Empregando estimulação magnética transcraniana em um ambiente limitado de recursos para estabelecer relações cérebro-comportamento

Resumo

Estimulação Magnética Transcranial (TMS) e TMS de baixa frequência (lfTMS) têm sido demonstrados como principais contribuintes para a literatura cerebral. Aqui destacamos os métodos para investigar os correlatos corticais do autoengano usando TMS.

Resumo

Neuroimagem é tipicamente percebida como um recurso que exige disciplina. Embora este seja o caso em certas circunstâncias, instituições com recursos limitados historicamente contribuíram significativamente para o campo da neurociência, incluindo a neuroimagem. No estudo da auto-decepção, temos conseguido um TMS de pulso único para determinar as correlações cerebrais de habilidades, incluindo sobre-advertência e auto-aprimoramento. Mesmo sem o uso da neuro-navegação, os métodos aqui fornecidos levam a resultados bem sucedidos. Por exemplo, descobriu-se que a diminuição da resposta auto-enganosa leva a uma diminuição do afeto. Esses métodos fornecem dados confiáveis e válidos, e tais métodos fornecem oportunidades de pesquisa de outra forma indisponíveis. Através do uso desses métodos, a base global de conhecimento no campo da neurociência é expandida, proporcionando oportunidades de pesquisa para estudantes como os da nossa instituição (Montclair State University é um Instituto hispânico de serviço) que muitas vezes são negadas tais experiências de pesquisa.

Introdução

Há uma série de desafios para investigar o comportamento cerebral correlacionados em instituições de pesquisa com recursos limitados (muitas vezes chamados de "universidades de ensino"). De acordo com dados fornecidos pela National Science Foundation (NSF), quase todas as pesquisas acadêmicas são concluídas por uma pequena porcentagem de instituições de ensino superior nos Estados Unidos. Ao examinar mais de 4.400 instituições pós-graduação, as 115 melhores universidades/institutos realizam e publicam 75% de toda a pesquisa¹. Nos Estados Unidos, existem 131 pesquisas 1 (R1: O nível mais alto que uma universidade pode alcançar em termos de ranking de pesquisa) universidades que recebem a maior parte do financiamento federal.

Essa disparidade de financiamento de alto nível limita as opções de pesquisa para muitos pesquisadores principais, bem como para os alunos; por exemplo, apenas 1,9% das universidades R1 são institutos hispânicos. Além disso, os institutos não R1 são limitados em termos de espaço de pesquisa, bolsas concedidas e tempo disponibilizado para pesquisa, e essas escolas muitas vezes não têm afiliações na faculdade de medicina². Diante desses obstáculos, fornecemos os métodos que permitiram com sucesso a investigação de relações cérebro-comportamento em engano em um ambiente limitado de recursos. Embora esses métodos sejam adequados para qualquer instituto, acreditamos que aqueles em universidades intensivas de ensino menor receberão o máximo benefício desses métodos.

Nosso laboratório se concentrou principalmente nas regiões cerebrais responsáveis pela produção de autoengano e auto-aprimoramento. O estabelecimento da causalidade em termos das regiões corticais subjacentes é alcançável por uma série de técnicas, e esses dados ajudam a confirmar métodos correlativos de neuroimagem e ensaios experimentais^de pacientes ^3,4,5.

Para investigar a autoconcepção com técnicas de neuroimagem causal, foram empregados diversos métodos inovadores, principalmente com estimulação magnética transcraniana de pulso único (TMS) e TMS repetitivo (rTMS⁶; Figura 1). Embora o TDCS (Estimulação Cortical Direta Transcraniana) tenha sido empregado com sucesso⁷ e possa ser modificado para replicar os métodos, procedimentos e resultados aqui apresentados, a flexibilidade do TMS ainda o torna a escolha ideal para a neuromodulação da auto-decepção. Em sua implementação mais comum, os pesquisadores inibem, excitam, interrompem ou medem a excitabilidade cortical (não está aqui coberta, mas vêem referência⁸).

O Córtex Pré-Frontal Medial (MPFC) parece estar envolvido na resposta auto-enganosa⁹. Dado o papel das Estruturas Corticais de Linha Média (CMS) em termos de autoconsciência em geral¹⁰, não é de surpreender que o autoengano esteja correlacionado com a atividade do MPFC. Para determinar a causalidade em termos de regiões frontais, a TMS foi utilizada para criar "lesões virtuais" ao medir ataques de autoengano¹¹. A medição da auto-decepção foi alcançada através de dois métodos principais: Auto-aprimoramento e sobreprodo⁶.

