שימוש בגירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בסביבה מוגבלת במשאבים כדי ליצור יחסי מוח-התנהגות

Summary

גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) ו-TMS בתדר נמוך (lfTMS) הוכחו כתורמים עיקריים לספרות המוח. כאן אנו מדגישים את השיטות לחקר המתאמים בקליפת המוח של הונאה עצמית באמצעות TMS.

Abstract

הדמיה מוחית נתפסת בדרך כלל כמשאב הדורש משמעת. בעוד שזה המקרה בנסיבות מסוימות, מוסדות עם משאבים מוגבלים תרמו באופן היסטורי באופן משמעותי לתחום מדעי המוח, כולל הדמיה מוחית. בחקר ההונאה העצמית, השתמשנו בהצלחה ב-TMS בעל דופק יחיד כדי לקבוע את המתאמים המוחיים של יכולות, כולל נטילת יתר ושיפור עצמי. גם ללא שימוש בניווט עצבי, השיטות הניתנות כאן מובילות לתוצאות מוצלחות. לדוגמה, התגלה כי ירידה בתגובה מטעה עצמית מובילה לירידה בהשפעה. שיטות אלה מספקות נתונים אמינים ותקפים, ושיטות כאלה מספקות הזדמנויות מחקר שאחרת אינן זמינות. באמצעות שימוש בשיטות אלה, בסיס הידע הכולל בתחום מדעי המוח מורחב, ומספק הזדמנויות מחקר לסטודנטים כמו אלה במוסד שלנו (אוניברסיטת מונטקלייר סטייט היא מכון המשרת היספני) אשר לעתים קרובות נמנעים מהם חוויות מחקר כאלה.

Introduction

ישנם מספר אתגרים בחקר קורלציות בין התנהגות המוח במוסדות מחקר עם משאבים מוגבלים (המכונים לעתים קרובות 'אוניברסיטאות הוראה'). על פי נתונים שסופקו על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF), כמעט כל המחקר האקדמי הושלם על ידי אחוז קטן של מוסדות להשכלה גבוהה בארצות הברית. כאשר בוחנים למעלה מ-4,400 מוסדות המעניקים תארים על-תיכוניים, 115 האוניברסיטאות/מכונים המובילים מבצעים ומפרסמים 75% מכלל^{המחקרים 1}. בארצות הברית, ישנן 131 אוניברסיטאות מחקר 1 (R1: רמת המעמד הגבוהה ביותר שאוניברסיטה יכולה להשיג במונחים של דירוג מחקר) אשר מקבלות את עיקר המימון הפדרלי.

פער מימון כבד זה מגביל את אפשרויות המחקר עבור חוקרים ראשיים רבים כמו גם עבור סטודנטים; לדוגמה, רק 1.9% מאוניברסיטאות R1 הן מכונים המשרתים היספנים. יתר על כן, מכונים שאינם R1 מוגבלים במונחים של מרחב מחקר, מענקים המוענקים וזמן זמין למחקר, ובתי ספר אלה לעתים קרובות אין זיקות לבית הספר לרפואה². בהינתן מכשולים אלה, אנו מספקים את השיטות שאפשרו בהצלחה חקירה של יחסי מוח-התנהגות בהונאה בסביבה מוגבלת במשאבים. בעוד ששיטות אלה מתאימות לכל מכון, אנו מאמינים כי אלה באוניברסיטאות קטנות/עתירות הוראה יקבלו את התועלת המרבית משיטות אלה.

המעבדה שלנו התמקדה בעיקר באזורי המוח האחראים לייצור הונאה עצמית ושיפור עצמי. קביעת סיבתיות במונחים של האזורים הבסיסיים בקליפת המוח ניתנת להשגה על ידי מספר טכניקות, ונתונים אלה מסייעים לאשר שיטות הדמיה מוחית מתאמיות וניסויים ניסיוניים בחולים ^3,4,5.

