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经颅交流电刺激（tACS）期间同步进行脑电图记录

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DOI：

10.3791/53527

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2016年1月22日

 , 
1Division of Systems Neuroscience of Psychopathology, Translational Research Center, University Hospital of Psychiatry, University of Bern, 2Japan Science and Technology Agency, PRESTO

本文内容

摘要

本文介绍了如何设置同步进行经颅交流电刺激与脑电图实验的方法。

摘要

脑部振荡活动被认为反映了大脑网络间节律性变化的神经传递效能基础，并被认为在整合认知神经过程中起关键作用。经颅交流电刺激（tACS）有望揭示特定频率的脑振荡活动与认知过程之间的因果关系。在tACS过程中同步进行脑电图（EEG）记录，将有助于直接探索tACS的即时神经生理效应。然而，在tACS期间测量EEG信号并非易事，因为tACS会在EEG数据中产生巨大的伪迹。本文将介绍如何建立同步tACS-EEG实验。成功在tACS期间进行EEG记录需重点关注两个关键因素。第一，tACS电极与EEG电极之间可能因导电膏泄漏而形成桥接，从而立即导致EEG放大器饱和。为避免导电膏引起的桥接，导电膏的黏度是最关键的参数。导电膏必须具有足够的黏性以防止桥接，同时又需具备足够的流动性，以确保tACS电极与头皮之间形成良好接触。第二，由于tACS伪迹的幅值较大，因此应考虑使用具有高分辨率模数（A/D）转换器的EEG系统。特别是当施加1 mA的tACS时，在刺激电极附近产生的tACS伪迹幅值可能超过100 mV。高分辨率的A/D转换器对于从刺激部位附近获取高质量EEG数据至关重要。遵循上述实验步骤与技术要点，即可成功实现tACS期间的同步EEG记录。

引言

一个世纪以来，人们一直观察到大脑中细胞外电流存在节律性动态变化1,2。尽管在很长一段时间内这些节律被视为数据中的非特异性噪声，但如今它们被广泛认为在大脑的信息处理过程中发挥着关键作用3,4,5,6,7,8,9。过去十年中，随着多种干预手段的发展，研究者能够直接调控振荡性脑活动，从而推动了我们对特定频率的脑振荡活动与认知过程之间因果关系的理解8,10。经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）便是其中一种具有前景的调控脑节律性活动的方法10。tACS 是一种非侵入性脑刺激技术，通过头皮施加微弱的交变（正弦）电流，以频率特异性的方式调节大脑皮层的兴奋性11,12,13,14,15。尽管 tACS 是研究脑节律活动功能的一项有潜力的技术，但其神经生理学机制仍不明确。已有若干研究报道了 tACS 对感知功能11,13,16,17,18和运动功能19,20,21,22的影响，以及对高级认知过程的作用23,24,25,26,27,28。利用脑电图（EEG）已提供了一些关于刺激后脑节律被同步（entrainment）的神经生理学证据13,14,15。然而，目前关于 tACS 在刺激过程中（即在线效应）对人类产生神经生理学影响的证据仍十分有限12,13,22。由于大脑对外部干扰具有高度的鲁棒性，此类在线效应的证据对于理解 tACS 的即时神经生理学影响至关重要。

脑电图（EEG）以高时间分辨率捕捉大脑的电生理活动，是研究内源性及受驱神经振荡活动的理想方法。Helfrich 及其同事最近的研究报告了经颅交流电刺激（tACS）的在线神经生理效应，但与此同时，在 tACS 期间记录 EEG 一直存在困难，主要由于显著的 tACS 伪迹12,13。要成功开展同步 tACS-EEG 实验，获取高质量的 EEG 数据是重要环节之一，这也是本文的重点；同时，用于去除 tACS 伪迹的预处理方法也至关重要。在本实验室中，我们已自主开发了一套预处理流程，可用于从 EEG 数据中去除 tACS 伪迹29。本文将介绍如何成功记录刺激区域的 EEG 信号，以及实现成功记录所需注意的技术要点。

