Beyin-Davranış İlişkileri Kurmak için Transkraniyal Manyetik Stimülasyonun Kaynak Sınırlı Bir Ortamda Kullanılması

Özet

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) ve düşük frekanslı TMS'nin (lfTMS) beyin literatürüne önemli katkılarda bulunduğu gösterilmiştir. Burada, TMS kullanarak kendini aldatmanın kortikal korelasyonlarını araştırmak için kullanılan yöntemleri vurguluyoruz.

Özet

Nörogörüntüleme tipik olarak kaynak gerektiren bir disiplin olarak algılanır. Bazı durumlarda durum böyle olsa da, sınırlı kaynaklara sahip kurumlar, nörogörüntüleme de dahil olmak üzere nörobilim alanına tarihsel olarak önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Kendini aldatma çalışmasında, aşırı talep ve kendini geliştirme de dahil olmak üzere yeteneklerin beyin korelasyonlarını belirlemek için tek darbeli TMS'yi başarıyla kullandık. Nöro-navigasyon kullanılmasa bile, burada sağlanan yöntemler başarılı sonuçlara yol açmaktadır. Örneğin, kendini aldatıcı yanıttaki azalmaların duygulanımda bir azalmaya yol açtığı keşfedilmiştir. Bu yöntemler güvenilir ve geçerli veriler sağlar ve bu tür yöntemler başka türlü kullanılamayan araştırma fırsatları sağlar. Bu yöntemlerin kullanılmasıyla, sinirbilim alanındaki genel bilgi tabanı genişletilir ve kurumumuzdakiler (Montclair State Üniversitesi, İspanyol Hizmet Veren bir Enstitüdür) gibi öğrencilere araştırma fırsatları sunar.

Giriş

Sınırlı kaynaklara sahip araştırma kurumlarında (genellikle 'üniversitelere öğretmek' olarak adlandırılır) beyin-davranış korelasyonunu araştırmak için bir takım zorluklar vardır. Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından sağlanan verilere göre, neredeyse tüm akademik araştırmalar Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yüksek öğretim kurumlarının küçük bir yüzdesi tarafından tamamlanmaktadır. 4.400'den fazla lise sonrası derece veren kurumu incelerken, en iyi 115 üniversite / enstitü tüm araştırmaların %75'ini gerçekleştirir ve yayınlar¹. Amerika Birleşik Devletleri'nde, federal fonların çoğunu alan 131 araştırma 1 (R1: Bir üniversitenin araştırma sıralaması açısından ulaşabileceği en yüksek statü seviyesi) üniversitesi vardır.

Bu en ağır finansman eşitsizliği, birçok ana araştırmacının yanı sıra öğrenciler için araştırma seçeneklerini sınırlar; Örneğin, R1 üniversitelerinin sadece% 1.9'u İspanyol Hizmet Veren enstitülerdir. Ayrıca, R1 olmayan enstitüler araştırma alanı, verilen hibeler ve araştırma için uygun zaman açısından sınırlıdır ve bu okulların genellikle tıp fakültesi bağlantıları yoktur². Bu engeller göz önüne alındığında, kaynak sınırlı bir ortamda aldatmacada beyin-davranış ilişkilerinin araştırılmasına başarılı bir şekilde izin veren yöntemleri sunuyoruz. Bu yöntemler her enstitü için uygun olmakla birlikte, daha küçük/öğretim yoğun üniversitelerde çalışanların bu yöntemlerden maksimum fayda sağlayacağına inanıyoruz.

Laboratuvarımız öncelikle kendini aldatma ve kendini geliştirmeden sorumlu beyin bölgelerine odaklanmıştır. Altta yatan kortikal bölgeler açısından nedensellik oluşturmak bir dizi teknikle elde edilebilir ve bu veriler korelasyon nörogörüntüleme yöntemlerini ve deneysel hasta çalışmalarını doğrulamaya yardımcı olur ^3,4,5.

