Transkranielle Gleichstromstimulation und Simultan Functional Magnetic Resonance Imaging

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Implementierung der transkraniellen Gleichstromstimulation (TDCS) während der simultanen funktionellen Magnetresonanztomographie zu veranschaulichen. Um zu beurteilen, wie sich die Stimulation auf die menschlichen Gehirnfunktionen auswirkt, besteht der erste Schritt darin, die notwendige Ausrüstung zusammenzustellen, zu der MRT, kompatible Kabel, Elektroden und Filterboxen gehören. In einem zweiten Schritt muss die TDCS-Ausrüstung innerhalb und außerhalb des Scanners eingerichtet werden.

Als nächstes wird der Teilnehmer gescreent und auf das Intra-Scanner-TDCS vorbereitet. Nachdem der Teilnehmer in die Scannerbohrung gebracht wurde, wird die Stimulation eingeschaltet und das FMRI-Experiment beginnt. Letztendlich werden die Ergebnisse der Teilnehmer, die während A-T-D-C-S gescannt wurden, in einem Probandendesign mit den Ergebnissen verglichen, die während einer separaten Schein-TDCS-Sitzung erhalten wurden, um den Einfluss der Stimulation auf die funktionelle Gehirnaktivität aufzuzeigen.

Der Hauptvorteil der Intra-Krankheit im Vergleich zu rein verhaltensbezogenen TS-Protokollen besteht darin, dass sie es ermöglicht, den neuronalen Mechanismus zu untersuchen, der den Simulationseffekten zugrunde liegt. Darüber hinaus bietet es im Vergleich zu anderen Neurobildgebungsverfahren wie E-E-G-F-M-R-I eine überlegene räumliche Auflösung und ermöglicht auch die Überprüfung der Elektrodenposition auf dem Zahn. Die kombinierte Anwendung von FMRI und TDCS kann dazu beitragen, die neuronalen Mechanismen zu entschlüsseln, die mit der Wirkung von TDCS im gesunden Gehirn und auch bei einer Reihe verschiedener pathologischer Zustände wie Schlaganfall oder Demenz verbunden sind.

Das Verständnis, wie TDCS im Gehirn funktioniert, kann die klinischen Anwendungen dieser Technik möglicherweise verbessern, da eine Reihe kritischer Schritte in der richtigen Reihenfolge und zeitkritisch ausgeführt werden müssen. Eine gute Planung und Einarbeitung in diese Schritte ist für eine erfolgreiche Umsetzung notwendig. Bei richtiger Ausführung stellt die Technik nur ein minimales Risiko für die Teilnehmer dar.

Die Forscher müssen jedoch darauf achten, die etablierten MRT- und TDCF-Sicherheitsrichtlinien zu befolgen. Das experimentelle Design besteht aus zwei FMRI-Segmenten, die während einer fünfminütigen Ruhezustandssequenz von T-D-C-S-A durchgeführt wurden, und einer 11-minütigen offenen semantischen Wortgenerierungsaufgabe. Die 20-minütige Zeit bei TDCS beginnt etwa ein bis zwei Minuten vor den Scans und umfasst die gesamte Dauer der beiden Funktionsscans sowie kurze Pausen und Anweisungen zwischen den Scans.

Zusätzliche strukturelle Scans werden im Anschluss an die Ruhe- und Task-F-MRTs durchgeführt. Die Scheinstimulationssitzung besteht aus 30 Sekunden TDCS vor dem Ruhezustand FMRI ohne TDCS während des restlichen Protokolls für die Sprachaufgabe. Verwenden Sie eine Stimulus-Präsentationssoftware, um ein visuelles Bild verschiedener semantischer Kategorien auf einen Bildschirm im Inneren des Scanners zu projizieren. Die Projektion erfolgt über einen Projektor und ein Spiegelsystem, das mit dem Computer verbunden ist.

Für die Übertragung offener verbaler Reaktionen wird ein MRT-kompatibles Mikrofon verwendet. Um das TDCS-Geräteprogramm einzurichten, muss das Gerät 20 Minuten lang einen konstanten Gleichstrom von einem Milliampere liefern, um sicherzustellen, dass der Stimulator ausreichend geladen ist. Andernfalls kann es sich während des Experiments abschalten und alle Geräte, Kabel und Elektroden zusammenbauen, die für das TDCS erforderlich sind, wie im Textprotokoll beschrieben.