כדי לחקור הונאה עצמית באמצעות טכניקות הדמיה מוחית סיבתית, נעשה שימוש במספר שיטות חדשניות, בעיקר עם גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי בפולס יחיד (TMS) ו-TMS חוזר על עצמו (rTMS⁶; איור 1). בעוד tDCS (גירוי קליפתי ישיר טרנס-גולגולתי) הופעל בהצלחה⁷ וניתן לשנות אותו כדי לשכפל את השיטות, ההליכים והתוצאות שהוצגו כאן, הגמישות של TMS עדיין הופכת אותו לבחירה האופטימלית עבור נוירומודולציה של הונאה עצמית. ביישום הנפוץ ביותר שלה, חוקרים מעכבים, מרגשים, משבשים או מודדים את רגישות קליפת המוח (לא מכוסה כאן, אבל ראו הפניה⁸).

נראה כי קליפת המוח הקדם-מצחית המדיאלית (MPFC) מעורבת בתגובה מטעה עצמית⁹. בהתחשב בתפקידם של מבני קו האמצע הקורטיקליים (CMS) במונחים של מודעות עצמית באופן כללי¹⁰, אין זה מפתיע שהונאה עצמית מתואמת עם פעילות MPFC. כדי לקבוע סיבתיות במונחים של אזורים פרונטליים, הסתמכו על TMS כדי ליצור 'נגעים וירטואליים' תוך מדידת התקפי הונאה עצמית¹¹. מדידת הונאה עצמית הושגה באמצעות שתי שיטות עיקריות: שיפור עצמי ותביעת יתר⁶.

מצאנו כי שיבוש של ה- MPFC מוביל להפחתת ההונאה העצמית 6,8,11,12,13. יתר על כן, גילינו כי הפחתה כזו (כלומר, הורדת ההונאה העצמית) קשורה לירידה בהשפעתו של האדם (כלומר, עלייה במצב הרוח השלילי וירידה במצב הרוח החיובי).

מכיוון שלא נעשה שימוש בניווט עצבי/MRI בודדים (בשל הוצאות, לרוב המעבדות אין את המשאבים הללו), ניתן להעלות חשש לגבי מיקום ודיוק במיקוד TMS. פיצינו על כך על ידי ביצוע מדי פעם של הליכים פידוקיאליים שבהם מונחת על הפקק יעד ניגודיות (למשל, טבליית ויטמין E) והמשתתפים נסרקים/ים לאחר מכן ב-MRI מבני^11,12. שיטות אלה אישרו את הדיוק של השיטות המתוארות כאן, ואנו מכוונים להיבט המדיאלי של ה- MPFC בגבול BA 10/9 שנמצא מעל הג'ירוס המצחי המדיאלי (0, ~ 40, ~ 30).

ברור שניתן להשיג רזולוציה מרחבית גבוהה יותר באמצעות שיטות אחרות כגון ניווט עצבי, אולם שיטות אלה אינן מופעלות ללא חסרונות הכוללים נשירה של משתתפים, הרחקת משתתפים, משך זמן ניסוי מוגבר, אימון וסינון נוספים, הוצאות נוספות ולעתים קרובות ביקורים מרובים באתר עבור המשתתפים. לכן, השיטות המוצגות כאן מציעות אלטרנטיבה מצוינת לניווט עצבי בנסיבות רבות.

Protocol

המחקר שהוצג כאן אושר על ידי ועדת מועצת הביקורת המוסדית (IRB) של אוניברסיטת מונטקלייר. כל המשתתפים טופלו במסגרת ההנחיות האתיות של ה-APA.

