Kortikal Fizyoloji yanıt inhibisyonu ile ilgili ölçmek için online Transkraniyal manyetik stimülasyon Protokolü

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

Biz bir Stop sinyal görev boyunca Transkraniyal manyetik stimülasyon kullanılarak uyarılabilirlik ve birincil motor korteks inhibisyonu bir motor yanıt inhibisyon görev sırasında ölçmek için deneysel bir işlem açıklanmaktadır.

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

Biz online Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) karakterizasyonu birincil motor korteks (M1) uyarılabilirlik ve inhibisyon için uygun bir tekrarlanabilir, çocuklara motor yanıt inhibisyon görev gelişimini açıklar. Motor yanıt inhibisyonu istenmeyen eylemler engeller ve birkaç nöropsikiyatrik koşullarda anormal bir şey. TMS M1 uyarılabilirlik ve inhibisyon tek ve eşleştirilmiş-Pulse'tan protokolleri kullanarak ölçmek ve tam olarak kortikal Fizyoloji yüksek zamansal çözünürlük ile çalışmaya zamanlı non-invaziv bir teknolojidir. Biz bir "yarış arabası" sürüm TMS darbeleri ile zaman kilitli intra deneme için olayları oluşturmak için özgün Slater-Hammel (S-H) stop sinyal görevi değiştiren. Bu görev, her deneme sonra yarış arabası 800 ms hedefine doğru taşımak için bir düğmeye itme başlatmak ile kendi kendine öğreten. Denemeler gerektirir yarış arabası bu hedef hemen önce durdurmak için bir parmak Asansör gidin. Rastgele serpiştirilmiş sırasında dinamik olarak ayarlanan stop sinyali konular parmak kaldırma önlemek için ister STOP denemeler (% 25) vardır. GO turnuvası için TMS bakliyat 650 ms sonra deneme başlangıçlı teslim edildi; Oysa için STOP denemeler, TMS bakliyat 150 ms sonra stop sinyali oluştu. TMS bakliyat zamanlamaları tabanlı olay ile ilgili değişiklikler bu zaman aralıklara stop sinyal görevleri sırasında gösterilen elektroansefalografi (EEG) çalışmalar karar. Bu görevi iki çalışma sitelerde 3 bloklar halinde incelenmiştir (n = 38) ve biz davranış performans ve olay motor uyarılmış potansiyeller (MEP) kaydedildi. Regresyon modelleme MEP genlikleri yaş bir covariate ile birden fazla bağımsız değişken olarak kullanarak çözümlemek için kullanılan (sex, eğitim sitesi, blok, TMS darbe durumu [git, başarılı STOP, STOP başarısız] [tek-çifte darbe vs], deneme durum). TMS koşulu darbe analizi gösterdi (p < 0,0001) ve deneme koşulu ile etkileşimi (p = 0,009) anlamlıdır. Bu online S-H/TMS paradigma için gelecekteki başvurular EEG TMS uyarılmış potansiyeller ölçmek için eşzamanlı EEG edinme ilavesi dahil. Çocuklarda, TMS darbe ses davranış görev performansı etkileyebilecek bir potansiyel kısıtlamadır.

Introduction

Yanıt inhibisyon seçmeli olarak amaçlanan fonksiyonel hedefleri ile etkileyebilir bu istenmeyen eylemler önlemek için yeteneğidir. 1 kortiko-striatal ağ eleştirel kademeli çocuk olgun daha verimli hale gelir ama dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu () gibi çok sayıda nöropsikiyatrik koşullarda engelliler yanıt inhibisyon içinde ilgilenmektedir DEHB), öğrenme bozukluğu, obsesif kompulsif bozukluk ve şizofreni. 2 , 3 motor yanıt inhibisyon Go/NoGo (GNG) ve Stop sinyal görevler (SST) gibi farklı davranış paradigmaları ile incelenebilir. 1 , 4 davranış veri tek başına potansiyel olarak değiştirilebilir, ölçülebilir biyolojik mekanizmaları hakkında bilgi sağlar. Bu görevin sinirsel substrat, beyin tabanlı nicel biyomarker geliştirmek için yanıt inhibisyon, yürütme sırasında motor korteks fizyolojisi değerlendirmek için bir çocuk dostu yöntem geliştirmek için mevcut çalışmada kapsamlı hedefi oldu. Bu tür biyolojik prognoz tahmini çalışmaları veya neurobehavioral bozuklukları tedavisinde geniş uygulama olabilir.