Nedensel nörogörüntüleme teknikleri ile kendini aldatmayı araştırmak için, özellikle tek nabızlı Transkraniyal Manyetik Stimülasyon (TMS) ve tekrarlayan TMS (rTMS⁶; Şekil 1). tDCS (transkraniyal Doğrudan Kortikal Stimülasyon) başarıyla kullanılmış olsa da⁷ ve burada sunulan yöntemleri, prosedürleri ve sonuçları çoğaltmak için modifiye edilebilirken, TMS'nin esnekliği hala kendi kendini aldatmanın nöromodülasyonu için en uygun seçenek haline getirmektedir. En yaygın uygulamasında, araştırmacılar kortikal uyarılabilirliği inhibe eder, heyecanlandırır, bozar veya ölçer (burada ele alınmamıştır, ancak referans^8'e bakınız).

Medial Prefrontal Korteks (MPFC), kendini aldatıcı yanıt vermede rol oynuyor gibi görünmektedir⁹. Kortikal Orta Hat Yapılarının (CMS) genel olarak öz farkındalık açısından rolü göz önüne alındığında¹⁰, kendini aldatmanın MPFC aktivitesi ile ilişkili olması şaşırtıcı değildir. Frontal bölgeler açısından nedenselliği belirlemek için, TMS'ye güvenilerek kendini aldatma nöbetleri ölçülürken 'sanal lezyonlar' yaratılmıştır¹¹. Kendini aldatmanın ölçülmesi iki ana yöntemle sağlanmıştır: Kendini geliştirme ve aşırı talep^{etme 6}.

MPFC'nin bozulmasının, kendini aldatma 6,8,11,12,13'ün azalmasına yol açtığını bulduk. Dahası, böyle bir azalmanın (yani, kendini aldatmanın azalmasının) bir kişinin etkisindeki azalma ile ilişkili olduğunu keşfettik (yani, olumsuz ruh hali artar ve olumlu ruh hali azalır).

Nöro-navigasyon / bireysel MRG'ler kullanılmadığından (masraf nedeniyle, çoğu laboratuvar bu kaynaklara sahip değildir), TMS hedeflemesinde konumlandırma ve doğruluk konusunda endişeler ortaya çıkabilir. Bunu, zaman zaman bir kontrast hedefin (örneğin, bir E vitamini tableti) kapağa yerleştirildiği ve katılımcı (lar) ın daha sonra yapısal bir MRG^11,12'de tarandığı / tarandığı güvene dayalı prosedürler yaparak telafi ettik. Bu yöntemler, burada özetlenen yöntemlerin doğruluğunu doğrulamıştır ve MPFC'nin medial yönünü, Medial Frontal Girus'un (0, ~ 40, ~ 30) üzerinde bulunan BA 10/9 sınırında hedefliyoruz.

Açıkçası, nöro-navigasyon gibi diğer yöntemler kullanılarak daha yüksek mekansal çözünürlük elde edilebilir, ancak bu yöntemler, katılımcı bırakma, katılımcı dışlama, artan deneysel süre uzunluğu, ek eğitim ve tarama, ek masraf ve genellikle katılımcılar için çoklu saha ziyaretlerini içeren dezavantajlar olmadan kullanılmaz. Bu nedenle, burada sunulan yöntemler birçok durumda nöro-navigasyona mükemmel bir alternatif sunmaktadır.

Protokol

Burada sunulan araştırma, Montclair State Üniversitesi'nin Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) komitesi tarafından onaylanmıştır. Tüm katılımcılar APA'nın etik kuralları çerçevesinde ele alınmıştır.

