Name: transcranial magnetic stimulation for investigating causal brain-behavioral relationships and their time course
Uploaded: 2014-07-18T13:00:00
Duration: 11 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course at JoVE.com

יש הסופרים לא תודות.

פרוטוקול זה אושר על ידי UCL האתיקה המועצה לביקורת (# 249/001) לגירוי מוחי בלתי פולשני של מתנדבים אנושיים נורמלים נוירולוגית. 1. יצירת פרוטוקול TMS כמעט כל ניסויי TMS במדעי המוח הקוגניטיביים להשתמש גירוי דו phasic בשיתוף עם סליל בצורת דמות של שמונה. זה מספק את היכולת לספק רכבות מהירה של קטניות (הרץ&gt; 1), ולמקד את אתר בקליפת המוח באופן מדויק ככל האפשר. זה אפשרי להשתמש בגירוי מונו phasic 35 או צורת סליל שונה 36, אבל כאן התצורה סטנדרטית יושמה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר תדירות ומשך זמן של גירוי. הערה: בחירה נפוצה במדעי המוח הקוגניטיביים היא להשתמש 10 גירוי הרץ ל500 אלפית שניים מהתחלתה של 37-40 הגירוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר רמה של עוצמת המבוססת על בדיקות פיילוט נרחבות. להחזיק אותו קבוע על פני משתתפים. הערה: לקבלת u הציודSED כאן, עוצמות נפוצות נעות בין 50-70% מתפוקת ממריץ המרבית 11,41-44. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מרווח בין משפט. מסיבות מעשיות ובטיחות, להפריד את הניסויים גירוי על ידי מינימום של 3 - 5 שניות 27,45. </li></ol> 2. בצע ראש הרישום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש ברזולוציה גבוהה, הדמיה T1-משוקלל אנטומיים תהודה מגנטית (MRI) סריקה לכל משתתף במושב נפרד לפני TMS. כלול את נקודות fiducial בתמונה שתשמש בשלב 2.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הסריקה לתוך מערכת stereotaxy נטולי שלד לפני פגישת TMS כדי לאפשר מיקוד מדויק של אתרי גירוי בכל אחד ממשתתפים. לסמן את אתרי גירוי על הראש בתחילת הניסוי או עוקבים באופן קבוע לאורך כל הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסמן ארבע נקודות fiducial על התמונה של המשתתף. בדרך כלל אלה כוללים את קצה האף, גשר האף, ולאCH מעל Tragus של כל אוזן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק את המידע על משתתף TMS על מנת שאותם לתת הסכמה מדעת להשתתפות בניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שאל את המשתתף למלא טופס מסך בטיחות TMS שאושר על ידי דירקטוריון סקירה המוסדית. הערה: סתירות קבועה לTMS כוללות היסטוריה אישית או משפחתית של אפילפסיה, היסטוריה קלינית של בעיות נוירולוגיות או פסיכיאטריות, או מכשירים רפואיים מושתלים כגון קוצבי לב או שתלי שבלול. דרישות בטיחות TMS לא הבא עלולים לגרום להתעלפות והתקף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את גשש הנושא על ראשו של המשתתף; היא תפעל כהפניה כאשר מודדים נקודות fiducial. לגעת בכל נקודת fiducial על ראשו של הנושא עם מצביע שמגיע עם מערכת stereotaxy ולשמור את הקואורדינטות המתאימות במחשב. לכייל את ראשו של הנושא עם תמונת ה-MRI. בדוק את האיכות של רישום וחזורהתהליך במידת צורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שאל את המשתתפים ללבוש אטמי אוזניים בזמן גירוי כדי להחליש את הצליל של פריקת הסליל ולמנוע נזק לשמיעה של משתתפי 46. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מכשיר TMS על פי הבחירות שנעשו בסעיף 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את המשתתף לגירוי לפני הבדיקה כדי לוודא שהמשתתף להכיר עם התחושה וסובל גם. ראשון להדגים גירוי על זרועו של החוקר ולאחר מכן על זרועו של המשתתף להסתגל האדם עם התחושה. הערה: זה חשוב במיוחד עבור משתתפים אשר חווים TMS בפעם הראשונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להדגים את פרוטוקול הגירוי בכל אחד מאתרי הבדיקות כמו התחושה עשוי להיות שונה במקומות שונים. מניחים את הסליל באתר הראשון