مقالة منهجية

تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة البؤري العصبي الذي يتم إعطاؤه أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي

DOI:

10.3791/67155

⸱

نوفمبر 15, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, University Medicine Greifswald, 2Department of Psychology, University Medicine Greifswald, 3Berlin School of Mind and Brain, Humboldt Universität zu Berlin, 4Neurocomputation and Neuroimaging Unit, Freie Universität Berlin, 5Wilhelm-Wundt-Institute for Psychology, Cognitive and Biological Psychology, Leipzig University, 6Lise Meitner Research Group Cognition and Plasticity, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, 7Lifespan Developmental Neuroscience, Faculty of Psychology, Technische Universität Dresden, 8Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop, Technische Universität Dresden, 9Department of Psychology and Neurosciences, Leibniz Research Centre for Working Environment and Human Factors, 10German Centre for Mental Health (DZPG), 11Clinic of Psychiatry and Psychotherapy, Protestant Hospital of Bethel Foundation, University Hospital OWL, Bielefeld University, 12Danish Research Centre for Magnetic Resonance, Centre for Functional and Diagnostic Imaging and Research, Copenhagen University Hospital Amager and Hvidovre, 13Department of Health Technology, Technical University of Denmark, 14Department of Neurology and Center for Translational Neuro- and Behavioral Sciences (C-TNBS), Essen University Hospital, 15Department of Psychology, University of Kent, 16Kent Medway Medical School, 17Institute of Biomedical Engineering and Informatics, Technische Universität Ilmenau, 18German Center for Neurodegenerative Diseases (DZNE Site Greifswald)

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول طريقة وضع القطب الكهربائي العصبي لتحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة البؤري (tDCS) الذي يتم إعطاؤه أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة (tDCS) هو تقنية تحفيز الدماغ غير الغازية التي تسمح بتعديل استثارة ومرونة الدماغ البشري. تستخدم إعدادات tDCS البؤرية ترتيبات أقطاب كهربائية محددة لتقييد التدفق الحالي لمناطق الدماغ المحدودة. ومع ذلك ، يمكن أن تتأثر فعالية tDCS البؤري بسبب أخطاء تحديد موضع القطب الكهربائي على فروة الرأس ، مما يؤدي إلى تخفيضات كبيرة في الجرعة الحالية التي تصل إلى مناطق الدماغ المستهدفة ل tDCS. قد يكون وضع القطب الكهربائي الذي يسترشد بالملاحة العصبية بناء على تشريح رأس الفرد ودماغه المستمد من بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي (MRI) مناسبا لتحسين دقة تحديد المواقع.

يصف هذا البروتوكول طريقة وضع القطب الكهربائي العصبي لإعداد tDCS البؤري ، وهو مناسب للإعطاء المتزامن أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). نقوم أيضا بتحديد دقة وضع القطب الكهربائي والتحقيق في انجراف القطب الكهربائي في تجربة tDCS-fMRI المتزامنة. تتضمن الخطوات الحاسمة تحسين مواضع القطب الكهربائي بناء على النمذجة الحالية التي تأخذ في الاعتبار تشريح رأس الفرد ودماغه ، وتنفيذ وضع القطب الكهربائي العصبي على فروة الرأس ، وإدارة tDCS الأمثل والبؤري أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

يتم قياس الدقة الإقليمية لوضع القطب الكهربائي باستخدام المعيار الإقليدي (معيار L2) لتحديد الانحرافات الفعلية عن مواضع القطب المقصود أثناء دراسة tDCS-fMRI المتزامنة. يتم التحقيق في أي إزاحة محتملة للأقطاب الكهربائية (الانجراف) أثناء التجربة من خلال مقارنة مواضع القطب الكهربائي الفعلية قبل وبعد الحصول على الرنين المغناطيسي الوظيفي. بالإضافة إلى ذلك ، نقارن مباشرة دقة التنسيب ل tDCS العصبي بتلك التي تم تحقيقها من خلال نهج الاستهداف القائم على فروة الرأس (نظام تخطيط كهربية الدماغ 10-20). تظهر هذه التحليلات دقة وضع فائقة للملاحة العصبية مقارنة بوضع القطب الكهربائي القائم على فروة الرأس وانجراف القطب الكهربائي الضئيل خلال فترة مسح مدتها 20 دقيقة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التحفيز التياري المباشر عبر الجمجمة (tDCS) هو تقنية تحفيز الدماغ غير الغازية التي تسمح بتعديل وظائف الدماغ الإدراكية والفسيولوجية في السياقات التجريبية والسريرية1،2،3. يمكن أن يكون للإعطاء الحاد ل tDCS تغيرات عابرة في استثارة الخلايا العصبية ، مع استمرار الآثار اللاحقة من دقائق إلى ساعات بعد التحفيز4،5. لا يحفز التيار المطبق إمكانات الفعل ولكنه يحول بشكل عابر إمكانات غشاء الراحة للخلايا العصبية نحو إزالة الاستقطاب أو فرط الاستقطاب ، مما يؤدي إلى زيادة أو انخفاض استثارة الخلايا العصبية على المستوى العياني باستخدام البروتوكولات القياسية4،5،6. علاوة على ذلك ، فيما يتعلق بتأثيرات اللدونة المشبكية ل tDCS ، أظهرت الدراسات الحيوانية والبشرية أن tDCS يحفز عمليات تشبه التقوية والاكتئاب على المدى الطويل (LTP و LTD)4،5.

في النظام الحركي ، يسمح تعديل الإمكانات المستحثة الحركية (MEPs) بالتقييم المباشر للتأثيرات الفيزيولوجية العصبية ل tDCS على الاستثارة القشريةالمحلية 7. ومع ذلك ، لا يمكن لهذا النهج تحديد التأثيرات العصبية ل tDCS على الوظائف المعرفية ذات الترتيب الأعلى المدعومة بشبكات الدماغ الوظيفيةواسعة النطاق 8. يمكن التحقيق في التأثيرات على شبكات الدماغ من خلال الجمع بين tDCS وتقنيات التصوير الوظيفيالحديثة 9،10. من بين هؤلاء ، أصبح التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) هو النهج الأكثر استخداما لأنه يوفر دقة مكانية ممتازة وزمنية كافية للكشف عن الآليات العصبية التي يؤثر بها tDCS على نشاط الدماغ المحلي في موقع التحفيز والشبكات العصبية واسعة النطاق11،12،13،14.

حتى الآن ، استخدمت دراسات fMRI-tDCS المدمجة بشكل أساسي ما يسمى بإعدادات tDCS التقليدية ، والتي تستخدم أقطاب مطاطية كبيرة نسبيا بين 25 و 35 سم2 (5 × 5 سم2 و 5 × 7 سم2) يتم إدخالها في جيوب إسفنجية مبللة بالمحلولالملحي 15،16. تعرض هذه الإعدادات التيار بين قطبين يتم توصيلانهما عادة فوق (أ) منطقة دماغية مستهدفة ل tDCS و (ب) قطب كهربائي عائد فوق مناطق الدماغ غير المستهدفة أو المناطق خارج الجمجمة (على سبيل المثال ، الكتف). ينتج عن هذا تدفق تيار واسع النطاق عبر الدماغ ، مما يؤثر على مناطق أخرى غير المنطقة المستهدفة ، مما يعقد الافتراضات والتفسيرات السببية حول الأصل العصبي لتأثيرات tDCS17.

يمكن تحقيق استهداف مكاني أكثر دقة بواسطة tDCS18 البؤري. تستخدم هذه الإعدادات مصفوفات من أقطاب كهربائية أصغر مرتبة على مقربة من بعضها البعض أو باستخدام كاثود على شكل حلقة يوضع حول أنود مركزي لتقييد تدفق التيار إلى المنطقة المستهدفة18،19. تشير المحاكاة الحاسوبية لتدفق التيار الكهربائي إلى أن tDCS البؤري يمكن أن يؤدي إلى دقة مكانية أعلى للتدفق الحالي إلى المنطقة المستهدفة من المونتاجالتقليدي 20. علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسات السلوكية التعديل السلوكي الإقليمي والخاص بالمهمة باستخدام الإعدادات البؤرية19،21،22. ومع ذلك ، فقد استخدمت دراسات قليلة فقط tDCS البؤرية أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. تمكنت هذه الدراسات من إثبات جدوى هذا النهج وقدمت أول دليل على التعديل العصبي الخاص بالمنطقة19،23.

ومع ذلك ، نظرا لتسليم التيار الدقيق إقليميا ، قد تكون إعدادات tDCS البؤرية أكثر حساسية لأخطاء تحديد موضع القطب الكهربائي على فروة الرأس من المونتاج التقليدي. على سبيل المثال ، Seo et al. أظهر أن أخطاء تحديد المواقع البالغة 5 مم في إعداد القشرة الحركية البؤرية قللت من ذروة الاستقطاب الجسدي في مقبض اليد بنسبة تصل إلى 87٪ 24. علاوة على ذلك ، أظهرت دراسة النمذجة الحسابية الحديثة أن إزاحة القطب الكهربائي من المواضع المقصودة للبؤرة مقارنة بالإعدادات التقليدية أدت إلى تخفيضات كبيرة في الجرعة الحالية في المناطق المستهدفة ل tDCS ، والتي تتراوح من 26٪ إلى 43٪ 25. لذلك ، تم استنتاج أن الدراسات المستقبلية يجب أن تتضمن بشكل روتيني طرقا مناسبة لتحسين موضع القطب الكهربائي والتحقق من تحديد موضع القطب الكهربائي قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسيالوظيفي 5.

