ऑनलाइन Transcranial चुंबकीय उत्तेजना Cortical प्रतिक्रिया निषेध के साथ जुड़े फिजियोलॉजी को मापने के लिए प्रोटोकॉल

Neuroscience

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Summary

हम एक प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए उत्तेजित और प्राथमिक मोटर प्रांतस्था के निषेध एक मोटर प्रतिक्रिया अवरोध कार्य के दौरान एक बंद संकेत कार्य के पाठ्यक्रम में Transcranial चुंबकीय उत्तेजना का उपयोग करके ।

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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

हम एक प्रतिलिपि के विकास का वर्णन, बच्चे के अनुकूल मोटर प्रतिक्रिया अवरोध कार्य ऑनलाइन Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (ए. ए.) प्राथमिक मोटर प्रांतस्था (M1) के लक्षण वर्णन के लिए उपयुक्त उत्तेजित और संकोच । मोटर प्रतिक्रिया निषेध अवांछित क्रियाओं को रोकता है और कई neuropsychiatric स्थितियों में असामान्य है । एक गैर-इनवेसिव प्रौद्योगिकी है कि एम 1 की उत्तेजना और संकोच का उपयोग कर सकते है एक और युग्मित पल्स प्रोटोकॉल और ठीक करने के लिए उच्च लौकिक संकल्प के साथ cortical शरीर क्रिया विज्ञान का अध्ययन समय हो सकता है । हमने मूल Slater-Hammel (एस-एच) स्टॉप सिग्नल कार्य को एक "racecar" संस्करण बनाने के लिए संशोधित किया है, जो अंतर-परीक्षण की घटनाओं के लिए समय-लॉक किया गया है । यह कार्य आत्म है, एक बटन पुश के बाद शुरू करने के लिए ८०० एमएस लक्ष्य की ओर racecar चाल परीक्षण के साथ, स्वयं गति है । जाओ परीक्षण एक उंगली लिफ्ट की आवश्यकता है racecar बस इस लक्ष्य से पहले बंद करो । Interspersed बेतरतीब ढंग से रोक रहे हैं परीक्षण (25%) जिसके दौरान गतिशील रूप से समायोजित रोक संकेत विषयों उंगली लिफ्ट को रोकने के लिए प्रेरित करता है । जाओ परीक्षणों के लिए, के रूप में ६५० परीक्षण शुरू करने के बाद, टीएम पल्स दिया गया था ms; जबकि, रोकने के परीक्षणों के लिए, रोक संकेत के बाद, १५० electroencephalography (ईईजी) अध्ययनों के आधार पर यह निर्णय लिया गया कि इन समय सीमाओं में इवेंट संबंधी परिवर्तन दिखाकर स्टॉप सिग्नल कार्य के दौरान । यह कार्य दो अध्ययन स्थलों पर 3 ब्लॉकों में अध्ययन किया गया था (n = 38) और हम व्यवहार प्रदर्शन और घटना से संबंधित मोटर पैदा की क्षमता (एमईपी) दर्ज की गई । प्रतिगमन मॉडलिंग एकाधिक स्वतंत्र चर के साथ एक covariate के रूप में उंर का उपयोग कर एमईपी आयाम का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था (सेक्स, अध्ययन साइट, ब्लॉक,, पज नाड़ी हालत [एकल बनाम युग्मित-नाड़ी], परीक्षण हालत [जाओ, सफल बंद करो, असफल बंद करो]) । विश्लेषण से पता चला है कि, (p < 0.0001) और परीक्षण स्थिति के साथ इसकी सहभागिता (पी = 0.009), महत्वपूर्ण थे । इस ऑनलाइन S-H/के लिए भविष्य के आवेदन एक साथ ईईजी अधिग्रहण के अलावा शामिल करने के लिए उपाय करने के लिए-ईईजी क्षमता पैदा की । एक संभावित सीमा है कि बच्चों में, इस पज पल्स ध्वनि व्यवहार कार्य प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है ।

Introduction

प्रतिक्रिया निषेध चुनिंदा कार्यात्मक लक्ष्यों के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं कि उन अवांछित कार्रवाई को रोकने के लिए की क्षमता है. 1 cortico-striatal नेटवर्क गंभीर प्रतिक्रिया बाधा है, जो उत्तरोत्तर अधिक बच्चों के रूप में परिपक्व हो जाता है में शामिल है, लेकिन इस तरह ध्यान घाटे सक्रियता विकार के रूप में कई neuropsychiatric स्थितियों में ख़राब है ( एडीएचडी), सीखने विकारों, जुनूनी बाध्यकारी विकार, और एक प्रकार का पागलपन । 2 , 3 मोटर प्रतिक्रिया निषेध जैसे Go/NoGo (GNG) और स्टॉप सिग्नल कार्य (एसएसटी) के रूप में अलग व्यवहार मानदंड के साथ जांच की जा सकती है । 1 , 4 व्यवहार डेटा अकेले संभावित परिवर्तनीय, quantifiable जैविक तंत्र के बारे में जानकारी प्रदान नहीं करता है । वर्तमान अध्ययन में व्यापक लक्ष्य के लिए एक बच्चे के अनुकूल विधि के लिए प्रतिक्रिया अवरोध के निष्पादन के दौरान मोटर प्रांतस्था फिजियोलॉजी का मूल्यांकन विकसित करने के लिए किया गया था, ताकि एक मस्तिष्क इस कार्य के तंत्रिका सब्सट्रेट के मात्रात्मक पर आधारित अंकन विकसित करने के लिए. इस तरह के neurobehavioral रोग का निदान या उपचार के पूर्वानुमान के अध्ययन में व्यापक आवेदन हो सकता है ।

