資源の限られた環境における経頭蓋磁気刺激の活用による脳と行動の関係の確立

要約

経頭蓋磁気刺激(TMS)および低周波TMS(lfTMS)は、脳文献への主要な貢献者であることが実証されている。ここでは、TMSを用いて自己欺瞞の皮質相関を調査する方法を強調する。

要約

ニューロイメージングは、通常、リソースを要求する分野として認識されます。これは特定の状況では当てはまりますが、限られたリソースを持つ機関は、歴史的にニューロイメージングを含む神経科学の分野に大きく貢献してきました。自己欺瞞の研究において、我々はシングルパルスTMSを用いて、過大主張や自己増強を含む能力の脳相関を決定することに成功しました。ニューロナビゲーションを使用しなくても、ここで提供される方法は成功した結果につながります。例えば、自己欺瞞的反応の低下が影響の減少につながることが発見された。これらの方法は、信頼性が高く有効なデータを提供し、そのような方法は、他の方法では利用できない研究機会を提供する。これらの方法を使用することにより、神経科学分野の全体的な知識ベースが拡大され、私たちの機関(モントクレア州立大学はヒスパニック系の研究所です)のような研究経験をしばしば否定される学生に研究機会を提供します。

概要

限られたリソースを持つ研究機関(しばしば「教育大学」と呼ばれる)で脳行動相関を研究することには多くの課題があります。国立科学財団(NSF)が提供するデータによると、ほとんどすべての学術研究は、米国の高等教育機関のごく一部によって完了しています。4,400以上の中等後学位授与機関を調査すると、上位115の大学/機関がすべての研究の75%を実行し、公開しています¹。米国では、131の研究1(R1:研究ランキングの面で大学が達成できる最高のステータスレベル)の大学があり、連邦政府の資金の大部分を受けています。

このトップヘビーな資金格差は、多くの主任研究者と学生にとって研究の選択肢を制限します。例えば、R1大学のわずか1.9%がヒスパニック系の教育機関です。さらに、R1以外の機関は、研究スペース、授与される助成金、および研究に利用できる時間の面で制限されており、これらの学校はしばしば医学部に所属していません²。これらの障害を考慮して、我々は、リソースが限られた環境で欺瞞における脳と行動の関係の調査を首尾よく可能にした方法を提供する。これらの方法はあらゆる機関に適していますが、小規模/教育集約型の大学の学生は、これらの方法から最大の利益を得ると信じています。

私たちの研究室では、主に自己欺瞞と自己強化を生み出す脳領域に焦点を当てています。基礎となる皮質領域に関して因果関係を確立することは、多くの技術によって達成可能であり、これらのデータは、相関的神経画像化法および実験的患者試験を確認するのに役立つ^3、4、5。

因果神経イメージング技術による自己欺瞞を調査するために、主にシングルパルス経頭蓋磁気刺激(TMS)および反復TMS(rTMS⁶;図1)。tDCS(経頭蓋直接皮質刺激)は成功裏に採用されており⁷ 、ここで提示された方法、手順、および結果を再現するように修正することができますが、TMSの柔軟性は依然として自己欺瞞の神経調節に最適な選択肢です。その最も一般的な実施では、研究者は皮質興奮性を阻害、興奮、破壊、または測定する(ここではカバーしていないが、参考文献⁸を参照)。

内側前頭前野(MPFC)は、自己欺瞞的な反応に関与しているようです⁹。皮質正中線構造(CMS)が一般的な自己認識の観点から¹⁰の役割を考えると、自己欺瞞がMPFC活性と相関していることは驚くことではありません。前頭領域の観点から因果関係を決定するために、TMSは自己欺瞞の発作を測定しながら「仮想病変」を作り出すことに依存していました¹¹。自己欺瞞の測定は、主に2つの方法 、 すなわち自己強化と過大評価⁶によって達成されています。

