Transcraniële magnetische stimulatie gebruiken in een omgeving met beperkte middelen om relaties tussen hersenen en gedrag tot stand te brengen
Summary
Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) en laagfrequent TMS (lfTMS) zijn aangetoond dat ze een belangrijke bijdrage leveren aan de hersenliteratuur. Hier belichten we de methoden voor het onderzoeken van de corticale correlaten van zelfbedrog met behulp van TMS.
Abstract
Neuroimaging wordt meestal gezien als een hulpbron die discipline vereist. Hoewel dit in bepaalde omstandigheden het geval is, hebben instellingen met beperkte middelen historisch gezien aanzienlijk bijgedragen aan het gebied van neurowetenschappen, waaronder neuroimaging. In de studie van zelfbedrog hebben we met succes single-pulse TMS gebruikt om de hersencorrelen van vaardigheden te bepalen, waaronder overclaiming en zelfverbetering. Zelfs zonder het gebruik van neuronavigatie leiden de hier aangeboden methoden tot succesvolle resultaten. Er werd bijvoorbeeld ontdekt dat afnames in zelfbedrog leiden tot een afname van het effect. Deze methoden bieden gegevens die betrouwbaar en geldig zijn, en dergelijke methoden bieden onderzoeksmogelijkheden die anders niet beschikbaar zijn. Door het gebruik van deze methoden wordt de algemene kennisbasis op het gebied van neurowetenschappen uitgebreid en onderzoekskansen geboden aan studenten zoals die aan onze instelling (Montclair State University is een Hispanic-Serving Institute) die dergelijke onderzoekservaringen vaak worden ontzegd.
Introduction
Er zijn een aantal uitdagingen voor het onderzoeken van hersengedragscorrelaties bij onderzoeksinstellingen met beperkte middelen (vaak aangeduid als ‘onderwijsuniversiteiten’). Volgens gegevens van de National Science Foundation (NSF) wordt bijna al het academische onderzoek voltooid door een klein percentage van de instellingen voor hoger onderwijs in de Verenigde Staten. Bij het onderzoeken van meer dan 4.400 postsecundaire instellingen die diploma’s verlenen, voeren de top 115 universiteiten / instituten 75% van al het onderzoek uiten publiceren ze 1. In de Verenigde Staten zijn er 131 onderzoeksuniversiteiten 1 (R1: het hoogste statusniveau dat een universiteit kan bereiken in termen van onderzoeksrangschikking) universiteiten die het grootste deel van de federale financiering ontvangen.
Deze topzware financieringsongelijkheid beperkt de onderzoeksopties voor veel hoofdonderzoekers en studenten; bijvoorbeeld, slechts 1,9% van de R1-universiteiten zijn Hispanic-Serving instituten. Verder zijn niet-R1-instituten beperkt in termen van onderzoeksruimte, toegekende subsidies en tijd die beschikbaar wordt gesteld voor onderzoek, en deze scholen hebben vaak geen medische schoolaansluitingen2. Gezien deze obstakels bieden we de methoden die met succes het onderzoek van hersengedragsrelaties in misleiding in een omgeving met beperkte middelen mogelijk hebben gemaakt. Hoewel deze methoden geschikt zijn voor elk instituut, geloven we dat degenen aan kleinere / onderwijsintensieve universiteiten het maximale voordeel van deze methoden zullen ontvangen.
Ons laboratorium heeft zich voornamelijk gericht op de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor het produceren van zelfbedrog en zelfverbetering. Het vaststellen van causaliteit in termen van de onderliggende corticale regio’s is haalbaar met een aantal technieken, en deze gegevens helpen bij het bevestigen van correlatieve neuroimagingmethoden en experimentele patiëntenstudies 3,4,5.