في هذه الدراسة ، نصف طريقة تحديد موضع القطب الكهربائي العصبي لإعداد بؤري جديد متوافق مع fMRI 3 × 1 tDCS (أي ثلاثة كاثودات فردية مرتبة في دائرة حول أنود مركزي واحد) ، والتي يتم استخدامها حاليا في اتحاد بحثي تعاوني تموله مؤسسة العلوم الألمانية (وحدة أبحاث DFG 5429 ، https://www.memoslap.de). يبحث الكونسورتيوم في التأثيرات السلوكية والعصبية ل tDCS البؤري على التعلم والذاكرة والتنبؤات باستجابة التحفيز عبر أربعة مجالات وظيفية (أي الوظائف البصرية المكانية واللغة والحركية والتنفيذية). يتم الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية T1 و T2 للمشاركين في الدراسة أثناء الفحص الأساسي. تستخدم هذه البيانات لمحاكاة تدفق التيار الفردية26 لتحديد مواضع فروة الرأس للأقطاب الكهربائية التي تزيد من التدفق الحالي إلى المنطقة المستهدفة في المشاركين الفرديين في الدراسة. على سبيل المثال ، سيصف هذا البروتوكول الاستهداف الملاحي العصبي لمواضع القطب الكهربائي المحددة بشكل فردي المتمركزة فوق قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى (rDLPFC) في مشارك واحد.

يعتمد قسم النتائج التمثيلية على بيانات التصوير الهيكلي التي تم الحصول عليها قبل وبعد tDCS-fMRI المتزامن في ثلاثة مشاريع فرعية لوحدة البحوث. استهدفت هذه الدراسات القشرة القذالية الصدغية اليمنى (rOTC) ، والقشرة الصدغية الجدارية اليسرى (lTPC) ، و rDLPFC. تم الحصول على البيانات في قسم طب الأعصاب في الطب الجامعي Greifswald. باستخدام هذه البيانات ، هدفنا إلى تحقيق هدفين رئيسيين: (1) تحديد الدقة المكانية لوضع القطب الكهربائي العصبي من خلال مقارنة مواضع القطب الكهربائي "المقصود" مقابل مواضع القطب "الفعلي" المحددةتجريبيا 25 ، و (2) التحقيق في درجة إزاحة القطب الكهربائي على مدار جلسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (أي انجراف القطب). هذه العوامل ضرورية لتحسين دقة وموثوقية تأثيرات tDCS في دراسات tDCS-fMRI المتزامنة27. بالإضافة إلى ذلك ، تتم مقارنة دقة استهداف tDCS العصبية بتلك الخاصة بالنهج القائم على فروة الرأس باستخدام بيانات من دراسة tDCS-fMRI السابقة لمجموعتنا25.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت مراجعة جميع الإجراءات التجريبية المقدمة في هذا البروتوكول والموافقة عليها من قبل لجنة الأخلاقيات في الطب الجامعي Greifswald. قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة قبل إدراج الدراسة ومنحوا الإذن بنشر بياناتهم دون الكشف عن هويتهم.

1. فحص موانع الاستعمال والاعتبارات العامة

  1. قبل التسجيل في الدراسة ، قم بفحص المشاركين بعناية بحثا عن موانع التصوير بالرنين المغناطيسي28 و tDCS29 (على سبيل المثال ، أجهزة تنظيم ضربات القلب ، ورهاب الأماكن المغلقة ، وتاريخ النوبات ، والصداع النصفي ، والأمراض الجلدية على فروة الرأس [على سبيل المثال ، الصدفية / الأكزيما]) باستخدام الاستبيانات المناسبة.
  2. شرح أهداف الدراسة وجميع الإجراءات المخطط لها للمشاركين والحصول على موافقة خطية مستنيرة وفقا للمتطلبات المحلية.
  3. اتبع الإجراءات العامة لتحسين إعداد التقارير وقابلية التكرار لتجارب tDCS-fMRI المتزامنة واختبار القطع الأثرية التصويرية المحتملة التي تسببها معدات التيار و / أو tDCS على النحو الموصى به في قائمة مراجعة ContES30.
  4. استخدم الطرق المناسبة لتقييم عمى المشاركين والمحققين31،32 والآثار الضائرة المحتملة ل tDCS29.

2. فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الأساسي والنمذجة الحالية الفردية

  1. بعد الانتهاء من فحوصات السلامة (أي إزالة الأشياء المعدنية من المشارك ، مثل العملات المعدنية والقلائد والثقب وما إلى ذلك) ، قم بتوجيه المشارك إلى غرفة الماسح الضوئي ووضعه بشكل مريح على طاولة فحص التصوير بالرنين المغناطيسي. قم بتوصيل الجزء العلوي من ملف الرأس وحرك المشارك داخل تجويف ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي وفقا لمواصفات الشركة المصنعة.
    ملاحظة: استخدمنا ماسح ضوئي 3T مزود بملف رقائق رأس / رقبة 64 قناة.
  2. قم بتسجيل المشارك الجديد باستخدام واجهة الماسحة الضوئية بالنقر فوق القائمة الرئيسية | الفحص | تسجيل المريض وتعبئة الحقول المطلوبة. انتقل إلى اختيار البرنامج وقم بجمع وتحديد بروتوكول التصوير المخطط له. انقر فوق توجيه المريض وحدد الرأس أولا ، خيار وضع الاستلقاء . من القائمة المنسدلة منطقة الفحص والجانبي ، اختر الدماغ ثم انقر فوق الفحص للوصول إلى قائمة الفحص.
  3. اتبع التعليمات التي تظهر على الشاشة لبروتوكول المسح المحدد مسبقا (مثل ضبط مجال الرؤية ، وما إلى ذلك) للحصول على تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي المرجحة T1 و T2. تفاعل مع المشارك عبر نظام اتصال المتدرب الماسح الضوئي إذا لزم الأمر.
    ملاحظة: الصور المرجحة T1 و T2 مطلوبة للنمذجة الحالية الفردية. الصورة المرجحة T1 مطلوبة أيضا للملاحة العصبية لتحديد المواضع المخططة والمحسنة للأقطاب الكهربائية على فروة رأس المشاركين.
  4. استخدم البرنامج النصي في https://github.com/memoslap/Greifswald وبيانات التصوير الهيكلي التي تم الحصول عليها أثناء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الأساسي لإجراء نمذجة تيار فردية (على سبيل المثال ، باستخدام SimNIBS26). اتبع الخطوات الموجودة في ملف Readme.md لتطبيق طريقة العناصر المحدودة وشبكات الرأس رباعية السطوح الفردية التي تم إنشاؤها من الصور الهيكلية T1 و T2 للمشارك (http://simnibs.org) 26،33،34 أداة CHARM 35 لإعادة بناء الرأس لتحديد ذروة المجال الكهربائي لتحديد المواضع المستهدفة المحسنة لوضع أقطاب tDCS فوق rDLPFC. انظر الشكل 1 للحصول على مثال لنتائج الإجراء المستخدم لهذا البروتوكول.
    ملاحظة: الطرق البديلة لتحديد إحداثيات فروة الرأس للاستهداف الملاحي العصبي ممكنة وتعتمد على إجراءات خاصة بالدراسة.