כפי שזוהה על ידי מערכת stereotaxy נטולי שלד כך שהסליל הוא משיק לקרקפת והקו של שטף מגנטי מרבי חוצה את רחאתר imulated. הערה: גירוי לפעמים משפיע על עצבים או שרירי פנים ועלול להוביל לאי נוחות ולכן חשוב לבדוק אם המשתתף סובל את זה היטב. </li></ol> 3. לבצע לוקליזציה פונקציונלית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייעל את אתר הגירוי על ידי התאמה אישית שלו לכל משתתף. לסמן מספר אתרי גירוי פוטנציאליים בתוך אזור המוח של ריבית על התמונה המבנית של המשתתף. אתר מטרות לפחות 10mm מכל אחרים שניתן ברזולוציה מרחבית של TMS 47 באמצעות רשת או אנטומי לציון (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר משימת Localizer שברזים לתוך התפקוד הקוגניטיבי של עניין ויש לו התנהגות הניתנת למדידה (למשל, זמני תגובה, דיוק, תנועות עיניים). חזור על המשימה מספר פעמים כאשר בודקים אתרים האפשריים וליצור גרסאות שונות של המשימה, כדי למנוע חזרה מתמיד של הגירויים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר למשתתף לתרגל את המשימה ללאגירוי עד שהם מרגישים בנוח עם זה. לאחר מכן להציג את מושב שני בפועל עם TMS באופן אקראי (או פסאודו אקראי) מוצג על 50% מהניסויים, כך שהמשתתף מתרגל לביצוע המשימה מבלי להיות מוסח על ידי גירוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בדיקה באתר ולהפעיל גרסה אחת של משימת Localizer. מייד לאחר מכן לבדוק את התוצאות כדי לראות אם הגירוי השפיע על ביצועים. הערה: במקרים רבים, גירוי באתר &quot;שגוי&quot; יהיה למעשה להקל על תגובות יחסית לשום גירוי עקב הנחיית היתר חושית 2, במקרה זה עקב שמיעת קליקים ומרגישים את התחושה של גירוי בקרקפת. בנוסף, השפעות גדולות של גירוי (כלומר, מעל 100 אלפיות שניים) הן לעתים קרובות artifactual ודורשות בדיקה חוזרת. אם הם לשכפל וספציפיים לאתר במיוחד בדיקות, ואז הם עשויים להיות השפעות אמיתיות. הקפד לבחור מידה חזקה של השפעת TMS להיות בטוח בlocalization. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אין השפעה הוא ציין, לבחור אתר בדיקות חדש וחזור, אחרת לבדוק אותו האתר שוב כדי לקבוע אם הוא משכפל. בדוק את האתרים מרובים גב אל גב באותו המושב, כדי להבטיח שהם לא כל לייצר אפקט כמו זה מצביע על השפעת TMS שאינו ספציפית. לאזן את הסדר שהאתרים מומרצים על פני משתתפים. </li></ol> 4. משימה העיקרית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר לוקליזציה ובאותה ההפעלה, הפעל את הניסוי העיקרי באמצעות אתר היעד שהיה מקומי מבחינה תפקודית. הערה: זה יהיה כרוך משימה שונה לזה המשמש בלוקליזציה אבל אחד שמחולק את תהליך המפתח של עניין. לדוגמא, משימת שיפוט חריזה יכולה לשמש לאיתור אזור רגיש לעיבוד הצלילים של מילות בזמן משימת שיפוט הומופון עשויה לשמש לניסוי הראשי. בדוגמא זו, שתי המשימות דורשות עיבוד הפונולוגי של מילות כתובים למרות דרישות משימה הספציפיות וstimuli שונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כולל תנאי שליטה מספקים כדי לשלול השפעות הלא ספציפיות של TMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את אותו האתר במשימה בקרה שאינו כולל התהליך של עניין להפגין ייחוד תפקודי בעיבוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את אתר אחר במשימה העיקרית להפגין סגוליות האנטומי של התוקף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוללים תנאי בקרה נוספים כגון TMS דמה, גירויי שליטה, או חלונות זמן מרובות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לערוך ניסוי &quot;נגע וירטואלי&quot; מסורתי תוך שימוש באותו הפרמטרים TMS משמשים במהלך לוקליזציה (למשל, עוצמה, תדירות ומשך הגירוי). לצורך ניסוי TMS מדודות, השתמש באותה העצמה, אבל להחליף את הרכבת של פולסים שימוש במהלך לוקליזציה או על ידי דופק יחיד 48 או כפול 49 נמסר בשיהוי הופעה שונה. </li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

