Introduction
Ritmische dynamiek van extracellulair elektrische stromen in de hersenen waargenomen een eeuw 1,2. Terwijl het voor de meeste van deze tijd wordt beschouwd als niet-specifieke geluid in de gegevens, tegenwoordig worden ze algemeen beschouwd als een van de belangrijkste rol in de verwerking van informatie spelen in de hersenen 3,4,5,6,7,8,9. Onze kennis van het oorzakelijk verband tussen de specifieke frequenties van oscillerende hersenactiviteit en cognitieve processen heeft gevorderd in de afgelopen tien jaar door de ontwikkeling van verschillende interventies benaderingen voor direct moduleren van oscillerende activiteit 8,10. Transcraniële wisselstroom stimulatie (TAC) is zo'n veelbelovende benadering van ritmische activiteit te moduleren in de hersenen 10. TACS is een niet-invasieve hersenstimulatie werkwijze die afwisselend zwakke (sinusvormige) stromen toepassing van de hoofdhuid en moduleert de prikkelbaarheid van de cerebrale cortex in een frequentie-specifieke wijze 11, 12, </ sup> 13, 14, 15. Terwijl een veelbelovende techniek voor het bestuderen van de rol van de ritmische activiteit in de hersenen, de neurofysiologische mechanismen TAC nog ongrijpbaar. Verschillende studies hebben gerapporteerde effecten van de TAC's voor perceptuele 11,13,16,17,18 en motorische functies 19,20,21,22, evenals effecten op de hogere-orde cognitieve processen 23,24,25,26,27, 28 . Neurofysiologische bewijs meevoeren van hersenen oscillaties na stimulatie werden opgesteld volgens EEG 13, 14, 15. Er zijn enkele gevallen van neurofysiologische bewijs bij mensen een effect van TAC tijdens de stimulatie 12, 13, 22. Als het brein is zeer robuust aan externe verstoringen, zoals online bewijs is van cruciaal belang voor het begrijpen van de onmiddellijke neurofysiologische effecten van de TAC's.
Electroencephalography encefalogram (EEG), het vastleggen van elektrofysiologische activiteit in de hersenen met een hoge temporele resolutie, is een ideale keuze voor het bestuderen van endogene en meegevoerd oscillerende neurale activiteiten. Recente studies door Helfrich en collega's gemeld online neurofysiologische effecten van TACS, maar tegelijkertijd meten EEG tijdens TAC is moeilijk gebleken vanwege de prominente TAC artefact 12, 13. Voor een succesvolle gelijktijdige TAC-EEG experimenten opname kwaliteit EEG data is een belangrijk aspect, dat de focus van het huidige artikel, en tegelijkertijd het voorbewerken methode om de TAC artefact te verwijderen is cruciaal. In ons lab, hebben we de ontwikkeling van onze eigen pre-processing pijpleiding waardoor het verwijderen van de TAC artefact van EEG-gegevens 29. Hier zullen we beschrijven hoe EEG-signalen met succes op te nemen uit het gebied van de stimulatie, en technische overwegingen van belang voor een succesvolle opname.
Protocol
Ethische verklaring: Procedures met mensen werden goedgekeurd door de ethische commissie van het kanton Bern (KEK-BE 007/14).
Opmerking: Figuur 1 illustreert montages, en het ontwerp van de TAC elektroden (zie ook bespreking), en EEG cap. We gebruiken een EEG cap gemaakt van een elastisch materiaal (figuur 1D) de TAC elektrode bevestigd op de hoofdhuid houden.
1. Montages
Opmerking: De representatieve resultaten worden verkregen uit de volgende TAC elektrode montages.
- Montage 1: Plaats beide elektroden op de hoofdhuid, links dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) (F3 elektrode) en linker parietale cortex (PPC) (P3 elektrode) (Figuur 1A).
- Montage 2: Plaats een TAC elektroden op de hoofdhuid links DLPFC (F3 elektrode) en plaats een TAC elektrode op de linkerschouder (Figuur 1B).
- Montage3: Plaats een TAC elektrode op de hoofdhuid aan de linkerkant PPC (P3 elektrode), en plaats een andere TAC elektrode op de linker schouder (figuur 1C).
2. Voorbereiding van de TAC's Elektroden
- Als een referentie-TAC elektrode op de schouder (Montage 2 en 3) worden geplaatst, doe dit eerst.
- Voor het plaatsen van de schouder elektrode, de voorbereiding van de huid met een schurend huid voorbereiding gel voor EEG en elektrocardiografie. Gebruik een gaasje om de huid licht schrobben met de huid voorbereiding gel.
- Solliciteer EEG gel op de TAC elektrode en plaats de elektrode op de schouder.
- Bevestig de elektrode op de schouder met plakband.
- Zet de EEG cap. Pas de positie van de dop volgens de internationale 10-20 systeem voor de electrode positionering 30, en zet de kinband van de EEG cap.
- Mark vlekken aan te geven waar de TAC elektrode wordt geplaatst op de hoofdhuid. Gebruik een watergebaseerde rode pen, ten eerste omdat het isolerende effect van kleurmateriaal van de pen worden verminderd, en ten tweede kan het gemakkelijk veranderen met water gewassen.
