بروتوكول التحفيز المغناطيسي Transcranial على الإنترنت لقياس القشرية علم وظائف الأعضاء المرتبطة بتثبيط استجابة
Summary
يصف لنا إجراء تجريبي للتحديد الكمي لاستثارة وتثبيط للقشرة الحركية الأولية خلال مهمة تثبيط استجابة محرك باستخدام التحفيز المغناطيسي Transcranial طوال فترة “مهمة إشارة توقف”.
Abstract
يصف لنا تطوير مهمة تثبيط استجابة موتور استنساخه، الصديقة للطفل مناسبة لتوصيف التحفيز المغناطيسي Transcranial (TMS) على الإنترنت لاستثارة القشرة الحركية الأولية (M1) وتثبيط. تثبيط استجابة موتور يمنع الإجراءات غير المرغوب فيها وغير طبيعي في ظروف عصبية عدة. مركز التقنيات التربوية هي تكنولوجيا غير الغازية التي يمكن قياسها كمياً استثارة M1 وتثبيط استخدام بروتوكولات واحد-وإقران-نبض ودقة توقيت يمكن لدراسة فسيولوجيا القشرية مع عالية الدقة الزمنية. قمنا بتعديل المهمة إشارة توقف سلاتر-هامل (ق-ح) الأصلية لإنشاء إصدار “رسكر” مع البقول TMS الوقت غير الساحلية للمحاكمة داخل الأحداث. هذه المهمة الذاتي، مع كل بدء المحاكمة بعد دفع زر لتحريك racecar نحو الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد. انتقل المحاكمات تتطلب إصبع-رفع وقف racecar قبل هذا الهدف. تتخلل عشوائياً هي وقف المحاكمات (25 في المائة) خلالها إشارة توقف المعدل بشكل حيوي يطالب الموضوعات للحيلولة دون رفع الإصبع. للذهاب المحاكمات، تم تسليم البقول TMS في مرض التصلب العصبي المتعدد 650 بعد بداية المحاكمة؛ في حين، لوقف المحاكمات، وقع نبضات TMS 150 مللي ثانية بعد إشارة التوقف. كانت قررت على توقيت نبضات TMS استناداً إلى دراسات المخ (EEG) تبين التغييرات ذات الصلة بالحدث في هذه النطاقات الزمنية خلال المهام إشارة توقف. درست هذه المهمة في كتل 3 في موقعين دراسة (n = 38) وسجلنا الأداء السلوكي وإمكانات أثارت الحركية المتصلة بالحدث (الهندسة الكهربائية والميكانيكية). نمذجة الانحدار واستخدمت لتحليل ستريك الهندسة الكهربائية والميكانيكية باستخدام السن ككل العديد من المتغيرات المستقلة (الجنس، ودراسة الموقع، كتلة، نبض TMS شرط [وحيدة-مقابل نبض إقران]، شرط المحاكمة [الذهاب، توقف ناجحة، وفشلت في وقف]). وأظهر التحليل أن مركز التقنيات التربوية بالنبض الشرط (ف < 0.0001) وتفاعله مع شرط المحاكمة (p = 0.009) كانت كبيرة. وتشمل التطبيقات المستقبلية لهذا النموذج S-H/مركز التقنيات التربوية على الإنترنت إضافة اقتناء EEG المتزامن لقياس إمكانات التخطيط الدماغي أثارت TMS. حد محتملة أن صوت نبض TMS في الأطفال، يمكن أن تؤثر على أداء المهمة السلوكية.
Introduction
تثبيط استجابة هو القدرة على منع تلك الإجراءات غير المرغوب فيها التي يمكن أن تتداخل مع الأهداف الوظيفية المنشودة بشكل انتقائي. 1 شبكة كورتيكو-striatal خطيرة تشارك في تثبيط الاستجابة، الذي يصبح أكثر فعالية كالأطفال ناضجة تدريجيا لكن هو ضعف في ظروف عصبية عديدة مثل اضطراب عجز الانتباه فرط النشاط ( إعاقة)، التعلم اضطرابات، والوسواس القهري، والفصام. 2 , 3 يمكن دراسة تثبيط استجابة المحرك مع نماذج سلوكية مختلفة مثل المهام الذهاب/نوجو (جنج) و “وقف إشارة” (SST). 1 , 4 البيانات السلوكية وحدها لا توفر معلومات حول الآليات البيولوجية القابلة للقياس الكمي، ويحتمل أن تكون قابلة للتعديل. وكان الهدف الرئيسي في هذه الدراسة وضع طريقة ودية طفل لتقييم الفيزيولوجيا القشرة الحركية أثناء تنفيذ تثبيط استجابة، بغية تطوير المستندة إلى الدماغ كمية العلامات البيولوجية للركيزة العصبية لهذه المهمة. هذه المؤشرات الحيوية يمكن أن يكون التطبيق على نطاق واسع في الدراسات التنبؤية للتشخيص أو العلاج من اضطرابات السلوك العصبي.
لهذا الغرض، المحققون تحديد وتعديل المهمة سلاتر-هامل (S-H)5. هذه هي مهمة إشارة توقف تتطلب المشتركين تحول دون إجراء مبرمجة مسبقاً المولدة داخليا. هذه المهمة الذاتي يتكون من الذهاب ووقف المحاكمات. تبدأ المحاكمات الذهاب بموضوع الضغط والحفاظ على الضغط على زر، مع تعليمات برفع أصبعك قبالة الزر (أي العمل الذهاب) كوثيقة للكن قبل الهدف 800 مرض التصلب العصبي المتعدد. في النموذج الأصلي، وتتم الإشارة إلى وقت على مدار ساعة مع جهة تتولى سريعاً. ويتخلل وقف المحاكمات عشوائياً بين المحاكمات الذهاب خلالها الشخص يجب أن تمنع العمل الذهاب مخططة مسبقاً (أي منع رفع الإصبع). إيقاف إشارة مهمة أكثر صعوبة لأن المواضيع يجب أن تكبح ردا في سياق إشارة الذهاب مبرمجة سلفا، بينما في جنج المهمة، القرار ما إذا كان سيتم بدء أو لم تبدأ أي إجراء مع لا أوامر مسبقة. 6 وعلاوة على ذلك، قد يكون أكثر دقة للتحقيق في تثبيط استجابة باستخدام المهام إشارة توقف بسبب مهمة جنج، يتفق الارتباطات بين الاستجابات والإشارات قد يؤدي إلى تثبيط التلقائي. 7 تثبيط التلقائية هي نظرية متسقة أن رسم الخرائط بين الإشارة والاستجابة (أي إشارة تذهب النتائج دائماً في رد الذهاب والعكس بالعكس) يؤدي إلى المعالجة التلقائية طوال فترة التجربة أن يتم وقف المحاكمات جزئيا إلى معالجتها من خلال استرجاع الذاكرة ويتجاوز بعض الضوابط التنفيذية. 8 , 9
التحفيز المغناطيسي Transcranial (TMS) هي تقنية غير الغازية التي يمكن استخدامها لقياس فسيولوجيا القشرية. استخدام نماذج التحفيز واحد وإقران-النبض، أحد كمياً استثارة القشرية وتثبيط. على الرغم من أن معظم الدراسات المنشورة TMS التحقيق فسيولوجيا القشرية في بقية، بعض المجموعات قد فحص القشرية استثارة/تثبيط أثناء التحضير الذهني لعمل10 وخلال مختلف الدول المعرفية التي يمكن أن تنعكس في السيارات فسيولوجيا اللحاء. 11 , 12 , 13 , 14 الوظيفية TMS (فتمس) ويتطلب هذا النهج على الإنترنت مركز التقنيات التربوية القياسات بينما المشاركين يؤدون مهام السلوكية، مما يسمح أحد للتحقيق القشرية التغييرات التي هي تعتمد على الدولة مع عالية الدقة الزمنية. توفير المعلومات في الوقت الحقيقي عن التغييرات نيوروفيسيولوجيك على نحو يوسع التحقيق الفسيولوجية للتحكم في المحركات15،16 والأحوال النفسية العصبية17،18، ،من 1920.
وقد استكشفت الدراسات السابقة فتمس آليات القشرية لتثبيط استجابة في البالغين الأصحاء باستخدام جنج14 و SST المهام15،،من1621. وعلاوة على ذلك، أظهرت إحدى الدراسات أن جرعة واحدة من الميثيلفينيديت تتغير فسيولوجيا القشرية المحركات من البالغين الأصحاء خلال تجربة فتمس/جنج. 22 حتى الآن، هناك مجموعتان التي نشرت دراسات طب الأطفال فتمس باستخدام المهمة جنج تميز فسيولوجيا القشرية لإعاقة23 ومتلازمة توريت17. لا يوجد حاليا أي دراسة منشورة فتمس استخدام التليسكوب في السكان طب الأطفال.
قضية بالغة الأهمية في الدراسات فتمس، وإلى حد أكبر بكثير من بقية-وحدة دراسات مركز التقنيات التربوية، قطعة أثرية العضلات. يجب أن لا تكون ملوثة تدابير موحدة الكهربائي السطحي (فريق الإدارة البيئية) من السعة والكمون من إمكانات أثارت الحركية (الميكانيكية) بالعضلات قطعة أثرية. لذا، على سبيل المثال، لدراسة التغيرات القشرية في التحضير لقيام حركة في دراسة وقت رد الفعل، البقول TMS يجب أن دقة توقيت تحدث بعد إشارة الذهاب ولكن قبل وقت رد الفعل للفرد. وهكذا في أي مهمة، أنها حاسمة لضمان أن البقول مركز التقنيات التربوية التي تحدث في وقت واحد عند الاستجابة الحركية لم تبدأ بعد، وأن المشارك مريحة وقادرة على الحفاظ على العضلات ذات الصلة في بقية. يمكن أن يكون هذا مشكلة استثنائية مع فرط الحركة من الأطفال الذين قد يكون بطبيعة الحال حركات غريبة والذين قد الحفاظ على الذراع واليد المتوترة طوال وقت رد الفعل لعبة.
الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نسخة من “التليسكوب” سلاتر-هامل الصديقة للأطفال ومناسبة لدراسة فسيولوجيا القشرة الحركية الأولية (M1). ينبغي أن تكون هذه المهمة 1) يسهل فهمها للأطفال، 2) نسبيا سهلة لإكمال للأطفال و 3) متوافقة مع مركز التقنيات التربوية على الإنترنت.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا البروتوكول أسلوب الصديقة للأطفال رواية الجمع بين وقف إشارة مهمة ومركز التقنيات التربوية لدراسة تثبيط القشرية ذات الصلة بالحدث. أثبتت الملاحظة الإكلينيكية العجز المثبطة موتور، وضعف الأداء في المهام إشارة توقف في العديد من الظروف النفسية العصبية. 3 استخدمت المحققين قليلة…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذه الدراسة “المعهد الوطني للصحة العقلية” (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 |
Riferimenti
- 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, J., Schachar, R. Inhibitory control and psychopathology: a meta-analysis of studies using the stop signal task. J Int Neuropsychol Soc. 16 (6), 1064-1076 (2010).
- Verbruggen, F., Logan, G. D. Models of response inhibition in the stop-signal and stop-change paradigms. Neurosci Biobehav Rev. 33 (5), 647-661 (2009).
- Slater-Hammel, A. T. Reliability, accuracy, refractoriness of a transit reaction. Research Quarterly. 31 (2), 217-228 (1960).
- Johnstone, S. J., et al. The development of stop-signal and Go/Nogo response inhibition in children aged 7-12 years: performance and event-related potential indices. Int J Psychophysiol. 63 (1), 25-38 (2007).
- Verbruggen, F., Logan, G. D. Automatic and controlled response inhibition: associative learning in the go/no-go and stop-signal paradigms. J Exp Psychol Gen. 137 (4), 649-672 (2008).
- Logan, G. D. Toward an instance theory of automatization. Psychol Rev. 95 (4), 492-527 (1988).
- Schneider, W., Shiffrin, R. M. Controlled and Automatic Human Information Processing: I. Detection, Search, and Attention. Psychol Rev. 84 (1), 1-66 (1977).
- Chen, R., Yaseen, Z., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of corticospinal excitability in reaction time and self-paced movements. Ann Neurol. 44 (3), 317-325 (1998).
- Yamanaka, K., et al. Human cortical activities during Go/NoGo tasks with opposite motor control paradigms. Exp Brain Res. 142 (3), 301-307 (2002).
- Majid, D. S., Cai, W., George, J. S., Verbruggen, F., Aron, A. R. Transcranial magnetic stimulation reveals dissociable mechanisms for global versus selective corticomotor suppression underlying the stopping of action. Cereb Cortex. 22 (2), 363-371 (2012).
- Majid, D. S., Lewis, C., Aron, A. R. Training voluntary motor suppression with real-time feedback of motor evoked potentials. J Neurophysiol. 113 (9), 3446-3452 (2015).
- Fujiyama, H., Tandonnet, C., Summers, J. J. Age-related differences in corticospinal excitability during a Go/NoGo task. Psychophysiology. 48 (10), 1448-1455 (2011).
- van den Wildenberg, W. P., et al. Mechanisms and dynamics of cortical motor inhibition in the stop-signal paradigm: a TMS study. J Cogn Neurosci. 22 (2), 225-239 (2010).
- Coxon, J. P., Stinear, C. M., Byblow, W. D. Intracortical inhibition during volitional inhibition of prepared action. J Neurophysiol. 95 (6), 3371-3383 (2006).
- Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. , (2013).
- Heise, K. F., et al. Altered modulation of intracortical excitability during movement preparation in Gilles de la Tourette syndrome. Brain. 133 (2), 580-590 (2010).
- Gilbert, D. L., Isaacs, K. M., Augusta, M., Macneil, L. K., Mostofsky, S. H. Motor cortex inhibition: a marker of ADHD behavior and motor development in children. Neurology. 76 (7), 615-621 (2011).
- Wu, S. W., Gilbert, D. L., Shahana, N., Huddleston, D. A., Mostofsky, S. H. Transcranial magnetic stimulation measures in attention-deficit/hyperactivity disorder. Pediatr Neurol. 47 (3), 177-185 (2012).
- Chiu, Y. C., Aron, A. R., Verbruggen, F. Response suppression by automatic retrieval of stimulus-stop association: evidence from transcranial magnetic stimulation. J Cogn Neurosci. 24 (9), 1908-1918 (2012).
- Kratz, O., et al. Effects of methylphenidate on motor system excitability in a response inhibition task. Behav Brain Funct. 5, 12 (2009).
- Hoegl, T., et al. Time course analysis of motor excitability in a response inhibition task according to the level of hyperactivity and impulsivity in children with ADHD. PLoS One. 7 (9), e46066 (2012).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Screening questionnaire before TMS: an update. Clin Neurophysiol. 122 (8), 1686 (2011).
- Mills, K. R., Nithi, K. A. Corticomotor threshold to magnetic stimulation: normal values and repeatability. Muscle & Nerve. 20 (5), 570-576 (1997).
- Goldsworthy, M. R., Hordacre, B., Ridding, M. C. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscienze. 320, 205-209 (2016).
- Kujirai, T., et al. Corticocortical inhibition in human motor cortex. J Physiol. 471, 501-519 (1993).
- Orth, M., Snijders, A. H., Rothwell, J. C. The variability of intracortical inhibition and facilitation. Clin Neurophysiol. 114 (12), 2362-2369 (2003).
- Ziemann, U. TMS and drugs. Clin Neurophysiol. 115 (8), 1717-1729 (2004).
- Sommer, M., Classen, J., Cohen, L. G., Hallett, M. Time course of determination of movement direction in the reaction time task in humans. J Neurophysiol. 86 (3), 1195-1201 (2001).
- Leocani, L., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Ikoma, K., Hallett, M. Human corticospinal excitability evaluated with transcranial magnetic stimulation during different reaction time paradigms. Brain. 123 (Pt 6), 1161-1173 (2000).
- Garvey, M. A., et al. Cortical correlates of neuromotor development in healthy children. Clin Neurophysiol. 114 (9), 1662-1670 (2003).
- Draper, A., Jude, L., Jackson, G. M., Jackson, S. R. Motor excitability during movement preparation in Tourette syndrome. J Neuropsychol. 9 (1), 33-44 (2015).
- Wessel, J. R. Prepotent motor activity and inhibitory control demands in different variants of the go/no-go paradigm. Psychophysiology. , (2017).
- Garavan, H., Ross, T. J., Stein, E. A. Right hemispheric dominance of inhibitory control: an event-related functional MRI study. Proc Natl Acad Sci U S A. 96 (14), 8301-8306 (1999).
- Garry, M. I., Thomson, R. H. The effect of test TMS intensity on short-interval intracortical inhibition in different excitability states. Exp Brain Res. 193 (2), 267-274 (2009).
- Chen, R., et al. Intracortical inhibition and facilitation in different representations of the human motor cortex. J Neurophysiol. 80 (6), 2870-2881 (1998).
- van der Kamp, W., Zwinderman, A. H., Ferrari, M. D., van Dijk, J. G. Cortical excitability and response variability of transcranial magnetic stimulation. J Clin Neurophysiol. 13 (2), 164-171 (1996).
- Williams, J., Pearce, A. J., Loporto, M., Morris, T., Holmes, P. S. The relationship between corticospinal excitability during motor imagery and motor imagery ability. Behav Brain Res. 226 (2), 369-375 (2012).
- Roshan, L., Paradiso, G. O., Chen, R. Two phases of short-interval intracortical inhibition. Exp Brain Res. 151 (3), 330-337 (2003).
- Sanger, T. D., Garg, R. R., Chen, R. Interactions between two different inhibitory systems in the human motor cortex. J Physiol. 530 (Pt 2), 307-317 (2001).
- Picazio, S., Ponzo, V., Koch, G. Cerebellar Control on Prefrontal-Motor Connectivity During Movement Inhibition. Cerebellum. 15 (6), 680-687 (2016).
- Picazio, S., et al. Prefrontal control over motor cortex cycles at beta frequency during movement inhibition. Curr Biol. 24 (24), 2940-2945 (2014).
- Obeso, I., et al. Stimulation of the pre-SMA influences cerebral blood flow in frontal areas involved with inhibitory control of action. Brain Stimul. 6 (5), 769-776 (2013).
- Ficarella, S. C., Battelli, L. The critical role of the dorsal fronto-median cortex in voluntary action inhibition: A TMS study. Brain Stimul. 10 (3), 596-603 (2017).
- Cash, R. F., et al. Characterization of Glutamatergic and GABAA-Mediated Neurotransmission in Motor and Dorsolateral Prefrontal Cortex Using Paired-Pulse TMS-EEG. Neuropsychopharmacology. 42 (2), 502-511 (2017).