इस प्रयोजन के लिए, जांचकर्ताओं ने Slater-Hammel (S-H) कार्य5का चयन किया और संशोधित किया । यह एक बंद संकेत कार्य है कि प्रतिभागियों को एक आंतरिक रूप से उत्पंन पूर्व क्रमादेशित कार्रवाई को बाधित करने की आवश्यकता है । इस स्व-पुस्तक कार्य दोनों जाओ और रोकने के परीक्षणों के होते हैं । जाओ परीक्षण विषय दबाकर शुरू कर रहे है और एक बटन पर दबाव बनाए रखने के अनुदेश के साथ बटन से उंगली उठा (यानी कार्रवाई जाओ) के रूप में करीब के रूप में लेकिन ८०० ms लक्ष्य से पहले । मूल प्रतिमान में, समय एक तेजी से घूर्णन हाथ के साथ एक घड़ी पर संकेत दिया है । बंद करो परीक्षण बेतरतीब ढंग से interspersed के बीच परीक्षण के दौरान जो व्यक्ति को रोकना चाहिए पूर्व की योजना बनाई जाओ कार्रवाई (यानी रोकना उंगली लिफ्ट) । stop संकेत कार्य और अधिक कठिन है क्योंकि विषयों के लिए एक पूर्व क्रमादेशित जाओ संकेत के संदर्भ में एक प्रतिक्रिया को रोकना है, जबकि GNG कार्य में, निर्णय है कि या शुरू करने के लिए कोई पूर्व आज्ञाओं के साथ एक कार्रवाई शुरू नहीं है । 6 इसके अलावा, यह और अधिक सटीक हो सकता है क्योंकि GNG कार्य में, संकेत और प्रतिक्रियाओं के बीच लगातार सहसंबंधों स्वत: निषेध में परिणाम हो सकता है, क्योंकि stop संकेत कार्यों का उपयोग करके प्रतिक्रिया अवरोध की जांच । 7 स्वचालित निषेध सिद्धांत है कि संकेत और प्रतिक्रिया के बीच लगातार मानचित्रण (यानी जाने संकेत हमेशा एक जाने की प्रतिक्रिया में परिणाम और इसके विपरीत) प्रयोग के पाठ्यक्रम में एक स्वत: प्रसंस्करण की ओर जाता है ऐसी है कि रोक परीक्षण कर रहे है आंशिक रूप से स्मृति के माध्यम से संसाधित है़ और कुछ कार्यकारी नियंत्रणों को दरकिनार. 8 , 9

Transcranial चुंबकीय उत्तेजना (ए. ए.) एक गैर इनवेसिव तकनीक है कि cortical शरीर क्रिया विज्ञान को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । एकल और युग्मित पल्स उत्तेजना मानदंड का प्रयोग, एक cortical उत्तेजित और संकोच यों तो कर सकते हैं । हालांकि सबसे प्रकाशित cortical आराम में शरीर क्रिया विज्ञान की जांच, कुछ समूहों cortical उत्तेजित/कार्रवाई के लिए मानसिक तैयारी के दौरान10 और अलग संज्ञानात्मक राज्यों है कि मोटर में परिलक्षित हो सकता है के दौरान की जांच की है प्रांतस्था फिजियोलॉजी । 11 , 12 , 13 , 14 इस कार्यात्मक पज (fTMS) दृष्टिकोण ऑनलाइन की आवश्यकता है, जबकि प्रतिभागियों व्यवहार कार्य प्रदर्शन कर रहे हैं, इस प्रकार एक cortical परिवर्तन है कि उच्च लौकिक संकल्प के साथ राज्य पर निर्भर कर रहे है जांच करने की अनुमति । इस तरह के एक तरीके में neurophysiologic परिवर्तन पर वास्तविक समय की जानकारी उपलब्ध कराने के मोटर नियंत्रण के शारीरिक जांच15,16 और neuropsychiatric शर्तों17,18, 19,20.

पूर्व fTMS अध्ययन स्वस्थ वयस्कों में प्रतिक्रिया निषेध के cortical तंत्र का पता लगाया है GNG14 और एसएसटी कार्य15,16,21। इसके अलावा, एक अध्ययन से पता चला कि methylphenidate की एक खुराक एक fTMS/GNG प्रयोग के दौरान स्वस्थ वयस्कों के मोटर cortical फिजियोलॉजी बदल दिया है । 22 तारीख को, वहां दो समूहों है कि बाल चिकित्सा fTMS GNG कार्य का उपयोग करने के लिए एडीएचडी23 और Tourette सिंड्रोम17के cortical फिजियोलॉजी विशेषताएं अध्ययन प्रकाशित किया है । वर्तमान में बाल चिकित्सा जनसंख्या में एसएसटी का उपयोग नहीं प्रकाशित fTMS अध्ययन है ।

fTMS अध्ययन में एक महत्वपूर्ण मुद्दा है, आराम से अकेले में एक बहुत अधिक हद तक के लिए मानकीकृत सतह electromyography (ईएमजी) आयाम और मोटर पैदा क्षमता (एमईपी) से विलंबता के उपाय मांसपेशी विरूपण साक्ष्य से दूषित नहीं होना चाहिए । तो, उदाहरण के लिए, एक प्रतिक्रिया समय के अध्ययन में एक आंदोलन के लिए तैयार करने में cortical परिवर्तन का अध्ययन करने के लिए, एक जाने के संकेत के बाद लेकिन एक व्यक्ति की प्रतिक्रिया समय से पहले, के लिए ठीक हो सकता है । इस प्रकार किसी भी कार्य में, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि एक समय में जब मोटर प्रतिक्रिया अभी तक शुरू नहीं हुई है, और यह कि भागीदार आरामदायक है और आराम से प्रासंगिक मांसपेशी बनाए रखने में सक्षम है । यह hyperkinetic बच्चों को जो स्वाभाविक रूप से बाहरी आंदोलनों है और जो अपने हाथ और हाथ रख सकते है के साथ असाधारण समस्याग्रस्त किया जा सकता है एक प्रतिक्रिया समय खेल भर में परेशान ।