- Als er een probleem met de pen niet tot aan de hoofdhuid voor het merken, als gevolg van de gaten in de EEG cap voor gel inbrengen te strak (figuur 1D), gebruikt een houten stok, bijvoorbeeld houten steel van een wattenstaafje .
- Verf het topje van de stick goed en gebruik deze tip op de hoofdhuid te markeren.
- Verwijder de EEG cap en controleer of de markering succesvol was. Indien nodig, vul de markering, zodat het gemakkelijk later kunnen worden gespot.
- De volgende stappen (2.5.1-2.5.4) afhankelijk van de lengte van het haar van de deelnemer. Als de deelnemer heeft kort haar (tot ongeveer 10 centimeter), sla de volgende stappen (het moet ook worden opgemerkt dat bepaalde kapsels, zoals angst sluizen, maken de toepassing van de TAC's elektroden onmogelijk). Als de deelnemer heeft langere hair:
- Plaats de TAC elektrode met zijn centrum gekenmerkt door de rode vlek op de hoofdhuid. Mee dat er geen EEG-gel op de TAC elektrode moet worden gelegd op dit moment.
- Rijg alle haren in de binnenring van de TAC elektrode.
- Bind de schroefdraad uit haar met kabelbinders. Besteed aandacht aan die haar rond de TAC elektrode niet opstaan gebonden met de TAC elektrode door de kabelbinders.
- Nadat het haar is gebonden, verwijder dan de TAC elektrode.
- Van toepassing EEG-gel op de hoofdhuid TAC elektrode.
- Voor het aanbrengen van de gel, sluit de hoofdhuid en schouder TAC elektroden op de stimulator, maar nog niet aan de stimulator. Breng een dun laagje van EEG gel op de TAC elektrode. Een sparse toepassing van gel belang.
- Plaats de TAC elektrode voorzichtig terug op het hoofd.
- Als de deelnemer heeft langer haar, rijg de gebonden haar terug door het binnenste gat van de TAC elektrode, zonder het aanuching de EEG gel op de TAC elektrode.
- Terwijl het plaatsen van de TAC elektrode, besteden veel aandacht aan de rode markering op de hoofdhuid in het midden van de TAC elektrode wordt gehouden. Zodra de TAC elektrode heeft op de hoofdhuid is geplaatst, kan de positie niet meer worden gewijzigd.
- Verwijder de kabelbinders uit het haar nadat de TAC elektrode is geplaatst.
- Schakel de stimulator en bewaken van de impedantie. Terwijl zorgvuldig hij druk moet zetten op de TAC elektrode, besteden veel aandacht dat de rode markering plek altijd in het midden van de TAC's elektrode wordt gehouden.
- Til de randen van de TAC's elektrode en wat meer EEG gel onder het haar, niet tussen de TAC elektrode en haar (figuur 2). Dit is vooral belangrijk als de deelnemer heeft veel van haar (zie bespreking).
- Verder onder druk te zetten op de TAC elektrode totdat de impedantie is stabiel onder de 10 kOhm. Bewaak de impedantie van deTAC elektrode door de TAC's stimulator.Carefully voeg extra EEG gel indien nodig, maar altijd schaars.
Opmerking: De impedantie van de TAC elektrode gecontroleerd door de TAC's stimulator wordt gemeten tussen de TAC elektroden, die het nadeel van het niet verstrekken van afzonderlijke impedantiewaarde voor elke elektrode. Afhankelijk van het EEG versterkersysteem, kan het ook mogelijk zijn om de impedantie van de TAC elektroden door deze te meten, en dan kunnen de impedantie van elke elektrode afzonderlijk te meten. - Besteed aandacht aan elke gel ontsnapt uit de TAC elektrode, en verwijder overtollige EEG gel met een wattenstaafje.
3. Montage van de EEG Cap
- Na de impedantie van de TAC elektroden onder de drempel van 10 kOhm bereikt, monteer de EEG dop weer. Doe de dop EEG zachtjes en voorzichtig, vooral als het materiaal van de EEG cap is elastisch, omdat het anders eenvoudig om de positie van de scal verplaatsenp TAC electrode tijdens deze stap.
Opmerking: De verschuiving van de TAC elektrode spreidt zich uit de EEG gel onder de TAC elektrode en zorgt ervoor dat de EEG gel te overbruggen met de EEG-elektroden. Het is belangrijk om niet naar beneden trekken van een elastische cap met kracht, omdat dit kan leiden tot het achteraf rebound, die ook zou resulteren in het verplaatsen van de TAC elektrode. - Bevestig de riem van de EEG cap.
4. Bereiding van EEG Elektroden
- Breng gel EEG geschikte viscositeit (zoals besproken in de bespreking) de EEG-elektroden contact tussen de hoofdhuid en EEG-elektroden te maken. Te beginnen met de grond en referentie-EEG-elektroden. Ga dan naar de elektroden in het midden en de nabijheid van de TAC elektrode. Verder dan de overige elektroden (zie Discussie).
