Utiliser la stimulation magnétique transcrânienne dans un environnement aux ressources limitées pour établir des relations cerveau-comportement

Résumé

Il a été démontré que la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et la SMT basse fréquence (lfTMS) sont des contributeurs majeurs à la littérature sur le cerveau. Nous mettons ici en évidence les méthodes d’étude des corrélats corticaux de l’auto-tromperie à l’aide de TMS.

Résumé

La neuroimagerie est généralement perçue comme une discipline exigeante en ressources. Bien que ce soit le cas dans certaines circonstances, les institutions disposant de ressources limitées ont historiquement contribué de manière significative au domaine des neurosciences, y compris la neuroimagerie. Dans l’étude de l’auto-tromperie, nous avons utilisé avec succès la SMT à impulsion unique pour déterminer les corrélats cérébraux des capacités, y compris la surclamantation et l’auto-amélioration. Même sans l’utilisation de la neuro-navigation, les méthodes fournies ici conduisent à des résultats positifs. Par exemple, il a été découvert que la diminution de la réponse auto-trompeuse entraîne une diminution de l’affect. Ces méthodes fournissent des données fiables et valides, et ces méthodes offrent des possibilités de recherche autrement indisponibles. Grâce à l’utilisation de ces méthodes, la base de connaissances globale dans le domaine des neurosciences est élargie, offrant des possibilités de recherche aux étudiants tels que ceux de notre institution (Montclair State University est un institut au service des Hispaniques) qui se voient souvent refuser de telles expériences de recherche.

Introduction

Il existe un certain nombre de défis à l’étude des corrélats cerveau-comportement dans les établissements de recherche aux ressources limitées (souvent appelés « universités d’enseignement »). Selon les données fournies par la National Science Foundation (NSF), presque toutes les recherches universitaires sont effectuées par un faible pourcentage d’établissements d’enseignement supérieur aux États-Unis. Lorsqu’on examine plus de 4 400 établissements d’enseignement postsecondaire décernant des diplômes, les 115 meilleures universités et instituts effectuent et publient 75 % de toutes les recherches¹. Aux États-Unis, il y a 131 universités de recherche 1 (R1: Le plus haut niveau de statut qu’une université peut atteindre en termes de classement de la recherche) qui reçoivent la majeure partie du financement fédéral.

Cette grande disparité de financement limite les options de recherche pour de nombreux chercheurs principaux ainsi que pour les étudiants; par exemple, seulement 1,9 % des universités R1 sont des instituts au service des Hispaniques. De plus, les instituts non R1 sont limités en termes d’espace de recherche, de subventions accordées et de temps disponible pour la recherche, et ces écoles n’ont souvent pas d’affiliation à des facultés de médecine². Compte tenu de ces obstacles, nous fournissons les méthodes qui ont permis avec succès d’étudier les relations cerveau-comportement dans la tromperie dans un environnement aux ressources limitées. Bien que ces méthodes conviennent à tous les instituts, nous pensons que ceux des universités plus petites / à forte intensité d’enseignement bénéficieront au maximum de ces méthodes.

Notre laboratoire s’est principalement concentré sur les régions du cerveau responsables de l’auto-tromperie et de l’auto-amélioration. L’établissement de la causalité en termes de régions corticales sous-jacentes est réalisable par un certain nombre de techniques, et ces données aident à confirmer les méthodes de neuroimagerie corrélative et les essais expérimentaux sur les patients ^3,4,5.

Pour étudier l’auto-tromperie avec des techniques de neuroimagerie causale, un certain nombre de méthodes innovantes ont été utilisées, principalement avec la stimulation magnétique transcrânienne à impulsion unique (TMS) et la TMS répétitive (rTMS⁶; Figure 1). Bien que la tDCS (stimulation corticale directe transcrânienne) ait été utilisée avec succès⁷ et puisse être modifiée pour reproduire les méthodes, procédures et résultats présentés ici, la flexibilité de la SMT en fait toujours le choix optimal pour la neuromodulation de l’auto-tromperie. Lors de sa mise en œuvre la plus courante, les chercheurs inhibent, excitent, perturbent ou mesurent l’excitabilité corticale (non couverts ici, mais voir la référence⁸).

Le cortex préfrontal médian (MPFC) semble être impliqué dans la réponse auto-trompeuse⁹. Compte tenu du rôle des structures corticales de la ligne médiane (CMS) en termes de conscience de soi en général¹⁰, il n’est pas surprenant que l’auto-tromperie soit corrélée à l’activité MPFC. Pour déterminer la causalité en termes de régions frontales, on s’est appuyé sur la SMT pour créer des « lésions virtuelles » tout en mesurant les épisodes d’auto-tromperie¹¹. La mesure de l’auto-tromperie a été réalisée via deux méthodes principales: l’auto-amélioration et la sur-affirmation⁶.