वर्तमान अध्ययन का उद्देश्य Slater-Hammel एसएसटी का एक संस्करण विकसित करना है जो प्राथमिक मोटर प्रांतस्था (M1) फिजियोलॉजी के अध्ययन के लिए बाल-अनुकूल और उपयुक्त है । यह कार्य 1) बच्चों के लिए आसानी से समझ में आ जाना चाहिए, 2) अपेक्षाकृत आसान बच्चों और 3) ऑनलाइन के साथ संगत के लिए पूरा करें ।

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Protocol

इस प्रोटोकॉल सिनसिनाटी बच्चों के अस्पताल के मेडिकल सेंटर और जॉंस हॉपकिंस संस्थागत समीक्षा बोर्डों द्वारा बच्चों और वयस्कों में एक ंयूनतम जोखिम अध्ययन के रूप में अनुमोदित किया गया था । सिंगल और मीन्स-पल्स टीएम बच्चों में सुरक्षित के रूप में 2 साल और अंतरराष्ट्रीय विशेषज्ञ आम सहमति के अनुसार पुराने माना जाता है । 24 के बाद माता-पिता और भागीदार, सहमति और असेंट रूपों को एक प्रकार के संभावित खतरों के समझाने के बाद हस्ताक्षर किए है यदि वे अध्ययन के साथ आगे बढ़ना सहमत हैं ।

1. स्क्रीनिंग और परिचय

  1. एक मानकीकृत प्रश्नावली का उपयोग कर (ओं) के लिए स्क्रीन विषयों । 25
  2. प्रदर्शन कैसे पज ऑपरेटर अपनी बांह की प्रकोष्ठ पर एक चुंबकीय पल्स देने के द्वारा काम करता है ।
  3. प्रतिभागी की बांह की प्रकोष्ठ के ऊपर एक पज पल्स डिलीवर करें ताकि वह नाड़ी को महसूस कर सके ।
  4. सुनवाई संरक्षण के लिए भागीदार के कानों में earplugs प्लेस ।

2. भूतल ईएमजी नेतृत्व सेटअप और हाथ स्थिति

  1. विषय प्रमुख सूचकांक उंगली अपहरण के लिए पहले पृष्ठीय interosseous मांसपेशी (एफडीआई) की पहचान है । एफडीआई के पेट पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेस, तो 2एन डी और 3rd metacarpophalangeal (एमसीपी) जोड़ों और 5वें एमसीपी संयुक्त पर जमीन इलेक्ट्रोड के बीच सकारात्मक इलेक्ट्रोड जगह.
  2. दोनों हाथ और एक तकिया पर पूरी तरह आराम के हाथों के ulnar पहलुओं के साथ भागीदार के हाथ स्थिति, कोई विरोधी गुरुत्वाकर्षण प्रयास की आवश्यकता के साथ (चित्र 1) ।
  3. भागीदार प्रमुख सूचकांक उंगली का विस्तार है, जबकि तीसरी पांचवें उंगलियों ठोके हैं । इसके बाद तकिए पर एक गेम कंट्रोलर पैड लगाएं ताकि इंडेक्स फिंगर को racecar S-H टास्क के लिए इस्तेमाल किए गए बटन पर टिकी रहे । इस हाथ की स्थिति के लिए तर्क यह है कि जाओ कार्रवाई एफडीआई के सक्रियकरण के लिए बटन से सूचकांक उंगली उठाने की आवश्यकता है । इसलिए, ईएमजी रिकॉर्डिंग प्रमुख एफडीआई के अनुरेखण M1 उत्तेजित और जाओ और रोकने के परीक्षण के लिए क्रमशः रोक जांच करेंगे ।

3. आधारभूत पज डेटा अर्जन

  1. एमईपी रिकॉर्डिंग के लिए रिकॉर्डिंग मापदंडों सेट-कम और उच्च पास फिल्टर १०० और १००० हर्ट्ज, 2 kHz के नमूना दर.
  2. एक ९० mm परिपत्र tangentially का उपयोग आधारभूत पज माप प्राप्त करने के लिए मानक निंनलिखित द्वारा सही एफडीआई में एक एमईपी उत्पादन के लिए इष्टतम स्थिति और अभिविंयास पर occiput की ओर इशारा करते हुए संभाल के साथ शीर्ष पर खोपड़ी को तैनात किया गया प्रोटोकॉल. 26 यह कुंडल स्थिति और अभिविंयास एक प्रेरित पीछे का उत्पादन करना चाहिए-के लिए-एम 1 पर पूर्वकाल वर्तमान ।
    1. एक मोम पेंसिल का प्रयोग करें खोपड़ी स्थान चिह्नित करने के लिए एक बार hotspot स्थित था कि यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक ही cortical क्षेत्र में है ।
  3. प्रदर्शन बीस आधारभूत एकल पल्स (सपा) के27 परीक्षण आराम में दोनों हाथों के साथ एफडीआई MEPs प्रेरित RMT के १२०% की तीव्रता का उपयोग कर ।
  4. प्रदर्शन के बीस परीक्षण आधारभूत युग्मित-पल्स पज के उपाय m1 लघु अंतराल intracortical निषेध (एसआईसीआई) आराम में अंतर की उत्तेजना अंतराल 3 ms, 60% के रूप में rmt कंडीशनिंग नाड़ी तीव्रता और १२०% rmt के रूप में परीक्षण पल्स तीव्रता के रूप में प्रयोग करना एम 1 निरोधात्मक गाबा ए-ergic में न्यूरॉन की गतिविधिहोतीहै । 28 , 29 , 30 आधारिक माप के लिए 6 ± ०.३ सेकंड में अंतर-परीक्षण अंतराल सेट करें ।