- Voor de EEG-elektroden rond de TAC elektrode, injecteren gel met de naald wijst in een richting weg van de TAC elektrode. Duw onderaan de EEG elektroden onder toepassing gel, zodat de gel niet ontsnappen van onder de elektroden.
- Gebruik een houten stok om het contact tussen de EEG-elektroden en de hoofdhuid te verhogen, zie figuur 3. Laat de naald niet voor dit doel, omdat de hoofdhuid van de deelnemer zal schrapen, en is verder niet zo effectief voor dit doel.
- Druk de gel met de stok naar de hoofdhuid en de hoofdhuid zeer wrijf met de bovenkant van de stok met een draaiende beweging. Probeer de hoek van de stick houden loodrecht op de hoofdhuid voor elektroden in een nabijheid van de TACS elektrode als zijdelingse bewegingen van de stick verspreid de gel onder de elektrode. Indien nodig, van toepassing wat meer EEG gel, en gebruik vervolgens de houten stok om verdere verbetering van de impedantie.
- Om overbruggen via lekkende gel (figuur 4) te voorkomen, zijn zuinig met de gel voor het verlagen van de impedantie van de EEG-elektroden inde onmiddellijke nabijheid van de TAC elektrode. Probeer in plaats daarvan de impedantie te verlagen zoveel mogelijk met alleen de houten stok, alvorens het toevoegen van meer gel.
- Zodra goede impedantie is bereikt met de houten stok, zorgvuldig invoegen en omlaag brengen van de naald tot aan de punt van de naald raakt de hoofdhuid, dan voorzichtig toepassing gel terwijl uit het trekken van de naald, waardoor het helpen om het contact tussen de EEG elektrode en het stabiliseren hoofdhuid.
- Doel voor EEG elektrode impedantie onder de 5 kOhm voor optimale data, omdat dit vermindert ruis en vervorming van het signaal.
- Zodra de impedanties zijn verlaagd tot het juiste niveau, testen of een brug tussen de TAC elektrode en omliggende EEG-elektroden als gevolg van lekkende gel is gemaakt.
- Breng korte sinusvormige stimulatie, met een intensiteit van experimentele belang (bijvoorbeeld 1 mA piek-piek).
Let op: Als gevolg van beperkingen van sommige systemen (zie tabel van materialen), het is not mogelijk om te controleren op online overbruggen, maar alleen door middel van het toepassen van stimulatie en vervolgens na te gaan of een kanaal van de EEG versterker verzadigd raakt. - Zie of elk kanaal verzadigd is, terwijl het stimuleren.
Opmerking: Zoals blijkt uit de representatieve resultaten, overbruggen via lekkende gel tussen de TAC's en EEG-elektroden zal resulteren in het verzadigen van dit kanaal van de EEG versterker en uitsluiten van het vastleggen van gegevens uit deze elektroden. Het is niet mogelijk om een overbrugging ongedaan te maken via lekkende gel als het eenmaal is vastgesteld. De enige mogelijkheid is om het experiment onderbroken.
- Breng korte sinusvormige stimulatie, met een intensiteit van experimentele belang (bijvoorbeeld 1 mA piek-piek).
- Check impedanties eens. Dan beginnen opnemen.
Representative Results
Voorbeelden getoond van ongelijk en gelijktijdige TACS-EEG-metingen verkregen uit twee verschillende opnamen (figuur 5). Twee TAC elektroden werden op de hoofdhuid (F3 en P3 elektroden) en de intensiteit van de TAC geplaatst was 0,9 mA (peak-to-peak). In het eerste voorbeeld werd de F3 EEG elektrode overbrugd met de frontale TAC elektrode via de gel (mee dat bij vermelding van "het overbruggen van" de hele discussie hieronder, geven we de vorming van een directe verbinding met de EEG gel het creëren van een contact tussen de TAC's en EEG elektroden). Het overbruggen onmiddellijk verzadigt de F3-kanaal en de EEG-signalen tijdens de TAC's kunnen niet worden opgenomen (Figuur 5A). In het tweede voorbeeld werden EEG-signalen met succes geregistreerd tijdens het toepassen TAC (Figuur 5B).
Om de ruimtelijke verdeling van de grootte van de TACS artefact te evalueren, degrootte van de TAC artefact werd berekend tijdens de opname is verkregen uit drie onderwerpen. TAC werd uitgeoefend op de DLPFC (F3 elektrode) of PPC (P3 elektrode). De intensiteit van TAC was 0,9 mA (piek-piek) .Het waargenomen dat de piek-tot-piekwaarde van de TAC artefact omgekeerd gecorreleerd met de afstand tussen de EEG en TAC-elektrode (figuur 6A en 6B). Bovendien is de positie van het EEG referentie-elektrode ten opzichte van de TAC elektrode ook invloed op de ruimtelijke verdeling van de grootte van de TAC artefact over de EEG kanalen (figuur 6A en 6B). De omvang van de TAC artefact varieert van 10 mV bij EEG-elektroden verder van de plaats van stimulatie, terwijl de magnitude kan oplopen tot 100 mV bij het EEG-elektrode in het midden van de Tacs elektrode. Het verband tussen de stroomsterkte van de TAC en de omvang van artefacten in de nabijheid van deTACS elektrode werd ook onderzocht (Figuur 7). Het tentoongestelde lineaire relaties en verzadigd het spanningsbereik van de opname wanneer de TAC's stroomsterkte was meer dan 1,6 mA.
