Emplear la estimulación magnética transcraneal en un entorno de recursos limitados para establecer relaciones cerebro-comportamiento

Resumen

Se ha demostrado que la estimulación magnética transcraneal (EMT) y la EMT de baja frecuencia (lfTMS) son los principales contribuyentes a la literatura cerebral. Aquí destacamos los métodos para investigar los correlatos corticales del autoengaño utilizando TMS.

Resumen

La neuroimagen se percibe típicamente como una disciplina que exige recursos. Si bien este es el caso en ciertas circunstancias, las instituciones con recursos limitados históricamente han contribuido significativamente al campo de la neurociencia, incluida la neuroimagen. En el estudio del autoengaño, hemos empleado con éxito TMS de pulso único para determinar los correlatos cerebrales de las habilidades, incluida la sobreexplotación y la automejora. Incluso sin el uso de la neuronavegación, los métodos proporcionados aquí conducen a resultados exitosos. Por ejemplo, se descubrió que las disminuciones en la respuesta autoengañosa conducen a una disminución en el afecto. Estos métodos proporcionan datos que son confiables y válidos, y tales métodos proporcionan oportunidades de investigación que de otro modo no estarían disponibles. A través del uso de estos métodos, la base de conocimiento general en el campo de la neurociencia se amplía, brindando oportunidades de investigación a estudiantes como los de nuestra institución (montclair State University es un Instituto de Servicio Hispano) a quienes a menudo se les niegan tales experiencias de investigación.

Introducción

Hay una serie de desafíos para investigar los correlatos cerebro-comportamiento en instituciones de investigación con recursos limitados (a menudo denominadas "universidades de enseñanza"). Según los datos proporcionados por la National Science Foundation (NSF), casi toda la investigación académica es completada por un pequeño porcentaje de instituciones de educación superior en los Estados Unidos. Al examinar más de 4.400 instituciones que otorgan títulos postsecundarios, las 115 mejores universidades / institutos realizan y publican el 75% de todas las investigaciones¹. En los Estados Unidos, hay 131 universidades de investigación 1 (R1: El nivel de estatus más alto que una universidad puede alcanzar en términos de clasificación de investigación) que reciben la mayor parte de los fondos federales.

Esta gran disparidad de financiación limita las opciones de investigación para muchos investigadores principales, así como para los estudiantes; por ejemplo, solo el 1.9% de las universidades R1 son institutos que sirven a los hispanos. Además, los institutos que no son R1 están limitados en términos de espacio de investigación, subvenciones otorgadas y tiempo disponible para la investigación, y estas escuelas a menudo no tienen afiliaciones a escuelas de medicina². Dados estos obstáculos, proporcionamos los métodos que han permitido con éxito la investigación de las relaciones cerebro-comportamiento en el engaño en un entorno de recursos limitados. Si bien estos métodos son adecuados para cualquier instituto, creemos que aquellos en universidades más pequeñas / que enseñan intensivamente recibirán el máximo beneficio de estos métodos.

Nuestro laboratorio se ha centrado principalmente en las regiones del cerebro responsables de producir el autoengaño y la automejora. El establecimiento de la causalidad en términos de las regiones corticales subyacentes se puede lograr mediante una serie de técnicas, y estos datos ayudan a confirmar los métodos correlativos de neuroimagen y los ensayos experimentales de pacientes ^3,4,5.

Para investigar el autoengaño con técnicas de neuroimagen causal, se han empleado una serie de métodos innovadores, principalmente con estimulación magnética transcraneal (EMT) de pulso único y EMT repetitiva (EMTr⁶; Figura 1). Si bien la tDCS (estimulación cortical directa transcraneal) se ha empleado con éxito⁷ y puede modificarse para replicar los métodos, procedimientos y resultados presentados aquí, la flexibilidad de tmS aún lo convierte en la opción óptima para la neuromodulación del autoengaño. En su implementación más común, los investigadores inhiben, excitan, interrumpen o miden la excitabilidad cortical (no se cubre aquí, pero vea la referencia⁸).

La corteza prefrontal medial (MPFC) parece estar involucrada en la respuesta autoengañosa⁹. Dado el papel de las Estructuras Corticales de Línea Media (CMS) en términos de autoconciencia en general¹⁰, no es sorprendente que el autoengaño se correlacione con la actividad de MPFC. Para determinar la causalidad en términos de regiones frontales, se confió en TMS para crear "lesiones virtuales" mientras se medían los episodios de autoengaño¹¹. La medición del autoengaño se ha logrado a través de dos métodos principales: la automejora y la sobreexplotación⁶.

