Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

该实验方案的总体目标是测量经颅电刺激期间诱导的血氧水平依赖性活动的变化。将经颅交流电刺激与功能性磁共振想象相结合，有可能回答认知神经科学中的关键问题。结合这些技术的一个主要优点是可以测量大脑功能，同时以特定频率的方式纵神经振荡。

该技术的意义延伸到与异常同步相关的神经系统疾病的诊断和治疗。虽然这项技术可以提供对人类视觉认知的洞察力，但它也可以应用于其他系统，例如运动、行为和记忆。通常，刚接触这种方法的人可能会努力应对确保无噪声和触发同步实验所需的设置的复杂性。

我们对 TCS 产生了兴趣，因为我们认为它是研究所有有意识感知振荡原因的一种方式。我们的 MRI 技术员是 Ilona Pfahlert，Paule Wunsch 是我们的主题志愿者。预先筛查所有受试者是否有 MR 扫描和经颅交流电刺激的任何禁忌症。

当受试者到达时，描述实验的细节并获得知情同意。首先使用卷尺确定受试者头部从鼻孔到鼻孔的距离。然后从耳朵到耳朵越过头顶。

根据 10-20 EEG 系统，将这些长度的交点标记为 C-Z 位置。现在，将没有电极的脑电图帽放在受试者的头部，使 C-Z 对准标记位置。然后，为所有受试者使用相同的位置确定并标记电极的所需位置，以确保实验的一致性。

接下来，使用酒精和化妆棉清洁头皮上标记的斑点上和周围的头发和皮肤，以去除油脂和护发产品。然后，将凝胶涂抹在橡胶电极上，并将每个电极牢牢按压在这些位置，确保从电极到导电凝胶再到头皮的完全接触，阻抗最小。使用屏蔽 LAN 电缆和 MR 安全电缆将滤光片盒连接到刺激器和橡胶电极。

然后，打开刺激器并测试阻抗。如果它不低于 20 公斤欧姆，请将电极压在头皮上。或者，根据需要添加电极凝胶。

小心将电极凝胶的覆盖范围限制在与电极大致相同的表面积，并去除该区域多余的凝胶。接下来，让刺激器输出电流几秒钟，以使受试者熟悉感官体验。在这项测试中询问他们的感官知觉，包括他们是否能感觉到并承受任何刺痛感，以及刺激过程中任何磷化氢的程度和位置。

此时，将电缆插入被测体上的橡胶电极，但断开刺激器、备用 LAN 电缆以及外部和内部滤光片盒，以便被测者可以移动到扫描仪上。现在，将外部滤光片盒连接到穿过波导的 LAN 电缆，尽可能少地在波导外留下电缆。然后，连接刺激器电缆。

还要仔细检查刺激器是否连接到演示计算机触发器输出。在确保受试者没有磁性材料并准备好进行 MRI 实验后，将他们带入扫描仪室。提供耳塞以保护听力，然后让拍摄对象躺在扫描仪床上。

将电极电缆平放在受试者在实验期间可以舒适躺下的位置，然后在他们的头周围和下方放置枕头。此外，在受试者的腿下放一个枕头，以保证舒适并减少运动。提供警报球以及 MRI 安全响应按钮盒，其位置使得按下按钮所需的移动最少。

现在，用一面镜子固定头圈，这样拍摄对象就会看到正确方向的投影屏幕。然后，暂时将电极电缆的自由端从橡胶电极固定到磁头线圈，这样当床移动时它不会卡住。将扫描仪平台移动到位。

然后，从扫描仪孔的后端，将电极电缆从橡胶电极连接到连接到 LAN 电缆的内部过滤器盒。为防止扫描过程中发生过度运动，请用胶带和沙袋将电缆和滤光片盒沿扫描仪床栏杆固定在孔的右侧。然后，将投影仪屏幕放入扫描仪孔的后端。

最后，再次测试刺激器上的阻抗，以确保在开始实验之前正确连接所有电缆。首先测试演示计算机在被试按下响应按钮时是否进行了注册。然后，获取具有 1 毫米各向同性分辨率的高分辨率 T1 加权解剖图像。

采集后，将此图像上的对比度和窗口级别调整为低极和高极值，以直观地检测可能由刺激器设置引起的噪声。在功能成像采集期间继续此监控。现在，在演示计算机上启动实验，使其从扫描仪触发器开始，并启动刺激器以等待此计算机的输出触发器。

此时，开始 FMRI 采集。在整个 FMRI 实验过程中保持刺激器打开并连接，以避免刺激器打开和关闭条件之间时间信噪比的差异。此外，监控刺激器显示屏，以确保在整个实验运行过程中在所需时间发送电流。

扫描完成后，从连接到橡胶电极的电缆上拔下内部过滤器盒。一旦受试者从扫描仪中取出，请取下电极，让受试者自由洗头。该图显示了 16 赫兹 CZOZTACS 电流强度对中央交叉固定期间粗体信号影响的测试结果。

显示了具有统计意义的集群的信号的事件相关平均值，随着电流强度的增加，对信号的影响越来越大。在这里，我们看到当前强度特异性 T 评分图说明了效应的区域特异性，以及随着电流强度的增加对粗体活性的影响增加。该图显示了在视觉感知任务期间测试 TACS 效果的频率依赖性的代表性结果。

该示意图说明了中心交叉固定块之间的视觉呈现和 TACS 周期的实验时间。TACS 条件和频率效应交互图以及集群事后测试显示顶叶皮层的频率特异性效应，其中 10 赫兹 TACS 减少，60 赫兹信号增加。这些 T 评分图显示了 60 赫兹 TACS 的特定影响，延伸到顶叶皮层之外，包括一些枕叶和额叶区域。

掌握后，该实验可以在短短两个小时内完成，具体取决于实验设计的长度。在尝试此过程时，确保刺激器与 MRI 采集时间正确同步尤为重要。观看此视频后，您应该对如何进行组合 TACS FMRI 实验有很好的了解。