מאמר זה מציג פרוטוקול להערכה סיבתי ומעורבות זמנית של אזורים במוח בתהליכים קוגניטיביים באמצעות TMS באינטרנט. דיון זה מדגיש ראשון שלבים הקריטיים ליצירת פרוטוקול TMS מוצלח ולאחר מכן מגבלות שצריכות להילקח בחשבון בעת ​​תכנון ניסוי TMS. בגלל שיש לי פרוטוקולי TMS מספר רב של פרמטרים חופשיים, כדי להבטיח את הפרמטרים גירוי אופטימליים הוא שלב קריטי בהכנת ניסוי TMS. בדרך כלל, זו מושגת באמצעות בדיקת פיילוט נרחבת על מנת לקבוע את תדירות הגירוי, משך, עוצמה, מרווח בין משפט, וכיוון סליל דרוש כדי לייצר אפקטים חזקים. כדי ליצור &quot;נגע וירטואלי&quot; יעיל התדירות חייבת לגרום להשפעה חזקה שמכסה את חלון זמן גדול מספיק כדי להקיף את התהליך קוגניטיבי של עניין. כתוצאה מכך, גם תדירות ומשך זמן משתנים על פני לימודים. באופן דומה, ו#8220; עוצמת גירוי נכון &quot;היא אחד שמבטיח השדה המגנטי משפיע על עיבוד עצבי באזור במוח היעד וכאן שהגורם העיקרי הוא המרחק מהסליל לאתר הגירוי 51. מחקרים רבים לזהות את עוצמת הגירוי דרוש כדי לייצר תגובה מוטורית כשמגרים את היד באזור של קליפת המוח מוטורי הראשונית ולהשתמש בזה כדי לנרמל את עוצמת פני משתתפי 52,53-55. צעד זה, עם זאת, אינו מדד אמין של העצמה האופטימלית לאזורים שאינם מנוע 42,51,56. אפשרות נוספת היא להשתמש באותה העצמה לכל המשתתפים. העצמה שנבחרה צריכה להיות יעילה בכל נושאי הטייס לאחר ניסויים עם מגוון של עוצמות גירוי. בנוסף, הנטייה הסליל היא פרמטר חשוב שדורש שיקול. הנטייה הסליל הספציפית משפיעה על ההתפלגות של השדה החשמלי המושרה באוכלוסייה העצבית מגורה ולכן עשוי להשפיע Behavior. באופן כללי, פרוטוקולים שפורסמו יכולים לספק נקודת התחלה כי הוא שונה איטרטיבי במהלך בדיקת טייס כדי שיתאימו לניסוי הספציפי. לעתים קרובות, עם זאת, מידע על בדיקות טייס זה הושמט מכתב היד הסופי, שבו יש השפעה המצערת של מסתתר כמה היבטים מרכזיים של תהליך תכנון הפרוטוקול. בחירת הליך לוקליזציה היא גם חיונית כדי להבטיח גירוי שהוא מנוהל לאתר האופטימלי. למרות שמחקרים רבים מקומיים בהצלחה אתרי גירוי תוך שימוש בשיטות המבוססת על האנטומיה כי יעד מיקום יחיד על פני משתתפים בודדים 57,58, התאמה אישית של אתר גירוי לכל נושא מפחית בנפרד בין-נושא שונות בתוצאות התנהגותיות מניב שיטה יעילה יותר ביום 31. כאן הצגנו הליך לוקליזציה פונקציונלי מבוססת TMS המציע יתרונות על פני לוקליזציה מבוססת fMRI. באופן ספציפי, זה ימנע את הבעיה של הטיות שונות מרחבית להיותtween-fMRI (כלומר, ורידי ניקוז 59) וTMS (כלומר, הנטייה של אקסונים בתוך השדה המגנטי 6,60) שעלול לגרום לאותה תגובה העצבית שעברה לוקליזציה למקומות שונים. בנוסף, הוא ידוע היטב כי המיקום הספציפי של &quot;פסגות&quot; בהפעלת fMRI יכול להשתנות במידה ניכרת, מה שהופך אותם לא אופטימלי כמו TMS מטרות 55,61. אף על פי כן, מגוון רחב של נהלי לוקליזציה שונים באופן מובהק יעיל, ולכן הבחירה הספציפית היא פחות חשובה כי הבטחה כי לפי השיטה משמש מספקת אפקטים אמינים, לשחזור. למרות נתוני הניסוי שהוצגו כאן בשימוש זמני תגובה כמדד התלוי, יש הרבה אפשרויות זמינות אחרות. לדוגמא, חלק ממחקרים להשתמש דיוק במקום 9,12,62. במקרים אלה, ביצועים נורמלים בלי TMS כבר הוא מתחת לרמות תקרה כך ההפרעה הנגרמת על ידי הגירוי באו לידי ביטוי בציוני הדיוק.מחקרים אחרים מדדו את ההשפעות של גירוי בתנועות עיניים 63,64. ניסויי מדעי המוח הקוגניטיביים ביותר עם ​​TMS, לעומת זאת, השתמשו בזמני תגובה כאמצעי התלוי 13,48,65,66. בדרך כלל, תופעות הן בסדר הגודל של עשרות אלפיות שני, או בערך שינוי 10% בזמני תגובה 67. לא משנה מה מידת תלות משמשת צריך להיות חזק ועקבי, כך שניתן לראות שינויים קטנים יחסית בקלות. כמו כל טכניקה ניסיונית, יש TMS מגבלות חשובות שצריכים להילקח בחשבון בעת ​​הבחירה במתודולוגיה זו. אלה הנפוצים ביותר הם: i) ברזולוציה מרחבית של TMS, ii) את ההשפעות שאינן ספציפיות הקשורים לגירוי, וג) היבטי בטיחות של המתודולוגיה. ראשית, יש