Name: online transcranial magnetic stimulation protocol for measuring cortical physiology associated with response inhibition
Uploaded: 2018-02-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition at JoVE.com

Undersøgelsen blev finansieret af National Institute of Mental Health (R01MH095014).

Denne protokol blev godkendt af Cincinnati children's Hospital Medical Center og Johns Hopkins institutionelle anmeldelse Boards som en minimal risiko studere i børn og voksne. Enkelt og parret puls TMS betragtes som sikker hos børn 2 år og ældre pr. internationale ekspert konsensus. 24 efter forklarer de potentielle risici ved TMS til forældre/værge og deltager, samtykke og tilslutning former er underskrevet hvis de er enige om at gå videre med undersøgelsen.
1. ...

Denne protokol er en roman børnevenlig metode kombinerer et stop-signal opgave og TMS at undersøge event-relaterede kortikale hæmning. Klinisk observation af motor hæmmende underskud og dårlige resultater i stop signal opgaver er blevet påvist i talrige neuropsykiatriske forhold. 3 relativt få efterforskere har brugt online fTMS undersøge kortikal ophidselse og hæmning under svar hæmning opgaver. Nogle grupper har med held brugt TMS under GNG opgave for at vise forskellene i cortical fys...

Svar hæmning er evne hen til selektivt forhindre disse uønskede handlinger, der kan forstyrre tilsigtede funktionelle mål. 1 cortico-striatal netværk er kritisk involveret i svar hæmning, som gradvist bliver mere effektiv som børn ældre men er forringet i talrige neuropsykiatriske forhold, såsom opmærksomhed underskud hyperaktivitet lidelse) ADHD), læring lidelser, obsessiv-kompulsiv sygdom og skizofreni. 2 , 3 motor respons hæmning kan undersøges med forskellige adfærdsmæssige paradigmer som Go/NoGo (GNG) og stoppe Signal opgaver (SST). 1 , 4 adfærdsmæssige data alene indeholder ikke oplysninger om potentielt modificerbare, kvantificerbare biologiske mekanismer. Det overordnede mål i den aktuelle undersøgelse var at udvikle et barn venlige metode til at vurdere motoriske cortex fysiologi under udførelsen af svar hæmning, for at udvikle et hjerne-baserede kvantitative biomarkør af neurale underlaget af denne opgave. Sådanne biomarkører kunne har bred anvendelse i prædiktive undersøgelser af prognose eller behandling af neurobehavioral lidelser.
Til dette formål, efterforskerne valgt og modificeret Slater-Hammel (S-H) opgave5. Dette er en stop signal opgave, der kræver, at deltagerne til at hæmme en internt genereret forprogrammerede handling. Denne selvstyrede opgave består af både gå og STOP forsøg. GÅ forsøg er initieret af emnet ved at trykke på og holde Tryk på en knap, med instruktion om at løfte finger off knappen (dvs. GO handling) så tæt på men før 800 ms mål. I den oprindelige paradigme angives tiden på et ur med en hurtigt roterende hånd. STOP forsøg er tilfældigt afbrudt blandt GO forsøg, hvor personen skal hæmme handlingen forudplanlagte GO (dvs. hindre finger lift). Stop signal opgave er sværere, fordi emner skal hæmme et svar i forbindelse med en præ-programmerede GO-signal, mens i GNG opgave, er beslutningen om at indlede eller ikke indlede en sag uden forudgående kommandoer. 6 i øvrigt kan det være mere korrekt at undersøge svar hæmning ved hjælp af stop-signal opgaver, fordi i opgaven GNG konsekvent korrelationer mellem signal og svar kan resultere i automatisk hæmning. 7 automatisk hæmning er den teori at konsekvent kortlægning mellem signal og svar (dvs. GO signal altid resulterer i en GO svar og vice versa) fører til en automatisk behandling i løbet af eksperimentet, så STOP forsøg er dels behandlet gennem hukommelse hentning og omgår visse executive kontrol. 8 , 9
Transkranial magnetisk stimulation (TMS) er en non-invasiv teknologi, der kan bruges til at måle kortikal fysiologi. Ved hjælp af single og parret puls stimulation paradigmer, kan man kvantificere kortikal ophidselse og hæmning. Selv om mest offentliggjorte TMS undersøgelser undersøge kortikal fysiologi i hvile, har nogle grupper undersøgt kortikal ophidselse/hæmning under mental forberedelse til aktion10 og under forskellige kognitive stater, der kan blive afspejlet i motor Cortex fysiologi. 11 , 12 , 13 , 14 denne funktionelle TMS (fTMS) tilgang kræver online TMS målinger, mens deltagerne udfører adfærdsmæssige opgaver, således at sonden kortikale forandringer der er state-afhængige med høj tidsmæssige opløsning. Med real-time oplysninger om neurophysiologic ændringer på en sådan måde udvider den fysiologiske undersøgelse af motorisk kontrol15,16 og neuropsykiatriske forhold17,18, 19,20.
