Estimulação cerebral e teste de visão

Objetivo

Um influente modelo de organização cortical propõe que o sistema visual primata é dividido em duas vias funcionalmente distintas (Ungerleider & Mishkin, 1982). A via ventral ou qual via visual, que se projeta do córtex occipital para o córtex temporal ventral, é usada principalmente para reconhecimento e identificação de objetos. A via dorsal ou onde, que se projeta do córtex occipital para o córtex parietal, é usada principalmente para localizar a posição de objetos no campo visual e para o planejamento de ações. Na série de experimentos proposta, investigaremos como as representações neurais nas vias ventral e dorsal contribuem para uma variedade de tarefas cognitivas, incluindo reconhecimento de objetos e cenas, seleção atencional e processamento facial. Esses experimentos usarão principalmente estimulação magnética transcraniana (TMS) ou estimulação elétrica transcraniana (tES) em combinação com ressonância magnética funcional (fMRI).

O TMS e o tES fornecem ferramentas experimentais exclusivas para estudos da função cognitiva humana porque podem ser usados ​​para interromper ou aprimorar transitoriamente e com segurança o processamento neural em uma região cortical direcionada, enquanto os indivíduos executam tarefas comportamentais simultâneas que dependem das operações dessa região. Além disso, TMS e tES podem ser combinados com técnicas de neuroimagem, como fMRI, para examinar os efeitos remotos da interrupção neural induzida em outras regiões dependentes de tarefas distribuídas pelo córtex. Planejamos usar TMS e tES para abordar questões não respondidas sobre o funcionamento das redes neurais distribuídas para diferentes categorias de reconhecimento de objetos e na rede de atenção do cérebro humano.

População do Estudo

Planejamos testar 665 indivíduos neurologicamente normais com idade entre 18 e 50 anos. Os sujeitos também participarão de um experimento fMRI antes de quaisquer experimentos subseqüentes de TMS ou tES, a fim de localizar os locais de estimulação de interesse.

Projeto

O objetivo da série de experimentos proposta é examinar os efeitos da interrupção ou aprimoramento neural induzido por TMS e tES no desempenho de tarefas comportamentais e os correlatos neurais do desempenho prejudicado medidos com fMRI. Em termos gerais, esses experimentos podem ser divididos em estudos que usam TMS ou tES online e offline. Em experimentos on-line, TMS ou tES serão aplicados durante tarefas comportamentais. Em experimentos off-line, a estimulação theta burst (TBS) ou tES será entregue antes da tarefa experimental e os experimentos off-line podem combinar TBS ou tES com fMRI.

1. Localização do site de destino TMS ou tES

   Antes dos estudos on-line e off-line, os participantes participarão de um experimento fMRI projetado para localizar regiões corticais de interesse (ROIs) específicas. O experimento fMRI exigirá que o sujeito visualize uma série de diferentes categorias de objetos (por exemplo, rostos, corpos, cenas) ou seções tremeluzentes de tabuleiros de damas preto e branco no scanner fMRI. Os resultados desses experimentos de fMRI serão usados ​​para identificar regiões do córtex que serão direcionadas com TMS ou tES. Identificaremos os locais-alvo TMS e tES usando o software de co-registro estereotáxico Brainsight e a localização do couro cabeludo será marcada individualmente em cada indivíduo.

2. Experimentos de EMT comportamental online

   Os experimentos de TMS on-line são projetados para abordar os efeitos diretos da interrupção neural induzida apenas no site TMS de destino. O TMS é entregue durante cada tentativa para avaliar os efeitos no desempenho de tarefas simultâneas. Os sujeitos realizarão uma série de tarefas comportamentais visuais enquanto o TMS online é entregue na região cortical de interesse ou nos locais de controle (por exemplo, vértice). O TMS repetitivo será entregue a uma frequência de 10Hz por 500ms. Em alguns experimentos, forneceremos alternativamente TMS de pulso duplo em diferentes latências após o início do estímulo para avaliar quando a região-alvo provavelmente estará envolvida no desempenho da tarefa.

3. Experimentos TBS off-line

   Os experimentos off-line thetaburst (TBS) também são projetados para avaliar os efeitos da interrupção induzida na região estimulada. No entanto, em vez de entregar o TMS durante cada teste experimental, o Thetaburst TMS (TBS) é entregue na região de interesse (ROI) alvo para latências de até 60 segundos antes do sujeito realizar qualquer tarefa comportamental. Os efeitos neurais dessa interrupção induzida demonstraram durar até 30 minutos (Huang et al., 2005). Nos experimentos de TBS off-line, propomos entregar 60 segundos de TBS sobre o ROI estimulado. Em alguns dos experimentos propostos, os participantes serão colocados em um scanner fMRI antes e depois da estimulação TBS. Durante as duas sessões de fMRI, os participantes realizarão uma série de tarefas de discriminação visual para avaliar os efeitos da interrupção do TBS em seu comportamento e na atividade em áreas corticais remotas, conforme medido com a ativação do BOLD.

4. Experimentos tES online e offline

O impacto comportamental do tES pode ser registrado online e offline simultaneamente na mesma sessão e usando o mesmo protocolo. O tES online examina o efeito direto da estimulação neural enquanto um participante está realizando uma tarefa (Tyler et al., 2018). Ao contrário do TMS, o tES online é possível, pois os efeitos da estimulação subcutânea são menores ou não percebidos, não têm impacto auditivo e não requerem envolvimento do experimentador. Uma vez que os eletrodos de superfície estejam no lugar, o participante está livre para agir de forma independente. O tES offline examina o curso do tempo do impacto comportamental após a estimulação. Os efeitos off-line do tES duram até 60 minutos após a estimulação (Terney et al., 2008; Herpich et al., 2019). Podemos fornecer tES em corrente contínua ou alternada por no máximo 20 minutos, em intensidade inferior a 4mA (Antal et al., 2017; Rossi & Antal, 2020).

Medidas de resultado

As variáveis ​​dependentes nos experimentos comportamentais TMS ou tES online serão medidas de precisão de desempenho, sensibilidade (d) e tempo de reação (RT) coletadas durante as tarefas comportamentais executadas simultaneamente. As variáveis ​​dependentes nos experimentos off-line fMRI-TBS ou fMRI-tES serão o desempenho da tarefa, bem como a atividade neuronal reduzida, medida pela diminuição da ativação BOLD nos ROIs direcionados e remotos.