Hemos encontrado que la interrupción del MPFC conduce a la reducción del autoengaño 6,8,11,12,13. Además, hemos descubierto que tal reducción (es decir, la disminución del autoengaño) está relacionada con una disminución en el afecto de una persona (es decir, el estado de ánimo negativo aumenta y el estado de ánimo positivo disminuye).

Debido a que no se emplean neuro-navegación / resonancias magnéticas individuales (debido al gasto, la mayoría de los laboratorios no tienen estos recursos), se puede plantear la preocupación sobre el posicionamiento y la precisión en la orientación de TMS. Hemos compensado esto haciendo ocasionalmente procedimientos fiduciarios en los que se coloca un objetivo de contraste (por ejemplo, una tableta de vitamina E) en la tapa y los participantes se escanean posteriormente en una resonancia magnética estructural^11,12. Estos métodos han confirmado la precisión de los métodos descritos aquí, y estamos apuntando al aspecto medial del MPFC en el borde de BA 10/9 que se encuentra por encima del giro frontal medial (0, ~ 40, ~ 30).

Claramente, se puede obtener una mayor resolución espacial utilizando otros métodos como la neuronavegación, sin embargo, estos métodos no se emplean sin inconvenientes que incluyen la deserción de los participantes, la exclusión de los participantes, el aumento de la duración experimental, la capacitación y la detección adicionales, los gastos adicionales y, a menudo, las visitas múltiples al sitio para los participantes. Por lo tanto, los métodos presentados aquí ofrecen una excelente alternativa a la neuronavegación en muchas circunstancias.

Protocolo

La investigación presentada aquí fue aprobada por el comité de la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad Estatal de Montclair. Todos los participantes han sido tratados dentro de las directrices éticas de la APA.

1. Participantes

1. Primero, obtenga la aprobación de revisión del Comité IRB para el protocolo (consulte Discusión para instituciones que no son de Investigación 1). Se recomienda consultar con investigadores experimentados. Obtenga formularios como los formularios screening (Archivo complementario 1) y Efectos secundarios (Archivo complementario 2) de otros investigadores, que se comparten fácilmente en toda la comunidad de TMS. NOTA: Para el propósito de este experimento, se obtuvieron formas de Simone Rossi.
2. Capacitar a todos los investigadores para que consientan e informen a los participantes sobre todos los riesgos, efectos secundarios y posibles eventos adversos. Si es necesario, el Investigador Principal (PI) toma un curso de TMS si se necesitan más conocimientos. Antes de ejecutar a los participantes, asegúrese de que el IP realice una prueba piloto del protocolo, incluido el consentimiento y la información.
3. Recluta participantes a través de volantes alrededor del campus. Evaluar a los participantes en persona; el contacto inicial no tiene por qué ser en persona. Asegúrese de que los folletos describan la compensación y los riesgos solo en términos generales, incluidas las circunstancias especiales (por ejemplo, COVID).
4. Asegúrese de que los participantes lean el formulario de consentimiento en voz alta, incluidas preguntas específicas que incluyen: ¿Es usted un estudiante actual de ____PI______? ¿Tiene antecedentes de epilepsia, antecedentes familiares de epilepsia? ¿Tiene antecedentes de convulsiones? ¿Tiene alguno de los siguientes accidentes cerebrovasculares, implantes metálicos craneales, lesión cerebral estructural, dispositivo implantado, marcapasos, bomba de medicamentos, implante coclear, estimulador cerebral implantado, trabajador metalúrgico? ¿Tiene antecedentes de traumatismo craneoencefálico con pérdida del conocimiento? ¿Tiene un alto potencial de embarazo? ¿Eres menor de 18 años? ¿Eres mayor de 65 años?
5. Disculpe a cualquier participante que afirme cualquier pregunta del estudio.
6. Antes de inscribirse, asegúrese de que se administre la Lista de verificación de detección.
7. Pague a todos los participantes $ 25 por su participación y trate de acuerdo con las pautas de la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Estatal de Montclair y de la Asociación Americana de Psicología.
8. Entregar todos los TMS dentro del parámetro apropiado para la institución (ver Discusión).
9. La seguridad y la comodidad de los participantes son fundamentales, por lo que en todos los puntos hacia adelante, pregunte y monitoree a los participantes de cerca, tanto verbal como visualmente. El nerviosismo puede ser la norma que en algunos casos conduce a resultados más difíciles y esto se monitorea.

