Stimulation transcrânienne à courant continu focalisée neuronavigée administrée pendant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

Résumé

Ce protocole décrit la méthode de placement des électrodes neuronavigées pour la stimulation focale transcrânienne à courant continu (tDCS) administrée pendant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf).

Résumé

La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui permet la modulation de l’excitabilité et de la plasticité du cerveau humain. Les configurations tDCS focalisées utilisent des dispositions d’électrodes spécifiques pour contraindre le flux de courant vers des régions cérébrales circonscrites. Cependant, l’efficacité de la tDCS focalisée peut être compromise par des erreurs de positionnement des électrodes sur le cuir chevelu, ce qui entraîne des réductions significatives de la dose actuelle atteignant les régions cérébrales cibles de la tDCS. Le placement des électrodes guidé par la neuronavigation basée sur l’anatomie de la tête et du cerveau de l’individu dérivée des données d’imagerie par résonance magnétique structurelle (IRM) peut être adapté pour améliorer la précision du positionnement.

Ce protocole décrit la méthode de placement des électrodes neuronavigées pour une configuration tDCS focalisée, qui convient à l’administration simultanée pendant l’IRM fonctionnelle (IRMf). Nous quantifions également la précision du placement des électrodes et étudions la dérive des électrodes dans une expérience simultanée tDCS-IRMf. Les étapes critiques comprennent l’optimisation des positions des électrodes sur la base de la modélisation actuelle qui tient compte de l’anatomie de la tête et du cerveau de l’individu, la mise en œuvre du placement d’électrodes neuronavigées sur le cuir chevelu et l’administration d’une tDCS optimisée et focale pendant l’IRMf.

La précision régionale du placement des électrodes est quantifiée à l’aide de la norme euclidienne (norme L²) pour déterminer les écarts des positions réelles par rapport aux positions d’électrodes prévues au cours d’une étude tDCS-IRMf concomitante. Tout déplacement potentiel des électrodes (dérive) pendant l’expérience est étudié en comparant les positions réelles des électrodes avant et après l’acquisition de l’IRMf. De plus, nous comparons directement la précision de placement de la tDCS neuronavigée à celle obtenue par une approche de ciblage basée sur le cuir chevelu (un système d’électroencéphalographie (EEG) 10-20). Ces analyses démontrent une précision de placement supérieure pour la neuronavigation par rapport au placement des électrodes sur le cuir chevelu et une dérive négligeable des électrodes sur une période de balayage de 20 minutes.

Introduction

La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui permet de modifier la cognition et les fonctions cérébrales physiologiques dans des contextes expérimentaux et cliniques ^1,2,3. L’administration aiguë de tDCS peut entraîner des changements transitoires dans l’excitabilité neuronale, les effets secondaires durant de quelques minutes à quelques heures après la stimulation ^4,5. Le courant appliqué n’induit pas de potentiels d’action, mais déplace plutôt transitoirement le potentiel membranaire au repos du neurone vers la dépolarisation ou l’hyperpolarisation, entraînant une augmentation ou une diminution de l’excitabilité neuronale au niveau macroscopique en utilisant les protocoles standard ^4,5,6. De plus, en ce qui concerne les effets de plasticité synaptique de la tDCS, des études animales et humaines ont montré que la tDCS induit une potentialisation à long terme et des processus similaires à la dépression (LTP et LTD) ^4,5.

Dans le système moteur, la modulation des potentiels évoqués moteurs (MEP) permet d’évaluer directement les effets neurophysiologiques de la tDCS sur l’excitabilité corticale locale⁷. Cependant, cette approche ne peut pas quantifier les effets neuronaux de la tDCS sur les fonctions cognitives d’ordre supérieur soutenues par des réseaux cérébraux fonctionnels à grande échelle⁸. Les effets sur les réseaux cérébraux peuvent être étudiés en combinant la tDCS avec des techniques modernes d’imagerie fonctionnelle ^9,10. Parmi celles-ci, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est devenue l’approche la plus fréquemment utilisée car elle offre une excellente résolution spatiale et temporelle suffisante pour révéler les mécanismes neuronaux par lesquels la tDCS affecte l’activité cérébrale locale au site de stimulation et les réseaux neuronaux à grande échelle 11,12,13,14.

