Estimulação Magnética Transcraniana para investigar relações causais Brain-comportamentais e seu Curso de Tempo

Este artigo apresenta um protocolo para avaliação da causalidade e do envolvimento temporal regiões do cérebro nos processos cognitivos, utilizando TMS online. Esta discussão destaca primeiras etapas críticas para a criação de um protocolo de TMS de sucesso e, em seguida, as limitações que precisam ser considerados no projeto de um experimento de TMS.

Como os protocolos TMS tem um grande número de parâmetros livres, garantindo os parâmetros de estimulação ideal é um passo crítico na preparação de um experimento TMS. Normalmente, isso é conseguido através de extensos testes-piloto, a fim de determinar a freqüência de estimulação, duração, intensidade, intervalo inter-julgamento e orientação bobina necessária para produzir efeitos robustos. Para criar uma "lesão virtual" eficaz a freqüência deve induzir um efeito robusto que cobre uma janela de tempo suficientemente grande para abranger o processo cognitivo de interesse. Como resultado, tanto a frequência ea duração variam entre os estudos. Da mesma forma, o & #8220; intensidade direita estimulação "é aquele que garante o campo magnético afecta processamento neuronal na região do cérebro do alvo e aqui o factor principal é a distância da bobina para o local de estimulação ^51. Muitos estudos identificam a intensidade do estímulo necessária para produzir uma resposta motora ao estimular a área do lado do córtex motor primário e usar isso para normalizar intensidade em todo participantes ^52,53-55. Esta medida, no entanto, não é um índice confiável da intensidade ideal para áreas não-motorizado ^42,51,56. Outra opção é usar a mesma intensidade para todos os participantes. A intensidade escolhida deve ser eficaz em todas as disciplinas piloto depois de experimentar com uma gama de intensidades de estimulação. Além disso, a orientação da bobina é um parâmetro importante que requer consideração. A orientação específica da bobina afecta a distribuição do campo eléctrico induzido na população neuronal estimulada e por isso pode afectar comportavior. Em geral, os protocolos publicados pode fornecer um ponto de partida que é iterativa modificado durante o teste piloto para se adequar à experiência específica. Muitas vezes, porém, informações sobre este teste piloto é omitido do manuscrito final, que tem o efeito infeliz de esconder alguns aspectos fundamentais do processo de projeto de protocolo.

A escolha de um procedimento de localização também é essencial para assegurar que a estimulação é administrada ao local óptimo. Embora muitos estudos localizados com sucesso sítios de estimulação usando métodos baseados em anatomia que visam um único local em toda a participantes individuais ^57,58, personalizar o site estimulação para cada assunto individualmente entre reduz-sujeito variação nos resultados comportamentais produzindo um método mais eficiente ^31. Aqui apresentamos um procedimento de localização funcional baseada em TMS, que oferece vantagens sobre a localização baseada em fMRI. Especificamente, ele evita o problema de diferentes tendências espaciais sertween RMf (isto é, de drenagem veias ⁵⁹⁾ e TMS (isto é, a orientação de axónios no interior do campo magnético ^6,60) que pode resultar da mesma resposta neuronal a ser localizada em diferentes locais. Além disso, é sabido que o local específico de activação "picos" em RMf pode variar consideravelmente, tornando-os sub-óptimos, TMS como alvo ^55,61. Mesmo assim, uma variedade de diferentes processos de localização são demonstravelmente efectiva, de modo que a escolha específica é menos importante do que a garantia de que qualquer que seja o método utilizado, proporciona efeitos reprodutíveis fiáveis.

Embora os dados da experiência aqui apresentada usado tempos de reação como a medida dependente, há muitas outras opções disponíveis. Por exemplo, alguns estudos utilizam precisão vez ^9,12,62. Nestes casos, o desempenho normal sem TMS já está abaixo dos níveis de teto para que a interrupção induzida pela estimulação é refletida nos escores de precisão.Outros estudos mediram os efeitos da estimulação sobre os movimentos dos olhos ^63,64. Experimentos de neurociência cognitiva maioria com TMS, porém, os tempos de reação como a sua medida dependente ^13,48,65,66. Tipicamente, os efeitos são da ordem de dezenas de milissegundos, ou aproximadamente uma alteração de 10% no tempo de reacção ^67. Seja qual for dependente medida é usada deve ser robusta e consistente para que mudanças relativamente pequenas podem ser facilmente observados.