1. משתתפים

1. ראשית, לקבל את אישור ועדת הבדיקה של IRB לפרוטוקול (ראה דיון במוסדות שאינם מחקר 1). מומלץ להתייעץ עם חוקרים מנוסים. קבל טפסים כגון סינון (קובץ משלים 1) ותופעות לוואי (קובץ משלים 2) טפסים מחוקרים אחרים - הם משותפים בקלות ברחבי קהילת TMS. הערה: לצורך ניסוי זה, התקבלו טפסים מסימון רוסי.
2. להכשיר את כל החוקרים בהסכמה וליידע את המשתתפים על כל הסיכונים, תופעות הלוואי ותופעות הלוואי הפוטנציאליות. במידת הצורך, החוקר הראשי (PI) לוקח קורס TMS אם יש צורך בידע נוסף. לפני הפעלת המשתתפים, ודא שה- PI מבצע בדיקת פיילוט של הפרוטוקול כולל הסכמה ותחקיר.
3. גייסו משתתפים באמצעות פליירים ברחבי הקמפוס. משתתפי מסך באופן אישי; קשר ראשוני לא צריך להיות באופן אישי. ודא שהפליירים מתארים את הפיצוי והסיכונים במונחים כלליים בלבד, כולל נסיבות מיוחדות (למשל, COVID).
4. ודא שהמשתתפים קוראים את טופס ההסכמה בקול רם, כולל שאלות ספציפיות הכוללות: האם אתה תלמיד נוכחי של ____PI______? האם יש לך: היסטוריה של אפילפסיה, היסטוריה משפחתית של אפילפסיה? האם יש לך היסטוריה של התקפים? האם יש לך שבץ הבא, שתלי מתכת גולגולתיים, נגע מוחי מבני, מכשיר מושתל, קוצב לב, משאבת תרופות, שתל שבלול, ממריץ מוח מושתל, עובד מתכת? האם יש לך היסטוריה של חבלת ראש עם אובדן הכרה? האם יש לך פוטנציאל גבוה להריון? האם אתה מתחת לגיל 18? האם אתה מעל גיל 65?
5. סליחה על כל המשתתפים המאשרים כל שאלה מהמחקר.
6. לפני ההרשמה, ודא שרשימת הסינון מנוהלת.
7. שלם לכל המשתתפים $25 עבור השתתפותם וטפל בהתאם להנחיות של מועצת הביקורת המוסדית באוניברסיטת מונטקלייר סטייט ושל האגודה הפסיכולוגית האמריקאית.
8. ספק את כל ה- TMS בפרמטר המתאים למוסד (ראה דיון).
9. בטיחות ונוחות המשתתפים הן קריטיות ולכן בכל הנקודות קדימה, שאלו ועקבו אחר המשתתפים מקרוב הן מבחינה מילולית והן מבחינה ויזואלית. עצבנות יכולה להיות הנורמה אשר במקרים מסוימים מובילה לתוצאות קשות יותר וזה מנוטר.

2. טיפול בציוד TMS

1. השתמש במכשיר TMS בעל דופק יחיד לכל הגירוי. הפעל את המכשיר על ידי דיכאון סימולטני של מתגי יד ורגל באופן ידני על ידי PI. השתמש בקצב הגירוי המרבי של הגירוי (כלומר, 0.75 הרץ).
2. השתמש בסליל 70 מ"מ של שמונה במהלך הניסוי. ודאו שהסליל לעולם לא יגיע לטמפרטורות מסוכנות/כבויות במהלך הניסוי. סלילי גיבוי מוכנים למקרה שיידרש כתחליפים.
3. הצג את כל הגירויים באמצעות מחשב נייד. פתח את התוכנה (לדוגמה, ניתן לבדיקה) והתחבר לחשבון. לחץ על הניסוי המתאים.
4. שנה את קנה המידה של הצג באמצעות כרטיס אשראי. הזן מידע דמוגרפי. נקה/חיטא את המחשב הנייד לפני ואחרי שכל משתתף נבדק.
5. קבע את סף המנוע באמצעות בדיקה חזותית (5/10 עורר את החוטף פוליסיס ברוויס) או באמצעות EMG (אלקטרומיוגרפיה).
6. השתמשו בכובעים לשחייה כדי לשמר סימונים. השתמש במחזיק סליל סטנדרטי לאימון וכהדגמה בלבד, לא לגירוי פעיל.
7. השתמש באמצעי סרט בד כדי לקחת קואורדינטות עבור CZ ו- OZ ממערכת 10/20 ולקחת MPFC ממחקר קודם על תביעת יתר¹⁰. כדי לקבוע MPFC, קח 1/3 ממרחק הנאסיון לאיניון, ו- MPFC הוא 1.5 ס"מ קדמי למיקום זה. זה יתמקד ב BA 10/9 (ג'ירוס פרונטלי מדיאלי).
8. אשרו את המדידות לפי שיקול דעתו של ה-PI באמצעות השיטה הפידוקיאלית שבה טבליית ויטמין E נדבקת למכסה של מיקום הסליל, אשר תעמוד בניגוד קל ב-MRI סטנדרטי. בשל העלות, אפשרות זו מוגבלת.