3. الملاحة العصبية

  1. الخطوات التحضيرية
    1. قم بتشغيل كمبيوتر التحكم في التنقل العصبي ونظام التتبع.
    2. خطوات التجميع: قم بتجميع جميع المعدات المطلوبة للملاحة العصبية (الشكل 2 ؛ للحصول على نظرة عامة على إعداد التنقل العصبي ، انظر الشكل التكميلي S1). تتكون المعدات الموجودة في الشكل 2 من (1) متتبع الموضوع ، (2) مفك البراغي ، (3) قضيب سداسي ، (4) نظارات واقية ، و (5) مؤشر. اتبع التعليمات أدناه لإكمال التجميع.
      1. قم بفك المسمار الموجود أسفل متتبع الموضوع باستخدام مفك البراغي.
      2. أدخل الجانب الأطول من القضيب السداسي في الجوز المثبت على متتبع الموضوع وشد المسمار.
      3. قم بفك المسمار الموجود على الجانب الأيسر من النظارات الواقية (مع وضع النظارات الواقية كما لو كانت تنظر من خلالها).
      4. أدخل الجانب الآخر من القضيب السداسي في الجوز المركب على الجانب الأيسر من النظارات الواقية وشد المسمار من النظارات الواقية.
        ملاحظة: لديك خيار تثبيت متتبع الموضوع على الجانب الأيسر أو الأيمن من النظارات الواقية. يعتمد هذا الاختيار على المنطقة المستهدفة بالنسبة لموضع كاميرا نظام الملاحة العصبية (التي يجب أن تتعرف على المؤشر ومتعقب الموضوع) فيما يتعلق بموضع المشارك. في المثال الحالي ، يتم إرفاق المتعقب على الجانب الأيسر بحيث لا يقف الشخص الذي يقوم بالتتبع بين المتعقب والكاميرا.
    3. نقل الهيكلية T1 المرجحة (على سبيل المثال ، كملف مبادرة تكنولوجيا معلوماتية التصوير العصبي (NIfTI)) للمشارك المعني الذي تم الحصول عليه في الخطوة 2.3. إلى الحاسوب التحكم في نظام الملاحة العصبية.
    4. افتح برنامج التنقل العصبي واختر مشروع فارغ جديد.
    5. قم بتحميل الصورة المرجحة T1 للمشارك واحفظ المشروع عن طريق تحديد حفظ المشروع.
    6. لبدء إعادة بناء الرأس ثلاثي الأبعاد ، انتقل إلى قسم إعادة البناء في النافذة الرئيسية للتطبيق. انقر فوق جديد... | الجلد ، والذي سيفتح نافذة أخرى. أعد بناء الجلد بالضغط على الزر المعني. اضبط عتبة الجلد / الهواء إذا لوحظت تشوهات في إعادة بناء الرأس.
      ملاحظة: يقترح التحقق مما إذا كان الرأس بأكمله قد أعيد بناؤه بشكل صحيح. من المهم إعادة بناء الأنف والأذنين بشكل جيد للكشف عن المعالم الموضحة في الخطوة التالية.
    7. قم بتكوين خمسة معالم: nasion ، وفتحتي الأنف اليمنى واليسرى ، وحفر الأذن اليسرى واليمنى (LPA و RPA). هذه مطلوبة لتسجيل المشارك في قسم المعالم في النافذة الرئيسية للتطبيق (لمزيد من التفاصيل ، انظر الشكل التكميلي S2).
    8. قم بتكوين موضع القطب الكهربائي ل rDLPFC في قسم الأهداف عن طريق إدراج إحداثيات x و y و z لموضع الأنود (التي توفرها محاكاة تدفق التيار الفردية الموضحة في الخطوة 2.4) ، انقر فوق إضافة جديد ، واكتب Anode كاسم موضع القطب. كرر الإجراء لأقطاب الإرجاع الثلاثة.
  2. تحديد مواقع القطب الكهربائي العصبي
    1. ضع المشارك بشكل مريح على كرسي مواجه لكاميرا التتبع. اطلب منه / منها ارتداء النظارات الواقية مع مرفق متتبع الموضوع.
    2. اطلب من المشاركين عدم لمس النظارات الواقية أثناء إجراء التنقل العصبي بأكمله. هذا أمر بالغ الأهمية للتسجيل الدقيق للمعالم والتحقق من صحة مواضع القطب.
    3. انتقل إلى علامة التبويب الجلسات ، ومن الزاوية اليسرى، اختر جلسة عبر الإنترنت من القائمة المنسدلة جديد . حدد علامة التبويب Polaris وتحقق من رؤية متتبع الهدف والمؤشر عن طريق نقلهما إلى مجال رؤية الكاميرا. يتم التعرف على كلا الجهازين بشكل صحيح عندما تتغير الصلبان الحمراء المقابلة إلى علامات الاختيار الخضراء في لوحة Tools (الجانب الأيسر من نافذة التطبيق).
    4. حدد قسم التسجيل لتسجيل المعالم الخمسة المحددة مسبقا. ابحث عن المعلم المعني عن طريق وضع المؤشر بشكل عمودي على رأس المشارك مع توجيه المستشعرات إلى الكاميرا. ثم اضغط على دواسة القدم لنظام الملاحة العصبية لتأكيد الموضع. تأكد من رؤية علامة اختيار خضراء أمام اسم كل معلم.
    5. انتقل إلى قسم التحقق من الصحة وتحقق من صحة المعالم عن طريق وضع طرف المؤشر على المعالم المسجلة وتحقق من مؤشري المسافة ؛ يوضح الفهرس الأول المسافة بين الشعيرات المتقاطعة (طرف المؤشر الافتراضي) والمعلم المسجل ، ويوضح الفهرس الثاني المسافة بين الشعيرات المتصالبة والجلد المعاد بناؤه.
      ملاحظة: عند استخدام المعلمات الافتراضية لنظام الملاحة العصبي، تشير المؤشرات التي تقل عن 5 مم إلى الدقة الكافية لاجتياز خطوة التحقق. هذا مقبول للعديد من السياقات التجريبية. ومع ذلك ، نظرا للإعداد البؤري المحسن المستخدم في هذا البروتوكول ، لا يتم قبول التحقق من صحة الأقطاب الكهربائية إلا إذا كان الانحراف عن الإحداثيات المقصودة أقل من 1 مم (انظر الشكل 3).
    6. حرك المؤشر فوق فروة رأس المشارك وتحقق من الشعيرات المتصالبة لفروة الرأس المعاد بناؤها على شاشة التنقل العصبي. إذا ظلت الشعيرات المتصالبة محاذاة لفروة الرأس المعاد بناؤها دون اختراقها أو إحداث فجوة فوقها ، فمن المقبول ، على الرغم من عدم التوصية ، تخطي الخطوة التالية.
    7. تذوق نقاطا إضافية حول مواقع النقاط القصوى، بما في ذلك المواقع الأكثر يسارا، والأكثر يمينا، والأكثر أعلى، والأكثر خلفية، والمواقع الأمامية. للقيام بذلك ، انقر فوق الزر "إضافة" في لوحة معالم التحسين لكل موضع. بعد ذلك ، ضع المؤشر على السطح المستهدف للرأس ، مع التأكد من أن طرف المؤشر يلامس فروة الرأس برفق ، واضغط على الدواسة لتسجيل الموضع. كرر هذه العملية حتى تصبح المسافة بين التقاطع والجلد المعاد بناؤه منخفضة قدر الإمكان.
      ملاحظة: قد تستخدم أنظمة الملاحة العصبية المختلفة مصطلحات مختلفة للإشارة إلى هذه العملية (على سبيل المثال ، تسجيل السطح).
    8. حدد قسم الأداء وحرك المؤشر إلى الموقع التقريبي ل DLPFC للعثور على موضع الأنود المركزي (بناء على الإحداثيات المتوفرة في الشكل 1D). أثناء تحريك المؤشر، راقب الشاشة في وقت واحد. حدد مواضع الأقطاب الكهربائية عندما يتماشى طرف المؤشر مع مركز التقاطع الأخضر على الشاشة.
    9. حرك شعر المشارك بعيدا عن المنطقة المقابلة على فروة الرأس وحدد المواضع بقلم تحديد الجلد / القلم
      10. . كرر العملية لمواضع الكاثودات الثلاثة (انظر الشكل 1 د).
    10. ضع كمية صغيرة من كريم التخدير الموضعي في المواضع المقصودة للأقطاب الكهربائية لتقليل الأحاسيس الجسدية على فروة الرأس أثناء tDCS-fMRI.
      ملاحظة: تأكد من مرور 20 دقيقة على الأقل بين تطبيق الكريم وبدء تشغيل tDCS.