Bu amaçla, müfettişlerin seçili ve Slater-Hammel (S-H) görev5değiştirilebilir. Katılımcılar bir dahili olarak oluşturulan önceden programlanmış eylem inhibe gerektiren bir stop sinyal görevi bu. Kendi kendine öğreten bu görevi git ve dur denemelerin oluşur. Git denemeler tuşuna basarak ve bir düğme ile kapama düğmesi (yani git eylem) olarak kapatmak için parmağını öğretim ama 800 ms hedef önce baskıyı korumak konuya göre başlatılır. Özgün paradigmada, zaman hızla dönen bir el ile bir saat belirtilir. STOP denemeler rastgele sırasında kişi önceden planlanmış git eylem inhibe gerekir gitmek denemeler arasında serpiştirilmiş bulunmaktadır (yani parmak kaldırma önlemek). Stop sinyal görev daha zor çünkü GNG görev, başlatmak veya önceden hiçbir komutları ile bir eylem başlatmak değil karar ise bir yanıt önceden programlanmış bir GO sinyal bağlamında etkisizleştirmek konulara sahip. 6 Ayrıca, GNG görevde, sinyal ve yanıt arasında tutarlı korelasyon otomatik inhibisyon neden olabilir çünkü stop sinyal görevleri'ni kullanarak yanıt inhibisyon araştırmak için daha doğru olabilir. 7 otomatik inhibisyon sinyal ve yanıt arasında eşleme bu tutarlı teori (yani GO sinyal her zaman git yanıt ve tersi olur) durağı denemeler vardır öyle ki otomatik deneme ders boyunca ciddi bir işlem ek için yol açar kısmen hafızanın geri getirilmesi işlenen ve belirli yönetim denetimleri atlar. 8 , 9

Transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kortikal Fizyoloji ölçmek için kullanılan non-invaziv bir teknolojidir. Tek ve çift-Pulse'tan stimülasyon paradigmalar kullanılarak, bir kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon ölçmek. Her ne kadar rahat kortikal fizyolojisi en yayımlanmış TMS çalışmalar araştırmak, bazı gruplar kortikal uyarılabilirlik/inhibisyon eylem10 zihinsel hazırlığı ve motor yansıyan farklı bilişsel Birleşik sırasında inceledik korteks fizyolojisi. 11 , 12 , 13 , 14 katılımcı davranış görevleri gerçekleştirirken bu fonksiyonel TMS (mutlu) yaklaşım online TMS ölçümleri gerektirir, böylece bir sonda kortikal izin değişiklikleri olan devlet yüksek zamansal çözünürlük ile bağlı. Böyle bir şekilde neurophysiologic değişiklikler üzerinde gerçek zamanlı bilgi veren motor kontrol15,16 ve nöropsikiyatrik koşulları17,18fizyolojik incelenmesi genişletiyor, 19,20.

Önceki mutlu çalışmalar yanıt inhibisyon GNG14 ve SST görevleri15,16,21kullanarak sağlıklı erişkinlerde kortikal mekanizmaları incelemiş bulunuyoruz. Ayrıca, bir çalışma Metifenol tek bir doz mutlu/GNG deney sırasında sağlıklı yetişkinlerin motor kortikal fizyolojisi değişen gösterdi. 22 bugüne kadar Pediatrik mutlu çalışmalar DEHB23 ve Tourette sendromu17kortikal fizyolojisi karakterize etmek için GNG görev kullanarak yayımlanan iki grubu vardır. SST Pediatrik popülasyonda kullanan hiçbir yayımlanmış mutlu çalışma şu anda.

Geri kalan yalnız TMS çalışmalar, daha çok daha büyük bir ölçüde mutlu çalışmalarda kritik bir sorunu kas eserdir. Genlik ve gecikme motor uyarılmış potansiyeller (MEP) üzerinden standart yüzey Elektromiyografi (EMG) önlemler kas yapı tarafından kontamine değil. Yani, örneğin, bir reaksiyon süresi çalışma içinde bir hareket için hazırlık kortikal değişiklikleri çalışma, TMS bakliyat tam bir GO sinyal sonra ancak bireyin reaksiyon süresi önce gerçekleşmesi için zaman aşımına uğradı gerekir. Böylece herhangi bir görev, TMS bakliyat vasıl a zaman ne zaman motor yanıt henüz başlamamış çikan ve katılımcı konforlu ve rahat ilgili kas korumak mümkün olduğunu emin olmak önemlidir. Bu kim doğal olarak yabancı hareketleri olabilir ve kim onların kol ve tepki süresi gerildi el oyun devam edebilir Hiperkinetik çocukların son derece sorunlu olabilir.

