توظيف التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة في بيئة محدودة الموارد لإقامة علاقات بين الدماغ والسلوك

Summary

وقد ثبت أن التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) و TMS منخفض التردد (lfTMS) مساهمان رئيسيان في أدبيات الدماغ. هنا نسلط الضوء على طرق التحقيق في الارتباطات القشرية للخداع الذاتي باستخدام TMS.

Abstract

عادة ما ينظر إلى التصوير العصبي على أنه مورد يتطلب الانضباط. في حين أن هذا هو الحال في ظروف معينة ، فإن المؤسسات ذات الموارد المحدودة ساهمت تاريخيا بشكل كبير في مجال علم الأعصاب ، بما في ذلك التصوير العصبي. في دراسة الخداع الذاتي ، نجحنا في استخدام TMS أحادي النبض لتحديد ارتباطات الدماغ بالقدرات بما في ذلك المبالغة في المطالبة وتعزيز الذات. حتى بدون استخدام الملاحة العصبية ، فإن الأساليب المقدمة هنا تؤدي إلى نتائج ناجحة. على سبيل المثال ، تم اكتشاف أن الانخفاض في الاستجابة الخادعة للذات يؤدي إلى انخفاض في التأثير. توفر هذه الأساليب بيانات موثوقة وصالحة ، وتوفر هذه الأساليب فرصا بحثية غير متوفرة بخلاف ذلك. من خلال استخدام هذه الأساليب ، يتم توسيع قاعدة المعرفة الشاملة في مجال علم الأعصاب ، مما يوفر فرصا بحثية للطلاب مثل أولئك الموجودين في مؤسستنا (جامعة ولاية مونتكلير هي معهد يخدم من أصل إسباني) الذين غالبا ما يحرمون من مثل هذه الخبرات البحثية.

Introduction

هناك عدد من التحديات التي تواجه التحقيق في ارتباطات سلوك الدماغ في المؤسسات البحثية ذات الموارد المحدودة (غالبا ما يشار إليها باسم "الجامعات التعليمية"). وفقا للبيانات المقدمة من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) ، يتم إكمال جميع الأبحاث الأكاديمية تقريبا من قبل نسبة صغيرة من مؤسسات التعليم العالي في الولايات المتحدة. عند فحص أكثر من 4400 مؤسسة تمنح درجة ما بعد الثانوية ، تقوم أفضل 115 جامعة / معهد بإجراء ونشر 75٪ من جميع الأبحاث¹. في الولايات المتحدة ، هناك 131 بحثا 1 (R1: أعلى مستوى من المكانة يمكن أن تحققه الجامعة من حيث ترتيب البحوث) الجامعات التي تتلقى الجزء الأكبر من التمويل الفيدرالي.

هذا التفاوت في التمويل الكبير يحد من خيارات البحث للعديد من الباحثين الرئيسيين وكذلك الطلاب. على سبيل المثال ، 1.9٪ فقط من جامعات R1 هي معاهد تخدم من أصل إسباني. علاوة على ذلك ، فإن المعاهد غير R1 محدودة من حيث مساحة البحث والمنح الممنوحة والوقت المتاح للبحث ، وغالبا ما لا يكون لهذه المدارس انتماءات لكليات الطب². بالنظر إلى هذه العقبات ، فإننا نقدم الأساليب التي سمحت بنجاح بالتحقيق في علاقات سلوك الدماغ في الخداع في بيئة محدودة الموارد. في حين أن هذه الأساليب مناسبة لأي معهد ، فإننا نعتقد أن أولئك الذين يدرسون في جامعات أصغر / كثيفة التدريس سيحصلون على أقصى استفادة من هذه الأساليب.

ركز مختبرنا في المقام الأول على مناطق الدماغ المسؤولة عن إنتاج الخداع الذاتي وتعزيز الذات. يمكن تحقيق السببية من حيث المناطق القشرية الأساسية من خلال عدد من التقنيات ، وتساعد هذه البيانات على تأكيد طرق التصوير العصبي المرتبطة وتجارب المرضى التجريبية^3،4،5.