Jusqu’à présent, les études combinées IRMf-tDCS ont principalement utilisé des configurations dites conventionnelles de tDCS, qui utilisent des électrodes en caoutchouc relativement grandes entre 25 et 35 cm² (5 x 5 cm² et 5 x 7 cm²) insérées dans des poches d’éponge imbibées de solution saline^15,16. Ces configurations projettent le courant entre deux électrodes qui sont généralement fixées sur (a) une région cérébrale cible pour la tDCS et (b) une électrode de retour sur des régions cérébrales non cibles ou des zones extracrâniennes (par exemple, l’épaule). Il en résulte un flux de courant généralisé dans le cerveau, affectant des régions autres que la région cible, compliquant ainsi les hypothèses causales et les interprétations sur l’origine neuronale des effets de la tDCS¹⁷.

Un ciblage spatial plus précis peut être obtenu par la tDCS¹⁸ focalisée. Ces configurations utilisent des réseaux d’électrodes plus petites disposées à proximité les unes des autres ou en utilisant une cathode en forme d’anneau placée autour d’une anode centrale pour contraindre le flux de courant vers la région cible^18,19. Les simulations informatiques du flux de courant électrique suggèrent que la tDCS focalisée peut entraîner une plus grande précision spatiale du flux de courant vers la région cible que les montages conventionnels²⁰. De plus, des études comportementales ont démontré une modulation comportementale régionale et spécifique à la tâche à l’aide de configurations focalisées 19,21,22. Cependant, seules quelques études ont utilisé la tDCS focalisée pendant l’IRMf. Ces études ont permis d’établir la faisabilité de cette approche et ont fourni les premières preuves d’une modulation neuronale spécifique à une région^19,23.

Cependant, en raison de la précision régionale du courant, les configurations tDCS focalisées peuvent être plus sensibles aux erreurs de positionnement des électrodes sur le cuir chevelu que les montages conventionnels. Par exemple, Seo et al. ont démontré que des erreurs de positionnement de 5 mm dans une configuration de cortex moteur focalisé réduisaient la polarisation somatique maximale dans le bouton de la main jusqu’à 87 %²⁴. De plus, une étude récente de modélisation informatique a démontré que le déplacement des électrodes par rapport aux positions prévues pour les configurations focales par rapport aux configurations conventionnelles entraînait des réductions significatives de la dose de courant dans les régions cibles de la tDCS, allant de 26 % à 43 %²⁵. Par conséquent, il a été conclu que les études futures devraient systématiquement inclure des méthodes appropriées pour améliorer le positionnement des électrodes et la vérification du positionnement des électrodes avant et après l’IRMf⁵.

Dans la présente étude, nous décrivons la méthode de positionnement des électrodes neuronavigées pour une nouvelle configuration tDCS focale 3 x 1 compatible avec l’IRMf (c’est-à-dire trois cathodes individuelles disposées en cercle autour d’une seule anode centrale), qui est actuellement utilisée dans un consortium de recherche collaboratif financé par la Fondation allemande pour la science (DFG Research Unit 5429, https://www.memoslap.de). Le consortium étudie les effets comportementaux et neuronaux de la tDCS focalisée sur l’apprentissage et la mémoire et les prédicteurs de la réponse à la stimulation dans quatre domaines fonctionnels (c’est-à-dire les fonctions visuo-spatiales, langagières, motrices et exécutives). Les données d’IRM structurelles pondérées en T1 et T2 des participants à l’étude sont acquises lors d’un balayage de base. Ces données sont utilisées pour des simulations individualisées de flux de courant²⁶ afin de déterminer les positions du cuir chevelu des électrodes qui maximisent le flux de courant vers la région cible chez les participants individuels à l’étude. À titre d’exemple, ce protocole décrira le ciblage neuronavigé de positions d’électrodes déterminées individuellement centrées sur le cortex préfrontal dorsolatéral droit (rDLPFC) chez un participant.