Como qualquer técnica experimental, TMS tem limitações importantes que precisam ser considerados na escolha dessa metodologia. Os mais comuns são: i) a resolução espacial de TMS, ii) os efeitos não específicos associados com a estimulação, e iii) os aspectos de segurança da metodologia. Primeiro, TMS possui uma profundidade limitada da estimulação, porque o campo magnético diminui de intensidade mais distante é proveniente da bobina. Consequentemente, é mais eficaz em estimular regiões do cérebro perto do couro cabeludo (~ 2-3 cm) ^68,69 </sup> E é ineficaz para estimular as estruturas cerebrais profundas. Como resultado, as únicas regiões directamente acessíveis a TMS estão limitados ao manto cortical, embora diferentes bobinas moldadas estão a ser desenvolvidos para alcançar as regiões mais profundas, tais como o gânglio basal ^69. TMS também tem uma resolução espacial de aproximadamente 0,5 – 1 cm ^47,70-72. Assim, o método não pode ser usado para investigar as contribuições funcionais a partir de estruturas espaciais de grãos finos, tais como colunas corticais.

Uma segunda limitação é que a estimulação TMS apresenta efeitos colaterais simultâneos sensoriais como resultado do campo magnético que evolui rapidamente. Mais notavelmente, cada pulso magnético é acompanhado por um clique auditivo e uma sensação de toque. Portanto TMS pode ser inadequada para certos experimentos auditivas ou sensitivas, onde esses efeitos colaterais podem interferir com o desempenho da tarefa. Note, entretanto, que a TMS on-line tem sido utilizado com sucesso em algumas experiências auditivas ^73,74 </sse> e, por conseguinte, é possível, pelo menos em algumas tarefas. Outra consideração é de que a intensidade dos efeitos sensoriais difere entre os locais da cabeça. Por exemplo, o estímulo que é administrado a um local próximo ao ouvido vai soar mais alto do que locais mais distantes. Da mesma forma mais locais ventral na cabeça produzir contração muscular maior do que as áreas dorsais ^75,76. Como essas diferenças site podem induzir problemas metodológicos, é importante usar um site de controle com efeitos colaterais semelhantes para o site principal, como homólogos contralaterais ⁷⁷ ou incluir controle de condições / tarefas que não tocar em processo de interesse ^{24,62 , 73,78,79.}

Finalmente, as considerações de segurança devem sempre ser levados em conta na concepção de experimentos TMS como ele pode potencialmente induzir síncope e convulsões ^27. Para minimizar esse risco, as diretrizes internacionalmente aceitos para intensidade de estimulação, a freqüência ea duração exists, bem como para o número total de impulsos e o intervalo inter-ensaios ^27,28. Protocolos que ficam dentro dessas diretrizes são consideradas seguras para os participantes neurologicamente normais. É interessante notar, no entanto, que estes são ainda incompletos e que os protocolos TMS muitas vezes são introduzidas novas que também provar segura. Em geral, a evidência sugere que, quando as orientações publicadas são seguidos, TMS é um procedimento seguro, sem efeitos secundários perigosos. Uma consequência desses limites, no entanto, é que os protocolos de comportamento muitas vezes necessita de ser ajustado antes de poderem ser utilizados com TMS. Isto tem implicações para vários aspectos da concepção, incluindo a duração da experiência, o número de tentativas, o número de sítios de estimulação e as condições que podem ser testadas. Algumas destas limitações podem ser superadas através da divisão da experiência em sessões separadas, tais como testes de diferentes sítios de estimulação em dias diferentes. Nesses casos, é importante para assegurar que a localizaçãoe teste de um site é feito dentro da mesma sessão. Isso minimiza a variância experimental, maximizando a precisão da segmentação. Ao decidir se deve usar um ou mais sessão de testes, a limitação fundamental é a segurança do participante – especificamente, a quantidade de estimulação que é seguro em uma única sessão. A estimulação global prevê a familiarização, prática, localização (se estiver usando TMS), e testes, potencialmente, sobre vários sites, e criticamente depende do número de tentativas por condição. Onde esse número ultrapassa as diretrizes para uma única sessão, é necessário quebrar o experimento em várias sessões, realizadas um mínimo de 24 horas de intervalo. Não existem regras rígidas e rápidas sobre o número mínimo de tentativas necessárias para experimentos TMS, mas como qualquer experimento, estes podem ser calculados usando cálculos de alimentação padrão com base no tamanho do efeito, variância, em nível de α (tipicamente 0,05) e desejado sensibilidade. Muitas vezes, estimativas razoáveis ​​deo tamanho do efeito e variância estão disponíveis como resultado do extenso teste piloto feito para optimizar o protocolo experimental.

Em resumo, a TMS se tornou uma importante ferramenta com amplas aplicações para a neurociência cognitiva. Este artigo fornece um protocolo básico para a linha TMS em conjunto com uma tarefa comportamental para investigar relações causais do cérebro comportamental, tanto em modo "lesão virtual" e também uma ferramenta chronometric para explorar a dinâmica temporal de processamento de informação neural com especificidade regional.