睡眠期间的高分辨率经颅直流电刺激

我们在睡眠期间使用神经调节技术来研究特定脑区与睡眠生理之间的关系。结合同步脑电图的高分辨率经颅直流电刺激可推动有关睡眠调控及睡眠恢复机制的研究。首先，准备该实验程序所需的所有设备和材料。

确保常规tDCS设备有充足的电源供应，必要时更换电池。打开HD-tDCS和EEG设备，并根据制造商的规格验证电源状态。根据受试者的头围选择合适尺寸的EEG帽。

使用双侧额部外侧位置 F3 和 F4 来靶向刺激前额叶皮层。接下来，输入电极位置和刺激参数。将高密度经颅直流电刺激（HD-tDCS）电极或电极固定器插入脑电帽上指定的位置，然后将脑电帽内外翻转，放置在泡沫头模上，以便更方便地操作。

然后，将高黏度、无氯的导电粘合膏涂抹在帽上。使用压舌板将导电膏覆盖至每个脑电电极上，避免涂抹到高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）刺激电极上。将导电膏塑形成圆顶状结构。

在头皮前部毛发较少的区域涂抹较少的导电膏，在头顶和头后部毛发密度较高的区域涂抹较多的导电膏。现在，使用酒精棉片清洁每个电极放置部位。用棉签蘸取轻度研磨性的准备凝胶对部位进行去角质处理，然后用干燥的纱布块清除残留液体。

参考电极的靶点部位包括前额和耳后乳突，眼外眦附近用于记录眼动，下颌用于肌电图电极，锁骨用于接地电极。然后，用粘附性导电膏填充每个电极，并将其放置于准备好的部位。

使用医用胶带将每个电极固定到位。同样，使用装有导电粘性凝胶的金杯电极放置所有面部及接地参考电极。对于高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的接地电极，将刺激电极置于锁骨处，并用胶带固定。

现在，测量鼻根点到枕外隆突点之间的距离，并标记该线段的中点。然后，测量左侧与右侧耳前点之间的距离，并用一条可见的线标记该线段的中点。在鼻根点-枕外隆突点连线与左右耳前点连线的交点处确定CZ位置。

随后，使用喷雾瓶向受试者的头发上轻轻喷水，以辅助脑电帽的佩戴。将准备好的脑电帽翻转后紧密地戴在受试者头部，使CZ电极与标记的CZ位置对齐。使用下颌带固定脑电帽，确保佩戴舒适且稳定。

为填充每个电极位置的导电凝胶，轻轻上提每个电极，将粗径钝头针插入其中心位置。轻轻晃动针头以移开毛发，并注入约 0.5 毫升导电凝胶。然后将电极压回原位，以确保凝胶、糊剂与头皮之间形成牢固接触。

将银或氯化银中心环形电极放入每个HD-tDCS电极架中，粗糙面朝下，光滑的圆面朝上。在每个插入的电极上添加更多高黏性导电凝胶，以完全覆盖其表面。使用提供的帽盖将每个电极固定到位。

连接好所需导线后，打开放大器，并在连接的计算机上启动脑电图记录软件。使用软件检查电极阻抗。将阻抗阈值设置为25千欧姆，并力求使所有电极的阻抗值均低于10千欧姆。

要求受试者睁开和闭上眼睛约10秒。观察是否存在α波活动，该活动通常在后部导联比前部导联更为明显。监测头皮上的波幅变化。

要求受试者向左、向右、向上和向下看，然后指导其咬紧牙齿，同时观察眼电和颏部电极的记录是否存在运动信号。要求受试者多次眨眼。将银或氯化银中心环电极的导线连接到4x1适配器输出电缆的相应接收端口上。使用刺激器上的电源按钮将其打开。

刺激器开启后，将电极电缆牢固地插入设备背面。根据研究设计设置刺激参数，并调节刺激强度。

对于经颅直流电刺激方案，选择波形为直流电，并设置刺激持续时间和渐变时间。根据研究方案的要求，选择主动刺激或伪刺激模式。如果高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）电极显示阻抗过高，可在伪刺激模式下给予短暂的测试刺激，以验证连接是否正常。

开始记录，并在关闭灯光时标记脑电图记录中的相应时间点。监测脑电图以识别睡眠起始及特定睡眠阶段的迹象，根据研究方案触发刺激。在脑电图记录中标注刺激开始的时间，并做清晰标记。

最终刺激阶段结束后，从设备上拔下刺激导线。在脑电图记录中标记开灯的时间点。唤醒受试者后，通过软件界面停止脑电图记录。

轻轻地从受试者的头皮上取下银或氯化银环形电极。用湿润的纸巾清洁使用过的电极，并在存放前使其自然风干。一旦将脑电帽从受试者头部取下，需彻底清洁所有电极位置，以清除残留的导电凝胶。

双侧额部横向高精度经颅直流电刺激（HD-tDCS）产生了局灶性的电场分布，凸显了4×1环形电极布局所能实现的空间精确性。在电流上升阶段观察到清晰的脑电图（EEG）信号，伪迹极少，证实了刺激方案的正确实施以及电极准备的优化。与传统经颅直流电刺激（tDCS）相比，高精度经颅直流电刺激（HD-tDCS）具有更高的空间精确性和更精准的靶向能力，可在睡眠过程中最大限度地减少对非靶区的影响。

这使得能够开展针对特定脑区的睡眠生理学机制研究，并开发针对神经精神疾病的靶向干预措施。未来的研究将致力于开发自适应的闭环系统，并优化计算模型以提高靶向精度。