للتحقيق في الخداع الذاتي باستخدام تقنيات التصوير العصبي السببي ، تم استخدام عدد من الطرق المبتكرة ، خاصة مع التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة أحادي النبض (TMS) و TMS المتكرر (rTMS⁶; الشكل 1). في حين تم استخدام tDCS (التحفيز القشري المباشر عبر الجمجمة) بنجاح⁷ ويمكن تعديله لتكرار الأساليب والإجراءات والنتائج المعروضة هنا ، فإن مرونة TMS لا تزال تجعلها الخيار الأمثل للتعديل العصبي للخداع الذاتي. في تنفيذه الأكثر شيوعا ، يمنع الباحثون أو يثيرون أو يعطلون أو يقيسون الاستثارة القشرية (غير مغطاة هنا ، ولكن انظر المرجع⁸).

يبدو أن القشرة الجبهية الإنسية (MPFC) متورطة في الاستجابة الخادعة الذاتية⁹. بالنظر إلى دور هياكل خط الوسط القشرية (CMS) من حيث الوعي الذاتي بشكل عام¹⁰ ، فليس من المستغرب أن يرتبط خداع الذات بنشاط MPFC. لتحديد السببية من حيث المناطق الأمامية ، تم الاعتماد على TMS لإنشاء "آفات افتراضية" أثناء قياس نوبات الخداع الذاتي¹¹. تم تحقيق قياس الخداع الذاتي من خلال طريقتين رئيسيتين: تعزيز الذات والمبالغة^{في المطالبة 6}.

لقد وجدنا أن تعطيل MPFC يؤدي إلى الحد من الخداع الذاتي⁶،⁸،^11،12،13. علاوة على ذلك ، اكتشفنا أن مثل هذا الانخفاض (أي خفض خداع الذات) يرتبط بانخفاض في تأثير الشخص (أي زيادة المزاج السلبي وانخفاض المزاج الإيجابي).

نظرا لعدم استخدام الملاحة العصبية / التصوير بالرنين المغناطيسي الفردي (بسبب النفقات ، لا تملك معظم المختبرات هذه الموارد) ، فقد يثار القلق بشأن تحديد المواقع والدقة في استهداف TMS. لقد عوضنا عن ذلك من خلال القيام أحيانا بإجراءات ائتمانية يتم فيها وضع هدف تباين (على سبيل المثال ، قرص فيتامين E) على الغطاء ويتم / يتم فحص المشارك (المشاركين) لاحقا في التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي^11,12. أكدت هذه الطرق دقة الطرق الموضحة هنا ، ونحن نستهدف الجانب الإنسي من MPFC على حدود BA 10/9 التي تقع فوق الجير الجبهي الإنسي (0 ، ~ 40 ، ~ 30).

من الواضح أنه يمكن الحصول على دقة مكانية أعلى باستخدام طرق أخرى مثل الملاحة العصبية ، ومع ذلك ، لا يتم استخدام هذه الأساليب دون عيوب تشمل تسرب المشاركين ، واستبعاد المشاركين ، وزيادة طول المدة التجريبية ، والتدريب الإضافي والفحص ، والنفقات الإضافية ، وغالبا ما تكون زيارات الموقع المتعددة للمشاركين. لذلك ، توفر الطرق المعروضة هنا بديلا ممتازا للملاحة العصبية في العديد من الظروف.

Protocol

تمت الموافقة على البحث المقدم هنا من قبل لجنة مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) بجامعة ولاية مونتكلير. تم التعامل مع جميع المشاركين ضمن المبادئ التوجيهية الأخلاقية ل APA.

