Neuronavigierte fokalisierte transkranielle Gleichstromstimulation während der funktionellen Magnetresonanztomographie

Dieses Protokoll beschreibt die Methode der neuronavigierten Elektrodenplatzierung für die fokale, transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS), die während der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) verabreicht wird.

Wir beschreiben eine neue Methode der neuronavigierten Elektrodenplatzierung für fokale tDCS, die die Kopfanatomie des einzelnen Teilnehmers berücksichtigt. Wir wollen verstehen, ob die neuronavigierte Platzierung von tDCS-Elektroden zu einer überlegenen Platzierungsgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Platzierungsmethoden führt und ob diese überlegene Genauigkeit den verhaltensbezogenen und neuronalen Effekt der Stimulation verbessert. Eine der größten Herausforderungen bei tDCS-Experimenten besteht darin, die genaue Platzierung der Elektroden auf der Kopfhaut jedes Studienteilnehmers so zu gewährleisten, dass die Stromabgabe am effektivsten ist.

Daher müssen die Forscher die genaue Platzierung der Elektroden sicherstellen und die potenzielle Verschiebung überprüfen. während der fMRT. Zunächst optimiert unser Ansatz die Elektrodenpositionen auf der Kopfhaut unter Verwendung realistischer Stromsimulationen des Stromflusses für jeden Studienteilnehmer.

Zweitens verwenden wir eine neuronavigierte Elektrodenplatzierung, um sicherzustellen, dass die Elektroden an individuell optimierten Positionen auf der Kopfhaut angebracht werden. Und drittens bestätigen wir die Genauigkeit der Elektrodenplatzierung relativ zu den beabsichtigten Zielregionen vor und nach jeder fMRT-Sitzung. Durch die Verbesserung der Platzierungsgenauigkeit und der Optimierung der Elektrodenpositionen auf der Kopfhaut stellen wir sicher, dass die Wirkung von tDCS für jeden Studienteilnehmer maximiert wird.

In Zukunft planen wir, neuere navigierte tDCS zu verwenden, um systematisch neuere Mechanismen zu untersuchen, durch die Stimulation die menschliche Gehirnfunktion verbessert. Diese Forschung wird grundlegende Einblicke in die Art und Weise liefern, wie tDCS die Gehirnfunktionen sowohl bei Gesundheit als auch bei Krankheit moduliert. Es wird auch dazu beitragen, die tDCS-Effekte basierend auf den Merkmalen der Teilnehmer und Patienten in Zukunft zu maximieren.

Stellen Sie zunächst alle erforderlichen Geräte für die Neuronavigation zusammen. Öffnen Sie die Neuronavigationssoftware und wählen Sie Neues leeres Projekt. Laden Sie das gewichtete T1-Bild des Teilnehmers und speichern Sie das Projekt.

Um die 3D-Kopfrekonstruktion zu starten, navigieren Sie zum Abschnitt Rekonstruktion und klicken Sie auf Neue Rekonstruktion und Haut, um ein neues Fenster zu öffnen, und drücken Sie dann auf Skin berechnen. Konfigurieren Sie fünf Orientierungspunkte, darunter Nasenloch, linkes und rechtes Nasenloch sowie linke und rechte präaurikuläre Gruben. Konfigurieren Sie die Elektrodenpositionen für den rechten dorsalen lateralen präfrontalen Kortex mit den X-, Y- und Z-Koordinaten der Anode im Zielbereich.

Klicken Sie auf Neu hinzufügen und benennen Sie die Anode. Positionieren Sie den Teilnehmer bequem auf einem Stuhl mit Blick auf die Tracking-Kamera und weisen Sie ihn an, die Becher mit dem angebrachten Motiv-Tracker aufzulegen. Gehen Sie dann zur Registerkarte "Sitzungen" und wählen Sie im Dropdown-Menü "Neu" die Option "Online-Sitzung" aus.

Wählen Sie die Registerkarte Polaris, um die Sichtbarkeit des Motiv-Trackers und des Zeigers im Sichtfeld der Kamera zu überprüfen und sicherzustellen, dass beide Geräte erkannt werden. Wählen Sie den Registrierungsbereich aus, um sich an den fünf vordefinierten Sehenswürdigkeiten zu registrieren. Platzieren Sie den Zeiger senkrecht zum Schädel, wobei die Sensoren zur Kamera gerichtet sind, und drücken Sie das Fußpedal, um die Position zu bestätigen.

Navigieren Sie zum Validierungsbereich, und validieren Sie die Orientierungspunkte, nachdem Sie den Mauszeiger auf die registrierten Orientierungspunkte gesetzt haben. Klicken Sie anschließend im Bedienfeld "Orientierungspunkte" für jede Position auf die Schaltfläche "Hinzufügen". Positionieren Sie den Zeiger auf der Oberfläche des Kopfes und drücken Sie das Pedal, um die zusätzlichen Orientierungspunkte zu registrieren.

Wählen Sie dann den Abschnitt "Ausführen" aus und bewegen Sie den Mauszeiger auf die ungefähre Position des dorsalen lateralen präfrontalen Kortex. Markieren Sie die Elektrodenpositionen, wenn der Zeiger mit der Mitte des grünen Fadenkreuzes auf dem Bildschirm ausgerichtet ist. Bewegen Sie die Haare des Teilnehmers von der entsprechenden Kopfhautpartie weg und markieren Sie die Elektrodenpositionen mit einem Hautmarker oder Stift.

