经颅磁刺激对调查因果脑 - 行为关系及其时间进程

本文介绍了一个协议，用于评估的因果和脑区的时间参与网上使用TMS的认知过程。这个讨论突出了先为创造一个成功的TMS方案的关键步骤，然后需要设计的TMS实验时，需要考虑的限制。

因为TMS协议有大量的自由参数，保证了最佳刺激参数是在准备TMS实验的关键步骤。通常情况下，这是通过大量的试验测试，以确定刺激频率，持续时间，强度，试验间隔，并需要产生强大的效果线圈的方向来实现。要建立一个有效的“虚拟病变”的频率必须诱使一个强大的效果，覆盖了足够大的时间窗口，包括感兴趣的认知过程。其结果是，频率和持续时间不同研究有所不同。同样，＆＃8220;右“的刺激强度是1，保证了磁场影响神经处理在目标脑区域和这里的主要因素是从线圈到刺激位点⁵¹的距离。许多研究确定必要的刺激强度刺激初级运动皮层的手区域时，产生运动反应，并以此来标准化强度跨参与者^52,53-55。这一措施，然而，这不是对非运动区域^42,51,56的最优强度的可靠指标。另一个选项是使用相同的强度为所有参与者。与一系列刺激强度试验后，所选择的强度应在所有试验对象有效。此外，线圈的方向是需要考虑的重要参数。在特定线圈取向影响感应电场的刺激的神经元群中的分布，因而可影响BEHAVIOR。一般情况下，发布的协议可以提供一个试点过程中反复修改，以适应特定实验的起点。然而，通常这个试点信息从最终的手稿，其中有隐藏的协议设计过程中的一些关键方面的不幸影响省略。

选择一个本地化过程也是至关重要的，以确保刺激施用到最佳站点。虽然许多研究都使用针对整个个体参与者^57,58单一地点解剖学为基础的方法，定制的刺激部位为每个主体成功的局部刺激位点在行为结果产生一个更有效的方法³¹方差主体之间分别减少了。在这里，我们提出了一个TMS为基础的功能定位程序，提供优于功能磁共振成像为基础的定位。具体地讲，它避免了不同的空间偏差的问题是之间的fMRI（ 即 ，引流静脉^59）和TMS（ 即 ，磁场^6,60内的轴突的定向）可能导致被定位于不同的位置相同的神经响应。此外，它是众所周知，在fMRI的激活的“峰”的具体位置可以变化很大，这使它们次优的TMS目标^55,61。即使如此，各种不同的定位的程序是证明有效的，所以具体的选择是不太重要的，以确保无论采用哪种方法提供了可靠的，可重现的效果。

虽然实验数据这里介绍用的反应时间作为因措施，有许多可用的其他选项。例如，一些研究使用的准确性，而不是^9,12,62。在这些情况下，TMS不正常的表现已经低于上限水平，从而诱发刺激的干扰是体现在准确度分数。其他研究也测量刺激对眼球运动^63,64的影响。大多数认知神经科学实验与TMS，但是，使用的反应时间作为其依赖的措施^{13,48,65,66。}通常情况下，效果是几十毫秒，大约一个在反应时间⁶⁷ 10％的变化的顺序。任何依赖的测度用于应健壮和一致，使相对较小的变化可以很容易地观察到。

像任何实验技术，TMS有需要时，选择这种方法要考虑的重要限制。最常见的是：i）TMS的空间分辨率，ⅱ）的非特异性作用与刺激有关ⅲ）安全方面的方法及。首先，TMS有刺激作用的一个有限的深度，因为磁场的强度降低了进一步远离它是从线圈。因此，它是在刺激大脑区域附近的头皮最有效的（〜2 – 3公分^）68,69 </sup>和无效刺激脑深部结构。作为结果，只有区域直接访问TMS限于皮质地幔，虽然不同形状的线圈被开发以达到更深的区域，例如基底神经节^69。 TMS也有大约0.5的空间分辨率- 1厘米^47,70-72。因此，该方法不能被用于研究的官能度从细粒度的空间结构，例如皮质列。

TMS的第二个限制是，引入的刺激感官的并发副作用迅速变化的磁场中的结果。最值得注意的是，每一个磁脉冲是伴随着听觉点击和敲击感。因此，TMS可能不适合某些听觉或体感实验，而这些副作用可能与任务绩效干扰。注意，但是，该在线TMS已经成功地用于一些听觉实验^73,74 </s向上>，因此是可行的，在至少一些任务。另一个考虑是，感官效果的强度跨头位置不同。例如，刺激被给予的位置靠近耳朵上会比声音更​​响亮地点较远。同样在头部腹面多地点产生比背侧区^75,76更大的肌肉收缩。由于这些网站的差异可诱发实验性的困惑，为使用控制网站具有类似的副作用到主站点，如对侧同系物⁷⁷或包括控制条件/任务不进军感兴趣^24,62的过程中是很重要的^{，73,78,79。}

最后，安全性方面的考虑必须始终在设计TMS实验时，因为它可以潜在地诱发晕厥和癫痫发作²⁷考虑。为了尽量减少这种风险，为刺激强度，频率，持续时间和国际公认的准则EXISTS，以及用于脉冲和试验间的间隔^27,28的总数。协议留在这些准则被认为是安全的神经正常的人参加。然而，值得注意的是，这些都是尚未完整，往往新颖的TMS协议介绍，也证明安全的。一般情况下，有证据表明，当发布需要遵循的准则，TMS是一个安全的程序，没有危险的副作用。这些限制的后果之一，然而，就是行为的协议往往需要调整他们可以与TMS在使用之前。这有几方面的设计，包括实验的长度，试验次数，条件和刺激位点，可以进行测试数的影响。其中的一些限制可能通过把实验为单独的会话，如测试在不同的日子不同的刺激就能解决这个问题。在这些情况下，重要的是确保定位是很重要的和现场的测试都在同一会话内完成。这样便可通过最大化为目标的，大大减少了实验的方差。在决定是否使用一个或多个测试环节，最根本的限制是参与者的安全 – 特别刺激，是安全在单个会话的数量。总的刺激涉及熟悉，实践中，定位（如果使用TMS），和测试，可能在多个位点，并极大程度上取决于每种条件试验次数。凡这一数字超过在单个会话的指引，有必要打破实验分为多个阶段，进行至少24小时开。没有关于必要为​​TMS实验试验中的最小数目的硬和快速的规则，但像任何实验中，这些可以使用基于效果的大小，方差，α-（通常为0.05）的标准功率计算来计算与期望的灵敏度。常合理的估计规模效应和方差可作为广泛的试点做了优化实验方案的结果。

综上所述，TMS已经成为具有广泛应用认知神经科学的一个重要工具。本文提供了一个行为的任务相结合的调查无论是在“虚拟病变”的模式，也是一个计时工具，探索区域特有的神经信息处理的时间动态因果脑 – 行为关系的基本协议，用于在线TMS。