我们描述了一种实验方法，通过在停止信号任务过程中应用经颅磁刺激，定量评估初级运动皮层在运动反应抑制任务中的兴奋性与抑制性。
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本文内容
摘要
摘要
我们描述了一种可重复、适合儿童参与的运动反应抑制任务的开发过程，该任务适用于通过在线经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）对初级运动皮层（M1）兴奋性与抑制性的特征进行刻画。运动反应抑制可防止不必要的动作发生，其功能异常见于多种神经精神疾病。TMS 是一种非侵入性技术，可通过单脉冲和双脉冲方案量化 M1 的兴奋性与抑制性，并能精确控制时序，以高时间分辨率研究皮层生理活动。我们对原始的 Slater-Hammel（S-H）停止信号任务进行了改进，以创建一种 "赛车" 与试验内事件时间锁定的TMS脉冲版本。该任务为自定步调，每次试验通过按按钮启动，使赛车驶向800 ms目标。在GO试验中，受试者需在接近该目标前抬起手指以停止赛车。随机穿插其中的是STOP试验（占25%），在此期间动态调整的停止信号提示受试者抑制手指抬起动作。对于GO试验，TMS脉冲在试验开始后650 ms给予；而对于STOP试验，TMS脉冲则在停止信号出现后150 ms给予。TMS脉冲的时间点选择基于脑电图（EEG）研究，这些研究显示在停止信号任务中，该时间段内存在与事件相关的脑活动变化。该任务在两个研究地点共进行3个区块（n=38），记录了行为表现和事件相关运动诱发电位（MEP）。采用回归模型分析MEP振幅，以年龄作为协变量，并纳入多个自变量（性别、研究地点、区块、TMS脉冲条件[单脉冲 vs. 双脉冲]、试验条件[GO、成功STOP、失败STOP]）。分析结果显示，TMS脉冲条件（p<0.0001）及其与试验条件的交互作用（p=0.009）均具有显著性。未来对该在线S-H/TMS范式的应用可包括同步采集EEG，以测量TMS诱发的EEG电位。一个可能的局限性在于，在儿童中，TMS脉冲声音可能会 影响行为任务表现。
引言
反应抑制是指有选择性地阻止那些可能干扰预期功能目标的不必要行为的能力。1 皮质-纹状体网络在反应抑制中起着关键作用，该网络的功能随着儿童的成熟而逐渐增强，但在多种神经精神疾病中（如注意缺陷多动障碍（ADHD）、学习障碍、强迫症和精神分裂症）其功能会受损。2,3 可通过不同的行为范式（如Go/NoGo任务（GNG）和停止信号任务（SST））来评估运动反应抑制能力。1,4 仅靠行为数据无法提供有关可能被调节的、可量化的生物学机制的信息。本研究的主要目标是建立一种适合儿童的方法，用于评估反应抑制执行过程中运动皮层的生理活动，从而开发基于大脑的、反映该任务神经基础的定量生物标志物。此类生物标志物在神经行为障碍的预后或治疗预测研究中具有广泛的应用前景。
为此，研究人员选择并改进了Slater-Hammel（S-H）任务5。这是一种停止信号任务，要求参与者抑制一个内部生成的预设动作。该自我调节任务包含“执行”（GO）和“停止”（STOP）两种试验。在“执行”试验中，受试者通过按压并持续保持按钮启动试验，并根据指示在接近但不超过800 ms目标时间时将手指从按钮上....
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方案
该方案已获得辛辛那提儿童医院医疗中心和约翰斯·霍普金斯机构审查委员会的批准，被认定为对儿童和成人具有最小风险的研究。根据国际专家共识，单脉冲和双脉冲经颅磁刺激（TMS）在2岁及以上儿童中被认为是安全的。24 在向受试者家长/监护人及受试者本人解释TMS可能存在的风险后，若其同意参与研究，则签署知情同意书和知情同意声明。
1. 筛选与引言
- 使用标准化问卷筛查受试者是否存在经颅磁刺激（TMS）的禁忌证。25
- 通过在操作者自身前臂上方施加磁脉冲，演示经颅磁刺激（TMS）的工作原理。
- 在受试者前臂上方施加一次经颅磁刺激（TMS）脉冲，使其能够感受到脉冲刺激。
- 为受试者佩戴耳塞，以保护听力。
2. 表面肌电图电极设置与手部定位
- 让受试者外展优势手的示指，以定位第一背侧骨间肌（FDI）。将负极电极置于FDI肌腹处，然后将正极电极置于2nd 和 3rd 掌指（MCP）关节，参考电极置于第5th 掌指关节
- 将受试者双手置于枕头上，双侧前臂及手部的尺侧完全贴合枕头，无需对抗重力图1....
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结果
采用商业统计软件包分别对行为学和神经生理学数据进行回归分析。代表性数据来自辛辛那提的23名正常发育儿童和巴尔的摩的15名儿童（男性25名，女性13名）。两地受试者年龄无显著差异（辛辛那提：10.3 ± 1.3 岁，巴尔的摩：10.4 ± 1.2 岁；t 检验 p = 0.74）
我们采用回归模型分析了SSRT，将年龄作为协变量，并将性别、地点（辛辛那提与巴尔的摩）和试验区块作为自变量。同时探讨了这些变量之间的交互作用。该分析显示，年龄是唯一对SSRT具有显著影响的变量（p=0.005）。
TMS 神经生理学数据采用峰-峰 MEP 幅值作为回归分析的因变量进行表征。在运动准备期间，初级运动皮层（M1）的兴奋性会在实际运动发生之前升高。TMS 研究表明，这种兴奋性的升高发生在肌肉收缩前 100 - 140 ms。
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讨论
本方案是一种新颖的、适合儿童的结合停止信号任务与经颅磁刺激（TMS）的方法，用于检测事件相关皮层抑制。临床观察表明，在多种神经精神疾病中存在运动抑制功能缺陷及停止信号任务表现不佳的现象。3 目前仅有少数研究者采用在线重复经颅磁刺激（fTMS）来探究反应抑制任务期间的皮层兴奋性与抑制性。一些研究团队已成功在Go/No-Go（GNG）任务中应用经颅磁刺激（TMS），揭示了儿童与成人皮层生理活动的差异。14,23,34 然而，GNG任务最好以相对较快的节奏进行，以在整个任务过程中引发优势运动反应，从而能够在Nogo试次中充分考察抑制控制能力。35,36 从方法学角度来看，快速进行的GNG任务对在线fTMS实验造成了困难，因为设备电容器需要时间重新充电以准备下一次刺激脉冲。例如，我们使用的单相脉冲.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由美国国家心理健康研究所（R01MH095014）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 精密游戏手柄 | 罗技 | G-UG15 | |
| 采集接口型号 ACQ-16 | Gould Instrument Systems Inc | ACQ-16 | |
| Micro1401-3 数据采集单元 | 剑桥电子设计有限公司 | 不适用 | |
| Signal version 6 软件（Windows） | 剑桥电子设计有限公司 | 不适用 | |
| 电源底座 | Coulbourn Instruments | V15-17 | |
| 带有滤波器的生物放大器 | Coulbourn Instruments | V75-04 | |
| 导电电极电缆（用于表面肌电图） | Coulbourn Instruments | V91-33 | |
| 2002 经颅磁刺激仪 | The Magstim Company Ltd | 不适用 | |
| BiStim2 模块 | The Magstim Company Ltd | 不适用 | |
| 90毫米圆形经颅磁刺激线圈 | The Magstim Company Ltd | 不适用 | |
| 演示软件（Windows） | Neurobehavioral Systems 公司 | 不适用 | |
| Windows 计算机 | 不适用 |
参考文献
- Mostofsky, S. H., Simmonds, D. J. Response inhibition and response selection: two sides of the same coin. J Cogn Neurosci. 20 (5), 751-761 (2008).
- Barkley, R. A. Response inhibition in attention-deficit hyperactivity disorder. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 5 (3), 177-184 (1999).
- Lipszyc, ....
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重印与许可