Bu da çalışmanın amacı çocuklara ve birincil motor korteks (M1) fizyolojisi eğitimi için uygundur Slater-Hammel SST sürümü geliştirmektir. Bu görev, çocuk 3) ile ve uyumlu online TMS 2) nispeten kolayca çocuklar için 1) kolayca anlaşılabilir olmalıdır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bu iletişim kuralı Cincinnati Çocuk Hastanesi Tıp Merkezi tarafından kabul edildi ve Johns Hopkins kurumsal inceleme kurulları en az bir risk olarak çocuk ve yetişkin çalışma. Tek ve çift-Pulse'tan TMS 2 yaşındaki çocuklarda güvenli ve uluslararası uzman fikir birliği başına büyük olarak kabul edilir. 24 üst/koruyucu ve katılımcı TMS potansiyel risklerin açıklayan sonra izin ve çalışma ile devam etmeyi onaylıyorsanız onayı formları imzaladı.

1. tarama ve giriş

  1. Ekran konular için standart bir soru formu kullanarak TMS contraindication(s). 25
  2. İşleç'ın ön kol üzerinde manyetik darbe sunarak TMS nasıl çalıştığını göstermek.
  3. TMS nabzı katılımcının önkol teslim o darbe hissediyorum.
  4. Kulak tıkacı katılımcının kulak işitme koruma için yerleştirin.

2. yüzey EMG Kur kurşun ve konumlandırma el

  1. Baskın parmağı birinci dorsal interosseöz kas (FDI) tanımlamak için kaçırmak konu var. Negatif elektrot FDI göbek yerleştirin, sonra 2nd ve 3rd (MCP) metakarpofalangeal eklem ve zemin elektrot arasında pozitif elektrot üzerinde 5 yerth MCP eklem.
  2. Katılımcının el hem silah ulnar yönleri ile ve tam bir yastık, hiçbir Anti-yerçekimi çaba gerekli ile (şekil 1) dinlenme ellerini yerleştirin.
  3. Üçüncü beşinci parmak fleksiyondayken baskın işaret parmağı genişletebilir katılımcı var. Yarış arabası S-H görev için kullanılan düğmesini işaret parmağı aittir böylece bir oyun kumandası yastık yastık üzerinde yer. Bu el pozisyonu için gerekçe git eylem işaret parmağı kapama düğmesi kaldırmaya FDI aktivasyonu gerektirmesidir. Bu nedenle, baskın FDI EMG izlemeyi kayıt araştırma M1 uyarılabilirlik ve inhibisyon gitmek için ve denemeler sırasıyla Durdur.

3. temel TMS veri toplama

  1. MEP kayıt için kayıt parametrelerini ayarla - filtreler 100 ile 1000 Hz, 2 kHz örnekleme oranı düşük ve yüksek geçiş.
  2. Yüzeysel kafatası üzerinde köşe occiput en uygun pozisyon ve yönlendirmesini doğru FDI bir MEP üretmek için doğru işaret saplı tarafından aşağıdaki standart konumlandırılmış 90 mm dairesel TMS bobin kullanarak temel TMS ölçümler elde iletişim kuralı. 26 bu bobin konumunu ve yönünü M1 üzerinde bir indüklenen posterior anterior akımı üretmek gerekir.
    1. Etkin noktayı TMS darbe teslim aynı kortikal bölgede gerçekleşmesini sağlamak için bulunduğu bir kez kafa derisi konumu işaretlemek için balmumu kalem kullanın.
  3. Yirmi gerçekleştirmek denemeler27 temel tek-darbe (sp) TMS iki elle bir yoğunluk RMT %120 kullanarak rahat FDI milletvekilleri indüklenen.
  4. Ölçü temel eşleştirilmiş-nabız TMS farklı M1 kısa-Aralık intracortical inhibisyon (SICI) 3 ms, % 60 arası uyarıcı aralığı kullanarak rahat yirmi denemeler gerçekleştirmek * RMT Klima olarak darbe yoğunluk ve %120 RMT M1 ölçmek için test darbe yoğunluk olarak inhibitör GABAA-ergic interneuronal etkinlik. 28 , 29 , 30 arası deneme aralığı için temel ölçü birimlerinin 6 ± 0,3 saniyeler ayarlayın.

