대뇌 생리학 응답 억제와 관련 된 측정을 위한 온라인 Transcranial 자석 자극 프로토콜

Summary

우리는 흥분 그리고 모터 응답 억제 작업 동안 기본 모터 피 질 억제 중지 신호 작업의 과정을 통해 Transcranial 자석 자극을 사용 하 여 계량 하는 실험적인 절차를 설명 합니다.

Abstract

우리는 온라인 Transcranial 자석 자극 (TMS)의 특성화 기본 모터 피 질 (M1) 흥분 및 억제를 위한 적합 한 재현, 어린이 친화적인 모터 응답 억제 작업의 개발을 설명합니다. 모터 응답 억제 원치 않는 행동을 방지 하 고 여러 가지 정신병 조건에서 비정상 이다. TMS는 비-침략 적 기술입니다 M1 흥분 및 억제 단일 및 결합에 펄스 프로토콜을 사용 하 여 계량 수와 정확 하 게 높은 시간 해상도 가진 대뇌 생리학을 공부 초과 될 수 있습니다. 우리는 원래 슬 레이 터-Hammel (S-H) 정지 신호 작업 버전을 만들 “레이싱” TMS 펄스와 시간 내 재판에 잠겨 이벤트 수정. 이 작업은 800 ms 대상으로 레이싱 카를 이동 하는 버튼 푸시 후 시작 하는 각 시도 함께 자습. 시련이이 대상의 바로 전에 레이싱 카를 중지 손가락-리프트 요구가. 무작위로 산재 정지 재판 (25%)는 동적으로 조정된 정지 신호 라는 손가락 리프트를 방지 하기 위해 과목입니다. 이동 시험, TMS 펄스 시험 개시; 후 650 ms에 전달 되었다 반면, 정지 시험, TMS 펄스 중지 신호 후 150 ms를 발생 했습니다. TMS 펄스의 타이밍 중지 신호 작업 중 이러한 시간 범위에서 이벤트 관련 변화를 보여주는 electroencephalography (뇌 파)에 따라 결정 했다. 이 작업은 두 연구 사이트에서 3 블록에서 공부 (n = 38) 우리가 행동 성능 및 이벤트 관련 모터 되 살려 진 잠재력 (MEP) 기록. MEP 진폭 여러 독립 변수 covariate로 서 나이 사용 하 여 분석 하는 데 사용 했다 회귀 모델링 (섹스, 공부 사이트, 블록, TMS 맥 박 [단일-쌍 펄스 대], 시험 조건 [이동, 성공적인 중지 실패 중지] 조건). 분석 TMS 조건 펄스 나타났다 (p < 0.0001) 및 시험 상태와의 상호 작용 (p = 0.009) 상당한 했다. 이 온라인 S-H/TMS 패러다임에 대 한 미래 응용 프로그램 TMS 갖는 뇌 파 전위 측정을 동시 EEG 취득의 추가 포함 합니다. 잠재적인 한계는 어린이, TMS 맥 박 소리 수 성능에 영향을 행동 작업 이다.

Introduction

응답 억제 선택적으로 의도 된 기능 목표를 방해할 수 있는 이러한 원치 않는 동작을 방지 하는 기능입니다. ¹ cortico striatal 네트워크는 비판적 응답 억제, 점차적으로 더 성숙한 자녀로 서 효율적인 된다 하지만 주의-결핍 과다 장애 (와 같은 수많은 정신병 조건에서 손상에 관여 ADHD), 학습 장애, 강 박 장애, 정신 분열 증. ^{2 , 3} 모터 응답 억제 Go/NoGo (GNG) 및 중지 신호 작업 (SST) 등 다른 행동 패러다임으로 시험 될 수 있다. ^{1 , 4} 혼자 행동 데이터 잠재적으로 수정 가능한, 같지는 생물 학적 메커니즘에 대 한 정보를 제공 하지 않습니다. 현재 연구에서 지배적인 목표 아이 친절 한 메서드 응답 억제의 실행 하는 동안이 작업의 신경 기질의 뇌 기반 양적 biomarker를 개발 하기 위하여 모터 피 질 생리학 평가를 개발 했다. 이러한 바이오 마커의 예 후의 예측 연구 또는 neurobehavioral 장애의 치료에 다양 한 응용 프로그램을 있을 수 있었다.

이 목적에 대 한 조사는 선택 하 고 수정 슬 레이 터-Hammel (S-H) 작업⁵. 이것은 정지 신호 필요로 하는 작업 내부에서 생성 된 미리 프로그램 된 행동을 억제 하는 참가자 이다. 이동 및 정지 시험이 자습된 작업에 의하여 이루어져 있다. 이동 시험 주제를 눌러 및 단추, 명령 단추 (예: 이동 작업)에서 손가락으로 가까이 해제 하지만 800 ms 대상 전에 압력을 유지 하 여 시작 됩니다. 원래 패러다임에서 시간 빠르게 회전 손으로 시계에 표시 됩니다. 정지 재판 무작위로 이동 재판 기간 동안 사람이 미리 계획된 이동 액션을 억제 해야 합니다 사이 산재 된 (즉 손가락 리프트 방지). 해야 하기 때문에 과목 미리 프로그램 된 이동 신호의 맥락에서 응답 억제 GNG 작업 결정을 시작 또는 아무 사전 명령으로 작업을 시작 하지는 정지 신호 작업이 더 어렵습니다. ⁶ 또한, 그것은 수 있습니다 응답 억제 GNG 작업에서 신호 및 응답 사이 일관 된 상관 관계 자동 억제 될 수 있습니다 때문에 정지 신호 작업을 사용 하 여 조사를 더 정확 하 게. ⁷ 자동 억제는 신호 사이의 응답 매핑 일관 된 이론 이다 (즉, 이동 신호 항상 결과 이동 응답에서)는 자동 처리 하는 실험의 과정을 통해 되도록 정지 재판 리드 일부 메모리 검색을 통해 처리 하 고 특정 임원 컨트롤을 우회. ^{8 , 9}

