대뇌 생리학 응답 억제와 관련 된 측정을 위한 온라인 Transcranial 자석 자극 프로토콜

Neuroscience

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Summary

우리는 흥분 그리고 모터 응답 억제 작업 동안 기본 모터 피 질 억제 중지 신호 작업의 과정을 통해 Transcranial 자석 자극을 사용 하 여 계량 하는 실험적인 절차를 설명 합니다.

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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).

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Abstract

우리는 온라인 Transcranial 자석 자극 (TMS)의 특성화 기본 모터 피 질 (M1) 흥분 및 억제를 위한 적합 한 재현, 어린이 친화적인 모터 응답 억제 작업의 개발을 설명합니다. 모터 응답 억제 원치 않는 행동을 방지 하 고 여러 가지 정신병 조건에서 비정상 이다. TMS는 비-침략 적 기술입니다 M1 흥분 및 억제 단일 및 결합에 펄스 프로토콜을 사용 하 여 계량 수와 정확 하 게 높은 시간 해상도 가진 대뇌 생리학을 공부 초과 될 수 있습니다. 우리는 원래 슬 레이 터-Hammel (S-H) 정지 신호 작업 버전을 만들 "레이싱" TMS 펄스와 시간 내 재판에 잠겨 이벤트 수정. 이 작업은 800 ms 대상으로 레이싱 카를 이동 하는 버튼 푸시 후 시작 하는 각 시도 함께 자습. 시련이이 대상의 바로 전에 레이싱 카를 중지 손가락-리프트 요구가. 무작위로 산재 정지 재판 (25%)는 동적으로 조정된 정지 신호 라는 손가락 리프트를 방지 하기 위해 과목입니다. 이동 시험, TMS 펄스 시험 개시; 후 650 ms에 전달 되었다 반면, 정지 시험, TMS 펄스 중지 신호 후 150 ms를 발생 했습니다. TMS 펄스의 타이밍 중지 신호 작업 중 이러한 시간 범위에서 이벤트 관련 변화를 보여주는 electroencephalography (뇌 파)에 따라 결정 했다. 이 작업은 두 연구 사이트에서 3 블록에서 공부 (n = 38) 우리가 행동 성능 및 이벤트 관련 모터 되 살려 진 잠재력 (MEP) 기록. MEP 진폭 여러 독립 변수 covariate로 서 나이 사용 하 여 분석 하는 데 사용 했다 회귀 모델링 (섹스, 공부 사이트, 블록, TMS 맥 박 [단일-쌍 펄스 대], 시험 조건 [이동, 성공적인 중지 실패 중지] 조건). 분석 TMS 조건 펄스 나타났다 (p < 0.0001) 및 시험 상태와의 상호 작용 (p = 0.009) 상당한 했다. 이 온라인 S-H/TMS 패러다임에 대 한 미래 응용 프로그램 TMS 갖는 뇌 파 전위 측정을 동시 EEG 취득의 추가 포함 합니다. 잠재적인 한계는 어린이, TMS 맥 박 소리 수 성능에 영향을 행동 작업 이다.

Introduction

응답 억제 선택적으로 의도 된 기능 목표를 방해할 수 있는 이러한 원치 않는 동작을 방지 하는 기능입니다. 1 cortico striatal 네트워크는 비판적 응답 억제, 점차적으로 더 성숙한 자녀로 서 효율적인 된다 하지만 주의-결핍 과다 장애 (와 같은 수많은 정신병 조건에서 손상에 관여 ADHD), 학습 장애, 강 박 장애, 정신 분열 증. 2 , 3 모터 응답 억제 Go/NoGo (GNG) 및 중지 신호 작업 (SST) 등 다른 행동 패러다임으로 시험 될 수 있다. 1 , 4 혼자 행동 데이터 잠재적으로 수정 가능한, 같지는 생물 학적 메커니즘에 대 한 정보를 제공 하지 않습니다. 현재 연구에서 지배적인 목표 아이 친절 한 메서드 응답 억제의 실행 하는 동안이 작업의 신경 기질의 뇌 기반 양적 biomarker를 개발 하기 위하여 모터 피 질 생리학 평가를 개발 했다. 이러한 바이오 마커의 예 후의 예측 연구 또는 neurobehavioral 장애의 치료에 다양 한 응용 프로그램을 있을 수 있었다.