4. S-H davranış görev

  1. Yarış arabası S-H yanıt inhibisyon görev konunun önünde doğrudan bir monitörde görüntülemek. İlk eğitim konuları tarafından deney davranış göreve başlayın. Konu araba ekranın sol tarafındaki baskın işaret parmağı (şekil 2A) dıştan tarafından geçtikten sonra hareket başlayacaktır bahset.
  2. Katılımcılar GO denemeler gole yakın olarak ancak ekranda dikey bir çizgi tarafından gösterildiği gibi 800 ms hedef önce parmağını bile olduğunu söyle. Parmak asansörleri oluşursa, 700 ve 800 ms arasında "İyi iş" ekran görüntüler, aksi halde "Erken" ya da "Çok geç" görüntülenir. Var katılımcı pratik 10 GO denemeler.
  3. Eğitim durağı görev için çalışmaların ikinci küme rasgele durdurma önce 800 ms hedefe araba içerir katılımcılar anlatarak sağlar.
    1. Çocuk onun parmağı araba rastgele durduğunda parmak kaldırmadan üstünde belgili tanımlık düğme tutmak için söyle. Bu Dur çalışmalarda başarılı olmak için parmak kadar bir denetleyicisi bayrak hangi 1000 ms her deneme başladıktan sonra görünür şekilde programlanmıştır görülür üstünde belgili tanımlık düğme kalmalıdır. Katılımcı stop sinyali sunulur ve parmak önce denetleyicisi bayrak kaldırdı, bir "Erken" ileti görüntülenir bilgilendirmek. Çocuk "Büyük" bir mesaj başarılı STOP denemeler sonra görüntülenir söyle.
    2. 10 dur denemeler pratik çocuk var.
      Not: Program bir dinamik izleme algoritması vardır. Eğitimden sonra gerçek deneyde, katılımcı bir STOP deneme başarısız olursa, o zaman sonraki durağı deneme (yani STOP sinyali 50 ms 800 ms hedeften uzaklaştığını kayacak) daha kolay olacak 500 Bayan ilk STOP sinyali oluşur. STOP deneme başarılı olursa, ancak, o zaman sonraki durağı deneme (yani STOP sinyali hedefine yönelik 50 ms kayacak) daha zor olacak. Bu dinamik izleme işlemi diğer yarısı başarısız denemeler olacağını da tüm deney sonunda STOP denemeler yaklaşık % 50'si başarılı olmasını sağlar. STOP sinyali 300 ila 700 ms sonra deneme başlangıcı arasında ayarlamak için programlanmıştır.
  4. Katılımcılar sadece git ve salt STOP denemeler uygulama sonra onlara sonraki uygulama bloğu git ve dur denemeler karışımı içerir. Karışık git ve dur son yöntemi olarak 20 denemelerin gerçekleştirmek çocuk var.

5. online S-H/TMS deney

  1. Online S-H/TMS deney başlamadan önce katılımcı adduct hatırlatmak (basın) baskın parmağı deneme başlatmak, (kapalı lift) kaçırmak için parmak için GO denemeler ve STOP denemeler için düğmesini parmak tutmak için. İşaret parmağı dıştan başlatmak ve TMS bakliyat (şekil 2A ve 2B) zamanda, EMG kurşun yerleştirildiği, uzlaşmaz ilk dorsal interosseöz (FDI) kas, çünkü araba hareket her duruşma sırasında korumak için seçildi dinlenme, böylece hareket artifakı içinde FDI izleme olasılığını azaltarak.
  2. Katılımcı TMS bakliyat S-H görev sırasında teslim olduğunu söyle. Online S-H TMS denemeler 3 blok olacak konu talimat (3 geçin: 1 STOP deneme oranı).
    Not: GO Turnuvası sırasında TMS darbe 650 ms her duruşma başladıktan sonra teslim edilmek üzere programlanmıştır. Bu zamanlama başlangıçta dayalı hareket hazırlık ile ilişkili M1 uyarılabilirlik artışı bu aralıkta yakalanabilir gösterilen önceden TMS çalışma olarak seçilir. 10 denemeler için DURDURMAK, sonra stop sinyali 150 ms TMS darbe teslim edilir. Başarılı STOP çalışmalarda işaret parmağı Dü ** me bu nedenle uyarılabilirlik yanıt motor yerine inhibisyon hazırlanması veya yürütme için ilgili kortikal faaliyet yansıtır yakalanan M1 Asansör değil.
  3. 90 mm dairesel bobin tercihen baskın M1 teşvik ve klima ayarlamak için önceki balmumu kalem işareti kullanarak tepe üzerinde yer nabız yoğunluğu % 60'a * RMT ve test nabız %120 * RMT. Online S-H/TMS deney başlamak. 120 denemeler bitirmek için gereken zamanı çocuklar genellikle 30-40 dakika.