2. Manejo de equipos TMS

1. Use un dispositivo TMS de un solo pulso para toda la estimulación. Active el dispositivo mediante la depresión simultánea de los interruptores de mano y pie manualmente por el PI. Utilice la velocidad máxima de estimulación del estimulador (es decir, 0,75 Hz).
2. Utilice una bobina de figura de ocho de 70 mm durante todo el experimento. Asegúrese de que la bobina nunca alcance temperaturas peligrosas / de apagado durante el experimento. Las bobinas de respaldo están listas en caso de que sea necesario como reemplazos.
3. Presente todos los estímulos usando una computadora portátil. Abra el software (por ejemplo, Comprobable) e inicie sesión en la cuenta. Haga clic en el experimento apropiado.
4. Escale el monitor con una tarjeta de crédito. Introduzca la información demográfica. Limpie / desinfecte la computadora portátil antes y después de que cada participante sea probado.
5. Determinar el umbral motor mediante inspección visual (Abductor Pollicis Brevis evocado 5/10) o mediante un EMG (Electromiógrafo).
6. Use gorros de baño para preservar las marcas. Use un soporte de bobina estándar para el entrenamiento y solo como demostración, no para la estimulación activa.
7. Use cinta métricas de tela para tomar coordenadas para CZ y OZ del sistema 10/20 y tome MPFC de un estudio anterior sobre la sobreafirmación¹⁰. Para determinar MPFC, tome 1/3 de la distancia de nasion a inion, y MPFC es 1.5 cm anterior a esta ubicación. Esto se centrará en el BA 10/9 (Giro Frontal Medial).
8. Confirme las mediciones a discreción del IP utilizando el método fiduciario en el que se adhiere una tableta de vitamina E a la tapa de la ubicación de la bobina que contrastará fácilmente en una resonancia magnética estándar. Debido al costo, esta opción es limitada.

3. COVID - 19

1. Debido al COVID-19, incluya los siguientes protocolos¹⁴. En el Formulario de consentimiento, agregue un descargo de responsabilidad: "Como participante en este estudio, pasará tiempo en un espacio interior muy cerca del investigador. Esto representa un riesgo adicional significativo para contraer COVID-19. Estamos tomando las siguientes precauciones para protegerlo, tales como: Solo PI estará a menos de 6 pies del participante; Solo se permite un asistente en las cercanías, pero deben mantenerse socialmente distanciados; El participante deberá llevar dos mascarillas; PI debe usar dos máscaras, guantes y un protector facial; El asistente debe usar una máscara y un protector facial; Todo el equipo de contacto está desinfectado".
2. Realice todos los experimentos en el vestíbulo / sala fuera del laboratorio normal a medida que la ventilación aumenta significativamente. Todo el equipo es desinfectable y portátil.
3. Una vez que se relajen los protocolos de COVID-19, use procedimientos normales.

4. Umbral del motor

1. Marque los gorros de natación a lo largo de la línea nasion/inion y el punto medio tomado con un marcador mágico. Mida los puntos preauriculares y tome esos puntos medios también. A partir de aquí, traza las coordenadas 10/20 (véase 2.6).
2. Usando la línea preauricular del hemisferio derecho, luego baje un 33% (en la dirección ventral) y comience la búsqueda de la ubicación óptima para el Abductor Pollicis Brevis (APB) usando la bobina TMS. Descargue la máquina TMS utilizando el gatillo de la bobina, el interruptor de pie y desconecte la seguridad.
3. Oriente la bobina TMS a 45° para todas las búsquedas y entregas TMS.
4. Inicie la salida de estimulación al 30% de la salida total de la máquina utilizando el dial en la parte frontal de la máquina y aumente en incrementos del 2% usando el dial hasta que se observe un movimiento. Aquí, a medida que la estimulación aumenta en términos de intensidad, mueva la ubicación también. Hay una interacción cuidadosa entre el movimiento de la bobina y la intensidad de la estimulación.
5. Una vez que se encuentra la ubicación óptima (es decir, el sitio que proporcionó la respuesta máxima de APB), determine el MT.
6. Antes de comenzar la determinación de MT, marque el sitio de la punta de la bobina en la tapa para permitir una colocación precisa. Traza toda la parte anterior de la bobina hasta el gorro de natación usando un marcador mágico.
7. Para el método de inspección visual, use aproximadamente 20 pulsos (intensidad variable de la máquina) para encontrar qué nivel de estimulación resulta en respuestas de APB de 5/10 (50%). El dial debe subirse y bajarse en respuesta al aumento o disminución de los movimientos de los dedos. Comience con un 20% de la intensidad de la máquina y trabaje. Una vez que se hayan obtenido respuestas de 5/10, registre la MT del individuo anotando lo que la máquina está mostrando como la intensidad.
8. Para el método MEP (preferido), coloque electrodos desechables en el APB y el tendón del pulgar y un suelo (generalmente alrededor de la parte posterior de la muñeca), y en lugar de usar la inspección visual, se debe observar un MEP positivo en la unidad de grabación.
9. Defina una respuesta positiva del MEP como un MEP con una amplitud de pico a pico de ≥50 μV.
10. Similar a la inspección visual, estimule hasta que se observen 5/10 eurodiputados positivos. Los diputados al Parlamento Europeo deben ser superiores a 50 μV. Si el 50% de los eurodiputados están por encima (y el 50% por debajo), se ha identificado la MT.
11. Una vez establecida, ajuste la máquina TMS al nivel de estimulación adecuado. El 90% del umbral del motor es un equilibrio ideal entre la EMT activa efectiva y la seguridad. No exceda el 45% de la producción total de la máquina. Hay ocasiones en que la MT de una persona es el 60% de la producción total de la máquina, pero esto es raro.

