باستخدام السعة الكهربائية والميكانيكية الذروة إلى الذروة كمتغير تابع لتحليل الانحدار. أثناء إعداد الحركة، زيادة استثارة M1 قبل حدوث الحركة الفعلية. وقد أظهرت الدراسات TMS أن يحدث هذا زيادة استثارة ms 100-140 قبل تقلص العضلات. 10 , 11 , 31 , 32 في هذه المهمة S-H، الوقت بين نبض مركز التقنيات التربوية، ورفع الإصبع لنجاح وقف المحاكمات دائماً أكبر من 150 مرض التصلب العصبي المتعدد (أي نبض TMS ممكن آخر يحدث في مرض التصلب العصبي المتعدد 850 ورفع الإصبع يحدث > 1000 مللي ثانية بعد الشروع في المحاكمة). في تحليلنا، نحن مهتمون بمقارنة استثارة القشرية وتثبيط المتصلة بتثبيط الاستجابة الحركية. نظراً لأننا مهتمون بمقارنة مختلف كل ثلاثة شروط المهمة (الذهاب، توقف ناجحة، وتوقف الفاشلة)، قمنا بتحليل المعطيات من التجارب عندما يحين الوقت بين مركز التقنيات التربوية رفع النبض والإصبع على الأقل 150 مرض التصلب العصبي المتعدد لأن السعة الكهربائية والميكانيكية خارج هذا الإطار الزمني لا يتأثر إعداد الحركة. 10 , 11 , 31 , 32 ولذلك الكمون الوقت هذا لم يدرج في نموذج الانحدار ككل. لدينا نموذج الانحدار، قمنا بتضمين العمر ككل لأنه يؤثر على السعة الكهربائية والميكانيكية في مرحلة الطفولة. 33 المتغيرات المستقلة فئة نموذجية تشمل الجنس والموقع، وكتلة المحاكمة، شرط نبض TMS (واحد-مقابل نبض إقران) وشرط المحاكمة (STOP اذهب وناجحة، ووقف الفاشلة). التفاعل الرئيسي للفائدة بين TMS نبض الشرط والشرط للمحاكمة لأننا مهتمون في كيفية استثارة M1 (TMS نبض واحد) وتثبيط (إقران نبض TMS) تختلف بين ظروف مهمة مختلفة.

للهندسة الكهربائية والميكانيكية ستريك، الجنس المتغيرات المستقلة والموقع وكتلة المحاكمة لم تكن كبيرة في نموذج الانحدار. العمر لم يكن كبيرا ككل في نموذج الانحدار (p = 0.28). نبض مركز التقنيات التربوية شرط (ف < 0.0001) وتفاعله مع شرط المحاكمة (p = 0.009) كانت كبيرة. ويبين الشكل 3 ممثل نيوروفيسيولوجيك البيانات في مختلف ظروف المحاكمة باستخدام المربعات يعني حساب التقديرات من نموذج الانحدار مع أشرطة الخطأ تمثل الأخطاء المعيارية. كل المقارنات لبير من نبض واحد الهندسة الكهربائية والميكانيكية الاتساع بين الشروط الثلاثة المهمة التي كانت ضئيلة (اكتشاف كاذبة تعديل معدل [فرانكلين روزفلت] ف > 0.05). بيد لأعضاء البرلمان الأوروبي نبض إقران المثبطة، الاختلافات بين الذهاب مقابل فشل في إيقاف (فرانكلين روزفلت تعديل ف = 0.009) وناجحة مقابل وقف الفاشلة (FDR تعديل ف = 0.03) كانت كبيرة. المقارنة بين إقران نبض الهندسة الكهربائية والميكانيكية الاتساع بين الذهاب ونجاح وقف المحاكمات لم تكن كبيرة (FDR تعديل ف = 0.56).

Figure 1
رقم 1: وضع اليد والإصبع أثناء المهمة رسكر S-H- هي تقع على كلتا يديه على الوسادة. وتوسعت السبابة المهيمنة وتقع على أحد أزرار جهاز تحكم التسالي. إيراد السبابة المهيمنة يخفض الزر وينشط كل محاكمة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2: محاكمة الخطط.
