자원이 제한된 환경에서 경두개 자기 자극을 사용하여 뇌 - 행동 관계를 수립합니다.

요약

경두개 자기 자극 (TMS) 및 저주파 TMS (lfTMS)는 뇌 문헌에 주요 기여를하는 것으로 입증되었습니다. 여기서 우리는 TMS를 사용하여 자기 기만의 피질 상관 관계를 조사하는 방법을 강조합니다.

초록

신경 영상은 일반적으로 자원을 요구하는 분야로 인식됩니다. 특정 상황에서는 이것이 사실이지만, 제한된 자원을 가진 기관은 역사적으로 신경 이미징을 포함한 신경 과학 분야에 크게 기여했습니다. 자기 기만에 대한 연구에서 우리는 단일 펄스 TMS를 성공적으로 사용하여 과대 주장 및 자기 향상을 포함한 능력의 뇌 상관 관계를 결정했습니다. 신경 탐색을 사용하지 않더라도 여기에 제공된 방법은 성공적인 결과를 가져옵니다. 예를 들어, 자기 기만적인 반응의 감소가 영향의 감소로 이어진다는 것이 발견되었다. 이러한 방법은 신뢰할 수 있고 유효한 데이터를 제공하며, 이러한 방법은 달리 사용할 수없는 연구 기회를 제공합니다. 이러한 방법의 사용을 통해 신경 과학 분야의 전반적인 지식 기반이 확장되어 종종 그러한 연구 경험을 거부당하는 우리 기관 (Montclair State University는 히스패닉 봉사 기관)과 같은 학생들에게 연구 기회를 제공합니다.

서문

제한된 자원을 가진 연구 기관 (종종 '교육 대학'이라고 함)에서 뇌 행동 상관 관계를 조사하는 데는 여러 가지 어려움이 있습니다. 국립 과학 재단 (NSF)이 제공 한 데이터에 따르면, 거의 모든 학술 연구는 미국의 소수의 고등 교육 기관에 의해 완료됩니다. 4,400 개 이상의 고등 학위 수여 기관을 조사 할 때 상위 115 개 대학 / 연구소가 모든 연구의 75 %를 수행하고 발표합니다¹. 미국에는 연방 기금의 대부분을받는 131 개의 연구 1 (R1 : 연구 순위 측면에서 대학이 달성 할 수있는 가장 높은 지위 수준) 대학이 있습니다.

이 최고 무거운 자금 불균형은 학생들뿐만 아니라 많은 주요 조사관의 연구 옵션을 제한합니다. 예를 들어, R1 대학의 1.9 %만이 히스패닉 봉사 기관입니다. 또한, 비 R1 기관은 연구 공간, 보조금 수여 및 연구에 사용할 수있는 시간 측면에서 제한되며,이 학교는 종종 의과 대학 소속이 없습니다². 이러한 장애물을 감안할 때, 우리는 자원이 제한된 환경에서 속임수에서 뇌 - 행동 관계를 성공적으로 조사 할 수있는 방법을 제공합니다. 이러한 방법은 모든 기관에 적합하지만, 우리는 소규모 / 교육 집중 대학의 사람들이 이러한 방법으로 최대의 혜택을 얻을 것이라고 믿습니다.

우리 실험실은 주로 자기 기만과 자기 향상을 일으키는 뇌 영역에 중점을 두었습니다. 근본적인 피질 영역의 관점에서 인과관계를 확립하는 것은 다수의 기술에 의해 달성될 수 있으며, 이러한 데이터는 상관관계 신경 영상 방법 및 실험적 환자 시험 3,4,5를 확인하는 데 도움이 된다.