3. COVID - 19

1. בשל COVID-19, כלול את הפרוטוקולים הבאים¹⁴. בטופס ההסכמה, הוסף כתב ויתור: "כמשתתף במחקר זה, תבלה זמן בחלל מקורה בסמיכותו של החוקר. זה מהווה סיכון נוסף משמעותי לחלות ב- COVID-19. אנו נוקטים באמצעי הזהירות הבאים כדי להגן עליך כגון: רק PI יהיה בטווח של 6 מטרים מהמשתתף; רק עוזר אחד מותר בסביבה, אך עליהם לשמור על ריחוק חברתי; על המשתתף לעטות שתי מסכות; PI חייב ללבוש שתי מסכות, כפפות ומגן פנים; על העוזר לעטות מסכה ומגן פנים; כל ציוד המגע מחוטא".
2. בצע את כל הניסויים בלובי / באולם מחוץ למעבדה הרגילה מכיוון שהאוורור מוגבר באופן משמעותי. כל הציוד ניתן לחיטוי ונייד.
3. לאחר שפרוטוקולי COVID-19 רגועים, השתמש בהליכים רגילים.

4. סף מנוע

1. סמן כובעי שחייה לאורך קו ה-nasion/inion ונקודת האמצע שנלקחה באמצעות סמן קסם. מדוד נקודות קדם-אוריקולריות וקח גם את נקודות האמצע האלה. מכאן, תרשים 10/20 קואורדינטות (ראה 2.6).
2. באמצעות הקו הקדם-אוריקולרי של ההמיספרה הימנית, לאחר מכן יש לרדת ב-33% (בכיוון הגחון) ולהתחיל בחיפוש אחר המיקום האופטימלי עבור החוטף פוליסיס ברוויס (APB) באמצעות סליל TMS. לפרוק את מכונת ה- TMS באמצעות הדק הסליל, מכשפת הרגליים וניתוק הבטיחות.
3. כוון את סליל ה- TMS ב- 45° עבור כל החיפושים ומסירות ה- TMS.
4. התחל את פלט הגירוי ב-30% פלט מכונה כולל באמצעות החוגה שבחזית המכונה והעלה במרווחים של 2% באמצעות החוגה עד לציון תנועה. כאן, ככל שהגירוי מוגבר מבחינת העוצמה, הזיזו גם את המיקום. יש יחסי גומלין זהירים בין תנועת סליל לעוצמת הגירוי.
5. לאחר מציאת המיקום האופטימלי (כלומר, האתר שסיפק את תגובת ה- APB המרבית), קבע את ה- MT.
6. לפני תחילת קביעת MT, סמן את אתר קצה הסליל על המכסה כדי לאפשר מיקום מדויק. עקבו אחר כל החלק הקדמי של הסליל עד למכסה השחייה באמצעות סמן קסם.
7. עבור שיטת הבדיקה החזותית, השתמש בכ-20 פולסים (עוצמת מכונה משתנה) כדי למצוא איזו רמת גירוי גורמת לתגובות APB של 5/10 (50%). יש להרים ולהוריד את החוגה בתגובה לתנועות אצבעות מוגברות או מופחתות. התחילו ב-20% מעוצמת המכונה והתחילו לעבוד. לאחר שהתקבלו תגובות 5/10, הקלט את ה- MT של האדם על ידי ציון מה שהמכונה מציגה כעוצמה.
8. עבור שיטת ה-MEP (המועדפת), הניחו אלקטרודות חד-פעמיות על ה-APB ועל גיד האגודל והקרקע (בדרך כלל סביב החלק האחורי של שורש כף היד), ובמקום להשתמש בבדיקה חזותית, יש לצפות ב-MEP חיובי ביחידת ההקלטה.
9. הגדר תגובת MEP חיובית כ- MEP עם משרעת שיא לשיא של ≥50 μV.
10. בדומה לבדיקה חזותית, לעורר עד 5/10 MEPs חיוביים נצפים. ה- MEPs צריכים להיות גדולים מ- 50 μV. אם 50% מ- MEPs נמצאים מעל (ו- 50% מתחת), MT זוהה.
11. לאחר ההקמה, הגדר את מכונת ה- TMS לרמת הגירוי המתאימה. 90% מסף המנוע הוא איזון אידיאלי בין TMS אקטיבי יעיל לבין בטיחות. אין לחרוג מ-45% מהתפוקה הכוללת של ההתקן. ישנם מקרים כי MT של אדם הוא 60% מהתפוקה הכוללת של המכונה, אבל זה נדיר.

