Protocollo di stimolazione magnetica transcranica online per misurare la fisiologia corticale associata con l'inibizione di risposta
Summary
Descriviamo una procedura sperimentale per quantificare l’eccitabilità e l’inibizione della corteccia motoria primaria durante un’attività di inibizione di risposta motoria utilizzando la stimolazione magnetica transcranica nel corso di un’attività di segnale di Stop.
Abstract
Descriviamo lo sviluppo di un’attività di inibizione di risposta motoria riproducibile, adatti indicato per la caratterizzazione di stimolazione magnetica transcranica (TMS) online di eccitabilità della corteccia motoria primaria (M1) e di inibizione. Inibizione di risposta motoria impedisce azioni indesiderate ed è anormale in parecchie circostanze neuropsichiatriche. TMS è una tecnologia non invasiva che può quantificare M1 eccitabilità e inibizione utilizzando protocolli di singolo e accoppiare-impulso e può essere perfettamente sincronizzata di studiare la fisiologia corticale con elevata risoluzione temporale. Abbiamo modificato l’attività di segnale di stop Slater-Hammel (S-H) originale per creare una versione di “macchina da corsa” con impulsi TMS eventi tempo-bloccata a intra-prova. Questo compito è autogestito, con ogni avvio di prova dopo un pulsante per spostare la macchina da corsa verso l’obiettivo di 800 ms. ANDARE a prove richiedono un dito-lift per fermare la macchina da corsa poco prima di questo obiettivo. Disseminati casualmente sono prove di STOP (25%) durante il quale il segnale di stop dinamicamente regolato richiede soggetti per prevenire dito-lift. Per le prove di GO, impulsi TMS sono stati consegnati alle 650 ms dopo l’inizio di prova; considerando che, per le prove di STOP, gli impulsi TMS si è verificato 150 ms dopo il segnale di stop. Gli intervalli di tempo degli impulsi TMS sono stati decisi basata sugli studi di elettroencefalografia (EEG) che indicano cambiamenti legati all’evento in questi intervalli di tempo durante le attività di segnale di stop. Questo compito è stato studiato in 3 blocchi a due siti di studio (n = 38) e abbiamo registrato prestazioni comportamentali e potenziali Motore-evocati evento-correlati (MEP). Modellazione di regressione era usato per analizzare le ampiezze MEP utilizzando età come covariata con più variabili indipendenti (sesso, studio sito, blocco, impulsi TMS condizione [single-vs accoppiare-impulso], condizioni di prova [GO, fermata di successo, non è riuscito STOP]). L’analisi ha mostrato che la TMS impulsi condizione (p < 0,0001) e la sua interazione con condizioni di prova (p = 0,009) erano significativi. Future applicazioni per questo paradigma S-H/TMS online includono l'aggiunta di acquisizione simultanea di EEG per misurare potenziali EEG TMS-evocati. Un potenziale limite è che nei bambini, il suono di impulso TMS poteva influenzare le prestazioni di attività comportamentali.
Introduction
L’inibizione di risposta è la capacità di impedire in modo selettivo tali azioni indesiderate che possono interferire con scopi funzionali intesi. 1 la rete cortico-striatale criticamente è coinvolto nell’inibizione di risposta, che progressivamente diventa più efficiente come figli a maturare, ma è alterata in numerose condizioni neuropsichiatriche come disordine di iperattività di deficit di attenzione ( ADHD), schizofrenia, disturbo ossessivo-compulsivo e disturbi di apprendimento. 2 , 3 l’inibizione di risposta del motore può essere esaminato con diversi paradigmi comportamentali ad esempio Go/NoGo (GNG) e segnale di Stop di attività (SST). 1 , 4 dati comportamentali da solo non fornisce informazioni sui meccanismi biologici potenzialmente modificabili, quantificabili. L’obiettivo del presente studio era quello di sviluppare un metodo amichevole bambino per valutare la fisiologia della corteccia motoria durante l’esecuzione di inibizione di risposta, al fine di sviluppare un cervello-based biomarcatore quantitativo del substrato neurale di questo compito. Tali biomarcatori potrebbero avere ampia applicazione nel trattamento dei disturbi neurocomportamentali o studi predittivi di prognosi.
Per questo scopo, i ricercatori hanno selezionato e modificato il compito di Slater-Hammel (S-H)5. Si tratta di un compito di segnale di stop che richiede ai partecipanti di inibire un’azione pre-programmata generata internamente. Questa attività di autoapprendimento è costituito da prove sia GO e STOP. Vai prove vengono avviate dal soggetto premendo e mantenendo la pressione su un pulsante, con l’istruzione per sollevare il dito dal pulsante (cioè GO azione) più vicino possibile, ma prima della destinazione di 800 ms. Nel paradigma originale, ora è indicata su un orologio con una mano rapida rotazione. Prove di STOP in modo casuale sono sparpagliate tra GO prove durante il quale la persona deve inibire l’azione di GO pre-pianificata (cioè impedire ascensore dito). L’attività di segnale di stop è più difficile perché soggetti hanno inibire una risposta nel contesto di un segnale GO pre-programmato, mentre nel compito GNG, la decisione è se avviare o non avviare un’azione senza precedenti comandi. 6 inoltre, può essere più accurata per indagare l’inibizione di risposta tramite attività di segnale di stop perché nell’attività GNG coerente correlazioni tra segnale e risposte possono provocare l’inibizione automatica. 7 l’inibizione automatica è la teoria che coerenza mapping tra segnale e risposta (cioè GO segnale sempre si traduce in una risposta GO e viceversa) porta ad un’elaborazione automatica durante tutto il corso dell’esperimento, tale che le prove di STOP sono parzialmente elaborati tramite il recupero di memoria e consente di ignorare determinati controlli esecutivi. 8 , 9
Stimolazione magnetica transcranica (TMS) è una tecnologia non invasiva che può essere usata per misurare la fisiologia corticale. Utilizzando paradigmi di stimolazione impulso singolo e in coppia, uno può quantificare l’inibizione e l’eccitabilità corticale. Sebbene più studi pubblicati di TMS studiare fisiologia corticale a riposo, alcuni gruppi hanno esaminato eccitabilità/inibizione corticale durante la preparazione mentale per azione10 e durante gli stati cognitivi diversi che possono essere riflesse nel motore fisiologia di corteccia. 11 , 12 , 13 , 14 questo approccio funzionale di TMS (FTM) richiede misure TMS in linea mentre i partecipanti eseguono mansioni comportamentistiche, così permettendo ad uno di sonda corticale cambia che sono stato-dipendenti con elevata risoluzione temporale. Fornendo informazioni in tempo reale sui cambiamenti neurofisiologici in un tal modo amplia l’indagine fisiologica di controllo motore15,16 e condizioni neuropsichiatriche17,18, 19,20.
FTMS precedenti studi hanno esplorato meccanismi corticali di inibizione di risposta negli adulti sani utilizzando GNG14 e SST compiti15,16,21. Inoltre, uno studio ha mostrato che una singola dose di metilfenidato cambiato fisiologia motoria corticale di adulti sani durante un esperimento di FTM/GNG. 22 fin qui, ci sono due gruppi che hanno pubblicato gli studi pediatrici fTMS utilizzando task GNG per caratterizzare la fisiologia corticale di ADHD23 e la sindrome di Tourette17. Attualmente, non esiste nessuno studio pubblicato fTMS utilizzando SST nella popolazione pediatrica.
Un problema critico negli studi di FTM, in misura molto maggiore rispetto agli studi TMS resto da solo, è muscolo artefatto. Misure standardizzate elettromiografia di superficie (EMG) di ampiezza e latenza da potenziali Motore-evocati (MEP) non devono essere contaminati da artefatto del muscolo. Così, ad esempio, per studiare i cambiamenti corticali in preparazione per un movimento in uno studio di tempo di reazione, TMS impulsi devono essere perfettamente sincronizzati si verifichi dopo un segnale di andare, ma prima del tempo di reazione di un individuo. Così in qualsiasi attività, è fondamentale per garantire che gli impulsi TMS che si verificano in un momento quando la risposta di motore non è ancora iniziata, e che il partecipante sia confortevole e in grado di mantenere il relativo muscolo a riposo. Questo può essere particolarmente problematico con bambini hyperkinetic che naturalmente possono avere movimenti estranei e che possono mantenere il loro braccio e la mano tesa per tutto un tempo di reazione gioco.
L’obiettivo del presente studio è quello di sviluppare una versione del SST Slater-Hammel che è adatti ai bambini e adatto per lo studio della fisiologia della corteccia motoria primaria (M1). Questo compito dovrebbe essere 1) facilmente comprensibile per i bambini, 2) relativamente facili da completare per bambini e 3) compatibile con TMS online.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo è un nuovo metodo di bambino-amichevole di combinare un compito di segnale di stop e TMS per esaminare inibizione corticale correlate all’evento. Osservazione clinica del deficit inibitorio del motore e prestazioni scarse nei compiti di segnale di stop sono stati dimostrati in numerose condizioni neuropsichiatriche. 3 relativamente pochi ricercatori hanno usato gli FTM online per esaminare eccitabilità corticale e inibizione durante le attività di inibizione di risposta. Alcun…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato finanziato dal National Institute of Mental Health (R01MH095014).
Materials
| Precision Gamepad | Logitech | G-UG15 | |
| Acquisition Interface Model ACQ-16 | Gould Instrument Systems Inc | ACQ-16 | |
| Micro1401-3 Data Acquisition Unit | Cambridge Electronic Design Ltd | Not applicable | |
| Signal version 6 software (Windows) | Cambridge Electronic Design Ltd | Not applicable | |
| Power base | Coulbourn Instruments | V15-17 | |
| Bioamplifier with filters | Coulbourn Instruments | V75-04 | |
| Conductor electrode cables (for surface EMG) | Coulbourn Instruments | V91-33 | |
| 2002 TMS device | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| BiStim2 module | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| 90mm circular TMS coil | The Magstim Company Ltd | Not applicable | |
| Presentation software (Windows) | Neurobehavioral Systems Inc | Not applicable | |
| Windows computer | Not applicable |
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