Транскраниальной магнитной стимуляции для исследования причинно-следственная Мозг-поведенческие отношения и их курс Time

Данная статья представляет собой протокол для оценки причинной и временной участие областях мозга в когнитивных процессов с использованием онлайн-TMS. Эта дискуссия подчеркивает первый критические шаги для создания успешного протокол TMS, а затем те ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании эксперимент TMS.

Поскольку протоколы TMS есть большое количество свободных параметров, обеспечивая оптимальные параметры стимуляции является важным шагом в подготовке эксперимента TMS. Как правило, это достигается за счет экстенсивного пилотного тестирования, чтобы определить частоту стимуляции, продолжительность, интенсивность, между пробную интервал и ориентацию катушки необходимую для получения устойчивых эффектов. Для создания эффективной "виртуальный поражение" частота должна вызвать надежный эффект, который охватывает достаточно большое окно времени, чтобы охватить познавательный процесс интересов. В результате, как частота и продолжительность варьироваться в зависимости от исследований. Аналогичным образом, и #8220; интенсивность право "стимуляция является тот, который обеспечивает магнитное поле влияет нейронной обработки в области мозга целевой и здесь главным фактором является расстояние от катушки к стимуляции сайта ^51. Многие исследования определить интенсивность стимуляции, необходимой для получения моторного ответа при стимуляции области рук первичной моторной коры и использовать это, чтобы нормализовать интенсивность через участников ^52,53-55. Эта мера, однако, не является надежным показателем оптимальную мощность немоторных областях ^42,51,56. Другой вариант заключается в использовании той же интенсивностью для всех участников. Выбранный интенсивность должна быть эффективной во всех пилотных субъектов после экспериментов с рядом интенсивности стимуляции. Кроме того, ориентация катушка является важным параметром, который необходимо учитывать. Конкретный ориентации катушки влияет на распределение наведенного электрического поля внутри стимулированного нейронов населения и, следовательно, могут влиять BehaВИОР. В общем, опубликованные протоколы могут стать отправной точкой, которая многократно изменяться при пилотного тестирования в соответствии с конкретными эксперимент. Часто, однако, информация об этом пилотного тестирования исключается из окончательного варианта рукописи, которая имеет неудачное действие скрывается некоторые ключевые аспекты процесса проектирования протокола.

Выбор процедуры локализации также имеет важное значение для обеспечения того, стимуляция вводят оптимального места. Хотя многие исследования успешно локализован стимуляции сайтов с использованием анатомии на основе методов, нацеленных на один расположен напротив отдельных участников ^57,58, настройки сайта стимуляции для каждого субъекта в отдельности снижает между-предметной дисперсии в поведенческих результатов, дающих более эффективный метод ^31. Здесь мы представили процедуру ТМС на основе функциональной локализации, который предлагает преимущества по сравнению с локализацией МРТ основе. В частности, это позволяет избежать проблема различных пространственных смещений бытьмежду МРТ (например, дренирующих вен ⁵⁹⁾ и TMS (т.е. ориентация аксонов в магнитном поле ^6,60), что может привести к той же нервной реакции локализуется в различных местах. Кроме того, хорошо известно, что конкретное расположение активации "пиков" в МРТ может значительно изменяться, что делает их неоптимальной как TMS цели ^55,61. Тем не менее, множество различных процедур локализации очевидно эффективным, так конкретный выбор менее важно, что обеспечение того, в зависимости от того используется метод обеспечивает надежные и воспроизводимые эффекты.

Хотя данные эксперимента, представленные здесь используется время реакции в качестве зависимой меры, есть много других вариантов. Например, некоторые исследования, а не использовать точность ^9,12,62. В этих случаях, нормальное исполнение без ТМС уже ниже уровня потолка так нарушение индуцируется стимуляции, выраженные в баллах точности.Другие исследования измерили эффекты стимуляции на движения глаз ^63,64. Самые познавательные эксперименты неврологии с ТМС, однако, использовать время реакции как их зависимого меры ^13,48,65,66. Как правило, эффекты от порядка десятков миллисекунд, или примерно изменению времени реакции ⁶⁷ 10%. Независимо зависит мера применяется должна быть надежной и последовательной, так что относительно небольшие изменения могут быть легко наблюдается.