5. TMS פעיל בעל דופק יחיד

1. בחר באופן אקראי את הסדר של כל האתרים (למשל, SMA, PZ, MPFC או Sham על פני CZ; איור 5).
2. מקם את הסליל מעל האתר הפעיל והפעל תוכנת מצגת , (לדוגמה, ניתן לבדיקה (ראה להלן)). הגירוי צריך להתקדם באופן אוטומטי ומסונכרן עם גירויים.
3. תמיד יש סליל רזרבי במקרה של התחממות יתר.

6. מצגת

1. אסוף את כל הנתונים ההתנהגותיים באמצעות תוכנת מצגת (לדוגמה, ניתן לבדיקה) תוכנה זו מוגדרת בקלות, וסקריפטים פשוטים.
   הערה: שלושה בלוקים נפרדים נוצרים - אחד לכל אחד מהמצבים המוחיים. הדמוגרפיה שתיאסף נבחרת לראשונה באמצעות שגרת הבחירה האוטומטית של Testable. ואז מילים אמיתיות ומילים מזויפות ממוקמות לתוכנת הסקריפטים. הגודל והמשך של המילים נבחרים, וכך גם המיקום על המסך של מילות הגירוי.
2. לאחר יצירת התסריט, אסוף תחילה נתונים דמוגרפיים ובצע כיול מסך. זה נעשה בהתאמת המחוון לכרטיס אשראי. בצע את כל הניסויים במחשב. כל התגובות נעשות על המקלדת המובנית ועל משטח החיישנים.
3. תן שני ניסויי תרגול והציג את הסולם האנלוגי. כל המשתתפים מסתגלים בקלות לציוד. ההוראות ניתנות בעל פה, ולמשתתפים נאמר לדרג עד כמה הם מכירים את המילה.
   1. אם המילה מוכרת להם (כגון 'שולחן כתיבה') יש לתת לה דירוג גבוה.
   2. אם הם 'סוג של' מכירים את המילה, הם אמורים לתת דירוג בינוני (כגון 'כלורופיל').
   3. אם זה לא כל כך מוכר להם, הם יקצו דירוג נמוך (כגון '5HTTLPR'). בסך הכל יש להשתמש ב-144 מילים (36 לכל אתר מוח).
4. למשתתפים יש זמן בלתי מוגבל להגיב. בעקבות התגובה בסולם האנלוגי, מוצגת המילה הבאה.

תוצאות

איור 2, מתוך Taylor-Lilquist et ^al.14, כלל ארבעה אתרי מוח: MPFC, SMA, PZ ואתר Sham. אתרים אלה נוצלו כדי לקבוע את המתאמים של תביעת יתר. תביעת יתר היא משתתף המציין שהוא יודע מילה כאשר היא למעשה לא מילה. 12 משתתפים נבדקו במסגרות חברתיות ולא חברתיות. ההגדרות החברתיות ייצגו לחץ לדעת מילה (?...

Discussion

הפרוטוקול (והווריאציות של) המתואר כאן שימשו ביותר מ -50 מחקרים באוניברסיטת מונטקלייר. ניתן ליצור את המערך כולו בפחות מ-15,000 דולר (ארה"ב). יתר על כן, מצאנו שהקואורדינטות שלנו תואמות היטב את המבנים המוחיים הבסיסיים באמצעות הליכים פידוקיאליים.

וריאציות של שיטה זו משמשים לעתים קרו?...

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