Figuur 1. Illustratie van de montage. (A) Montage met twee TAC elektroden op de hoofdhuid (F3 en P3). (B) Montage met één TAC elektrode geplaatst op de hoofdhuid (F3) en een referentie-TAC elektrode geplaatst op de ipsilaterale schouder. (C) Montage met één TAC elektrode geplaatst op de hoofdhuid (P3) en één referentie-TAC elektrode geplaatst op de ipsilaterale schouder. (D) Een elastische EEG cap houdt de hoofdhuid TAC elektrode in plaats onder de kap. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Juiste geldt aanvullende EEG gel onder een TAC elektrode. Aanvullende EEG gel onder de TAC elektrode worden aangebracht op de homogeniteit van de verbinding met de hoofdhuid te verbeteren. De extra gel moet worden aangebracht tussen het haar en de hoofdhuid (blauwe pijl), en niet tussen de TAC elektrode en haar, om het contact te verbeteren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Verbetering van de aansluiting van de EEG-elektroden op de hoofdhuid. (A) Breng gel EEG de EEG-elektroden met een injectiespuit. Gebruik de tip van de naald weg te borstelen haar onder de EEG-elektrode, dan voorzichtig te voegen en omlaag brengen van de naald tot aan de punt van de naald raakt de hoofdhuid. Breng gel terwijl het uittrekken van de naald, om een verbinding tussen de hoofdhuid en de EEG electrode maken. (B) Gebruik een houten stok (bijvoorbeeld houten steel van een wattenstaafje of dergelijke) verder te verbeteren het contact tussen de EEG-elektroden en de hoofdhuid. Druk de gel met de stok naar de hoofdhuid en de hoofdhuid zeer wrijf met de bovenkant van de stok met een draaiende beweging. Probeer de hoek van de stick houden loodrecht op de hoofdhuid voor elektroden in een nabijheid van de TACS elektrode als zijdelingse bewegingen van de stick verspreid de gel onder de elektrode. Indien nodig, van toepassing wat meer EEG gel, en gebruik vervolgens de houten stok om verdere verbetering van de impedantie. Voor elektroden gelegen in een nabijheid van de TAC elektrode is het ook belangrijk om voorzichtig te zijn met het toepassen van meer gel for de bedoeling om het contact. Liever proberen contact zoveel mogelijk met de houten stok verbeteren. Ten slotte heeft een keer een goede impedantie bereikt met de houten stok, voeg wat extra gel om het contact tussen de EEG elektrode en de hoofdhuid te stabiliseren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. Voorbeeld van een lekkende EEG gel maken direct contact tussen de TAC's en EEG-elektroden. Lekkende EEG gel, die direct contact tussen de TAC's en de EEG elektrode ontstaat, wordt waargenomen. Het overbruggen als deze tussen de TAC en EEG-elektroden kunnen worden gemaakt, bijvoorbeeld door toevoeging van een overmaat EEG gel onder TAC elektrode of EEG electrode in de nabijheid van de elektrode TACS,of door de TAC elektrode wordt verplaatst. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. TAC verzadigt de EEG versterker door middel overbruggen via gel. Ruwe data uit twee verschillende opnames, gerefereerd aan CPZ, tijdens de montage met de hoofdhuid TAC elektroden geplaatst op de DLPFC (F3 elektrode) en PCC (P3 elektrode). (A) Het signaal geregistreerd op elektrode F3 verzadigd vanwege overbruggen via lekkende EEG gel tussen de F3 EEG electrode en de TACS elektrode. (B) signalen met succes opgenomen van alle elektroden. De omvang van de TAC artefact in de F3 elektrode overschrijdt meer dan 50 mV. Klik hier om te bekijkeneen grotere versie van deze figuur.