La section des résultats représentatifs est basée sur des données d’imagerie structurelle acquises avant et après une tDCS-IRMf concomitantes dans trois sous-projets de l’unité de recherche. Ces études ont ciblé le cortex occipitotemporal droit (rOTC), le cortex temporo-pariétal gauche (lTPC) et le rDLPFC. Les données ont été acquises au département de neurologie de l’université de médecine de Greifswald. À l’aide de ces données, nous avons cherché à atteindre deux objectifs principaux : (1) quantifier la précision spatiale du placement des électrodes neuronavigées en comparant les positions d’électrodes « prévues » et « réelles » déterminées empiriquement²⁵, et (2) étudier le degré de déplacement des électrodes au cours des séances d’IRMf (c’est-à-dire la dérive des électrodes). Ces facteurs sont cruciaux pour améliorer la précision et la fiabilité des effets de la tDCS dans les études simultanées tDCS-IRMf²⁷. De plus, la précision du ciblage de la tDCS neuronavigée est comparée à celle d’une approche basée sur le cuir chevelu à l’aide des données d’une étude précédente tDCS-fMRI de notre groupe²⁵.

Protocole

Toutes les procédures expérimentales présentées dans ce protocole ont été examinées et approuvées par le comité d’éthique de l’Université de médecine de Greifswald. Tous les participants ont fourni un consentement éclairé avant l’inclusion de l’étude et ont autorisé la publication anonyme de leurs données.

1. Dépistage des contre-indications et considérations générales

1. Avant de s’inscrire à l’étude, dépister soigneusement les participants pour les contre-indications de l’IRM²⁸ et de la tDCS²⁹ (par exemple, stimulateurs cardiaques, claustrophobie, antécédents de convulsions, migraine, maladie de la peau du cuir chevelu [par exemple, psoriasis/eczéma]) à l’aide de questionnaires appropriés.
2. Expliquez aux participants les objectifs de l’étude et toutes les procédures prévues et obtenez un consentement éclairé écrit conformément aux exigences locales.
3. Suivre les procédures générales pour améliorer la déclaration et la reproductibilité des expériences simultanées de tDCS-fMRI et tester les artefacts d’imagerie potentiels induits par l’équipement actuel et/ou tDCS, comme recommandé par la liste de contrôle ContES³⁰.
4. Utiliser des méthodes appropriées pour évaluer l’insu du participant et de l’investigateur^31,32 et les effets indésirables potentiels de la tDCS²⁹.

2. IRM de base et modélisation de courant individualisée

1. Après avoir effectué les vérifications de sécurité (c.-à-d. retirer les objets métalliques du participant, tels que des pièces de monnaie, des colliers, des piercings, etc.), guidez le participant dans la salle des scanners et placez-le confortablement sur la table d’examen IRM. Fixez la partie supérieure de la bobine de tête et déplacez le participant à l’intérieur de l’alésage de l’appareil d’IRM conformément aux spécifications du fabricant.
   REMARQUE : Nous avons utilisé un scanner 3T équipé d’une bobine de cale tête/cou à 64 canaux.
2. Enregistrez le nouveau participant à l’aide de l’interface du scanner en cliquant sur Menu principal | Examen | Enregistrement du patient et remplissez les champs obligatoires. Allez dans Choix de programme et collectez et sélectionnez le protocole d’imagerie prévu. Cliquez sur Orientation du patient et sélectionnez l’option tête en premier, position couchée . Dans le menu déroulant Région de l’examen et latéralité , choisissez cerveau , puis cliquez sur Examen pour accéder au menu d’examen.
3. Suivez les instructions à l’écran du protocole de balayage prédéfini (comme le réglage du champ de vision, etc.) pour acquérir des séquences IRM pondérées en T1 et T2. Interagissez avec le participant via le système de communication interne du scanner si nécessaire.
   REMARQUE : Des images pondérées en T1 et T2 sont nécessaires pour la modélisation de courant individualisée. L’image pondérée T1 est également nécessaire à la neuronavigation pour identifier les positions planifiées et optimisées des électrodes sur le cuir chevelu des participants.
4. Utilisez le script dans https://github.com/memoslap/Greifswald et les données d’imagerie structurelle acquises lors de l’IRM de base pour effectuer une modélisation de courant individualisée (par exemple, à l’aide de SimNIBS²⁶). Suivez les étapes du fichier Readme.md pour appliquer la méthode des éléments finis et les maillages de tête tétraédriques individualisés générés à partir des images structurelles pondérées T1 et T2 du participant (http://simnibs.org)26,33,34 Outil CHARM³⁵ pour la reconstruction de la tête afin de déterminer le champ électrique de crête afin de déterminer les positions cibles optimisées pour le placement des électrodes tDCS sur le rDLPFC. Voir la figure 1 pour un exemple du résultat de la procédure utilisée pour ce protocole.
   REMARQUE : D’autres méthodes d’identification des coordonnées du cuir chevelu pour le ciblage neuronavigué sont possibles et dépendent des procédures spécifiques à l’étude.