TMS עומק מוגבל של גירוי, כי השדה המגנטי מפחית בעוצמה עוד יותר רחוק זה מהסליל. כתוצאה מכך, זה הוא יעיל ביותר בגירוי אזורים במוח ליד הקרקפת (~ 2 - 3 ס&quot;מ) 68,69 </sup&gt; ואינו יעיל בהמרצת מבנים מוחיים עמוקים. כתוצאה מכך, האזורים היחידים נגישים ישירות לTMS מוגבלים למעטפת של קליפת המוח, אם כי סלילים בצורה שונים מפותחים כדי להגיע לאזורים עמוקים יותר כגון הגרעינים הבזליים 69. TMS יש גם ברזולוציה מרחבית של כ 0.5-1 סנטימטר 47,70-72. לכן, השיטה אינה יכולה לשמש כדי לחקור את התרומות פונקציונליות ממבנים מרחביים פרטניות כגון עמודות בקליפת המוח. מגבלה שנייה של TMS היא שגירוי מציג תופעות לוואי חושיות במקביל כתוצאה מהשדה המגנטי המשתנה במהירות. בעיקר, כל פולס מגנטי מלווה בקליק שמיעה ותחושה קשה. לכן TMS עלול להיות בלתי הולם לניסויים שמיעתיים או החושית מסוימים שבם תופעות לוואי אלה עלולות להפריע לביצוע משימה. שים לב, עם זאת, כי TMS באינטרנט נוצל בעבר בהצלחה בכמה ניסויים שמיעתיים 73,74 </sעד&gt; ולכן הוא אפשרי לפחות בחלק ממשימות. שיקול נוסף הוא שעוצמת ההשפעה החושית שונה במיקומים ראש. לדוגמא, גירוי שניתן למיקום קרוב לאוזן יישמע בקול רם יותר מאשר במקומות רחוק יותר. באופן דומה יותר מקומות הגחון על הראש לייצר התכווצות שרירים גדולה יותר מאשר באזורי גב 75,76. בגלל הבדלים באתרים אלו יכולים לגרום לבלבול ניסיוני, חשוב להשתמש גם באתר שליטה עם תופעות לוואי דומות לאתר הראשי כגון homologues הנגדי 77 או כוללים בקרת תנאים / משימות שאינם מתחברות לתהליך של עניין 24,62 , 73,78,79. לבסוף, שיקולי בטיחות חייבים תמיד להילקח בחשבון בעת תכנון ניסויי TMS כפי שהוא עלול לגרום להתעלפות והתקפים 27. כדי למזער את הסיכון, הנחיות מקובלות בעולם לעוצמת גירוי, תדירות ומשך exists, כמו גם למספר הכולל של קטניות והמרווחים בין משפט 27,28. פרוטוקולים שלהישאר במסגרת ההנחיות אלה הם האמינו להיות בטוחים למשתתפי נוירולוגית תקינים. ראוי לציין, עם זאת, כי אלה עדיין לא הושלמו, וכי פרוטוקולי TMS לעתים קרובות רומן הם הציגו שגם להוכיח בטוחים. באופן כללי, הראיות מצביעות על כך שכאשר הנחיות שפורסמו הן אחריו, TMS הוא הליך בטוח ללא תופעות לוואי מסוכנות. אחת תוצאות של מגבלות אלה, עם זאת, היא שפרוטוקולים התנהגותיות לעתים קרובות צריכים להיות מותאמים לפני שניתן יהיה להשתמש בו עם TMS. יש לכך השלכות לכמה היבטים של העיצוב, כולל האורך של הניסוי, מספר הניסויים, מספר תנאים ובאתרי גירוי שיכול להיבדק. חלק ממגבלות אלה ניתן להתגבר על ידי פיצול הניסוי לפגישות נפרדות כגון בדיקת אתרי גירוי שונים בימים שונים. במקרים אלה, חשוב כדי להבטיח שלוקליזציהובדיקה של אתר נעשית באותה הפגישה. זה ממזער את השונות ניסוייות על ידי למקסם את הדיוק של המיקוד. כאשר מחליטים אם להשתמש פגישת בדיקות אחד או יותר, המגבלה הבסיסית היא בטיחותו של המשתתף - באופן ספציפי, את הכמות של גירוי כי הוא בטוח בפגישה אחת. הגירוי הכולל כרוך בהכרה, בפועל, לוקליזציה (אם באמצעות TMS), ובדיקות, באופן פוטנציאלי על פני אתרים מרובים, וביקורתי תלוי במספר ניסויים לכל מצב. איפה נתון זה עולה הנחיות לפגישה אחת, יש צורך לשבור את הניסוי לפגישות מרובות, שנערך על מינימום של 24 שעות זה מזה. אין כללים קשים ומהירים לגבי המספר המינימאלי של ניסויים נחוצים לניסויי TMS, אבל כמו כל ניסוי, אלה יכולים להיות מחושבים באמצעות חישובי כוח סטנדרטיים המבוססים על גודל ההשפעה, שונות, ברמת α (בדרך כלל 0.05) ורצוי רגישות. הערכות לעתים קרובות סבירות שלגודל האפקט והשונות זמינים כתוצאה מבדיקת הפיילוט המקיפה שנעשתה כדי לייעל את פרוטוקול הניסוי. לסיכום, TMS הפך לכלי חשוב עם יישומים רחבים למדעי המוח הקוגניטיביים. מאמר זה מספק פרוטוקול בסיסי לTMS באינטרנט בשיתוף עם משימה התנהגותית לחקר יחסי מוח התנהגותי סיבתי גם במצב &quot;נגע וירטואלי&quot; וגם כלי מדודות לחקר הדינמיקה הזמנית של עיבוד מידע עצבי לאזור הספציפי.

