Concurrent Elektroenzephalographie Recording Während Transkranielle Alternating Current Stimulation (TAC)
22. Januar 2016
In diesem Artikel erklären wir, wie man ein gleichzeitiges transkranielles Wechselstromstimulations- und EEG-Experiment einrichtet.
Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, zu demonstrieren, wie die gleichzeitige transkranielle Wechselstromstimulation und das EEG erfolgreich eingerichtet werden können, wobei wichtige technische Überlegungen angestellt werden, um eine erfolgreiche Aufzeichnung zu erhalten. Die transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) ist eine Methode zur experimentellen Steuerung rhythmischer Aktivitäten im Gehirn. Und um die herzliche Assoziation dieser rhythmischen Aktivität mit dem Verhalten zu untersuchen.
Das EEG bietet Daten mit hoher zeitlicher Auflösung für die Untersuchung der endogenen und mitgerissenen autoritären ringförmigen Aktivität. Die simultane EEG-Aufzeichnung während des tACS kann helfen, wichtige Fragen zur unmittelbaren neurophysiologischen Wirkung des tACS zu beantworten. Dies wiederum kann dazu beitragen, die rhythmische Dynamik des Gehirns besser zu verstehen sowie die Mechanismen und Optimierungsparameter von tACS für klinische neuromodulatorische Anwendungen zu verstehen.
Dieses experimentelle Protokoll kann auch für andere Montagen und kortikale Ziele angepasst werden. Dieses Video zeigt eine Montage mit tACS-Elektroden, die auf der Schulter und der Kopfhaut platziert werden. Bereiten Sie zunächst die Haut der Schulter für die tACS-Elektrode vor, indem Sie ein Mullpad und ein scheuerndes Hautgel verwenden.
Tragen Sie ein Elektroenzephalographie- oder EEG-Gel mit geeigneter Viskosität auf die tACS-Elektrode auf und platzieren Sie die Elektrode auf der Schulter. Befestigen Sie die Elektrode mit Klebeband an der Schulter. Setzen Sie anschließend die EEG-Kappe auf den Teilnehmer.
Stellen Sie die Position der Kappe gemäß dem International 10-20-System für die Elektrodenpositionierung ein und befestigen Sie den Kinnriemen. Markieren Sie mit einem roten Stift auf Wasserbasis einen Punkt, der anzeigt, wo die tACS-Elektrode auf der Kopfhaut positioniert werden soll. Wenn der Stift die Kopfhaut nicht erreicht, malen Sie die Spitze eines Holzstäbchens und verwenden Sie diese Spitze, um die Kopfhaut zu markieren.
Entfernen Sie die EEG-Kappe und prüfen Sie, ob die Markierung erfolgreich war. Füllen Sie die Markierung bei Bedarf aus, damit sie später leicht zu erkennen ist. Als nächstes platzieren Sie bei Teilnehmern mit langen Haaren die tACS-Elektrode auf dem Kopf, wobei ihre Mitte durch den roten Fleck auf der Kopfhaut markiert ist.
Fädeln Sie alle Haare in den inneren Ring der tACS-Elektrode ein und binden Sie die ausgefädelten Haare mit Kabelbindern zusammen. Achten Sie darauf, dass die Haare, die sich um die tACS-Elektrode herum befinden, nicht durch die Kabelbinder verklebt werden. Nachdem das Haar gebunden wurde, entfernen Sie die tACS-Elektrode.
Schließen Sie als Nächstes die tACS-Elektroden für Kopfhaut und Schulter an den Stimulator an, schalten Sie ihn jedoch nicht ein. Tragen Sie eine dünne Schicht EEG-Gel auf die tACS-Elektrode auf und legen Sie sie vorsichtig wieder auf den Kopf. Wenn der Teilnehmer längere Haare hat, fädeln Sie die gebundenen Haare durch das innere Loch der tACS-Elektrode zurück, ohne dass die Haare das EEG-Gel berühren
.Stellen Sie sicher, dass sich die rote Markierung auf der Kopfhaut in der Mitte der tACS-Elektrode befindet, da die Position nach dem Platzieren nicht mehr verändert werden darf. Entfernen Sie dann die Kabelbinder aus den Haaren. Schalten Sie nun den Stimulator ein und überwachen Sie die Impedanz.
Achten Sie bei vorsichtigem Druck auf die tACS-Elektrode sehr darauf, dass der rote Markierungsfleck immer in der Mitte der tACS-Elektrode bleibt. Heben Sie vorsichtig die Ränder der tACS-Elektrode an und tragen Sie etwas mehr EEG-Gel unter das Haar auf. Üben Sie weiterhin Druck auf die tACS-Elektrode aus, bis die Impedanz stabil unter 10 Kilohm liegt.