Platzieren Sie im MRT-Kontrollraum den äußeren Filterkasten in der Nähe des HF-Filterrohrs, das für die Kabelführung in den Scannerraum verwendet wird. Beachten Sie, dass der äußere Filterkasten deutlich beschriftet ist. Der innere und äußere Filterkasten dürfen nicht verwechselt werden.

Verbinden Sie anschließend den Stimulator mit dem Stimulatorkabel mit der Außenverpackung. Messen Sie die Länge des Box-Kabels, das zum Verbinden der inneren und äußeren Filterboxen erforderlich ist, sodass genügend Kabel an den Wänden des Scannerraums entlang verlaufen können. Stecken Sie das Box-Kabel in die HF-Filterröhre und verbinden Sie es mit der äußeren Filterbox im Scannerraum.

Platzieren Sie den inneren Filterkasten am hinteren Ende der Scannerbohrung und halten Sie ihn mit Klebeband an Ort und Stelle. Befestigen Sie das Kabel der Box mit einem Klebeband an den Wänden und verbinden Sie es mit der Filterbox des Scanners, wobei Sie Schleifen in den Kabeln vermeiden, da diese eine HF-Erwärmung auslösen können. Gründlich. Untersuchen Sie die Teilnehmer auf MRT- und TDCS-Kontraindikationen, wie z. B. Herzschrittmacher, Körpermitte und Klaustrophobie.

Nachdem Sie das Verfahren erklärt haben, informieren Sie sich wie bei herkömmlichen TDCS-Setups, um sich auf die Elektrodenplatzierung vorzubereiten. Untersuchen Sie die Haut des Teilnehmers auf bereits bestehende Läsionen und entfernen Sie alle Haare. Reinigen Sie dann die Haut mit Alkohol, um den Hautzustand zu verbessern.

Nachdem Sie die Schwammtaschen mit Kochsalzlösung getränkt haben, führen Sie die MRT-kompatiblen Elektroden mit einem Stift in die Taschen ein, der keine magnetischen Spuren hinterlässt. Markieren Sie zuerst den Schnittpunkt von T drei F drei und F sieben C3 auf dem Kopf des Probanden und markieren Sie dann den Mittelpunkt zwischen F sieben und F drei. Markieren Sie nun den Mittelpunkt einer Linie, die diese beiden Punkte verbindet, und platzieren Sie die Anode an dieser Stelle.

Legen Sie dann die Kathode über die rechte supraorbitale Position und befestigen Sie beide Elektroden mit einem Gummiband. Führen Sie den Teilnehmer nach einer abschließenden Sicherheitsüberprüfung außerhalb des Scanners in den Scannerraum und dann in die Nähe des Scanners, um das Elektrodenkabel mit der inneren Filterbox zu verbinden. Schalten Sie anschließend den Stimulator ein und testen Sie die Impedanz, indem Sie z. B. die obere rechte und die linke untere Taste des Stimulators gleichzeitig drücken.

Die Impedanzen sind bei diesem Verfahren im Vergleich zu Standard-T DS-S-Protokollen in der Regel höher, da die Kabellänge und die Filterboxen widerstandsfähiger sind, daher ist es wichtig, die Impedanzen vor Beginn des Scanvorgangs zu testen. Sind die Impedanzgrenzen erreicht, stoppt der Stimulator in diesem Fall automatisch. Mögliche Abhilfemaßnahmen sind die Sicherstellung, dass die Elektroden Kontakt mit der Kopfhaut haben, die Reinigung der Haut und das Auftragen von mehr Kochsalzlösung auf die Schwämme.

Positionieren Sie den Teilnehmer auf der Scanner-Gantry. Vergewissern Sie sich, dass sich die Elektroden noch in der richtigen Position befinden. Führen Sie dann das Elektrodenkabel durch den unteren linken Teil der Kopfspule und sichern Sie das Kabel so, dass es sich nicht an der Gantry verfängt.

Wenn das Portal bewegt wird. Schließen Sie danach die Kopfspule und übergeben Sie dem Teilnehmer den Notrufknopf. Schieben Sie dann den Teilnehmer in den Scanner.

Bohren Sie als nächstes, greifen Sie nach dem Elektrodenkabel vom hinteren Ende des Scanners, verbinden Sie es mit dem inneren Filterkasten und verlassen Sie den Raum. Verwenden Sie die Scanner-Gegensprechanlage, um den Teilnehmer über den Start der Scansitzung zu informieren. Starten Sie den Scan des strukturellen Lokalisierers mit der Scankonsole nach Ablauf des Erfassungszeitraums.

