本文旨在介绍一种将经颅直流电刺激（tDCS）与质子磁共振波谱（1H-MRS）测量相结合的基本实验方案，以研究双侧刺激对初级运动皮层代谢的影响。
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本文内容
摘要
摘要
经颅直流电刺激（tDCS）是一种神经调节技术，在过去十年中 increasingly 被用于治疗中风和抑郁症等神经病学及精神疾病。然而，tDCS 调控大脑兴奋性以改善临床症状的潜在机制仍不甚清楚33。为了增进对此的理解，可采用质子磁共振波谱（1H-MRS），因其能够在特定脑区实现对脑代谢物（如 γ-氨基丁酸（GABA）和谷氨酸）的体内定量分析41。事实上，最近一项研究证实，1H-MRS 确实是深入理解 tDCS 对神经递质浓度影响的有力手段34。本文旨在详细描述将 tDCS（NeuroConn MR 兼容刺激器）与 3 T 磁共振系统上的 1H-MRS 结合使用的完整实验方案，其中采用 MEGA-PRESS 序列。我们将重点介绍一种在治疗中风后运动功能障碍方面展现出巨大潜力的方案，该方案包括对初级运动皮层进行双侧刺激27,30,31。同时，本文也讨论了需考虑的方法学因素以及对该方案可能进行的修改。
引言
自古以来，人们就已开始研究通过向人脑施加电流以调节其活动。事实上，早在公元11世纪的文献中就已有相关记载。th 本世纪已发现有关使用电鳐鱼治疗癫痫发作的记载1然而，直到最近，非侵入性脑刺激才在科学界引起广泛关注，因其被证实可对认知功能和运动反应产生调节作用2自20世纪80年代初以来，经颅磁刺激（TMS）已得到广泛研究3近年来，经颅直流电刺激（tDCS）受到越来越多关注，因其现已被视为治疗多种神经病理疾病（如中风）的一种可行治疗方案4酒精成瘾5，以及慢性疼痛6与TMS等神经刺激技术相比，tDCS具有多种优势，例如相对成本较低、无痛、患者耐受性良好，并且具有便携性，因此可在床旁进行施用7事实上，只有一小部分患者在刺激过程中会出现轻微的刺痛感8然而，这种感觉通常在几秒钟后消失9因此，由于大多数受试者无法区分假刺激与真实刺激，tDCS能够实现可靠的双盲、假刺激对照研究。9,10.
经颅直流电刺激（tDCS）通过放置在受试者头皮表面的电极施加恒定的低电流（1-2 mA）来实现。电极通常置于浸有生理盐水的海绵中，或使用脑电图（EEG）类型的导电膏直接放置在头皮上。进行tDCS研究时，实验者需控制四个主要参数：1）刺激持续时间；2）刺激强度；3）电极尺....
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方案
该研究获得了功能神经影像学单位和蒙特利尔大学研究与社区伦理委员会的批准，并遵循《赫尔辛基宣言》中规定的伦理准则进行。所有受试者在经过仔细的磁共振成像兼容性筛查后，均签署了书面知情同意书，并因其参与而获得了经济补偿。
1. 经颅直流电刺激材料
- 开始实验前，请确保所有必要材料均已备齐（参见 图1 中的清单）。
注意：经颅直流电刺激（tDCS）可使用不同尺寸的电极。本研究将采用两个 5 × 7 cm 的橡胶电极。可根据刺激区域及所需的刺激聚焦性选择其他尺寸48。 - 务必检查直流刺激仪的电池是否已充电，并定期为其充电，出于安全考虑，设备在刺激过程中无法充电或连接电源。
2. 刺激条件的规划
- 根据设备附带的说明打开经颅直流电刺激（tDCS）设备。预先将 tDCS 设备设置为两种不同的刺激模式（真实刺激和假刺激）。
- 由于某些设备没有预设模式，因此在开始刺激前需选择合适的假刺激参数。
- 通过加载设定来预定义一组参数。按下按钮 2 或 4，在主菜单中选择 "system" 选项（见图 2）。
- 按下按钮 3，将光标移至显示屏的第 2 行。
- 按下按钮 2 或 ....