Constatamos que o rompimento do MPFC leva à redução do auto engano 6,8,11,12,13. Além disso, descobrimos que tal redução (ou seja, a redução da autoconcepção) está relacionada à diminuição do afeto de uma pessoa (ou seja, aumentos de humor negativos e diminuição do humor positivo).

Como as ressonâncias magnéticas neuro-navegação/individuais não são empregadas (devido às despesas, a maioria dos laboratórios não tem esses recursos), a preocupação pode ser levantada sobre o posicionamento e a precisão na segmentação de TMS. Nós compensamos isso, ocasionalmente, fazendo procedimentos fiduciários nos quais um alvo de contraste (por exemplo, um comprimido de vitamina E) é colocado na tampa e o (s) participante é/são posteriormente escaneados em uma ressonância magnética estrutural^11,12. Esses métodos confirmaram a exatidão dos métodos aqui descritos, e estamos mirando o aspecto medial do MPFC na fronteira da BA 10/9 que fica acima do Giro Frontal Medial (0, ~40, ~30).

Claramente, uma maior resolução espacial pode ser obtida usando outros métodos, como a neuro-navegação, no entanto, esses métodos não são empregados sem desvantagens que incluem desistência dos participantes, exclusão do participante, aumento da duração experimental, treinamento adicional e triagem, despesas adicionais e, muitas vezes, múltiplas visitas ao local para os participantes. Portanto, os métodos aqui apresentados oferecem uma excelente alternativa à neuro-navegação em muitas circunstâncias.

Protocolo

A pesquisa aqui apresentada foi aprovada pelo Comitê do Conselho de Revisão Institucional (IRB) da Universidade Estadual de Montclair. Todos os participantes foram tratados dentro das diretrizes éticas da APA.

1. Participantes

1. Primeiro, obter aprovação de revisão do Comitê do IRB para o protocolo (ver Discussão para instituições não-Pesquisa 1). Recomenda-se consulta com pesquisadores experientes. Obtenha formulários como formulários de triagem (Arquivo Suplementar 1) e Efeitos Colaterais (Arquivo Suplementar 2) de outros pesquisadores - eles são prontamente compartilhados em toda a comunidade TMS. NOTA: Para efeitos deste experimento, foram obtidos formulários de Simone Rossi.
2. Treine todos os investigadores sobre o consentimento e informar os participantes de todos os riscos, efeitos colaterais e possíveis eventos adversos. Se necessário, o Pesquisador Principal (PI) faz um curso de TMS se for necessário mais conhecimento. Antes de executar os participantes, certifique-se de que o PI realize um teste piloto do protocolo, incluindo consentimento e interrogatório.
3. Recrute os participantes através de panfletos ao redor do campus. Participantes da tela pessoalmente; o contato inicial não precisa ser pessoalmente. Certifique-se de que os folhetos descrevem apenas a compensação e os riscos em termos gerais, incluindo quaisquer circunstâncias especiais (por exemplo, COVID).
4. Certifique-se de que os participantes leiam o formulário de consentimento em voz alta, incluindo perguntas específicas, incluindo: Você é um estudante atual de ____PI______? Você tem um histórico de epilepsia, histórico familiar de epilepsia? Você tem um histórico de convulsões? Você tem algum dos seguintes derrames, implantes metálicos cranianos, lesão cerebral estrutural, dispositivo implantado, marca-passo, bomba de medicação, implante coclear, estimulador cerebral implantado, metalúrgico? Você tem histórico de traumatismo craniano com perda de consciência? Você tem um alto potencial para a gravidez? Você tem menos de 18 anos? Você tem mais de 65 anos?
5. Desculpe qualquer participante que afirme quaisquer perguntas do estudo.
6. Antes de ser matriculado, certifique-se de que a lista de verificação de triagem seja administrada.
7. Pague a todos os participantes US$ 25 por sua participação e trate de acordo com as diretrizes do Conselho de Revisão Institucional da Universidade Estadual de Montclair e da Associação Americana de Psicologia.
8. Entregar todos os TMS dentro do parâmetro apropriado para a instituição (ver Discussão).
9. A segurança e o conforto dos participantes são fundamentais, por isso, em todos os pontos à frente, pergunte e monitore os participantes de perto, tanto verbalmente quanto visualmente. O nervosismo pode ser a norma que, em alguns casos, leva a resultados mais difíceis e isso é monitorado.