Figuur 6. De omvang van de TAC's artefacten over EEG-kanalen. Peak-tot-piek magnitudes van de TAC's artefacten gemiddeld over drie onderwerpen (mV). De gegevens zijn ruwe gegevens, gerelateerd aan CPZ. (A) De grootte van de TAC artefact tijdens de montage met één hoofdhuid TAC elektrode geplaatst aan de linker DLPFC (F3 elektrode) en de andere TAC electrode die op de linkerschouder (Montage 2, Figuur 1B). (B) De grootte van de TAC artefact tijdens de montage met één TAC elektrode geplaatst op de linker PPC (P3 elektrode) en de andere TAC elektrode geplaatst op de linker schouder (Montage 3, figuur 1C). (C) EEG-kanaal locaties. Rood: kanaal onder stimulatie site, blauw: kanalen in de onmiddellijke nabijheid van de stimulatie site, Ref (vet zwart): Referentie-elektrode (CPZ). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7. De omvang van de TAC artefact lineair correleert met de intensiteit van de stimulatie. Peak-tot-piek omvang van de TAC artefact (mV) van het ene onderwerp op kanaal F3. Intensiteiten van 0,5-2 mA toegepast in stappen van 0,1 mA. De gegevens zijn ruwe gegevens, gerelateerd aan CPZ. Montage met één hoofdhuid TAC elektrode geplaatst op de linker DLPFC (F3 elektrode) en de andere TAC elektrode geplaatst op de linker schouder (Montage 2, Figuur 1B). De gegevens tonen een perfecte lineaire relatie tussen de intensiteit van de stimulatie toegepast en omvang van TACS artefact in de intensiteit bereik van 0,5 tot 1,6 mA. De spanning resolutie werd ingesteld op 150 mV, maar de Actual maximaal overname aanbod was 161,6 mV waarboven het signaal werd verzadigd. De stippellijn markeert het maximale bereik van de spanning. Met stimulatie-intensiteiten van 1,7 mA en hoger, wanneer als gevolg artefact grootheden waren meer dan 161,6 mV, werd de F3 kanaal verzadigd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussion
De procedures voor het opzetten van gezamenlijke TAC-EEG-experimenten worden hier beschreven. We gaan nu naar overwegingen bespreken voor de setup van de TAC-EEG-registraties, waarvan de eerste twee overwegingen zijn van vitaal belang voor een succesvolle concurrent TAC-EEG-registraties.
Het vermijden van de TAC-EEG elektrode overbruggen via gel
Het is cruciaal om te voorkomen dat het overbruggen tussen de EEG en de TAC's door middel van elektroden lekkende EEG gel, zoals onmiddellijk overbruggen verzadigt het desbetreffende kanaal van een EEG versterker. Daarom is de viscositeit van het EEG gel is een cruciale parameter voor een succesvolle TAC-EEG-registratie. Gebruik nooit een vloeistof EEG gel, als een vloeistof EEG gel risico ontsnappen uit de TAC elektrode en de brug met aangrenzende EEG-elektroden. Tegelijkertijd een zeer viskeuze gel EEG heeft het nadeel penetreren het haar en smeren van de huid om de impedantie te verminderen. Voor de EEG-elektroden in de nabijheid van de TACS elektrode, kan een viskeuze gel be gebruikt, als men een houten stok kan gebruiken om de impedantie te verlagen. Voor de TAC's en de resterende EEG-elektroden, gebruik dan een iets minder viskeuze (hoewel nog niet vloeistof) EEG gel. Dit soort gel vereist minder inspanning om lagere impedanties. Aangezien het moeilijk te schrapen onder TACS elektrode, is het beter om een enigszins viskeuze gel here gebruiken.
Omgaan met de TAC's artefact grootheden
Het tweede probleem is de grote omvang van de TACS artefact behandelen, van 10 mV bij EEG elektrodes ver van het gebied van de stimulatie, meer dan 100 mV op de plaats van stimulatie tijdens deze stimulatie-intensiteit van 0,9 mA (figuur 6) . Figuur 7 toont het lineaire verband tussen de stimulatie-intensiteiten (0,5 tot 2,0 mA piek-piek) en de resulterende grootte van het artefact op de plaats van stimulatie (kanaal F3). Een eerste maatregel is om een lage impedantie van zowel EEG en de TAC's elektroden houden. Ontoereikendcontact tussen de TAC elektrode en de hoofdhuid creëert grotere amplitudes van de TAC artefact in de EEG data en bovendien toegepast elektronische huidige neiging zou hebben inhomogeen te zijn. Ten tweede moet men het resolutieniveau van de A / D-omzetter van het EEG systeem beschouwen. Een 24-bits A / D converter kan theoretisch dekken een bereik van 1,68 V met een 0,1 mV / bit resolutie. Daarentegen zou een 16-bits A / D-omzetter met 0,1 mV / bit resolutie bestrijken een spanningsbereik van 6,5 mV - te laag om het bereik van de TAC artefact (figuur 6) bedekken. Vandaar de spanning opname resolutie moet worden verlaagd. Om artefact grootten van maximaal 100 mV betrekking op de plaats van stimulatie met een 16-bits systeem, zou het voltage opnameresolutie theoretisch moeten worden verlaagd tot boven 1,53 mV / bit. In feite recent gelijktijdige TAC EEG-onderzoeken met een 16-bits systeem konden de EEG-signalen uit de omgeving van de stimulatie plaats te nemen als gevolg van verzadiging van de ampl ifier zelfs wanneer de resolutie wordt verlaagd tot 0,5 mV / bit 12,13.
Overwegingen voor het verminderen elektrode impedantie
De reden om eerst beginnen werken aan de impedantie van de EEG-elektroden in het midden of de nabijheid van de TAC elektrode, is dat deze EEG-elektroden vereisen een patiënt en zorgvuldige werk om overbrugging te voorkomen. Door het beginnen met deze elektroden, is er tijd om te wachten totdat de aangebrachte gel enige tijd om de hoofdhuid te smeren heeft, alvorens aanbrengen more EEG gel indien nodig. Aanvullende gel mag in de TAC elektrode worden aangebracht nadat deze is geplaatst op de hoofdhuid, met name wanneer de deelnemer veel haar. De reden is niet alleen de impedantie te verminderen - goede impedantie kan worden bereikt zonder deze stap - maar om een uniform kader van de hoofdhuid gehele oppervlak van de TAC electrode bereiken.