1. المشاركون

1. أولا ، احصل على موافقة لجنة مراجعة IRB على البروتوكول (انظر المناقشة للمؤسسات غير البحثية 1). يوصى بالتشاور مع الباحثين ذوي الخبرة. الحصول على نماذج مثل الفحص (الملف التكميلي 1) والآثار الجانبية (الملف التكميلي 2) من باحثين آخرين - يتم مشاركتها بسهولة عبر مجتمع TMS. ملاحظة: لغرض هذه التجربة ، تم الحصول على النماذج من Simone Rossi.
2. تدريب جميع الباحثين على الموافقة وإبلاغ المشاركين بجميع المخاطر والآثار الجانبية والأحداث السلبية المحتملة. إذا لزم الأمر ، يأخذ الباحث الرئيسي (PI) دورة TMS إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من المعرفة. قبل تشغيل المشاركين ، تأكد من أن PI يقوم بإجراء اختبار تجريبي للبروتوكول بما في ذلك الموافقة واستخلاص المعلومات.
3. تجنيد المشاركين من خلال النشرات في جميع أنحاء الحرم الجامعي. فحص المشاركين شخصيا ؛ لا يلزم أن يكون الاتصال الأولي شخصيا. تأكد من أن النشرات تصف التعويض والمخاطر بشكل عام فقط ، بما في ذلك أي ظروف خاصة (مثل COVID).
4. تأكد من قراءة المشاركين لنموذج الموافقة بصوت عال بما في ذلك أسئلة محددة بما في ذلك: هل أنت طالب حالي في ____PI______؟ هل لديك: تاريخ من الصرع ، تاريخ عائلي من الصرع؟ هل لديك تاريخ من النوبات؟ هل لديك أي من السكتة الدماغية التالية، أو غرسات المعادن القحفية، أو آفة الدماغ الهيكلية، أو الجهاز المزروع، أو جهاز تنظيم ضربات القلب، أو مضخة الأدوية، أو غرسة القوقعة الصناعية، أو محفز الدماغ المزروع، أو عامل المعادن؟ هل لديك تاريخ من صدمة الرأس مع فقدان الوعي؟ هل لديك احتمال كبير للحمل؟ هل أنت أصغر من 18 عاما؟ هل يزيد عمرك عن 65 عاما؟
5. عذر أي مشارك يؤكد أي أسئلة من الدراسة.
6. قبل التسجيل ، تأكد من إدارة قائمة التحقق من الفحص.
7. دفع 25 دولارا لجميع المشاركين مقابل مشاركتهم ومعاملتهم وفقا للمبادئ التوجيهية لمجلس المراجعة المؤسسية في جامعة ولاية مونتكلير وجمعية علم النفس الأمريكية.
8. تقديم جميع TMS ضمن المعلمة المناسبة للمؤسسة (انظر المناقشة).
9. تعد سلامة المشاركين وراحتهم أمرا بالغ الأهمية ، لذا في جميع النقاط إلى الأمام ، اسأل المشاركين وراقبهم عن كثب لفظيا وبصريا. يمكن أن تكون العصبية هي القاعدة التي تؤدي في بعض الحالات إلى نتائج أكثر صعوبة ويتم مراقبة ذلك.

2. مناولة معدات TMS

1. استخدم جهاز TMS أحادي النبضة لجميع عمليات التحفيز. قم بتشغيل الجهاز عن طريق الاكتئاب المتزامن لمفاتيح اليد والقدم يدويا بواسطة PI. استخدم الحد الأقصى لمعدل التحفيز للمحفز (أي 0.75 هرتز).
2. استخدم ملفا بحجم 70 مم من ثمانية ملفات طوال التجربة. تأكد من أن الملف لا يصل أبدا إلى درجات حرارة خطرة / مغلقة أثناء التجربة. ملفات النسخ الاحتياطي جاهزة في حالة الحاجة إليها كبدائل.
3. تقديم جميع المحفزات باستخدام جهاز كمبيوتر محمول. افتح البرنامج (على سبيل المثال ، Testable) وقم بتسجيل الدخول إلى الحساب. انقر على التجربة المناسبة.
4. قم بقياس الشاشة باستخدام بطاقة ائتمان. أدخل المعلومات الديموغرافية. تنظيف / تعقيم الكمبيوتر المحمول قبل وبعد اختبار كل مشارك.
5. حدد عتبة المحرك باستخدام الفحص البصري (5/10 أثار الخاطف بوليسيس بريفيس) أو عن طريق تخطيط كهربية العضل (EMG).
6. استخدم قبعات السباحة للحفاظ على العلامات. استخدم حامل ملف قياسي للتدريب وكعرض توضيحي فقط ، وليس للتحفيز النشط.
7. استخدم مقاييس الشريط القماشي لاتخاذ إحداثيات CZ و OZ من نظام 10/20 وأخذ MPFC من دراسة سابقة حول المبالغة في^{المطالبة ب 10}. لتحديد MPFC ، خذ 1/3 من مسافة nasion إلى inion ، و MPFC هو 1.5 سم أمامي لهذا الموقع. وسيركز هذا في BA 10/9 (التلفيف الجبهي الإنسي).
8. قم بتأكيد القياسات وفقا لتقدير PI باستخدام الطريقة الائتمانية التي يتم فيها التصاق قرص فيتامين E بغطاء موقع الملف الذي سيتباين بسهولة في التصوير بالرنين المغناطيسي القياسي. نظرا للتكلفة ، هذا الخيار محدود.