方案

伦理声明：涉及人类受试者的研究程序已获得伯尔尼州伦理委员会批准（KEK-BE 007/14）。

注意：图1展示了图像拼接图、tACS电极的设计（另见讨论部分）以及脑电图（EEG）帽。图1D所示为一种由弹性材料制成的EEG帽，用于将tACS电极固定在头皮上。

1. 蒙太奇

注意：代表性结果来自以下经颅交流电刺激（tACS）电极布局。

  1. 蒙太奇1：将两个电极均放置于头皮上，分别位于左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）（F3电极）和左侧后顶叶皮层（PPC）（P3电极）（图1A）。
  2. 蒙太奇2：将一个经颅交流电刺激（tACS）电极放置于头皮左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）（F3电极），另一个tACS电极放置于左侧肩部（图1B）。
  3. 蒙太奇3：将一个经颅交流电刺激（tACS）电极放置于头皮左侧后顶叶皮层（PPC）（P3电极），另一个tACS电极放置于左侧肩部（图1C）。

2. 经颅交流电刺激电极的制备

  1. 如果参考 tACS 电极将放置在肩部（蒙太奇 2 和 3），请先执行此步骤。
    1. 在放置肩部电极之前，使用用于脑电图（EEG）和心电图的研磨性皮肤准备凝胶对皮肤进行预处理。用纱布垫蘸取皮肤准备凝胶轻轻擦拭皮肤。
    2. 在 tACS 电极上涂抹 EEG 凝胶，并将电极放置于肩部。
    3. 使用医用胶带将电极固定在肩部。
  2. 佩戴 EEG 帽。根据国际 10-20 电极定位系统30调整 EEG 帽的位置，并扣紧 EEG 帽的下颌带。
  3. 在头皮上标记出 tACS 电极将要放置的位置。使用水性红色记号笔，原因有二：一是该笔墨材料的绝缘效应较低，二是其标记可轻松用水清洗去除。
  4. 如果由于 EEG 帽上用于注入凝胶的孔过紧，导致记号笔无法触及头皮进行标记（图 1D），可使用木棒（例如棉签的木质手柄）辅助。
    1. 将木棒尖端充分蘸上墨水，并用该尖端在头皮上做标记。
    2. 取下 EEG 帽，检查标记是否成功。如有需要，补全标记，以便后续能清晰识别。
  5. 根据受试者头发长度执行以下步骤（2.5.1–2.5.4）。如果受试者头发较短（约 10 厘米以内），可跳过以下步骤（还需注意，某些发型，如脏辫，会使 tACS 电极无法正常应用）。如果受试者头发较长：
    1. 将 tACS 电极中心带有红色标记的一侧对准头皮放置。注意此时不应在 tACS 电极上涂抹 EEG 凝胶。
    2. 将 tACS 电极内环范围内的所有头发穿出。
    3. 使用扎带将穿出的头发捆扎固定。注意避免将 tACS 电极周围的头发与电极一起被扎带缠绕。
    4. 完成头发捆扎后，取下 tACS 电极。
  6. 向头皮部位的 tACS 电极施加 EEG 凝胶。
    1. 在施加凝胶前，将头皮和肩部的 tACS 电极连接至刺激器，但暂不开启刺激器。在 tACS 电极上涂抹一层薄薄的 EEG 凝胶。凝胶用量宜少，不宜过多。
    2. 小心地将 tACS 电极重新放回头部。
      1. 若受试者头发较长，需将之前穿出的头发重新穿过 tACS 电极的内孔，注意避免头发接触电极上的 EEG 凝胶。
      2. 放置 tACS 电极时，需密切注意确保头皮上的红色标记始终位于电极中心。一旦 tACS 电极放置到位，其位置不得再移动。
      3. tACS 电极放置完成后，移除头发上的扎带。
    3. 开启刺激器并监测阻抗。在对 tACS 电极施加轻微压力的同时，务必确保红色标记点始终保持在电极中央。
    4. 小心抬起 tACS 电极边缘，在头发下方补充少量 EEG 凝胶，切勿将凝胶涂于 tACS 电极与头发之间（图 2）。若受试者头发较多，此步骤尤为重要（参见讨论部分）。
    5. 持续对 tACS 电极施加压力，直至阻抗稳定低于 10 kΩ。通过 tACS 刺激器监测 tACS 电极的阻抗。必要时可谨慎补充少量 EEG 凝胶，但始终应保持用量稀少。
      注意：tACS 刺激器所监测的 tACS 电极阻抗是两电极之间的整体阻抗，其缺点在于无法分别提供每个电极的独立阻抗值。根据所使用的 EEG 放大器系统，也可能可通过该系统分别测量各 tACS 电极的阻抗。
    6. 注意观察是否有凝胶从 tACS 电极处溢出，并使用棉签清除多余的 EEG 凝胶。