4. tDCS-fMRI

  1. التحضير للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي tDCS-fMRI المتزامن
    1. قم بإعداد بؤري 3 × 1 tDCS باستخدام محفز تيار مباشر متعدد القنوات (DC).
    2. استخدم محفز التيار المستمرمتعدد القنوات 36 في الوضع العادي (غير البطارية). أدخل قابس الطاقة الخاص بالمحفز في نفس شريط الطاقة مثل الماسح الضوئي لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتقليل القطع الأثرية للتصوير (انظر أيضا الملاحظات من مواصفات الشركة المصنعة).
    3. تأكد من توفر جميع المواد اللازمة المتعلقة بالتحفيز ونظيفة (الشكل 4). احرص بشكل خاص على ألا تحتوي الأقطاب الكهربائية المطاطية والقوالب ثلاثية الأبعاد على أي معجون من الجلسات التجريبية السابقة.
      ملاحظة: يستخدم الإعداد المستخدم في هذا المشروع أقطاب كهربائية مخصصة وصناديق ترشيح تم تطويرها بالتعاون مع الشركة المصنعة لمحفز التيار المستمر لتلبية المتطلبات المحددة لوحدة البحث (انظر الشكل 4 أ). ومع ذلك ، يمكن أيضا استخدام المكونات القياسية المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي.
      1. استخدم مساعد تعبئة معجون القطب الكهربائي (اللدائن الحرارية) المطبوع ثلاثي الأبعاد لتوحيد تطبيق معجون القطب الكهربائي الموصل قبل ربط الأقطاب الكهربائية بفروة الرأس (الشكل 4 أ (9) ، ب).
      2. استخدم فاصلا مطبوعا ثلاثي الأبعاد (لدن بالحرارة) لوضع الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس وتأكد من الحفاظ على المسافات بين الأنود والكاثودات أثناء جلسات fMRI-tDCS (الشكل 4 أ (10) ، ج).
        ملاحظة: يمكن الوصول إلى القوالب المخصصة ثلاثية الأبعاد باستخدام الرابط التالي: https://github.com/memoslap/Material
    4. لإعداد محفز التيار المستمر ، قم بتوصيل محفز التيار المستمر بالصندوق الخارجي (باستخدام كابل الصندوق الخارجي والمحول). قم بتوصيل كابل الصندوق الداخلي بالصندوق الداخلي والخارجي (انظر الشكل 4).
    5. ضع 1 مم من المعجون الموصل بالتساوي على سطح جميع الأقطاب الكهربائية لإعداد البؤري tDCS 3x1. استخدم مساعد تعبئة القطب الكهربائي لتوحيد سمك العجين. قم بتغطية سطح القطب فقط بالمعجون وقم بإزالة أي معجون إضافي.
    6. قم بتشغيل محفز التيار المستمر والكمبيوتر اللوحي (بالترتيب المحدد). انقر نقرا مزدوجا فوق أيقونة DC-Stimulator MC على سطح المكتب. حدد تسلسل التحفيز المطلوب في القائمة المنسدلة لإعداد التسلسل المحدد . انقر فوق زر محفز المعايرة لمعايرة المحفز بدون حمل كهربائي (أي أن المشارك غير متصل بالمحفز).
      تنبيه: إذا كان المشارك متصلا بالمحفز أثناء المعايرة ، يمكن أن يؤدي التيار الكهربائي إلى إحساس مؤلم.
    7. ضع المشارك بشكل مريح بالقرب من محفز التيار المستمر خارج غرفة ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي.
    8. حدد أوسع جزء من رأس المشارك ، من الجبهة (فوق الحاجبين مباشرة) إلى العظم القذالي في مؤخرة الرأس ، لاختيار الحجم الأمثل لغطاء مخطط كهربية الدماغ للحفاظ على الأقطاب الكهربائية في مكانها أثناء جلسة tDCS-fMRI.
    9. ضع الأقطاب الكهربائية في الفاصل لضمان تباعد متساو بين الكاثودات حول الأنود المركزي وقم بتوصيل الأقطاب الكهربائية فوق مواضع فروة الرأس المحددة والمميزة.
    10. استخدم غطاء EEG بالحجم الأمثل بدون إدخالات بلاستيكية للحفاظ على الأقطاب الكهربائية في مكانها أثناء tDCS-fMRI.
      ملاحظة: تأكد من عدم إزاحة الأقطاب الكهربائية أثناء وضع الغطاء في مكانه.
    11. قم بتوصيل أسلاك كبلات القطب الكهربائي بالصندوق الداخلي لمحفز التيار المستمر لإجراء فحص المقاومة. حدد تسلسل التحفيز المطلوب في القائمة المنسدلة لإعداد التسلسل المحدد . ابدأ فحص المعاوقة بالضغط على زر فحص المعاوقة في محفز التيار المستمر. تأكد من تحديد وضع MR .
    12. قم بإجراء فحص المعاوقة بالضغط على الزر المعني على واجهة المحفز ؛ إذا كانت المعاوقة ≤25 كيلو أوم ، فانتقل إلى الخطوة التالية (4.1.13). إذا كانت المقاومة أعلى لأي قطب كهربائي ، فاضغط برفق على الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس ، وشد الغطاء ، واترك المعجون الموصل يسخن. إذا لزم الأمر ، ضع المزيد من المعجون.
    13. افصل الصندوق الداخلي عن الصندوق الخارجي وأدخل الصندوق الخارجي في الدليل الموجي للماسح الضوئي.
    14. قم بتوجيه المشارك إلى غرفة الماسحة الضوئية مع التمسك بالصندوق الداخلي وكابلات القطب الكهربائي المتصلة.
      ملاحظة: في أي وقت ، احرص على عدم وجود توتر على الكابلات ، مما قد يؤدي إلى إزاحة القطب.
    15. اطلب من المشارك الجلوس على طاولة فحص التصوير بالرنين المغناطيسي وإعادة توصيل الصندوق الداخلي بالصندوق الخارجي (الذي يتم إدخاله في الدليل الموجي للماسح الضوئي).
    16. ضع المشارك بشكل مريح في وضع ضعيف على طاولة فحص التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع وضع الرأس في ملف الرأس المفتوح. استخدم وسائد قابلة للنفخ على جانبي الرأس ووسادة إضافية في الجزء العلوي من الرأس لتثبيتها.
      ملاحظة: يفضل استخدام الوسائد القابلة للنفخ على الجانبين على الوسائد الرغوية لتجنب إزاحة القطب الكهربائي عند إدخال الوسائد الرغوية.
    17. قم بقيادة كابلات القطب الكهربائي عبر الجزء السفلي من ملف الرأس قبل توصيل الجزء العلوي من ملف الرأس وقفله في مكانه.
    18. ضع الصندوق الداخلي بجوار المشارك على طاولة فحص التصوير بالرنين المغناطيسي وحرك المشارك إلى تجويف الماسح الضوئي.
    19. اترك غرفة الماسح الضوئي وأبلغ المشارك بالإجراءات القادمة عبر واجهة الاتصال الخاصة بالماسح الضوئي قبل كل تسلسل تصوير هيكلي ووظيفي ، وكذلك قبل فحص المعاوقة الثاني داخل الماسح الضوئي.
  2. tDCS-fMRI المتزامن
    1. على كمبيوتر لوحة الماسح الضوئي، قم بتسجيل المشارك الجديد بالنقر فوق القائمة الرئيسية | الفحص | تسجيل المريض وتعبئة الحقول المطلوبة. انتقل إلى اختيار البرنامج وقم بجمع وتحديد بروتوكول التصوير المخطط له. انقر فوق توجيه المريض وحدد الرأس أولا ، خيار وضع الاستلقاء . من القائمة المنسدلة منطقة الفحص والجانبي ، اختر الدماغ وانقر فوق الفحص للوصول إلى قائمة الامتحان.
    2. اتبع التعليمات التي تظهر على الشاشة للحصول على عمليات الفحص المخطط لها (تقليل وقت التشفير النقطي قبل الرنين المغناطيسي الوظيفي مع الاستحواذ الشعاعي (PETRA) ، والرنين المغناطيسي الوظيفي الوظيفي ، وما بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي PETRA) بالترتيب الموضح في الخطوات التالية من هذا البروتوكول.
      1. احصل على فحص PETRA الذي يسمح بالتحقق من مواضع القطب الكهربائي على رأس المشارك.
      2. أبلغ المشارك أنه سيتم إجراء فحصين للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة لمدة 10 دقائق وأنه يجب عليه / عليها أن يحافظ على نظره على صليب التثبيت (المعروض عبر جهاز عرض ومرايا مثبتة على ملف الرأس) طوال فترة المسح (2 × 10 دقائق).
      3. ابدأ تحفيز tDCS بالضغط على زر التحفيز init على الكمبيوتر اللوحي. انقر فوق زر بدء التشغيل لبدء التحفيز بزيادة قدرها 10 ثوان قبل البدء بتسلسلات التصوير الوظيفية. قم بإدارة tDCS لمدة 20 دقيقة بسعة 2 مللي أمبير.
        ملاحظة: بروتوكولات التحفيز الأخرى ذات فترات التصاعد المختلفة أو شدة أو فترات التحفيز ممكنة.
      4. بعد نهاية فترة المسح الوظيفي والتحفيز، احصل على فحص PETRA ثان بينما لا تزال الأقطاب الكهربائية متصلة برأس المشارك.
        ملاحظة: بالمقارنة مع فحص PETRA قبل الرنين المغناطيسي الوظيفي ، يسمح هذا بتحديد حركة القطب الكهربائي المحتمل عبر تجربة tDCS-fMRI (أي الانجراف).
    3. عند الانتهاء من جلسة التصوير بالرنين المغناطيسي ، افصل كبلات القطب الكهربائي عن الصندوق الخارجي وقم بإيقاف تشغيل محفز التيار المستمر ، وحرك المشارك خارج تجويف الماسح الضوئي ، وقم بإزالة الغطاء من رأس المشارك ، وقم بإزالة الأقطاب الكهربائية.
    4. افحص فروة رأس المشارك بحثا عن احمرار الجلد المحتمل الناجم عن التحفيز. نظف فروة رأس المشارك حيث تم وضع الأقطاب الكهربائية.
    5. في نهاية التجربة ، اطلب من المشارك إكمال التأثيرات الضارة tDCS29 وتعمية31،32 استبيانا.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تضمين بيانات من 43 مشاركا شابا أصحاء (20 رجلا / 23 امرأة ، تتراوح أعمارهم بين 24.74 ± 5.50 سنة). أكمل المشاركون ما يصل إلى أربع جلسات بالرنين المغناطيسي الوظيفي. تم إجراء وضع الأقطاب الكهربائية العصبية قبل كل جلسة بالرنين المغناطيسي الوظيفي. في المجموع ، تم تضمين 338 مجموعة بيانات تمثل مواضع الأنودات المركزية قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في تحليلات البيانات.

لتحديد المواضع المقصودة للأقطاب الكهربائية ، تم إجراء نمذجة التيار الفردية باستخدام بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية التي تم الحصول عليها في جلسة تصوير بالرنين المغناطيسي منفصلة (قبل جلسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي). تهدف النمذجة الحالية إلى تحسين مواضع فروة الرأس لإعدادات 3 × 1 لزيادة تدفق التيار إلى rDLPFC (N = 19 ، المشاركون / N = 137 نقطة بيانات) ، rOTC (N = 12/104) أو lTPJ (N = 12/97). تم تحديد المواضع الفعلية للأنودات المركزية لإعدادات 3 × 1 تجريبيا باستخدام بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية (صور PETRA) التي تم الحصول عليها قبل وبعد كل جلسة بالرنين المغناطيسي الوظيفي (ملاحظة: تم توفير إحداثيات الاستهداف في مساحة الموضوع. ومن ثم ، تم تسجيل عمليات مسح PETRA للمشاركين الفرديين بشكل مشترك مع صورتهم المرجحة T1 التي تم الحصول عليها أثناء المسح الأساسي ، والتي استندت إليها المحاكاة الميدانية). نظرا لأن تحديد مواضع القطب الكهربائي في 3D عرضة للأخطاء ، فقد تم استخدام عرض "فطيرة" ثنائي الأبعاد معدل لفروة الرأس المعاد بناؤها باستخدام أقطاب كهربائية (انظر الشكل 537،38) لتحديد ست نقاط حافة للأنودات المركزية. بعد ذلك ، تم حساب مركز الكتلة للحصول على الإحداثيات المركزية للأنودات لكل جلسة بالرنين المغناطيسي الوظيفي والنقطة الزمنية (أي قبل أو بعد tDCS). بعد ذلك ، تم تطبيق تحويل عكسي 2D->3D للحصول على إحداثيات القطب الكهربائي في الفضاء ثلاثي الأبعاد.

تم فحص الدقة المكانية لوضع القطب الكهربائي العصبي من خلال مقارنة مواضع القطب الكهربائي "المقصود" مقابل "الفعلي"25 وتم الإبلاغ عنها على أنها المسافة L2 Norm (المعيار الإقليدي)39. معيار L2 هو معيار متجه قياسي يتم حسابه على أنه الجذر التربيعي لمجموع مربعات مكونات المتجه. يتم حساب الفرق بين الإحداثيات المقصودة والفعلية من خلال اختلاف جميع مكونات المتجه ، أي كل بعد من أبعاد الفضاء ثلاثي الأبعاد (x / y / z). تم التحقيق في إزاحة القطب الكهربائي على مدار التجربة (أي الانجراف) من خلال مقارنة مواضع القطب الكهربائي الفعلية المحددة قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

بالإضافة إلى ذلك ، قارنا دقة الاستهداف لوضع القطب الكهربائي العصبي مع بيانات من دراسة سابقة لمجموعتنا استخدمت نهج الاستهداف القائم على فروة الرأس (10-20 نظام مخطط كهربيةالدماغ 25). تضمنت هذه الدراسة بيانات من 60 مشاركا (31 رجلا / 29 امرأة ، تتراوح أعمارهم بين 22.17 ± 2.33 سنة) ، ومنطقتين مستهدفتين (N = 30/30 ، القشرة الحركية / التلفيف الجبهي السفلي) وجلستين للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لما مجموعه 240 نقطة بيانات. البيانات والتعليمات البرمجية المستخدمة لجميع التحليلات متاحة للجمهور في https://github.com/LawsOfForm/VerFlu_Simulation_Niemann_2023.