3. Neuronavigation

1. Étapes préparatoires
   1. Allumez l’ordinateur de contrôle de la neuronavigation et le système de suivi.
   2. Étapes d’assemblage : Assemblez tout l’équipement requis pour la neuronavigation (Figure 2 ; pour une vue d’ensemble de la configuration de la neuronavigation, voir la figure supplémentaire S1). L’équipement de la figure 2 se compose (1) d’un traqueur de sujet, (2) d’un tournevis, (3) d’une tige hexagonale, (4) de lunettes de protection et (5) d’un pointeur. Suivez les instructions ci-dessous pour terminer l’assemblage.
      1. Desserrez la vis sous le traqueur de sujet avec le tournevis.
      2. Insérez le côté le plus long de la tige hexagonale dans l’écrou monté sur le tracker de sujet et serrez la vis.
      3. Desserrez la vis sur le côté gauche des lunettes (avec les lunettes positionnées comme si vous regardiez à travers).
      4. Insérez le côté opposé de la tige hexagonale dans l’écrou monté sur le côté gauche des lunettes et serrez la vis des lunettes.
         REMARQUE : Vous avez la possibilité d’installer le suivi du sujet sur le côté gauche ou droit des lunettes. Ce choix dépend de la zone cible par rapport à la position de la caméra du système de neuronavigation (qui doit reconnaître le pointeur et le sujet tracker) par rapport à la position du participant. Dans l’exemple présent, le tracker est fixé sur le côté gauche afin que la personne qui effectue le suivi ne se trouve pas entre le tracker et la caméra.
   3. Transférez le fichier structurel pondéré T1 (par exemple, sous forme de fichier NIfTI) du participant respectif obtenu à l’étape 2.3. à l’ordinateur de contrôle du système de neuronavigation.
   4. Ouvrez le logiciel de neuronavigation et choisissez Nouveau projet vide.
   5. Chargez l’image pondérée T1 du participant et enregistrez le projet en sélectionnant Enregistrer le projet.
   6. Pour lancer la reconstruction de la tête en 3D, rendez-vous dans la section Reconstruction dans la fenêtre principale de l’application. Cliquez sur Nouveau... | Skin, ce qui ouvrira une autre fenêtre. Reconstruisez le skin en appuyant sur le bouton correspondant. Ajustez le seuil peau/air si des distorsions sont observées dans la reconstruction de la tête.
      REMARQUE : Il est suggéré de vérifier si toute la tête est correctement reconstruite. Une bonne reconstruction du nez et des oreilles est importante pour détecter les points de repère décrits à l’étape suivante.
   7. Configurez cinq points de repère : nasion, narines gauche et droite, et fosses préauriculaires gauche et droite (LPA et RPA). Ceux-ci sont nécessaires pour inscrire le participant dans la section Points de repère de la fenêtre principale de l’application (pour plus de détails, voir la figure supplémentaire S2).
   8. Configurez la position de l’électrode pour le rDLPFC dans la section Cibles en insérant les coordonnées x, y et z de la position de l’anode (fournies par les simulations de flux de courant individualisées décrites à l’étape 2.4), cliquez sur Ajouter et tapez Anode comme nom de la position de l’électrode. Répétez la procédure pour les trois électrodes de retour.
2. Identification neuronavigée des positions des électrodes
   1. Positionnez confortablement le participant sur une chaise face à la caméra de suivi. Demandez-lui de mettre les lunettes avec le traqueur de sujet attaché.
   2. Demandez aux participants de ne pas toucher les lunettes pendant toute la procédure de neuronavigation. Ceci est crucial pour un enregistrement précis des points de repère et la validation des positions des électrodes.