Ontwerp en montage overwegingen
ntent "> Figuur 1 toont de montage van de TAC elektroden. De donut-vormige ontwerp van de hoofdhuid TAC elektrode / elektroden en de rechthoekige schouder TAC elektrode afgebeeld. De vorm van de hoofdhuid TAC elektrode maakt een EEG elektrode worden geplaatst het midden van de gestimuleerde zone. Een voordeel van de donut gevormde ontwerp is dat het mogelijk maakt opnamesignaal van de gestimuleerde zone. In de tweede plaats maakt het ook eenvoudig om de positie van de TAC elektrode onveranderd blijven. Afhankelijk van de plaats van stimulatie, een andere vorm van de TAC elektrode meer geschikt zou zijn. Een rechthoekige TAC elektrode vorm past beter bij het opnemen van een plaats in tussen de EEG-elektroden.Er wordt gewaarschuwd dat de vorm en positie van de TACS elektrode is niet hetzelfde als de werkelijk gestimuleerd, maar kan enigszins zijn verschoven 31. Bij het bepalen van de positie van de TAC elektroden, modellering van de huidige F-lage schatting van de beste positie van de elektroden voor het richten van het gebied van belang wordt altijd geadviseerd.
De huidige opstelling is geschikt voor het moduleren van de ritmische activiteit in grote netwerken. Meer focale stimulatie kan op verschillende manieren 13, 32, 33, 34. Eerst verkleinen van de TAC elektrode. Nitsche en collega's hebben aangetoond dat een 3,5 cm elektrode 2 de exciteerbaarheid van de motorische cortex kan moduleren tDCS 32. Een tweede benadering is om een high-definition configuratie 13,33,34, waarbij een stimulatie-elektrode wordt omringd door vier referentie-elektroden benutten. Een ander voordeel van de high definition configuratie is dat de dichtheid van EEG-elektroden kan worden verhoogd, aangezien conventionele rubberelektroden beperken speelt EEG-elektroden 4 en 60 EEG-elektroden te plaatsen is niet haalbaar te implementeren in de huidige opstelling. Terwijl these wijzigingen voor hogere ruimtelijke specificiteit vereisen verschillende installatieprocedures, de technische overwegingen hier beschreven nog steeds van toepassing.
In dit protocol plaatsen we de TAC elektroden volgens de internationale 10-20 systeem voor EEG electrode positionering 30. Whileindividual optimalisatie van een stimulatie plaats zou het alternatief, zou een probleem vormen voor de vergelijking bij het variëren van de stimulatie locatie tussen individuen in het experiment, aangezien de stimulering plaats varieert met de EEG-registratie sites. De onlangs aangetoond gecombineerde gebruik van magneto (MEG) en TAC's, door Neuling en collega's 35, zou dit probleem te verhelpen en de TAC-artefact-gerelateerde problemen, zoals ruimtelijke filtering methoden met MEG beamforming maakt het mogelijk om hersenactiviteit onafhankelijk van een TAC website te schatten.
Met betrekking tot de montage zijn twee monopolar montages hier beschreven, dat wil zeggen, met extracephalic locatie van de referentie-elektrode (figuur 1B en 1C) en een unipolaire montage, dat wil zeggen, beide elektroden op de hoofdhuid (figuur 1A) (zie verder classificaties van electrode montages door Nasseri et al. 36). Het voordeel van een monopolaire montage is het vermijden van extra cefale stimulering van geen belang voor de studie. De voornaamste zorg bij het kiezen van een monopolaire montage is de stroom al subcorticale structuren inclusief de hersenstam, het risico moduleren vitale functies hersenstam. Zowel extracephalic en ipsilaterale schouder plaatsing van de referentie-elektrode is bevestigd niet hersenstam functies te moduleren voor 1 mA intensiteit van tDCS 37,38 (bijv hartslagvariabiliteit, ademhaling en bloeddruk). Als monopolaire montage duidelijke voordelen, afhankelijk van het experimentele ontwerp kan hebben, is er behoefte aan uitvoerig testenHet effect op de vitale functies tijdens hersenstam hogere stimulatie-intensiteiten en verschillende monopolaire montages, alsmede de beïnvloeding van tDCS en tacs vergelijken.
Merk op dat high-definition configuratie is een andere oplossing voor het probleem van de bipolaire montage extra cefale stimulering van geen belang voorkomen. De high-definition configuratie met een stimulatie-elektrode omringd door vier referentie-elektroden leidt tot hoge stroomdichtheid onder de middenelektrode en de lage stroomdichtheid onder de vier omringende elektroden. Aangezien het effect van stimulering afhankelijk van de dichtheid van de stroom, betekent dit een unidirectionele modulatie onder de middenelektrode voor high-definition configuratie in tegenstelling tot de bidirectionele modulatie van een twee elektrodenconfiguratie 39.