تم استخدام النماذج المختلطة الخطية لتحليل (أ) انحراف مواضع القطب الكهربائي الفعلية عن المواقع المقصودة و (ب) الانجراف عبر جلسة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي بالصيغة التالية ومعيار L² كمتغير تابع:

yij = β0 + POSITIONx1ij + REGIONx2ij + POSITION * REGIONx3ij + μ0j + εij

yij هي المسافة المعيارية L2 بين مواضع القطب المقصود والفعلية في الموضع i للموضوع j. β0 هو اعتراض التأثير الثابت ، X1 هي قيمة POSITION (1: مقصود ، 2: ما قبل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الفعلي ؛ 3: بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي) في الموضع i في الموضوع j. X2 هي قيمة منطقة الاهتمام (1: lTPC ، 2: rDLPFC ، 3: rOTC) في المنطقة i في الموضوع j. X3 هي قيمة التفاعل ل POSITION و REGION للموضع والمنطقة i والموضوع j ، u0 هو الاعتراض العشوائي للموضوع j (μ0j ~ N (0 ، τ002)) ؛ εij هي بقايا النقطة الزمنية i في الموضوع j (εij ~ N (0،σ2)).

تم إجراء مقارنة دقة الاستهداف لوضع القطب الكهربائي القائم على فروة الرأس والتنقل العصبي باستخدام اختبار t بناء على اختلافات معيار L2 بين المواضع المقصودة والفعلية في المجموعات المعنية.

دقة التنسيب العصبي والإزاحة عبر التجربة
أظهر النموذج المرجعي (الموضع المقصود للأنودات المركزية ؛ المنطقة: lTPC) انحرافات كبيرة في مواضع القطب الكهربائي عن المواضع المقصودة في كل من تقييمات ما قبل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي وما بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (8.71 مم ، 95٪ -CI: [6.57-10.84] ، ص < .001 ؛ 8.51 مم ، 95٪ -CI: [6.35-10.66] ، ص < .001) الجدول التكميلي S1. تم حساب التحليل اللاحق للوسائل الهامشية المقدرة (EMMs) لجميع التأثيرات الرئيسية والبسيطة ذات الأهمية (انظر الجدول التكميلي S2 ، الجدول التكميلي S3 ، الشكل 6 ، الشكل 7 ، الشكل التكميلي S3 ، والشكل التكميلي S4). كان متوسط خطأ التنسيب المتوقع لجميع جلسات ما قبل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي 8.54 مم 95٪ -CI: [7.66-9.42] ويختلف اختلافا كبيرا عن المواضع المقصودة (ر (296) = -8.54 ، ص < 0.0001). كان هذا هو الحال أيضا بالنسبة لإحداثيات ما بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (8.61 مم ، 95٪ -CI: [7.73-9.50] ؛ t (296) = -10.97 ، ص < 0.0001 ، انظر الشكل 6 والجدول التكميلي S2). نظرا لأن أخطاء المواضع قد تختلف حسب المنطقة25،40،41 ، فقد تم أيضا حساب التموضع الخاطئ بين المناطق المستهدفة لكل موضع. ومع ذلك ، لم يتم العثور على فروق خاصة بالمنطقة بين rOTC و lTPC و rDLPFC (الجدول التكميلي S3 ، الشكل 7 ، والشكل التكميلي S4).

كان إزاحة الأنودات المركزية (أي الانجراف) ، التي تم تقييمها من خلال مقارنة مواضع القطب الكهربائي الفعلية بين التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ضئيلا (-0.08 ± 0.39 مم ؛ ر (291) = -0.20 ، ص = 0.98). للحصول على التفاصيل ، انظر الشكل 6 والجدول التكميلي S2.

مقارنة أخطاء وضع القطب الكهربائي بين مناهج التنسيب العصبي وفروة الرأس
للتحقيق في أهمية التنسيب العصبي ، تمت مقارنة الاختلافات في L² Norm بين المواضع المقصودة والفعلية بناء على وضع القطب الكهربائي العصبي بأثر رجعي بالبيانات التي تم الحصول عليها من دراسة سابقة استخدمت نهج الاستهداف القائم على فروة الرأس25. في هذه الدراسة ، كان فرق L² Norm بين المواضع المقصودة والفعلية للأنود 12.33 ± 5.67 مم. كشفت المقارنة المباشرة بين النهج العصبي (8.83 ± 4.68) والأساليب القائمة على فروة الرأس عن انخفاض كبير في مسافة L² Norm بمقدار 3.50 مم لصالح وضع القطب الكهربائي العصبي (ر (397) = 4.91 ، ص < 0.001).