6. yarış arabası Slater-Hammel davranış veri

  1. GO turnuvası için reaksiyon süresi her başında göre parmak kaldırma süresi olarak belirleyin. Ortalama her bir blok. Arabayı durdur, ancak sinyal zaman (yani Stop sinyal gecikmesi; dur denemeler için başarı, parmak kaldırma zamanı belirler SSD) zaman davanın başından beri nerede rasgele araba durur noktasına aralığıdır. Dinamik izleme süreci nedeniyle durma sinyal süresi ~ %50 başarılı/başarısız ortalama doğru yakınsar.
  2. Git deneme günü ortalama parmak kaldırma zaman ortalama araba-durdurma saati çıkararak Stop sinyal tepki süresi (SSRT) hesaplamak (SSRT = ortalama git reaksiyon süresi-ortalama stop sinyal süresi [yani SSD]). Tüm SSD blok ortalama ve bir SSRT her blok için hesaplayın.

7. TMS veri işleme

  1. TMS sırasında ölçmek deneme üretilen bir MEP millivolts içinde ölçülen en yüksek-en yüksek genlik kullanarak. TMS darbe önce hareket eserler (EMG alanlar üzerinde 100 ms 70 microvolts büyük eğri altındaki) için denemeler hariç.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Regresyon çözümlemesi davranış ve neurophysiologic verileri ayrı olarak çözümlemek için bir ticari istatistiksel yazılım paketi kullanılarak gerçekleştirilir. Tipik olarak çocuk için Cincinnati ve Baltimore'dan (25 erkek, 13 kadın) 15 gelişen 23 temsilcisi veri kısmında. Yaş sitesi arasında farklı değildir (10.3 ± Cincinnati için 1,3 yıl ve 10.4 ± 1.2 Baltimore yıldır; t Testi p = 0,74)

Biz bağımsız değişken yaş seks, site (Cincinnati vs Baltimore) ve deneme blok ile birlikte bir covariate olarak SSRT analiz için bir regresyon modeli kullanılır. Bu değişkenler arasındaki etkileşimler de araştırdı. Bu çözümleme yaş tek değişken ile SSRT üzerinde önemli bir etkisi olduğunu ortaya (p = 0,005).

TMS neurophysiologic veri tepe tepe MEP genlik bağımlı değişken için regresyon analizi ile karakterize edildi. Gerçek hareket oluşmadan önce hareket hazırlık sırasında M1 uyarılabilirlik artırır. TMS çalışmalar bu uyarılabilirlik artışı 100-140 ms kas kasılması önce oluştuğunu göstermiştir. 10 , 11 , 31 , 32 bu S-H görev, TMS darbe ve parmak kaldırma arasında zaman başarılı STOP denemeler için her zaman 150 ms büyüktür (ve yani en son olası TMS darbe 850 ms oluşur parmak kaldırma deneme inisiyasyon sonra > 1000 ms oluşur). Bizim analizi, kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon motor yanıt inhibisyon ilgili karşılaştırma ilgilendi. Biz üç farklı karşılaştırarak ilgilendi bu yana görev koşulları (GO, başarılı dur, başarısız durağı), bu zaman dilimi ötesinde MEP genlik etkilenmez çünkü TMS arasında nabız ve parmak kaldırma en az 150 ms zaman zaman denemeler gelen verileri analiz hareket hazırlık. 10 , 11 , 31 , 32 bu nedenle bu saat gecikme regresyon modelinde bir covariate dahil değildi. Çocukluk çağında MEP genlik etkilediğinden bizim regresyon modeli için biz yaş olarak bir covariate dahil. 33 bağımsız Sınıf değişkenleri dahil modeli seks, sitesi, deneme blok, TMS darbe durumu (tek çifte darbe-) ve deneme koşulu (git, başarılı dur, başarısız STOP) için. Çünkü biz nasıl M1 uyarılabilirlik (tek-nabız TMS) ve inhibisyon (eşleştirilmiş-nabız TMS) arasında farklı görev koşulları açısından farklılık gösterir baktılar ilgi birincil etkileşim TMS darbe şart deneme koşulu arasında olduğunu.