4. एस एच व्यवहार कार्य

  1. इस विषय के सामने सीधे एक मॉनिटर पर Racecar एस एच प्रतिक्रिया अवरोध कार्य प्रदर्शित करें । व्यवहार कार्य पर प्रथम प्रशिक्षण विषयों द्वारा प्रयोग प्रारंभ करें. विषय बताओ कि मॉनिटर के बाईं ओर कार प्रमुख सूचकांक उंगली (चित्रा 2a) के adduction द्वारा दबाया जाता है बटन के बाद स्थानांतरित करने के लिए शुरू हो जाएगा ।
  2. प्रतिभागियों को बताएं कि जाओ परीक्षणों के लिए लक्ष्य के लिए करीब के रूप में उंगली उठा है, लेकिन पहले ८०० एमएस लक्ष्य के रूप में स्क्रीन पर एक ऊर्ध्वाधर रेखा से दर्शाया गया है । स्क्रीन "अच्छा काम" अगर फिंगर लिफ्टों ७०० और ८०० ms के बीच होता है प्रदर्शित करेगा, अंयथा यह या तो "बहुत जल्दी" या "बहुत देर से" प्रदर्शित करेगा । भागीदार अभ्यास 10 जाओ परीक्षण किया है ।
  3. प्रतिभागियों कि परीक्षणों का दूसरा सेट कार बेतरतीब ढंग से ८०० एमएस लक्ष्य से पहले रोक शामिल कह रही द्वारा बंद कार्य के लिए प्रशिक्षण प्रदान करते हैं ।
    1. बता दें कि बच्चे जब भी कार बेतरतीब ढंग से रुक जाते हैं उंगली उठाने के बिना बटन पर अपनी तर्जनी उंगली रखने के लिए । इन रोक परीक्षणों में सफल होने के लिए, उंगली बटन पर रहना चाहिए जब तक एक परीक्षक झंडा देखा है जो १००० ms प्रत्येक परीक्षण के शुरू होने के बाद प्रदर्शित करने के लिए क्रमादेशित है । सूचित भागीदार है कि अगर रोक संकेत प्रस्तुत किया है और उंगली चेकर झंडा से पहले उठा लिया है, एक "बहुत जल्दी" संदेश दिखाई देगा । बच्चे को बताओ कि एक "महान" संदेश सफल रोकने के परीक्षणों के बाद प्रदर्शित किया जाएगा ।
    2. बच्चे अभ्यास 10 रोक परीक्षण किया है ।
      नोट: कार्यक्रम एक गतिशील ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म है । प्रशिक्षण के बाद वास्तविक प्रयोग में, पहली रोक संकेत ५०० पर होता है ms. यदि भागीदार एक बंद करो परीक्षण विफल रहता है, तो अगले बंद करो परीक्षण आसान हो जाएगा (यानी स्टॉप सिग्नल ५० ms ८०० एमएस लक्ष्य से दूर शिफ्ट होगा) । हालांकि, अगर स्टॉप ट्रायल सफल रहा, तो अगला स्टॉप ट्रायल अधिक कठिन होगा (यानी स्टॉप सिग्नल लक्ष्य की ओर ५० ms शिफ्ट होगा) । इस गतिशील ट्रैकिंग प्रक्रिया सुनिश्चित करता है कि पूरे प्रयोग के अंत तक, रोक परीक्षणों के लगभग ५०% सफल हो जाएगा, जबकि दूसरे आधे परीक्षणों में विफल होगा । स्टॉप सिग्नल परीक्षण के शुरू होने के बाद ३०० और ७०० ms के बीच समायोजित करने के लिए क्रमादेशित है ।
  4. के बाद प्रतिभागियों अभ्यास केवल जाओ और केवल रोकने के परीक्षण, उंहें बताओ कि अगले अभ्यास ब्लॉक जाओ और बंद करो परीक्षणों का एक मिश्रण होता है । बच्चे मिश्रित जाने के 20 परीक्षणों प्रदर्शन और एक अंतिम अभ्यास के रूप में बंद करो ।

5. ऑनलाइन एस-एच/

  1. ऑनलाइन एस शुरू करने से पहले एच/, adduct करने के लिए भागीदार को याद दिलाना (नीचे धक्का) प्रमुख सूचकांक उंगली परीक्षण शुरू करने के लिए, अपहरण करने के लिए (बंद लिफ्ट) उंगली जाओ परीक्षणों के लिए और बंद परीक्षणों के लिए बटन पर उंगली रखो । इंडेक्स फिंगर adduction को प्रत्येक परीक्षण के दौरान कार मूवमेंट शुरू करने और बनाए रखने के लिए चुना गया था क्योंकि इस समय (चित्र 2a और बी), विरोधी पहले पृष्ठीय interosseous (एफडीआई) मांसपेशी, जहां ईएमजी नेतृत्व रखा गया है आराम, इस प्रकार एफडीआई अनुरेखण में गति विरूपण साक्ष्य की संभावना को कम करने ।
  2. प्रतिभागी को बता दें कि एस एच टास्क के दौरान ही पास होने वाले पज दालें डिलीवर हो जाएंगी । इस विषय है कि वहां ऑनलाइन एस के 3 ब्लॉक-H-एच के परीक्षण (3 जाओ: 1 बंद परीक्षण अनुपात) होगा निर्देश ।
    नोट: जाओ परीक्षणों के दौरान, एक परीक्षण के शुरू होने के बाद के लिए ६५० ms में दिया जा करने के लिए टीएम पल्स क्रमादेशित है. इस समय शुरू में पहले के आधार पर चुना है कि इस आंदोलन की तैयारी के साथ जुड़े एम1 उत्तेजितता में वृद्धि दिखा अध्ययन इस श्रेणी में कब्जा किया जा सकता है । स्टॉप ट्रायल्स के लिए 10 , पज पल्स १५० एमएस रोक संकेत के बाद दिया है । सफल रोकने के परीक्षणों में, सूचकांक उंगली बटन से नहीं उठा इसलिए कब्जा कर लिया M1 उत्तेजित करने के बजाय मोटर तैयारी या निष्पादन की प्रतिक्रिया अवरोध से संबंधित cortical गतिविधि को दर्शाता है ।
  3. शिखर पर ९० mm परिपत्र कुंडल प्लेस पिछले मोम पेंसिल निशान का प्रयोग तरजीही प्रमुख एम 1 को उत्तेजित और 60% * rmt और परीक्षण पल्स 120% * rmt को कंडीशनिंग पल्स तीव्रता सेट । शुरू ऑनलाइन एस-एच/ समय आवश्यक बच्चों १२० परीक्षण समाप्त करने के लिए आम तौर पर 30-40 मिनट है ।

