并行脑电图记录在经颅交流电刺激（TACS）
2016年1月22日
在本文中，我们解释了如何同时进行经颅交流电刺激和脑电图实验。
该协议的总体目标是演示如何成功设置并发经颅交流电刺激和脑电图，并考虑重要的技术因素以获得成功的记录。经颅交流电刺激 （tACS） 是一种通过实验控制大脑节律活动的方法。并研究这些节律活动与行为之间的绳索关联。
EEG 为研究内源性和夹带权威环活动提供高时间分辨率数据。在 tACS 期间同时记录 EEG 有助于回答有关 tACS 的直接神经生理学影响的关键问题。反过来，这可以帮助进一步了解大脑的节律动力学，以及了解 tACS 的机制和优化参数，用于临床神经调节应用。
该实验方案也可以适用于其他蒙太奇和皮质目标。本视频将演示将 tACS 电极放置在肩部和头皮上的蒙太奇。首先使用纱布垫和研磨性皮肤凝胶为 tACS 电极准备肩部皮肤。
在 tACS 电极上涂抹具有适当粘度的脑电图或 EEG 凝胶，并将电极放在肩部。用胶带将电极固定在肩部。接下来，给参与者戴上脑电图帽。
根据国际 10-20 系统调整盖子的位置以进行电极定位，并固定下巴带。使用水性红笔标记一个点，指示将 tACS 电极放置在头皮上的位置。如果笔没有到达头皮，请在木棍的尖端上漆，并用这个尖端标记头皮。
取下脑电图帽并检查标记是否成功。如果需要，请填写标记，以便以后可以轻松发现。接下来，对于长发的参与者，将 tACS 电极放在头上，其中心由头皮上的红点标记。
将 tACS 电极内环内的所有头发拧出，并用电缆绑带将拧出的头发绑起来。确保位于 tACS 电极周围的头发不会被电缆绑带束住。头发被束缚后，取下 tACS 电极。
接下来，将头皮和肩部 tACS 电极连接到刺激器，但不要打开它。在 tACS 电极上涂上一层薄薄的脑电图凝胶，然后小心地将其放回头部。如果参与者的头发较长，请将结合的头发穿过 tACS 电极的内孔，不要让头发接触 EEG 凝胶。
确保头皮上的红色标记位于 tACS 电极的中间，因为一旦放置，位置可能不再改变。然后，从头发上取下电缆绑带。现在，打开刺激器并监测阻抗。
在小心地对 tACS 电极施加一些压力时，请密切注意红色标记点始终保持在 tACS 电极的中间。小心地提起 tACS 电极的边缘，并在头发下方涂抹更多的 EEG 凝胶。继续对 tACS 电极施加压力，直到阻抗稳定低于 10 kΩ。
注意从 tACS 电极逸出的任何凝胶，并用棉签去除多余的 EEG 凝胶。一旦阻抗低于 10 kΩ 的阈值，再次轻轻地戴上 EEG 帽，并系紧带子。将适当粘度的脑电图凝胶涂抹在脑电图电极上，以在头皮和脑电图电极之间产生接触。
从接地和参考 EEG 电极开始，然后继续到位于中间和 tACS 电极附近的电极。然后继续使用剩余的电极。对于围绕 tACS 电极的 EEG 电极，注射凝胶时，针尖指向远离 tACS 电极的方向。
涂抹凝胶时轻轻向下推 EEG 电极，使凝胶不会从电极下方逸出。为了增加 EEG 电极和头皮之间的接触，特别是位于 tACS 电极附近的 EEG 电极，请用木棍将凝胶向下推向头皮。保持棒的角度与头皮正交，同时以旋转运动轻轻摩擦头皮，因为棒的横向运动会将凝胶分散在电极下。
达到最佳阻抗后，再涂抹一些凝胶以稳定 EEG 电极和头皮之间的接触。接下来，通过施加短暂的刺激来测试由于凝胶泄漏而导致的 tACS 电极和周围 EEG 电极之间的桥接，并检查 EEG 放大器的任何通道是否饱和。最后，再次检查 EEG 电极的阻抗，然后开始记录。
该协议解释了如何成功设置并发的 tACS 和 EEG 实验，并避免因 EEG 凝胶泄漏以及大型 tACS 伪影而桥接。如果 tACS 和 EEG 电极之间发生桥接，则记录的 EEG 信号将变得饱和，如图所示。与成功录制的信号相反。
同时进行 tACS 脑电图记录是一种技术上具有挑战性的方法。观看此视频后，您现在应该对如何成功设置此类实验来研究 tACS 的神经生理机制有了更好的了解。
概述
本文演示了并发经颅交变电流刺激（tACS）和脑电图实验的设置。它概述了成功记录的重要技术考虑因素以及对理解脑动力学的影响。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 神经刺激
背景
- tACS用于控制节奏性脑活动。
- 脑电图为研究脑活动提供高时间分辨率。
- 同时进行tACS和脑电图可以揭示神经生理学效应。
- 该协议可以适应各种安装和目标。
研究目的
- 演示tACS和脑电图的研究设置。
- 优化临床应用参数。
- 增强对脑节奏动力学的理解。
使用的方法
- 为电极放置准备皮肤。
- 涂抹脑电图凝胶以获得最佳接触。
- 在实验过程中监测阻抗。
- 在施加tACS时记录脑电图数据。
主要结果
- 成功设置并发tACS和脑电图。
- 确定最佳阻抗水平。
- 展示不当设置可能产生的伪影。
- 洞察tACS的神经生理机制。
结论
- 该协议提供了一种可靠的并发tACS和脑电图的方法。
- 了解设置的复杂性可以防止数据丢失。
- 这种方法有助于研究脑动力学和tACS效应。
常见问题
Executive Industry Relevance
Concurrent tACS-EEG recording enables direct measurement of neurophysiological responses to neuromodulation, supporting target validation in CNS drug discovery. This approach provides mechanistic de-risking by linking oscillatory brain activity to cognitive processes, informing predictive confidence in early-stage programs. It addresses a critical gap in understanding the immediate biological effects of neuromodulatory interventions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring immediate electrophysiological effects of tACS on brain network oscillations.
- Operational Value: Supports biological de-risking through direct observation of neurophysiological engagement, reducing mechanistic ambiguity in target validation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a standardized, reproducible system for preparing validated neural interfaces to assess neuromodulator engagement.