3. 安装脑电图帽

  1. 当经颅交流电刺激（tACS）电极的阻抗降至10 kΩ阈值以下后，重新佩戴脑电图（EEG）帽。佩戴EEG帽时务必轻柔小心，特别是当EEG帽材质具有弹性时，否则在此步骤中容易移动头皮上tACS电极的位置。
    注意：tACS电极的位移会扩散其下方的EEG导电凝胶，并导致凝胶与EEG电极之间发生桥接。切勿用力下拉弹性帽，因为这可能导致其后续回弹，进而引起tACS电极移位。
  2. 系紧EEG帽的固定带。

4. 脑电图电极的制备

  1. 使用适当黏度的脑电图（EEG）导电膏（具体黏度选择详见讨论部分），涂抹于EEG电极上，以建立头皮与EEG电极之间的良好接触。首先处理接地电极和参考电极，然后依次处理位于经颅交流电刺激（tACS）电极中央及其附近的EEG电极，最后处理其余电极（参见讨论部分）。
  2. 对于围绕tACS电极的EEG电极，在注入导电膏时，应将注射针头朝远离tACS电极的方向推进。在涂抹导电膏的同时，轻轻下压EEG电极，防止导电膏从电极下方溢出。
  3. 使用木棒增强EEG电极与头皮之间的接触，如图3所示。切勿使用针头进行此操作，因为针头可能刮伤受试者的头皮，且效果远不如木棒。
    1. 用木棒将导电膏向头皮方向压入，并用木棒顶端以旋转动作轻柔地摩擦头皮。对于靠近tACS电极的EEG电极，应尽量保持木棒与头皮垂直，避免侧向移动导致导电膏在电极下扩散。如有需要，可补充少量EEG导电膏，然后继续使用木棒进一步改善阻抗。
  4. 为防止因导电膏泄漏造成电极间短路（图4），在tACS电极紧邻区域的EEG电极上应谨慎使用导电膏以降低阻抗。建议优先仅使用木棒尽可能降低阻抗，再考虑是否需要添加更多导电膏。
  5. 当使用木棒已获得良好阻抗后，小心插入针头并缓慢下压，直至针尖接触头皮，然后在缓慢抽出针头的同时轻柔注入导电膏，从而帮助稳定EEG电极与头皮之间的接触。
  6. 为获得最佳数据质量，应将EEG电极的阻抗控制在5 kΩ以下，以减少噪声干扰和信号失真。
  7. 当阻抗降至理想水平后，需检测tACS电极与周围EEG电极之间是否因导电膏泄漏而形成短路。
    1. 施加短暂的正弦波刺激，刺激强度为实验所需水平（例如，峰峰值1 mA）。
      注意：由于部分系统存在限制（见材料表），无法在线检测短路情况，只能通过施加刺激后观察EEG放大器的任一通道是否出现饱和来判断。
    2. 在刺激过程中观察是否有通道发生饱和。
      注意：如代表性结果所示，tACS电极与EEG电极之间因导电膏泄漏形成的短路将导致EEG放大器相应通道饱和，从而使这些电极无法记录有效数据。一旦发生导电膏泄漏导致的短路，无法逆转，唯一的解决方式是中断实验。
  8. 再次检查各电极阻抗，确认无误后开始记录数据。

结果

展示了两次不同记录中获得的并发 tACS-EEG 测量不成功与成功的示例（图5）。在头皮上放置了两个 tACS 电极（F3 和 P3 电极），tACS 强度为 0.9 mA（峰峰值）。在第一个示例中，F3 EEG 电极通过导电膏与额部 tACS 电极发生桥接（注意：在下文讨论中提到“桥接”时，指的是 EEG 导电膏在 tACS 电极与 EEG 电极之间形成直接连接）。这种桥接立即导致 F3 通道饱和，无法在 tACS 期间记录 EEG 信号（图5A）。在第二个示例中，在施加 tACS 的同时成功记录到了 EEG 信号（图5B）。