(أ) التوجه التخطيطي للمحاكمة. إيراد المهيمنة السبابة على زر تنشيط السيارة للتنقل عبر الشاشة. ويتوقع المشاركون رفع الإصبع بين 700-800 مللي ثانية بعد البدء بإيقاف السيارة قريبة من المحاكمة ولكن قبل الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد. ويرد نبض TMS في مرض التصلب العصبي المتعدد 650 بعد بداية المحاكمة.
(ب) ويتخلل بين التجارب الذهاب هي وقف المحاكمات خلالها المشاركون صدرت تعليمات بمنع رفع الإصبع في استجابة لإشارة توقف (أي سيارة توقف فجأة في مرحلة ما قبل علامة 800 مللي ثانية). وسلمت البقول TMS 150 مللي ثانية بعد إشارة توقف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3. الهندسة الكهربائية والميكانيكية ستريك أثناء المهمة رسكر S-H- يتم رسم ستريك الهندسة الكهربائية والميكانيكية (في بالميليفولت) لقياسات TMS واحد-وإقران-نبض M1 للظروف المختلفة لهذه المهمة S-H/مركز التقنيات التربوية على الإنترنت (الذهاب، توقف نجاح، فشل إيقاف). المربعات يعني استخدمت التقديرات المحسوبة من تحليل الانحدار لهذا الرقم. أشرطة الخطأ تمثل الأخطاء المعيارية المحسوبة من نموذج الانحدار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

هذا البروتوكول أسلوب الصديقة للأطفال رواية الجمع بين وقف إشارة مهمة ومركز التقنيات التربوية لدراسة تثبيط القشرية ذات الصلة بالحدث. أثبتت الملاحظة الإكلينيكية العجز المثبطة موتور، وضعف الأداء في المهام إشارة توقف في العديد من الظروف النفسية العصبية. 3 استخدمت المحققين قليلة نسبيا فتمس على شبكة الإنترنت لدراسة استثارة القشرية وتثبيط أثناء المهام تثبيط استجابة. بعض المجموعات استخدمت بنجاح مركز التقنيات التربوية أثناء المهمة جنج لإظهار الاختلافات في الفسيولوجيا القشرية لدى الأطفال والبالغين. 14 , 23 , 34 بيد جنج مهمة ينبغي من الناحية المثالية أن تجري على سريع نسبيا خطي للحصول على استجابة المحرك متفوق في جميع أنحاء المهمة حيث أنه يمكن دراسة مراقبة المثبطة على نحو كاف في محاكمات نجو. 35 , 36 من الناحية المنهجية، مهمة جنج سرعة وتيرة يفرض صعوبات بالنسبة للتجارب فتمس على الإنترنت كما المكثفات الجهاز تحتاج إلى وقت لإعادة شحن لنبض التحفيز القادم. على سبيل المثال، يحتاج نبض أحادي الطور لدينا توليد جهاز TMS فاصل بين محاكمة على الأقل 4 ثوان مما يحد من سرعة وتيرة تجارب مركز التقنيات التربوية/جنج على الإنترنت. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تؤثر على الاضطرابات العصبية أو التنموية الكامنة وراء قدرة الأطفال على إكمال مهمة جنج سريع الخطي. هو إحدى السمات المهمة سلاتر-هامل أنها الذاتي ويسمح بالتالي لإدماج مركز التقنيات التربوية لإجراء القياسات الفسيولوجية على الإنترنت. 16 كوكسون et al. يستخدم مهمة ح ق فتمس/كلوكخاند على إنترنت في البالغين الأصحاء لإظهار أن تثبيط القشرية، مقيسة سيسي، أكثر قوة خلال توقف من المحاكمات الذهاب. دراسة منفصلة على إنترنت فتمس/SST أظهرت نتائج مماثلة في ذلك استثارة M1 يقلل إلى حد كبير بعد توقف جديلة في نجاح وقف المحاكمات. 15 مقارنة ب بروتوكول فتمس/S-H كوكسون16، قدمنا تعديلات كبيرة اثنين. أولاً، قمنا بإنشاء إصدار "رسكر" ح ق إيقاف الإشارات المهمة التي أكثر جاذبية لطب الأطفال المشاركين. استخدام هذا التصميم، عادة وضع الأطفال (الشكل 3) والمصابين بإعاقة (بيانات غير منشورة) كانت قادرة على استكمال المحاكمات 120 على الأقل. ميزة أخرى نحن في صلب مهمة فتمس/S-H على شبكة الإنترنت هو خوارزمية تتبع دينامية لضبط توقيت إشارة توقف هذه أن معدل نجاح المحاكمة وقف هو ~ 50% في نهاية التجربة أكملها. وهذا أمر مهم لأنه يسمح بإجراء مقارنات لتثبيط القشرية خلال ناجحة مقابل فشل وقف المحاكمات ويلغي أيضا أداء المهمة كمتغير التباس.