3. كوفيد - 19

1. بسبب COVID-19 ، قم بتضمين البروتوكولات التالية¹⁴. في نموذج الموافقة ، أضف إخلاء مسؤولية: "بصفتك مشاركا في هذه الدراسة ، ستقضي بعض الوقت في مكان داخلي على مقربة من الباحث. وهذا يشكل خطرا إضافيا كبيرا على الإصابة بكوفيد-19. نحن نتخذ الاحتياطات التالية لحمايتك مثل: PI فقط سيكون على بعد 6 أقدام من المشارك. يسمح بمساعد واحد فقط في المنطقة المجاورة ولكن يجب أن يبقوا بعيدين اجتماعيا. يجب على المشارك ارتداء قناعين. يجب على PI ارتداء قناعين وقفازات ودرع للوجه. يجب على المساعد ارتداء قناع ودرع للوجه ؛ يتم تعقيم جميع معدات الاتصال."
2. قم بإجراء جميع التجارب في الردهة / القاعة خارج المختبر العادي حيث يتم زيادة التهوية بشكل كبير. جميع المعدات قابلة للتعقيم والمحمولة.
3. بمجرد تخفيف بروتوكولات COVID-19 ، استخدم الإجراءات العادية.

4. عتبة المحرك

1. ضع علامة على قبعات السباحة على طول خط nasion / inion ونقطة الوسط المأخوذة باستخدام علامة سحرية. قم بقياس نقاط ما قبل الأذن وخذ نقاط الوسط هذه أيضا. من هنا، إحداثيات القطعة 10/20 (انظر 2.6).
2. باستخدام خط ما قبل الأذن الأيمن في نصف الكرة الأرضية ، انتقل بنسبة 33٪ إلى الأسفل (في الاتجاه البطني) وابدأ البحث عن الموقع الأمثل للخاطف Pollicis Brevis (APB) باستخدام ملف TMS. قم بتفريغ جهاز TMS باستخدام مشغل الملف ومفتاح القدم وفك ارتباط السلامة.
3. قم بتوجيه ملف TMS عند 45 درجة لجميع عمليات البحث وعمليات تسليم TMS.
4. ابدأ تشغيل ناتج التحفيز عند 30٪ من إجمالي خرج الماكينة باستخدام القرص الموجود في مقدمة الماكينة وارفعه بزيادات بنسبة 2٪ باستخدام القرص حتى يتم ملاحظة حركة. هنا ، مع زيادة التحفيز من حيث الكثافة ، حرك الموقع أيضا. هناك تفاعل دقيق بين حركة الملف وكثافة التحفيز.
5. بمجرد العثور على الموقع الأمثل (أي الموقع الذي قدم أقصى استجابة APB) ، حدد MT.
6. قبل البدء في تحديد MT، ضع علامة على موقع طرف الملف على الغطاء للسماح بوضعه بدقة. تتبع الجزء الأمامي بأكمله من الملف إلى غطاء السباحة باستخدام علامة سحرية.
7. بالنسبة لطريقة الفحص البصري ، استخدم ما يقرب من 20 نبضة (شدة مختلفة للماكينة) للعثور على مستوى التحفيز الذي ينتج عنه 5/10 (50٪) من استجابات APB. يجب رفع القرص وخفضه استجابة لزيادة أو انخفاض حركات الأصابع. ابدأ بنسبة 20٪ من شدة الماكينة واعمل على زيادة كفكتها. بمجرد الحصول على إجابات 5/10 ، قم بتسجيل MT للفرد من خلال ملاحظة ما تعرضه الماكينة على أنه الكثافة.
8. بالنسبة لطريقة MEP (المفضلة) ، ضع أقطاب كهربائية يمكن التخلص منها على APB ووتر الإبهام والأرض (عادة حول الجزء الخلفي من المعصم) ، وبدلا من استخدام الفحص البصري ، يجب ملاحظة MEP إيجابي على وحدة التسجيل.
9. حدد استجابة MEP إيجابية على أنها MEP بسعة ≥50 μV من الذروة إلى الذروة.
10. على غرار الفحص البصري ، حفز حتى يتم ملاحظة 5/10 أعضاء البرلمان الأوروبي الإيجابيين. يجب أن يكون أعضاء البرلمان الأوروبي أكبر من 50 ميكروفولت. إذا كان 50٪ من أعضاء البرلمان الأوروبي أعلى (و 50٪ أقل) ، فقد تم تحديد MT.
11. بمجرد إنشائها ، اضبط جهاز TMS على مستوى التحفيز المناسب. 90٪ من عتبة المحرك هي توازن مثالي بين TMS النشط الفعال والسلامة. لا تتجاوز 45٪ من إجمالي إنتاج الماكينة. هناك مناسبات يكون فيها MT للشخص 60٪ من إجمالي إنتاج الجهاز ، ولكن هذا أمر نادر الحدوث.