이 목적에 대 한 조사는 선택 하 고 수정 슬 레이 터-Hammel (S-H) 작업5. 이것은 정지 신호 필요로 하는 작업 내부에서 생성 된 미리 프로그램 된 행동을 억제 하는 참가자 이다. 이동 및 정지 시험이 자습된 작업에 의하여 이루어져 있다. 이동 시험 주제를 눌러 및 단추, 명령 단추 (예: 이동 작업)에서 손가락으로 가까이 해제 하지만 800 ms 대상 전에 압력을 유지 하 여 시작 됩니다. 원래 패러다임에서 시간 빠르게 회전 손으로 시계에 표시 됩니다. 정지 재판 무작위로 이동 재판 기간 동안 사람이 미리 계획된 이동 액션을 억제 해야 합니다 사이 산재 된 (즉 손가락 리프트 방지). 해야 하기 때문에 과목 미리 프로그램 된 이동 신호의 맥락에서 응답 억제 GNG 작업 결정을 시작 또는 아무 사전 명령으로 작업을 시작 하지는 정지 신호 작업이 더 어렵습니다. 6 또한, 그것은 수 있습니다 응답 억제 GNG 작업에서 신호 및 응답 사이 일관 된 상관 관계 자동 억제 될 수 있습니다 때문에 정지 신호 작업을 사용 하 여 조사를 더 정확 하 게. 7 자동 억제는 신호 사이의 응답 매핑 일관 된 이론 이다 (즉, 이동 신호 항상 결과 이동 응답에서)는 자동 처리 하는 실험의 과정을 통해 되도록 정지 재판 리드 일부 메모리 검색을 통해 처리 하 고 특정 임원 컨트롤을 우회. 8 , 9

Transcranial 자석 자극 (TMS) 대뇌 피 질의 생리를 측정 하는 데 사용할 수 있는 비-침략 적 기술 이다. 단일 및 결합에 펄스 자극 패러다임을 사용 하 여, 대뇌 피 질의 흥분 및 억제를 계량 수 있습니다 하나. 작업10 정신 준비 중 고 모터에 반영 될 수 있습니다 다른 인지 상태 동안 가장 출판된 TMS 연구 조사 나머지에서 대뇌 생리학, 비록 일부 그룹 대뇌 피 질의 흥분 및 억제 검사 외피의 생리학 11 , 12 , 13 , 14 기능 TMS (fTMS) 이렇게 요구 한다 온라인 TMS 측정 참가자 행동 작업을 수행 하는 동안, 그 변경 되므로 프로브를 하나 외피는 높은 시간 해상도와 상태 의존. 모터 제어15,16 과 정신병 조건17,18, 생리 조사 확장 같은 방식으로 neurophysiologic 변화에 실시간 정보를 제공 하 19,20.

이전 fTMS 연구 응답 억제 GNG14 SST 작업15,,1621을 사용 하 여 건강 한 성인에서 대뇌 피 질의 메커니즘 탐험 있다. 또한, 한 연구 methylphenidate의 단 하나의 복용량 fTMS/GNG 실험 동안 건강 한 성인의 모터 대뇌 생리학을 변경 했다. 22 까지, 두 그룹이 있다 ADHD23 와 증후군17의 대뇌 피 질의 생리 특성 GNG 작업을 사용 하 여 소아 fTMS 연구 출판. 현재 소아과 인구에서 SST를 활용 하 여 없는 게시 fTMS 연구입니다.

나머지 혼자 TMS 연구 보다 훨씬 더 큰 정도로 fTMS 연구에 중요 한 문제는 근육 유물 이다. 진폭 및 모터 되 살려 진 잠재력 (MEP)에서 대기 시간 표준화 된 표면 전도 (EMG) 측정 근육 유물에 의해 오염 되지 해야 합니다. 그래서, 예를 들어 공부 하 고 운동 반응 시간 연구에 대 한 준비에 대뇌 피 질의 변화, TMS 펄스 해야 될 정확 하 게 초과 이동 신호 후 하지만 개인의 반응 시간 이전 발생. 따라서 어떤 작업에 TMS 펄스 때 모터 응답 아직 시작 하지은, 한 번에 발생 하 고 참가자는 편안 하 고 나머지에 관련 된 근육을 유지할 수 있도록 중요 하다. 이 수 자연스럽 게 외부 움직임 그리고 사람 수 있습니다 계속 그들의 팔과 손 반응 시간 내내 긴장 게임 풀어 아이 들과 함께 매우 문제가 될 수 있습니다.