Visuele flikkering perceptie veroorzaakt door de TAC's is een kritieke beperkende factor voor de stimulatie-intensiteit bij het plaatsen van de TACS elektrode op de frontale kwab, vanwege stimulatie door retinale tacs. In het bijzonder, de TAC's bij beta-band frequentie induceert visuele flikkeren, zelfs bij een lage intensiteit van de TAC's 11. In onze ervaring 0,9 mA (piek-piek) stimulatie via DLPFC (F3 elektrode) bij 6 Hz een geschikte intensiteit om de sensatie van visuele flikkering te minimaliseren.
Afhankelijk van het ontwerp van het experiment, kan het nodig zijn de stimulator met een extern apparaat te bedienen (als deze functie beschikbaar is voor de gebruikte stimulator). We gebruiken een golfvorm analoge uitgangskaart met de stimulator en zendt triggers het EEG versterker (zie verder hardware en software specificaties in de tabel van materialen). Bij de stimulator die hier gebruikt (zie tabel of Materials), het geluidsniveau van stroomuitgang de afstandsbediening is hoger dan die bij de ingebedde stimulator interface. Vandaar de mogelijkheid om afstandsbediening de stimulator moet worden gekozenindien vereist door het experimentele ontwerp.
Problemen met de verzadiging van EEG-kanalen
We hebben aangetoond dat opschaling van de TAC en EEG-elektroden via lekkende EEG gel leidt verzadigen van de respectievelijke kanaal van EEG versterker en uitsluit opnamegegevens van deze elektroden (Figuur 5A). Er zijn nog andere redenen voor de verzadiging van een EEG-kanaal. Een reden kan zijn dat de winst van de versterker is te smal, en de spanning opname resolutie is niet aangepast. In dit geval dient de spanning opname resolutie wordt verlaagd tot het bereik van de omvang van de TAC artefact dekken. Een andere reden is dat de opname plaats te dicht bij de stimulatie plaats. In dit geval kan zelfs een zeer grove spanning opname resolutie nog niet het bereik van het artefact. Opname moet verder van de stimulatie plaats te vinden.
De huidige proprotocol toont uitgebreid de instellingen en technische overwegingen voor gelijktijdige TAC-EEG-experimenten. Met methoden om de TAC artefact en protocollen voor een goede kwaliteit opname tijdens de TAC's te verwijderen, zal de TAC's echt een veelbelovende methode tofurther ons begrip van de meest opvallende kenmerk van de hersenactiviteit, ritmische dynamiek zijn.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Stimulator for tACS: Eldith DC-Stimulator plus | NeuroConn GmbH, Germany | For remote input, be sure to order a model with this feature enabled | |
| Analog Output board for sending triggers: Static and Waveform Analog Output board, model NI PCI-6723 | National Instruments, USA | 13-bit, 32 channels. | |
| Matlab and data acquisition toolbox | The MathWorks, Inc., USA | The 'Data acquisition toolbox' available for MATLAB provides functions to control data acquisition hardware such as an analog output board, produced by several manufacturers. | |
| EEG system: eegosports, with a 32 channel waveguard EEG cap | ANT neuro, Netherlands | ||
| tACS electrodes | NeuroConn GmbH, Germany | 305090-05 305050 | Materials: conductive-rubber electrodes. Dimensions of scalp electrodes: Outer Ø: 60 mm, Inner Ø:25 mm (Part# 305090-05) Cut from the original size Ø 75mm Dimensions of shoulder electrode: 50 x 50 mm (Part# 305050) |
| EEG gel | Inselspital, Bern, Switzerland | Electrode paste, containing abrasives (i.e. pumice) which scrub the skin, improving the electrode-to-skin contact. | |
| Abrasive skin preparing gel for EEG and electrocardiography: Nuprep | Weaver and Company, USA | ||
| Cotton swabs, wooden handle | Salzmann MEDICO, Switzerland | Dimensions: 150 x 1.5 mm; wooden handle Ø 2.2 mm |
|
| Adhesive tape: Leukofix | BNS medical GmbH, Germany | 04.107.12 |
References
- Berger, P. D. H.
- Finger, S. Origins of Neuroscience: A History of Explorations Into Brain Function. , Oxford University Press. New York. (2001).
- Engel, A. K., Fries, P., Singer, W. Dynamic predictions: oscillations and synchrony in top-down processing. Nat Rev Neurosci. 2 (10), 704-716 (2001).
- Varela, F., Lachaux, J. P., Rodriguez, E., Martinerie, J. The brainweb: phase synchronization and large-scale integration. Nat Rev Neurosci. 2 (4), 229-239 (2001).
- Fries, P. A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends Cogn Sci. 9 (10), 474-480 (2005).
- Canolty, R. T., Knight, R. T. The functional role of cross-frequency coupling. Trends Cogn Sci. 14 (11), 506-515 (2010).
- Fell, J., Axmacher, N. The role of phase synchronization in memory processes. Nat Rev Neurosci. 12 (2), 105-118 (2011).