Achten Sie auf das aus der tACS-Elektrode austretende Gel und entfernen Sie überschüssiges EEG-Gel mit einem Wattestäbchen. Sobald die Impedanz unter dem Schwellenwert von 10 Kilohm liegt, montieren Sie die EEG-Kappe vorsichtig wieder und befestigen Sie das Band. Tragen Sie das EEG-Gel mit geeigneter Viskosität auf die EEG-Elektroden auf, um einen Kontakt zwischen der Kopfhaut und den EEG-Elektroden herzustellen.
Beginnen Sie mit den Masse- und Referenz-EEG-Elektroden und fahren Sie dann mit den Elektroden fort, die sich in der Mitte und in der Nähe der tACS-Elektrode befinden. Fahren Sie dann mit den restlichen Elektroden fort. Bei EEG-Elektroden, die die tACS-Elektrode umgeben, injizieren Sie das Gel, wobei die Nadelspitze in eine Richtung zeigt, die von der tACS-Elektrode weg zeigt.
Drücken Sie die EEG-Elektroden beim Auftragen des Gels vorsichtig nach unten, damit das Gel nicht unter den Elektroden austritt. Um den Kontakt zwischen den EEG-Elektroden und der Kopfhaut, insbesondere EEG-Elektroden, die sich in der Nähe der tACS-Elektrode befinden, zu erhöhen, drücken Sie das Gel mit einem Holzstab in Richtung Kopfhaut. Halten Sie den Winkel des Stäbchens orthogonal zur Kopfhaut, während Sie die Kopfhaut sanft in einer rotierenden Bewegung reiben, da Seitwärtsbewegungen des Stäbchens das Gel unter der Elektrode verteilen.
Sobald die optimale Impedanz erreicht ist, tragen Sie etwas mehr Gel auf, um den Kontakt zwischen der EEG-Elektrode und der Kopfhaut zu stabilisieren. Testen Sie als Nächstes die Überbrückung zwischen der tACS-Elektrode und den umgebenden EEG-Elektroden aufgrund von auslaufendem Gel, indem Sie eine kurze Stimulation anwenden und prüfen, ob ein Kanal des EEG-Verstärkers gesättigt ist. Überprüfen Sie abschließend noch einmal die Impedanzen der EEG-Elektroden und beginnen Sie dann mit der Aufzeichnung.
In diesem Protokoll wird erläutert, wie ein gleichzeitiges tACS- und EEG-Experiment erfolgreich eingerichtet werden kann und wie man eine Überbrückung durch Austritt des EEG-Gels sowie große tACS-Artefakte vermeidet. Kommt es zu einer Überbrückung zwischen den tACS- und EEG-Elektroden, wird das aufgezeichnete EEG-Signal übersättigt, wie hier zu sehen. Im Gegensatz zu einem erfolgreich aufgenommenen Signal.
Die gleichzeitige tACS-EEG-Aufzeichnung ist eine technisch anspruchsvolle Methode. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie nun ein besseres Verständnis dafür haben, wie Sie diese Art von Experiment erfolgreich durchführen können, um den neurophysiologischen Mechanismus von tACS zu untersuchen.
Übersicht
In diesem Artikel wird die Einrichtung gleichzeitiger Experimente mit transkranieller Wechselstromstimulation (tACS) und EEG demonstriert. Er erläutert wichtige technische Aspekte für erfolgreiche Aufnahmen sowie deren Bedeutung für das Verständnis zerebraler Dynamiken.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Neurostimulation
Hintergrund
- tACS wird verwendet, um rhythmische Hirnaktivitäten zu steuern.
- Die EEG-Methode bietet eine hohe zeitliche Auflösung zur Untersuchung der Hirnaktivität.
- Gleichzeitige tACS- und EEG-Aufnahmen können neurophysiologische Effekte aufzeigen.
- Dieses Protokoll kann für verschiedene Montagen und Zielstrukturen angepasst werden.
Zweck der Studie
- Die Einrichtung von tACS und EEG für die Forschung zu demonstrieren.
- Parameter für klinische Anwendungen zu optimieren.
- Das Verständnis der rhythmischen Hirndynamik zu vertiefen.
Verwendete Methoden
- Vorbereitung der Haut für die Elektrodenplatzierung.
- Auftragung von EEG-Gel für optimalen Kontakt.
- Überwachung der Impedanz während des Experiments.
- Aufzeichnung von EEG-Daten während der Anwendung von tACS.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Einrichtung einer gleichzeitigen tACS- und EEG-Aufnahme.
- Bestimmung der optimalen Impedanzwerte.
- Nachweis möglicher Artefakte aufgrund fehlerhafter Einrichtung.
- Erkenntnisse über die neurophysiologischen Wirkmechanismen der tACS.
Schlussfolgerungen
- Das Protokoll bietet eine zuverlässige Methode für die gleichzeitige Durchführung von tACS und EEG.
- Das Verständnis der komplexen Aufbauten kann Datenverlust verhindern.