2. Manuseio de equipamentos TMS

1. Use um dispositivo TMS de pulso único para toda a estimulação. Acione o dispositivo por depressão simultânea dos interruptores manuais pelo PI. Use a taxa máxima de estimulação do estimulador (ou seja, 0,75 Hz).
2. Use uma bobina de 70 mm durante todo o experimento. Certifique-se de que a bobina nunca atinja temperaturas perigosas/de desligamento durante o experimento. As bobinas de backup estão prontas no caso de serem necessárias como substituições.
3. Apresente todos os estímulos usando um computador portátil. Abra o software (por exemplo, testável) e faça login na conta. Clique no experimento apropriado.
4. Dimensione o monitor usando um cartão de crédito. Insira informações demográficas. Limpe/higienize o laptop antes e depois de cada participante ser testado.
5. Determine o limiar do motor usando inspeção visual (5/10 evocado Abdutor Pollicis Brevis) ou através de um EMG (Electromyograph).
6. Use tampinhas de natação para preservar as marcas. Use um suporte de bobina padrão para treinamento e apenas como demonstração, não para estimulação ativa.
7. Use medidas de fita adesiva para tirar coordenadas de CZ e OZ do sistema 10/20 e tirar o MPFC de um estudo anterior sobre a sobreessão¹⁰. Para determinar o MPFC, pegue 1/3 da distância de naion até a inion, e o MPFC é 1,5 cm anterior a este local. Este será o foco no BA 10/9 (Medial Frontal Gyrus).
8. Confirme as medidas a critério do PI usando o método fiducial no qual um comprimido de vitamina E é aderido à tampa do local da bobina que irá contrastar facilmente em uma ressonância magnética padrão. Devido ao custo, esta opção é limitada.

3. COVID - 19

1. Devido ao COVID-19, inclua os seguintes protocolos¹⁴. No Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, adicione um aviso: "Como participante deste estudo, você passará um tempo em um espaço interno próximo ao pesquisador. Isso representa um risco adicional significativo para a obtenção de COVID-19. Estamos tomando as seguintes precauções para protegê-lo, tais como: Apenas PI estará dentro de 6 pés de participante; Apenas um assistente é permitido nas proximidades, mas eles devem permanecer socialmente distantes; O participante deve usar duas máscaras; Pi deve usar duas máscaras, luvas e um escudo facial; O assistente deve usar uma máscara e um escudo facial; Todos os equipamentos de contato são higienizados."
2. Realize todos os experimentos no saguão/salão fora do laboratório normal, pois a ventilação é significativamente aumentada. Todos os equipamentos são sanitizáveis e portáteis.
3. Uma vez que os protocolos COVID-19 sejam relaxados, use procedimentos normais.

