脳刺激と視覚検査

目的

皮質組織の影響力のあるモデルは、霊長類の視覚系が機能的に異なる 2 つの経路に分割されていることを提案しています (Ungerleider & Mishkin、1982)。 後頭葉皮質から腹側側頭皮質に突き出ている腹側または視覚経路は、主に物体の認識と識別に使用されます。 後頭葉皮質から頭頂葉皮質に突出する背側経路または場所経路は、主に視野内の物体の位置を特定し、行動計画を立てるために使用されます。 提案された一連の実験では、腹側経路と背側経路の神経表現が、オブジェクトとシーンの認識、注意の選択、顔の処理など、さまざまな認知タスクにどのように寄与するかを調査します。 これらの実験では、主に経頭蓋磁気刺激 (TMS) または経頭蓋電気刺激 (tES) を機能的磁気共鳴画像法 (fMRI) と組み合わせて使用​​します。

TMS と tES は、対象となる皮質領域の神経処理を一時的かつ安全に中断または強化するために使用できるため、被験者がその領域の操作に依存する同時行動タスクを実行するため、人間の認知機能の研究に独自の実験ツールを提供します。 さらに、TMS および tES を fMRI などのニューロ イメージング技術と組み合わせて、皮質全体に分布する他のタスク依存領域で誘発された神経破壊の遠隔効果を調べることができます。 TMS と tES を使用して、さまざまなカテゴリの物体認識と人間の脳の注意ネットワークにおける分散型ニューラル ネットワークの機能に関する未解決の問題に対処する予定です。

調査対象母集団

18 歳から 50 歳までの 665 人の神経学的に正常な被験者を検査する予定です。 被験者は、関心のある刺激部位を特定するために、後続の TMS または tES 実験の前に fMRI 実験にも参加します。

デザイン

提案された一連の実験の目的は、TMS および tES によって誘発された神経破壊または行動課題遂行能力の向上、および fMRI で測定された能力障害の神経相関の影響を調べることです。 広くこれらの実験は、オンラインとオフラインの TMS または tES を使用する研究に分けることができます。 オンライン実験では、行動タスク中に TMS または tES が適用されます。 オフライン実験では、実験タスクの前にシータ バースト刺激 (TBS) または tES が配信され、オフライン実験では TBS または tES と fMRI を組み合わせることができます。

1. TMS または tES ターゲット サイトのローカリゼーション

   オンラインとオフラインの両方の研究の前に、被験者は特定の皮質関心領域 (ROI) をローカライズするように設計された fMRI 実験に参加します。 fMRI 実験では、被験者は一連の異なるオブジェクト カテゴリのいずれかを表示する必要があります (例: 顔、体、シーン) または fMRI スキャナーの白黒チェッカーボードのちらつきセクション。 これらの fMRI 実験の結果は、TMS または tES の対象となる皮質の領域を特定するために使用されます。 定位ブレインサイト共同登録ソフトウェアを使用して TMS および tES ターゲット サイトを識別し、頭皮の位置は各被験者に個別にマークされます。

2. オンライン行動TMS実験

   オンライン TMS 実験は、標的の TMS サイトのみに誘発された神経破壊の直接的な影響に対処するように設計されています。 TMS は、同時タスクのパフォーマンスへの影響を評価するために、すべての試行中に配信されます。 オンラインTMSが関心のある皮質領域または制御部位（例： バーテックス）。 反復 TMS は、10Hz の周波数で 500 ミリ秒配信されます。 いくつかの実験では、ターゲット領域がタスクのパフォーマンスに関与する可能性が高い時期を評価するために、刺激の開始後に異なるレイテンシでダブルパルス TMS を配信します。

3. オフラインTBS実験

   オフライン シータバースト (TBS) 実験も、刺激された領域で誘発された破壊の影響を評価するように設計されています。 ただし、すべての実験的試行中に TMS を配信するのではなく、被験者が行動タスクを実行する前に、最大 60 秒の待ち時間で対象の関心領域 (ROI) にシータバースト TMS (TBS) が配信されます。 この誘発された破壊の神経への影響は、最大 30 分間持続することが示されています (Huang et al., 2005)。 オフラインの TBS 実験では、刺激された ROI で 60 秒の TBS を配信することを提案します。 提案された実験参加者の一部では、TBS 刺激の前後に fMRI スキャナーに配置されます。 両方のfMRIセッション中に、被験者は一連の視覚的識別タスクを実行して、BOLDアクティベーションで測定されるように、行動と遠隔皮質領域の活動の両方に対するTBS破壊の影響を評価します。

4. オンラインとオフラインの tES 実験

tES の行動への影響は、同じセッション内で同じプロトコルを使用して、オンラインとオフラインの両方で同時に記録できます。 オンライン tES では、参加者がタスクを実行している間の神経刺激の直接的な影響を調べます (Tyler et al., 2018)。 TMS とは異なり、オンライン tES は、皮下刺激の影響が軽微または知覚されず、聴覚への影響がなく、実験者の関与を必要としないため可能です。 表面電極が配置されると、参加者は自由に独立して行動できます。 オフライン tES は、刺激後の行動への影響の時間経過を調べます。 tES のオフライン効果は、刺激後最大 60 分間持続します (Terney et al., 2008; Herpich et al., 2019)。 4mA 未満の強度で、最大 20 分間、直流または交流のいずれかの tES を供給することができます (Antal et al., 2017; Rossi & Antal, 2020)。

結果の測定

オンライン行動 TMS または tES 実験の従属変数は、同時に実行された行動タスク中に収集されたパフォーマンス精度、感度 (d)、および反応時間 (RT) 測定値になります。 オフライン fMRI-TBS または fMRI-tES 実験の従属変数は、タスク パフォーマンスと、ターゲット ROI およびリモート ROI での BOLD 活性化の減少によって測定されるニューロン活動の減少です。