- Dieser Ansatz unterstützt die Untersuchung von Hirndynamiken und den Effekten von tACS.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die gleichzeitige tACS-EEG-Aufzeichnung ermöglicht die direkte Messung neurophysiologischer Reaktionen auf neuromodulatorische Eingriffe und unterstützt so die Zielstruktur-Validierung in der ZNS-Wirkstoffforschung. Dieser Ansatz trägt durch die Verknüpfung oszillatorischer Hirnaktivität mit kognitiven Prozessen zur mechanistischen Risikominimierung bei und liefert Hinweise auf die Vorhersagekraft früher Programmstadien. Er schließt eine entscheidende Wissenslücke bezüglich der unmittelbaren biologischen Wirkungen neuromodulatorischer Interventionen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch Messung der unmittelbaren elektrophysiologischen Wirkungen von tACS auf neuronale Netzwerk-Oszillationen.
- Operationaler Wert: Unterstützt die biologische Risikominimierung durch direkte Beobachtung neurophysiologischer Aktivierung und verringert so mechanistische Unklarheiten bei der Zielvalidierung.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet ein standardisiertes, reproduzierbares System zur Herstellung validierter neuronaler Schnittstellen zur Beurteilung der Involvierung von Neuromodulatoren.
- Operationaler Wert: Unterstreicht die Notwendigkeit hochauflösender EEG-Systeme, um niederamplitude neuronale Signale trotz großer Stimulationsartefakte zu erfassen, und leitet damit Anforderungen an die Empfindlichkeit von Assays ab.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet ein krankheitsrelevantes System zur Untersuchung rhythmischer Hirndynamik und unterstützt die translationale Abstimmung von Biomarkern für neuropsychiatrische Indikationen.
- Operationaler Wert: Erleichtert die Kontinuität von der Zielstrukturenbindung bis hin zu funktionellen Endpunkten und ermöglicht risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung in präklinischen Modellen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Methode integriert sich in den Entdeckungsprozess, indem sie die Hypothesenprüfung in der frühen Biologie unterstützt, quantitative neurophysiologische Messgrößen für die Bildschirmanalyse ermöglicht und mechanistische Erkenntnisse liefert, die die präklinische Kontinuität und Zielverlässlichkeit beeinflussen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Aufklärung von Wirkwegen und die biologische Risikominimierung, indem unmittelbare neurophysiologische Effekte von tACS auf oszillatorische Hirnaktivität gemessen werden.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Assays durch standardisierte Elektrodenpräparation und Impedanzüberwachung, um reproduzierbare Erfassung neuronaler Signale sicherzustellen.
- Analytik: Liefert quantitative Messungen abhängiger Variablen (EEG-Amplitude, Frequenz, Kohärenz), die den Vergleich neuromodulatorischer Bedingungen und Dosis-Wirk-Beziehungen ermöglichen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität, indem rhythmische Hirndynamiken modelliert werden, die für Krankheitszustände und therapeutische Interventionen relevant sind.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform zur Bewertung unterschiedlicher neuromodulatorischer Substanzen und Stimulationsparameter in zentralnervösen Programmen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagbare Sicherheit bezüglich der Zielstrukturenbindung, Verringerung mechanistischer Unklarheiten bei Neuromodulationsmechanismen.
- Operationaler Wert: Standardisierung der Elektroden-Haut-Schnittstelle, Reproduzierbarkeit von EEG-Aufzeichnungen, Skalierbarkeit über mehrere Stimulationsstellen hinweg.
- Strategischer Wert: Verbesserte Go/No-Go-Entscheidungen basierend auf direkten neurophysiologischen Messungen, Kapitaleffizienz durch frühzeitige Risikominimierung, verringertes spätstadiiges biologisches Risiko in CNS-Wirkstoffportfolios.
- Portfolio-Implikationen: Risikoadjustierte Priorisierung neuromodulatorischer Kandidaten unter Verwendung konvergenter elektrophysiologischer und verhaltensbezogener Endpunkte.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Elektrophysiologie, Neuromodulation und EEG-Signalverarbeitung, um Artefakte zu bewältigen und die Datengüte sicherzustellen.
- Benötigt EEG-Systeme mit hochauflösenden Analog-Digital-Wandlern, um eine Sättigung durch tACS-Artefakte, die in der Nähe der Stimulationsstellen 100 mV überschreiten, zu verhindern.
- Verlangt eine standardisierte Vorgehensweise bezüglich der Viskosität des EEG-Gels über verschiedene Teams hinweg, um Elektrodenüberbrückungen zu vermeiden und gleichzeitig eine ausreichende Leitfähigkeit für die Signalerfassung zu gewährleisten.
- Erfordert Anpassungen an verschiedene Montagen, Haartypen und kortikale Zielareale, um einen gleichmäßigen Kontakt zwischen Elektroden und Kopfhaut sicherzustellen.
- Beinhaltet praktische Einschränkungen wie Artefaktverunreinigungen in der Nähe der Stimulationsstellen sowie die Notwendigkeit einer sorgfältigen Gelverwaltung, um eine Verstärkersättigung zu vermeiden.