6. Racecar Slater-Hammel व्यवहारिक आंकडे

  1. जाओ परीक्षणों के लिए, प्रत्येक परीक्षण की शुरुआत के सापेक्ष उंगली लिफ्ट समय के रूप में प्रतिक्रिया समय निर्धारित करें । प्रत्येक ब्लॉक औसत । रोक परीक्षणों के लिए, उंगली लिफ्ट समय सफलता निर्धारित करता है, जबकि कार रोक संकेत समय (यानी रोक संकेत देरी; SSD) परीक्षण के शुरू से इस मुद्दे पर समय अंतराल है जहां कार बेतरतीब ढंग से बंद हो जाता है । कारण गतिशील ट्रैकिंग प्रक्रिया के लिए, stop सिग्नल समय एक ~ ५०% सफलता की ओर एकाग्र/
  2. जाओ परीक्षणों पर औसत उंगली लिफ्ट समय (SSRT = औसत जाओ प्रतिक्रिया समय-औसत रोक संकेत समय [यानी SSD]) से औसत कार-स्टॉप समय घटाकर द्वारा स्टॉप सिग्नल प्रतिक्रिया समय (SSRT) की गणना. ब्लॉक द्वारा सभी SSD औसत और प्रत्येक ब्लॉक के लिए एक SSRT की गणना ।

7. पज डाटा प्रोसेसिंग

  1. प्रत्येक परीक्षण के दौरान पज यों तो एक एमईपी पीक पीक आयाम का उपयोग कर millivolts में मापा का उत्पादन किया । आंदोलन कलाकृतियों के लिए परीक्षणों से बाहर (वक्र के तहत ईएमजी क्षेत्रों से अधिक ७० microvolts से अधिक १०० ms) से पहले के लिए पज पल्स ।

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Representative Results

प्रतिगमन विश्लेषण व्यवहार और neurophysiologic डेटा अलग से विश्लेषण करने के लिए एक वाणिज्यिक सांख्यिकीय सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग किया जाता है । प्रतिनिधि डेटा 23 से आम तौर पर सिनसिनाटी और 15 बाल्टीमोर (25 पुरुष, 13 महिला) से विकासशील बच्चों से है । आयु साइट के बीच अलग नहीं किया (१०.३ ± सिनसिनाटी के लिए १.३ साल और बाल्टीमोर के लिए १०.४ ± १.२ साल; t test p = 0.74)

हम एक प्रतिगमन मॉडल का इस्तेमाल किया सेक्स के साथ एक covariate के रूप में उंर के साथ SSRT विश्लेषण, साइट (सिनसिनाटी बनाम बाल्टीमोर) और स्वतंत्र चर के रूप में परीक्षण ब्लॉक । इन चरों के बीच बातचीत का भी पता लगाया गया । इस विश्लेषण से पता चला कि उंर SSRT पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव के साथ ही चर रहा था (पी = 0.005) ।

प्रतीपगमन विश्लेषण के लिए निर्भर चर के रूप में पीक-से-चोटी एमईपी आयाम का उपयोग करते हुए इस पज neurophysiologic डेटा विशेषता थी । आंदोलन की तैयारी के दौरान, M1 उत्तेजना बढ़ जाती है इससे पहले कि वास्तविक आंदोलन होता है । ए. ए. अध्ययन से पता चला है कि इस उत्तेजक वृद्धि १००-१४० मांसपेशी संकुचन से पहले एमएस होता है । 10 , 11 , 31 , इस एस-एच टास्क में ३२ , पज पल्स और उंगली लिफ्ट के बीच का समय सफल रोकने के परीक्षणों के लिए हमेशा से अधिक है १५० एमएस (यानी नवीनतम संभव है, और अधिक से अधिक है, तो ८५० ms और फिंगर लिफ्ट होती है > १००० एमएस परीक्षण की दीक्षा के बाद) । हमारे विश्लेषण में, हम cortical उत्तेजित और मोटर प्रतिक्रिया अवरोध से संबंधित संकोच की तुलना में रुचि रखते हैं । जब से हम सभी तीन अलग कार्य स्थितियों की तुलना में रुचि रखते है (जाओ, सफल बंद करो, बंद करो), हम परीक्षणों से डेटा का विश्लेषण किया जब के बीच समय के परीक्षण से कम से १५० ms है क्योंकि इस समय सीमा से परे एमईपी आयाम से प्रभावित नहीं है आंदोलन की तैयारी । 10 , 11 , 31 , ३२ इसलिए इस समय लेटेंसी प्रतीपगमन मॉडल में एक covariate के रूप में शामिल नहीं किया गया था । हमारे प्रतिगमन मॉडल के लिए, हम एक covariate के रूप में उंर शामिल है क्योंकि यह बचपन में एमईपी आयाम को प्रभावित करता है । मॉडल के लिए ३३ स्वतंत्र वर्ग चर शामिल सेक्स, साइट, परीक्षण ब्लॉक,, (एकल बनाम) के रूप में युग्मित नाड़ी शर्त (सिंगल-vs. मीन्स-पल्स) और परीक्षण स्थिति (जाओ, सफल बंद करो, बंद करो) । ब्याज की प्राथमिक बातचीत के बीच है, क्योंकि हम कैसे M1 उत्तेजना (एकल पल्स) और संकोच (युग्मित-पल्स) अलग कार्य की स्थिति के बीच मतभेद में रुचि रखते हैं ।