인과 관계 신경 영상 기술로 자기 기만을 조사하기 위해 주로 단일 펄스 경두개 자기 자극 (TMS) 및 반복적 인 TMS (rTMS⁶; 그림 1). tDCS (경두개 직접 피질 자극)가 성공적으로 채택되어⁷ 여기에 제시된 방법, 절차 및 결과를 복제하도록 수정할 수 있지만 TMS의 유연성은 여전히 자기 기만의 신경 조절을위한 최적의 선택입니다. 가장 일반적인 구현에서 연구자들은 피질 흥분성을 억제, 흥분, 파괴 또는 측정합니다 (여기에서 다루지는 않지만 참조⁸ 참조).

내측 전두엽 피질 (MPFC)은 자기 기만적인 반응에 관여하는 것으로 보인다⁹. 일반적으로¹⁰에서 자기 인식 측면에서 피질 미드 라인 구조 (CMS)의 역할을 감안할 때, 자기 기만이 MPFC 활동과 상관 관계가 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 전두엽 영역의 관점에서 인과관계를 결정하기 위해, TMS는 자기 기만(¹¹)의 시합을 측정하면서 '가상 병변'을 생성하는 데 의존하였다. 자기 기만을 측정하는 것은 두 가지 주요 방법을 통해 달성되었습니다 : 자기 향상과 과대 주장⁶.

우리는 MPFC의 혼란이 자기 기 만 6,8,11,12,13의 감소로 이어진다는 것을 발견했습니다. 또한, 우리는 그러한 감소 (즉, 자기 기만의 저하)가 사람의 영향 감소 (즉, 부정적인 기분 증가 및 긍정적 인 기분 감소)와 관련이 있음을 발견했습니다.

신경 네비게이션 / 개별 MRI가 고용되지 않기 때문에 (비용 때문에 대부분의 실험실에는 이러한 자원이 없기 때문에) TMS 타겟팅의 위치 지정 및 정확성에 대한 우려가 제기 될 수 있습니다. 우리는 때때로 대조 표적 (예 : 비타민 E 정제)이 뚜껑에 놓이고 참가자가 구조 MRI^11,12에서 스캔되는 신탁 절차를 수행함으로써이를 보완했습니다. 이 방법들은 여기에 설명 된 방법의 정확성을 확인했으며, 우리는 Medial Frontal Gyrus (0, ~ 40, ~ 30) 위에있는 BA 10/9의 경계에서 MPFC의 내측 측면을 목표로하고 있습니다.

분명히 신경 탐색과 같은 다른 방법을 사용하여 더 높은 공간 해상도를 얻을 수 있지만 이러한 방법은 참가자 탈락, 참가자 제외, 실험 기간 증가, 추가 교육 및 스크리닝, 추가 비용 및 참가자를위한 여러 사이트 방문을 포함하는 단점없이 사용되지 않습니다. 따라서 여기에 제시된 방법은 많은 상황에서 신경 탐색에 대한 훌륭한 대안을 제공합니다.

프로토콜

여기에 제시된 연구는 Montclair State University의 IRB (Institutional Review Board)위원회의 승인을 받았습니다. 모든 참가자는 APA의 윤리적 지침 내에서 대우 받았다.