Om zelfbedrog met causale neuroimagingtechnieken te onderzoeken, zijn een aantal innovatieve methoden gebruikt, voornamelijk met transcraniële magnetische stimulatie (TMS) met één puls en repetitief TMS (rTMS6; Figuur 1). Hoewel tDCS (transcraniële directe corticale stimulatie) met succes is gebruikt7 en kan worden aangepast om de hier gepresenteerde methoden, procedures en resultaten te repliceren, maakt de flexibiliteit van TMS het nog steeds de optimale keuze voor de neuromodulatie van zelfbedrog. Bij de meest voorkomende implementatie remmen, exciteren, verstoren of meten onderzoekers corticale prikkelbaarheid (hier niet behandeld, maar zie referentie8).
De Mediale Prefrontale Cortex (MPFC) lijkt betrokken te zijn bij zelfbedrog9. Gezien de rol van de Corticale Midline Structuren (CMS) in termen van zelfbewustzijn in het algemeen10, is het niet verwonderlijk dat zelfbedrog gecorreleerd is met MPFC-activiteit. Om het oorzakelijk verband in termen van frontale regio’s te bepalen, werd TMS gebruikt om ‘virtuele laesies’ te creëren tijdens het meten van aanvallen van zelfbedrog11. Het meten van zelfbedrog is bereikt via twee hoofdmethoden: zelfverbetering en overclaiming6.
We hebben ontdekt dat verstoring van de MPFC leidt tot de vermindering van zelfbedrog 6,8,11,12,13. Bovendien hebben we ontdekt dat een dergelijke vermindering (d.w.z. het verlagen van zelfbedrog) verband houdt met een afname van het effect van een persoon (d.w.z. negatieve stemmingstoenames en positieve stemmingsafnames).
Omdat neuronavigatie / individuele MRI’s niet worden gebruikt (vanwege kosten hebben de meeste laboratoria deze middelen niet), kan bezorgdheid worden geuit over positionering en nauwkeurigheid in TMS-targeting. We hebben dit gecompenseerd door af en toe fiduciale procedures uit te voeren waarbij een contrastdoel (bijvoorbeeld een vitamine E-tablet) op de dop wordt geplaatst en de deelnemer(s) vervolgens wordt /worden gescand in een structurele MRI11,12. Deze methoden hebben de nauwkeurigheid van de hier beschreven methoden bevestigd en we richten ons op het mediale aspect van de MPFC aan de grens van BA 10/9 die boven de mediale frontale gyrus (0, ~ 40, ~ 30) ligt.
Het is duidelijk dat een hogere ruimtelijke resolutie kan worden verkregen met behulp van andere methoden zoals neuronavigatie, maar deze methoden worden niet gebruikt zonder nadelen, waaronder het uitvallen van deelnemers, uitsluiting van deelnemers, langere duur van de experimentele duur, aanvullende training en screening, extra kosten en vaak meerdere bezoeken ter plaatse voor deelnemers. Daarom bieden de hier gepresenteerde methoden in veel omstandigheden een uitstekend alternatief voor neuronavigatie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol (en variaties van) dat hier wordt beschreven, is gebruikt in meer dan 50 studies aan de Montclair State University. De volledige set-up kan worden gemaakt voor minder dan $ 15.000 (US). Verder hebben we ontdekt dat onze coördinaten goed overeenkomen met onderliggende hersenstructuren met behulp van fiduciale procedures.
Variaties op deze methode worden vaak gebruikt. Controleomstandigheden kunnen bijvoorbeeld het stimuleren van verschillende hersengebieden omvatten, het toepassen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LSAMP (Louis Stokes Alliance for Minority Participation), Wehner en The Crawford Foundation, de Kessler Foundation worden allemaal bedankt voor hun steun.
