Summary

Använda transkraniell magnetisk stimulering i en resursbegränsad miljö för att upprätta hjärnbeteenderelationer

Published: April 20, 2022
doi:

Summary

Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) och lågfrekvent TMS (lfTMS) har visat sig vara viktiga bidragsgivare till hjärnlitteratur. Här lyfter vi fram metoderna för att undersöka de kortikala korrelaten av självbedrägeri med hjälp av TMS.

Abstract

Neuroimaging uppfattas vanligtvis som en resurskrävande disciplin. Även om detta är fallet under vissa omständigheter har institutioner med begränsade resurser historiskt bidragit avsevärt till neurovetenskapen, inklusive neuroimaging. I studien av självbedrägeri har vi framgångsrikt använt single-pulse TMS för att bestämma hjärnans korrelat av förmågor inklusive överkrav och självförbättring. Även utan användning av neuronavigering leder metoder som tillhandahålls här till framgångsrika resultat. Till exempel upptäcktes att minskningar av självbedrägerier leder till en minskning av påverkan. Dessa metoder ger data som är tillförlitliga och giltiga, och sådana metoder ger forskningsmöjligheter som annars inte är tillgängliga. Genom att använda dessa metoder utökas den övergripande kunskapsbasen inom neurovetenskap, vilket ger forskningsmöjligheter till studenter som de vid vår institution (Montclair State University är ett spansktalande institut) som ofta nekas sådana forskningsupplevelser.

Introduction

Det finns ett antal utmaningar med att undersöka hjärnbeteendekorrelat vid forskningsinstitutioner med begränsade resurser (ofta kallade “undervisningsuniversitet”). Enligt uppgifter från National Science Foundation (NSF) kompletteras nästan all akademisk forskning av en liten andel av högskolorna i USA. Vid granskning av över 4 400 institutioner som beviljar eftergymnasial examen utför och publicerar de 115 bästa universiteten / instituten 75% av all forskning1. I USA finns det 131 forskning 1 (R1: Den högsta statusnivån ett universitet kan uppnå när det gäller forskningsrankning) universitet som får huvuddelen av federal finansiering.

Denna topptunga finansieringsskillnad begränsar forskningsalternativen för många huvudutredare såväl som studenter; till exempel är endast 1,9% av R1-universiteten latinamerikanska tjänstgörande institut. Vidare är icke-R1-institut begränsade när det gäller forskningsutrymme, beviljade bidrag och tid som görs tillgänglig för forskning, och dessa skolor har ofta inte medicinska skolanslutningar2. Med tanke på dessa hinder tillhandahåller vi de metoder som framgångsrikt har möjliggjort undersökning av hjärnbeteenderelationer i bedrägeri i en resursbegränsad miljö. Även om dessa metoder är lämpliga för alla institut, tror vi att de vid mindre / undervisningsintensiva universitet kommer att få maximal nytta av dessa metoder.

Vårt laboratorium har främst fokuserat på hjärnregionerna som är ansvariga för att producera självbedrägeri och självförbättring. Att fastställa orsakssamband i termer av de underliggande kortikala regionerna kan uppnås med ett antal tekniker, och dessa data hjälper till att bekräfta korrelativa neuroimaging-metoder och experimentella patientförsök 3,4,5.

För att undersöka självbedrägeri med kausala neuroimaging-tekniker har ett antal innovativa metoder använts, främst med single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) och repetitiv TMS (rTMS6Figur 1). Medan tDCS (transkraniell direkt kortikal stimulering) har använts framgångsrikt7 och kan modifieras för att replikera de metoder, procedurer och resultat som presenteras här, gör flexibiliteten hos TMS det fortfarande till det optimala valet för neuromodulering av självbedrägeri. Vid sin vanligaste implementering hämmar, exciterar, stör eller mäter forskare kortikal excitabilitet (behandlas inte här, men se referens8).