1. 참가자

1. 첫째, 프로토콜에 대한 IRB 위원회 검토 승인을 얻으십시오 (비 연구 1 기관에 대한 토론 참조). 숙련 된 연구자와상의하는 것이 좋습니다. 다른 연구자로부터 스크리닝 (보충 파일 1) 및 부작용 (보충 파일 2) 양식과 같은 양식을 얻으십시오 - 그들은 TMS 커뮤니티 전체에서 쉽게 공유됩니다. 참고 :이 실험의 목적을 위해, 형태는 Simone Rossi로부터 얻어졌다.
2. 모든 조사관에게 모든 위험, 부작용 및 잠재적 부작용에 대해 동의하고 참가자에게 알리도록 교육하십시오. 필요한 경우 PI (Principal Investigator)는 추가 지식이 필요한 경우 TMS 과정을 수강합니다. 참가자를 실행하기 전에 PI가 동의 및 보고를 포함하여 프로토콜의 파일럿 테스트를 수행하는지 확인합니다.
3. 캠퍼스 주변의 전단지를 통해 참가자를 모집하십시오. 직접 스크린 참가자; 초기 접촉은 직접 할 필요가 없습니다. 전단지가 특별한 상황(예: COVID)을 포함하여 일반적인 용어로만 보상 및 위험을 설명해야 합니다.
4. 참가자들이 다음과 같은 특정 질문을 포함하여 동의서를 소리 내어 읽도록 하십시오: 당신은 ____PI______의 현재 학생입니까? 당신은 가지고 있습니까 : 간질의 역사, 간질의 가족력? 발작의 병력이 있습니까? 뇌졸중, 두개골 금속 임플란트, 구조적 뇌 병변, 이식 장치, 심박 조율기, 약물 펌프, 인공와우 임플란트, 이식 된 뇌 자극기, 금속 작업자가 있습니까? 의식 상실로 두부 외상의 병력이 있습니까? 임신 가능성이 높습니까? 18세 미만이신가요? 65세 이상이신가요?
5. 참가자가 연구에서 질문을 확인하는 것을 변명하십시오.
6. 등록하기 전에 심사 체크리스트가 관리되는지 확인하십시오.
7. 모든 참가자에게 참여에 대해 $ 25를 지불하고 Montclair State University 및 American Psychological Association의 기관 검토위원회의 지침에 따라 치료하십시오.
8. 기관에 적합한 매개 변수 내에서 모든 TMS를 제공합니다(토론 참조).
9. 참가자의 안전과 편안함은 매우 중요하므로 앞으로 모든 지점에서 참가자들에게 구두와 시각을 면밀히 질문하고 모니터링합니다. 긴장감은 어떤 경우에는 더 어려운 결과를 초래하는 표준이 될 수 있으며 이것은 모니터링됩니다.

2. TMS 장비 취급

1. 모든 자극을 위해 단일 펄스 TMS 장치를 사용하십시오. PI에 의해 수동으로 손과 발 스위치의 동시 우울증에 의해 장치를 트리거합니다. 자극기의 최대 자극 속도(즉, 0.75 Hz)를 사용한다.
2. 실험 전반에 걸쳐 70mm 피겨 오브 여덟 개의 코일을 사용하십시오. 실험 중에 코일이 위험/차단 온도에 도달하지 않도록 하십시오. 백업 코일은 교체용으로 필요한 경우에 대비하여 준비됩니다.
3. 노트북 컴퓨터를 사용하여 모든 자극을 제시하십시오. 소프트웨어 (예 : Testable)를 열고 계정에 로그인하십시오. 적절한 실험을 클릭합니다.
4. 신용 카드를 사용하여 모니터의 크기를 조정합니다. 인구 통계 정보를 입력합니다. 각 참가자가 테스트되기 전과 후에 노트북을 청소 / 소독하십시오.
5. 육안 검사 (5/10 유발 납치범 Pollicis Brevis) 또는 EMG (근전도)를 통해 모터 임계 값을 결정하십시오.
6. 수영 모자를 사용하여 표시를 보존하십시오. 표준 코일 홀더를 훈련용으로 사용하고 능동적 인 자극이 아닌 데모로만 사용하십시오.
7. 천 테이프 측정을 사용하여 10/20 시스템에서 CZ 및 OZ에 대한 좌표를 취하고¹⁰을 과장하는 것에 대한 이전 연구에서 MPFC를 취하십시오. MPFC를 결정하려면 나시온에서 이니언까지의 거리의 1/3을 취하면 MPFC는이 위치 앞쪽에 1.5cm 앞쪽에 있습니다. 이것은 BA 10/9 (Medial Frontal Gyrus)에 초점을 맞출 것입니다.
8. 표준 MRI에서 쉽게 대조되는 코일 위치의 캡에 비타민 E 정제가 부착되는 신탁 방법을 사용하여 PI의 재량에 따라 측정을 확인하십시오. 비용 때문에이 옵션은 제한적입니다.