我々は、MPFCの混乱が自己欺瞞の減少につながることを発見しました6,8,11,12,13。さらに、そのような減少(すなわち、自己欺瞞の低下)は、人の影響の減少(すなわち、否定的な気分の増加および肯定的な気分の減少)に関連していることを我々は発見した。

ニューロナビゲーション/個々のMRIは採用されていないため(費用のために、ほとんどの研究室にはこれらのリソースがないため)、TMSターゲティングにおける位置決めと精度について懸念が生じる可能性があります。我々は、コントラストターゲット(例えば、ビタミンE錠剤)がキャップ上に置かれ、参加者がその後、構造MRI^11,12でスキャンされる/その後にスキャンされる基準的な手順を時折行うことによってこれを補った。これらの方法は、ここで概説した方法の正確性を確認しており、内側前頭前頭ギラス(0,~40,~30)の上にあるBA 10/9の境界にあるMPFCの内側の側面をターゲットにしています。

明らかに、ニューロナビゲーションなどの他の方法を使用してより高い空間分解能を得ることができるが、これらの方法は、参加者のドロップアウト、参加者の排除、実験期間の長さの増加、追加のトレーニングおよびスクリーニング、追加の費用および参加者のためのしばしば複数回のサイト訪問を含む欠点なしには採用されない。したがって、ここで提示された方法は、多くの状況においてニューロナビゲーションの優れた代替手段を提供する。

プロトコル

ここで発表された研究は、モントクレア州立大学の治験審査委員会(IRB)委員会によって承認されました。すべての参加者は、APAの倫理ガイドラインの範囲内で扱われています。

1. 参加者

1. まず、IRB委員会の審査承認を得て、プロトコルについて承認を得ます(研究1以外の機関についての議論を参照)。経験豊富な研究者に相談することをお勧めします。スクリーニング(補足ファイル1)や副作用(補足ファイル2)などのフォームを他の研究者から入手し、TMSコミュニティ全体で容易に共有できます。注:この実験の目的のために、形態はシモーネ・ロッシから入手した。
2. すべてのリスク、副作用、および潜在的な有害事象について参加者に同意し、通知することについて、すべての研究者を訓練する。必要に応じて、主任研究者(PI)は、さらなる知識が必要な場合はTMSコースを受講します。参加者を実行する前に、PIが同意と報告を含むプロトコルのパイロットテストを実行することを確認してください。
3. キャンパス内のチラシを通じて参加者を募集します。参加者を直接スクリーニングする。最初の連絡は直接行う必要はありません。チラシには、補償とリスクについて、特別な状況(COVIDなど)を含め、一般的な用語でのみ記載してください。
4. 参加者が同意書を声に出して読むようにし、「あなたは現在____PI______の学生ですか?あなたは持っています:てんかんの歴史、てんかんの家族歴?発作の既往歴はありますか?脳卒中、頭蓋金属インプラント、構造脳病変、埋め込み装置、ペースメーカー、投薬ポンプ、人工内耳、埋め込み型脳刺激装置、金属作業員のいずれかを持っていますか?あなたは意識喪失を伴う頭部外傷の既往歴がありますか?あなたは妊娠のための高い可能性を持っていますか?あなたは18歳未満ですか?あなたは65歳以上ですか?
5. 研究からの質問を肯定する参加者を許してください。
6. 登録する前に、スクリーニングチェックリストが管理されていることを確認してください。
7. すべての参加者に25ドルの参加費を支払い、モントクレア州立大学の治験審査委員会とアメリカ心理学会のガイドラインに従って治療します。
8. インスティテューションに適したパラメータ内のすべてのTMSを提供します(ディスカッションを参照)。
9. 参加者の安全と快適さは重要であるため、すべての時点で、口頭と視覚の両方で参加者に注意深く尋ね、監視します。緊張は、場合によってはより困難な結果につながる標準であり、これは監視されます。