为了评估经颅交流电刺激（tACS）伪迹幅度的空间分布，计算了来自三名受试者成功记录期间tACS伪迹的幅度。tACS被施加至背外侧前额叶皮层（DLPFC，F3电极）或顶叶皮层（PPC，P3电极），刺激强度为0.9 mA（峰峰值）。观察到tACS伪迹的峰峰值幅度与脑电（EEG）电极和tACS电极之间的距离呈负相关（图6A 和 6B）。此外，EEG参考电极相对于tACS电极的位置也影响了tACS伪迹幅度在各EEG通道上的空间分布（图6A 和 6B）。在距离刺激部位较远的EEG电极上，tACS伪迹幅度范围约为10 mV，而在位于tACS电极中心位置的EEG电极上，其幅度可高达100 mV。同时考察了tACS电流强度与tACS电极附近伪迹幅度之间的关系（图7），结果显示二者呈线性关系；当tACS电流强度超过1.6 mA时，伪迹幅度达到记录设备的电压范围上限。

脑电图电极放置示意图；脑活动测量；神经影像设置分析。
图1. 蒙太奇示意图。（A）在头皮（F3 和 P3）放置两个经颅交流电刺激（tACS）电极的蒙太奇。（B）在头皮（F3）放置一个 tACS 电极，并在同侧肩部放置一个参考 tACS 电极的蒙太奇。（C）在头皮（P3）放置一个 tACS 电极，并在同侧肩部放置一个参考 tACS 电极的蒙太奇。（D）弹性脑电图（EEG）帽将头皮 tACS 电极固定在帽下的位置。请点击此处查看该图的放大版本。

无创脑刺激示意图；用于神经连接性分析的电信号。
图 2. 经颅交流电刺激（tACS）电极下方正确使用额外脑电图（EEG）凝胶。应在 tACS 电极下方添加额外的 EEG 凝胶，以改善与头皮连接的均匀性。额外的凝胶应涂抹于头发与头皮之间（蓝色箭头），而非 tACS 电极与头发之间，以提高接触效果。请点击此处查看该图的放大版本。

电极放置示意图；脑电帽设置、注射器及棉签法用于导电凝胶涂抹。
图3. 改善脑电图（EEG）电极与头皮之间的连接。（A）使用注射器将脑电凝胶注入EEG电极。用针头尖端拨开电极下方的头发，然后小心插入并下压针头，直至针尖接触头皮。在缓慢抽出针头的同时注入凝胶，以在头皮与EEG电极之间建立导电通路。（B）使用木棒（例如，棉签的木质手柄或其他类似物）进一步改善EEG电极与头皮之间的接触。用木棒将凝胶向下压向头皮，并用木棒顶端以旋转动作轻柔摩擦头皮。对于靠近经颅交流电刺激（tACS）电极位置的EEG电极，应尽量保持木棒与头皮垂直，因为横向移动会导致电极下的凝胶扩散。如有需要，可补充少量EEG凝胶，然后继续使用木棒进一步降低阻抗。对于靠近tACS电极的EEG电极，应谨慎添加过多凝胶以改善接触，而应优先尝试仅通过木棒操作来优化接触。最后，当使用木棒达到良好阻抗后，再添加少量额外凝胶，以稳定EEG电极与头皮之间的接触。请点击此处查看该图的放大版本。

用于测量脑活动的头皮脑电图电极设置；神经影像学，数据采集方法。
图4. 脑电图凝胶泄漏导致经颅交流电刺激（tACS）电极与脑电图（EEG）电极直接接触的示例。 可观察到脑电图凝胶泄漏，从而在tACS电极与EEG电极之间形成直接接触。此类tACS电极与EEG电极之间的桥接现象可能由以下原因引起：例如，在tACS电极下或靠近tACS电极的EEG电极处添加过量的EEG凝胶，或tACS电极发生移动。请点击此处查看该图的放大版本。