1. Katılımcılar

1. İlk olarak, protokol için IRB Komitesi Gözden Geçirme Onayı alın (Araştırma 1 dışı kurumlar için tartışmaya bakınız). Deneyimli araştırmacılarla istişare edilmesi önerilir. Diğer araştırmacılardan Tarama (Ek Dosya 1) ve Yan Etkiler (Ek Dosya 2) formları gibi formları alın - bunlar TMS topluluğu arasında kolayca paylaşılır. NOT: Bu deneyin amacı doğrultusunda, Simone Rossi'den formlar elde edilmiştir.
2. Tüm araştırmacıları, katılımcıları tüm riskler, yan etkiler ve potansiyel olumsuz olaylar hakkında rıza gösterme ve bilgilendirme konusunda eğitin. Gerekirse, Baş Araştırmacı (PI), daha fazla bilgiye ihtiyaç duyulursa bir TMS kursu alır. Katılımcıları çalıştırmadan önce, PI'nin onay ve bilgilendirme dahil olmak üzere protokolün pilot testini gerçekleştirdiğinden emin olun.
3. Kampüs çevresindeki el ilanları aracılığıyla katılımcıları işe alın. Katılımcıları şahsen taramak; ilk temasın şahsen olması gerekmez. El ilanlarının, tazminat ve riskleri, özel durumlar (örneğin, COVID) dahil olmak üzere yalnızca genel terimlerle tanımladığından emin olun.
4. Katılımcıların, aşağıdakiler de dahil olmak üzere belirli sorular da dahil olmak üzere onay formunu yüksek sesle okumalarını sağlayın: Şu anda ____PI______ öğrencisi misiniz? Bir epilepsi öyküsünüz var mı, ailede epilepsi öyküsü var mı? Nöbet geçmişiniz var mı? Aşağıdaki inme, kraniyal metal implantlar, yapısal beyin lezyonu, implante cihaz, kalp pili, ilaç pompası, koklear implant, implante edilmiş beyin stimülatörü, metal işçisi herhangi birine sahip misiniz? Bilinç kaybı ile baş travması geçmişiniz var mı? Hamilelik için yüksek bir potansiyeliniz var mı? 18 yaşından küçük müsünüz? 65 yaşından büyük müsünüz?
5. Çalışmadan herhangi bir soruyu onaylayan katılımcıları mazur görün.
6. Kaydolmadan önce, Tarama Kontrol Listesi'nin uygulandığından emin olun.
7. Tüm katılımcılara katılımları için 25 $ ödeyin ve Montclair State Üniversitesi'ndeki Kurumsal İnceleme Kurulu ve Amerikan Psikoloji Derneği'nin yönergelerine uygun olarak davranın.
8. Tüm TMS'leri kuruma uygun parametre içinde teslim edin (bkz.
9. Katılımcı güvenliği ve konforu kritik öneme sahiptir, bu nedenle ileriye dönük her noktada katılımcılara hem sözlü hem de görsel olarak yakından sorun ve izleyin. Sinirlilik, bazı durumlarda daha zor sonuçlara yol açan norm olabilir ve bu izlenir.

2. TMS ekipman taşıma

1. Tüm stimülasyonlar için tek darbeli TMS cihazı kullanın. PI tarafından manuel olarak el ve ayak anahtarlarının eşzamanlı olarak alçaltılmasıyla cihazı tetikleyin. Stimülatörün maksimum stimülasyon hızını kullanın (yani, 0.75 Hz).
2. Deney boyunca 70 mm'lik sekiz rakamlı bir bobin kullanın. Deney sırasında bobinin asla tehlikeli / kapalı sıcaklıklara ulaşmadığından emin olun. Yedek bobinler, yedek olarak ihtiyaç duyulması durumunda hazırdır.
3. Bir dizüstü bilgisayar kullanarak tüm uyaranları sunun. Yazılımı açın (örneğin, Test Edilebilir) ve hesaba giriş yapın. Uygun denemeyi tıklayın.
4. Kredi kartı kullanarak monitörü ölçeklendirin. Demografik bilgileri girin. Her katılımcı test edilmeden önce ve sonra dizüstü bilgisayarı temizleyin/dezenfekte edin.
5. Motor eşiğini görsel muayene (5/10 uyarılmış Abductor Pollicis Brevis) veya EMG (Elektromiyograf) kullanarak belirleyin.
6. İşaretleri korumak için yüzme başlıkları kullanın. Standart bir bobin tutucuyu eğitim için ve sadece gösterim olarak kullanın, aktif stimülasyon için değil.
7. 10/20 sisteminden CZ ve OZ koordinatlarını almak için bez bant ölçümleri kullanın ve^{MPFC'yi 10'un} üzerine çıkma konusundaki önceki bir çalışmadan alın. MPFC'yi belirlemek için, nazyonun inyona olan mesafesinin 1 / 3'ünü alın ve MPFC bu bölgeye 1,5 cm öndür. Bu, BA 10/9'a (Medial Frontal Gyrus) odaklanacaktır.
8. PI'nin takdirine bağlı olarak, standart bir MRG'de kolayca kontrast oluşturacak olan bobin yerinin kapağına bir E vitamini tabletinin yapıştırıldığı referans yöntemini kullanarak ölçümleri onaylayın. Maliyet nedeniyle, bu seçenek sınırlıdır.

