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

Deze studie werd gefinancierd door het National Institute of Mental Health (R01MH095014).

Dit protocol is goedgekeurd door de Cincinnati Children's Hospital Medical Center en Johns Hopkins institutionele beoordeling planken als een minimale risico's studie bij kinderen en volwassenen. Single - en gekoppeld-pulse TMS wordt beschouwd als veilig is bij kinderen van 2 jaar en ouder per internationale expert consensus. 24 na het uitleggen van de potentiële risico's van TMS ouder/voogd en deelnemer, toestemming en instemming formulieren zijn ondertekend als ze willen doorgaan met de studie....

Dit protocol is een nieuwe methode van het kindvriendelijke om een stop signaal taak en TMS te onderzoeken gebeurtenis-gerelateerde corticale remming te combineren. Klinische observatie van motor remmende tekorten en slechte prestaties in stop signaal taken zijn aangetoond in talloze neuropsychiatrische voorwaarden. 3 relatief weinig onderzoekers hebben gebruikt online fTMS corticale prikkelbaarheid en remming tijdens respons inhibitie taken te onderzoeken. Sommige groepen hebben met succes gebrui...

Respons inhibitie is de mogelijkheid om selectief te voorkomen dat deze ongewenste acties die met de beoogde functionele doelstellingen interfereren kunnen. 1 het cortico-striatale netwerk is kritisch betrokken bij respons inhibitie, die geleidelijk wordt efficiënter als de kinderen volwassen maar is geschaad in talrijke neuropsychiatrische voorwaarden zoals aandacht-deficit hyperactivity disorder) ADHD), leren stoornissen, obsessief-compulsieve stoornis en schizofrenie. 2 , 3 motor respons inhibitie kan onderzocht worden met verschillende gedrags paradigma's zoals Go/NoGo (GNG) en Stop signaal taak (SST). 1 , 4 gedrags-gegevens alleen levert geen informatie over potentieel veranderbare, kwantificeerbare biologische mechanismen. Het overkoepelende doel in de huidige studie was een kind vriendelijke methode om te evalueren van de motorschors fysiologie tijdens de uitvoering van respons inhibitie, teneinde een hersenen gebaseerde kwantitatieve biomarker van de neurale substraat van deze taak te ontwikkelen. Deze biomarkers kon hebben brede toepassing in voorspellende studies van prognose of behandeling van neuro-stoornissen.
Voor dit doel, de onderzoekers geselecteerd en bewerkt de Slater-Hammel (S-H) taak5. Dit is een stop signaal taak die deelnemers voor de remming van een intern gegenereerde voorgeprogrammeerde actie vereist. Deze zelfstudie taak bestaat uit zowel de GO als de STOP proeven. Ga proeven worden geïnitieerd door het onderwerp op te drukken en druk op een knop, met de instructie vinger op te tillen uit de knop (dat wil zeggen GO actie) zo dicht bij, maar voordat de 800 ms doelstelling handhaving. In de oorspronkelijke paradigma, wordt tijd aangegeven op een klok met een sneldraaiende hand. STOP proeven worden willekeurig afgewisseld onder GO proeven waarin de persoon de vooraf geplande GO actie moet remmen (dat wil zeggen het voorkomen van vinger lift). Het stop signaal taak is moeilijker omdat onderwerpen hebben voor de remming van een reactie in het kader van een voorgeprogrammeerde GO-signaal, overwegende dat in GNG taak, het besluit of u wilt starten of een actie met geen voorafgaande opdrachten niet starten. 6 voorts wellicht nauwkeuriger te onderzoeken respons inhibitie met behulp van stop signaal taken omdat in de GNG taak, consistente correlaties tussen signaal en reacties leiden automatische remming tot kunnen. 7 automatische remming is de theorie dat consistente toewijzing tussen signaal en respons (dat wil zeggen GO-signaal altijd resulteert in een GO-reactie en vice versa) leidt tot een automatische verwerking in de loop van het experiment zodanig dat de STOP-proeven gedeeltelijk verwerkt via geheugen ophalen en mijdt bepaalde uitvoerende besturingselementen. 8 , 9
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is een niet-invasieve technologie die kan worden gebruikt voor het meten van de corticale fysiologie. Met behulp van één - en gekoppeld-pulse stimulatie paradigma's, kan een kwantificeren corticale prikkelbaarheid en inhibitie. Hoewel meest gepubliceerde TMS studies corticale fysiologie onbeweeglijk onderzoeken, hebben sommige groepen corticale prikkelbaarheid/remming onderzocht tijdens mentale voorbereiding voor actie10 en tijdens verschillende cognitieve staten die kunnen worden weerspiegeld in de motor Fysiologie van de cortex. 11 , 12 , 13 , 14 deze functionele TMS (fTMS) benadering vereist online TMS metingen terwijl deelnemers gedrags taken uitvoert, waardoor een sonde corticale verandert dat zijn situatieafhankelijke met hoge temporele resolutie. Verstrekken van real-time informatie over neurophysiologic wijzigingen op zodanige wijze verruimt het fysiologische onderzoek van de motorische controle15,16 en neuropsychiatrische voorwaarden17,18, 19,20.
Voorafgaande fTMS studies hebben onderzocht corticale mechanismen van respons inhibitie bij gezonde volwassenen met behulp van GNG14 en SST taken15,16,21. Een studie toonde voorts dat een enkelvoudige dosis van methylfenidaat motor corticale fysiologie van gezonde volwassenen tijdens een experiment fTMS/GNG gewijzigd. 22 tot op heden zijn er twee groepen die pediatrische fTMS studies met GNG taak te karakteriseren corticale fysiologie van ADHD23 en Tourette syndroom17gepubliceerd. Er is momenteel geen gepubliceerde fTMS studie met behulp van SST bij de pediatrische populatie.
Een kritieke kwestie in fTMS studies, een veel grotere mate dan rest-alone TMS studies, is spier artefact. Gestandaardiseerde oppervlakte elektromyografie (EMG) maatregelen van de amplitude en latentie van motor-evoked potentials (MEP) mag niet verontreinigd zijn door spier artefact. Dus, bijvoorbeeld om te studeren corticale wijzigingen ter voorbereiding van een beweging in een studie van de reactietijd, TMS pulsen moeten worden precies getimed optreden na een GO-signaal maar vóór de reactietijd van een individu. Dus in een taak is het essentieel om ervoor te zorgen dat TMS pulsen zijn plaatsvinden op een tijdstip wanneer de motor reactie is nog niet begonnen, en dat de deelnemer is comfortabel en in staat om de relevante spier in rust. Dit kan buitengewoon problematisch met hyperkinetische kinderen die wellicht natuurlijk vreemde bewegingen en die kan houden hun arm en hand gespannen tijdens een reactietijd spel.
Het doel van de huidige studie is om een versie van de SST Slater-Hammel dat is kindvriendelijk en geschikt voor de bestudering van de Fysiologie van de primaire motorische cortex (M1) te ontwikkelen. Deze taak moet 1) gemakkelijk te begrijpen voor kinderen, 2) relatief eenvoudig om voor de kinderen en 3) compatibel met online TMS te voltooien.

<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

We beschrijven de ontwikkeling van een reproduceerbare en kindvriendelijke motor respons inhibitie taak geschikt voor online Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) karakterisering van primaire motorische cortex (M1) prikkelbaarheid en inhibitie. Motor respons inhibitie voorkomt ongewenste acties en abnormaal in verschillende neuropsychiatrische aandoeningen. TMS is een niet-invasieve technologie die kan kwantificeren M1 prikkelbaarheid en remming met behulp van één - en gekoppeld-pulse protocollen en juist kan worden getimed om te studeren corticale fysiologie met hoge temporele resolutie. We bewerkt de oorspronkelijke Slater-Hammel (S-H) stop signaal taak voor het maken van een "raceauto" versie met TMS pulsen tijd-vergrendeld aan intra proef gebeurtenissen. Dit is zelfstudie, met elke proef starten na een knop druk te verplaatsen van de raceauto richting de 800 ms-doelstelling. GAAN proeven vereist een vinger-lift om te stoppen met de raceauto vlak voor dit doel. Willekeurig afgewisseld zijn STOP proeven (25%) gedurende welke het dynamisch aangepast stop signaal onderwerpen vraagt om te voorkomen dat de vinger-lift. Voor GO proeven, werden TMS pulsen geleverd bij 650 ms na de aanvang van het proces; Overwegende dat de TMS pulsen voorgedaan voor STOP proeven, 150 ms na het stop signaal. De tijden van de pulsen TMS waren besloten gebaseerd op elektro-encefalografie (EEG) studies waaruit blijkt van gebeurtenis-gerelateerde veranderingen in deze tijd bereiken tijdens stop signaal taken. Deze taak werd bestudeerd in 3 blokken op twee locaties van de studie (n = 38) en we registreerden gedrags prestaties en gebeurtenis-gerelateerde motor-evoked potentials (MEP). Regressie modellering werd gebruikt voor het analyseren van de MEP amplitudes met behulp van leeftijd als een covariate met meerdere onafhankelijke variabelen (seks, bestuderen van de site, blok, TMS pulse voorwaarde [single-vs. gekoppeld-pulse], proef voorwaarde [GO, succesvolle STOP, mislukt STOP]). Uit de analyse bleek dat TMS pulse voorwaarde (p < 0.0001) en zijn interactie met trial voorwaarde (p = 0.009) waren significant. Toekomstige toepassingen voor dit online S-H/TMS paradigma omvatten de toevoeging van de gelijktijdige overname van de EEG om te meten EEG TMS-evoked potentials. Een mogelijke beperking is dat bij kinderen, het geluid van de puls TMS gedrags taakprestaties kan beïnvloeden.

Regressie-analyse wordt uitgevoerd met behulp van een commerciële statistische softwarepakket gedrags- en neurophysiologic om gegevens te analyseren afzonderlijk. De representatieve gegevens is van 23 meestal ontwikkelen kinderen uit Cincinnati en 15 uit Baltimore (25 man, 13 vrouw). Leeftijd niet verschillen tussen site (10.3 ± 1,3 jaar voor Cincinnati en 10.4 ± 1,2 jaar voor Baltimore; t test p = 0.74)
We gebruikten een reg...

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

We beschrijven een experimentele procedure om te kwantificeren prikkelbaarheid en remming van de primaire motorische cortex tijdens een motor respons inhibitie taak door middel van Transcraniële magnetische stimulatie in de loop van een Stop signaal taak.

Online Transcraniële magnetische stimulatie Protocol voor het meten van de corticale fysiologie gekoppeld respons inhibitie

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

Een nieuwe benadering voor het documenteren van Fosfenen geïnduceerd door 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

De combinatie van Transcranial Magnetic Stimulation en fMRI om de standaard-modus Netwerk Onderzoek

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

TMS: Met behulp van de Theta-Burst protocol bij Mechasnism van plasticiteit Ontdek bij mensen met fragiele X syndroom en autisme

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

Het gebruik van Magnetic Resonance Spectroscopy als een instrument voor het meten van Bi-hemisferische Transcraniale Elektrische Stimulatie Beïnvloeding van de Primaire 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

Effecten van Transcraniële wisselstroom stimulatie op de primaire motorische Cortex door Online-gecombineerde aanpak met Transcraniële magnetische stimulatie

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

Chronische Transcraniële elektrische stimulatie en Intracortical opname in ratten

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

Gecombineerde Transcraniële magnetische stimulatie en elektro-encefalografie van de Dorsolateral van de prefrontale 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

Bepaling van de stimulatie locatie met behulp van een 3D-digitizer met high-definition Transcraniële directe stroom stimulatie

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

Meten en manipuleren van functioneel specifieke neurale paden in het menselijk motorsysteem met transcraniële magnetische stimulatie

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

Conventionele en threshold-tracking transcraniële magnetische stimulatietests voor bediening met één hand

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