현재 연구의 목적은 어린이 안심 및 기본 모터 피 질 (M1) 생리학을 공부에 대 한 적합 한 슬 레이 터-Hammel SST의 버전을 개발 하는 것입니다. 이 작업은 어린이, 2) 상대적으로 쉽게 아이 들과 온라인 TMS와 호환이 되는 3)에 대 한 완료를 위한 1) 쉽게 이해할 수 있어야 합니다.

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Protocol

이 프로토콜은 신시내티 아동 병원 의료 센터에 의해 승인 되었다 하 고 존스 홉킨스 제도적 검토 보드는 최소한의 위험으로 어린이 어른에서 공부. 단일 및 결합에 펄스 TMS 어린이 2 년 및 국제 전문가 합의 당 오래 된 것으로 간주 됩니다. 24 부모/보호자 및 참가자를 TMS의 잠재적인 위험을 설명 후 동의 하 고 그들은 연구와 함께 진행 하는 데 동의 하는 경우 동의 양식 서명.

1. 상영 및 소개

  1. TMS contraindication(s) 표준화 된 질문 서를 사용 하 여에 대 한 화면 과목. 25
  2. TMS 운영자의 팔 뚝에 마그네틱 펄스를 제공 하 여 작동 하는 방법을 보여 줍니다.
  3. 그는 맥 박을 느낄 수 있도록 참가자의 팔 뚝에 TMS 펄스를 제공 합니다.
  4. 청력 보호에 대 한 참가자의 귀에 귀마개를 배치 합니다.

2. 표면 EMG 설치 하 고 두 손을

  1. 첫 번째 등 상호 근육 (FDI)를 식별 하 지배적인 검지 손가락을 납치 하는 주제를가지고. 부정적인 전극에 배치 하는 FDI의 배꼽 다음 2 및 3rd 손바닥 (MCP) 관절 및 지상 전극 사이 긍정적인 전극에 배치 하는 5번째 MCP 관절.
  2. 두 팔의 척 골 측면 참가자의 손과 손을 완전히 반 중력 노력 필요 (그림 1)으로 베개에 휴식 위치.
  3. 제 3-5 손가락 근육이 수축 하는 동안 지배적인 색인 손가락 확장 참가자를 있다. 다음 베개에 게임 컨트롤러 패드를 장소 있도록 검지 손가락 레이싱 카 S H 작업에 사용 하는 버튼에 달려있다. 이 손 위치에 대 한 근거는 이동 동작 버튼을 검지 손가락을 들어 FDI의 활성화 필요. 그러므로, 지배적인 FDI의 EMG 추적 기록 프로브 M1 흥분 및 이동에 대 한 억제 되며 각각 재판을 중지.

3. 초기 TMS 데이터 수집

  1. MEP 녹음-낮은 녹화 매개 변수를 설정 하 고 높은 100, 1000 Hz, 2 kHz의 샘플링 레이트의 필터를 통과.
  2. 기준선 TMS 측정 위치 tangentially 두개골에 꼭지점에 최적의 위치와 방향을 오른쪽 fdi에서 MEP 생산에 미가 쪽으로 향하고 핸들 다음 표준 90 m m 원형 TMS 코일을 사용 하 여 얻을 프로토콜입니다. 26 이 코일 위치와 방향을 생산 한다 유도 후부-앞쪽 전류 m 1에.
    1. 왁 스 연필을 사용 하 여 두 피 위치를 표시 하는 핫스팟 TMS 펄스 배달 같은 대뇌 피 질의 영역에서 발생 하는 것을 보장 하기 위해 위치 했다 일단.
  3. 20을 수행 기준 단일 펄스 (sp) TMS의 재판27 RMT의 120%의 강도 사용 하 여 나머지에서 양손으로 FDI MEPs를 유도.
  4. M1 짧은 간격 intracortical 억제 (SICI) 3 ms, 60%의 간 자극 간격을 사용 하 여 나머지에서의 초기 대응 펄스 TMS 측정의 20 시험 수행 * RMT는 컨디셔닝으로 펄스와 120% m 1 척도 테스트 펄스 강도로 RMT 금지 GABAA-ergic interneuronal 활동. 28 , 29 , 30 6 ±에 0.3 초 기준선 측정 간 시험 간격을 설정 합니다.