Nous avons constaté que la perturbation du MPFC conduit à la réduction de l’auto-tromperie 6,8,11,12,13. De plus, nous avons découvert qu’une telle réduction (c.-à-d. l’abaissement de l’auto-tromperie) est liée à une diminution de l’affect d’une personne (c.-à-d. augmentation de l’humeur négative et diminution de l’humeur positive).

Étant donné que la neuronavigation et les IRM individuelles ne sont pas utilisées (en raison des dépenses, la plupart des laboratoires ne disposent pas de ces ressources), on peut s’inquiéter du positionnement et de la précision du ciblage tmS. Nous avons compensé cela en effectuant occasionnellement des procédures fiduciaires dans lesquelles une cible de contraste (par exemple, un comprimé de vitamine E) est placée sur le capuchon et le ou les participants sont ensuite scannés dans une IRM structurelle^11,12. Ces méthodes ont confirmé l’exactitude des méthodes décrites ici, et nous ciblons l’aspect médian du MPFC à la frontière de BA 10/9 qui se trouve au-dessus du gyrus frontal médian (0, ~ 40, ~ 30).

De toute évidence, une résolution spatiale plus élevée peut être obtenue à l’aide d’autres méthodes telles que la neuronavigation, mais ces méthodes ne sont pas utilisées sans inconvénients, notamment l’abandon des participants, l’exclusion des participants, la durée accrue des expériences, la formation et le dépistage supplémentaires, les dépenses supplémentaires et souvent plusieurs visites sur place pour les participants. Par conséquent, les méthodes présentées ici offrent une excellente alternative à la neuro-navigation dans de nombreuses circonstances.

Protocole

La recherche présentée ici a été approuvée par le comité du Conseil d’examen institutionnel (CISR) de l’Université d’État de Montclair. Tous les participants ont été traités conformément aux directives éthiques de l’APA.

1. Participants

1. Tout d’abord, obtenir l’approbation du comité d’examen de la CISR pour le protocole (voir Discussion pour les établissements autres que la Recherche 1). Il est recommandé de consulter des chercheurs expérimentés. Procurez-vous des formulaires tels que les formulaires dépistage (dossier supplémentaire 1) et effets secondaires (dossier supplémentaire 2) auprès d’autres chercheurs - ils sont facilement partagés dans la communauté TMS. NOTE: Pour les besoins de cette expérience, des formulaires ont été obtenus de Simone Rossi.
2. Former tous les investigateurs à consentir et à informer les participants de tous les risques, effets secondaires et événements indésirables potentiels. Si nécessaire, le chercheur principal (CHERCHEUR PRINCIPAL) suit un cours de SMT si des connaissances supplémentaires sont nécessaires. Avant de courir les participants, assurez-vous que le chercheur principal effectue un test pilote du protocole, y compris le consentement et le débriefing.
3. Recrutez des participants grâce à des dépliants sur le campus. Filtrer les participants en personne; le premier contact n’a pas besoin d’être en personne. Assurez-vous que les dépliants décrivent la rémunération et les risques en termes généraux seulement, y compris toute circonstance particulière (par exemple, COVID).
4. Assurez-vous que les participants lisent le formulaire de consentement à haute voix, y compris des questions précises, notamment : Êtes-vous un étudiant actuel de ____PI______? Avez-vous des antécédents d’épilepsie, des antécédents familiaux d’épilepsie? Avez-vous des antécédents de convulsions? Avez-vous l’un des accidents vasculaires cérébraux suivants, implants métalliques crâniens, lésion cérébrale structurelle, dispositif implanté, stimulateur cardiaque, pompe à médicaments, implant cochléaire, stimulateur cérébral implanté, travailleur des métaux? Avez-vous des antécédents de traumatisme crânien avec perte de conscience? Avez-vous un potentiel élevé de grossesse? Avez-vous moins de 18 ans? Vous avez plus de 65 ans?
5. Excusez tous les participants qui affirment des questions de l’étude.
6. Avant d’être inscrit, assurez-vous que la liste de contrôle de dépistage est administrée.
7. Payez tous les participants 25 $ pour leur participation et traitez-les conformément aux directives de l’Institutional Review Board de la Montclair State University et de l’American Psychological Association.
8. Fournir tous les TMS dans le paramètre approprié pour l’institution (voir Discussion).
9. La sécurité et le confort des participants sont essentiels, alors à tout moment, demandez et surveillez les participants de près à la fois verbalement et visuellement. La nervosité peut être la norme qui, dans certains cas, conduit à des résultats plus difficiles et cela est surveillé.