脑电波形对比；时间序列图；电极信号：Fp1、Fpz、Fp2、F7、F3、Fz。
图 5. 经颅交流电刺激（tACS）通过导电膏桥接使脑电图（EEG）放大器饱和。 两组不同记录的原始数据，参考电极为 CPz，在前额叶背外侧（DLPFC，F3 电极）和后扣带皮层（PCC，P3 电极）放置头皮 tACS 电极的蒙太奇条件下采集。(A) 由于 F3 EEG 电极与 tACS 电极之间 EEG 导电膏泄漏形成桥接，导致 F3 电极记录的信号饱和。(B) 所有电极均成功记录到信号。F3 电极处的 tACS 伪迹幅度超过 50 mV。请点击此处查看该图的放大版本。

脑电图电极放置示意图；标注参考点及用于信号映射的数字标识。
图6. 脑电图各通道中经颅交流电刺激伪迹的幅值。 三名受试者平均的经颅交流电刺激伪迹峰峰值（mV）。数据为原始数据，参考电极为CPz。(A) 刺激电极之一置于左侧背外侧前额叶（F3电极），另一电极置于左肩（蒙太奇2，图1B）时的经颅交流电刺激伪迹幅值。(B) 刺激电极之一置于左侧顶叶后部（P3电极），另一电极置于左肩（蒙太奇3，图1C）时的经颅交流电刺激伪迹幅值。(C) 脑电图通道位置。红色：刺激部位下的通道，蓝色：刺激部位附近的通道，Ref（粗体黑色）：参考电极（CPz）。请点击此处查看该图的放大版本。

静态平衡，ΣFy=0，图示，刺激强度与伪迹幅度的关系，教学分析。
图7. tACS伪迹的幅度与刺激强度呈线性相关。来自一名受试者F3通道的tACS伪迹峰峰值（mV）。刺激强度以0.1 mA为步长，从0.5 mA至2 mA依次施加。数据为原始数据，参考电极为CPz。刺激电极放置位置为左侧DLPFC（F3电极），另一电极置于左肩（蒙太奇2，图1B）。数据显示，在0.5至1.6 mA的刺激强度范围内，刺激强度与tACS伪迹幅度之间存在完全线性关系。电压分辨率为150 mV，但实际最大采集范围为161.6 mV，超过此范围信号即发生饱和。虚线表示电压的最大范围。当刺激强度达到1.7 mA及以上，导致伪迹幅度超过161.6 mV时，F3通道出现饱和。请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

本文介绍了建立同步经颅交流电刺激-脑电图（tACS-EEG）实验的步骤。接下来我们将讨论tACS-EEG记录设置中的注意事项，其中前两项考虑对于成功实现同步tACS-EEG记录至关重要。

通过凝胶避免经颅交流电刺激-脑电图电极短路

必须避免脑电图（EEG）电极与经颅交流电刺激（tACS）电极之间因导电膏泄漏而形成桥接，因为桥接会立即导致EEG放大器相应通道饱和。因此，EEG导电膏的黏度是成功进行tACS-EEG记录的关键参数。切勿使用流动性强的EEG导电膏，因其容易从tACS电极处溢出，并与邻近的EEG电极形成桥接。同时，黏度过高的导电膏在穿透头发和润滑皮肤以降低阻抗方面存在劣势。对于靠近tACS电极的EEG电极，可使用黏度较高的导电膏，因为此时可通过木棒手动降低阻抗。对于tACS电极及其余EEG电极，则应使用稍低黏度（但仍非流动态）的EEG导电膏。此类导电膏在降低阻抗时所需操作力度较小。由于在tACS电极下方难以刮擦调整，此处使用稍低黏度的导电膏更为合适。

处理经颅交流电刺激伪迹的幅度

第二个问题是处理tACS伪迹的巨大幅值，其幅值在距离刺激区域较远的EEG电极处可达10 mV，在当前0.9 mA的刺激强度下，刺激部位的伪迹幅值甚至超过100 mV（图6）。图7展示了刺激强度（峰峰值0.5至2.0 mA）与刺激部位（F3通道）所产生伪迹幅值之间的线性关系。首先，应确保EEG和tACS电极均保持低阻抗。tACS电极与头皮接触不良会导致EEG数据中tACS伪迹的幅值增大，同时施加的电流也容易变得不均匀。其次，必须考虑EEG系统模数转换器（A/D转换器）的分辨率。理论上，24位A/D转换器可覆盖1.68 V的电压范围，分辨率为0.1 µV/比特。相比之下，分辨率为0.1 µV/比特的16位A/D转换器仅能覆盖6.5 mV的电压范围——这远不足以覆盖tACS伪迹的幅值范围（图6）。因此，必须降低电压记录的分辨率。为了在刺激部位使用16位系统记录高达100 mV的伪迹幅值，理论上需将电压记录分辨率降低至1.53 µV/比特以上。事实上，近期一些采用16位系统的同步tACS-EEG研究即使将分辨率降低至0.5 µV/比特，仍因放大器饱和而无法记录刺激部位附近区域的EEG信号12,13。