Den mediala prefrontala cortexen (MPFC) verkar vara involverad i självbedrägeri9. Med tanke på rollen för de kortikala midlinestrukturerna (CMS) när det gäller självmedvetenhet i allmänhet10 är det inte förvånande att självbedrägeri är korrelerat med MPFC-aktivitet. För att bestämma orsakssamband i termer av frontala regioner förlitade man sig på TMS för att skapa “virtuella lesioner” medan man mätte anfall av självbedrägeri11. Mätning av självbedrägeri har uppnåtts via två huvudmetoder: Självförbättring och överkrav6.

Vi har funnit att störningar i MPFC leder till minskning av självbedrägeri 6,8,11,12,13. Dessutom har vi upptäckt att en sådan minskning (dvs. sänkning av självbedrägeri) är relaterad till en minskning av en persons påverkan (dvs negativt humör ökar och positivt humör minskar).

Eftersom neuronavigering/individuella MR-undersökningar inte används (på grund av kostnader har de flesta laboratorier inte dessa resurser) kan oro uppstå över positionering och noggrannhet i TMS-inriktning. Vi har kompenserat för detta genom att ibland göra fiduciella ingrepp där ett kontrastmål (t.ex. en E-vitamintablett) placeras på locket och deltagaren/deltagarna därefter skannas i en strukturell MR11,12. Dessa metoder har bekräftat noggrannheten hos de metoder som beskrivs här, och vi riktar in oss på den mediala aspekten av MPFC vid gränsen till BA 10/9 som ligger ovanför den mediala frontalgyrusen (0, ~ 40, ~ 30).

Det är uppenbart att högre rumslig upplösning kan erhållas med andra metoder som neuronavigering, men dessa metoder används inte utan nackdelar som inkluderar deltagares avhopp, deltagaruteslutning, ökad experimenttid, ytterligare utbildning och screening, extra kostnad och ofta flera platsbesök för deltagare. Därför erbjuder de metoder som presenteras här ett utmärkt alternativ till neuronavigering under många omständigheter.

Protocol

Forskningen som presenteras här godkändes av Institutional Review Board (IRB) -kommittén vid Montclair State University. Alla deltagare har behandlats inom ramen för APA:s etiska riktlinjer. 1. Deltagare Skaffa först IRB-kommitténs granskningsgodkännande för protokollet (se Diskussion för icke-forskning 1-institutioner). Samråd med erfarna forskare rekommenderas. Skaffa formulär som screening (kompletterande fil 1) och biverkningar (<stron…

Representative Results

Figur 2, från Taylor-Lilquist et al.14, involverade fyra hjärnplatser: MPFC, SMA, PZ och en Sham-plats. Dessa platser användes för att bestämma korrelaten för överkrav. Överkrav är en deltagare som indikerar att de känner till ett ord när det faktiskt inte är ett ord. 12 deltagare testades i både sociala och icke-sociala miljöer. De sociala miljöerna representerade tryck att antingen känna till ett ord (högt socialt tryck; n = 6) eller inte känna til…

Discussion

Protokollet (och variationerna av) som beskrivs här har använts i över 50 studier vid Montclair State University. Hela installationen kan skapas för under $ 15,000 (US). Vidare har vi funnit att våra koordinater matchar bra med underliggande hjärnstrukturer med hjälp av fiduciella procedurer.

Variationer av denna metod används ofta. Till exempel kan kontrollförhållanden inkludera att stimulera olika hjärnområden, tillämpa TMS olika tidpunkter (dvs. applicera TMS vid en tidpunkt so…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

LSAMP (Louis Stokes Alliance for Minority Participation), Wehner och Crawford Foundation, Kessler Foundation tackas alla för sitt stöd.