גירוי המגנטי Transcranial (TMS) הוא כלי בטוח ולא פולשנית המשמש לגירוי מוח. היא משתמשת בזרם חשמלי המשתנה במהירות בתוך סליל מוליך כדי ליצור חזק, אבל שדה יחסית מוקד, מגנטי. כאשר מוחל על הקרקפת, השדה המגנטי גורם לפעילות חשמלית ברקמת המוח הבסיסית, באופן זמני לשבש עיבוד מידע בקליפת המוח מקומי. הפרעה חולפת זה למעשה יוצרת &quot;נגע וירטואלי&quot; קצר טווח 1,2. טכניקה זו מציעה שיטה לא פולשנית להסקת מסקנות מוח התנהגות סיבתי וחוקר את הדינמיקה הזמנית של עיבוד מידע עצבי באינטרנט בשני מבוגרים בריאים וחולי נוירולוגים. באופן סלקטיבי מפריע עיבוד בקליפת המוח לאזור מסוים, TMS יכול לשמש לצייר קישורים סיבתי בין אזורים במוח והתנהגויות ספציפיות 3,4. כלומר, אם מגרה אזור בקליפת המוח באופן משמעותימשפיע על ביצוע משימה יחסית לתנאי בקרה מתאימים, זה מצביע על כך שאזור מגורה הוא הכרחי כדי לבצע את המשימה באופן נורמלי. מסקנות סיבתי מסוג זה הן אחד מהיתרונות הגדולים של TMS על פני שיטות הדמייה כגון תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) או טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). שלא כמו טכניקות הדמייה שלמדוד את הפעילות עצבית ולקשר את זה להתנהגות, TMS מציע ההזדמנות להפריע לעיבוד מידע עצבי ולמדוד את השפעותיו על התנהגות. במובן זה, זה יותר כמו נגע גירעון מסורתי ניתוחים בחולים עם נזק מוחי למעט TMS שאינו פולשני ותופעות הן זמניות והפיכים. TMS יש גם כמה יתרונות על פני לימודי נגע. לדוגמא, תופעות של גירוי הן בדרך כלל יותר מרחבית מדויקות מנגעים באופן טבעי, שהם לעתים קרובות גדולים ולהשתנות באופן משמעותי על פני חולים. בנוסף, ניתן להשתמש בו משתתף כפקדיהם, thereby הימנעות סוגיית הבדלים פוטנציאליים ביכולות טרום חולניות בין חולים וקבוצת ביקורת. לבסוף, יש די זמן לארגון מחדש פונקציונלי ליתקיים במהלך TMS, כלומר, תהליכי התאוששות אינם צפויים לבלבל את התוצאות 5. במילים אחרות, TMS מציע כלי רב עוצמה לחקר יחסי מוח התנהגות הסיבתי שמשלימים את טכניקות מתאם כגון הדמייה תפקודית. גם TMS יכול לשמש כדי לחקור את המהלך של עיבוד מידע עצבי הזמן באמצעות פרצים קצרים מאוד של גירוי ומשתנה תחילת הגירוי 6. בדרך כלל זה כרוך גם TMS דופק יחיד או כפול מועבר לאזור בנקודות זמן שונים במשפט. בגלל ההשפעה של דופק TMS פרט מתרחשת באופן מיידי ונמשכת איפשהו בין 5 ו40 msec 7-10, זה מאפשר לחוקר למפה הדינמיקה הזמנית של פעילות עצבית באזור ובכלל זה onseלא, משך זמן, וקזז 11,12. משך הפרעה זו מגביל את ההחלטה הזמנית של הטכניקה ל10s של אלפיות שני, בערך סדר גודל גס מאשר electroencephalography (EEG) וmagnetoencephalography (MEG). מצד השני, את התזמונים שנצפו במחקרי TMS מדודות נוטים תואמים את אלה מרישומים החשמליים פולשנית טובה יותר מאשר ה-EEG וMEG 9,13. יש להניח שסיבה לכך הוא ה-EEG וMEG למדוד תיאום עצבי בקנה מידה גדולה שמפגר אחרי ההופעה המוקדמת ביותר של פעילות 14. בנוסף, כמו fMRI ו PET, EEG וMEG אמצעי מתאם של פעילות המוח כולו ואילו TMS מדודות לא יכול רק לספק מידע חשוב על דינמיקה זמנית אזורית, אלא גם על הצורך של האזור להתנהגות מסוימת. למרות TMS פותח במקור לחקר הפיסיולוגיה של המערכה התנועה 15 הם אומץ במהירות ככלי רב ערך לcognitiיש במדעי מוח. אחד השימושים המוקדמים שלה כטכניקה &quot;וירטואלי נגע&quot; היה כדי לגרום למעצרו דיבור על ידי גירוי קליפת המוח הקדמי הנחותה עזב 16-18. התוצאות אישרו את החשיבות של האזור ברוקה להפקת דיבור והציעו אלטרנטיבה פוטנציאלית לבדיקות ואדה כדי לקבוע את הדומיננטיות של שפה לאחר התערבות נוירוכירורגיים 16,19. עכשיו TMS משמש כמעט בכל תחומי מדעי המוח הקוגניטיביים, כולל תשומת לב 20, זיכרון 21, חזותי עיבוד 22, תכנון פעולה 23, קבלת החלטות 24, ועיבוד שפת 25. בדרך כלל TMS גורם גם לעלייה בשיעור שגיאה או זמני תגובה איטית יותר (RTS), אשר שניהם לקוחי כאינדיקטורים של קשר סיבתי בין המוח וההתנהגות 3,4. מחקרים מסוימים משתמשים TMS מצב שניהם הנגע הווירטואלי שלה וככלי מדודות. לדוגמא, כד ועמיתים 11 ראשון הראו כי TMS חוזר על עצמו(RTMS) נמסר לאזור הפנים העורפי שיבש אפליית פנים מדויקת ולאחר מכן השתמש TMS מדודות כדי לקבוע כי השפעה זו הייתה רק הווה כאשר TMS נמסר ב60 ו100 אלפיות שנייה, הוכחת כי האזור במוח המסוים הזה מעבד מידע פנים חלק בתחילה שלב של זיהוי הפנים. בכל דוגמאות שהוזכרו כאן, TMS הוא מנוהל &quot;על הקו&quot;, כלומר בעת ביצוע משימה, כך שההשפעות של TMS הן מיידיות וקצרות מועד (כלומר, את ההשפעות להימשך עוד זמן גירוי). זאת בניגוד לTMS &quot;off-line&quot; הכולל ריצות או ארוכות של גירוי בתדר נמוך 21 או צרורות קצרות של גירוי הדוגמת 26 לפני תחילת משימה. בoff-line TMS ההשפעות שעבר גם מעבר לתקופת יישום TMS עצמו. מאמר זה מתמקד באופן בלעדי על הגישה &quot;און הליין&quot;. הצעדים הראשוניים בהכנת כל דואר TMSxperiment כולל זיהוי פרוטוקול גירוי ובחירת שיטת לוקליזציה. פרמטרים גירוי כוללים עוצמה, תדירות ומשך זמן של TMS ומוגבלים על ידי דרישות בטיחות מוגדרות בינלאומי 27,28. כל ניסוי TMS גם דורש הליך לוקליזציה מתאים למיצוב ואת מכוון את הסליל במדויק על אתר הגירוי. לוקליזציה יכולה להיות מבוססת על שטח סטנדרטי מרכז 29 או 10-20 מערכת לוקליזציה 30, אבל בדרך כלל הוא מותאם אישית לכל משתתף בודד ביום 31. באפשרות השנייה, יש אפשרויות רבות הכוללות גירוי מיקוד המבוסס על האנטומיה של כל אדם 32, תפקודי לוקליזציה באמצעות fMRI 33 או תפקודי לוקליזציה באמצעות TMS 34. הפרוטוקול המובא כאן דוגל לוקליזציה פונקציונלית עם TMS, כחלק מפרוטוקול כללי לניסויי TMS באופן מקוון. אז דוגמא להמחשה מוצגת כיצד ניתן להשתמש TMSכדי לחקור את התרומה התפקודית של gyrus supramarginal השמאל (SMG) לעיבוד הפונולוגי בקריאה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:640px;">1) Magstim Rapid2 stimulator (Magstim, Carmarthenshire, UK)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;">2) 70-mm diameter figure-of-eight coil</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;">3) Brainsight frameless stereotaxy system (RogueResearch, Montreal, Canada)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;">4) Polaris Vicra infrared camera (Northern Digital, Waterloo, ON, Canada)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

