Stimulation magnétique transcrânienne pour l'étude des relations causales Brain-comportementales et leur temps de parcours

Cet article présente un protocole pour l'évaluation de la causalité et l'implication temporelle des régions du cerveau dans les processus cognitifs à l'aide de TMS en ligne. Cette discussion souligne d'abord les étapes critiques pour la création d'un protocole de TMS succès et puis les limites qui doivent être pris en considération lors de la conception d'une expérience de TMS.

Parce que les protocoles TMS ont un grand nombre de paramètres libres, assurant les paramètres de stimulation optimale est une étape essentielle dans la préparation d'une expérience de TMS. Normalement, cela est réalisé par des essais pilotes vaste afin de déterminer la fréquence de stimulation, la durée, l'intensité, l'intervalle entre les essais et l'orientation de la bobine nécessaire pour produire des effets robustes. Pour créer une "lésion virtuelle» efficace de la fréquence doit induire un effet robuste qui couvre une assez grande fenêtre de temps pour englober le processus cognitif d'intérêt. En conséquence, la fréquence et la durée varient selon les études. De même, l'& #8220; intensité à droite "de la stimulation est celui qui assure le champ magnétique affecte le traitement de neurones dans la région du cerveau cible et ici le facteur principal est la distance à partir de la bobine vers le site de stimulation ^51. De nombreuses études identifient l'intensité de la stimulation nécessaire pour produire une réponse motrice lors de la stimulation de la zone de la main cortex moteur primaire et l'utiliser pour normaliser l'intensité à travers les participants ^52,53-55. Cette mesure, cependant, n'est pas un indice fiable de l'intensité optimale pour les zones non moteurs ^42,51,56. Une autre option consiste à utiliser la même intensité pour tous les participants. L'intensité choisie doit être efficace dans toutes les matières pilotes après avoir expérimenté une gamme d'intensités de stimulation. En outre, l'orientation de la bobine est un paramètre important qui nécessite un examen. L'orientation de la bobine spécifique affecte la distribution du champ électrique induit au sein de la population neuronale stimulée et peut donc influencer behaportement. En général, les protocoles publiés peuvent fournir un point de départ qui est itérativement modifiée au cours de l'essai pilote en fonction de l'expérience spécifique. Souvent, cependant, les informations sur cette mise à l'essai est omis de la version finale du manuscrit, qui a pour effet regrettable de cacher certains aspects clés du processus de conception du protocole.

Le choix d'une procédure de localisation est également indispensable de veiller à ce que la stimulation est administrée au site optimal. Bien que de nombreuses études ont localisé avec succès des sites de stimulation utilisant des méthodes fondées anatomie qui ciblent un emplacement unique à travers différents participants ^57,58, la personnalisation du site de stimulation pour chaque sujet réduit individuellement entre-sujet variance dans les résultats comportementaux rendement d'une méthode plus efficace ^31. Ici, nous avons présenté une procédure de localisation fonctionnelle à base de TMS qui offre des avantages sur la localisation basée sur l'IRMf. Plus précisément, il permet d'éviter le problème des différentes distorsions spatiales soitentre IRMf (c.-à veines qui drainent ⁵⁹⁾ et TMS (c'est à dire, l'orientation des axones dans le champ magnétique ^{de 6,60)} qui peut aboutir à la même réponse neuronale étant localisée à différents endroits. En outre, il est bien connu que l'activation de l'emplacement exact des «pics» dans IRMf peut varier considérablement, rendant sous-optimale en tant que cible TMS ^55,61. Même ainsi, une variété de procédures de localisation différents sont notoirement efficace, de sorte que le choix spécifique est moins important que pour que la méthode qui est utilisée fournit des effets fiables et reproductibles.

Bien que les données de l'expérience présentés ici utilisés des temps de réaction que la mesure dépend, il ya beaucoup d'autres options disponibles. Par exemple, certaines études utilisent exactitude place ^9,12,62. Dans ces cas, l'exécution normale sans TMS est déjà en dessous des niveaux de plafond de sorte que la perturbation induite par la stimulation se reflète dans les scores de précision.D'autres études ont mesuré les effets de la stimulation sur les mouvements oculaires ^63,64. Expériences en neurosciences cognitives plus avec TMS, cependant, utilisent des temps de réaction comme mesure dépendante ^13,48,65,66. En règle générale, les effets sont de l'ordre de plusieurs dizaines de ms, soit environ un changement de 10% dans des temps de réaction ^67. Quelle que soit la mesure dépendante utilisée doit être robuste et cohérente afin que des variations relativement faibles peuvent être facilement observés.