2. TMS機器の取り扱い

1. すべての刺激にはシングルパルスTMSデバイスを使用してください。PIによる手動の手と足のスイッチの同時抑揚によってデバイスをトリガします。刺激器の最大刺激速度(すなわち、0.75Hz)を使用する。
2. 実験全体を通して、70mmの8字型コイルを使用します。実験中にコイルが危険な/シャットオフ温度に達していないことを確認してください。バックアップコイルは、交換品として必要な場合に備えて準備ができています。
3. ラップトップコンピュータを使用してすべての刺激を提示します。ソフトウェア(テスト可能など)を開き、アカウントにログインします。適切な実験をクリックします。
4. クレジット カードを使用してモニターをスケーリングします。人口統計情報を入力します。各参加者がテストされる前と後にラップトップを清掃/消毒します。
5. 目視検査(5/10誘発誘拐拉致器ポリシスブレビス)またはEMG(筋電図) を使用して モーターのしきい値を決定します。
6. スイムキャップを使用してマーキングを保存します。標準コイルホルダーは、トレーニング用およびデモンストレーション用としてのみ使用し、アクティブ刺激には使用しないでください。
7. 布テープメジャーを使用して、10/20システムからCZとOZの座標を取得し、¹⁰を過大評価する以前の研究からMPFCを取得します。MPFCを決定するには、ナシオンからイニオンまでの距離の1/3を取り、MPFCはこの位置に対して1.5cm前方にある。これはBA 10/9(内側正面回)に焦点を当てます。
8. 標準的なMRIで容易にコントラストを合わせるコイル位置のキャップにビタミンE錠剤を接着する基準法を使用して、PIの裁量で測定値を確認します。コストのため、このオプションは限られています。

3. COVID - 19

1. COVID-19のため、次のプロトコル¹⁴を含めてください。同意書に免責事項を追加します:「この研究の参加者として、あなたは研究者のすぐ近くにある屋内空間で時間を過ごすでしょう。これは、COVID-19に感染する重大な追加リスクをもたらします。私たちはあなたを保護するために次のような予防措置を講じています:PIだけが参加者から6フィート以内にいます。近くには1人のアシスタントしか入れませんが、社会的距離を保つ必要があります。参加者は2枚のマスクを着用する必要があります。PIは2つのマスク、手袋とフェイスシールドを着用する必要があります。アシスタントはマスクとフェイスシールドを着用する必要があります。すべての接触機器は消毒されています。
2. 換気が大幅に増加するため、通常のラボの外のロビー/ホールですべての実験を行います。すべての機器は衛生的で持ち運び可能です。
3. COVID-19プロトコルが緩和されたら、通常の手順を使用します。

4. モータースレッショルド

1. マークは、ナシオン/イニオンラインに沿ってキャップを泳ぎ、マジックマーカーを使用して中点を取得します。耳介前点を測定し、それらの中間点も取得します。ここから、10/20座標をプロットします(2.6参照)。
2. 右半球の耳介前線を使用して、33%下方(腹側方向)に行き、TMSコイルを使用してアブダクターポリシスブレビス(APB)の最適な位置の探索を開始します。コイルトリガー、フットスイッチを使用してTMSマシンを放電し、安全を解除します。
3. すべての検索とTMS配信のためにTMSコイルを45°に向けます。
4. 機械前面のダイヤルを使用して刺激出力を機械出力の合計30%で開始し、動きが注目されるまでダイヤルを使用して2%刻みで上げます。ここで、刺激が強度の面で大きくなるように、その場所も移動する。コイルの動きと刺激強度の間には慎重な相互作用があります。
5. 最適な場所(つまり、最大のAPB応答を提供したサイト)が見つかったら、MTを決定します。
6. MT測定を開始する前に、キャップのコイル先端部位にマークを付け、正確な位置付けを可能としてください。魔法のマーカーを使用して、コイルの前部全体をスイムキャップまでトレースします。
7. 目視検査法では、約20パルス(機械強度の変動)を使用して、どの刺激レベルが5/10(50%)のAPB応答をもたらすかを調べます。ダイヤルは、指の動きの増減に応じて上下する必要があります。機械強度の20%から始めて、作業を進めます。5/10の応答が得られたら、マシンが強度として表示しているものに注目して、個人のMTを記録します。
8. (好ましい)MEP法では、APBと親指の腱と地面(通常は手首の後ろの周り)に使い捨て電極を配置し、目視検査を使用する代わりに、記録ユニットで正のMEPを観察する必要があります。
9. 正の MEP 応答を、≥50 μV のピークツーピーク振幅を持つ MEP として定義します。
10. 目視検査と同様に、5/10陽性のMEPが観察されるまで刺激する。MEP は 50 μV より大きくする必要があります。MEP の 50% が上 (および 50% を下回っている) 場合、MT は識別されています。
11. 確立したら、TMSマシンを適切な刺激レベルに設定します。モータスレッショルドの90%は、効果的なアクティブTMSと安全性の理想的なバランスです。機械の総出力の45%を超えないようにしてください。人のMTが機械の総出力の60%になることもありますが、これはまれです。