transcranial magnetic stimulation for investigating causal brain-behavioral relationships and their time course

גירוי המגנטי Transcranial (TMS) הוא טכניקה בטוחה, לא פולשנית גירוי המוח המשתמשת באלקטרומגנט חזק כדי לשבש באופן זמני עיבוד מידע באזור במוח, שהניבו קצר ימים &quot;נגע וירטואלי.&quot; גירוי שמפריע לביצוע משימה מציין כי האזור במוח שנפגע הוא הכרחי כדי לבצע את המשימה באופן נורמלי. במילים אחרות, בניגוד לשיטות הדמייה כגון תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), המצביעות על קשר בין המוח והתנהגות, TMS יכול לשמש כדי להוכיח יחסי מוח התנהגות סיבתי. יתר על כן, על ידי שינוי המשך וההופעה של הנגע הווירטואלי, TMS יכול גם לחשוף את מהלך העיבוד רגיל הזמן. כתוצאה מכך, TMS הפך לכלי חשוב במדעי המוח הקוגניטיביים. יתרונות של הטכניקה מעל נגע גירעון לימודים כוללים דיוק טוב יותר של מרחב וזמן של השפעת ההפרעה, את היכולת להשתמש במשתתפים כשותף שלהםנושאי ntrol, והנגישות של משתתפים. מגבלות כוללות שמיעה במקביל וגירוי החושית העשויים להשפיע על ביצוע משימה, גישה מוגבלת למבנים יותר מכמה סנטימטרים מפני שטח של עור הקרקפת, ואת החלל הגדול יחסית של פרמטרים חופשיים שצריכים להיות מותאמים על מנת שהניסוי לעבודה. עיצובים ניסיוניים שנותנים שיקול דעת לתנאי בקרה מתאימים לעזור לענות על צורכים אלה. מאמר זה ממחיש נושאים אלה עם תוצאות TMS שתחקורנה את תרומות מרחב ובזמן של gyrus supramarginal השמאל (SMG) לקריאה.