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结果
图6 显示了位于M1区手部表征区域上的感兴趣体积（VOI）位置，所有磁共振波谱（MRS）测量均在此区域进行。在图6D中，三维可视化图像清晰地展示了经颅直流电刺激（tDCS）电极放置在头皮上初级运动皮层（M1）上方的位置。图7 显示了在M1区采集的代表性“EDIT OFF”谱图及差值（“DIFF”）谱图。可清晰观察到对应于谷氨酸复合物（Glx）、γ-氨基丁酸+大分子（GABA+MM）以及N-乙酰天门冬氨酸（NAA）的峰。
图8展示了单个参与者在三种不同条件下，经颅直流电刺激（tDCS）前和tDCS后MRS采集数据的变化百分比。tDCS后的结果分为两个时间点，以说明随时间变化的演变情况。图8a显示了Glx的变化百分比。在假刺激条件下，Glx浓度未表现出显著的调节作用。在双侧刺激1（左侧阳极、右侧阴极）条件下，Glx浓度同样未观察到明显调节；然而，其随时间变化的调节趋势与假刺激条件相反。最后，在双侧刺激2（左侧阴极、右侧.......
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讨论
本文旨在描述使用3 T磁共振扫描仪联合应用经颅直流电刺激（tDCS）和氢质子磁共振波谱（1H-MRS）的标准操作流程。下一节将讨论方法学因素。
关键步骤
禁忌症筛查
实验前，必须对参与者进行筛查，以排除任何与使用经颅直流电刺激（tDCS）相关的禁忌证 1氢质子磁共振波谱（H-MRS）。建议对经颅直流电刺激（tDCS）采用以下排除标准：有精神或神经系统疾病史、安装心脏起搏器、颅内植入金属物、晕厥史、癫痫史或物质滥用史。由于仅采集左侧初级运动皮层（M1）的代谢物数据，建议将左利手受试者排除于研究之外。事实上，最近一项研究显示，根据手部偏好，优势半球与非优势半球之间的半球间抑制存在差异，这可能影响刺激的效果 15此外，在开始实验前，应检查头皮是否有任何损伤，并询问受试者是否有皮肤疾病。 56如果存在病灶，应尽量避免直接刺激受累区域。刺激后还建议检查皮肤状况。 57同时，需筛查受试者是否对电极安装所用的任.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究工作获得了加拿大卫生研究院和加拿大自然科学与工程研究理事会资助项目的资助。ST 获得了加拿大卫生研究院提供的加拿大范尼尔研究生奖学金的支持。MM 感谢生物技术研究中心（BTRC）资助项目 P41 RR008079 和 P41 EB015894（NIBIB），以及 NCC P30 NS076408 提供的支持。
我们感谢 Romain Valabrègue（法国巴黎神经影像研究中心——CENIR）和 Brice Tiret（加拿大蒙特利尔大学老年医学研究所研究中心（CRIUGM）；法国巴黎原子能和替代能源委员会（CEA））在开发处理工具方面所做的贡献，以及 Edward J. Auerbach（美国明尼苏达大学磁共振研究中心及放射学系）。MEGA-PRESS 和 FASTESTMAP 序列由 Edward J. Auerbach 和 Małgorzata Marjańska 开发，并由明尼苏达大学根据 C2P 协议提供。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| DC刺激器plus | NeuroConn | 30DCS01E | MR兼容设备 |
| NuPrep制备凝胶 | Weaver and Co. | #10-61 | |
| Ten20导电膏 | Weaver and Co. | #10-20-4 | |
| 电极预处理垫 | Grass technologies | MD0017 | 含70%异丙醇和浮石粉 |
| 生理盐水溶液 | 本地药店样品 | 0.9%氯化钠 | |
| 非永久性水性标记笔 | Sharpie | SHPE20WH | |
| SYNGO MR VB17 | Siemens AG | MRI软件 | |
| MAGNETOM Trio A Tim系统 | Siemens AG | MRI扫描仪版本 | |
| Matlab 2013a (版本8.1) | MathWorks Inc | 数据处理与分析软件 | |
| LCModel 6.3 | LC MODEL inc | 参见：s-provencher.com |
参考文献
- Kellaway, P. The part played by electric fish in the early history of bioelectricity and electrotherapy. Bull. Hist. Med. 20 (2), 112-137 (1946).
- Brunoni, A. R., et al. Clinical research with transcranial dir....
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