4. S-H 행동 작업

  1. 주제 바로 앞 모니터에 레이싱 카 S H 응답 억제 작업을 표시 합니다. 행동 작업에 첫 번째 훈련 과목으로 실험을 시작 합니다. 주제에 게 모니터의 왼쪽에 차 지배적인 검지 손가락 (그림 2A)의 예증으로는 버튼을 누르면 이동 하려면 시작 됩니다.
  2. 이동 시험 목표에 가깝게 하지만 800 ms 대상으로 화면에 세로 선으로 표시 하기 전에 손가락을 해제 하는 참가자에 게. 700와 800 ms 사이의 손가락 리프트 경우 화면 "좋은 직장"에 표시 됩니다, 그리고 그렇지 않으면 그것은 "너무 일찍" 또는 "너무 늦게" 표시 됩니다. 있다 참가자 10가 타석 연습.
  3. 말하고 참가자 재판의 두 번째 세트 800 ms 대상 전에 임의로 중지 차를 포함 하 여 중지 작업에 대 한 훈련을 제공 합니다.
    1. 때마다 차 임의로 중지 손가락을 떼지 않고 그의 검지 손가락 버튼 계속 아이 게. 검사기 플래그는 각 재판의 시작 후 1000 밀리초를 표시 하도록 프로그래밍은 볼 때까지 중지 실험에서 성공 하려면, 손가락 버튼 유지 되어야 합니다. 참가자에 게는 정지 신호를 제시 하는 경우 손가락 검사기 플래그 전에 해제 됩니다 "너무 일찍" 메시지가 표시 됩니다. 아이 게 성공적인 정지 시험 후 "좋은" 메시지가 표시 됩니다.
    2. 자식 10 중지 타석 연습 있다.
      참고: 프로그램은 동적 추적 알고리즘. 훈련 후 실제 실험에서 첫 번째 정지 신호 참가자 실패 한 정지 재판, 경우 다음 정지 재판 (즉 정지 신호 이동 합니다 800 ms 대상에서 50 ms) 쉽게 될 것입니다 500 양에서 발생 합니다. 그러나, 중지 시도 성공 하면 다음 다음 정지 재판 어려울 것 이다 더 많은 (즉, 정지 신호 이동 합니다 대상으로 50 밀리초). 이 동적 추적 프로세스 전체 실험의 끝에 의해 정지 재판의 약 50% 된다는 것 성공 동안 나머지 절반은 실패 한 실험 될 것 이라고 보장 합니다. 정지 신호는 재판의 시작 후 300 그리고 700 ms 사이 조정 하도록 프로그램 되어있다.
  4. 참가자가 전용 및 중지 전용 시험 연습, 후 그들에 게 다음 연습 블록 이동 및 정지 시험의 혼합물을 포함 되어 있습니다. 혼합가 최종 연습으로 그만의 20 시험을 수행 하는 자식이 있다.

5. 온라인 S-H/TMS 실험

  1. 온라인 S-H/TMS 실험을 시작 하기 전에 상기 adduct에 참가자 (밀어) 재판을 시작, (리프트 오프)를 납치 하 이동 실험을 위한 손가락 및 정지 시험 버튼에 손가락을 계속 지배적인 검지 손가락. 검지 손가락 예증 시작 하 고 TMS 펄스 (그림 2A 와 2B) 당시 대립 첫 등 상호 (FDI) 근육, EMG 리드 배치할 것 때문에 각 시험 기간 동안 자동차 움직임을 유지 하도록 선택 했습니다. 휴식, 따라서 FDI 추적에서 모션 아티팩트의 가능성 감소.
  2. 참가자에 게 TMS 펄스 S H 작업 하는 동안 전달 됩니다. 온라인 S H TMS 재판의 3 블록 있을 것입니다 주제를 지시 (3 이동: 1 정지 시험 비율).
    참고: 이동 실험, TMS 맥 박 각 재판의 시작 후 650 ms에 전달 하도록 프로그램 되어있다. 이 타이밍 처음 이전 TMS 연구는 증가 운동 준비와 관련 된 M1 흥분에이 범위에서 캡처할 수 있습니다에 따라 선택 됩니다. 10 중지에 대 한 재판, TMS 맥 박 전달 됩니다 150 ms 중지 신호 후. 성공적인 정지 재판에서 검지 않습니다 하지 리프트 버튼에서 따라서 캡처된 M1 응답 억제 보다는 모터 준비 또는 실행에 관련 된 대뇌 피 질의 활동을 반영 하는 흥분.
  3. 이전 왁 스 연필 마크를 사용 하 여 우선적으로 지배적인 m 1을 자극 하 고 시설을 설정 하는 정점에 놓고 90 m m 원형 코일 60% 강도 펄스 * 120 %RMT 테스트 펄스 * RMT. 온라인 S-H/TMS 실험을 시작 합니다. 120 시험 완료 시간 필요한 어린이 일반적으로 30-40 분.