איור 2 ממחיש את התוצאות של שני ניסויי TMS מוזכרים כדוגמאות. כלומר, נחקר תחילה אם SMG נותר הוא מעורב בקשר סיבתי בעיבוד הצלילים של מילות בזמן שנחקר שני הדינמיקה הזמנית של מעורבות זו. איור 2A מציג תוצאות נציג של הניסוי הראשון שבו rTMS (10 הרץ, 5 קטניות, 55% עוצמה המקסימלית) נמסרה לSMG בשלוש משימות. משימת פונולוגית מיקדה את תשומת לב בצלילים של מילות (&quot;האם שתי המילים האלה נשמעים אותו הדבר? יודע האף&quot;) ואילו המשימה הסמנטית התמקדה במשמעותם (&quot;אל שתי המילים האלה אומרת את אותו דבר? רעיון רעיון&quot;). משימת שליטה שלישית הוצגה זוגות של מיתרי מכתב עיצור ושאל אם הם היו זהים (&quot;wsrft-wsrft&quot;). כל משימה כללה 100 ניסויים. התוצאות הראו כי TMS גדל באופן משמעותי ביחס לRTS לא stimulation במשימת פונולוגית בשיעור ממוצע של 37 אלפיות שניים. לעומת זאת, גירוי SMG לא היה השפעה משמעותית על RTS במשימות בקרה הסמנטית או כתיב. במילים אחרות, &quot;נגע וירטואלי&quot; של SMG עזב סלקטיבי הפריע לעיבוד הצלילים של מילות, המציין את הצורך של SMG בעיבוד היבטים הפונולוגי של מילות כתובים 44. איור 2 מציג תוצאות נציג של ניסוי המדודות לחקור במהלך עיבוד הפונולוגי הזמן בתוך SMG. הנה, TMS הכפול דופק נמסר בחמישה חלונות זמן שונים לאחר הופעת גירוי באותה המשימה פונולוגית עם 100 ניסויים מחולקים לחמישה גושים שווים כל חלון זמן שונה בדיקות. בהשוואה למצב הבסיסי (40/80 אלפיות השנייה), גידול משמעותי בRTS נצפה כאשר TMS נמסר 80/120, 120/160, ו160/200 אלפיות שניים לאחר תחילת הגירוי. תוצאות אלה הראו, SMG היה engaged מציין בעיבוד הפונולוגי בין 80 200 תחילת פוסט גירוי msec, הן מוקדם ומעורבות מתמשכת בעיבוד הפונולוגי 44. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig1highres.jpg" /> איור 1. שתי שיטות נפוצות של סימון אתרי גירוי פוטנציאליים. () שיטה ראשונה כרוכה בהצבת רשת של סמנים מעל אזור מוטורי ביד ובדיקה של כל עד TMS מייצר את ההשפעה הצפויה. גישה זו היא נפוצה לזיהוי &quot;נקודה חמה&quot; מנוע - כלומר, המקום שבו גירוי מייצר את ההתכווצות החזקה ביותר, אמינה ביותר השרירים (ב) שיטה שנייה חלה אילוצים אנטומיים נוספים על ידי הצבת סט של סמנים בתוך מוגדר היטב. אזור במוח. בדוגמא זו, את מיקומם של שלושה הסמנים מוגבל לאזור הקדמי של SMG. הראשון הוא לאתר אתד מעולה לסיום Ramus עולה האחורי של סדק סילביוס; השנייה אחת הוא בקצה הגחון של SMG הקדמי; והשלישי הוא בערך באמצע הדרך בין שני אתרים האחרים. סמני גירוי מוצגים על מטוס parasagittal של סריקת MRI בודדת באמצעות מערכת stereotaxy ללא מסגרת. סרגל קנה המידה השחורה בפינה השמאלית התחתונה מציין מרחק של 1 סנטימטר. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/51735/51735fig2highres.jpg" /> איור 2. זמני תגובה (RTS) ממועד תחילת הגירוי. () NoTMS (פסי אור) וTMS (סורגים כהים) תנאים בשלוש משימות בשפה שונות. (ב &#39;) חמישה תנאי עיתוי גירוי במשימת פונולוגית. בדוגמא המובאת כאן, קטניות כפולות נמסרו בשני אלפיות שני 40/80, 80/120 אלפיות שניים, 120/160 אלפיות שניים, 160/200 אלפיות שניים, ו200/240 תחילת פוסט גירוי אלפיות שנייה. הדואר חלון הזמן ראשון, 40/80 אלפיות שניים, שימש כתנאי שליטה בסיסית משום שמידע חזותי לא היה צפוי להגיע לSMG שבמהירות. ברים שגיאה מייצגים את שגיאת התקן של הממוצע המותאם על מנת לשקף את השונות בתוך-הנושא 50 בצורה נכונה. הניסוי הראשון מכיל נתונים מ12 משתתפים והשני מ32 משתתפים. * P &lt;0.05.

