经颅交流电刺激与脑电图的结合
2025年10月10日
该协议建立了一种将HD-tACS与脑电图相结合的实用方法，以工作记忆中的θ频率刺激为例，以检查刺激对认知任务期间神经振荡的影响。
当前方案旨在展示如何将高清经颅交流电流刺激与脑电图结合。通过在刺激前后记录脑电图，该方案使研究人员能够评估刺激对神经生理的影响。首先，在实验前清洁参与者的头皮。
将64通道脑电盖（电极按10-20系统排列）戴在参与者头部。通过在软件界面中选择阻抗来监控电极阻抗。将阻抗显示范围设置为0到5千欧，以确保高录音质量。
将显示屏上的橙色或绿色信号解读为低于5千欧姆。用注射器尖端将头发从电极开口中分开，然后注射凝胶，确保每个电极与头皮直接接触。用注射器尖端轻轻摩擦头皮，直到每个电极阻抗降至5千欧以下。
确认所有电极阻抗后，在参与者执行两回任务时，通过软件中的开始键启动脑电图记录。在任务中可视化脑电图信号。在刺激前再次清洁参与者的头皮。
提前准备好所有必需材料。安装电池并确认电池已充满电。使用输入线将双通道经颅电刺激器连接到四乘一刺激接口。
将输出电缆连接到四乘一接口，并在输出电缆上连接五个银或氯化银电极。完成所有连接后，启动双通道刺激器和四乘一系统。现在，将五个塑料高清外壳嵌入脑电盖的指定位置，分别是P3、CP3、P1、PO3和P5。然后将脑电盖戴在参与者头上。
用注射器尖端将导电凝胶通过每个HD套管口涂抹在头皮上。分开头发露出头皮，直接涂抹凝胶。将五个电极插入套管，第五个电极位于P3，其余电极环绕其周围。
再次用导电凝胶填充所有脑电极，并确认阻抗值低于5千欧姆。确认刺激器的默认模式设置为扫描。然后通过按四乘一接口上的编号按钮，逐个查看每个电极的阻抗值。
如果阻抗超过1.5，打开盖子，用注射器头刷头皮以降低阻抗。使用四个旋钮在双通道刺激器上设置刺激参数，包括波形、时长和强度。用摇杆切换假条件。
参数设置为交流电波形、2毫安和4赫兹，持续10分钟。把放松电平切换到全电流。接下来，使用模式选择按钮将刺激模式从扫描切换为通过。
通过按下刺激器的启动按钮开始刺激。在屏幕上观察当前的增强，直到达到目标强度。如果出现不适，放松杠杆时降低强度，等参与者感到舒适后再继续。
如有必要，按下中止按钮终止刺激。取下脑电盖上的HD管和刺激电极。在P3、CP3、P1、PO3和P5位置重新插入原有的脑电极。用注射器尖端分开头发，并直接将导电凝胶涂抹在每个重新插入的电极上。
在开始刺激后脑电图记录前，请确认阻抗值低于5千欧姆。在脑电图预处理过程中，眼部伪影被成功去除，这一点从伪影后排斥痕迹中缺乏典型的眼动信号可见一斑。时频频谱图显示，刺激后θ波段功率相比刺激前有所下降。
该协议提供了一种将HDTACS与脑电图（EEG）集成的实用方法。我们希望该方案促进TACS与脑电图整合的更广泛应用，促进对神经同步动态的更规律性探索。该方案可扩展至更大样本量，配合定制刺激参数，以研究更广泛的认知和情感功能。
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概述
本协议建立了一种实用的方法，将高清经颅交变电流刺激（HD-tACS）与EEG相结合，以检查认知任务期间的神经振荡，特别是以工作记忆中的theta频率刺激为案例研究。这些方法的整合使研究人员能够评估刺激对神经活动的生理影响，在认知任务之前和之后。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 认知神经科学
背景
- 高清tACS是一种用于调节脑活动的方法。
- 神经振荡在认知功能中的作用越来越受到认可。
- EEG允许对脑活动进行实时监测。
- 结合这些技术可以增强对认知过程的理解。
研究目的
- 提供将HD-tACS与EEG整合的详细协议。
- 评估theta频率刺激对工作记忆的影响。
- 促进这种双重方法在研究中的更广泛应用。
使用的方法
- 使用的平台包括EEG和经颅电刺激设备。
- 参与者在受到刺激时执行认知任务，以监测EEG反应。
- 关键步骤包括阻抗检查和确保电极接触以获得清晰的记录。
- 刺激参数如波形、持续时间和强度被仔细校准。
主要结果
- EEG预处理成功地去除了眼部伪影，改善了数据质量。
- 相比于刺激前基线，在刺激后观察到theta频段功率的减少。
- 该协议促进了对认知任务相关的神经同步动态的更好理解。
- 该方法可以应用于更大样本量进行进一步探索。
结论
- 该研究提出了一种可行的方法，将HD-tACS与EEG结合以研究认知功能。
- 研究结果表明HD-tACS有潜力影响与认知表现相关的神经振荡。
- 这种方法可能会带来对认知下潜神经机制的更深入见解。
常见问题
Executive Industry Relevance
Combining high-definition transcranial alternating current stimulation (HD-tACS) with EEG enables precise interrogation of neural oscillations underlying cognitive functions, supporting mechanistic de-risking in early neuroscience discovery. This integrated approach provides quantitative, frequency-specific readouts that inform target validation and predictive confidence for neuro-modulation strategies. The protocol's reproducibility and scalability position it as a reusable platform for advancing neurotechnology portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct assessment of causal links between neural oscillations and cognitive endpoints.
- Supports functional target validation by quantifying physiological effects of frequency-specific stimulation.
- Facilitates mechanistic de-risking for neuro-modulation targets in cognitive and affective domains.
Screening & Assay Development
- Establishes validated EEG-based assays for quantifying neural response to stimulation.
- Standardizes measurement of oscillatory power changes, supporting reproducible screening workflows.
- Provides quantitative outputs for evaluating compound or device effects on neural dynamics.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural oscillation biomarkers with cognitive task performance for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement of neuro-modulation strategies based on physiological endpoints.
- Supports extension to larger cohorts and diverse cognitive paradigms for broader translational insight.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the neuroscience discovery continuum from early mechanistic studies to preclinical validation of neuro-modulation interventions.
- Discovery Biology: Provides a platform for hypothesis testing on neural oscillation-cognition relationships.
- Screening: Delivers standardized, reproducible EEG readouts for evaluating intervention effects.
- Analytics: Enables quantitative comparison of pre- and post-stimulation neural activity.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical models using cognitive and physiological endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a modular workflow adaptable to various stimulation parameters and cognitive tasks.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuro-modulation research.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability across studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency in neurotechnology pipelines.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuromodulation assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG acquisition, stimulation parameterization, and artifact rejection.
- Demands high-quality instrumentation for impedance monitoring and signal fidelity.
- Necessitates cross-team standardization of electrode placement and stimulation protocols.
- Adaptable to different cognitive tasks and stimulation frequencies with protocol modifications.
- Participant variability in neural response may affect generalizability and requires careful cohort design.