4. Limiar do motor

1. Marque tampas de natação ao longo da linha de naion/inion e o ponto médio tomado usando um marcador mágico. Meça pontos pré-auriculares e leve esses pontos médios, também. A partir daqui, parcela 20/10 coordenadas (ver 2.6).
2. Usando a linha pré-auricular do hemisfério direito, depois desça 33% (na direção ventral) e inicie a busca pela localização ideal para o Abduzidor Pollicis Brevis (APB) usando a bobina TMS. Descarreche a máquina TMS usando o gatilho da bobina, o footswitch e desengatar a segurança.
3. Oriente a bobina TMS a 45° para todas as pesquisas e entregas de TMS.
4. Inicie a saída de estimulação a 30% da saída total da máquina usando o mostrador na frente da máquina e aumente em incrementos de 2% usando o mostrador até que um movimento seja observado. Aqui, como a estimulação é aumentada em termos de intensidade, mova o local também. Há uma interação cuidadosa entre o movimento da bobina e a intensidade da estimulação.
5. Uma vez que o local ideal seja encontrado (ou seja, o site que forneceu a resposta máxima de APB), determine o MT.
6. Antes de iniciar a determinação do MT, marque o local da ponta da bobina na tampa para permitir uma colocação precisa. Rastreie toda a parte anterior da bobina até a tampa de natação usando um marcador mágico.
7. Para o método de inspeção visual, use aproximadamente 20 pulsos (intensidade de máquina variada) para descobrir o nível de estimulação que resulta em respostas apb de 5/10 (50%)). O mostrador deve ser levantado e abaixado em resposta ao aumento ou diminuição dos movimentos dos dedos. Comece com 20% da intensidade da máquina e trabalhe. Uma vez obtidas 5/10 respostas, registo o MT do indivíduo, observando o que a máquina está exibindo como a intensidade.
8. Para o método (preferido) mep, coloque eletrodos descartáveis no APB e no tendão do polegar e um chão (geralmente na parte de trás do pulso), e em vez de utilizar inspeção visual, deve-se observar um MEP positivo na unidade de gravação.
9. Defina uma resposta positiva do EURO como um eurodeputado com amplitude de pico a pico de ≥ 50 μV.
10. Semelhante à inspeção visual, estimular até 5/10 meps positivos são observados. Os deputados devem ter mais de 50 μV. Se 50% dos deputados estiverem acima (e 50% abaixo), MT foi identificada.
11. Uma vez estabelecida, coloque a máquina TMS no nível de estimulação adequado. 90% do limiar do motor é um equilíbrio ideal entre TMS ativo efetivo e segurança. Não exceda 45% da saída total da máquina. Há ocasiões em que o MT de uma pessoa é 60% da produção total da máquina, mas isso é raro.

5. TMS de pulso único ativo

1. Selecione aleatoriamente a ordem de todos os sites (por exemplo, SMA, PZ, MPFC ou Sham sobre CZ; Figura 5).
2. Coloque a bobina sobre o site ativo e inicie um software de apresentação (por exemplo, Testável (veja abaixo)). A estimulação deve proceder automaticamente e em sincronia com estímulos.
3. Sempre tenha uma bobina sobressalente em caso de superaquecimento.

6. Apresentação

1. Colete todos os dados comportamentais usando um software de apresentação (por exemplo, testável) Este software é facilmente configurado e os scripts são simples.
   NOTA: Três blocos separados são criados-um para cada uma das condições cerebrais. A demografia a ser coletada é escolhida pela primeira vez usando a rotina de seleção automática do Testable. Em seguida, palavras reais e palavras falsas são colocadas no software de scripting. O tamanho e duração das palavras são escolhidos, assim como a localização na tela das palavras de estímulo.
2. Uma vez que o script é feito, colete a demografia primeiro e execute a calibração da tela. Isso é feito combinando o controle deslizante com um cartão de crédito. Faça todos os experimentos em um computador. Todas as respostas são feitas no teclado embutido e no sensor pad.
3. Dê dois ensaios práticos e introduza a escala analógica. Todos os participantes se adaptam facilmente ao equipamento. As instruções são dadas oralmente, e os participantes são orientados a avaliar o quão bem eles conhecem a palavra.
   1. Se a palavra é familiar para eles (como 'mesa') deve ser dada uma classificação alta.
   2. Se eles 'meio que' conhecem a palavra, eles devem dar uma classificação média (como 'clorofila').
   3. Se não for tão familiar para eles, eles atribuirão uma classificação baixa (como '5HTTlpr'). Um total de 144 palavras devem ser usadas (36 por site cerebral).
4. Os participantes têm tempo ilimitado para responder. Após a resposta na escala analógica, a próxima palavra é apresentada.

Resultados

A figura 2, de Taylor-Lilquist et ^al.14, envolveu quatro sítios cerebrais: MPFC, SMA, PZ, e um site sham. Esses locais foram utilizados para determinar os correlatos de sobre-alegação. A exclamação excessiva é um participante indicando que eles sabem uma palavra quando na verdade não é uma palavra. 12 participantes foram testados em ambientes sociais e não sociais. Os cenários sociais representavam pressão para conhecer uma palavra (alta pressão social; n=...

Discussão

O protocolo (e as variações de) aqui descritos tem sido utilizado em mais de 50 estudos na Universidade Estadual de Montclair. Toda a configuração pode ser criada por menos de US $ 15.000 (EUA). Além disso, descobrimos que nossas coordenadas combinam bem com estruturas cerebrais subjacentes usando procedimentos fiduciários.

Variações deste método são frequentemente utilizadas. Por exemplo, as condições de controle podem incluir estimular diferentes áreas cerebrais, aplicar tms dif...

Materiais

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