Comme toute technique expérimentale, TMS a des limites importantes qui doivent être considérés lors du choix de cette méthode. Les plus courants sont les suivants: i) la résolution spatiale des TMS, ii) les effets non spécifiques associée à la stimulation, et iii) les aspects de sécurité de la méthodologie. Tout d'abord, TMS a une profondeur limitée de stimulation car le champ magnétique réduit l'intensité du plus loin qu'il est de la bobine. Par conséquent, il est plus efficace de stimuler les régions du cerveau près du cuir chevelu (~ 2 – 3 cm) ^68,69 </sup> Et est inefficace pour stimuler les structures profondes du cerveau. En conséquence, les seules régions directement accessibles au TMS sont limités à l'enveloppe corticale, bien que les différents enroulements formés sont développés pour atteindre les régions plus profondes telles que les noyaux gris centraux ^69. TMS a également une résolution spatiale d'environ 0,5 à 1 cm ^47,70-72. Ainsi, la méthode ne peut être utilisée pour étudier les contributions fonctionnelles de structures spatiales à grains fins tels que des colonnes corticales.

Une deuxième limite de TMS est que la stimulation introduit des effets simultanés secondaires sensorielles en raison du champ magnétique en mutation rapide. Plus particulièrement, chaque impulsion magnétique est accompagné par un clic sonore et une sensation de taraudage. Par conséquent TMS peut être inapproprié pour certaines expériences auditives ou somesthésiques où ces effets secondaires peuvent interférer avec l'exécution des tâches. Notez, cependant, que la ligne TMS a été utilisé avec succès dans des expériences auditives ^73,74 </sup> et est donc possible, dans au moins certaines tâches. Une autre considération est que l'intensité des effets sensoriels diffère selon les endroits de la tête. Par exemple, la stimulation qui est administrée à un endroit près de l'oreille retentit plus fort que les emplacements plus loin. De même plusieurs emplacements ventrales sur la tête produisent plus la contraction musculaire que les zones dorsales ^75,76. Parce que ces différences entre les sites peuvent induire confond expérimentales, il est important d'utiliser soit un site de contrôle avec des effets secondaires similaires au site principal comme homologues controlatéraux ⁷⁷ ou inclure les conditions de contrôle / tâches qui ne puisent pas dans le processus d'intérêt ^{24,62 , 73,78,79.}

Enfin, les considérations de sécurité doivent toujours être pris en compte lors de la conception des expériences de TMS car cela peut potentiellement induire une syncope et saisies ^27. Pour minimiser ce risque, des lignes directrices internationalement reconnues pour l'intensité de la stimulation, la fréquence et la durée exists, ainsi que pour le nombre total d'impulsions et les intervalles entre les essais ^27,28. Protocoles qui restent dans ces lignes directrices sont censées être sans danger pour les participants neurologiquement normaux. Il est à noter, cependant, que ce sont encore incomplètes et que, souvent, de nouveaux protocoles de TMS sont introduits qui prouvent également sans danger. En général, les données suggèrent que lorsque les lignes directrices publiées sont suivies, TMS est une procédure sûre et sans effets secondaires dangereux. Une des conséquences de ces limites, cependant, est que les protocoles de comportement souvent besoin d'être ajustée avant qu'ils ne puissent être utilisés avec TMS. Ceci a des implications pour plusieurs aspects de la conception, y compris la durée de l'expérience, le nombre d'essais, le nombre de conditions et de sites de stimulation qui peuvent être testés. Certaines de ces limitations peuvent être surmontées en divisant l'expérience dans des sessions distinctes, telles que tester différents sites de stimulation à des jours différents. Dans ces cas, il est important de veiller à ce que la localisationet les essais d'un site sont effectuées dans la même session. Ceci minimise la variance expérimentale en maximisant la précision de ciblage. Lorsque vous décidez d'utiliser une ou plusieurs séance d'essais, la limitation fondamentale est la sécurité des participants – en particulier, la quantité de stimulation qui est sûr en une seule séance. La stimulation totale exige une familiarisation, la pratique, la localisation (si vous utilisez TMS), et l'essai, potentiellement sur plusieurs sites, et dépend essentiellement du nombre d'essais par condition. Lorsque ce chiffre dépasse les lignes directrices pour une seule session, il est nécessaire de briser l'expérience en plusieurs sessions, effectué au moins 24 heures d'intervalle. Il ne sont pas des règles strictes et rapides concernant le nombre minimum d'essais nécessaires pour les expériences de TMS, mais comme toute expérience, ceux-ci peuvent être calculées en utilisant les calculs de puissance standard basées sur la taille de l'effet, la variance, niveau α (généralement 0,05) et souhaitées sensibilité. Souvent estimations raisonnables del'ampleur de l'effet et de la variance sont disponibles à la suite de la mise à l'essai extensif fait pour optimiser le protocole expérimental.

En résumé, TMS est devenu un outil important avec de larges applications à la neuroscience cognitive. Cet article fournit un protocole de base pour ligne TMS en conjonction avec une tâche comportementale pour l'étude des relations cerveau-comportement causalité fois en mode «lésion virtuelle» et aussi un outil chronométrique pour explorer la dynamique temporelle de traitement de l'information neuronale régionale spécifique.