6. 레이싱 카 슬 레이 터-Hammel 행동 데이터

  1. 이동 시험, 각 재판의 시작 부분을 기준으로 손가락 리프트 시간으로 반응 시간을 결정 합니다. 평균 각 블록입니다. 정지 재판, 손가락 리프트 시간 결정 성공, 반면 차 중지 신호 시간 (즉, 중지 신호 지연; SSD) 차 임의로 중지 어디 시점에 재판의 시작에서 시간 간격입니다. 동적 추적 과정으로 인해 정지 신호 시간 ~ 50% 성공/실패 평균으로 수렴.
  2. 중지 신호 반응 시간 (SSRT)가 재판에 평균 손가락 리프트 시간에서 평균 자동차 정지 시간을 빼서 계산 (SSRT = 평균 이동 반응 시간-평균 정지 신호 시간 [즉 SSD]). 블록에 의해 모든 SSD의 평균 고 각 블록 SSRT 계산.

7. TMS 데이터 처리

  1. 각 중 TMS 계량 재판 생산 한 MEP 밀리 단위로 피크-피크 진폭을 사용 하 여. TMS 맥 박 이전 운동 아티팩트 (70 microvolts 이상 100 밀리초 보다 큰 곡선에서 EMG 영역)에 대 한 실험을 제외 합니다.

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Representative Results

회귀 분석은 별도로 행동 하 고 neurophysiologic 데이터를 분석 하는 상업 통계 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 수행 됩니다. 대표적인 데이터는 일반적으로 개발에서 아이 들과 볼티모어 (25 남성, 13 여성)에서 15 23에서. 사이트 간의 나이 차이가 없 (10.3 ± 1.3 년 신시내티와 10.4 ± 1.2 년 볼티모어; t 테스트 p = 0.74)

우리를 독립 변수로 SSRT 섹스, 사이트 (신시내티 대 볼티모어) 및 시험 블록 covariate로 서 나이 분석 회귀 모델을 사용. 이러한 변수 간의 상호 작용 또한 탐구 되었다. 이 분석 공개 연령은 SSRT에 상당한 영향을 가진 유일한 변수 (p = 0.005).

TMS neurophysiologic 데이터 종속 변수로 회귀 분석에 대 한 피크 대 피크 MEP 진폭을 사용 하 여 특징 이었다. 운동 준비 동안 M1 흥분 실제 운동 발생 하기 전에 증가 합니다. TMS 연구가 흥분 증가 100-140 ms 근육 수축 하기 전에 발생 하는 것으로 나타났습니다. 10 , 11 , 31 , 32 이 S H 작업에서 TMS 맥 박 및 손가락 리프트 사이 성공적인 정지 시험 시간은 항상 150 ms 보다 큰 (즉, 최신 가능한 TMS 펄스 850 ms에과 손가락 리프트 발생 발생 합니다 > 1000 ms 재판의 개시 후). 우리의 분석에 우리는 대뇌 피 질의 흥분 및 억제 모터 응답 억제에 관련 된 비교에 관심이 있습니다. 이후 우리는 모든 3 다른 비교에 관심이 작업 조건 (이동, 성공적인 중지, 실패 한 정지), TMS 사이 시간 펄스와 손가락 리프트는 적어도 150 ms이 시간 프레임 MEP 진폭에 의해 영향을 받지 않으므로 때 실험에서 데이터 분석 운동 준비입니다. 10 , 11 , 31 , 32 그러므로이 시간 지연 되지 포함 되었다 회귀 모델에는 covariate로. 우리의 회귀 모델에 대 한 우리는 covariate로 서 나이 포함 하는 어린 시절에 MEP 진폭에 영향을. 포함 하는 모델 섹스, 사이트, 시험 블록, TMS 맥 박 상태 (단일-대 쌍-펄스) 및 시험 조건 (이동, 성공적인 중지, 실패 한 정지)에 대 한 33 독립적인 클래스 변수. 우리가 어떻게 m 1 흥분 (단일 펄스 TMS)과 억제 (쌍 맥 박 TMS) 다른 작업 조건 사이 다에 관심이 있기 때문에 관심의 기본 상호 작용 TMS 맥 박 상태와 시험 조건 사이입니다.