3. 코로나 - 19

1. COVID-19로 인해 다음 프로토콜¹⁴를 포함하십시오. 동의서에 면책 조항을 추가하십시오 : "이 연구의 참가자로서, 당신은 연구원과 가까운 실내 공간에서 시간을 보낼 것입니다. 이것은 COVID-19에 걸릴 수있는 상당한 추가 위험을 제기합니다. 우리는 다음과 같이 귀하를 보호하기 위해 다음과 같은 예방 조치를 취하고 있습니다 : PI 만 참가자의 6 피트 이내에있을 것입니다. 주변에는 한 명의 조수 만 허용되지만 사회적으로 거리를 두어야합니다. 참가자는 두 개의 마스크를 착용해야합니다. PI는 두 개의 마스크, 장갑 및 얼굴 방패를 착용해야합니다. 조수는 마스크와 얼굴 방패를 착용해야합니다. 모든 접촉 장비는 소독됩니다."
2. 환기가 크게 증가함에 따라 일반 실험실 외부의 로비 / 홀에서 모든 실험을 수행하십시오. 모든 장비는 살균 가능하고 휴대가 가능합니다.
3. COVID-19 프로토콜이 완화되면 정상적인 절차를 사용하십시오.

4. 모터 임계 값

1. nasion / inion 라인을 따라 수영 캡을 표시하고 마법 마커를 사용하여 찍은 중간 지점을 표시합니다. 사전 auricular 점을 측정하고 그 중간 점을 취하십시오. 여기에서 10/20 좌표를 플로팅합니다(2.6 참조).
2. 오른쪽 반구 사전 오줌 라인을 사용하여 33 % 아래로 (복부 방향으로) 가서 TMS 코일을 사용하여 Abductor Pollicis Brevis (APB)의 최적 위치 검색을 시작하십시오. 코일 트리거, 풋 스위치를 사용하여 TMS 기계를 방전시키고 안전을 분리하십시오.
3. 모든 검색 및 TMS 배달에 대해 TMS 코일의 방향을 45°로 조정합니다.
4. 기계 전면의 다이얼을 사용하여 총 기계 출력 30%에서 자극 출력을 시작하고 움직임이 나타날 때까지 다이얼을 사용하여 2% 단위로 올립니다. 여기서, 자극이 강도의 관점에서 증가함에 따라, 위치도 이동한다. 코일 움직임과 자극 강도 사이에는 신중한 상호 작용이 있습니다.
5. 최적의 위치(즉, 최대 APB 응답을 제공한 사이트)가 발견되면 MT를 결정한다.
6. MT 결정을 시작하기 전에 코일 팁 부위를 캡에 표시하여 정확한 배치를 가능하게 합니다. 마법 마커를 사용하여 코일의 앞쪽 부분 전체를 수영 캡까지 추적하십시오.
7. 육안 검사 방법의 경우 약 20 펄스 (다양한 기계 강도)를 사용하여 자극 수준이 5/10 (50 %)의 APB 반응을 초래하는지 확인하십시오. 다이얼은 손가락 움직임이 증가하거나 감소하는 것에 대응하여 올리고 내려야 합니다. 기계 강도의 20 %에서 시작하여 작업하십시오. 5/10 응답을 얻은 후에는 기계가 강도로 표시하는 것을 기록하여 개인의 MT를 기록하십시오.
8. (선호되는) MEP 방법의 경우, APB와 엄지 손가락의 힘줄과 접지 (일반적으로 손목 뒤쪽 주위)에 일회용 전극을 놓고 육안 검사를 사용하는 대신 기록 장치에서 양성 MEP를 관찰해야합니다.
9. 포지티브 MEP 반응을 ≥50μV 피크 대 피크 진폭을 갖는 MEP로 정의한다.
10. 육안 검사와 마찬가지로 5/10 양성 MEP가 관찰 될 때까지 자극하십시오. MEP는 50μV보다 커야 합니다. MEP의 50 %가 위 (및 50 % 이하)이면 MT가 확인되었습니다.
11. 일단 확립되면, TMS 머신을 적절한 자극 레벨로 설정한다. 모터 임계값의 90%는 효과적인 활성 TMS와 안전 사이의 이상적인 균형입니다. 기계 총 출력의 45%를 초과하지 마십시오. 사람의 MT가 기계 총 출력의 60 %인 경우가 있지만 이는 드뭅니다.