3. COVID - 19

1. COVID-19 nedeniyle, aşağıdaki protokolleri içerir¹⁴. Onay Formu'na bir feragatname ekleyin: "Bu çalışmanın bir katılımcısı olarak, araştırmacının yakınında kapalı bir alanda zaman geçireceksiniz. Bu, COVID-19'a yakalanmak için önemli bir ek risk oluşturmaktadır. Sizi korumak için aşağıdaki önlemleri alıyoruz: Yalnızca PI katılımcının 6 ft yakınında olacaktır; Civarda sadece bir asistana izin verilir, ancak sosyal mesafeli kalmaları gerekir; Katılımcı iki maske takmalıdır; PI iki maske, eldiven ve bir yüz kalkanı takmalıdır; Asistan bir maske ve yüz kalkanı takmalıdır; Tüm temas ekipmanları sterilize edilir."
2. Havalandırma önemli ölçüde arttığından, normal laboratuvarın dışındaki lobide / salonda tüm deneyleri yapın. Tüm ekipmanlar sterilize edilebilir ve taşınabilirdir.
3. COVID-19 protokolleri gevşetildikten sonra normal prosedürler kullanın.

4. Motor eşiği

1. İşaret yüzme kapakları boyunca nasion/inion çizgisi ve sihirli bir işaretleyici kullanılarak alınan orta nokta boyunca uzanır. Ön auriküler noktaları ölçün ve bu orta noktaları da alın. Buradan, 10/20 koordinatlarını çizin (bkz. 2.6).
2. Sağ yarımküre pre-auriküler hattı kullanarak,% 33 aşağı (ventral yönde) gidin ve TMS bobini kullanarak Abductor Pollicis Brevis (APB) için en uygun yeri aramaya başlayın. TMS makinesini bobin tetiğini, ayak pedalını kullanarak boşaltın ve emniyeti devre dışı bırakın.
3. Tüm aramalar ve TMS teslimatları için TMS bobinini 45°'ye yönlendirin.
4. Makinenin önündeki kadranı kullanarak stimülasyon çıkışını toplam makine çıkışında %30 oranında başlatın ve bir hareket fark edilene kadar kadranı kullanarak %2'lik artışlarla yükseltin. Burada, stimülasyon yoğunluk açısından arttığından, yeri de hareket ettirin. Bobin hareketi ve stimülasyon yoğunluğu arasında dikkatli bir etkileşim vardır.
5. En uygun konum bulunduğunda (yani, maksimum APB yanıtını sağlayan site), MT'yi belirleyin.
6. MT belirlemeye başlamadan önce, doğru yerleştirmeye izin vermek için bobin ucu bölgesini kapakta işaretleyin. Bobinin tüm ön kısmını, sihirli bir işaretleyici kullanarak yüzme başlığına kadar izleyin.
7. Görsel inceleme yöntemi için, hangi stimülasyon seviyesinin 5/10 (%50) APB yanıtlarıyla sonuçlandığını bulmak için yaklaşık 20 darbe (değişen makine yoğunluğu) kullanın. Kadran, artan veya azalan parmak hareketlerine yanıt olarak yükseltilmeli ve alçaltılmalıdır. Makine yoğunluğunun %20'sinden başlayın ve çalışmaya başlayın. 5/10 yanıt alındıktan sonra, makinenin yoğunluk olarak ne görüntülediğini not ederek bireyin MT'sini kaydedin.
8. (Tercih edilen) MEP yöntemi için, APB'ye ve başparmağın tendonuna ve bir yere (genellikle bileğin arkasına) tek kullanımlık elektrotlar yerleştirin ve görsel muayene kullanmak yerine, kayıt ünitesinde pozitif bir MEP gözlenmelidir.
9. Pozitif bir MEP yanıtını, ≥50 μV tepeden tepeye genliğe sahip bir MEP olarak tanımlayın.
10. Görsel muayeneye benzer şekilde, 5/10 pozitif MEP'ler gözlenene kadar uyarın. MEP'ler 50 μV'den büyük olmalıdır. MEP'lerin% 50'si yukarıda (ve% 50'si altındaysa), MT tanımlanmıştır.
11. Kurulduktan sonra, TMS makinesini uygun stimülasyon seviyesine ayarlayın. Motor eşiğinin %90'ı, etkili aktif TMS ve güvenlik arasında ideal bir dengedir. Makinenin toplam çıkışının %45'ini geçmeyin. Bir kişinin MT'sinin makinenin toplam çıktısının% 60'ı olduğu durumlar vardır, ancak bu nadirdir.