MEP genlikleri için bağımsız değişkenler seks, site ve deneme blok regresyon modelinde önemli değildi. Yaş regresyon modeli bir covariate olarak önemli değildi (p 0,28 =). TMS darbeli arama koşulu (p < 0.0001) ve deneme koşulu ile etkileşimi (p = 0,009) anlamlıdır. Şekil 3 tahminleri regresyon modeli temsil eden standart hataları hata çubukları ile hesaplanan ortalama veri en küçük kareler kullanarak farklı deneme koşullarında temsilcisi neurophysiologic gösterir. Tek darbe MEP genlikleri üç görev koşulları arasındaki tüm pair-wise karşılaştırmalar önemsiz (sahte bulma oranı [FDR] ayarlanabilir p > 0,05). Ancak, inhibitör eşleştirilmiş-nabız milletvekilleri için farklılıklar arasında gitmek vs başarısız STOP (FDR ayarlanabilir p 0,009 =) ve başarılı başarısız dur vs (FDR ayarlanabilir p 0.03 =) anlamlıdır. Çifte darbe MEP genlikleri git ve başarılı STOP deneme sürümleri arasında karşılaştırma önemli değildi (FDR ayarlanabilir p 0.56 =).

Figure 1
Şekil 1: yarış arabası S-H görev sırasında el ve parmak pozisyonu. İki elini yastığın üzerinde dinlenmiş. Baskın işaret parmağı genişletilir ve bir oyun kumandası butona aittir. Baskın işaret parmağı dıştan düğme moralini bozuyor ve her deneme etkinleştirir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2: Deneme şemaları.
(A) deneme şematik gidin. Bir düğme üzerine baskın işaret parmağı dıştan ekran boyunca taşımak için araba etkinleştirir. Katılımcılar arasında 700-800 ms başladıktan sonra kapatmak için Durdur deneme ama 800 ms hedef önce parmağını bekleniyor. TMS darbe 650 ms sonra deneme başlangıçlı verilir.
(B) GO denemeler arasında serpiştirilmiş olan STOP denemeler sırasında katılımcılar parmak-dur sinyalle asansörde önlemek için talimat (Yani araba aniden 800 ms işaretinden önce bir noktada durdurulur). TMS bakliyat 150 ms sonra stop sinyali teslim edildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3. Yarış arabası S-H görev sırasında MEP genlikleri. M1 tek ve eşleştirilmiş-Pulse'tan TMS ölçümler için MEP genlikleri (Milivolt olarak) (GO, başarılı STOP, STOP başarısız) online bu S-H/TMS görev farklı koşullar için çizilir. En küçük kareler Regresyon çözümlemesinde hesaplanan tahminleri bu rakam için kullanılan demek. Hata çubukları standart regresyon modelinden hesaplanan hataları gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu iletişim kuralı, bir stop sinyal görev ve TMS kortikal inhibisyon olay-ilişkili incelemek için birleştirme bir roman çocuklara yöntemidir. Motor inhibitör açıkları ve performansının stop sinyal görevleri'nde klinik gözlem çok sayıda nöropsikiyatrik koşullarda gösterdi. 3 görece az sayıda müfettişler online mutlu kortikal uyarılabilirlik ve inhibisyon yanıt inhibisyon görevleri sırasında incelemek için kullandık. Bazı gruplar başarıyla TMS GNG görev sırasında çocuklar ve yetişkinler kortikal Fizyoloji farklılıkları göstermek için kullanmıştır. 14 , 23 , 34 ancak, GNG görev ideal nispeten hızlı bir yapılmalıdır inhibitör denetim Nogo çalışmalarda yeterince incelenebilir böylece görev boyunca prepotent motor yanıt temin için hızı. 35 , 36 aygıt kapasitörler sonraki stimülasyon nabız için şarj etmek için zamana ihtiyacı gibi metodolojik açıdan bir hızlı tempolu GNG görev online mutlu deneyler için zorluklar getirir. Örneğin, TMS cihaz üreten bizim monophasic darbe arası deneme en az bir Aralık 4 böylece hızlı online TMS/GNG deneyler sınırlama saniye gerekir. Ayrıca, temel nöropsikiyatrik veya gelişimsel bozukluklar hızlı tempolu GNG görevi tamamlamak için çocuk yeteneğini etkileyebilir. O kendi kendine öğreten ve böylece online fizyolojik ölçümleri yapmak için TMS entegrasyon sağlar Slater-Hammel görevin bir özelliktir. 16 Coxon vd. kortikal inhibisyon, SICI tarafından ölçülen STOP sırasında git denemeler daha sağlam olduğunu göstermek için sağlıklı erişkinlerde bir online mutlu/clockhand S-H görev kullanılan. Bir ayrı online mutlu/SST çalışma M1 uyarılabilirlik STOP işaret başarılı STOP çalışmalarda sonra önemli ölçüde azalır bu benzer sonuçlar ortaya koydu. 15 Coxon mutlu/S-H protokolü16için karşılaştırıldığında, iki önemli değişiklikler yaptık. İlk olarak, pediatrik katılımcılar için daha ilgi çekici olan S-H stop sinyal görev "yarış arabası" sürümünü oluşturdu. Tipik olarak çocuk (şekil 3) ve bu DEHB ile gelişen bu tasarım kullanarak (yayınlanmamış veri) en az 120 denemeler tamamlamak başardık. Biz online mutlu/S-H görev oluşturulmuş diğer özelliği STOP deneme başarı oranı ~ %50 tüm deney sonunda olduğunu STOP sinyali böyle zamanlaması ayarlamak için dinamik izleme algoritmasıdır. Bu önemlidir başarılı sırasında kortikal inhibisyon karşılaştırmalar verdiğinden vs başarısız denemeler DURDURMAK ve görev performansı karıştırıcı bir değişken olarak ortadan kaldırır.