- Thut, G., Miniussi, C., Gross, J. The functional importance of rhythmic activity in the brain. Curr Biol. 22 (16), R658-R663 (2012).
- Buzsáki, G., Draguhn, A.
- Paulus, W. Transcranial electrical stimulation (tES - tDCS; tRNS, tACS) methods. Neuropsychol Rehabil. 21 (5), 602-617 (2011).
- Kanai, R., Chaieb, L., Antal, A., Walsh, V., Paulus, W. Frequency-dependent electrical stimulation of the visual cortex. Curr Biol. 18 (23), 1839-1843 (2008).
- Helfrich, R. F., Schneider, T. R., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).
- Helfrich, R. F., et al. Selective modulation of interhemispheric functional connectivity by HD-tACS shapes perception. PLoS Biol. 12 (12), e1002031 (2014).
- Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PloS One. 5 (11), e13766 (2010).
- Neuling, T., Rach, S., Herrmann, C. S. Orchestrating neuronal networks: sustained after-effects of transcranial alternating current stimulation depend upon brain states. Front Hum Neurosci. 7, 161 (2013).
- Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2, 13 (2011).
- Laczò, B., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., Paulus, W. Transcranial alternating stimulation in a high gamma frequency range applied over V1 improves contrast perception but does not modulate spatial attention. Brain Stimul. 5 (4), 484-491 (2012).
- Strüber, D., Rach, S., Trautmann-Lengsfeld, S. A., Engel, A. K., Herrmann, C. S. Antiphasic 40 Hz oscillatory current stimulation affects bistable motion perception. Brain Topogr. 27 (1), 158-171 (2014).
- Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. -S., Aziz, T. Z., Brown, P. Driving oscillatory activity in the human cortex enhances motor performance. Curr Biol. 22 (5), 403-407 (2012).
- Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. Effects of 10 Hz and 20 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on motor functions and motor cortical excitability. Behav Brain Res. 241, 1-6 (2013).
- Wach, C., Krause, V., Moliadze, V., Paulus, W., Schnitzler, A., Pollok, B. The effect of 10 Hz transcranial alternating current stimulation (tACS) on corticomuscular coherence. Front Hum Neurosci. 7, 511 (2013).
- Pogosyan, A., Gaynor, L. D., Eusebio, A., Brown, P. Boosting cortical activity at Beta-band frequencies slows movement in humans. Curr Biol. 19 (19), 1637-1641 (2009).
- Santarnecchi, E., et al. Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials. Curr Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).
- Polanìa, R., Nitsche, M. A., Korman, C., Batsikadze, G., Paulus, W. The importance of timing in segregated theta phase-coupling for cognitive performance. Curr Biol. 22 (14), 1314-1318 (2012).
- Jaušovec, N., Jaušovec, K. Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS). Biol Psychol. 96, 42-47 (2014).
- Jaušovec, N., Jaušovec, K., Pahor, A. The influence of theta transcranial alternating current stimulation (tACS) on working memory storage and processing functions. Acta Psychol (Amst). 146, 1-6 (2014).
- Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task. Front Neurosci. 6, 22 (2012).
- Voss, U., et al. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 17 (6), 810-812 (2014).
- Morishima, Y., Fehér, K. D. A method for removing tACS artifacts from EEG data. Program No. 303.05. Neuroscience 2014 Abstracts. , Society for Neuroscience. Washington, D.C. Online (2014).
- Jasper, H. H. The ten twenty electrode system of the international federation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
- Dmochowski, J. P., Datta, A., Bikson, M., Su, Y., Parra, L. C. Optimized multi-electrode stimulation increases focality and intensity at target. J Neural Eng. 8 (4), 046011 (2011).
- Nitsche, M. A., et al. Shaping the effects of transcranial direct current stimulation of the human motor cortex. J Neurophysiol. 97 (4), 3109-3117 (2007).
- Villamar, M. F., Volz, M. S., Bikson, M., Datta, A., Dasilva, A. F., Fregni, F. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309 (2013).
- Datta, A., Bansal, V., Diaz, J., Patel, J., Reato, D., Bikson, M. Gyri -precise head model of transcranial DC stimulation: Improved spatial focality using a ring electrode versus conventional rectangular pad. Brain Stimul. 2 (4), 201-207 (2009).
- Neuling, T., Ruhnau, P., Fuscà, M., Demarchi, G., Herrmann, C. S., Weisz, N. Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation. Neuroimage. 118, 406-413 (2015).
- Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation. Front Hum Neurosci. 9, 54 (2015).
- Vandermeeren, Y., Jamart, J., Ossemann, M. Effect of tDCS with an extracephalic reference electrode on cardio-respiratory and autonomic functions. BMC Neurosci. 11, 38 (2010).
- Santarnecchi, E., et al. Time Course of Corticospinal Excitability and Autonomic Function Interplay during and Following Monopolar tDCS. Front Psychiatry. 5, 86 (2014).
- Datta, A., Elwassif, M., Battaglia, F., Bikson, M. Transcranial current stimulation focality using disc and ring electrode configurations: FEM analysis. J Neural Eng. 5 (2), 163-174 (2008).
