方法文章

使用具有高清晰度颅内直接电流刺激的 3D 数字化仪确定刺激位置

DOI：

10.3791/60263

⸱

2019年12月20日

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1Faculty of Psychology, Southwest University, 2Key Laboratory of Cognition and Personality, Ministry of Education, Southwest University, 3Southwest University Branch, Collaborative Innovation Center of Assessment toward Basic Education Quality, Beijing Normal University, 4Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, 5Chongqing Collaborative Innovation Center for Brain Science

本文内容

摘要

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这里介绍的是一个协议，以实现更高的精度，在确定刺激位置结合3D数字化仪与高清颅内直流刺激。

摘要

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丰富的神经成像数据和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，导致行为的大脑区域激活的因果证据往往缺失。颅内直接电流刺激（tDCS），可以暂时改变大脑皮质兴奋性和活性，是一种非侵入性的神经生理学工具，用于研究人脑中的因果关系。与传统的tDCS相比，高清晰度颅内直流刺激（HD-tDCS）是一种非侵入性脑刺激（NIBS）技术，产生更多的焦电流。传统上，刺激位置是通过10-20脑电图系统大致确定的，因为确定精确的刺激点可能很困难。该协议使用带有 HD-tDCS 的 3D 数字化仪来提高确定刺激点的精度。使用 3D 数字化仪演示了该方法，以便更准确地定位右侧节拍-端点 （rTPJ） 中的刺激点。

引言

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颅内直流刺激（tDCS）是一种非侵入性技术，可调节头皮上弱直流的皮质兴奋性。它的目的是确定神经兴奋性与健康人的行为之间的因果关系1，2，3。此外，作为一种运动神经修复工具，tDCS广泛用于治疗帕金森病、中风和脑瘫4。现有证据表明，传统的基于垫的tDCS通过一个相对较大的大脑区域5，6，7产生电流。高清晰度颅内直流刺激（HD-tDCS），中心环电极位于目标皮质区域上，由四个返回电极8、9包围，通过四环区域5、10增加焦距。此外，HD-tDCS引起的大脑兴奋性变化比传统的tDCS7、11产生的变化幅度更大，持续时间更长。因此，HD-tDCS在研究

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方案

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该协议符合西南大学机构审查委员会的指导方针。

1. 确定刺激位置

  1. 审查文献并确认刺激位置（此处，rTPJ）19，20，21。

2. 电极保持盖的准备

注:以下步骤如图1所示。

  1. 确保所有必要的材料都随时可用:3D数字化仪（图2），标准测量胶带，打标笔，头形和游泳帽。
  2. 将盖放在头部形状上，并在盖上标记点。
    1. 本地化顶点 （Cz）。为此，首先使用皮肤标记13、14、22标记nasion和inion之间的距离的中点。然后，测量预视点之间的距离并标记中点。两个点相交的点是 Cz。
    2. 检查中心电极和回归电极的位置。在这里，该刺激应用于rTPJ。rTPJ ....

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结果

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使用所介绍的方法，确定了rTPJ的坐标，这需要10-20系统以外的刺激点。首先，头形的周长应与实际头部相似。在这里，鼻咽到头型的长度为±36厘米，双前脑之间的长度为±37厘米。

生产电极盖的步骤指导 10-20 系统的测量位置。在这里，确定了 Nz、Iz、Cz、Fpz、Oz、Pz、T8、T7、C4、P8、O2、P4、C6、P6 和 CP6。在头皮上发现了 RTPJ 的大致位置（大约 CP6 和 P6 之间的中点）。中央电极和外围电极之间的距离应根据实验目标进行调整。先前的研究获得了半径值，范围从3.5-7.5厘米11，14，30。不同的半径值，直流强度和刺激持续时间可能产生不同的电场强度。在此协议中，所有返回电极与中央有源电极之间的距离固定为3.5厘米。

游泳帽上保留了几个重要的参考点，包括Fpz、Cz、Oz、T8和C4。头皮上的顶点位于刺激.......

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讨论

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与传统tDCS相比，HD-tDCS增加了刺激的焦距。典型的刺激位点通常基于10-20脑电图系统。然而，确定这个系统以外的精确刺激点可能很困难。本文将 3D 数字化仪与 HD-tDCS 相结合，以确定 10-20 系统以外的刺激点。在这种情况下，必须明确定义制作和使用电极盖的步骤和预防措施。

一般来说，靶刺激区的位置来源于以往脑成像研究的结果，可以得到刺激区域在10-20国际系统或MNI坐标上的位置。为测量 10-20 系统位置而创建电极盖导板的步骤至关重要。将盖放在头上时，盖上的参考与头皮位置的国际 10-20 系统保持一致，这一点至关重要。一旦 3D 数字化仪开始运行，源和传感器不应移动，否则将导致数据偏差。

在软件中，参考点在头皮上，而不是在帽上，除非头皮和帽的所有参考点都匹配。如果测量结果和目标值之间的误差超过可接受的范围，则应稍微调整标记点的位置。调整后，应再次进行测量。一旦用户按下"MODE SELECT"按钮并从"SCAN"切换到"PASS"，电流将开始从传统的tDCS设备通过电极进入4x1多通道刺激适配器。

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披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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这项研究得到了国家自然科学基金（31972906）、重庆海外归国学者创业与创新计划（cx2017049）、中央高校基础研究基金（SWU1809003）、开放中国科学院心理研究所心理健康重点实验室研究基金（KLMH2019K05）、重庆研究生研究创新项目（CYS19117）和合作创新研究计划基金北京师范大学基础教育质量评估中心（2016-06-014-BZK01、SCSM-2016A2-15003和JCXQ-C-LA-1）。我们要感谢奥蒂尔·图雷尔教授对本手稿初稿的建议。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1X1 低强度经颅直流刺激器Soterix Medical1300A
3 维 Polhemus-Patriot 数字化仪POLHEMUS1A0453-001PATRIOT 系统组件
4X1 多通道刺激接口Soterix Medical4X1-C3
Dell 台式计算机DellCRFC4J2运行 3D 数字化仪应用程序的主计算机

参考文献

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  1. 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).
  2. Sellaro, R., Nitsche, M. A., Colzato, L. S.

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重印与许可

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Transcranial Direct Current StimulationHigh Definition tDCS3D Digitizer10 10 SystemRight Temporo Parietal JunctionFunctional Near Infrared SpectroscopyElectrode PlacementScalp LocalizationBrain StimulationMNI Coordinates

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