Bu iletişim kuralı tek-darbeli çalışmalarda hareketi hazırlık sırasında kortikal uyarılabilirlik çalışma izin. Ancak, stop sinyal yanıt inhibisyon görev bağlamında, biz Ayrıca STOP denemeler sırasında M1 SICI miktarının ilgilendi. SICI miktar, subthreshold için nabız stimülasyon yoğunluğu Klima önemli bir deneysel parametresi parametresidir. Önceki çalışmalar belgelenen Klima dozaj etkisini darbe yoğunluk SICI üzerinde. 37 , 38 bu çalışmalar daha güçlü Klima nabzı daha derin SICI ortaya çıkarır göstermek. Ancak, bizim laboratuvar kullanılan tarihsel olarak % 60 * RMT Klima olarak darbe yoğunluk Pediatrik vaka-kontrol TMS çalışmalarda SICI farklılıkları algılamak için. 19 , Bu Klima nabız beri yoğunluğu 20 de önemli M1 SICI29aydınlığa çıkartıyor, %60 kullanılan * RMT darbe bu mutlu/S-H görevde Klima için.

Başka bir faktör SICI miktar dikkate tek darbe MEP genlik indüklenmektedir. Ortalama tek darbe indüklenen MEP genlik payda olarak SICI oranı hesaplanması için kullanılır. Bu temel genlik farklı devletler dinlenme, motor gözlem/görüntü, motor hazırlık yanı sıra test darbe stimülasyon yoğunluğu gibi bağlıdır. 10 , 39 , 40 online bu mutlu/S-H görevde, MEP genlikleri temel dinlenme durumuna (veri gösterilmez) karşılaştırıldığında görev sırasında genellikle 3-4 kez daha fazladır. Özgün SICI çalışma28, yazarlar SICI az daha güçlü bir test uyarıcı olduğunu belirtti. Ancak, bu sonuç destekleyen ham veri el yazması gösterilmeyen. Sonraki çalışmalar bir dizi temel dinlenme MEP genlikleri (0.2, 1 ve 4 mV) muayene ve temel MEP genlik SICI etkilemez mi gösterdi. 41 , 42 başka bir çalışmada motor durumu (dinlenme, Ipsilateral/kontralateral izometrik kasılmalar) ve test darbe stimülasyon yoğunluklarda etkileri incelendiğinde (% 90-150 * RMT) SICI üzerinde. 37 SICI izometrik parmak kasılma sırasında daha az ve test darbe stimülasyon yoğunluğu bağlı olarak çeşitli. Ancak, tekrarlanan ölçüler ANOVA durumu ve test darbe stimülasyon yoğunluğu arasında istatistiksel olarak anlamlı bir etkileşim tanımlamıyordu. Post-hoc analizi gösterdi SICI kontralateral izometrik kasılma sırasında test darbe stimülasyon yoğunluklarda aralığı için önemli (110, 120, 130 ve RMT % 140). Çocuk33içinde doğal olarak yüksek motor eşikleri nedeniyle test darbe yoğunluk potansiyel TMS donanım kısıtlamaları ve katılımcıların konfor nedeniyle mümkün olduğunca düşük tutmak idealdir. Bu nedenlerden dolayı seçtik % 120 * RMT test darbe yoğunluk olarak. Ancak, bu online S-H/TMS görevi vardı biz test darbe yoğunluk 105-%110 düşürmek için bile küçük çocuklar için geçerli olabilir * RMT gelecekteki deneyler için.