MEP 진폭, 대 한 독립 변수 섹스, 사이트와 재판 블록 되지 않았다 회귀 모델에서 중요 한. 나이 회귀 모델에서 covariate로 중요 했다 (p = 0.28). TMS 맥 박 상태 (p < 0.0001) 및 시험 상태와의 상호 작용 (p = 0.009) 상당한 했다. 그림 3 은 보여준다 대표 neurophysiologic 최소 자승법을 사용 하 여 다른 시험 조건에 데이터 표준 오류를 나타내는 오차 막대와 회귀 모델에서 예측 계산 의미. 3 작업 조건 사이 단일 펄스 MEP 진폭의 모든 쌍별 비교 했다 중요 한 (틀린 발견 비율 [루즈벨트] 조정 p > 0.05). 그러나, 금지 짝 펄스 MEPs에 대 한 차이 사이 갈 대 중지 실패 (루즈벨트 조정 p = 0.009) 실패 중지 대 성공 (루즈벨트 조정 p = 0.03) 상당한 했다. 이동 및 성공적인 정지 재판 사이 짝 펄스 MEP 진폭의 비교는 상당한 (루즈벨트 조정 p = 0.56).

Figure 1
그림 1: 레이싱 S H 작업 동안 손과 손가락 위치. 두 손은 베개에 휴식 했다. 지배적인 검지 손가락 확장 하 고 게임 컨트롤러의 단추에 달려있다. 지배적인 검지 손가락의 예증 depresses 단추와 각 평가판을 활성화 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 재판 회로도입니다.
(A)가 재판 회로도. 버튼에 지배적인 검지 예증 화면을 가로질러 이동 하는 자동차를 활성화 합니다. 참가자는 재판에 가까운 차를 막으려고 하지만 800 ms 대상 전에 시작 후 700-800 ms 사이의 손가락을 해제 예상 된다. TMS 맥 박 시험 개시 후 650 ms에서 제공 됩니다.
(B)가 재판 중 산재는 정지 시험 참가자 했다 손가락-리프트 정지 신호에 대 한 응답에서을 방지 하도록 (즉 자동차 갑자기 중지 800 ms 마크 하기 전에 일부 지점에서). TMS 펄스는 정지 신호 후 150 ms는 전달 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3입니다. MEP 진폭 레이싱 S H 작업 중. M1 단일 및 결합에 펄스 TMS 측정 (밀리)에서 MEP 진폭 (이동, 성공적인 중지 중지 실패)이 온라인 S-H/TMS 작업의 서로 다른 조건에 대 한 구성 됩니다. 최소 제곱 회귀 분석에서 계산 하는 예상이이 그림에 대 한 사용 되었다 의미. 오차 막대는 표준 오류 회귀 모델에서 계산을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