Tragen Sie eine kleine Menge topischer Anästhesiecreme auf die markierten Positionen auf, um die körperlichen Empfindungen während der tDCS fMRT zu reduzieren. Stecken Sie den Netzstecker in dieselbe Steckdosenleiste wie der Scanner, um den Mehrkanal-Gleichstromstimulator im Normalmodus zu verwenden. Verbinden Sie es dann mit dem Kabel und dem Adapter der Außenverpackung mit der Außenbox.

Tragen Sie anschließend einen Millimeter leitfähiges Gel gleichmäßig auf die Oberfläche aller Elektroden im fokalen tDCS-Setup auf und verwenden Sie die Elektrodenfüllhilfe, um die Geldicke zu standardisieren. Schalten Sie den DC-Stimulator ein, gefolgt vom Panel-PC. Doppelklicken Sie auf das MC-Symbol des DC-Stimulators, wählen Sie das entsprechende Sequenz-Setup aus und kalibrieren Sie dann den Stimulator, um die Kalibrierung durchzuführen, ohne dass der Teilnehmer angeschlossen ist. Positionieren Sie den Teilnehmer bequem in der Nähe des DC-Stimulators außerhalb des MRT-Scannerraums und messen Sie die breiteste Stelle des Kopfes des Teilnehmers, d. h. den Umfang von der Stirn bis zum Hinterhauptbein.

Platzieren Sie dann die Elektroden, den Abstandshalter, um einen gleichmäßigen Abstand der Kathoden um die Mittelanode zu gewährleisten, und befestigen Sie sie an den markierten Kopfhautpositionen. Verwenden Sie eine optimal dimensionierte EEG-Kappe ohne Kunststoffeinsätze, um die Elektroden zu sichern. Verbinden Sie die äußere Box mit der inneren Box des DC-Stimulators, um eine Impedanzprüfung durchzuführen.

Um die Impedanzprüfung durchzuführen, drücken Sie die entsprechende Taste auf der Schnittstelle des Stimulators. Trennen Sie dann die innere Box von der äußeren Box und setzen Sie die äußere Box in den Hohlleiter des Scanners ein. Bitten Sie dann den Teilnehmer, sich auf die MRT-Untersuchungsliege zu setzen und die innere Box wieder mit der äußeren Box zu verbinden, die in den Wellenleiter eingesetzt wurde.

Positionieren Sie dann den Teilnehmer in Rückenlage auf der MRT-Untersuchungsliege mit dem Kopf in der offenen Kopfspule. Führen Sie die Elektrodenkabel durch den unteren Teil der Kopfspule, bevor Sie den oberen Teil anbringen und verriegeln. Positionieren Sie die innere Box neben dem Teilnehmer auf der MRT-Untersuchungsliege und schieben Sie sie in die Scannerbohrung.

Verlassen Sie den Scannerraum und informieren Sie den Teilnehmer über die Kommunikationsschnittstelle über die bevorstehenden Eingriffe. Navigieren Sie auf dem PC des Scanner-Panels zum Hauptmenü, gefolgt von der Untersuchung und Patientenregistrierung. Nachdem Sie die erforderlichen Felder ausgefüllt haben, gehen Sie zur Programmauswahl und wählen Sie das geplante Bildgebungsprotokoll aus.

Klicken Sie auf Patientenorientierung und wählen Sie die Position Kopf voran in Rückenlage. Wählen Sie aus den Dropdown-Menüs "Bereich der Untersuchung" und "Lateralität" die Option "Gehirn" aus und klicken Sie auf "Untersuchung", um fortzufahren. Informieren Sie den Teilnehmer, dass zwei 10-minütige fMRT-Scans im Ruhezustand durchgeführt werden, und weisen Sie ihn an, den Blick während des gesamten Scanzeitraums auf ein Fixationskreuz zu richten.

Um den tDCS zu starten, drücken Sie die Initiierungstaste für die Stimulation am Panel-PC. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start-Trigger freigeben, um die Stimulation mit einem 10-Sekunden-Hochlauf zu beginnen, bevor die funktionellen Bildgebungssequenzen gestartet werden. Nach den Funktionsscans und der Stimulationsphase wird ein zweiter PET-Scan durchgeführt, während die Elektroden noch am Kopf des Teilnehmers befestigt sind. Trennen Sie nach Beendigung der MRT-Sitzung die Elektrodenkabel von der äußeren Box und schalten Sie den DC-Stimulator aus.

Bewegen Sie den Teilnehmer aus der Scannerbohrung und entfernen Sie die Kappe und die Elektroden vom Kopf des Teilnehmers. Eine signifikante Abweichung zwischen beabsichtigten und tatsächlichen Elektrodenpositionen wurde sowohl vor der fMRT als auch nach der fMRT festgestellt. Die Elektrodenverschiebung zwischen Vor- und Nach-FMRI-Sitzungen war mit einer durchschnittlichen Drift von minus 0,08 Millimetern minimal.

Es wurden keine signifikanten regionenspezifischen Unterschiede in der Genauigkeit der Elektrodenplatzierung zwischen dem rechten okzipitalen temporalen Kortex, dem linken temporalen parietalen Kortex und dem rechten dorsalen lateralen präfrontalen Kortex in den beabsichtigten tatsächlichen Prä-fMRT- und tatsächlichen Post-fMRT-Elektrodenpositionierungsstadien gefunden.