figure-results-1
الشكل 1: وصف مبسط لتسلسل الخطوات التي تمثل طريقة النمذجة الحالية الفردية. تهدف الطريقة إلى تحديد مواضع فروة الرأس المحسنة للأقطاب الكهربائية فوق المنطقة المستهدفة (DLPFC الأيمن) باستخدام إعداد tDCS بؤري 3 × 1. (أ) المنطقة التشريحية المستهدفة باللون الرمادي. (ب) موضع القطب الأمثل الموضح على رأس المشارك المعاد بناؤه (الأنود = أسود ، الكاثود 1 = الأحمر ، الكاثود 2 = أخضر ، الكاثود 3 = أزرق). (ج) مجال كهربائي محاكي استنادا إلى نمذجة التيار الفردية لهذا المونتاج (في V / m). (د) إحداثيات الهدف لجميع مواضع الأقطاب المقصودة المستخدمة أثناء الاستهداف الملاحي العصبي (الأبعاد: x / y / z). الاختصارات: DLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. tDCS = تحفيز التيار المباشر عبر الجمجمة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: معدات الملاحة العصبية. 1) تعقب الموضوع ، 2) مفك البراغي ، 3) قضيب سداسي ، 4) نظارات واقية ، 5) المؤشر. ملاحظة: يتصل برنامج الملاحة العصبية بمستشعر الموضع (كاميرا التتبع) للحصول على موقع متتبع الهدف (المثبت على النظارات الواقية). يستخدم مصفوفة تسجيل (يتم الحصول عليها عن طريق تحديد المعالم على رأس الموضوع من خلال المؤشر) لمحاذاة موضع رأس الموضوع من العالم الحقيقي إلى مساحة صورة المشارك (بناء على الصورة المرجحة T1 للمشارك). يتم توفير نظرة عامة على الإعداد العام في الشكل التكميلي S1. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: التحقق من صحة المنطقة المستهدفة. يوضح إجراء التحقق من صحة المناطق المستهدفة للتحفيز عبر الملاحة العصبية. 1) تم تجميع متتبع الموضوع على الجانب الأيسر من النظارات الواقية. 2) يتم استخدام المؤشر لتحديد الموضع المقصود للأنود (rDLPFC). 3) التقاطع الأخضر والنقطة الحمراء (التي تمثل طرف المؤشر) على شاشة الكمبيوتر. 3 أ) يكون رقم الفهرس أخضر إذا انحرف المؤشر عن التقاطع بأقل من 3 مم ؛ 3 ب) رقم الفهرس برتقالي إذا انحرف المؤشر بين 3 و 5 مم ؛ و 3 ج) يكون أحمر إذا انحرف المؤشر أكثر من 5 مم. اختصار: rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: المكونات المختارة لمحفز التيار المستمر متعدد القنوات و * المكونات المخصصة. (أ) 1) محول يتم توصيله بمخرج محفز التيار المستمر ، 2) كابل LAN للصندوق الخارجي ، 3) * الصندوق الخارجي (صندوق المرشح) الذي يتم وضعه داخل الدليل الموجي للماسح الضوئي أثناء tDCS-fMRI. يتم توصيل المشبك بالدليل الموجي لتوصيل صندوق المرشح بالكتلة العائمة لغرفة التصوير بالرنين المغناطيسي المحمية لتقليل القطع الأثرية المحتملة. 4) كابل الصندوق الداخلي ، 5) صندوق داخلي مع مقابس لكابلات القطب الكهربائي ، 6) * محول الصمامات الذي يجمع بين ثلاث قنوات فردية إلى قناة واحدة للأنود المركزي ، 7) * كابلات القطب الكهربائي المنصهرة والقطب الكهربائي للأنود المركزي (نصف قطر 10 مم) مصنوعة من السيليكون المرن والموصل للكهرباء ، 8) الكاثود والكابل الفردي ، 9) مثال على القطب الكهربائي الذي تم إدخاله في مساعد التعبئة المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، 10) مثال على القطب الكهربائي الموضوع في فاصل ثلاثي الأبعاد ، 11) شريط قياس ، 12) غطاء EEG بدون إدخالات بلاستيكية لتأمين الأقطاب الكهربائية على فروة الرأس. للإعداد الكامل والمكونات القياسية غير المستخدمة في هذا البروتوكول ، تتم إحالة القراء إلى موقع الويب الخاص بالشركة المصنعة (الرابط في جدول المواد). (ب) نموذج ثلاثي الأبعاد لمساعد تعبئة القطب. (ج) نموذج ثلاثي الأبعاد للفاصل. الاختصارات: tDCS-fMRI = التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للتحفيز المباشر عبر الجمجمة ؛ مخطط كهربية الدماغ = تخطيط كهربية الدماغ. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 5: عرض فطيرة لفروة الرأس والأقطاب الكهربائية بناء على صورة PETRA. تمثل الألوان أحجاما مختلفة من قناع فروة الرأس المسطح (أحمر = 2 مم ؛ أخضر = 4 مم ، أزرق = 6 مم من فروة الرأس المنتفخة لتصور عمق الرأس). يتم تمييز اتجاهات الصورة المحولة بأحرف بيضاء. تمثل النقاط البيضاء نقاط الحافة المحددة يدويا للأنود المركزي الموضوعة فوق قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. تم حساب مركز الكتلة على أنه إحداثيات نقطة المنتصف لنقاط الحافة قبل إعادة التحول إلى فضاء ثلاثي الأبعاد. الاختصارات: PETRA = تقليل وقت التشفير النقطي مع الاستحواذ الشعاعي ؛ L = اليسار ؛ R = حق. ص = خلفي. أ = أمامي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 6: الوسائل الهامشية المقدرة لمعيار L2 (المعيار الإقليدي) المسافة بين مواضع القطب المقصود والفعلية للقطب الكهربائي المضاد عبر جميع الجلسات والمناطق (rOTC ، lTPC ، rDLPFC). نقاط البيانات الأصلية باللون الفيروزي. EMMs فواصل ثقة 95٪ باللون الرمادي. الاختصارات: EMMs = الوسائل الهامشية المقدرة ؛ rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرنين المغناطيسي الوظيفي = التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-7
الشكل 7: الوسائل الهامشية المقدرة لمسافة معيارL 2 (المعيار الإقليدي) بين مواضع القطب المقصود والفعلية للقطب العندي على مدار جميع الجلسات بين كل منطقة (rOTC ، lTPC ، rDLPFC) لكل موضع (مقصود ، قبل / بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي). نقاط البيانات الأصلية باللون الفيروزي. EMMs فواصل ثقة 95٪ باللون الرمادي. الاختصارات: EMMs = الوسائل الهامشية المقدرة ؛ rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرنين المغناطيسي الوظيفي = التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل التكميلي S1: نظرة عامة على نظام الملاحة العصبية. 1) التحكم في الكمبيوتر لنظام الملاحة العصبية مع تثبيت برنامج الملاحة العصبية ؛ 2) كاميرا بولاريس. 3) دواسة القدم. 4) نظارات واقية مع متتبع الموضوع (انظر الشكل 2 للحصول على التفاصيل) ؛ 5) المؤشر. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S2: الجلد المعاد بناؤه مع معالم باللون الأصفر. 1) Nasion ، 2) فتحة الأنف اليسرى. 3) فتحة الأنف اليمنى. 4) حفرة الأذن اليسرى. 5) حفرة الأذن اليمنى (انظر خطوة البروتوكول 3.1.7). الاختصارات: LPA = حفرة ما قبل الأذن اليسرى ؛ RPA = حفرة الأذن اليمنى. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S3: الوسائل الهامشية المقدرة لمعيار L² (المعيار الإقليدي) المسافة بين مواضع القطب المقصود والفعلية للقطب الكهربي عبر جميع الجلسات بين المواضع (المقصودة ، قبل / بعد الرنين المغناطيسي الوظيفي) لكل منطقة (rOTC ، lTPC ، rDLPFC). نقاط البيانات الأصلية باللون الفيروزي. EMMs فواصل ثقة 95٪ باللون الرمادي. الاختصارات: EMMs = الوسائل الهامشية المقدرة ؛ rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرنين المغناطيسي الوظيفي = التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الشكل التكميلي S4: الوسائل الهامشية المقدرة لمعيار L² (المعيار الإقليدي) المسافة بين مواضع القطب المقصود والفعلية للقطب الكهربائي العندي عبر جميع الجلسات والمواقف (المقصودة ، قبل / بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي) لكل منطقة ذات أهمية (rOTC ، lTPC ، rDLPFC). نقاط البيانات الأصلية باللون الفيروزي. EMMs فواصل ثقة 95٪ باللون الرمادي. القشرة الصدغية القذالية اليمنى (rOTC) ، القشرة الجدارية الصدغية اليسرى (lTPC) ، قشرة الفص الجبهي الظهري الجانبي الأيمن (rDLPFC). الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول التكميلي S1: نتائج تحليل النموذج المختلط الخطي لمسافة L² Norm (المعيار الإقليدي) بين الإحداثيات المقصودة والفعلية. يتم الإبلاغ عن معاملات الانحدار للنماذج الخطية المختلطة (نماذج الاعتراض العشوائي) والقيم p على الوجهين. الاختصارات: CI = فاصل الثقة ؛ rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. df = درجات الحرية. σ2 = التباين المتبقي المجمع؛ τ = التباين المجمع الذي تفسره الموضوعات ؛ ICC = معامل الارتباط داخل الفئة ؛ N = عدد المواضيع. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول التكميلي S2: EMMs اللاحقة لتحليل النموذج المختلط الخطي لاختلافات معيار L² (المعيار الإقليدي). التباينات الرئيسية والبسيطة للتأثير الرئيسي للموضع (المقصود ، قبل / بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، انظر أيضا الشكل التكميلي S2) والتأثيرات البسيطة للموضع لكل منطقة (lTPC ، rDLPFC ، rOTC ، انظر أيضا الشكل 6). بالنسبة للتأثيرات البسيطة ، يتم عرض التأثيرات المهمة فقط. الاختصارات: EMMs = الوسائل الهامشية المقدرة ؛ SE = الخطأ القياسي. df = درجات الحرية. rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول التكميلي S3: EMMs اللاحقة لتحليل النموذج الخطي المختلط لاختلاف معيار L² (المعيار الإقليدي ). التباينات الرئيسية والبسيطة للتأثير الرئيسي للمنطقة (lTPC ، rDLPFC ، rOTC ، انظر أيضا الشكل التكميلي S3) والتأثيرات البسيطة للمنطقة لكل موضع (مقصود ، قبل / بعد التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، انظر أيضا الشكل 7). الاختصارات: EMMs = الوسائل الهامشية المقدرة ؛ SE = الخطأ القياسي. df = درجات الحرية. rOTC = القشرة الصدغية القذالية اليمنى ؛ lTPC = القشرة الجدارية الصدغية اليسرى ؛ rDLPFC = قشرة الفص الجبهي الظهرية الجانبية اليمنى. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الخطوات الحاسمة والتعديلات المحتملة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها للطريقة
يعد تحديد المواقع بدقة للأقطاب الكهربائية عاملا تقنيا حاسما في تجارب tDCS ، ويمكن أن تؤثر الانحرافات عن مواضع فروة الرأس المقصودة أو انجراف القطب الكهربائي على التدفق الحالي إلى مناطق الدماغ المستهدفةالمقصودة 42،43. هذا مهم بشكل خاص بالنسبة ل tDCS البؤري ، حيث أن الخصوصية الإقليمية للتيار المعطى تجعل هذه الإعدادات عرضة بشكل خاص لتأثيرات أخطاء تحديد المواقع5،25. في البروتوكول الحالي ، وصفنا طريقة tDCS العصبية والبؤرية التي يتم إعطاؤها أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، والتي تهدف إلى تعزيز دقة التنسيب في مواضع فروة الرأس المحددة بشكل فردي. تشمل الخطوات الحاسمة (1) استخدام نمذجة تدفق التيار الكهربائي لتحسين موضع فروة الرأس لإعداد 3 × 1 لكل مشارك في الدراسة ، (2) تحديد مواضع فروة الرأس المحسنة عن طريق التنقل العصبي ، (3) تحديد موضع الأقطاب الكهربائية وتأمينها على فروة الرأس باستخدام إجراءات موحدة ، و (4) التحقيق في دقة التنسيب وانجراف القطب الكهربائي قبل وبعد tDCS-fMRI المتزامن.

تصف الخطوة الأولى في بروتوكولنا تحسين مواضع القطب الكهربائي لمشارك فردي في الدراسة في وحدة الأبحاث المستمرة (RU) عن طريق النمذجة الحالية الفردية (يمكن العثور على رمز لإعادة بناء التحسين هنا https://github.com/memoslap/SimNIBS_Optimization). هذا النهج محدد للغاية لمشاريع RU وتضمن خطوتين تحضيريتين لم يتم الإبلاغ عنهما هنا: (1) تعريف المناطق التشريحية المستهدفة لثمانية مشاريع تجريبية RU (www.memoslap.de) بناء على دراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي و / أو tDCS التي استخدمت نفس / المهام الحركية أو المعرفية ؛ (2) معادلة متوسط الجرعة الحالية عبر المشاريع عن طريق ضبط التباعد بين الأنود المركزي والكاثودات المحيطة. تضمن ذلك دراسة النمذجة الحسابية وبيانات التصوير الهيكلي المتاحة لمجموعتنا لتحديد تباعد الأقطاب الكهربائية الخاص بالمشروع. ثم تم استخدام هذه المونتاج الخاص بالمشروع لتحسين مواضع فروة الرأس للمشاركين الفرديين في مشاريع RU لتحقيق أقصى كثافة تيار في المناطق المستهدفة المعنية (في هذا البروتوكول: DLPFC الأيمن). والجدير بالذكر أن هناك العديد من الطرق الممكنة لتحديد أوضاع فروة الرأس المرغوبة ، وتعتمد هذه الطرق على أهداف الدراسة (على سبيل المثال ، التحكم الإقليمي أو التحكم في الجرعة ، والاستهداف التشريحي أو الوظيفي).

وبالمثل ، هناك عدد من أجهزة الملاحة العصبية المختلفة المتاحة تجاريا ومحفزات التيار المستمر التي يمكن استخدامها للتنسيب العصبي وإجراء دراسة tDCS-fMRI. وبالتالي ، ستكون هناك حاجة إلى تعديلات على الإجراءات الموضحة في هذا البروتوكول إذا تم استخدام معدات من جهات تصنيع مختلفة أو تم إجراء tDCS-fMRI بنوع ماسح ضوئي مختلف. ومع ذلك، نعتقد أنه يمكن تكييف البروتوكول بطريقة مرنة لتلبية المتطلبات الخاصة بالدراسة. على سبيل المثال ، بالنسبة لإعدادات 3 × 1 ، نوصي باستخدام فاصل مطبوع ثلاثي الأبعاد لضمان تحقيق المسافة المطلوبة بين الأقطاب الكهربائية والحفاظ عليها أثناء التنسيب والمسح الضوئي. يمكن تحقيق توحيد كمية المعجون الموصل باستخدام مساعد تعبئة القطب كما هو موضح في هذا البروتوكول. للسماح بالتخصيص، تم إتاحة النماذج ثلاثية الأبعاد المستخدمة للطباعة للجمهور (انظر خطوة البروتوكول 4.1.3.2).

