Protocolo de estimulación magnética transcraneal en línea para la medición de fisiología Cortical asociada con la inhibición de respuesta
Summary
Se describe un procedimiento experimental para cuantificar la excitabilidad e inhibición de la corteza de motor primaria durante una tarea de inhibición de la respuesta de motor mediante el uso de la estimulación magnética transcraneal en el curso de una tarea de señal de parada.
Abstract
Describimos el desarrollo de una tarea de inhibición de respuesta motor niños reproducible, adecuado para la caracterización de estimulación magnética transcraneal (TMS) en línea de excitabilidad de la corteza motora primaria (M1) y la inhibición. Inhibición de la respuesta de motor impide acciones indeseadas y es anormal en algunas afecciones neuropsiquiátricas. TMS es una tecnología no invasiva que puede cuantificar M1 excitabilidad e inhibición mediante protocolos de pulso único y emparejado y puede ser programada precisamente a estudiar fisiología cortical con alta resolución temporal. Modificamos la tarea original de la señal de la parada de Slater-Hammel (C-S-H) para crear una versión de “carreras” con pulsos de EMT acontecimientos tiempo-bloqueada a la prueba. Esta tarea es, con cada iniciación de juicio después de un empuje de botón para mover el coche de carreras hacia la meta de 800 ms. IR los ensayos requieren un dedo-lift para parar el coche de carreras antes de este objetivo. Intercaladas al azar hay parada de ensayos (25%) durante el cual la señal de parada dinámicamente ajustado solicita temas para prevenir la elevación de dedos. Los ensayos van, TMS pulsos fueron entregados en 650 ms después del inicio del juicio; Considerando que, para detener los ensayos, los pulsos de EMT ocurrieron 150 ms después de la señal de parada. Los tiempos de los impulsos de TMS eran decididos en base en estudios de electroencefalografía (EEG) que muestran cambios relacionados con el evento en estos intervalos de tiempo durante las tareas de señal de parada. Esta tarea se estudió en 3 bloques en dos sitios de estudio (n = 38) y se registraron el rendimiento conductual y potenciales acontecimiento-relacionados de motor evocado (MEP). Modelos de regresión se utilizaron para analizar amplitudes MEP utilizando la edad como covariable con varias variables independientes (sexo, estudio de sitio, bloque, pulso TMS [solo-vs junto-pulso], prueba condición [GO, exitosa parada, error STOP] de la condición). El análisis mostró que TMS de pulso condición (p < 0.0001) y su interacción con la condición de ensayo (p = 0,009) fueron significativas. Futuras aplicaciones de este paradigma S-H/TMS en línea incluyen la adición de adquisición simultánea de EEG para medir potenciales de TMS-evocados EEG. Una limitación potencial es que en los niños, el sonido del pulso TMS puede afectar su rendimiento de tarea conductual.
Introduction
Inhibición de respuesta es la habilidad para selectivamente prevenir acciones no deseadas que pueden interferir con los objetivos funcionales. 1 la red cortico-estriatal está implicada críticamente en inhibición de respuesta, que progresivamente se vuelve más eficiente como hijos maduros pero está deteriorada en los numerosas afecciones neuropsiquiátricas tales como trastorno de hiperactividad de déficit de atención) TDAH), trastornos, trastorno obsesivo compulsivo y esquizofrenia de aprendizaje. 2 , 3 inhibición de la respuesta de motor puede ser examinada con diferentes paradigmas conductuales como tareas Go/NoGo (GNG) y señal de parada (SST). 1 , 4 datos conductuales solo no proporcionan información sobre los mecanismos biológicos potencialmente modificables, cuantificables. El objetivo primordial en el presente estudio fue desarrollar un método amigable del niño para evaluar la fisiología de la corteza motora durante la ejecución de inhibición de respuesta, con el fin de desarrollar un biomarcador cuantitativo basado en el cerebro del sustrato neural de esta tarea. Estos biomarcadores podrían tener amplia aplicación en los estudios predictivos de pronóstico o tratamiento de los trastornos neuroconductuales.
Para ello, los investigadores seleccionan y modificación la tarea de Slater-Hammel (C-S-H)5. Esta es una tarea de señal de parada que requiere que los participantes inhibir una acción preprogramada generada internamente. Esta tarea al propio ritmo consiste en ensayos de marcha y parada. Ensayos IRÁS son iniciados por el tema pulsando y manteniendo la presión sobre un botón, con la instrucción de levantar el dedo del botón (es decir, acción de ir) como a pero antes de la meta de 800 ms. En el paradigma original, se indica tiempo en un reloj con una mano rota rápidamente. Ensayos de parada al azar se entremezclan entre los ensayos de ir durante el cual la persona debe inhibir la acción de ir previamente planificada (es decir, prevenir la elevación del dedo). La tarea de la señal de stop es más difícil porque los temas tienen que inhibir una respuesta en el contexto de una señal de ir previamente programado, mientras que en la tarea GNG, la decisión es si iniciar o no iniciar una acción con ningún comando previo. 6 por otra parte, puede ser más preciso para investigar la inhibición de respuesta mediante tareas de señal de parada porque en la tarea GNG, correlaciones consistentes entre señales y respuestas pueden resultar en inhibición automática. 7 inhibición automática es la teoría que constante mapeo entre señal y respuesta (es decir, señal de ir siempre resulta en una respuesta GO y viceversa) conduce a un procesamiento automático a través del curso del experimento tal que los ensayos de parada parcialmente procesados a través de la recuperación de la memoria y omite algunos controles ejecutivos. 8 , 9
La estimulación magnética transcraneal (TMS) es una tecnología no invasiva que puede utilizarse para medir la fisiología cortical. Utilizando paradigmas de estimulación de pulso único y emparejados, uno puede cuantificar la inhibición y la excitabilidad cortical. Aunque más estudios TMS investigar fisiología cortical en reposo, algunos grupos han examinado la inhibición de la excitabilidad cortical durante la preparación mental para la acción10 y durante diferentes Estados cognitivos que pueden verse reflejados en el motor Fisiología de la corteza. 11 , 12 , 13 , 14 este enfoque funcional de TMS (FTM) requiere medidas de TMS en línea mientras los participantes realizan tareas conductuales, permitiendo una sonda cortical cambios que son dependientes de estado con alta resolución temporal. Proporcionando información en tiempo real sobre los cambios neurofisiológicos de manera amplía la investigación fisiológica de15,de control de motor16 y condiciones neuropsiquiátricas17,18, 19,20.
FTM previo estudios han explorado los mecanismos corticales de la inhibición de respuesta en los adultos sanos con GNG14 y SST tareas15,16,21. Además, un estudio demostró que una dosis de metilfenidato cambiado motor fisiología cortical de adultos sanos durante un experimento de FTM/GNG. 22 hasta la fecha, hay dos grupos que se han publicado estudios de FTM pediátricos utilizando la tarea GNG para caracterizar fisiología cortical de TDAH23 y síndrome de Tourette17. No existe ningún estudio publicado FTM utilizando la SST en la población pediátrica.
Una cuestión crítica en estudios de FTM, a un grado mucho mayor que el resto solo estudios TMS, es artefacto muscular. Medidas estandarizadas electromiografía de superficie (EMG) de amplitud y latencia de los potenciales evocados motor (MEP) no deben ser contaminadas por artefacto muscular. Así, por ejemplo, para estudiar cambios corticales en la preparación de un movimiento en un estudio de tiempo de reacción, pulsos de EMT deben ser precisamente tiempo para ocurrir después de una señal de ir, pero antes de tiempo de reacción de un individuo. Así en cualquier tarea, es fundamental para asegurar que TMS pulsos se producen en un momento cuando la respuesta de motor aún no ha comenzado, y que el participante es cómodo y capaz de mantener el correspondiente músculo en reposo. Esto puede ser muy problemático con los niños hipercinéticos que naturalmente pueden tener movimientos extraños y que pueden mantener su brazo y la mano tensado a lo largo de un tiempo de reacción juego.
El objetivo del presente estudio es desarrollar una versión de la SST de Slater-Hammel que niños y apropiada para estudiar la fisiología de la corteza motora primaria (M1). Esta tarea debe ser 1) fácilmente comprensible para los niños, 2) relativamente fáciles de completar para los niños y 3) compatible con memorias de traducción en línea.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo es un método novedoso de amigos de la infancia de combinar una tarea de señal de parada y TMS para examinar la inhibición cortical relacionado con eventos. Observación clínica de los déficits inhibitorios motor y bajo rendimiento en tareas de señal de parada se han demostrado en numerosas afecciones neuropsiquiátricas. 3 relativamente pocos investigadores han utilizado FTM en línea para estudiar la excitabilidad cortical y la inhibición durante las tareas de inhibición de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Salud Mental (R01MH095014).
Materials
| 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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