2. Manutention de l’équipement TMS

1. Utilisez un appareil TMS à impulsion unique pour toute stimulation. Déclenchez l’appareil par la dépression simultanée des interrupteurs à main et à pied manuellement par le PI. Utilisez le taux de stimulation maximal du stimulateur (c.-à-d. 0,75 Hz).
2. Utilisez une bobine de huit de 70 mm tout au long de l’expérience. Assurez-vous que la bobine n’atteint jamais des températures dangereuses/d’arrêt pendant l’expérience. Les bobines de secours sont prêtes en cas de remplacement.
3. Présentez tous les stimuli à l’aide d’un ordinateur portable. Ouvrez le logiciel (par exemple, Testable) et connectez-vous au compte. Cliquez sur l’expérience appropriée.
4. Mettez à l’échelle le moniteur à l’aide d’une carte de crédit. Entrez des informations démographiques. Nettoyez/désinfectez l’ordinateur portable avant et après le test de chaque participant.
5. Déterminer le seuil moteur à l’aide d’une inspection visuelle (5/10 évoqué Abductor Pollicis Brevis) ou via un EMG (Électromyographe).
6. Utilisez des bonnets de bain pour préserver les marques. Utilisez un support de bobine standard pour l’entraînement et comme démonstration uniquement, pas pour la stimulation active.
7. Utilisez des rubans à mesurer en tissu pour prendre les coordonnées de CZ et OZ du système 10/20 et prenez MPFC d’une étude précédente sur la surclammation^{de 10}. Pour déterminer le MPFC, prenez 1/3 de la distance entre le nasion et l’inion, et le MPFC est de 1,5 cm avant cet emplacement. Cela se concentrera sur le BA 10/9 (Medial Frontal Gyrus).
8. Confirmez les mesures à la discrétion de l’IP en utilisant la méthode fiduciale dans laquelle un comprimé de vitamine E est collé au capuchon de l’emplacement de la bobine qui contrastera facilement dans une IRM standard. En raison du coût, cette option est limitée.

3. COVID - 19

1. En raison de la COVID-19, inclure les protocoles suivants¹⁴. Dans le formulaire de consentement, ajoutez un avis de non-responsabilité : « En tant que participant à cette étude, vous passerez du temps dans un espace intérieur à proximité du chercheur. Cela pose un risque supplémentaire important de contracter la COVID-19. Nous prenons les précautions suivantes pour vous protéger, telles que: Seul PI sera à moins de 6 pieds du participant; Un seul assistant est autorisé dans les environs, mais ils doivent rester socialement distanciés; Le participant doit porter deux masques; PI doit porter deux masques, des gants et un écran facial; L’assistant doit porter un masque et un écran facial; Tout l’équipement de contact est désinfecté.
2. Effectuez toutes les expériences dans le hall d’entrée / hall à l’extérieur du laboratoire normal car la ventilation est considérablement augmentée. Tout l’équipement est désinfectable et portable.
3. Une fois que les protocoles COVID-19 sont assouplis, utilisez les procédures normales.

4. Seuil du moteur

1. Marquez les bonnets de bain le long de la ligne nasion/inion et le point médian pris à l’aide d’un marqueur magique. Mesurez les points pré-auriculaires et prenez également ces points médians. De là, tracé 10/20 coordonnées (voir 2.6).
2. En utilisant la ligne pré-auriculaire de l’hémisphère droit, descendez de 33% (dans la direction ventrale) et commencez la recherche de l’emplacement optimal pour l’abducteur Pollicis Brevis (APB) à l’aide de la bobine TMS. Déchargez la machine TMS à l’aide de la gâchette à bobine, du pédalier et désengagez la sécurité.
3. Orientez la bobine TMS à 45° pour toutes les recherches et livraisons TMS.
4. Démarrez la sortie de stimulation à 30% de la sortie totale de la machine en utilisant le cadran à l’avant de la machine et augmentez par incréments de 2% à l’aide du cadran jusqu’à ce qu’un mouvement soit noté. Ici, comme la stimulation est augmentée en termes d’intensité, déplacez également l’emplacement. Il y a une interaction prudente entre le mouvement de la bobine et l’intensité de la stimulation.
5. Une fois que l’emplacement optimal est trouvé (c.-à-d. le site qui a fourni la réponse maximale de la DGP), déterminez le MT.
6. Avant de commencer la détermination MT, marquez le site de la pointe de la bobine sur le capuchon pour permettre un placement précis. Tracez toute la partie antérieure de la bobine sur le bonnet de bain à l’aide d’un marqueur magique.
7. Pour la méthode d’inspection visuelle, utilisez environ 20 impulsions (intensité variable de la machine) pour déterminer le niveau de stimulation qui entraîne des réponses APB de 5/10 (50%). Le cadran doit être relevé et abaissé en réponse à l’augmentation ou à la diminution des mouvements des doigts. Commencez à 20% de l’intensité de la machine et travaillez. Une fois que les réponses 5/10 ont été obtenues, enregistrez la MT de l’individu en notant ce que la machine affiche comme intensité.
8. Pour la méthode MEP (préférée), placez des électrodes jetables sur l’APB et le tendon du pouce et un sol (généralement autour de l’arrière du poignet), et au lieu d’utiliser une inspection visuelle, un MEP positif doit être observé sur l’unité d’enregistrement.
9. Définissez une réponse MEP positive comme un MEP avec une amplitude de crête à crête de ≥50 μV.
10. Semblable à l’inspection visuelle, stimuler jusqu’à ce que 5/10 des députés européens positifs soient observés. Les députés européens devraient être supérieurs à 50 μV. Si 50% des députés européens sont au-dessus (et 50% en dessous), mt a été identifié.
11. Une fois établi, réglez la machine TMS au niveau de stimulation approprié. 90% du seuil du moteur est un équilibre idéal entre le TMS actif efficace et la sécurité. Ne dépassez pas 45 % de la production totale de la machine. Il arrive que la TA d’une personne représente 60% de la production totale de la machine, mais c’est rare.

5. TMS actif à impulsion unique

1. Sélectionnez au hasard l’ordre de tous les sites (par exemple, SMA, PZ, MPFC ou Sham sur CZ; Graphique 5).
2. Placez la bobine sur le site actif et démarrez un logiciel de présentation (par exemple, Testable (voir ci-dessous)). La stimulation doit se dérouler automatiquement et en synchronisation avec les stimuli.
3. Ayez toujours une bobine de rechange en cas de surchauffe.

6. Présentation

1. Collectez toutes les données comportementales à l’aide d’un logiciel de présentation (par exemple, Testable) Ce logiciel est facile à configurer et les scripts sont simples.
   REMARQUE: Trois blocs distincts sont créés- un pour chacune des conditions du cerveau. Les données démographiques à collecter sont d’abord choisies à l’aide de la routine de sélection automatique de Testable. Ensuite, de vrais mots et de faux mots sont placés dans le logiciel de script. La taille et la durée des mots sont choisies, tout comme l’emplacement sur l’écran des mots de stimulation.
2. Une fois le script créé, collectez d’abord les données démographiques et effectuez l’étalonnage de l’écran. Cela se fait en faisant correspondre le curseur à une carte de crédit. Effectuez toutes les expériences sur un ordinateur. Toutes les réponses sont effectuées sur le clavier et le capteur intégrés.
3. Donnez deux essais pratiques et introduisez l’échelle analogique. Tous les participants s’adaptent facilement à l’équipement. Les instructions sont données oralement et les participants sont invités à évaluer leur connaissance du mot.
   1. Si le mot leur est familier (comme « bureau »), il devrait recevoir une note élevée.
   2. S’ils connaissent « en quelque sorte » le mot, ils doivent donner une note moyenne (telle que « chlorophylle »).
   3. Si ce n’est pas si familier pour eux, ils attribueront une note faible (comme « 5HTTlpr »). Un total de 144 mots devrait être utilisé (36 par site cérébral).
4. Les participants ont un temps illimité pour répondre. Après la réponse sur l’échelle analogique, le mot suivant est présenté.

Résultats

La figure 2, tirée de Taylor-Lilquist et ^al.14, impliquait quatre sites cérébraux : MPFC, SMA, PZ et un site Sham. Ces sites ont été utilisés pour déterminer les corrélats de la surclamantation. Surclammer est un participant qui indique qu’il connaît un mot alors qu’il ne s’agit pas d’un mot. 12 participants ont été testés dans des contextes sociaux et non sociaux. Les contextes sociaux représentaient une pression pour connaître un mot (pression ...

Discussion

Le protocole (et les variantes de) décrit ici a été utilisé dans plus de 50 études à la Montclair State University. L’ensemble de la configuration peut être créé pour moins de 15 000 $ (US). De plus, nous avons constaté que nos coordonnées correspondent bien aux structures cérébrales sous-jacentes à l’aide de procédures fiduciaires.

Des variantes de cette méthode sont souvent utilisées. Par exemple, les conditions de contrôle peuvent inclure la stimulation de différentes...

matériels

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