يعد تعقيد تجارب الرنين المغناطيسي الوظيفي tDCS داخل الماسح الضوئي اعتبارا حاسما آخر ، والذي يتطلب من المشاركين الانتقال إلى أقطاب كهربائية متصلة برؤوسهم. تنطوي هذه الدراسات على خطر كبير من إزاحة القطب اللاحق ، حتى مع تحديد المواقع بدقة5. لذلك ، نوصي بتنفيذ الطرق المناسبة بشكل روتيني لتقليل إزاحة القطب الكهربائي والانجراف (على سبيل المثال ، استخدام وسائد قابلة للنفخ قياسية متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لتجنب إزاحة الأقطاب الكهربائية داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي ، أو أغطية مخطط كهربية الدماغ أو الأشرطة المحددة للحفاظ على الأقطاب الكهربائية في مكانها ، وغيرها من التدابير المفصلة في البروتوكول أعلاه).

أخيرا ، بالمقارنة مع دراسات tDCS السلوكية ، فإن إدارة tDCS أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي يسمح بالتحقق من المواضع الدقيقة للأقطاب الكهربائية على فروة الرأس (بناء على صور التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية ثلاثية الأبعاد) والتقدير الكمي للانحرافات المحتملة عن المواضع المقصودة. ومع ذلك ، فإن تحديد مواضع القطب الكهربائي في 3D عرضة للأخطاء. لذلك ، نقترح تحولا ثنائي الأبعاد لفروة الرأس والأقطاب الكهربائية لتسهيل التحقق من مواضع القطب الفعلية. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى دراسات مستقبلية للتحقق من صحة هذا النهج الجديد ومقارنة النتائج باستخراج البيانات من الصور ثلاثية الأبعاد.

أهمية الطريقة بالنسبة للطرق الأخرى الحالية
تم استخدام مناهج الاستهداف القائمة على فروة الرأس (على سبيل المثال ، نظام 10-20 EEG44) في غالبية أبحاث tDCS حتى الآن. يتضمن ذلك التحديد اليدوي أو الآلي للمعالم التشريحية والقياسات الإضافية (على سبيل المثال ، محيط الرأس ، وحساب التقاطعات بين المعالم) لتحديد مواضع فروة الرأس المقصودة للأقطاب الكهربائية. في حين أن هذا النهج يفسر حجم رأس المشاركين الفرديين إلى حد ما ، إلا أنه يتجاهل الخصائص الأخرى لمورفولوجيا الدماغ والجمجمة ، مما يؤدي إلى فقدان الدقة5،41،45. يتم توضيح الدقة المحسنة التي يمكن تحقيقها من خلال التنقل العصبي الموجه بالرنين المغناطيسي في قسم النتائج التمثيلية لهذا البروتوكول. هنا ، قمنا بقياس دقة الاستهداف العصبي باستخدام بيانات من دراسة tDCS-fMRI متعددة المراكز وقارنا بأثر رجعي دقة التنسيب للاستهداف العصبي مع نهج قائم على فروة الرأس. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بالتحقيق في درجة إزاحة القطب الكهربائي أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. كانت النتائج الرئيسية للجزء التجريبي من هذا البروتوكول هي أن (1) الاستهداف العصبي يتفوق على وضع القطب الكهربائي القائم على فروة الرأس ، بدقة أعلى بنسبة 40٪ تقريبا بناء على معيار L2 . و (2) كان هناك الحد الأدنى من انجراف الأقطاب الكهربائية عبر جلسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، مما يسلط الضوء على أن الخطوات الفنية والإجرائية المنفذة للحفاظ على الأقطاب الكهربائية في مكانها (مثل الغطاء ، الفاصل ، الوسائد القابلة للنفخ) كانت ناجحة.

القيود والتطبيقات المستقبلية للطريقة
هناك العديد من العوامل المقيدة لاستخدام النهج الموضح في هذا البروتوكول. على سبيل المثال ، يتطلب تحسين مواضع القطب المقصود عن طريق النمذجة الحسابية ، والاستهداف العصبي ، والتحقق من الأقطاب الكهربائية الوصول إلى بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلية ، والخبرة الفنية المحددة ، والمعدات المكلفة التي قد لا تكون متاحة. ومن ثم ، فإن هذا النهج يقتصر على مراكز الأبحاث المتخصصة التي تجري دراسات تتطلب دقة مكانية عالية للتسليم الحالي (على سبيل المثال ، الدراسات التجريبية في مجموعات النمط العصبي التي تبحث في العلاقات السببية بين الدماغ والسلوك أو دراسات النمذجة الحسابية التي تبحث في علاقات الجرعة والاستجابة). في هذا السياق ، تجدر الإشارة إلى أن صلاحية النمذجة الحالية القائمة على التصوير بالرنين المغناطيسي قد تنخفض في المرضى الذين خضعوا لجراحة في الرأس أو الآفات التقدمية ، والتي يجب أخذها في الاعتبار عند تطبيق الطرق الموضحة في هذا البروتوكول على السكان السريريين.

بالإضافة إلى ذلك ، يهدف تحسين مواضع القطب الكهربائي عن طريق النمذجة الحسابية ووضع التنقل العصبي في هذا البروتوكول إلى زيادة الدقة التشريحية. كما ذكرنا أعلاه ، هناك طرق أخرى للاستهداف الفردي ممكنة (بما في ذلك الأساليب الغازية التي تقتصر على مجموعات سكانية سريريةمحددة 46) ، والدقة التشريحية لا تعني بالضرورة الأهمية الوظيفية للمنطقة المحفزة. سيتطلب هذا الأخير مهمة مترجم (إما على مستوى المشارك الفردي أو المجموعة) ، تم الحصول عليها قبل tDCS-fMRI ، لتحديد مناطق الدماغ ذات الصلة وظيفيا للاستهداف العصبي. بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج الأبحاث المستقبلية إلى تحديد الأهمية الوظيفية لإزاحة القطب الكهربائي على الوظائف السلوكية والعصبية ، بما في ذلك المقارنة المباشرة للتأثيرات بين المونتاج البؤري والتقليدي.

وتجدر الإشارة إلى أن عمليات المحاكاة الحاسوبية تعتمد على الدقة التشريحية لتجزئة الأنسجة (شبه الآلية) المكتسبة من التصوير بالرنين المغناطيسي وتقدير المجال الكهربائي بناء على افتراضات حول التوصيل الكهربائي لفئات الأنسجةالمختلفة 5،47. لذلك ، لزيادة دقة النماذج الحسابية ، من الضروري التحقق من صحة هذه الافتراضات وتقييم دقة التجزئة. في هذا الصدد ، تشمل الطرق الجديدة لدراسة موصلية تدفق التيار الناجم عن tDCS لأنسجة المخ أثناء قياسات tDCS-MRI المتزامنة تصوير كثافة التيار بالرنين المغناطيسي (MRCDI) والتصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي بمقاومة كهربائية (MREIT) 5،48،49. هذه الأساليب لديها القدرة على التحقق من صحة محاكاة المجال الكهربائي tDCS وتحسين حسابات الجرعة الحالية الفردية. من المرجح أن يؤدي الجمع بين مناهج النمذجة الحسابية المحسنة هذه مع tDCS العصبي إلى تحسين دقة وفعالية tDCS في السياقات التجريبية والسريرية في المستقبل القريب.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MAN عضو في المجالس الاستشارية العلمية للكهرباء العصبية و Précis. يتم استخدام AH جزئيا بواسطة neuroConn GmbH. المؤلفون الآخرون ليس لديهم تضارب في المصالح للإعلان عنهم.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (منح المشروع: FL 379 / 26-1; ME 3161 / 3-1 ؛ CRC INST 276 / 741-2 و 292 / 155-1 ، وحدة البحث 5429 / 1 (467143400) ، FL 379 / 34-1 ، FL 379 / 35-1 ، Fl 379 / 37-1 ، Fl 379 / 22-1 ، Fl 379 / 26-1 ، ME 3161 / 5-1 ، ME 3161 / 6-1 ، AN 1103 / 5-1 ، TH 1330 / 6-1 ، TH 1330 / 7-1). تم دعم AT من قبل مؤسسة Lundbeck (منحة R313-2019-622). نشكر صوفي دابلشتاين وكيرا هيرينج على مساعدتهما في استخراج البيانات.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
نظام الملاحة العصبية BrainsightBrainsight ؛ شركة روغ ريسيرتش ، مونترو إيكوت. al, كندا
CR-5 برو طابعة ثلاثية الأبعاد عالية الحرارة CREALITY ، شنتشن ، الصين
DC-STIMULATOR MCNeuroConn GmbH ، إلميناو ، ألمانياhttps://www.neurocaregroup.com/technology/dc-stimulator-mc
EMLA Cream 5٪Aspen ، دبلن ، أيرلندا
MAGNETOM Vida 3T ، برنامج syngo_MR_XA50Siemens Healthineers AG ، Forchheim ، ألمانيا
كاميراPolarisبولاريس فيكرا. شركة Northern Digital Inc. ، واترلو ، كندا
Ten20 معجون EEG موصلWeaver and Company ، أورورا ، الولايات المتحدة الأمريكية
خيوط طابعة TPU ثلاثية الأبعادSUNLU International ، هونغ كونغ ، الصين
<قوية>مثال على البدائل< / strong>
Ingenia 3.0T (ماسح ضوئي بالرنين المغناطيسي)فيليبس ، أمستردام ، هولندا
Localite TMS Navigator (معدات الملاحة العصبية)Localite ، بون ، ألمانيا
الملاح العصبي (معدات الملاحة العصبية)Soterix ، نيو جيرسي ، الولايات المتحدة الأمريكية
خيوط الطابعة PEBA 3DKimya ، نانت ، فرنسا
خيوط الطابعة ثلاثية الأبعاد PLAFilamentworld ، Neu-Ulm ، Deutschland
StarStim (محفز)الكهرباء العصبية ، برشلونة ، إسبانيا