   3. Accédez à l’onglet Sessions et, dans le coin gauche, choisissez Session en ligne dans le menu déroulant Nouveau . Sélectionnez l’onglet Polaris et vérifiez la visibilité du suivi du sujet et du pointeur en les déplaçant dans le champ de vision de la caméra. Les deux appareils sont correctement reconnus lorsque les croix rouges correspondantes se transforment en coches vertes dans le panneau Outils (côté gauche de la fenêtre de l’application).
   4. Sélectionnez la section Enregistrement pour enregistrer les cinq points de repère prédéfinis. Trouvez le point de repère respectif en plaçant le pointeur perpendiculairement à la tête du participant avec les capteurs pointés vers la caméra. Ensuite, appuyez sur la pédale du système de neuronavigation pour confirmer la position. Assurez-vous qu’une coche verte est visible devant le nom de chaque point de repère.
   5. Naviguez jusqu’à la section de validation et validez les points de repère en plaçant la pointe du pointeur sur les points de repère enregistrés et vérifiez les deux indices de distance ; Le premier indice indique la distance entre le réticule (pointe du pointeur virtuel) et le point de repère enregistré, le second indice indique la distance entre le réticule et la peau reconstruite.
      REMARQUE : Lors de l’utilisation des paramètres par défaut du système de neuronavigation, les indices inférieurs à 5 mm indiquent une précision suffisante pour passer l’étape de validation. C’est acceptable pour de nombreux contextes expérimentaux. Cependant, en raison de la configuration focale optimisée utilisée dans ce protocole, la validation des électrodes n’est acceptée que si l’écart par rapport aux coordonnées prévues est inférieur à 1 mm (voir Figure 3).
   6. Placez le pointeur sur le cuir chevelu du participant et vérifiez le réticule du cuir chevelu reconstruit sur le moniteur de neuronavigation. Si le réticule reste aligné avec le cuir chevelu reconstruit sans le pénétrer ou créer un espace au-dessus, il est acceptable, bien que non recommandé, de sauter l’étape suivante.
   7. Échantillonnez des points supplémentaires autour des emplacements de points extrêmes, y compris les emplacements les plus à gauche, les plus à droite, les plus hauts, les plus à l’arrière et les plus à l’avant. Pour ce faire, cliquez sur le bouton Ajouter dans le panneau des points de repère d’affinement pour chaque position. Ensuite, positionnez le pointeur sur la surface cible de la tête, en vous assurant que la pointe du pointeur touche doucement le cuir chevelu, et appuyez sur la pédale pour enregistrer la position. Répétez ce processus jusqu’à ce que la distance entre le réticule et la peau reconstruite soit aussi faible que possible.
      REMARQUE : Différents systèmes de neuronavigation peuvent utiliser une terminologie différente pour désigner ce processus (par exemple, enregistrement de surface).
   8. Sélectionnez la section Effectuer et déplacez le pointeur vers l’emplacement approximatif du DLPFC pour trouver la position de l’anode centrale (en fonction des coordonnées fournies à la Figure 1D). Tout en déplaçant le pointeur, observez l’écran simultanément. Marquez la position des électrodes lorsque la pointe du pointeur s’aligne avec le centre du réticule vert à l’écran.
   9. Éloignez les cheveux du participant de la zone correspondante sur le cuir chevelu et marquez les positions avec un marqueur cutané/stylo
   . Répétez le processus pour les positions des trois cathodes (voir Figure 1D).
   10. Appliquez une petite quantité de crème anesthésique topique aux positions prévues des électrodes pour réduire les sensations physiques sur le cuir chevelu pendant l’IRMf-tDCS.
       REMARQUE : Assurez-vous qu’il s’écoule au moins 20 minutes entre l’application de la crème et le démarrage de la tDCS.