Watch this Scientific Journal Video about Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course at JoVE.com

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

גירוי מגנטי Transcranial לחקירת קשרים סיבתיים מוח התנהגותי וכמובן זמנם

גירוי המגנטי Transcranial (TMS) הוא טכניקה להלא פולשני שיבוש עיבוד מידע עצבי ומדידת השפעתו על התנהגות. כאשר TMS מפריע למשימה, הוא מציין כי האזור במוח מגורה הוא הכרחי לביצוע משימה רגיל, ומאפשר להתייחס באופן שיטתי אזורים במוח לתפקודים קוגניטיביים.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עם גירוי שמיעתי בציפורי שיר

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Simultaneous EEG Monitoring During Transcranial Direct Current Stimulation

ניטור EEG סימולטני במהלך גירוי מקומי ישיר Transcranial

Transcranial  direct current stimulation (tDCS) is a technique that delivers weak electric  currents through the scalp. This constant electric current ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

מגרה את השפתיים מוטור קורטקס עם גירוי מגנטי Transcranial

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial זרם ישר גירוי והדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית בו זמנית

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Modulating Cognition Using Transcranial Direct Current Stimulation of the Cerebellum

קוגניציה ויסות שימוש Transcranial ישיר נוכחי גירוי של המוח הקטן

Numerous studies have emerged recently that demonstrate the possibility of modulating, and in some cases enhancing, cognitive processes by exciting brain ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

הגדרה רב-תכליתית ללימוד אדם בקרת מנוע באמצעות גירוי מגנטי Transcranial, Electromyography, לכידת תנועה, ומציאות וירטואלית

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Neuronavigation מונחה חוזר Transcranial Magnetic Stimulation עבור אפזיה

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS)

Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation tACS

Electroencephalography הקלטה במקביל במהלך Transcranial זרם חילופין גירוי (TACs)

Oscillatory brain activities are considered to reflect the basis of rhythmic changes in transmission efficacy across brain networks and are assumed to ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

טיפול דיכאון קליני עם גירוי מגנטי Transcranial העמוק חוזר שימוש סליל H1 בריינסוויי

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses ...

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

גירוי מגנטי Transcranial חוזרים אל חצי הכדור החד-צדדית של המוח עכברוש

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...