एमईपी आयाम के लिए, स्वतंत्र चर सेक्स, साइट और परीक्षण ब्लॉक प्रतिगमन मॉडल में महत्वपूर्ण नहीं थे । आयु में प्रतीपगमन मॉडल (p = 0.28) covariate के रूप में महत्वपूर्ण नहीं था । पज पल्स कंडीशन (p < 0.0001) और परीक्षण शर्त (p = 0.009) के साथ इसकी सहभागिता महत्वपूर्ण थी । आरेख 3 विभिंन परीक्षण शर्तों में प्रतिनिधि neurophysiologic डेटा दिखाता है जिसका उपयोग ंयूनतम वर्गों माध्य अनुमान मानक त्रुटियों का प्रतिनिधित्व करने वाली त्रुटि पट्टियों वाले प्रतीपगमन मॉडल से परिकलित होता है । सभी जोड़ी-वार तीन कार्य स्थितियों के बीच एकल-पल्स एमईपी आयाम की तुलना तुच्छ (गलत खोज दर [एफडीआर] समायोजित p > 0.05) थे । हालांकि, निरोधात्मक युग्मित-पल्स MEPs के लिए, बनाम जाने के बीच मतभेद असफल रोक (एफडीआर समायोजित पी = 0.009) और सफल बनाम असफल रोक (एफडीआर समायोजित पी = 0.03) महत्वपूर्ण थे । जाओ और सफल रोकने के परीक्षणों के बीच युग्मित पल्स एमईपी आयाम की तुलना महत्वपूर्ण नहीं था (एफडीआर समायोजित पी = 0.56).

Figure 1
चित्रा 1: racecar एस-एच टास्क के दौरान हाथ और उंगली की स्थिति । दोनों हाथ तकिए पर आराम कर रहे हैं । प्रमुख सूचकांक उंगली विस्तारित और एक खेल नियंत्रक बटन पर टिकी हुई है । प्रमुख सूचकांक उंगली के Adduction बटन को प्रभावित करता है और प्रत्येक परीक्षण सक्रिय करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: परीक्षण योजनाबद्ध ।
(क) परीक्षण योजनाबद्ध जाओ । एक बटन पर प्रमुख सूचकांक फिंगर adduction कार स्क्रीन भर में स्थानांतरित करने के लिए सक्रिय करता है । प्रतिभागियों को ७००-८०० ms के बीच उंगली उठा परीक्षण के शुरू होने के बाद की उंमीद कर रहे है के लिए कार बंद करो, लेकिन ८०० एमएस लक्ष्य से पहले । टीएम पल्स ६५० एमएस पर परीक्षण शुरू होने के बाद दिया जाता है ।
(ख) जाओ परीक्षणों के बीच Interspersed परीक्षण रोक रहे है जिसके दौरान प्रतिभागियों को रोक संकेत के जवाब में उंगली लिफ्ट को रोकने के निर्देश दिए गए थे (यानी कार अचानक ८०० एमएस मार्क से पहले कुछ बिंदु पर बंद हो जाता है) । स्टॉप सिग्नल के बाद १५० एमएस को दे दिया गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. racecar S-H कार्य के दौरान एमईपी आयाम । एमईपी आयाम (millivolts में) एम 1 के लिए एकल और युग्मित-पल्स के लिए इस ऑनलाइन S-H/(जाओ, सफल बंद करो, असफल बंद) के विभिंन स्थितियों के लिए साजिश रची है । प्रतीपगमन विश्लेषण से परिकलित ंयूनतम वर्गों माध्य अनुमान इस आकृति के लिए उपयोग किए गए थे । त्रुटि पट्टियां प्रतीपगमन मॉडल से परिकलित मानक त्रुटियों का प्रतिनिधित्व करती हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल एक उपंयास बच्चे को रोकने के एक संकेत कार्य और के संयोजन के अनुकूल विधि है घटना से संबंधित cortical अवरोध की जांच करें । मोटर निरोधात्मक घाटे और स्टॉप सिग्नल कार्यों में खराब प्रदर्शन के नैदानिक अवलोकन कई neuropsychiatric स्थितियों में प्रदर्शन किया गया है । 3 अपेक्षाकृत कुछ जांचकर्ताओं ऑनलाइन fTMS का इस्तेमाल किया है cortical उत्तेजित और प्रतिक्रिया अवरोध कार्यों के दौरान बाधा की जांच । कुछ समूहों को सफलतापूर्वक GNG कार्य के दौरान cortical बच्चों और वयस्कों में फिजियोलॉजी में अंतर दिखाने के लिए इस्तेमाल किया है । 14 , 23 , ३४ हालांकि, GNG कार्य आदर्श एक अपेक्षाकृत तेज गति से आयोजित किया जाना चाहिए ताकि निरोधात्मक नियंत्रण पर्याप्त रूप से Nogo परीक्षणों में जांच की जा सकती है कि कार्य भर में प्रबल मोटर प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए । ३५ , methodological दृष्टिकोण से ३६ , एक तेजी से पुस्तक GNG कार्य ऑनलाइन fTMS प्रयोगों के लिए कठिनाइयों लगाता है के रूप में डिवाइस कैपेसिटर समय की आवश्यकता के लिए अगले उत्तेजना नाड़ी के लिए पुनर्भरण. उदाहरण के लिए, हमारे monophasic पल्स पैदा करने वाले पज डिवाइस की जरूरत है, जो इस प्रकार तेजी से सीमित ऑनलाइन GNG/ इसके अलावा, अंतर्निहित neuropsychiatric या विकास संबंधी विकार बच्चों की तेज गति वाले GNG कार्य को पूरा करने की क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं । Slater-Hammel कार्य की एक विशेषता यह है कि यह स्वयं पुस्तक है और इस तरह के लिए के एकीकरण के लिए अनुमति देता है के लिए ऑनलाइन शारीरिक माप आचरण । 16 Coxon एट अल. स्वस्थ वयस्कों में एक ऑनलाइन fTMS/clockhand एस-एच कार्य किया है कि cortical अवरोध दिखाने के लिए, के रूप में एसआईसीआई द्वारा मापा जाता है, जाओ परीक्षणों से रोकने के दौरान और अधिक मजबूत है । एक अलग ऑनलाइन fTMS/एसएसटी अध्ययन में इसी तरह के परिणाम से पता चला कि एम1 उत्तेजितता काफी कम हो जाती है के बाद रोकने के सफल परीक्षणों में बंद क्यू । 15 Coxon fTMS/एस-एच प्रोटोकॉल16की तुलना में, हमने दो महत्वपूर्ण संशोधनों को बनाया है । सबसे पहले, हम एस के "racecar" संस्करण-एच रोक संकेत कार्य है जो बाल चिकित्सा प्रतिभागियों के लिए और अधिक आकर्षक है बनाया । इस डिजाइन का उपयोग करना, आमतौर पर बच्चों के विकास (चित्रा 3) और एडीएचडी (अप्रकाशित डेटा) के साथ उन कम से १२० परीक्षणों को पूरा करने में सक्षम थे । अंय सुविधा हम ऑनलाइन fTMS में बनाया/एस-एच कार्य गतिशील ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म है कि इस तरह रोक परीक्षण सफलता दर है ~ ५०% पूरे प्रयोग के अंत में सिग्नल रोकने के समय को समायोजित करने के लिए । यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सफल बनाम असफल रोक परीक्षणों के दौरान cortical अवरोध की तुलना की अनुमति देता है और यह भी एक संस्थापित चर के रूप में कार्य प्रदर्शन समाप्त ।