5. アクティブシングルパルスTMS

1. すべてのサイトの順序をランダムに選択します(例:SMA、PZ、MPFC、または Sham over CZ; 図5)。
2. コイルをアクティブサイトの上に置き、プレゼンテーションソフトウェアを起動します(例えば、テスト可能(下記参照))。刺激は、刺激と同期して自動的に進行するべきである。
3. 過熱の場合に備えて、常に予備のコイルを用意してください。

6. プレゼンテーション

1. プレゼンテーションソフトウェア(例えば、テスト可能)を使用してすべての行動データを収集するこのソフトウェアは、簡単に構成され、スクリプトが簡単です。
   注:3つの別々のブロックが作成されます - 脳の状態ごとに1つずつ。収集される人口統計は、最初に Testable の自動選択ルーチンを使用して選択されます。その後、本物の単語と偽の単語がスクリプトソフトウェアに配置されます。単語のサイズと持続時間、および刺激単語の画面上の位置が選択されます。
2. スクリプトを作成したら、まず人口統計を収集し、画面キャリブレーションを実行します。これは、スライダーをクレジットカードに一致させて行われます。コンピューターですべての実験を実行します。すべての応答は、内蔵のキーボードとセンサーパッドで行われます。
3. 2つの練習トライアルを行い、アナログスケールを紹介します。すべての参加者は機器に簡単に適応できます。指示は口頭で与えられ、参加者は彼らがその言葉をどれだけよく知っているかを評価するように言われます。
   1. その言葉が彼らに馴染みのあるもの(「机」など)であれば、高い評価を受けるべきです。
   2. 彼らがその言葉を「一種の」知っているならば、彼らは中程度の評価(「クロロフィル」など)を与えることです。
   3. それが彼らにあまり馴染みがない場合は、低い評価( '5HTTlpr'など)を割り当てます。合計144の単語を使用する必要があります(脳部位あたり36)。
4. 参加者は応答する時間が無制限です。アナログスケールでの応答に続いて、次の単語が表示されます。

結果

Taylor-Lilquist et ^al.14の図2には、MPFC、SMA、PZ、およびShamサイトの4つの脳部位が含まれていた。これらのサイトは、過大請求の相関関係を決定するために利用された。過大評価とは、実際には単語ではないのに、単語を知っていることを示す参加者のことです。12人の参加者が社会的および非社会的環境の両方でテストされた。社会的環境は、単語を知っ?...

ディスカッション

ここで概説したプロトコル(およびそのバリエーション)は、モントクレア州立大学の50以上の研究で使用されています。セットアップ全体は、$ 15,000(米国)未満で作成できます。さらに、我々の座標は、基準的手順を用いて、基礎となる脳構造とよく一致することを発見しました。

この方法のバリエーションがしばしば使用される。例えば、制御条件には、異なる脳領域を...

資料

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