이 프로토콜은 결합 정지 신호 작업 및 이벤트 관련 대뇌 피 질의 억제 검사를 TMS의 새로운 아동 친화적인 방법입니다. 모터 금지 적자 및 정지 신호 작업에서 성능 저하의 임상 관찰 수많은 정신병 조건에서 설명 되는. 3 비교적 적은 조사 대뇌 피 질의 흥분 및 억제 응답 억제 작업 하는 동안 검사를 온라인 fTMS를 사용 했습니다. 일부 단체는 성공적으로 사용 TMS GNG 작업 동안 어린이 성인에서 대뇌 생리학에 차이 보여. 14 , 23 , 그러나 34 , GNG 작업 이상적으로 실시 해야 상대적으로 빠른 속도 억제 제어 Nogo 재판에서 충분 하 게 시험 될 수 있도록 작업에 걸쳐 prepotent 모터 응답을 유도 하. 35 , 36 방법론의 관점에서 빠른 GNG 작업 부과 온라인 fTMS 실험에 대 한 어려움으로 다음 자극 펄스에 대 한 충전 시간을 필요로 하는 장치 콘덴서. 예를 들어 우리의 monophasic 펄스를 생성 하는 TMS 장치 따라서 빠른 온라인 TMS/GNG 실험을 제한 하는 4 초 간 시험 간격 이상 필요 합니다. 또한, 기본 정신병 또는 발달 장애 어린이 능력 급변 GNG 작업을 완료 하려면 발생할 수 있습니다. 슬 레이 터-Hammel 작업의 1 개의 기능은 그것 자습 이며 따라서 수 있게 TMS의 통합 온라인 생리 측정. 16 콕슨 사용 온라인 fTMS/clockhand S H 작업 건강 한 성인에서 대뇌 피 질의 억제 SICI에 의해 측정 되는 더 강력한 정지 동안 이동 시험 보다. 별도 온라인 fTMS/SST 학문 M1 흥분 성공적인 정지 재판에서 중지 큐 후 크게 감소 한다는 점에서 비슷한 결과 보였다. 15 콕슨 fTMS/S-H 프로토콜16에 비해, 우리는 두 가지 중요 한 수정을 했다. 첫째, 우리는 소아 참가자에 대 한 더 많은 매력적인 S H 정지 신호 작업의 "레이싱" 버전을 만든. 일반적으로 ADHD와 함께 어린이 (그림 3)와 개발이 디자인을 사용 하 여 (되지 않은 데이터) 적어도 120 시험을 완료할 수 있었다. 다른 기능을 우리가 온라인 fTMS/S-H 작업으로 내장은 중지 시도 성공률 50% 전체 실험의 끝에는 정지 신호 등의 타이밍을 조정 하려면 동적 추적 알고리즘입니다. 이것은 중요 한 성공 하는 동안 대뇌 피 질의 억제의 비교를 허용 하기 때문에 실패 한 대 재판 중지 하 고 작업 성능을 혼란 변수 제거.

이 프로토콜에서 단일 펄스 재판 운동 준비 동안 대뇌 피 질의 흥분의 연구를 수 있습니다. 그러나, 정지 신호 응답 억제 작업의 맥락에서 우리는 또한 중지 실험 M1 SICI 측정에 관심이. subthreshold SICI 정량화에 대 한 컨디셔닝 펄스 자극 강도 중요 한 실험 매개 변수. 이전 연구는 컨디셔닝의 투약 효과 문서화 했다 SICI 강도 펄스. 37 , 38 이 연구 강한 컨디셔닝 펄스 더 깊은 SICI elicits 보여줍니다. 그러나, 우리의 실험실 사용 60% * 시설으로 RMT 펄스 소아의 경우 제어 TMS 연구에서 SICI 차이 감지 하는 강도. 19 , 20 이 컨디셔닝 펄스 강도 때문에, 또한 중요 한 M1 SICI29elicits, 60% 사용 *이 fTMS/S-H 작업에서 펄스를 조절에 대 한 RMT.

