本文介绍了一种结合三维数字化仪与高精度经颅直流电刺激的技术方案，可提高刺激定位的准确性。
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本文内容
摘要
摘要
神经影像数据的丰富性以及机器学习的快速发展使得研究大脑激活模式成为可能。然而，关于脑区激活导致特定行为的因果证据往往仍然缺乏。经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性神经生理学工具，能够暂时改变大脑皮层的兴奋性和活动水平，可用于研究人脑中的因果关系。高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）是一种非侵入性脑刺激（NIBS）技术，与传统tDCS相比，可产生更局灶的电流。传统上，刺激位点通常通过10-20 EEG系统粗略确定，因为精确定位刺激点可能存在困难。本方案结合使用3D数字化仪与HD-tDCS，以提高刺激点定位的准确性。该方法通过3D数字化仪对右侧颞顶交界区（rTPJ）的刺激位点进行更精确的定位示范。
引言
经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性技术，通过在头皮上施加微弱的直流电流来调节皮层兴奋性。该技术旨在在健康人群中建立神经兴奋性与行为之间的因果关系1,2,3。此外，作为运动神经康复工具，tDCS 广泛应用于帕金森病、脑卒中和脑瘫的治疗4。现有证据表明，传统的基于电极垫的 tDCS 会在相对较大的脑区产生电流流动5,6,7。高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）采用一个位于目标皮层区域的中心环形电极，并由周围四个返回电极环绕8,9，通过限定四个环形区域提高刺激的聚焦性5,10。此外，HD-tDCS 诱导的脑兴奋性变化在幅度上显著更大，持续时间也长于传统 tDCS 所产生的变化7,
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方案
该方案符合西南大学机构审查委员会的指导方针。
1. 刺激位点的确定
- 查阅文献并确认刺激位点（此处为 rTPJ）19,20,21。
2. 电极固定帽的制备
注意：以下步骤如图1所示。
- 确保所有必要的材料均已备齐：3D 数字仪（图2）、标准测量尺、标记笔、头模和泳帽。
- 将泳帽戴在头模上，并在帽上标记各点。
- 定位头顶点（Cz）。首先，使用皮肤标记笔标出鼻根点（nasion）与枕外隆凸点（inion）之间距离的中点13,14,22。然后，测量两侧耳前点之间的距离并标记其中点。上述两个中点的交点即为 Cz 点。
- 确认中心电极和回返....
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结果
通过采用所述方法，确定了rTPJ的坐标，这需要超出10-20系统的刺激点。首先，头模的头围应与实际头部相近。此处，头模的鼻根至枕外隆突距离约为36 cm，双侧耳前点之间的距离约为37 cm。
制作电极帽的步骤用于引导10-20系统中的测量位置。此处确定了Nz、Iz、Cz、Fpz、Oz、Pz、T8、T7、C4、P8、O2、P4、C6、P6和CP6的位置。在头皮上找到右侧颞顶交界区（RTPJ）的大致位置（约位于CP6与P6之间的中点）。中央电极与周围电极之间的距离应根据实验目的进行调整。以往研究中获得的半径值范围为3.5–7.5 cm11,14,30。采用不同的半径值时，直流电强度和刺激持续时间可能会产生不同的电场强度。在本方案中，所有回返电极与中央活性电极之间的距离均固定为3.5 cm。
泳帽上的几个重要参考点被保留下来，包括Fpz、Cz、Oz.......
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讨论
与传统经颅直流电刺激（tDCS）相比，高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）提高了刺激的聚焦性。通常，刺激部位基于10-20 EEG系统确定。然而，超出该系统精确定位刺激点可能较为困难。本文结合使用三维数字化仪与HD-tDCS，以确定超出10-20系统的刺激点。在此类情况下，明确定义电极帽的制作与使用步骤及相关注意事项至关重要。
通常，靶向刺激区域的位置是根据以往脑成像研究的结果确定的，可获得刺激区域在国际10-20系统或MNI坐标中的位置。制作用于测量10-20系统位置的电极帽导引图的步骤至关重要。在将电极帽佩戴于头部时，必须确保帽上的参考标记与头皮定位的国际10-20系统对齐。一旦三维数字化仪开始运行，信号源和传感器不得移动，否则将导致数据偏差。
在软件中，参考点位于头皮上而非头帽上，除非头皮和头帽的所有参考点完全重合。如果测量结果与目标值之间的误差超出可接受范围，则应轻微调整标记点的位置。调整后需再次进行测量。当用户按下“MODE SELECT”按钮并从“SCAN”切换至“PASS”模式时，电流将从常规tDCS设备通过.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（31972906）、重庆市留学人员创业创新支持计划（cx2017049）、中央高校基本科研业务费专项资金（SWU1809003）、中国科学院心理研究所心理健康重点实验室开放课题（KLMH2019K05）、重庆市研究生科研创新项目（CYS19117）以及北京师范大学中国基础教育质量监测协同创新中心研究项目基金（2016-06-014-BZK01、SCSM-2016A2-15003 和 JCXQ-C-LA-1）的资助。我们感谢 Ofir Turel 教授对本文初稿提出的宝贵建议。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1×1 低强度经颅直流电刺激器 | Soterix Medical | 1300A | |
| 三维 Polhemus-Patriot 数字化仪 | POLHEMUS | 1A0453-001 | PATRIOT 系统组件 |
| 4×1 多通道刺激接口 | Soterix Medical | 4X1-C3 | |
| Dell 台式计算机 | Dell | CRFC4J2 | 用于运行三维数字化仪应用程序的主控计算机 |
参考文献
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. Journal of Physiology. 527, 633-639 (2000).
- Sellaro, R., Nitsche, M. A., Colzato, L. S.
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