降低电极阻抗的注意事项

首先处理位于经颅交流电刺激（tACS）电极中心或其附近的脑电图（EEG）电极阻抗的原因是，这些EEG电极需要耐心且细致的操作，以避免发生桥接。通过优先处理这些电极，可以留出时间等待已涂抹的凝胶充分润滑头皮，之后再根据需要决定是否追加EEG凝胶。在tACS电极放置于头皮上后，应在其下方额外涂抹凝胶，特别是当受试者头发较多时。这样做的目的不仅是为了降低阻抗——即使不进行此步骤也能获得良好的阻抗值——更是为了确保tACS电极整个表面与头皮之间实现均匀的接触连接。

设计与组装的注意事项

图1展示了经颅交流电刺激（tACS）电极的布局。图中显示了头皮tACS电极/电极的环形设计以及肩部tACS电极的矩形设计。头皮tACS电极的环形结构允许在刺激区域中心放置一个脑电图（EEG）电极。环形设计的一个优点是能够在刺激区域同时记录信号；其次，也有助于保持tACS电极位置的稳定。根据刺激部位的不同，其他形状的tACS电极可能更为合适。当需要在两个EEG电极之间的位置进行记录时，矩形tACS电极形状更为适宜。

需要注意的是，经颅交流电刺激（tACS）电极的形状和位置并不完全等同于实际被刺激的区域，可能会有轻微偏移31。在确定tACS电极位置时，强烈建议对电流流动进行建模，以估算出针对目标区域的最佳电极位置。

目前的设置适用于大规模神经网络中节律性活动的调控。更局灶性的刺激可通过多种方式实现13,32,33,34。首先，可减小经颅交流电刺激（tACS）电极的尺寸。Nitsche 及其同事已证明，使用面积为 3.5 cm2 的电极可通过经颅直流电刺激（tDCS）调节运动皮层的兴奋性32。第二种方法是采用高分辨率配置13,33,34，即一个刺激电极周围环绕四个参考电极。高分辨率配置的另一个优势在于可增加脑电图（EEG）电极的密度，因为传统的橡胶电极会限制放置 EEG 电极的空间，而在当前设置下实现 64 个 EEG 电极并不现实。尽管这些提高空间特异性的改进需要不同的设置流程，但本文所述的技术考虑因素仍然适用。

在本方案中，我们根据国际脑电图电极定位10-20系统放置经颅交流电刺激（tACS）电极30。尽管个体化优化刺激部位是一种替代方法，但在实验中若在不同受试者之间改变刺激位置，可能会带来比较上的困难，因为刺激部位相对于脑电记录位点的位置会发生变化。Neuling及其同事最近展示的脑磁图（MEG）与tACS联合使用方法35可能克服这一问题以及与tACS伪迹相关的问题，因为利用MEG波束成形的空间滤波方法能够独立于tACS刺激位点来估计脑活动。

关于电极 montage，本文描述了两种单极 montage， 即， 参考电极位于头颅外的位置（图1B 和 1C），以及一种单极导联方式， 即， 两个电极均置于头皮上（图1A）（参见 Nasseri 对电极蒙太奇的进一步分类） 等36）。使用单极蒙太奇的优势在于避免对与研究无关的额外头颅区域进行刺激。选择单极蒙太奇时的主要关注点是电流会流经包括脑干在内的皮层下结构，可能带来调节脑干重要功能的潜在风险。已有研究证实，当经颅直流电刺激（tDCS）强度为1 mA时，将参考电极置于颅外或同侧肩部均不会调节脑干功能。37,38 (例如， 心率变异性、呼吸频率和血压）。由于单极蒙太奇配置根据实验设计可能具有明显优势，因此有必要全面测试在较高刺激强度和不同单极蒙太奇配置下对脑干重要功能的影响，并比较经颅直流电刺激（tDCS）与经颅交流电刺激（tACS）之间的效应差异。