5. نشط نبضة واحدة TMS

1. حدد عشوائيا ترتيب جميع المواقع (على سبيل المثال ، SMA ، PZ ، MPFC ، أو Sham على CZ ؛ الشكل 5).
2. ضع الملف فوق الموقع النشط وابدأ برنامج عرض تقديمي (على سبيل المثال، Testable (انظر أدناه)). يجب أن يستمر التحفيز تلقائيا ومتزامنا مع المحفزات.
3. دائما لديك لفائف احتياطية في حالة ارتفاع درجة الحرارة.

6. العرض التقديمي

1. جمع جميع البيانات السلوكية باستخدام برنامج عرض تقديمي (على سبيل المثال ، Testable) يتم تكوين هذا البرنامج بسهولة ، والبرامج النصية بسيطة.
   ملاحظة: يتم إنشاء ثلاث كتل منفصلة - واحدة لكل حالة من حالات الدماغ. يتم اختيار التركيبة السكانية التي سيتم جمعها أولا باستخدام روتين الاختيار التلقائي في Testable. ثم يتم وضع الكلمات الحقيقية والكلمات المزيفة في برنامج البرمجة النصية. يتم اختيار حجم الكلمات ومدتها ، وكذلك الموقع على شاشة كلمات التحفيز.
2. بمجرد إنشاء البرنامج النصي ، قم بجمع التركيبة السكانية أولا وقم بإجراء معايرة الشاشة. يتم ذلك بمطابقة شريط التمرير مع بطاقة الائتمان. قم بإجراء جميع التجارب على جهاز كمبيوتر. يتم إجراء جميع الردود على لوحة المفاتيح المدمجة ولوحة الاستشعار.
3. قدم تجربتين تدريبيتين وأدخل المقياس التناظري. جميع المشاركين التكيف بسهولة مع المعدات. يتم إعطاء التعليمات شفهيا ، ويطلب من المشاركين تقييم مدى معرفتهم بالكلمة.
   1. إذا كانت الكلمة مألوفة لهم (مثل "مكتب") فيجب منحها تصنيفا عاليا.
   2. إذا كانوا "نوعا ما" يعرفون الكلمة ، فيجب عليهم إعطاء تصنيف متوسط (مثل "الكلوروفيل").
   3. إذا لم يكن مألوفا لهم ، فسيعينون تقييما منخفضا (مثل "5HTTlpr"). يجب استخدام ما مجموعه 144 كلمة (36 لكل موقع دماغ).
4. المشاركون لديهم وقت غير محدود للرد. بعد الاستجابة على المقياس التناظري ، يتم تقديم الكلمة التالية.

النتائج

وتضمن الشكل 2، المأخوذ من تايلور - ليكويست وآخرون ¹⁴، أربعة مواقع للدماغ: MPFC، وSMA، وPSZ، وموقع شام. وقد استخدمت هذه المواقع لتحديد الارتباطات بين المبالغة في المطالبات. المبالغة في المطالبة هي مشارك يشير إلى أنهم يعرفون كلمة بينما هي في الواقع ليست كلمة. تم اختبار ...

Discussion

تم استخدام البروتوكول (والاختلافات) الموضحة هنا في أكثر من 50 دراسة في جامعة ولاية مونتكلير. يمكن إنشاء الإعداد بأكمله بأقل من 15000 دولار (الولايات المتحدة). علاوة على ذلك ، وجدنا أن إحداثياتنا تتطابق بشكل جيد مع هياكل الدماغ الأساسية باستخدام الإجراءات الائتمانية.

غالبا ما تس...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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