5. Aktif tek darbeli TMS

1. Tüm sitelerin sırasını rastgele seçin (ör. SMA, PZ, MPFC veya CZ üzerinden Sham; Şekil 5).
2. Bobini etkin sahanın üzerine yerleştirin ve bir sunum yazılımı başlatın (örneğin, Test Edilebilir (aşağıya bakın)). Stimülasyon otomatik olarak ve uyaranlarla senkronize olarak ilerlemelidir.
3. Aşırı ısınma durumunda daima yedek bir bobin bulundurun.

6. Sunum

1. Bir sunum yazılımı kullanarak tüm davranışsal verileri toplayın (örneğin, Test Edilebilir) Bu yazılım kolayca yapılandırılır ve komut dosyaları basittir.
   NOT: Üç ayrı blok oluşturulur – beyin koşullarının her biri için bir tane. Toplanacak demografiler ilk olarak Testable'ın otomatik seçim rutini kullanılarak seçilir. Daha sonra gerçek kelimeler ve sahte kelimeler komut dosyası yazılımına yerleştirilir. Kelimelerin boyutu ve süresi, uyarıcı kelimelerin ekranındaki konumu gibi seçilir.
2. Komut dosyası oluşturulduktan sonra, önce demografileri toplayın ve ekran kalibrasyonu gerçekleştirin. Bu, kaydırıcıyı bir kredi kartıyla eşleştirerek yapılır. Tüm denemeleri bir bilgisayarda gerçekleştirin. Tüm yanıtlar dahili klavye ve sensör pedi üzerinden yapılır.
3. İki pratik denemesi yapın ve analog ölçeği tanıtın. Tüm katılımcılar ekipmana kolayca uyum sağlar. Talimatlar sözlü olarak verilir ve katılımcılara kelimeyi ne kadar iyi bildiklerini derecelendirmeleri söylenir.
   1. Kelime onlara tanıdık geliyorsa ("masa" gibi) yüksek bir puan verilmelidir.
   2. Eğer kelimeyi 'bir türlü' biliyorlarsa, orta dereceli bir puan vermelidirler ('klorofil' gibi).
   3. Onlara tanıdık gelmiyorsa, düşük bir derecelendirme atarlar ("5HTTlpr" gibi). Toplam 144 kelime kullanılmalıdır (beyin bölgesi başına 36).
4. Katılımcıların yanıt vermek için sınırsız zamanı vardır. Analog ölçekteki yanıtı takiben, bir sonraki kelime sunulur.

Sonuçlar

Taylor-Lilquist ve ^ark.14'ten Şekil 2, dört beyin bölgesini içeriyordu: MPFC, SMA, PZ ve bir Sham bölgesi. Bu siteler, fazla talep etmenin korelasyonlarını belirlemek için kullanılmıştır. Aşırı talep, aslında bir kelime olmadığında bir kelimeyi bildiklerini belirten bir katılımcıdır. 12 katılımcı hem sosyal hem de sosyal olmayan ortamlarda test edildi. Sosyal ortamlar ya bir kelimeyi bilme (yüksek sosyal baskı; n = 6) ya da bir kelimeyi bil...

Tartışmalar

Burada özetlenen protokol (ve varyasyonları), Montclair State Üniversitesi'nde 50'den fazla çalışmada kullanılmıştır. Tüm kurulum 15.000 ABD Doları'nın (ABD) altında oluşturulabilir. Ayrıca, koordinatlarımızın, referans prosedürleri kullanarak altta yatan beyin yapılarıyla iyi eşleştiğini bulduk.

Bu yöntemin varyasyonları sıklıkla kullanılır. Örneğin, kontrol koşulları farklı beyin bölgelerini uyarmayı, TMS'yi farklı zamanlamalar uygulamayı (yani, TMS'yi...

Malzemeler

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