Transcranial 자석 자극 (TMS) 대뇌 피 질의 생리를 측정 하는 데 사용할 수 있는 비-침략 적 기술 이다. 단일 및 결합에 펄스 자극 패러다임을 사용 하 여, 대뇌 피 질의 흥분 및 억제를 계량 수 있습니다 하나. 작업¹⁰ 정신 준비 중 고 모터에 반영 될 수 있습니다 다른 인지 상태 동안 가장 출판된 TMS 연구 조사 나머지에서 대뇌 생리학, 비록 일부 그룹 대뇌 피 질의 흥분 및 억제 검사 외피의 생리학 ^{11 , 12 , 13 , 14} 기능 TMS (fTMS) 이렇게 요구 한다 온라인 TMS 측정 참가자 행동 작업을 수행 하는 동안, 그 변경 되므로 프로브를 하나 외피는 높은 시간 해상도와 상태 의존. 모터 제어^15,16 과 정신병 조건^{17,18, 생리 조사 확장 같은 방식으로 neurophysiologic 변화에 실시간 정보를 제공 하 19,20}.

이전 fTMS 연구 응답 억제 GNG¹⁴ SST 작업^15,,1621을 사용 하 여 건강 한 성인에서 대뇌 피 질의 메커니즘 탐험 있다. 또한, 한 연구 methylphenidate의 단 하나의 복용량 fTMS/GNG 실험 동안 건강 한 성인의 모터 대뇌 생리학을 변경 했다. ²² 까지, 두 그룹이 있다 ADHD²³ 와 증후군¹⁷의 대뇌 피 질의 생리 특성 GNG 작업을 사용 하 여 소아 fTMS 연구 출판. 현재 소아과 인구에서 SST를 활용 하 여 없는 게시 fTMS 연구입니다.

나머지 혼자 TMS 연구 보다 훨씬 더 큰 정도로 fTMS 연구에 중요 한 문제는 근육 유물 이다. 진폭 및 모터 되 살려 진 잠재력 (MEP)에서 대기 시간 표준화 된 표면 전도 (EMG) 측정 근육 유물에 의해 오염 되지 해야 합니다. 그래서, 예를 들어 공부 하 고 운동 반응 시간 연구에 대 한 준비에 대뇌 피 질의 변화, TMS 펄스 해야 될 정확 하 게 초과 이동 신호 후 하지만 개인의 반응 시간 이전 발생. 따라서 어떤 작업에 TMS 펄스 때 모터 응답 아직 시작 하지은, 한 번에 발생 하 고 참가자는 편안 하 고 나머지에 관련 된 근육을 유지할 수 있도록 중요 하다. 이 수 자연스럽 게 외부 움직임 그리고 사람 수 있습니다 계속 그들의 팔과 손 반응 시간 내내 긴장 게임 풀어 아이 들과 함께 매우 문제가 될 수 있습니다.

현재 연구의 목적은 어린이 안심 및 기본 모터 피 질 (M1) 생리학을 공부에 대 한 적합 한 슬 레이 터-Hammel SST의 버전을 개발 하는 것입니다. 이 작업은 어린이, 2) 상대적으로 쉽게 아이 들과 온라인 TMS와 호환이 되는 3)에 대 한 완료를 위한 1) 쉽게 이해할 수 있어야 합니다.

Protocol

이 프로토콜은 신시내티 아동 병원 의료 센터에 의해 승인 되었다 하 고 존스 홉킨스 제도적 검토 보드는 최소한의 위험으로 어린이 어른에서 공부. 단일 및 결합에 펄스 TMS 어린이 2 년 및 국제 전문가 합의 당 오래 된 것으로 간주 됩니다. 24 부모/보호자 및 참가자를 TMS의 잠재적인 위험을 설명 후 동의 하 고 그들은 연구와 함께 진행 하는 데 동의 하는 경우 동의 양식 서명. <…

Representative Results

회귀 분석은 별도로 행동 하 고 neurophysiologic 데이터를 분석 하는 상업 통계 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 수행 됩니다. 대표적인 데이터는 일반적으로 개발에서 아이 들과 볼티모어 (25 남성, 13 여성)에서 15 23에서. 사이트 간의 나이 차이가 없 (10.3 ± 1.3 년 신시내티와 10.4 ± 1.2 년 볼티모어; t 테스트 p = 0.74) 우리를 독립 변수…

Discussion

이 프로토콜은 결합 정지 신호 작업 및 이벤트 관련 대뇌 피 질의 억제 검사를 TMS의 새로운 아동 친화적인 방법입니다. 모터 금지 적자 및 정지 신호 작업에서 성능 저하의 임상 관찰 수많은 정신병 조건에서 설명 되는. ³ 비교적 적은 조사 대뇌 피 질의 흥분 및 억제 응답 억제 작업 하는 동안 검사를 온라인 fTMS를 사용 했습니다. 일부 단체는 성공적으로 사용 TMS GNG 작업 동안 어?…

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