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Perceval, G., Flöel, A., Meinzer, M. Can transcranial direct current stimulation counteract age-associated functional impairment. Neurosci Biobehav Rev. 65, 157-172 (2016).
  2. Simonsmeier, B. A., Grabner, R. H., Hein, J., Krenz, U., Schneider, M. Electrical brain stimulation (tES) improves learning more than performance: A meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 84, 171-181 (2018).
  3. Chan, M. M. Y., Yau, S. S. Y., Han, Y. M. Y. The neurobiology of prefrontal transcranial direct current stimulation (tDCS) in promoting brain plasticity: A systematic review and meta-analyses of human and rodent studies. Neurosci Biobehav Rev. 125, 392-416 (2021).
  4. Stagg, C. J., Antal, A., Nitsche, M. A. Physiology of transcranial direct current stimulation. J ECT. 34 (3), 144-152 (2018).
  5. Meinzer, M., et al. Investigating the neural mechanisms of transcranial direct current stimulation effects on human cognition: current issues and potential solutions. Front Neurosci. 18, e1389651(2024).
  6. Sandrini, M., Umiltà, C., Rusconi, E. The use of transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience: A new synthesis of methodological issues. Neurosci Biobehav Rev. 35 (3), 516-536 (2011).
  7. Bashir, S., et al. Effects of anodal transcranial direct current stimulation on motor evoked potentials variability in humans. Physiol Rep. 7 (13), e14087(2019).
  8. Breakspear, M. Dynamic models of large-scale brain activity. Nat Neurosci. 20 (3), 340-352 (2017).
  9. Crosson, B., et al. Functional imaging and related techniques: an introduction for rehabilitation researchers. J Rehabil Res Dev. 47 (2), vii-xxxiv (2010).
  10. Mier, W., Mier, D. Advantages in functional imaging of the brain. Front Hum Neurosci. 9, 249(2015).
  11. Antonenko, D., et al. Microstructural and functional plasticity following repeated brain stimulation during cognitive training in older adults. Nat Commun. 14 (1), e3184(2023).
  12. Jamil, A., et al. Current intensity- and polarity-specific online and aftereffects of transcranial direct current stimulation: An fMRI study. Hum Brain Mapp. 41 (6), 1644-1666 (2020).
  13. Keeser, D., et al. Prefrontal transcranial direct current stimulation changes connectivity of resting-state networks during fMRI. J Neurosci. 31 (43), 15284-15293 (2011).
  14. Meinzer, M., Lindenberg, R., Antonenko, D., Flaisch, T., Floel, A. Anodal transcranial direct current stimulation temporarily reverses age-associated cognitive decline and functional brain activity changes. J Neurosci. 33 (30), 12470-12478 (2013).
  15. Nardo, D., et al. Transcranial direct current stimulation with functional magnetic resonance imaging: a detailed validation and operational guide. Wellcome Open Res. 6, 143(2023).
  16. Meinzer, M., et al. Transcranial direct current stimulation and simultaneous functional magnetic resonance imaging. J Vis Exp. (86), e51730(2014).
  17. Bergmann, T. O., Hartwigsen, G. Inferring causality from noninvasive brain stimulation in cognitive neuroscience. J Cogn Neurosci. 33 (2), 195-225 (2021).
  18. Villamar, M. F., et al. Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS). J Vis Exp. (77), e50309(2013).
  19. Gbadeyan, O., McMahon, K., Steinhauser, M., Meinzer, M. Stimulation of dorsolateral prefrontal cortex enhances adaptive cognitive control: A high-definition transcranial direct current stimulation study. J Neurosci. 36 (50), 12530-12536 (2016).
  20. Kuo, H. -I., et al. Comparing cortical plasticity induced by conventional and high-definition 4 × 1 ring tDCS: A neurophysiological study. Brain Stimul. 6 (4), 644-648 (2013).
  21. Martin, A. K., Su, P., Meinzer, M. Common and unique effects of HD-tDCS to the social brain across cultural groups. Neuropsychologia. 133, e107170(2019).
  22. Martin, A. K., Kessler, K., Cooke, S., Huang, J., Meinzer, M. The right temporoparietal junction Is causally associated with embodied perspective-taking. J Neurosci. 40 (15), 3089-3095 (2020).
  23. Müller, D., Habel, U., Brodkin, E. S., Clemens, B., Weidler, C. HD-tDCS induced changes in resting-state functional connectivity: Insights from EF modeling. Brain Stimul. 16 (6), 1722-1732 (2023).
  24. Seo, H., Kim, H. -I., Jun, S. C. The effect of a transcranial channel as a skull/brain interface in high-definition transcranial direct current stimulation-a computational study. Sci Rep. 7 (1), e40612(2017).
  25. Niemann, F., et al. Electrode positioning errors reduce current dose for focal tDCS set-ups: Evidence from individualized electric field mapping. Clin Neurophysiol. 162, 201-209 (2024).
  26. Field modeling for transcranial magnetic stimulation: A useful tool to understand the physiological effects of TMS. Thielscher, A., Antunes, A., Saturnino, G. B. 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), , 222-225 (2015).
  27. Meinzer, M., et al. Investigating the neural mechanisms of transcranial direct current stimulation effects on human cognition: current issues and potential solutions. Frontiers in Neuroscience. 18, 1389651(2024).
  28. Ghadimi, M., Sapra, A. Magnetic resonance imaging contraindications. StatPearls. , (2024).
  29. Antal, A., et al. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 128 (9), 1774-1809 (2017).
  30. Ekhtiari, H., et al. A checklist for assessing the methodological quality of concurrent tES-fMRI studies (ContES checklist): a consensus study and statement. Nat Protoc. 17 (3), 596-617 (2022).
  31. Dinn, W., et al. Effectiveness of tDCS blinding protocol in a sham-controlled study. Brain Stimul. 10 (2), 401(2017).
  32. Turner, C., Jackson, C., Learmonth, G. Is the "end-of-study guess" a valid measure of sham blinding during transcranial direct current stimulation. Eur J Neurosci. 53 (5), 1592-1604 (2021).
  33. Saturnino, G. B., et al. SimNIBS 2.1: A comprehensive pipeline for individualized electric field modelling for transcranial brain stimulation. Brain and Human Body Modeling. , 3-25 (2019).
  34. Windhoff, M., Opitz, A., Thielscher, A. Electric field calculations in brain stimulation based on finite elements: An optimized processing pipeline for the generation and usage of accurate individual head models. Hum Brain Mapp. 34 (4), 923-935 (2013).
  35. Puonti, O., et al. Accurate and robust whole-head segmentation from magnetic resonance images for individualized head modeling. NeuroImage. 219, e117044(2020).
  36. neuroConn Programmable multichannel current stimulator -- DC-Stimulator MC Instruction for use -- (Version 5.3.1). , (2021).
  37. Fleury, M., Barillot, C., Mano, M., Bannier, E., Maurel, P. Automated electrodes detection during simultaneous EEG/fMRI. Frontiers in ICT. 5, (2019).
  38. De Munck, J. C., Van Houdt, P. J., Gonçalves, S. I., Van Wegen, E., Ossenblok, P. P. W. Novel artefact removal algorithms for co-registered EEG/fMRI based on selective averaging and subtraction. NeuroImage. 64, 407-415 (2013).
  39. Rich, T. L., et al. Determining electrode placement for transcranial direct current stimulation: A comparison of EEG- versus TMS-guided methods. Clin EEG Neurosci. 48 (6), 367-375 (2017).
  40. Okamoto, M., et al. Three-dimensional probabilistic anatomical cranio-cerebral correlation via the international 10-20 system oriented for transcranial functional brain mapping. NeuroImage. 21 (1), 99-111 (2004).
  41. Herwig, U., Satrapi, P., Schönfeldt-Lecuona, C. Using the international 10-20 EEG system for positioning of transcranial magnetic stimulation. Brain Topogr. 16 (2), 95-99 (2003).
  42. Indahlastari, A., et al. The importance of accurately representing electrode position in transcranial direct current stimulation computational models. Brain Stimul. 16 (3), 930-932 (2023).
  43. Woods, A. J., Bryant, V., Sacchetti, D., Gervits, F., Hamilton, R. Effects of electrode drift in transcranial direct current stimulation. Brain Stimul. 8 (3), 515-519 (2015).
  44. Thair, H., Holloway, A. L., Newport, R., Smith, A. D. Transcranial direct current stimulation (tDCS): A beginner's guide for design and implementation. Front Neurosci. 11, e641(2017).
  45. De Witte, S., et al. Left prefrontal neuronavigated electrode localization in tDCS: 10-20 EEG system versus MRI-guided neuronavigation. Psychiatry Res Neuroimaging. 274, 1-6 (2018).
  46. Daoud, M., et al. Stereo-EEG based personalized multichannel transcranial direct current stimulation in drug-resistant epilepsy. Clin. Neurophysiol. 137, 142-151 (2022).
  47. Hunold, A., Haueisen, J., Nees, F., Moliadze, V. Review of individualized current flow modeling studies for transcranial electrical stimulation. J Neurosci Res. 101 (4), 405-423 (2023).
  48. Göksu, C., et al. Human in-vivo brain magnetic resonance current density imaging (MRCDI). NeuroImage. 171, 26-39 (2018).
  49. Göksu, C., Scheffler, K., Siebner, H. R., Thielscher, A., Hanson, L. G. The stray magnetic fields in magnetic resonance current density imaging (MRCDI). EJMP. 59, 142-150 (2019).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة