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

Denna studie var finansierad av National Institute of Mental Health (R01MH095014).

Detta protokoll godkändes av Cincinnati Children's Hospital Medical Center och Johns Hopkins institutionella granskning styrelser som en minimal risk studera hos barn och vuxna. Singel - och Parade-pulse TMS anses säkra för barn 2 år och äldre per internationell expert konsensus. 24 efter till vårdnadshavare och deltagare förklarade de potentiella riskerna med TMS, samtycke och samtycke formulär signeras om de är överens om att fortsätta med studien.
1. screeni...

Detta protokoll är en roman barnvänliga metod för att kombinera en stopp signal uppgift och TMS att undersöka evenemangsrelaterade kortikala hämning. Klinisk observation av motor hämmande underskott och dåliga prestanda i stopp signal uppgifter har påvisats i ett flertal neuropsykiatriska tillstånd. 3 relativt få utredare har använt online fTMS för att undersöka kortikala upphetsning och hämning under svar hämning uppgifter. Vissa grupper har framgångsrikt använt TMS under GNG upp...

Svar hämning är förmågan att selektivt förhindra dessa oönskade åtgärder som kan störa förväntade funktionella mål. 1 cortico-striatum nätverket medverkar kritiskt svar hämning, som successivt blir effektivare som barn mogna men är nedsatt hos många neuropsykiatriska tillstånd såsom attention deficit hyperactivity disorder) ADHD), lärande störningar, tvångssyndrom och schizofreni. 2 , 3 motor svar hämning kan undersökas med olika beteendemässiga paradigms såsom Go/NoGo (GNG) och stoppa signalen uppgifter (SST). 1 , 4 beteendemässiga data enbart ger inte information om potentiellt modifierbara, mätbara biologiska mekanismer. Det övergripande målet i den aktuella studien var att utveckla en barn vänliga metod för att utvärdera motoriska cortex fysiologi under utförandet av svar hämning, för att utveckla en hjärna-baserade kvantitativa biomarkör för neuralt substrat för denna uppgift. Sådana biomarkörer kan ha bred tillämpning i förutsägande studier av prognos eller behandling av neurologiskt betingade sjukdomar.
För detta ändamål, utredarna valt och modifierade den Slater-Hammel (S-H) aktivitet5. Detta är en uppgift av stopp-signal som kräver deltagare att hämma en internt upparbetad förprogrammerade åtgärd. Egen takt uppgiften består av både gå och stopp prövningar. GÅ prövningar initieras av ämnet att trycka och behåller trycket på en knapp, med instruktioner att lyfta fingret från knappen (dvs gå åtgärd) så men innan målet 800 ms. I den ursprungliga paradigmen anges tid på en klocka med en snabbt roterande hand. STOP prövningar varvas slumpmässigt bland GO prövningar under vilken personen måste hämma förplanerade GO åtgärden (dvs förhindra finger hiss). Stopp signal uppgiften är svårare eftersom ämnen måste hämma ett svar inom ramen för en förprogrammerad GO-signal, medan i GNG uppgift, är beslutet om att inleda eller inte inleda en åtgärd med ingen tidigare kommandon. 6 vidare kan det vara mer korrekt att undersöka svar hämning med stopp signal uppgifter eftersom i GNG uppgiften, konsekvent korrelationer mellan signal och svaren kan resultera i automatisk hämning. 7 automatisk hämning är teorin som konsekvent mappning mellan signalen och svar (dvs. GO signal alltid resulterar i ett GO svar och vice versa) leder till en automatisk bearbetning under hela försöket att stoppa rättegångarna är delvis behandlas via minne hämtning och kringgår vissa executive kontroller. 8 , 9
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) är en icke-invasiv teknik som kan användas för att mäta kortikal fysiologi. Med singel - och Parade-puls stimulering paradigm, kan man kvantifiera kortikala retbarhet och hämning. Även om mest publicerade TMS studier undersöka kortikal fysiologi vid vila, har vissa grupper undersökt kortikala upphetsning/hämning under mental förberedelse för åtgärd10 och under olika kognitiva stater som kan återspeglas i motor cortex fysiologi. 11 , 12 , 13 , 14 funktionella TMS (fTMS) metoden kräver online TMS-mätningar medan deltagarna utför beteendemässiga uppgifter, vilket möjliggör en till sonden kortikala förändringar som är beroende av staten med hög temporal upplösning. Att tillhandahålla information i realtid om neurophysiologic förändringar på ett sådant sätt breddar fysiologisk utredning av motorstyrning15,16 och neuropsykiatriska tillstånd17,18, 19,20.
Tidigare fTMS studier har undersökt kortikala mekanismer för svar hämning i friska vuxna använder GNG14 och SST uppgifter15,16,21. En studie visade att en engångsdos av metylfenidat förändrats motor kortikal fysiologi friska vuxna under försökstiden fTMS/GNG. 22 hittills, finns det två grupper som har publicerat pediatric fTMS studier använder GNG uppgiften för att karaktärisera ADHD23 och Tourettes syndrom17kortikal fysiologi. Det finns för närvarande inga publicerade fTMS studie använder SST i den pediatriska populationen.
En kritisk fråga i fTMS studier, i mycket större utsträckning än resten-alone TMS studier, är muskel artefakt. Standardiserad yta Elektromyografi (EMG) åtgärder av amplitud och latens från motor-evoked potentials (MEP) måste inte vara förorenat av muskel artefakt. Så, till exempel för att studera kortikala förändringar i förberedelse för en rörelse i en reaktionstid studie, TMS pulser måste vara just tidsmässigt för att inträffa efter en GO-signal men före individens reaktionstid. Således i någon uppgift är det viktigt att säkerställa att TMS pulser inträffar vid en tidpunkt när det motoriska svaret inte har ännu börjat, och att deltagaren är bekväm och kunna upprätthålla den relevanta muskler i vila. Detta kan vara exceptionellt problematiskt med hyperkinetisk barn som naturligt ha främmande rörelser och som kan hålla sin arm och hand spänd hela en reaktionstid spel.
Syftet med föreliggande studie är att utveckla en version av Slater-Hammel SST som är barnvänlig och passar studera primära motoriska cortex (M1) fysiologi. Denna uppgift bör vara 1) lätta att förstå för barn, 2) relativt lätt att slutföra för barn och (3) kompatibla 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 utvecklingen av en reproducerbar, barnvänlig motor svar hämning uppgift passar online transkraniell magnetisk stimulering (TMS) karakterisering av primära motoriska cortex (M1) retbarhet och hämning. Motoriskt svar hämning förhindrar oönskade åtgärder och är onormal i flera neuropsykiatriska tillstånd. TMS är en icke-invasiv teknik som kan kvantifiera M1 retbarhet och hämning med singel - och Parade-pulse protokoll och kan tajmas exakt att studera kortikal fysiologi med hög temporal upplösning. Vi ändrade den ursprungliga Slater-Hammel (S-H) stopp signal uppgiften att skapa en ”racerbil” version med TMS pulser tid-låst till intra rättegång händelser. Denna uppgift är självstudier, med varje rättegång inleds efter en knapptryckning till flytta racerbil mot 800 ms målet. GÅ prövningar kräver en finger-lift att stoppa racerbil precis innan detta mål. Interspersed slumpmässigt är STOP prövningar (25%) under vilken den dynamiskt justerade stoppsignal uppmanas patienter att förhindra finger-lift. För GO prövningar levererades TMS pulser på 650 ms efter rättegång debut; medan, för STOP prövningar, TMS pulserna inträffade 150 ms efter stoppsignal. Tidpunkter för TMS pulserna avgjordes baserat på elektroencefalografi (EEG) studier som visar händelsen-relaterade förändringar i dessa tidsintervall under stopp signal uppgifter. Denna uppgift har studerats i 3 kvarter på två studieplatser (n = 38) och vi spelade in beteendemässiga prestanda och evenemangsrelaterade motor-evoked potentials (MEP). Regressionsmodellering användes för att analysera MEP amplituder med ålder som kovariat med flera oberoende variabler (kön, studera webbplats, block, TMS puls skick [singel-vs. Parade-pulse], rättegång skick [GO, framgångsrika stopp, misslyckades STOP]). Analysen visade att TMS puls skick (p < 0,0001) och dess samspel med rättegång skick (p = 0,009) var betydande. Framtida tillämpningar för detta online S-H/TMS paradigm inkluderar tillägg av samtidiga EEG förvärv att mäta EEG TMS-evoked potentials. En potentiell begränsning är att TMS puls ljudet hos barn kan påverka deras beteendemässiga uppgift prestanda.

Regressionsanalys görs med en kommersiell statistiskt programpaket för att analysera beteendemässiga och neurophysiologic separat. Representativa uppgifterna är från 23 vanligtvis utveckla barn från Cincinnati och 15 från Baltimore (25 män, 13 kvinnor). Ålder skilde sig inte mellan webbplats (10,3 ± 1,3 år för Cincinnati och 10,4 ± 1,2 år för Baltimore; t test p = 0,74)
Vi används en regressionsmodell för att an...

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 experimentell förfarande för att kvantifiera retbarhet och hämning av primära motoriska cortex under ett motoriskt svar hämning uppgift genom att använda transkraniell magnetisk stimulering under loppet av en stoppa signalen uppgift.

Online transkraniell magnetisk stimulering protokoll för mätning av kortikal fysiologi är associerad med svar hämning

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

En ny metod för att dokumentera fosfener framkallas av transkraniell magnetisk stimulering

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

Kombinera transkraniell magnetisk stimulering och fMRI för att undersöka nätverket standardläge

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: Använda Theta-Burst protokollet Utforska Mechasnism av plasticitet hos personer med Fragile X-syndrom och 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

Användning av magnetisk resonansspektroskopi som ett verktyg för mätning av Bi-hemisfären transkraniell elektriska retningar Effekter på Primär Motor Cortex Metabolism

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

Effekterna av transkraniell växelström stimulering på primära motoriska Cortex av Online kombinerat tillvägagångssätt med transkraniell magnetisk stimulering

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 transkraniell elektrisk stimulering och Intracortical inspelning hos råttor

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

Kombinerade transkraniell magnetisk stimulering och elektroencefalografi av dorsolaterala prefrontala 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 platsbestämning med hjälp av en 3D-digitizer med högupplöst transcranial rikta ström 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

Mätning och manipulera funktionellt specifika neurala vägar i det mänskliga motorsystemet med transkraniell magnetisk stimulering

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

Konventionella och tröskelspårning transkraniella magnetiska stimuleringstester för enhandsdrift

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