Bir potansiyel bu iletişim kuralı daha güçlü, daha yüksek sesle TMS bakliyat çocuklar için gerekli onların S-H görev performansını etkileyebilir kısıtlamasıdır. Öyle ki yanıt inhibisyon etkilenen TMS bakliyat ortalama artış yoğunluğunu kortikal devreleri kesintiye uğratabilir mümkündür. Başka bir olasılık daha güçlü nabız yüksek sesle ve çocuk görev sırasında rahatsız olmasıdır. Gelecekteki deneyler için bu Slater-Hammel görev benzer Koyulukları bir bölge değil motor yanıt inhibisyon dahil teslim edilen TMS darbeleri ile yeniden yaparak test edilebilir veya sahte kullanarak TMS Kangal. STOP denemeler az sayıda başka bir kısıtlamadır. Bu mutlu görev 30 dur denemeler sadece 120 denemeler, bunlar tamamlamak katılımcılar gerektirir. Bizim dinamik izleme algoritma bir ~ %50 başarı oranı sonuçlanmalıdır; Bu nedenle, sadece 15 başarılı ve 15 başarısız denemeler analiz için vardır. Önemli hareket artefaktı bu çalışmalarda bazılarında algılanırsa, o zaman izleme analiz için dahil değildir ve istatistiksel gücü azalır. Bu büyük olasılıkla gerçek ise verileri her bireyin ortalama MEP genlik her deneme türü (dinlenme, GO, STOP) olarak gösterilir. Yaptığımız gibi tüm denemeler üzerinde dayalı deneme türü milletvekilleri tahminleri bir tekrarlanan ölçüler istatistiksel model kullanarak daha anlamlı sonuçlar için izin verebilir.

Sonuç olarak, yanıt inhibisyon görev sırasında farklılıkları algılamak için kortikal inhibisyon miktarının bir noninvaziv, iyi tolere ve etkileşimli yöntem geliştirdik. Bu çocuklarda kortikal inhibisyon çalışmaya nöropsikiyatrik koşulları daha uygulanabilir. Bu mutlu Protokolü genişletme birçok yöntem vardır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda erişkinlerde davranış görev sırasında kortikal bağlantı çalışmaya iki-coil eşleştirilmiş-nabız TMS paradigmalar kullandık. 43 , 44 neuronavigation kullanarak, bu yaklaşım yanıt inhibisyon prefrontal düğümleri etkilerini incelemek için pediatrik popülasyon için genişletilebilir. Tekrarlanan TMS (rTMS) motor yanıt inhibisyonu için kritik olan beyin bölgeleri modüle için başka bir seçenek sağlar. 43 , 45 , 46 bunların yanında başka bir potansiyel yönelik uygulama bu protokolü kortikal Fizyoloji motor yanıt ile ilişkili karakterize etmek için TMS uyarılmış kortikal potansiyelleri M1 bölgeler47 ölçmek için eşzamanlı EEG ile birleştiriyor inhibisyon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu çalışmada Ulusal Akıl Sağlığı Enstitüsü tarafından (R01MH095014) finanse edildi.

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