经颅直流电刺激和同步功能磁共振成像

Summary

经颅直流电刺激（TDCS的）是一种无创性脑刺激技术。它已经成功地被用于基础研究和临床设置，以调节在人类大脑功能。本文介绍了TDCS的实施和同步功能磁共振成像（fMRI）技术，探讨TDCS的影响的神经基础。

Abstract

经颅直流电刺激（TDCS的）是使用施用于头皮操纵皮质兴奋性弱的电流，因此，行为和脑功能的非侵入性脑刺激技术。在过去十年中，大量的研究已经解决了TDCS的关于在运动和认知任务的行为表现不同的措施短期和长期影响，无论是在健康个体，并在许多不同的患者人群。到目前为止，然而，很少有人知道的TDCS的作用在人类对于大规模的大脑网络的神经基础。这个问题可以通过结合TDCS的与像功能性磁共振成像（fMRI）或脑电图（EEG），脑功能成像技术来解决。

特别地，功能磁共振成像是使用最广泛的脑成像技术来调查相关的认知和运动功能的神经机制。 APPLICATI在功能磁共振成像在TDCS的允许相关行为TDCS的效果与整个大脑的高空间分辨率的神经机制的分析。使用这种技术最近的研究确定了在现场的刺激与任务相关的脑功能活动，也是在更遥远的大脑区域的刺激引起的变化，这与行为的改善有关。此外，在静息状态功能磁共振管理TDCS的可识别的全脑功能连接广泛的变化。

使用此协议相结合今后的研究应该产生新的见解的健康和疾病，并用于研究和临床设置更有针对性的应用TDCS的新的选择TDCS的作用机制。本稿件描述了这一新技术在一步一步的时尚，侧重于功能性磁振造影过程中给予TDCS的技术方面。

Introduction

经颅直流电刺激（TDCS的）是脑刺激的非侵入性方法，其中皮质功能是由两个头皮固定电极之间伸出的弱电流（通常为1-2毫安）来调制。生理上，TDCS的诱导目标皮质区域内通过的钠和钙通道的操纵极性依赖性转变神经元静息膜电位（RMP），从而促进改变大脑皮质的兴奋性^1。具体地，正极的刺激（atDCS）已被证明通过神经RMP的去极化增加皮质活动，而阴极刺激（ctDCS）降低皮质兴奋^2。相对于其他类型的脑刺激（ 如经颅磁刺激）安全性已经确立，因此至今没有严重的副作用，甚至在弱势群体^3，4报道。还有，至少对于罗WER刺激强度（高达1 mA），一个有效的安慰剂（“假”）的刺激条件存在^5，让参与者和研究者的有效致盲的刺激条件下，使TDCS的实验和临床研究设置一个有吸引力的工具。

许多研究迄今已经表明，这些变化在皮层的兴奋性，可能导致行为上的调制。在电机系统，一致的极性依赖性作用已报道^1,6两个atDCS和ctDCS。在认知研究中，大多数研究认为采用atDCS提高认知功能上的报道⁷性能的有利影响，而ctDCS往往没有造成损害认知加工。后者可以通过相关的认知⁶神经处理资源的更大的冗余解释。多数TDCS的研究都采用交叉设计研究刺激的直接影响，而经久的电流仅持续¹短周期的终止。然而，有人认为，反复对蛋白质合成的刺....

Protocol

1，禁忌和特殊注意事项

1. 彻底筛选参与者MRI检查禁忌症（ 如心脏起搏器，幽闭恐惧症， 等等 ），并排除如果必要的。收购标准问卷在那工作核磁共振成像扫描仪的临床或科研机构。总是进入扫描仪的房间时，切记遵守标准的安全程序。
2. 彻底筛选参与者禁忌TDCS的。这些可能重叠与禁忌MRI检查。举一个例子见VILLAMAR 等^[20]。
3. 请咨询当地的有关安全和伦理规范经营设施，并获得必要的权限。测试由刺激电流或TDCS的设备开始实际实验（ 例如，通过检测在信号与噪声的比值^17，18 TDCS的影响）的前诱发电位成像伪影。

2，FMRI设置，实验设计和材料

注：核磁共振成像扫描仪内使用TDCS的，需要特殊的设备。特别是，具体的MRI兼容的电缆，过滤器箱，电极和肩带电极附着到受试者的头部是必需的。 图2示出了（A）的标准TDCS的设备和（B）成分与MRI用。后者元件是必要的，以防止加热引起的磁共振成像过程中发出的射频脉冲，在电极下的可能性。此外，高频成像伪影可能由TDCS的设备来诱导。既可以通过使用位于外侧，并且扫描仪的房间的内部过滤器箱，配有电阻器和专用的MRI....

Results

功能性磁共振成像是使用最广泛的功能性成像技术来解决的运动或认知功能相关的神经机制。最近，磁共振成像也被用来评估对皮质活性和连通TDCS的影响。然而，这些研究大多给予TDCS的扫描仪之外，并评估了刺激离线效应（ 即 ，扫描前^22，23投TDCS的）。只有少数的研究，到目前为止已经在同时fMRI的管理TDCS的，使用不同的血氧水平依赖对比^{（BOLD）14-17，24}或灌注成像序列^13，19。受试者中使用这些研究设计atDCS期间比较脑功能活动或灌注的变化与假TDCS的阐明相关TDCS的在健康和疾病¹即时行为影响的神经机制光^， 3。

例如，在最近的两项研究，Meinzer和他的同事在健康年轻的¹⁵岁以上的成年人¹⁴评估语义词生成过程中的atDCS引起的性能改善神经基础。在这两项研究中，性能比假刺激，在任务期间由错误的显著数量减少表明在给予左IFG atDCS是优越的。最值得注意的是，老年人的语义字的生成，这是已知的负面.......

Discussion

TDCS的同时用功能磁共振成像的联合应用表现出的潜力为阐明的整个大脑的刺激与高空间分辨率^13-19的直接影响的神经基础。在未来，这样的研究可以通过组合脑电图TDCS的研究进行补充，以利用后者的技术的优越的时间分辨率。此外，intrascanner刺激使头皮上的验证电极的正确定位的（ 例如使用T-加权图像，参见图10）。这可以帮助减少在实验研究中不必要的差异是由于不正确的电极位置。

安全intrascanner刺激已经成立，并与适当的设置，没有热量引起的电极（ 如荷兰等 ^17，看到这个研究的补充材料）下方。刺激只是最低限度地影响图像质量。例如，TDCS的可能诱发略微降低信号噪声比和磁化率的工件或B0场失真的电极^17，18的下面，与后者仅限于头皮（综述见Saiote 等人 ^23）。然而，还有头皮文物，由安塔尔等人 ²⁹验尸研究发现过程中的一个心室手指敲击.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
DC-Stimulator Plus	NeuroConn， Illmenau， 德国	21
硬件扩展 DC-Stimulator MR（2 个 MRI 兼容橡胶电极、电极和箱电缆和内部滤光盒;外部滤光盒和刺激器电缆）	NeuroConn，德国
2 个用于橡胶电极的海绵垫（7 cm x 5 cm 和 10 cm x 10 cm）	NeuroConn，Illmenau，德国
橡胶头带
NaCl 溶液
测量卷尺			使用 EEG 10-20 系统确定电极位置
定位时使用	的笔