因果脳行動の関係とその経時変化を調査するための経頭蓋磁気刺激

この記事では、原因とオンラインTMSを認知過程における脳領域の時間的な関与を評価するためのプロトコルを提示します。この議論は、成功したTMSプロトコルと、その後のTMSの実験を設計する際に考慮される必要がある限界を作成するための最初の重要なステップを強調しています。

TMSプロトコルは最適​​な刺激パラメータを確保し、自由パラメータの数が多いため、TMSする実験を調製するのに重要なステップである。通常、これは、ロバストな効果を生成するのに必要な刺激周波数、持続時間、強度、試行間の間隔、コイルの向きを決定するために、広範なパイロットテストを介して達成される。効果的な「仮想病変 "を作成する頻度は、興味のある認知過程を包含するように十分に大きな時間ウィンドウをカバーして堅牢な効果を誘導する必要があります。その結果、周波数と持続時間の両方が研究間で異なる。同様に、＆＃8220;右「刺激強度は、磁場がターゲットの脳領域における神経処理に影響を与え、ここでの主な要因は、刺激部位⁵¹へのコイルからの距離で確実に1である。多くの研究は、一次運動野の手の領域を刺激する場合、モータの応答を生成し、参加者^52,53-55にわたって強度を正規化するためにこれを使用するために必要な刺激の強さを特定する。この措置は、しかし、非運動野^42,51,56に最適な強度の信頼性の高い指標ではありません。別のオプションは、すべての参加者のために同じ強度を使用することです。選択された強度は、刺激強度の範囲で実験した後、すべてのパイロットの被験者全体で有効であるはずである。さらに、コイルの向きは考慮する必要が重要なパラメータである。特定のコイルの向きは、刺激された神経細胞集団内の誘導電界の分布に影響を及ぼし、したがってbehaに影響を与え得るvior。一般に、公開されたプロトコルは、特定の反復実験に合わせてパイロットテスト中に変更される出発点を提供することができる。しばしば、しかし、このパイロットテストに関する情報は、プロトコル設計プロセスのいくつかの重要な側面を隠す不幸な効果を有する最終原稿から省略されている。

ローカライゼーション手順を選択する刺激が最適な部位に投与されることを保証するためにも不可欠である。多くの研究が正常被験者ごとに刺激部位をカスタマイズする、個々の参加者^57,58間で単一の場所をターゲットに解剖学に基づいた方法を用いて、刺激部位をローカライズされているが、個々に対象間のより効率的な方法^31を得た行動の結果のばらつき低減します。ここでは、fMRIのベースローカライズを上回る利点を提供しますTMSベースの機能局在の手順を紹介しました。具体的には、異なる空間的バイアスの問題が回避されることが間のfMRI（ すなわち 、排出静脈^59）とTMS（ すなわち 、磁場^6,60内の軸索の向き）の別の場所に局在している同じ神経応答になることがあります。加えて、周知のfMRIにおける活性化「ピーク」の具体的な場所は、それらが最適TMSは^55,61を標的とするようになっ、かなり変化することが知られている。たとえそうであっても、異なる定位様々な手順が明らかに効果的であるので、具体的な選択は、どちらの方法が使用されることを保証する信頼性の高い、再現性のある効果を提供すること。あまり重要で

ここで紹介する実験データに依存対策として反応時間を使用しましたが、使用可能な他の多くのオプションがあります。例えば、いくつかの研究では、正確さの代わりに^9,12,62を使用します。刺激による破壊は精度スコアに反映されるので、これらの場合、TMSない通常の性能は、既に天井レベル以下である。他の研究では、眼球運動^63,64に対する刺激の効果を測定した。 TMSで最も認知神経科学の実験が、しかし、その依存対策^13,48,65,66として反応時間を使用しています。典型的には、効果は、数十ミリ秒、又は反応時間⁶⁷における約10％の変化のオーダーである。比較的小さな変更が容易に観察できるように、依存尺度が使用されているものは何でも堅牢で一貫している必要があります。

いずれの実験手法と同様に、TMSは、この方法を選択する際に考慮する必要がある重要な制限があります。最も一般的なものは以下のとおりです。TMSのI）空間分解能、刺激に関連するII）非特異的効果、および方法論のIII）安全面。磁界がさらに離れて、それがコイルからである強度低下させるので、最初、TMS刺激の限定された深さを有する。 ^68,69 -これにより、（3センチ〜2）頭皮の近くの脳領域を刺激することで最も効果的である</sup>と深い脳構造を刺激する効果がない。異なる形状のコイルがこのような基底核⁶⁹として深部に到達するために開発されているが、その結果、TMSに直接アクセスのみの領域は、皮質マントルに制限されています。 1cmの^47,70-72 – TMSはまた、約0.5の空間分解能を有している。したがって、この方法は、皮質柱など、きめ細かい空間構造から機能の寄与を調べるために使用することができない。

TMSの第二の制限は、刺激が急速に変化する磁界の結果として、同時感覚副作用を導入することである。最も顕著なのは、それぞれの磁気パルスは聴覚クリックしてタップする感覚を伴っている。このため、TMSはこれらの副作用は、タスクのパフォーマンスを妨げる可能性がある特定の聴覚や体性感覚の実験には不適切かもしれません。オンラインTMSは、いくつかの聴覚実験^73,74で正常に使用されていることに注意してください</s最大>と、少なくともいくつかのタスクでそのために実現可能である。別の考慮事項は、感覚効果の強さは、ヘッドの位置を越え異なることである。例えば、耳に近い場所に投与する刺激は、遠く離れた場所よりも大きな音になります。同様に、頭の上に、より腹側の位置は、背側の領域^75,76よりも大きな筋収縮を作り出す。これらのサイトの違いは、実験交絡を誘導することができるので、このような対側同体⁷⁷などのメイン·サイトに類似した副作用のコントロールサイトのどちらを使用するか、関心^24,62のプロセスを活用しない制御条件/タスクを含めることが重要である^{、73,78,79。}

TMS実験を設計する際には、潜在的に失神や発作^27を誘導することができるように、最終的に、安全性を考慮し、常に考慮しなければなりません。このリスクを最小限に抑えるために、刺激強度、頻度、期間、国際的に認められたガイドラインはexisTSのほか、パルスおよび試行間間隔^27,28の総数。これらのガイドライン内にとどまるのプロトコルは神経学的に正常な参加者のために安全であると考えられている。これらはまだ不完全であり、多くの場合、小説のTMSのプロトコルも安全証明が導入されていることであることは注目に値する。一般に、公開された証拠はガイドラインに従っているときに、TMSのない危険な副作用を有する安全な手順であることを示唆している。これらの制限の一つの結果は、しかしながら、行動のプロトコルは、多くの場合、それらはTMSで使用する前に調整する必要があることである。これは、実験の長さを含む設計のいくつかの側面に影響、試行回数、試験することができる条件および刺激部位の数を有している。これらの制限のいくつかは、異なる日に異なる刺激部位を試験するような別個の実験セッションに分割することによって克服することができる。このような場合には、その局在化を確実にすることが重要であるサイトのテストは、同じセッション内で行われている。これは、ターゲティングの精度を最大化することによって、実験的分散を最小限に抑えることができます。具体的には、単一のセッションで安全である刺激の量 – 1つ以上のテストセッションを使用するかどうかを決定する際には、基本的な制限は、参加者の安全性である。総刺激は、潜在的に複数のサイト上で、習熟、練習、ローカリゼーション（TMSを使用している場合）、およびテストが含まれ、かつ批判的条件ごとの試行回数に依存します。この図は、単一のセッションのためのガイドラインを超えている場合、それは複数のセッションに実験を中断する必要があるが、離れて24時間の最小値を実施しました。そこのTMSの実験のために必要な臨床試験の最小数に関する厳格な規則はありませんが、いずれの実験と同様に、これらの効果の大きさ、分散、α-レベル（通常は0.05）に基づく標準的な電力計算を用いて計算し、希望することができます感度。多くの場合、合理的な見積り効果の大きさや分散は、実験プロトコルを最適化するために行わ大規模なパイロットテストの結果、ご利用いただけます。

要約すると、TMSは、認知神経科学への幅広いアプリケーションとの重要なツールとなっています。この記事では、「仮想病変」モードでも、地域固有の神経情報処理の時間的ダイナミクスを探索するためのクロノメーターのツールでも因果脳行動の関係を調査するための行動タスクに関連して、オンラインのTMSのための基本的なプロトコルを提供します。