इस प्रोटोकॉल में एकल पल्स परीक्षण आंदोलन की तैयारी के दौरान cortical उत्तेजित के अध्ययन की अनुमति देते हैं । हालांकि, stop संकेत प्रतिक्रिया अवरोध कार्य के संदर्भ में, हम भी रोक परीक्षणों के दौरान M1 एसआईसीआई को बढ़ाता में रुचि रखते हैं । एसआईसीआई ठहराव के लिए, उपसीमा कंडीशनिंग नाड़ी उत्तेजना तीव्रता एक महत्वपूर्ण प्रायोगिक पैरामीटर है । पहले अध्ययन एसआईसीआई पर कंडीशनिंग पल्स तीव्रता की खुराक प्रभाव प्रलेखित किया है. ३७ , ३८ इन अध्ययनों से पता चलता है कि एक मजबूत कंडीशनिंग पल्स अधिक गहरा एसआईसीआई । हालांकि, हमारी प्रयोगशाला ऐतिहासिक 60% * कंडीशनिंग पल्स तीव्रता के रूप में RMT का इस्तेमाल बाल चिकित्सा मामले में एसआईसीआई मतभेदों का पता लगाने के नियंत्रण है । 19 , 20 के बाद से इस कंडीशनिंग पल्स तीव्रता भी महत्वपूर्ण M1 एसआईसीआई29, हम इस्तेमाल 60% * इस fTMS/एस एच टास्क में कंडीशनिंग पल्स के लिए RMT ।