Materials
| Android Samsung Tablet (for MEPs) | Samsung | SM-T500NZSAXAR | |
| Cloth Measuring Tape | GDMINLO | B08TWNCDNS(AMZ) | |
| Figure of 8 Copper TMS Coil | Magstim | 4150-00 | This is the current model |
| Lenovo T490 Laptop | Lenovo | 20RY0002US | |
| Magstim 200 Single Pulse | MagStim | Magstim200/2 | This is the current model |
| Magstim Standard Coil Holder | MagStim | AFC/SS | This is the current model |
| Speedo Swim Caps | Speedo | 751104-100 | |
| Testable.Org Account and Software | Testable | NA | |
| Trigno 2 Lead Sensor (for MEPs) | DelSys | SP-W06-018B | |
| Trigno Base and Plot Software (for MEPs) | DelSys | DS-203-D00 |
References
- Academic Research and Development. Science and Engineering Indicators 2020. National Science Board, National Science Foundation Available from: https://incses.nsf.gov/pubs/nsb20202 (2020)
- . Rutgers School of Graduate Education. Overview of R1 Serving Hispanic Institutions Available from: https://cmsi.gse.rutgers.edu/sites/default/files/HSI_Report_R2_0.pdf (2022)
- Maeda, F., Keenan, J. P., Pascual-Leone, A. Interhemispheric asymmetry of motor cortical excitability in major depression as measured by transcranial magnetic stimulation. The British Journal of Psychiatry. 177 (2), 169-173 (2000).
- Maeda, F., Keenan, J. P., Tormos, J. M., Topka, H., Pascual-Leone, A. Modulation of corticospinal excitability by repetitive transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 111 (5), 800-805 (2000).
- Pascual-Leone, A., Bartres-Faz, D., Keenan, J. P. Transcranial magnetic stimulation: studying the brain-behaviour relationship by induction of ‘virtual lesions. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 354 (1387), 1229-1238 (1999).
- Amati, F., Oh, H., Kwan, V. S., Jordan, K., Keenan, J. P. Overclaiming and the medial prefrontal cortex: A transcranial magnetic stimulation study. Cognitive Neuroscience. 1 (4), 268-276 (2010).
- Tang, H., et al. Stimulating the right temporoparietal junction with tDCS decreases deception in moral hypocrisy and unfairness. Frontiers in Psychology. 8, 2033 (2017).
- Kelly, K. J., et al. The effect of deception on motor cortex excitability. Social Neuroscience. 4 (6), 570-574 (2009).
- Farrow, T. F., Burgess, J., Wilkinson, I. D., Hunter, M. D. Neural correlates of self-deception and impression-management. Neuropsychologia. 67, 159-174 (2015).
- Uddin, L. Q., Iacoboni, M., Lange, C., Keenan, J. P. The self and social cognition: the role of cortical midline structures and mirror neurons. Trends in Cognitive Sciences. 11 (4), 153-157 (2007).
- Luber, B., Lou, H. C., Keenan, J. P., Lisanby, S. H. Self-enhancement processing in the default network: a single-pulse TMS study. Experimental Brain Research. 223 (2), 177-187 (2012).
- Barrios, V., et al. Elucidating the neural correlates of egoistic and moralistic self-enhancement. Consciousness and Cognition. 17 (2), 451-456 (2008).
- Kwan, V. S., et al. Assessing the neural correlates of self-enhancement bias: a transcranial magnetic stimulation study. Experimental Brain Research. 182 (3), 379-385 (2007).
- Taylor-Lillquist, B., et al. Preliminary evidence of the role of medial prefrontal cortex in self-enhancement: a transcranial magnetic stimulation study. Brain Sciences. 10 (8), 535 (2020).
- Bikson, M., et al. Guidelines for TMS/tES clinical services and research through the COVID-19 pandemic. Brain Stimulation. 13 (4), 1124-1149 (2020).
- Lerner, A. J., Wassermann, E. M., Tamir, D. I. Seizures from transcranial magnetic stimulation 2012-2016: Results of a survey of active laboratories and clinics. Clinical Neurophysiology. 130 (8), 1409-1416 (2019).
- Pascual-Leone, A., et al. Safety of rapid-rate transcranial magnetic stimulation in normal volunteers. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 89 (2), 120-130 (1993).
- Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert Guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
- Wassermann, E. M. Risk and safety of repetitive transcranial magnetic stimulation: report and suggested guidelines from the international workshop on the safety of repetitive transcranial magnetic stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 108 (1), 1-16 (1998).