5. TMS activo de un solo pulso

1. Seleccione aleatoriamente el orden de todos los sitios (por ejemplo, SMA, PZ, MPFC o Sham sobre CZ; Figura 5).
2. Coloque la bobina sobre el sitio activo e inicie un software de presentación (por ejemplo, Comprobable (ver más abajo)). La estimulación debe proceder automáticamente y en sincronía con los estímulos.
3. Tener siempre una bobina de repuesto en caso de sobrecalentamiento.

6. Presentación

1. Recopile todos los datos de comportamiento utilizando un software de presentación (por ejemplo, comprobable) Este software se configura fácilmente y los scripts son simples.
   NOTA: Se crean tres bloques separados, uno para cada una de las condiciones cerebrales. Los datos demográficos que se recopilarán se eligen primero utilizando la rutina de selección automática de Testable. Luego, las palabras reales y las palabras falsas se colocan en el software de scripting. Se elige el tamaño y la duración de las palabras, al igual que la ubicación en la pantalla de las palabras de estímulo.
2. Una vez que se realiza el script, recopile primero los datos demográficos y realice la calibración de la pantalla. Esto se hace haciendo coincidir el control deslizante con una tarjeta de crédito. Realice todos los experimentos en una computadora. Todas las respuestas se realizan en el teclado incorporado y el panel del sensor.
3. Dé dos ensayos de práctica e introduzca la escala analógica. Todos los participantes se adaptan fácilmente al equipo. Las instrucciones se dan oralmente, y se les dice a los participantes que califiquen qué tan bien conocen la palabra.
   1. Si la palabra les es familiar (como 'escritorio') se le debe dar una calificación alta.
   2. Si "más o menos" conocen la palabra, deben dar una calificación media (como "clorofila").
   3. Si no es tan familiar para ellos, les asignarán una calificación baja (como '5HTTlpr'). Se debe usar un total de 144 palabras (36 por sitio cerebral).
4. Los participantes tienen tiempo ilimitado para responder. Después de la respuesta en la escala analógica, se presenta la siguiente palabra.

Resultados

La Figura 2, de Taylor-Lilquist et ^al.14, involucró cuatro sitios cerebrales: MPFC, SMA, PZ y un sitio Sham. Estos sitios se utilizaron para determinar los correlatos de la sobreexclamación. La exageración es un participante que indica que conoce una palabra cuando en realidad no es una palabra. 12 participantes fueron evaluados en entornos sociales y no sociales. Los entornos sociales representaban la presión de conocer una palabra (alta presión social; n = 6) o...

Discusión

El protocolo (y las variaciones de) descritos aquí se han utilizado en más de 50 estudios en la Universidad Estatal de Montclair. Toda la configuración se puede crear por menos de $ 15,000 (US). Además, hemos encontrado que nuestras coordenadas coinciden bien con las estructuras cerebrales subyacentes utilizando procedimientos fiduciarios.

A menudo se utilizan variaciones de este método. Por ejemplo, las condiciones de control pueden incluir la estimulación de diferentes áreas del cereb...

Materiales

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