需要注意的是，高分辨率构型是避免非目标性额外头颅刺激双极导联问题的另一种解决方案。高分辨率构型采用一个刺激电极被四个参考电极环绕的布局，导致中心电极下方电流密度较高，而周围四个电极下方电流密度较低。由于刺激效应取决于电流密度，这意味着在高分辨率构型下，中心电极下方产生单向调节作用，而与之相对的双电极构型则产生双向调节作用39。

当将经颅交流电刺激（tACS）电极置于额叶时，由于tACS对视网膜的刺激，由tACS引起的视觉闪烁感知是限制刺激强度的一个关键因素。特别是，即使在较低的刺激强度下，β频段频率的tACS也会引发视觉闪烁感11。根据我们的经验，在DLPFC（F3电极）上以6 Hz频率、0.9 mA（峰峰值）进行刺激，是减轻视觉闪烁感的适宜强度水平。

根据实验设计的不同，可能需要使用外部设备来控制刺激器（如果所使用的刺激器支持此功能）。我们使用波形模拟输出板来控制刺激器，并向脑电放大器发送触发信号（详见材料表中的硬件和软件规格）。对于本实验所使用的刺激器（见材料表），通过远程控制方式输出的电流噪声水平高于使用内置刺激器接口时的噪声水平。因此，仅当实验设计确有需要时，才应选择远程控制刺激器的选项。

脑电图通道饱和问题的故障排除

我们已证明，经由泄漏的脑电图凝胶在经颅交流电刺激（tACS）电极与脑电图（EEG）电极之间形成导电通路，会导致EEG放大器相应通道饱和，从而无法记录这些电极的数据（图5A）。EEG通道饱和还有其他原因。其一可能是放大器增益范围过窄，电压记录分辨率未相应调整。此时需要降低电压记录分辨率，以覆盖tACS伪迹的幅值范围。另一个原因是记录位点距离刺激位点过近。在此情况下，即使采用非常粗糙的电压记录分辨率，仍可能无法覆盖伪迹的幅值范围。因此，记录位点应远离刺激位点。

本方案全面描述了同时进行经颅交流电刺激-脑电图（tACS-EEG）实验的设置和技术考量。通过去除tACS伪迹的方法以及在tACS期间获得高质量记录的协议，tACS将成为深入理解大脑活动最显著特征——节律性动态——的一种极具前景的研究手段。

披露

作者没有需要披露的经济利益。

致谢

本项目得到了日本科学技术振兴机构（JST）PRESTO项目的资助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
tACS 刺激器： Eldith DC-Stimulator plusNeuroConn GmbH, Germany如需远程输入，请务必订购支持此功能的型号
用于发送触发信号的模拟输出板： 静态与波形模拟输出板，型号 NI PCI-6723National Instruments, USA13 位，32 个通道。
Matlab 及数据采集工具箱The MathWorks, Inc., USAMATLAB 提供的“数据采集工具箱”包含用于控制数据采集硬件（例如多家厂商生产的模拟输出板）的函数。
EEG 系统：eegosports，配备 32 通道 waveguard EEG 帽ANT neuro, Netherlands
tACS 电极NeuroConn GmbH, Germany305090-05       305050材料：导电橡胶电极。
头皮电极尺寸：外径 Ø：60 mm，内径 Ø：25 mm（部件号 305090-05），由原始尺寸 Ø 75 mm 裁剪而成
肩部电极尺寸：
50 × 50 mm（部件号 305050）
EEG 凝胶Inselspital, Bern, Switzerland含研磨颗粒的电极膏（即 浮石粉），可清洁皮肤，改善电极与皮肤之间的接触。
用于 EEG 和心电图的研磨性皮肤准备凝胶： NuprepWeaver and Company, USA
棉签，木柄Salzmann MEDICO, Switzerland尺寸：
150 × 1.5 mm；木柄直径 Ø 2.2 mm
胶带： LeukofixBNS medical GmbH, Germany 04.107.12

参考文献

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