المحاكمات نبض واحد في هذا البروتوكول تسمح هذه دراسة استثارة القشرية أثناء إعداد الحركة. ومع ذلك، في سياق المهمة تثبيط استجابة إشارة توقف، نحن مهتمون أيضا التحديد الكمي سيسي M1 خلال وقف المحاكمات. للقياس الكمي سيسي، سوبثريشولد تكييف كثافة تحفيز نبض معلمة تجريبية هامة. وقد وثقت دراسات سابقة تأثير الجرعات التكييف نبض كثافة في سيسي. 37 , 38 تبين هذه الدراسات أن نبض تكييف أقوى يتسبب سيسي أكثر عمقاً. بيد أن لدينا مختبر تاريخيا تستخدم 60% * نبض RMT كتكييف كثافة للكشف عن الاختلافات سيسي في دراسات طب الأطفال في مركز التقنيات التربوية لمراقبة الحالة. 19 , كما يتسبب 20 نظراً لتكييف هذا النبض كثافة كبيرة سيسي M129، استخدمنا 60% * RMT لتكييف النبض في هذه المهمة فتمس/S-H.

عامل آخر للنظر في التقدير الكمي سيسي فعل الواحد-النبض السعة الكهربائية والميكانيكية. السعة الكهربائية والميكانيكية المستحث نبض واحد متوسط كالمقام لحساب النسبة سيسي. السعة خط الأساس هذا يتوقف على الدول المختلفة مثل بقية ومراقبة السيارات/صور، وإعداد السيارات، فضلا عن اختبار ذبذبة التحفيز كثافة. 10 , 39 , 40 في هذه المهمة فتمس/S-H على شبكة الإنترنت، ستريك الهندسة الكهربائية والميكانيكية عادة أكبر 3 إلى 4 مرات خلال مهمة مقارنة بخط الأساس بقية الشرط (البيانات لا تظهر). في الأصل دراسة سيسي28، ذكر المؤلفون أن سيسي أقل مع أقوى حافز اختبار. ومع ذلك، أبدى البيانات الخام التي تدعم هذا الاستنتاج لا المخطوطة. الدراسات اللاحقة درست مجموعة من الأساس بقية الهندسة الكهربائية والميكانيكية ستريك (mV 0.2 و 1 و 4)، وأظهرت أن السعة الأساس الهندسة الكهربائية والميكانيكية لم يؤثر على سيسي. 41 , 42 دراسة أخرى درست آثار شرط المحركات (بقية، تقلصات متساوي القياس عن/كونترالاتيرال) واختبار ذبذبة التحفيز كثافات (90-150% * RMT) على سيسي. 37 سيسي أقل خلال الانكماش إصبع متساوي القياس، وتختلف باختلاف كثافة تحفيز نبض اختبار. ومع ذلك، لم تحدد التدابير المتكررة ANOVA وجود تفاعل يعتد به إحصائيا بين كثافة تحفيز نبض شرط واختبار. أظهر التحليل الوظيفة المخصصة أن سيسي خلال الانكماش متساوي القياس كونترالاتيرال كانت هامة بالنسبة لمجموعة من شدة التحفيز نبض اختبار (110، 120 و 130 و 140 في المائة من النقابة). سبب عتبات موتور عالية بطبيعة الحال في الأطفال33، أنها مثالية للحفاظ على كثافة نبض اختبار منخفضة قدر الإمكان نظراً لقيود الأجهزة TMS المحتملة وراحة المشاركين. لهذه الأسباب، فإننا اخترنا 120% * RMT ككثافة نبض اختبار. إلا أن هذه المهمة S-H/مركز التقنيات التربوية على الإنترنت قد تكون تنطبق على الأطفال الأصغر سنا حتى كنا إلى انخفاض كثافة نبض اختبار إلى 105-110% * RMT للتجارب المقبلة.

واحد الحد المحتمل من هذا البروتوكول أن أقوى وأعلى من صوت TMS البقول الضرورية للأطفال قد تؤثر على أدائهم المهمة S-H. من الممكن أيضا أن متوسط زيادة كثافة من البقول مركز التقنيات التربوية يمكن أن يعطل الدوائر القشرية مثل أن يتأثر تثبيط استجابة. هناك احتمال آخر هو أن نبض أقوى صوت ويمكن أن يصرف الأطفال أثناء المهمة. للتجارب المقبلة، وهذا يمكن أن يكون اختبار قبل إعادة القيام بمهمة سلاتر-هامل مع البقول TMS تسليم منطقة لا تشارك في تثبيط الاستجابة الحركية في كثافة مماثلة، أو استخدام خدعة لفائف TMS. قيد آخر هو انخفاض عدد المحاكمات التوقف. تتطلب هذه المهمة فتمس المشاركين على استكمال المحاكمات 120، هذه فقط هي 30 وقف المحاكمات. لدينا الخوارزمية تتبع دينامية ينبغي أن يسفر عن معدل نجاح ~ 50%؛ ولذلك، لا يوجد سوى 15 محاكمات غير ناجحة ناجحة و 15 للتحليل. إذا تم اكتشاف قطعة أثرية هامة الحركة في بعض من هذه التجارب، ثم تتبع غير مضمنة للتحليل وهو تناقص القوة الإحصائية. وهذا صحيح يحتمل إذا كانت البيانات التي يتم تمثيلها كالسعة الكهربائية والميكانيكية يعني كل فرد لكل نوع للمحاكمة (بقية، الذهاب، ووقف). استخدام نموذج إحصائي تدابير متكررة أن تقديرات أعضاء البرلمان الأوروبي من نوع المحاكمة استناداً إلى جميع المحاكمات، كما فعلنا، قد يسمح لنتائج أكثر جدوى.

وفي الختام، قمنا بتطوير أسلوب موسع وجيد التحمل وتفاعلية للتحديد الكمي لتثبيط القشرية للكشف عن الاختلافات خلال مهمة تثبيط استجابة. ويمكن تطبيق هذا إلحاقا بالظروف النفسية العصبية لدراسة تثبيط القشرية في الأطفال. هناك طرق عديدة للتوسع في هذا البروتوكول فتمس. الدراسات الأخيرة استخدمت اثنين-لفائف نبض إقران TMS نماذج لدراسة الربط القشرية أثناء المهمة السلوكية لدى البالغين. 43 , 44 استخدام نيورونافيجيشن، يمكن توسيع هذا النهج للسكان طب الأطفال لدراسة آثار العقد بريفرونتال على تثبيط استجابة. المتكررة مركز التقنيات التربوية (rTMS) يوفر خياراً آخر لتعديل مناطق الدماغ التي تعتبر بالغة الأهمية لتثبيط الاستجابات الحركية. 43 , 45 , 46 وعلاوة على ذلك، تطبيق المستقبلية المحتملة آخر هو الجمع بين هذا البروتوكول مع EEG المتزامن لتقدير إمكانات القشرية أثارت مركز التقنيات التربوية في المناطق غير M147 تميز القشرية علم وظائف الأعضاء المرتبطة بالاستجابة الحركية تثبيط.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

تم تمويل هذه الدراسة "المعهد الوطني للصحة العقلية" (R01MH095014).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Precision Gamepad Logitech G-UG15
Acquisition Interface Model ACQ-16 Gould Instrument Systems Inc ACQ-16
Micro1401-3 Data Acquisition Unit Cambridge Electronic Design Ltd Not applicable
Signal version 6 software (Windows) Cambridge Electronic Design Ltd Not applicable
Power base Coulbourn Instruments V15-17
Bioamplifier with filters Coulbourn Instruments V75-04
Conductor electrode cables (for surface EMG) Coulbourn Instruments V91-33
2002 TMS device The Magstim Company Ltd Not applicable
BiStim2 module The Magstim Company Ltd Not applicable
90mm circular TMS coil The Magstim Company Ltd Not applicable
Presentation software (Windows) Neurobehavioral Systems Inc Not applicable
Windows computer Not applicable

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mostofsky, S. H., Simmonds, D. J. Response inhibition and response selection: two sides of the same coin. J Cogn Neurosci. 20, (5), 751-761 (2008).
  2. Barkley, R. A. Response inhibition in attention-deficit hyperactivity disorder. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 5, (3), 177-184 (1999).
  3. Lipszyc, J., Schachar, R. Inhibitory control and psychopathology: a meta-analysis of studies using the stop signal task. J Int Neuropsychol Soc. 16, (6), 1064-1076 (2010).
  4. Verbruggen, F., Logan, G. D. Models of response inhibition in the stop-signal and stop-change paradigms. Neurosci Biobehav Rev. 33, (5), 647-661 (2009).
  5. Slater-Hammel, A. T. Reliability, accuracy, refractoriness of a transit reaction. Research Quarterly. 31, (2), 217-228 (1960).
  6. Johnstone, S. J., et al. The development of stop-signal and Go/Nogo response inhibition in children aged 7-12 years: performance and event-related potential indices. Int J Psychophysiol. 63, (1), 25-38 (2007).
  7. Verbruggen, F., Logan, G. D. Automatic and controlled response inhibition: associative learning in the go/no-go and stop-signal paradigms. J Exp Psychol Gen. 137, (4), 649-672 (2008).
  8. Logan, G. D. Toward an instance theory of automatization. Psychol Rev. 95, (4), 492-527 (1988).
  9. Schneider, W., Shiffrin, R. M. Controlled and Automatic Human Information Processing: I. Detection, Search, and Attention. Psychol Rev. 84, (1), 1-66 (1977).
  10. Chen, R., Yaseen, Z., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of corticospinal excitability in reaction time and self-paced movements. Ann Neurol. 44, (3), 317-325 (1998).
  11. Yamanaka, K., et al. Human cortical activities during Go/NoGo tasks with opposite motor control paradigms. Exp Brain Res. 142, (3), 301-307 (2002).
  12. Majid, D. S., Cai, W., George, J. S., Verbruggen, F., Aron, A. R. Transcranial magnetic stimulation reveals dissociable mechanisms for global versus selective corticomotor suppression underlying the stopping of action. Cereb Cortex. 22, (2), 363-371 (2012).
  13. Majid, D. S., Lewis, C., Aron, A. R. Training voluntary motor suppression with real-time feedback of motor evoked potentials. J Neurophysiol. 113, (9), 3446-3452 (2015).
  14. Fujiyama, H., Tandonnet, C., Summers, J. J. Age-related differences in corticospinal excitability during a Go/NoGo task. Psychophysiology. 48, (10), 1448-1455 (2011).
  15. van den Wildenberg, W. P., et al. Mechanisms and dynamics of cortical motor inhibition in the stop-signal paradigm: a TMS study. J Cogn Neurosci. 22, (2), 225-239 (2010).
  16. Coxon, J. P., Stinear, C. M., Byblow, W. D. Intracortical inhibition during volitional inhibition of prepared action. J Neurophysiol. 95, (6), 3371-3383 (2006).
  17. Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. (2013).
  18. Heise, K. F., et al. Altered modulation of intracortical excitability during movement preparation in Gilles de la Tourette syndrome. Brain. 133, (2), 580-590 (2010).
  19. Gilbert, D. L., Isaacs, K. M., Augusta, M., Macneil, L. K., Mostofsky, S. H. Motor cortex inhibition: a marker of ADHD behavior and motor development in children. Neurology. 76, (7), 615-621 (2011).
  20. Wu, S. W., Gilbert, D. L., Shahana, N., Huddleston, D. A., Mostofsky, S. H. Transcranial magnetic stimulation measures in attention-deficit/hyperactivity disorder. Pediatr Neurol. 47, (3), 177-185 (2012).
  21. Chiu, Y. C., Aron, A. R., Verbruggen, F. Response suppression by automatic retrieval of stimulus-stop association: evidence from transcranial magnetic stimulation. J Cogn Neurosci. 24, (9), 1908-1918 (2012).