Überprüfen Sie den Localizer-Scan auf hochfrequente Artefakte, indem Sie auf den Localizer-Scan doppelklicken und den Kontrast anpassen, indem Sie die rechte Maustaste gedrückt halten, während Sie die Maus nach links und rechts bewegen. Verwenden Sie die Scanner-Gegensprechanlage, um dem Probanden mitzuteilen, dass die Stimulation beginnt und dass er oder sie möglicherweise für kurze Zeit ein Kribbeln auf der Kopfhaut verspürt. Wiederholen Sie dann die Anweisungen für den ersten Funktionsscan.

Weisen Sie den Teilnehmer für den Ruhezustandsscan an, die Augen für die Dauer des fünfminütigen Scans geschlossen zu halten. Sich so wenig wie möglich zu bewegen und an nichts Bestimmtes zu denken. Stellen Sie außerdem sicher, dass der Projektor manuell ausgeschaltet ist.

Starten Sie das TDCS etwa ein bis zwei Minuten vor dem Start des Funktionsscans im Ruhezustand. Verwenden Sie die Scannerkonsole, um die Sequenz des Ruhezustands zu laden. Doppelklicken Sie auf die Ruhezustandssequenz, um das Sichtfeld zu öffnen und die Position so anzupassen, dass sie das gesamte Gehirn bedeckt und ungefähr mit der vorderen hinteren Kommissur ausgerichtet ist.

Starten Sie nun den ersten Scan. Überwachen Sie die Impedanz während des gesamten Experiments mit einem zweiten Forscher, indem Sie Doppelblindstudien durchführen, während die Ruhezustandssequenz läuft. Laden Sie die zweite funktionale Bildgebungssequenz, bei der es sich um die Sprachaufgabe handelt, und passen Sie das Sichtfeld wie zuvor mit der Scannerkonsole an, um die zwischen den Scans erforderliche Zeit zu verkürzen.

Schalten Sie nach dem Ende der Ruhezustandssequenz den Projektor ein, um die visuelle Darstellung der experimentellen Reize während der Sprachaufgabe zu ermöglichen. Doppelklicken Sie auf das Symbol der Präsentationssoftware und laden Sie das Sprachparadigma. Verwenden Sie die Scanner-Gegensprechanlage, um die Anweisungen für das aufgabenbezogene FMRI-Paradigma zu wiederholen und beginnen Sie mit der Aufgabe am Ende des Stimulations- und FMRI-Experiments.

Fahren Sie mit den geplanten Strukturscans fort. Trennen Sie am Ende des Experiments das Elektrodenkabel von der inneren Filterbox, bevor Sie den Teilnehmer aus der Scannerbohrung herausnehmen. Nehmen Sie dann die Kopfspule ab und bitten Sie den Teilnehmer, sich aufzusetzen und die Elektroden vorsichtig zu entfernen.

FMRI-Studien während einer semantischen Wortgenerierungsaufgabe zeigten eine verminderte Aktivität im ventralen Teil des unteren frontalen Gyrus sowohl bei jüngeren als auch bei älteren Erwachsenen, die A-T-D-C-S erhielten, im Vergleich zu den gleichen Probanden, die während der Scheinstimulation gescannt wurden. Es wurden keine signifikanten Unterschiede im linken dorsalen inferioren frontalen Gyrus und FMRI gefunden. Der Ruhezustandsscan, der während A-T-D-C-S durchgeführt wurde, im Vergleich zu einem Ruhezustandsscan, der bei denselben 18 Teilnehmern während einer separaten Schein-TDCS-Sitzung aufgenommen wurde, zeigt Gehirnregionen, die während A-T-D-C-S eine erhöhte Konnektivität zeigten, rot und Regionen mit reduzierter Konnektivität, die blau dargestellt waren.

In Zukunft kann diese neue Technik in klinischen Populationen eingesetzt werden, um die Wirksamkeit bestehender Interventionen zu verbessern oder neue wissenschaftlich fundierte Protokolle zu entwickeln. Um unser Verständnis der zugrunde liegenden Effekte von TT CS zu erweitern, könnte diese Technik durch andere Techniken wie EEG TT S ergänzt werden, um die überlegene zeitliche Auflösung dieser Techniken zu nutzen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis für die technischen Anforderungen, die Implementierung und die Sicherheitsaspekte der kombinierten Verwendung von TDCS und MRT haben.