Forudgående fTMS studier har undersøgt kortikale mekanismer af svar hæmning i raske voksne bruger GNG14 og SST opgaver15,16,21. Derudover viste en undersøgelse, at en enkelt dosis af methylphenidat ændret motor kortikal fysiologi af raske voksne under et fTMS/GNG eksperiment. 22 til dato, er der to grupper, der har offentliggjort pediatric fTMS undersøgelser ved hjælp af GNG opgave for at karakterisere kortikal fysiologi af ADHD23 og Tourettes syndrom17. Der er i øjeblikket ingen offentliggjorte fTMS undersøgelse udnytter SST hos den pædiatriske befolkningsgruppe.
Et kritisk punkt i fTMS undersøgelser, i meget højere grad end resten-alene TMS undersøgelser, er muskel artefakt. Standardiseret overflade Elektromyografi (EMG) foranstaltninger af amplitude og latenstid fra motor-fremkaldte potentialer (MEP) må ikke være forurenet med muskel artefakt. Så, for eksempel, for at studere kortikale ændringer i forberedelse til en bevægelse i en reaktionstid undersøgelse, TMS pulser skal være netop timet til forekommer efter et GO-signal, men før en persons reaktionstid. Således i enhver opgave er det afgørende at sikre, at TMS pulser sker på et tidspunkt, når den motor svar endnu ikke er begyndt, og at deltageren er komfortable og købedygtig påstå den relevante muskler på resten. Dette kan være yderst problematisk med hyperkinetiske børn der kan naturligvis have uvedkommende bevægelser og som kan holde deres arm og hånd spændte i hele en reaktionstid spil.
Formålet med den foreliggende undersøgelse er at udvikle en version af den Slater-Hammel SST, der er børnevenlige og velegnede til at studere primære motor cortex (M1) fysiologi. Denne opgave bør være 1) let forståelig for børn, 2) relativt let at fuldføre for børn og 3) kompatibel med online TMS.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="772">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Precision Gamepad</td>
			<td style="width:215px;">Logitech</td>
			<td style="width:119px;">G-UG15</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Acquisition Interface Model ACQ-16</td>
			<td style="width:215px;">Gould Instrument Systems Inc</td>
			<td>ACQ-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:271px;">Micro1401-3 Data Acquisition Unit</td>
			<td style="width:215px;">Cambridge Electronic Design Ltd</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:271px;">Signal version 6 software (Windows)</td>
			<td style="width:215px;">Cambridge Electronic Design Ltd</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Power base</td>
			<td style="width:215px;">Coulbourn Instruments</td>
			<td style="width:119px;">V15-17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Bioamplifier with filters</td>
			<td style="width:215px;">Coulbourn Instruments</td>
			<td style="width:119px;">V75-04</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:271px;">Conductor electrode cables (for surface EMG)</td>
			<td style="width:215px;">Coulbourn Instruments</td>
			<td style="width:119px;">V91-33</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:271px;">2002 TMS device</td>
			<td style="width:215px;">The Magstim Company Ltd</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:271px;">BiStim2 module</td>
			<td style="width:215px;">The Magstim Company Ltd</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">90mm circular TMS coil</td>
			<td style="width:215px;">The Magstim Company Ltd</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Presentation software (Windows)</td>
			<td style="width:215px;">Neurobehavioral Systems Inc</td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:271px;">Windows computer</td>
			<td style="width:215px;"></td>
			<td style="width:119px;">Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

online transcranial magnetic stimulation protocol for measuring cortical physiology associated with response inhibition

Vi beskriver udviklingen af en reproducerbar og børnevenligt motor svar hæmning opgaven egnet til online transkranial magnetisk Stimulation (TMS) karakterisering af primære motor cortex (M1) ophidselse og hæmning. Motor respons hæmning forhindrer uønskede handlinger og er unormale i flere neuropsykiatriske lidelser. TMS er en non-invasiv teknologi, der kan kvantificere M1 ophidselse og hæmning ved hjælp af single og parret puls protokoller og kan være netop timet at studere kortikal fysiologi med høj tidsmæssige opløsning. Vi har ændret den oprindelige Slater-Hammel (S-H) stop signal opgave for at oprette en "racerbil" version med TMS pulser tid låst til intra retssag begivenheder. Denne opgave er dit eget tempo, med hver enkelt retssag indlede efter en knap Tryk og flytte racerbil på 800 ms målet. GÅ forsøg kræver en finger-lift til at stoppe racerbil lige før dette mål. Afbrudt tilfældigt er STOP forsøg (25%) hvor dynamisk justeret stopsignal bliver bedt om emner, der skal forhindre finger-lift. For GO forsøg, blev TMS pulser leveret på 650 ms efter retssag indsættende; der henviser til STOP forsøg, opstod TMS pulser 150 ms efter stopsignal. Tidsindstillinger af TMS pulser blev besluttet baseret på electroencefalografi (EEG) undersøgelser viser event-relaterede ændringer i disse tidsintervaller i løbet stop signal opgaver. Denne opgave blev studeret i 3 blokke på to undersøgelse sites (n = 38) og vi indspillede adfærdsmæssige ydeevne og event-relaterede motor-fremkaldte potentialer (MEP). Modellering af regression blev brugt til at analysere MEP amplituder bruge alder som en covariate med flere uafhængige variabler (sex, studere site, blok, TMS puls betingelse [single-vs. parret puls], retssag tilstand [GO, vellykket STOP mislykkedes STOP]). Analysen viste at TMS puls tilstand (Pedersen < 0,0001) og dens samspil med retssag tilstand (p = 0,009) var betydelig. Fremtidige ansøgninger til dette online S-H/TMS paradigme omfatter tilføjelse af samtidig EEG erhvervelse til at måle TMS-fremkaldte EEG potentialer. En potentiel begrænsning er at TMS puls lyd i børn, kunne påvirke adfærdsmæssige opgave ydeevne.

Regressionsanalyse udføres ved hjælp af en kommerciel statistisk software-pakke til at analysere adfærdsmæssige og neurophysiologic data separat. De repræsentative data er fra 23 typisk udvikle børn fra Cincinnati og 15 fra Baltimore (25 mand, 13 kvinde). Alder ikke afviger mellem site (10,3 ± 1,3 år for Cincinnati og 10.4 ± 1,2 år for Baltimore; t-test p = 0,74)
Vi brugte en regressionsmodel til at analysere SSRT med ...

Watch this Scientific Journal Video about Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition at JoVE.com

Online Transcranial Magnetic Stimulation Protocol for Measuring Cortical Physiology Associated with Response Inhibition

Vi beskriver en eksperimentel metode til at kvantificere ophidselse og hæmning af primære motor cortex under en motor respons hæmning opgave ved hjælp af transkranial magnetisk Stimulation i løbet af en Stop Signal opgave.

Online transkranial magnetisk Stimulation protokol til måling af kortikal fysiologi tilknyttet svar hæmning

We describe the development of a reproducible, child-friendly motor response inhibition task suitable for online Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

A Novel Approach for Documenting Phosphenes Induced by Transcranial Magnetic Stimulation

Stimulation of the human visual cortex produces a transient perception of light, known as a phosphene. Phosphenes are induced by invasive electrical ...

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Brug af Magnetic Resonance Spectroscopy som et værktøj til måling af Bi-halvkugleformet Transkranial Electric Stimulation Virkninger på Primary Motor Cortex Metabolisme

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Virkningerne af transkranial vekselstrøm Stimulation på den primære Motor Cortex af Online kombineret tilgang med transkranial magnetisk Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Kronisk transkranial elektrisk Stimulation og Intracortical optagelse i rotter

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Kombinerede transkranial magnetisk Stimulation og electroencefalografi i den Dorsolateral præfrontale Cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

Stimulering placering bestemmelse ved hjælp af en 3D digitizer med high-definition Transcranial direkte strøm stimulering

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Måling og manipulation funktionelt specifikke neurale veje i det menneskelige motorsystem med tværkraniel magnetisk stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

Conventional and Threshold-Tracking Transcranial Magnetic Stimulation Tests for Single-handed Operation

Konventionelle og tærskelsporing transkranial magnetisk stimulation tests for enhåndsdrift

Most single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) parameters (e.g., motor threshold, stimulus-response function, cortical silent period) are used ...