SICI 정량화에 고려해 야 할 또 다른 요소는 단일 펄스 유도 MEP 진폭. 평균 단일 펄스 유도 MEP 진폭 분모 SICI 비율의 계산에 사용 됩니다. 이 기준선 진폭 테스트 펄스 자극 강도 뿐만 아니라 나머지, 모터 관찰/이미지, 모터 준비 등 여러 가지 상태에 따라 달라 집니다. 10 , 39 , 40 이 온라인 fTMS/S-H 작업, MEP 진폭은 일반적으로 3 ~ 4 배 더 큰 기준선 나머지 조건 (데이터 표시 되지 않음)에 비해 작업 하는 동안. 원래 SICI 연구28, 저자 SICI 적은 강한 테스트 자극은 밝혔다. 그러나,이 결론을 지 원하는 원시 데이터는 원고에 표시 되지 않습니다. 후속 연구는 초기 나머지 MEP 진폭 (0.2, 1 및 4 mV)의 범위를 검사 하 고 기본 MEP 진폭 SICI에는 영향을 미치지 않았다 보였다. 41 , 42 또 다른 연구 조사 모터 상태 (나머지, 동측 contralateral isometric 수축) 및 테스트 펄스 자극 농도의 효과 (90-150% * RMT) SICI에. 37 SICI 아이소메트릭 손가락 수축 하는 동안 덜 이며 테스트 펄스 자극 강도 따라 다양 합니다. 그러나, 반복 측정 ANOVA는 조건과 테스트 펄스 자극 강도 사이의 통계적으로 중요 한 상호 작용을 식별 하지 않았다. 포스트-특별 분석 보여주었다 SICI contralateral isometric 수축 하는 동안 테스트 펄스 자극 강렬의 범위에 대 한 중요 했다 (110, 120, 130, RMT의 140%). 때문에 자연스럽 게 높은 모터 임계값 어린이33, 테스트 펄스 강도 참가자의 안락 그리고 잠재적인 TMS 하드웨어 제한 때문에 가능한 한 낮게 유지 이상적입니다. 이러한 이유로, 우리는 120%를 선택 * 테스트 펄스 강도로 RMT. 그러나,이 온라인 S-H/TMS 작업 적용 되지 수 있습니다 심지어 어린 아이 들에 게 우리 105-110% 테스트 펄스 강도가 낮게 했다 * 미래 실험 위한 RMT.

이 프로토콜의 한 가지 잠재적인 한계는 더 강하고, 더 크게 TMS 펄스 아이 들을 위해 필요한 그들의 S H 작업 성능 영향을 미칠 수 있습니다. 그것은 또한 응답 억제 영향 되도록 TMS 펄스의 평균 강도 증가 대뇌 피 질의 회로 중단 수입니다. 또 다른 가능성은 강한 펄스 더 크게 작업 하는 동안 아이 들을 즐겁게 수 있습니다. 미래 실험이 다시 비슷한 농도에 모터 응답 억제에 관여 하지 지역에 전달 하는 TMS 펄스와 슬 레이 터-Hammel 작업을 수행 하 여 시험 될 수 있다 또는 가짜를 사용 하 여 TMS 코일. 또 다른 한계 정지 재판의 낮은 수입니다. 이 fTMS 작업 참가자를 30 정지 재판만 이들의 120 시험을 완료 하는 데 필요 합니다. 우리의 동적 추적 알고리즘 50% 성공률; 초래 한다 따라서, 분석에 대 한 15 성공적이 고 15 실패 한 실험만 있다. 중요 한 모션 아티팩트이 실험의 일부 감지 되 면 다음 추적 분석을 위해 포함 이며 통계 전력 감소. 이 데이터는 각 시험 유형 (나머지, 이동, 정지)에 대 한 각 개인의 평균 MEP 진폭으로 나타납니다 가능성이 true입니다. 우리가 할 모든 재판에 따라 재판 형 MEPs는 반복된 측정 통계 모델을 사용 하 여 더 의미 있는 결과 대 한 수 있습니다.

결론적으로, 우리는 응답 억제 작업 동안 차이 감지 하는 대뇌 피 질의 억제를 측정 하는 비 침범 성, 잘 용납 하 고 상호 작용 방법을 개발 했다. 이 아이 들에 있는 대뇌 피 질의 억제 연구 정신병 조건 추가 적용할 수 있습니다. 이 fTMS 프로토콜에 확장의 수많은 방법이 있다. 최근 연구 성인 행동 작업 동안 대뇌 피 질의 연결 공부를 2-코일 짝 펄스 TMS 패러다임을 사용 했습니다. 43 , 44 neuronavigation를 사용 하 여 응답 억제에 전 두 엽 노드의 효과 검사 하 소아과 인구에이 접근을 확장할 수 있습니다. 반복적인 TMS (rTMS) 모터 응답의 억제에 대 한 중요 한 뇌 영역을 조절 하는 다른 옵션을 제공 합니다. 43 , 45 , 46 게다가, 다른 잠재적인 미래의 응용 프로그램은이 프로토콜을 결합 TMS 갖는 피 질 후보 비 M1 지역47 모터 응답과 관련 된 대뇌 피 질의 생리 특성 척도를 동시 뇌 파 저해입니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 연구에 의해 국립 연구소의 정신 건강 (R01MH095014) 투자 되었다.

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

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