4. tDCS-IRMf

1. Préparation à la tDCS-IRMf concomitante
   1. Préparez une tDCS focale 3 x 1 avec un stimulateur à courant continu (CC) multicanaux.
   2. Utilisez le stimulateur CC multicanal³⁶ en mode normal (sans batterie). Insérez la fiche d’alimentation du stimulateur dans la même multiprise que le scanner pour améliorer le rapport signal/bruit et réduire les artefacts d’imagerie (voir également les notes des spécifications du fabricant).
   3. Assurez-vous que tout le matériel nécessaire lié à la stimulation est disponible et propre (Figure 4). Veillez particulièrement à ce que les électrodes en caoutchouc et les gabarits 3D ne contiennent pas de pâte provenant de sessions expérimentales précédentes.
      REMARQUE : La configuration utilisée dans ce projet utilise des électrodes et des boîtes de filtre personnalisées développées en collaboration avec le fabricant du stimulateur à courant continu pour répondre aux exigences spécifiques de l’unité de recherche (voir la figure 4A). Cependant, des composants standard compatibles avec l’IRM peuvent également être utilisés.
      1. Utilisez un produit de remplissage de pâte d’électrode imprimé en 3D (thermoplastique) pour normaliser l’application de la pâte d’électrode conductrice avant de fixer les électrodes sur le cuir chevelu (Figure 4A (9),B).
      2. À l’aide d’un espaceur imprimé en 3D (thermoplastique), positionnez les électrodes sur le cuir chevelu et assurez-vous que les distances entre l’anode et les cathodes sont maintenues pendant les séances d’IRMf-tDCS (Figure 4A (10),C).
         REMARQUE : Les modèles personnalisés en 3D sont accessibles à l’aide du lien suivant : https://github.com/memoslap/Material
   4. Pour configurer le stimulateur CC, connectez le stimulateur CC au boîtier extérieur (à l’aide du câble et de l’adaptateur du boîtier extérieur). Connectez le câble du boîtier intérieur aux boîtiers intérieur et extérieur (voir Figure 4).
   5. Appliquez 1 mm de pâte conductrice uniformément sur la surface de toutes les électrodes de la configuration focal-tDCS 3x1. Utilisez l’aide au remplissage de l’électrode pour uniformiser l’épaisseur de la pâte. Couvrez uniquement la surface de l’électrode avec la pâte et retirez toute pâte supplémentaire.
   6. Allumez le stimulateur CC et le Panel PC (dans l’ordre indiqué). Double-cliquez sur l’icône DC-Stimulator MC sur le bureau. Sélectionnez la séquence de stimulation requise dans le menu déroulant de configuration de la séquence sélectionnée . Cliquez sur le bouton calibrer le stimulateur pour calibrer le stimulateur sans charge électrique (c’est-à-dire que le participant n’est pas connecté au stimulateur).
      ATTENTION : Si le participant est connecté au stimulateur lors de l’étalonnage, le courant électrique peut induire des sensations douloureuses.
   7. Placez le participant confortablement près du stimulateur à courant continu à l’extérieur de la salle d’IRM.
   8. Déterminez la partie la plus large de la tête du participant, du front (juste au-dessus des sourcils) à l’os occipital à l’arrière de la tête, afin de choisir la taille optimale de la casquette EEG pour maintenir les électrodes en place pendant la séance de tDCS-fMRI.
   9. Placez les électrodes dans l’entretoise pour assurer un espacement égal des cathodes autour de l’anode centrale et fixez les électrodes sur les positions identifiées et marquées du cuir chevelu.
   10. Utilisez le capuchon EEG de taille optimale sans inserts en plastique pour maintenir les électrodes en place pendant l’IRMf-tDCS.
       REMARQUE : Assurez-vous que les électrodes ne sont pas déplacées pendant que le capuchon est mis en place.
   11. Connectez les fils des câbles d’électrode à la boîte intérieure du stimulateur CC pour effectuer un contrôle d’impédance. Sélectionnez la séquence de stimulation requise dans le menu déroulant de configuration de la séquence sélectionnée . Lancez la vérification d’impédance en appuyant sur le bouton de vérification d’impédance du stimulateur CC. Assurez-vous que le mode MR est coché.
   12. Effectuez le contrôle d’impédance en appuyant sur le bouton correspondant sur l’interface du stimulateur ; si l’impédance est de ≤25 kΩ, passez à l’étape suivante (4.1.13). Si l’impédance est plus élevée pour une électrode, appuyez doucement sur le cuir chevelu, serrez le capuchon et laissez la pâte conductrice se réchauffer. Si nécessaire, appliquez plus de pâte.
