Stimulation cérébrale et tests de vision

Objectif

Un modèle influent d'organisation corticale propose que le système visuel des primates soit divisé en deux voies fonctionnellement distinctes (Ungerleider & Mishkin, 1982). La voie ventrale ou quelle voie visuelle, qui se projette du cortex occipital dans le cortex temporal ventral, est principalement utilisée pour la reconnaissance et l'identification d'objets. La voie dorsale ou where, qui se projette du cortex occipital dans le cortex pariétal, est principalement utilisée pour localiser la position des objets dans le champ visuel et pour planifier des actions. Dans la série d'expériences proposée, nous étudierons comment les représentations neuronales dans les voies ventrales et dorsales contribuent à une gamme de tâches cognitives, notamment la reconnaissance d'objets et de scènes, la sélection attentionnelle et le traitement du visage. Ces expériences utiliseront principalement la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) ou la stimulation électrique transcrânienne (tES) en combinaison avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI).

TMS et tES fournissent des outils expérimentaux uniques pour les études de la fonction cognitive humaine, car ils peuvent être utilisés pour perturber ou améliorer de manière transitoire et en toute sécurité le traitement neuronal dans une région corticale ciblée pendant que les sujets effectuent des tâches comportementales simultanées qui dépendent des opérations de cette région. De plus, TMS et tES peuvent être combinés avec des techniques de neuroimagerie telles que l'IRMf pour examiner les effets à distance de la perturbation neurale induite dans d'autres régions dépendantes des tâches réparties dans le cortex. Nous prévoyons d'utiliser TMS et tES pour répondre aux questions sans réponse concernant le fonctionnement des réseaux de neurones distribués pour différentes catégories de reconnaissance d'objets et dans le réseau d'attention du cerveau humain.

Population étudiée

Nous prévoyons de tester 665 sujets neurologiquement normaux âgés de 18 à 50 ans. Les sujets participeront également à une expérience d'IRMf avant toute expérience TMS ou tES ultérieure afin de localiser les sites de stimulation d'intérêt.

Concevoir

Le but de la série d'expériences proposée est d'examiner les effets de la perturbation ou de l'amélioration neurale induite par le TMS et le tES sur la performance des tâches comportementales et les corrélats neuraux de la performance altérée telle que mesurée avec l'IRMf. De manière générale, ces expériences peuvent être divisées en études qui utilisent des TMS ou des tES en ligne et hors ligne. Dans les expériences en ligne, TMS ou tES seront appliqués lors de tâches comportementales. Dans les expériences hors ligne, la stimulation par rafale thêta (TBS) ou tES sera délivrée avant la tâche expérimentale et les expériences hors ligne peuvent combiner TBS ou tES avec l'IRMf.

1. Localisation du site cible TMS ou tES

   Avant les études en ligne et hors ligne, les sujets participeront à une expérience d'IRMf conçue pour localiser des régions corticales d'intérêt (ROI) particulières. L'expérience IRMf nécessitera que le sujet visualise soit une série de différentes catégories d'objets (par ex. visages, corps, scènes) ou des sections scintillantes de damiers en noir et blanc dans le scanner IRMf. Les résultats de ces expériences d'IRMf seront utilisés pour identifier les régions du cortex qui seront ensuite ciblées avec TMS ou tES. Nous identifierons les sites cibles TMS et tES à l'aide du logiciel de co-enregistrement stéréotaxique Brainsight et l'emplacement du cuir chevelu sera marqué individuellement sur chaque sujet.

2. Expériences TMS comportementales en ligne

   Les expériences TMS en ligne sont conçues pour traiter les effets directs de la perturbation neuronale induite sur le site TMS ciblé uniquement. TMS est fourni lors de chaque essai pour évaluer les effets sur les performances des tâches simultanées. Les sujets effectueront une gamme de tâches comportementales visuelles pendant que le TMS en ligne est délivré sur la région corticale d'intérêt ou sur des sites de contrôle (par ex. sommet). Le TMS répétitif sera délivré à une fréquence de 10 Hz pendant 500 ms. Dans certaines expériences, nous fournirons alternativement un TMS à double impulsion à différentes latences après le début du stimulus pour évaluer quand la région ciblée est susceptible d'être impliquée dans l'exécution de la tâche.

3. Expériences TBS hors ligne

   Les expériences de thetaburst hors ligne (TBS) sont également conçues pour évaluer les effets de la perturbation induite dans la région stimulée. Cependant, plutôt que de délivrer le TMS lors de chaque essai expérimental, le Thetaburst TMS (TBS) est délivré sur la région d'intérêt ciblée (ROI) pendant des latences allant jusqu'à 60 secondes avant que le sujet n'effectue une tâche comportementale. Il a ensuite été démontré que les effets neuronaux de cette perturbation induite durent jusqu'à 30 minutes (Huang et al., 2005). Dans les expériences TBS hors ligne, nous proposons de livrer 60 secondes du TBS sur le retour sur investissement stimulé. Dans certaines des expériences proposées, les participants seront ensuite placés dans un scanner IRMf avant et après la stimulation du TBS. Au cours des deux séances d'IRMf, les sujets effectueront une série de tâches de discrimination visuelle pour évaluer les effets de la perturbation du TBS à la fois sur leur comportement et sur l'activité dans les zones corticales éloignées, mesurées avec l'activation BOLD.

4. Expériences tES en ligne et hors ligne

L'impact comportemental du tES peut être enregistré simultanément en ligne et hors ligne dans la même session et en utilisant le même protocole. Le tES en ligne examine l'effet direct de la stimulation neurale pendant qu'un participant exécute une tâche (Tyler et al., 2018). Contrairement au TMS, le tES en ligne est possible car les effets de stimulation sous-cutanée sont mineurs ou non perçus, n'ont aucun impact auditif et ne nécessitent aucune intervention de l'expérimentateur. Une fois les électrodes de surface en place, le participant est libre d'agir de manière autonome. Le tES hors ligne examine l'évolution dans le temps de l'impact comportemental après la stimulation. Les effets hors ligne du tES durent jusqu'à 60 minutes après la stimulation (Terney et al., 2008 ; Herpich et al., 2019). Nous pouvons délivrer des tES en courant continu ou alternatif pendant 20 minutes maximum, à une intensité inférieure à 4mA (Antal et al., 2017 ; Rossi & Antal, 2020).

Mesures des résultats

Les variables dépendantes dans les expériences comportementales TMS ou tES en ligne seront la précision des performances, la sensibilité (d ) et les mesures du temps de réaction (RT) collectées au cours des tâches comportementales exécutées simultanément. Les variables dépendantes dans les expériences hors ligne fMRI-TBS ou fMRI-tES seront la performance des tâches ainsi que la réduction de l'activité neuronale, mesurée par une diminution de l'activation BOLD dans les ROI ciblées et distantes.