5. 활동적인 단 하나 맥박 TMS

1. 모든 사이트의 순서를 무작위로 선택하십시오 (예 : CZ 이상의 SMA, PZ, MPFC 또는 Sham; 그림 5).
2. 코일을 활성 사이트 위에 놓고 프리젠테이션 소프트웨어(예: Testable(아래 참조))를 시작합니다. 자극은 자극과 동시에 자동으로 진행되어야 한다.
3. 과열의 경우 항상 여분의 코일을 가지고 있습니다.

6. 프리젠 테이션

1. 프리젠 테이션 소프트웨어 (예 : Testable)를 사용하여 모든 행동 데이터를 수집하십시오.이 소프트웨어는 쉽게 구성되며 스크립트는 간단합니다.
   참고 : 세 개의 개별 블록이 생성됩니다 - 각 뇌 상태에 대해 하나씩. 수집 할 인구 통계는 먼저 Testable의 자동 선택 루틴을 사용하여 선택됩니다. 그런 다음 실제 단어와 가짜 단어가 스크립팅 소프트웨어에 배치됩니다. 단어의 크기와 지속 시간은 자극 단어의 화면의 위치와 마찬가지로 선택됩니다.
2. 스크립트가 만들어지면 먼저 인구 통계를 수집하고 화면 보정을 수행하십시오. 슬라이더를 신용 카드와 일치시킵니다. 컴퓨터에서 모든 실험을 수행합니다. 모든 응답은 내장 키보드와 센서 패드에서 이루어집니다.
3. 두 번의 연습 연습을하고 아날로그 스케일을 소개하십시오. 모든 참가자는 장비에 쉽게 적응할 수 있습니다. 지시 사항은 구두로 주어지며, 참가자들은 단어를 얼마나 잘 알고 있는지 평가하도록 지시받습니다.
   1. 단어가 그들에게 익숙하다면 (예 : '책상') 높은 등급을 받아야합니다.
   2. 그들이 '일종의'단어를 안다면, 그들은 중간 등급 (예 : '엽록소')을 제공해야합니다.
   3. 익숙하지 않은 경우 낮은 등급 (예 : '5HTTlpr')을 할당합니다. 총 144 단어를 사용해야합니다 (뇌 부위 당 36 개).
4. 참가자는 응답 할 시간이 무제한입니다. 아날로그 스케일의 응답에 따라 다음 단어가 표시됩니다.

결과

Taylor-Lilquist et ^al.14의 그림 2에는 MPFC, SMA, PZ 및 Sham 사이트의 네 가지 뇌 부위가 포함되었습니다. 이 사이트는 과다 청구의 상관 관계를 결정하는 데 사용되었습니다. 과장된 주장은 실제로 단어가 아닐 때 단어를 알고 있음을 나타내는 참가자입니다. 12 참가자는 사회적 및 비 사회적 환경 모두에서 테스트되었습니다. 사회적 설정은 단어를 알거나(높은 사회...

토론

여기에 설명 된 프로토콜 (및 변형)은 Montclair State University의 50 개 이상의 연구에서 사용되었습니다. 전체 설정은 $ 15,000 (미국) 미만으로 만들 수 있습니다. 또한, 우리는 우리의 좌표가 신탁 절차를 사용하여 근본적인 뇌 구조와 잘 일치한다는 것을 발견했습니다.

이 방법의 변형이 자주 사용됩니다. 예를 들어, 제어 조건에는 서로 다른 뇌 영역 자극, TMS 다른 타이밍 적용 (즉, ...

자료

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