एसआईसीआई ठहराव में विचार करने के लिए एक अन्य कारक एकल पल्स प्रेरित एमईपी आयाम है. औसत एकल पल्स प्रेरित एमईपी आयाम एसआईसीआई अनुपात की गणना के लिए भाजक के रूप में प्रयोग किया जाता है. इस आधारभूत आयाम आराम, मोटर अवलोकन/कल्पना, मोटर तैयार करने के साथ ही परीक्षण पल्स उत्तेजना तीव्रता के रूप में विभिंन राज्यों पर निर्भर है । 10 , ३९ , ४० इस ऑनलाइन fTMS/S-H कार्य में, एमईपी आयाम आमतौर पर 3 से 4 बार कार्य के दौरान अधिक से अधिक आधारभूत शेष स्थिति (डेटा नहीं दिखाया गया है) की तुलना में हैं । मूल एसआईसीआई अध्ययन में28, लेखकों ने कहा कि एसआईसीआई एक मजबूत परीक्षण उत्तेजना के साथ कम है । हालांकि, रॉ इस निष्कर्ष का समर्थन डेटा पांडुलिपि में नहीं दिखाया गया था । बाद के अध्ययनों ने आधारभूत आराम एमईपी आयाम (०.२, 1 और 4 एमवी) की एक श्रृंखला की जांच की है और पता चला है कि आधारभूत एमईपी आयाम एसआईसीआई को प्रभावित नहीं किया । ४१ , ४२ एक अंय अध्ययन मोटर हालत (आराम, ipsilateral/contralateral isometric संकुचन) और परीक्षण पल्स उत्तेजना तीव्रता के प्रभाव (९०-एसआईसीआई पर 150% * RMT) की जांच की । ३७ एसआईसीआई isometric फिंगर संकुचन के दौरान कम है और विविध परीक्षण पल्स उत्तेजना तीव्रता के आधार पर । हालांकि, दोहराया उपाय ANOVA हालत और परीक्षण नाड़ी उत्तेजना तीव्रता के बीच एक सांख्यिकीय महत्वपूर्ण बातचीत की पहचान नहीं था । बाद हॉक विश्लेषण से पता चला कि contralateral isometric संकुचन के दौरान एसआईसीआई परीक्षण पल्स उत्तेजना तीव्रता की एक सीमा के लिए महत्वपूर्ण था (११०, १२०, १३० और RMT के १४०%) । ३३बच्चों में स्वाभाविक रूप से उच्च मोटर थ्रेसहोल्ड के कारण, यह संभावित पज हार्डवेयर सीमाओं और प्रतिभागियों के आराम के कारण के रूप में कम संभव के रूप में परीक्षण पल्स तीव्रता रखने के लिए आदर्श है । इन कारणों के लिए, हम परीक्षण पल्स तीव्रता के रूप में 120% * RMT चुना । हालांकि, इस ऑनलाइन S-H/काम भी छोटे बच्चों के लिए लागू हो सकता है हम 105 के लिए परीक्षण पल्स तीव्रता कम करने के लिए थे-110% * RMT भविष्य के प्रयोगों के लिए ।

इस प्रोटोकॉल की एक संभावित सीमा है कि मजबूत, जोर से बच्चों के लिए आवश्यक है, अपने एस एच कार्य प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते है । यह भी संभव है कि इस तरह की औसत वृद्धि की तीव्रता cortical सर्किट को बाधित कर सकता है कि प्रतिक्रिया अवरोधक प्रभावित है । एक और संभावना है कि मजबूत नाड़ी जोर से है और कार्य के दौरान बच्चों को विचलित कर सकता है । भविष्य के प्रयोगों के लिए, इस मोटर प्रतिक्रिया संकोच में शामिल नहीं एक क्षेत्र पर समान तीव्रता पर दिया Slater-Hammel कार्य कर रहे हैं, या एक अन्तर्वासना के लिए एक शम पज कुंडल का उपयोग कर फिर से परीक्षण किया जा सकता है । एक और सीमा रोक परीक्षणों की कम संख्या है । इस fTMS कार्य प्रतिभागियों १२० परीक्षणों को पूरा करने के लिए की आवश्यकता है, इनमें से केवल 30 रोक परीक्षण कर रहे हैं । हमारे गतिशील ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म एक ~ ५०% सफलता दर में परिणाम चाहिए; इसलिए, विश्लेषण के लिए केवल 15 सफल और 15 असफल परीक्षण कर रहे हैं । यदि महत्वपूर्ण प्रस्ताव विरूपण साक्ष्य इन परीक्षणों में से कुछ में पता चला है, तो पता लगाने के विश्लेषण के लिए शामिल नहीं है और सांख्यिकीय शक्ति कम है । यह संभव है यदि डेटा प्रत्येक परीक्षण प्रकार (आराम, जाओ, बंद) के लिए प्रत्येक व्यक्ति का मतलब एमईपी आयाम के रूप में प्रतिनिधित्व कर रहे है सही है । एक दोहराया उपाय सांख्यिकीय मॉडल है कि परीक्षण का अनुमान प्रकार MEPs सभी परीक्षणों के आधार पर, जैसा कि हम किया है का उपयोग करना, और अधिक सार्थक परिणाम के लिए अनुमति दे सकता है ।

अंत में, हम प्रतिक्रिया अवरोध कार्य के दौरान मतभेदों का पता लगाने के लिए cortical अवरोध को बढ़ाता है के लिए एक इनवेसिव, अच्छी तरह से सहन और इंटरैक्टिव विधि विकसित की है । इससे बच्चों में cortical हिचक का अध्ययन करने के लिए neuropsychiatric शर्तों को आगे लागू किया जा सकता है । इस fTMS प्रोटोकॉल पर विस्तार के कई तरीके हैं । हाल के अध्ययनों का इस्तेमाल किया है दो कुंडल युग्मित-पल्स के रूप में व्यवहार कार्य के दौरान cortical कनेक्टिविटी अध्ययन करने के लिए । ४३ , ४४ neuronavigation का उपयोग करना, इस दृष्टिकोण बाल चिकित्सा जनसंख्या के लिए बढ़ाया जा सकता है प्रतिक्रिया अवरोध पर अग्रिम नोड्स के प्रभाव की जांच । दोहराव (rTMS) एक दूसरे के लिए है कि मोटर प्रतिक्रियाओं के निषेध के लिए महत्वपूर्ण है क्षेत्रों को मिलाना विकल्प प्रदान करता है । ४३ , ४५ , ४६ इसके अलावा, एक और संभावित भविष्य आवेदन एक साथ ईईजी के साथ इस प्रोटोकॉल संयोजन है के लिए एक साथ, गैर-M1 क्षेत्रों में cortical संभावितों-उदाहरण के लिए४७ मोटर प्रतिक्रिया के साथ जुड़े cortical फिजियोलॉजी विशेषताएं निषेध.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह अध्ययन राष्ट्रीय मानसिक स्वास्थ्य संस्थान (R01MH095014) द्वारा वित्त पोषित किया गया.

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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