Materials

Android Samsung Tablet (for MEPs) Samsung SM-T500NZSAXAR
Cloth Measuring Tape GDMINLO B08TWNCDNS(AMZ)
Figure of 8 Copper TMS Coil Magstim 4150-00 This is the current model
Lenovo T490 Laptop Lenovo 20RY0002US
Magstim 200 Single Pulse MagStim Magstim200/2 This is the current model
Magstim Standard Coil Holder MagStim AFC/SS This is the current model
Speedo Swim Caps Speedo 751104-100
Testable.Org Account and Software Testable NA
Trigno 2 Lead Sensor (for MEPs) DelSys SP-W06-018B
Trigno Base and Plot Software (for MEPs) DelSys DS-203-D00

Referenzen

  1. Academic Research and Development. Science and Engineering Indicators 2020. National Science Board, National Science Foundation Available from: https://incses.nsf.gov/pubs/nsb20202 (2020)
  2. . Rutgers School of Graduate Education. Overview of R1 Serving Hispanic Institutions Available from: https://cmsi.gse.rutgers.edu/sites/default/files/HSI_Report_R2_0.pdf (2022)
  3. Maeda, F., Keenan, J. P., Pascual-Leone, A. Interhemispheric asymmetry of motor cortical excitability in major depression as measured by transcranial magnetic stimulation. The British Journal of Psychiatry. 177 (2), 169-173 (2000).
  4. Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Modulation of corticospinal excitability by repetitive transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 111 (5), 800-805 (2000).
  5. Pascual-Leone, A., Bartres-Faz, D., Keenan, J. P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of ‘virtual lesions. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 354 (1387), 1229-1238 (1999).
  6. Amati, F., Oh, H., Kwan, V. S., Jordan, K., Keenan, J. P. Overclaiming and the medial prefrontal cortex: A transcranial magnetic stimulation study. Cognitive Neuroscience. 1 (4), 268-276 (2010).
  7. Tang, H., et al. Stimulating the right temporoparietal junction with tDCS decreases deception in moral hypocrisy and unfairness. Frontiers in Psychology. 8, 2033 (2017).
  8. Kelly, K. J., et al. The effect of deception on motor cortex excitability. Social Neuroscience. 4 (6), 570-574 (2009).
  9. Farrow, T. F., Burgess, J., Wilkinson, I. D., Hunter, M. D. Neural correlates of self-deception and impression-management. Neuropsychologia. 67, 159-174 (2015).
  10. Uddin, L. Q., Iacoboni, M., Lange, C., Keenan, J. P. The self and social cognition: the role of cortical midline structures and mirror neurons. Trends in Cognitive Sciences. 11 (4), 153-157 (2007).
  11. Luber, B., Lou, H. C., Keenan, J. P., Lisanby, S. H. Self-enhancement processing in the default network: a single-pulse TMS study. Experimental Brain Research. 223 (2), 177-187 (2012).
  12. Barrios, V., et al. Elucidating the neural correlates of egoistic and moralistic self-enhancement. Consciousness and Cognition. 17 (2), 451-456 (2008).
  13. Kwan, V. S., et al. Assessing the neural correlates of self-enhancement bias: a transcranial magnetic stimulation study. Experimental Brain Research. 182 (3), 379-385 (2007).
  14. Taylor-Lillquist, B., et al. Preliminary evidence of the role of medial prefrontal cortex in self-enhancement: a transcranial magnetic stimulation study. Brain Sciences. 10 (8), 535 (2020).
  15. Bikson, M., et al. Guidelines for TMS/tES clinical services and research through the COVID-19 pandemic. Brain Stimulation. 13 (4), 1124-1149 (2020).
  16. Lerner, A. J., Wassermann, E. M., Tamir, D. I. Seizures from transcranial magnetic stimulation 2012-2016: Results of a survey of active laboratories and clinics. Clinical Neurophysiology. 130 (8), 1409-1416 (2019).
  17. Pascual-Leone, A., et al. Safety of rapid-rate transcranial magnetic stimulation in normal volunteers. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 89 (2), 120-130 (1993).
  18. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  19. Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the international workshop on the safety of repetitive transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 108 (1), 1-16 (1998).
check_url/de/62773?article_type=t

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Shelansky, T., Chavarria, K., Pagano, K., Sierra, S., Martinez, V., Ahmad, N., Brenya, J., Janowska, A., Zorns, S., Straus, A., Mistretta, V., Balugas, B., Pardillo, M., Keenan, J. P. Employing Transcranial Magnetic Stimulation in a Resource Limited Environment to Establish Brain-Behavior Relationships. J. Vis. Exp. (182), e62773, doi:10.3791/62773 (2022).

View Video