Как и любой экспериментальной техники, ТМС имеет важные ограничения, которые должны быть учтены при выборе этой методологии. Наиболее распространенными из них являются: я) пространственное разрешение TMS, II) неспецифические эффекты, связанные со стимуляцией, и III) аспекты безопасности методологии. Во-первых, TMS имеет ограниченную глубину стимуляции так как магнитное поле снижает интенсивность дальше оно от катушки. Следовательно, наиболее эффективным на стимулирование области мозга вблизи головы (~ 2 – 3 см) ^68,69 </sup> И неэффективна в стимулировании глубокие структуры мозга. В результате, только регионы, непосредственно доступные для TMS ограничены корковой мантии, хотя различные формы катушки разрабатываются для достижения более глубоких областей, таких как базальных ганглиев ^69. TMS также имеет пространственное разрешение около 0,5 – 1 см ^47,70-72. Таким образом, метод не может быть использован для исследования функциональных взносы от мелкозернистых пространственных структур, таких как корковых колонках.

Второе ограничение ТМС в том, что стимуляция вводит одновременно сенсорные побочные эффекты в результате быстро меняющемся магнитном поле. В частности, каждый магнитный импульс сопровождается слуховой щелчком мыши и нарезания резьбы ощущения. Поэтому ТМС может не подходить для определенных слуховых или соматосенсорной экспериментах, где эти побочные эффекты могут помешать выполнению задания. Однако следует отметить, что онлайн-ТМС успешно используется в некоторых слуховых экспериментов ^73,74 </sдо> и, следовательно, возможно, по крайней мере некоторых задач. Еще одно соображение, что интенсивность чувств эффектов отличается по местах головы. Например, стимуляция, которая администрируется месте рядом с ухом будет звучать громче, чем мест еще дальше. Точно больше брюшные места на голове, тем значительнее сокращение мышц, чем спинной областях ^75,76. Потому что эти различия сайт может вызвать экспериментальные путает, важно использовать либо сайт управления с аналогичными побочных эффектов на основной сайт, таких как контралатеральных гомологов ⁷⁷ или включить контрольные условия / задачи, которые вы не используете в процессе интерес ^{24,62 , 73,78,79.}

И, наконец, соображения безопасности всегда должны быть приняты во внимание при проектировании TMS эксперименты, как это может потенциально вызвать обморок и судороги ^27. Чтобы минимизировать этот риск, принятые на международном уровне принципы для интенсивности стимуляции, частоты и продолжительности ExisTS, а также для общего количества импульсов и между пробных интервалами ^27,28. Протоколы, которые остаются в этих руководящих принципов, как полагают, быть безопасными для неврологически нормальных участников. Стоит отметить, однако, что это еще неполным и что часто новые протоколы TMS вводятся также оказаться, что безопасным. В общем, данные свидетельствуют о том, что, когда опубликованные руководящие принципы следуют, ТМС является безопасной процедурой, без опасных побочных эффектов. Одним из следствий этих пределах, однако, в том, что поведенческие протоколы будут часто должны быть скорректированы, прежде чем они могут быть использованы с TMS. Это имеет значение для нескольких аспектах дизайна, в том числе длины эксперимента, числа испытаний, количество условий и стимулирования сайтов, которые могут быть проверены. Некоторые из этих ограничений можно преодолеть путем разделения эксперимент в отдельных сессий, таких как тестирование различных сайтов стимуляции в разные дни. В тех случаях, важно обеспечить, чтобы локализациии тестирование сайта сделано в течение той же сессии. Это сводит к минимуму экспериментальной дисперсии путем максимизации точности таргетинга. При принятии решения об использовании одного или нескольких испытаний сессию, фундаментальное ограничение является безопасность участника – в частности, количество стимуляции, которая является безопасной в течение одной сессии. Общее стимулирование включает в себя ознакомление, практика, локализацию (при использовании ТМС) и тестирование, потенциально более нескольких сайтах, и критически зависит от числа испытаний на каждое условие. Где этот показатель превышает руководящие принципы для одного сеанса, необходимо сломать эксперимент на несколько сессий, проводится, как минимум, 24 часов друг от друга. Есть не трудно-и-быстрые правила, касающиеся минимального числа испытаний, необходимых для TMS экспериментов, но, как и любой эксперимент, они могут быть вычислены с помощью стандартных расчетов энергии на основе величины эффекта, дисперсии, α-уровня (обычно 0,05) и желании чувствительность. Часто разумные оценкивеличина эффекта и дисперсии доступны в результате обширного экспериментального испытаний, проведенных с целью оптимизации экспериментальный протокол.

Таким образом, ТМС стала важным инструментом с широкими приложениями к когнитивной нейронауки. Эта статья предусматривает базовый протокол для интернет-TMS в сочетании с поведенческой задачи для исследования причинно-следственных мозга-поведенческая отношения как в режиме «виртуального поражения", а также хронометрическая инструмент для изучения временной динамики регионально конкретной обработки нейронной информации.