  22. Kratz, O., et al. Effects of methylphenidate on motor system excitability in a response inhibition task. Behav Brain Funct. 5, 12 (2009).
  23. Hoegl, T., et al. Time course analysis of motor excitability in a response inhibition task according to the level of hyperactivity and impulsivity in children with ADHD. PLoS One. 7, (9), e46066 (2012).
  24. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120, (12), 2008-2039 (2009).
  25. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clin Neurophysiol. 122, (8), 1686 (2011).
  26. Mills, K. R., Nithi, K. A. Corticomotor threshold to magnetic stimulation: normal values and repeatability. Muscle & Nerve. 20, (5), 570-576 (1997).
  27. Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 320, 205-209 (2016).
  28. Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
  29. Orth, M., Snijders, A. H., Rothwell, J. C. The variability of intracortical inhibition and facilitation. Clin Neurophysiol. 114, (12), 2362-2369 (2003).
  30. Ziemann, U. TMS and drugs. Clin Neurophysiol. 115, (8), 1717-1729 (2004).
  31. Sommer, M., Classen, J., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of determination of movement direction in the reaction time task in humans. J Neurophysiol. 86, (3), 1195-1201 (2001).
  32. Leocani, L., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Ikoma, K., Hallett, M. Human corticospinal excitability evaluated with transcranial magnetic stimulation during different reaction time paradigms. Brain. 123, (Pt 6), 1161-1173 (2000).
  33. Garvey, M. A., et al. Cortical correlates of neuromotor development in healthy children. Clin Neurophysiol. 114, (9), 1662-1670 (2003).
  34. Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. 9, (1), 33-44 (2015).
  35. Wessel, J. R. Prepotent motor activity and inhibitory control demands in different variants of the go/no-go paradigm. Psychophysiology. (2017).
  36. Garavan, H., Ross, T. J., Stein, E. A. Right hemispheric dominance of inhibitory control: an event-related functional MRI study. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, (14), 8301-8306 (1999).
  37. Garry, M. I., Thomson, R. H. The effect of test TMS intensity on short-interval intracortical inhibition in different excitability states. Exp Brain Res. 193, (2), 267-274 (2009).
  38. Chen, R., et al. Intracortical inhibition and facilitation in different representations of the human motor cortex. J Neurophysiol. 80, (6), 2870-2881 (1998).
  39. van der Kamp, W., Zwinderman, A. H., Ferrari, M. D., van Dijk, J. G. Cortical excitability and response variability of transcranial magnetic stimulation. J Clin Neurophysiol. 13, (2), 164-171 (1996).
  40. Williams, J., Pearce, A. J., Loporto, M., Morris, T., Holmes, P. S. The relationship between corticospinal excitability during motor imagery and motor imagery ability. Behav Brain Res. 226, (2), 369-375 (2012).
  41. Roshan, L., Paradiso, G. O., Chen, R. Two phases of short-interval intracortical inhibition. Exp Brain Res. 151, (3), 330-337 (2003).
  42. Sanger, T. D., Garg, R. R., Chen, R. Interactions between two different inhibitory systems in the human motor cortex. J Physiol. 530, (Pt 2), 307-317 (2001).
  43. Picazio, S., Ponzo, V., Koch, G. Cerebellar Control on Prefrontal-Motor Connectivity During Movement Inhibition. Cerebellum. 15, (6), 680-687 (2016).
  44. Picazio, S., et al. Prefrontal control over motor cortex cycles at beta frequency during movement inhibition. Curr Biol. 24, (24), 2940-2945 (2014).
  45. Obeso, I., et al. Stimulation of the pre-SMA influences cerebral blood flow in frontal areas involved with inhibitory control of action. Brain Stimul. 6, (5), 769-776 (2013).
  46. Ficarella, S. C., Battelli, L. The critical role of the dorsal fronto-median cortex in voluntary action inhibition: A TMS study. Brain Stimul. 10, (3), 596-603 (2017).
  47. Cash, R. F., et al. Characterization of Glutamatergic and GABAA-Mediated Neurotransmission in Motor and Dorsolateral Prefrontal Cortex Using Paired-Pulse TMS-EEG. Neuropsychopharmacology. 42, (2), 502-511 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics