Protocole de Stimulation magnétique transcrânienne en ligne pour mesurer la physiologie corticale associée à l’Inhibition de la réponse

Summary

Nous décrivons une procédure expérimentale afin de quantifier l’excitabilité et inhibition du cortex moteur primaire au cours d’une tâche de l’inhibition de réponse motrice à l’aide de Stimulation magnétique transcrânienne pendant toute la durée d’une tâche de Signal Stop.

Abstract

Les auteurs décrivent le développement d’une tâche d’inhibition de réponse motrice reproductible, respectueux de l’enfant adapté pour la caractérisation de la Stimulation magnétique transcrânienne (TMS) en ligne de l’excitabilité du cortex moteur primaire (M1) et l’inhibition. Inhibition de la réponse motrice empêche les actions non désirées et est anormale dans plusieurs affections neuropsychiatriques. TMS est une technologie non invasive qui permet de quantifier M1 excitabilité et une inhibition à l’aide de protocoles seule et jumelé-impulsion et peut être précisément minutée afin d’étudier la physiologie corticale avec une haute résolution temporelle. Nous avons modifié la tâche originale de signal stop de Slater-Hammel (S-H) pour créer une version « voiture de course » avec des impulsions de TMS temps fermée à intra-essai des événements. Cette tâche est à progression autocontrôlée, à chaque ouverture du procès, après une poussée de bouton pour déplacer la voiture de course vers l’objectif de 800 ms. ALLER essais requièrent un doigt-ascenseur pour arrêter la voiture de course juste avant cet objectif. Intercalées au hasard sont des essais de STOP (25 %) au cours de laquelle le signal d’arrêt ajusté dynamiquement invite sujets pour empêcher le doigt-ascenseur. Pour les essais de GO, TMS impulsions ont été livrées à 650 ms après le début du procès ; considérant que, pour l’arrêt des essais, les impulsions TMS a eu lieu à 150 ms après le signal d’arrêt. Les minutages des impulsions TMS ont été décidées basé sur des études de l’électroencéphalographie (EEG) montrant les changements liés à l’événement dans ces plages horaires lors de tâches de signaux d’arrêt. Cette tâche a été étudiée en 3 blocs dans deux sites d’étude (n = 38) et nous avons enregistré la performance comportementale et liés aux événements des potentiels évoquée par le moteur (MEP). Modélisation de régression a été utilisée pour analyser les amplitudes MEP moyen âge comme covariable avec plusieurs variables indépendantes (sexe, étude de site, bloc, TMS impulsion condition [single-vs impulsions pairées], condition du procès [aller, arrêt réussi, n’a pas pu arrêter]). L’analyse a montré que les TMS impulsion condition (p < 0,0001) et son interaction avec la condition du procès (p = 0,009) étaient significatives. Les applications futures pour ce paradigme de S-H/TMS en ligne comprennent l’ajout d’acquisition simultanée d’EEG pour mesurer les potentiels de l’EEG évoquée par TMS. Une limitation potentielle est que chez les enfants, le bruit d’impulsion TMS pourrait affecter exécution des tâches comportementales.

Introduction

Inhibition de la réponse est la possibilité d’empêcher sélectivement les actions indésirables qui peuvent interférer avec les objectifs fonctionnels. ¹ le réseau cortico-striataux critique participe à l’inhibition de réponse, qui progressivement gagne en efficacité en tant qu’enfants matures mais est altérée chez les nombreux troubles neuropsychiatriques tels que le déficit de l’attention hyperactivité) TDAH), schizophrénie, trouble obsessionnel-compulsif et troubles d’apprentissage. ^{2 , 3} l’inhibition de réponse de moteur peut être examinée avec différents paradigmes comportements tels que les tâches Go/NoGo (GNG) et le Signal d’arrêt (SST). ^{1 , 4} données comportementales seules ne fournissent pas d’informations sur les mécanismes biologiques potentiellement modifiables et quantifiables. L’objectif primordial dans la présente étude était de développer une méthode conviviale enfant afin d’évaluer la physiologie du cortex moteur pendant l’exécution de l’inhibition de la réponse, afin de développer un biomarqueur quantitatif axée sur le cerveau du substrat neural de cette tâche. Ces biomarqueurs pourraient avoir l’application large dans études prédictifs du pronostic ou le traitement des troubles neurocomportementaux.

À cet effet, les enquêteurs ont sélectionné et modifié la tâche de Slater-Hammel (S-H)⁵. Il s’agit d’une tâche de signal de stop qui exige des participants inhiber une action préprogrammée générée en interne. Cette tâche à progression autocontrôlée se compose d’essais GO et de STOP. ALLEZ essais sont entrepris par le sujet pressant et en maintenant la pression sur un bouton, avec l’instruction de lever le doigt sur le bouton (c.-à-d. GO action) aussi proche de, mais avant la cible de 800 ms. Dans le paradigme original, temps est affiché sur une horloge avec une main en rotation rapide. STOP essais sont disséminés au hasard parmi les essais de GO au cours de laquelle la personne doit inhiber l’action de GO pré-planifiées (c’est-à-dire empêcher ascenseur de doigt). La tâche de signal d’arrêt est plus difficile parce que les sujets ont d’inhiber une réponse dans le contexte d’un signal GO préprogrammé, considérant que la tâche GNG, la décision est de lancer ou pas entreprendre une action avec aucune commande préalable. ⁶ par ailleurs, il serait plus exact d’enquêter sur l’inhibition de réponse à l’aide de tâches de signaux d’arrêt car dans la tâche GNG, corrélations cohérentes entre le signal et réponses peuvent entraîner une inhibition automatique. ⁷ l’inhibition automatique est la théorie que compatible cartographie entre signal et la réponse (c.-à-d. signal GO toujours se traduit par une réponse GO et vice versa) conduit à un traitement automatique tout au long de l’expérience, telle que l’arrêt des essais sont partiellement traitées par récupération de la mémoire et permet de contourner certains contrôles exécutifs. ^{8 , 9}

Stimulation magnétique transcrânienne (SMT) est une technologie non invasive qui peut être utilisée pour mesurer la physiologie corticale. Utilisant des paradigmes de stimulation seule et jumelé-impulsion, on peut quantifier l’inhibition et l’excitabilité corticale. Bien que la plupart des études publiées de TMS étudier la physiologie corticale au repos, certains groupes ont examiné l’excitabilité/inhibition corticale pendant sa préparation mentale pour action¹⁰ et différents États cognitifs qui peuvent se refléter dans le moteur physiologie du cortex. ^{11 , 12 , 13 , 14} cette approche fonctionnelle de la TMS (fTMS) impose des mesures de TMS en ligne tandis que les participants effectuent des tâches comportementales, permettant ainsi une sonde corticale change qui sont dépendant de l’état avec une haute résolution temporelle. Fournissant des informations en temps réel sur les changements neurophysiologiques de manière élargit l’enquête physiologique du contrôle moteur^15,16 et troubles neuropsychiatriques^{17,18, 19,20}.

Études préalables fTMS ont exploré corticales mécanismes d’inhibition de la réponse chez les adultes en bonne santé à l’aide de GNG¹⁴ et SST tâches^15,16,21. En outre, une étude a montré qu’une dose unique de méthylphénidate changé moteur physiologie corticale des adultes en bonne santé pendant une expérience de fTMS/GNG. ²² à ce jour, il y a deux groupes qui ont publié des études pédiatriques fTMS à l’aide de GNG tâche pour caractériser la physiologie corticale du TDAH²³ et Syndrome de la Tourette,¹⁷. Il n’y a actuellement aucune étude publiée fTMS utilisant SST dans la population pédiatrique.

Une question essentielle dans les études de fTMS, dans une mesure beaucoup plus grande que les études TMS reste seul, est le muscle artefact. Mesures normalisées électromyographie (EMG) de l’amplitude et la latence de potentiels évoquée par le moteur (MEP) ne doivent pas être contaminés par les artéfacts musculaires. Ainsi, par exemple, afin d’étudier les modifications corticales en vue d’un mouvement dans une étude de temps de réaction, impulsions TMS doivent précisément chronométrées se produire après un signal GO mais avant le temps de réaction de l’individu. Ainsi, dans n’importe quelle tâche, il est essentiel de s’assurer que les TMS impulsions surviennent à un moment où la réponse motrice n’a pas encore commencé, et que le participant est confortable et capable de maintenir le muscle pertinent au repos. Cela peut être particulièrement problématique avec les enfants hyperkinétiques qui peuvent naturellement avoir des mouvements extérieurs et qui peuvent garder leurs bras et la main tendus pendant tout un temps de réaction jeu.

La présente étude vise à développer une version de la SST Slater-Hammel accueillantes et adapté pour l’étude de la physiologie du cortex moteur primaire (M1). Cette tâche devrait être 1) facilement compréhensible pour les enfants, 2) relativement faciles à remplir pour les enfants et 3) compatible avec TMS en ligne.

Protocol

Ce protocole a été approuvé par le Cincinnati Children Hospital Medical Center et Johns Hopkins sur les commissions d’examen institutionnel comme un risque minime d’étude chez les enfants et les adultes. Single – et impulsions pairées TMS est considéré comme sans danger chez les enfants de 2 ans et plus par consensus des experts internationaux. 24 après avoir expliqué les risques de TMS au parent/tuteur et participant, le consentement et la sanction sont signés s’ils acceptent de p…

Representative Results

Une analyse de régression est effectuée à l’aide d’un progiciel de statistiques commerciales d’analyser séparément les données comportementales et neurophysiologiques. Les données représentatives sont de 23 développement généralement des enfants de Cincinnati et 15 de Baltimore (25 mâle, femelle 13). Âge ne différait pas de site (10,3 ± 1,3 ans pour Cincinnati et 10,4 ± 1,2 ans pour Baltimore ; t test p = 0,74) <p class="jove_content" fo:keep-together.within-pag…

Discussion

Ce protocole est une nouvelle méthode adaptée aux enfants de combiner une tâche de signal stop et TMS pour examiner l’inhibition corticale liés à l’événement. L’observation clinique des déficits inhibiteurs moteurs et une piètre performance dans les tâches de signaux d’arrêt ont été démontrés dans nombreuses affections neuropsychiatriques. ³ relativement peu de chercheurs ont utilisé des fTMS en ligne afin d’examiner l’excitabilité corticale et inhibition au cours des …

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