- Operational Value: Highlights the need for high-resolution EEG systems to capture low-amplitude neural signals amid large stimulation artifacts, informing assay sensitivity requirements.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Offers a disease-relevant system to study rhythmic brain dynamics, supporting translational biomarker alignment for neuropsychiatric indications.
- Operational Value: Facilitates continuity from target engagement to functional readouts, enabling risk-adjusted advancement decisions in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum by supporting hypothesis testing in early biology, enabling quantitative neurophysiological readouts for screening, and providing mechanistic insights that inform preclinical continuity and target confidence.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification and biological de-risking by measuring immediate neurophysiological effects of tACS on oscillatory brain activity.
- Screening: Enables assay readiness through standardized electrode preparation and impedance monitoring, ensuring reproducible neural signal acquisition.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements (EEG amplitude, frequency, coherence) that allow comparison of neuromodulatory conditions and dose responses.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling rhythmic brain dynamics relevant to disease states and therapeutic intervention.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating diverse neuromodulatory compounds and stimulation parameters across CNS programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target engagement, reduction of mechanistic ambiguity in neuromodulator mechanisms.
- Operational Value: Standardization of electrode-scalp interface, reproducibility of EEG recordings, scalability across multiple stimulation sites.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions based on direct neurophysiological readouts, capital efficiency through early de-risking, reduced late-stage biological risk in CNS portfolios.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of neuromodulatory candidates using convergent electrophysiological and behavioral endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology, neuromodulation, and EEG signal processing to manage artifacts and ensure data quality.
- Necessitates EEG systems with high-resolution analog-to-digital converters to prevent saturation from tACS artifacts exceeding 100 mV near stimulation sites.
- Demands cross-team standardization of EEG gel viscosity to prevent electrode bridging while maintaining sufficient conductivity for signal acquisition.
- Involves adaptation considerations for different montages, hair types, and cortical targets to maintain consistent electrode-scalp contact.
- Includes practical limitations such as artifact contamination near stimulation sites and the need for careful gel management to avoid amplifier saturation.