   13. Déconnectez le boîtier intérieur du boîtier extérieur et insérez le boîtier extérieur dans le guide d’ondes du scanner.
   14. Guidez le participant dans la salle du scanner tout en tenant la boîte intérieure et les câbles d’électrodes connectés.
       REMARQUE : À tout moment, faites très attention à ce qu’il n’y ait pas de tension sur les câbles, ce qui pourrait entraîner un déplacement de l’électrode.
   15. Demandez au participant de s’asseoir sur la table d’examen IRM et de reconnecter la boîte intérieure à la boîte extérieure (qui est insérée dans le guide d’ondes du scanner).
   16. Placez le participant confortablement en position couchée sur la table d’examen IRM, la tête positionnée dans la bobine de tête ouverte. Utilisez des coussins gonflables des deux côtés de la tête et un coussin supplémentaire au sommet de la tête pour la stabiliser.
       REMARQUE : Les coussins gonflables sont préférés sur les côtés aux coussins en mousse pour éviter le déplacement des électrodes lorsque les coussins en mousse sont insérés.
   17. Faites passer les câbles d’électrodes à travers la partie inférieure de la bobine de tête avant de fixer la partie supérieure de la bobine de tête et de la verrouiller en place.
   18. Placez la boîte intérieure à côté du participant sur la table d’examen IRM et déplacez-le dans l’alésage du scanner.
   19. Sortez de la salle de scanner et informez le participant des procédures à venir via l’interface de communication du scanner avant chaque séquence d’imagerie structurelle et fonctionnelle, ainsi qu’avant le deuxième contrôle d’impédance à l’intérieur du scanner.
2. TDCS-IRMf concomitante
   1. Sur le scanner Panel PC, enregistrez le nouveau participant en cliquant sur Menu principal | Examen | Enregistrement du patient et remplissez les champs obligatoires nécessaires. Allez dans Choix de programme et collectez et sélectionnez le protocole d’imagerie prévu. Cliquez sur Orientation du patient et sélectionnez l’option tête en premier, position couchée . Dans le menu déroulant Région d’examen et latéralité , choisissez cerveau et cliquez sur Examen pour accéder au menu d’examen.
   2. Suivez les instructions à l’écran pour acquérir les balayages planifiés (pré-IRMf, réduction du temps d’encodage par point avec acquisition radiale (PETRA), IRMf, PETRA post-IRMf) dans l’ordre indiqué dans les étapes suivantes de ce protocole.
      1. Acquérir un scan PETRA qui permet de vérifier la position des électrodes sur la tête du participant.
      2. Informer le participant que deux IRMf de 10 minutes seront effectuées et qu’il doit maintenir son regard sur une croix de fixation (affichée via un projecteur et des miroirs montés sur la bobine de tête) pendant toute la durée de la période de balayage (2 x 10 min).
      3. Démarrez la stimulation tDCS en appuyant sur le bouton de stimulation d’initialisation du Panel PC. Cliquez sur le bouton de relâchement pour démarrer la stimulation avec une montée en puissance de 10 secondes avant de commencer les séquences d’imagerie fonctionnelle. Administrer la tDCS pendant 20 min avec 2 mA.
         REMARQUE : D’autres protocoles de stimulation avec des périodes de rampe différentes ou des intensités ou durées de stimulation sont possibles.
      4. Après la fin des scans fonctionnels et de la période de stimulation, faites l’acquisition d’un deuxième scan PETRA pendant que les électrodes sont encore attachées à la tête du participant.
         REMARQUE : Par rapport à la scintigraphie PETRA pré-IRMf, cela permet de déterminer le mouvement potentiel de l’électrode à travers l’expérience tDCS-fMRI (c’est-à-dire la dérive).
   3. À la fin de la séance d’IRM, débranchez les câbles d’électrodes de la boîte extérieure et éteignez le stimulateur CC, sortez le participant de l’alésage du scanner, retirez le capuchon de la tête du participant et retirez les électrodes.
   4. Inspectez le cuir chevelu du participant à la recherche de rougeurs cutanées potentielles causées par la stimulation. Nettoyez le cuir chevelu du participant à l’endroit où les électrodes ont été placées.
   5. À la fin de l’expérience, demandez au participant de remplir les questionnaires sur les effets indésirables de la tDCS²⁹ et l’insu ^31,32.

Résultats

Les données de 43 jeunes participants en bonne santé (20 hommes/23 femmes, âgés de 24,74 ± 5,50 ans) ont été incluses. Les participants ont effectué jusqu’à quatre séances d’IRMf. La mise en place d’électrodes par neuronavigation a été effectuée avant chaque séance d’IRMf. Au total, 338 ensembles de données représentant les positions des anodes centrales avant et après l’IRMf ont été inclus dans les analyses de données.

Pour déterminer les positions prévues des électrodes, une modélisation individualisée du courant a été réalisée à l’aide de données d’IRM structurelle acquises lors d’une séance d’IRM distincte (avant les séances d’IRMf). La modélisation du courant visait à optimiser les positions du cuir chevelu des configurations 3 x 1 afin de maximiser le flux de courant vers le rDLPFC (N = 19, participants/N = 137 points de données), le rOTC (N = 12/104) ou le lTPJ (N = 12/97). Les positions réelles des anodes centrales des configurations 3 x 1 ont été déterminées empiriquement à l’aide de données IRM structurelles (images PETRA) acquises avant et après chaque séance d’IRMf (Remarque : les coordonnées pour le ciblage ont été fournies dans l’espace sujet. Par conséquent, les balayages PETRA des participants individuels ont été co-enregistrés avec leur propre image pondérée T1 acquise lors du balayage de base, sur laquelle les simulations de terrain ont été basées. Étant donné que l’identification des positions des électrodes en 3D est sujette à des erreurs, une vue 2D modifiée du cuir chevelu reconstruit avec des électrodes a été utilisée (voir Figure 5^37,38) pour déterminer six points de bord des anodes centrales. Par la suite, le centre de masse a été calculé pour obtenir les coordonnées centrales des anodes pour chaque session d’IRMf et chaque point temporel (c’est-à-dire avant ou après la tDCS). Par la suite, une transformation inverse 2D->3D a été appliquée pour obtenir les coordonnées des électrodes dans l’espace 3D.

La précision spatiale du placement des électrodes neuronavigées a été étudiée en comparant les positions d’électrodes « prévues » et « réelles »²⁵ et est rapportée comme la distance de la norme L² (norme euclidienne)³⁹. La norme L² est une norme vectorielle standard calculée comme la racine carrée de la somme des carrés des composantes vectorielles. La différence entre les coordonnées prévues et réelles est calculée par la différence de toutes les composantes vectorielles, à savoir chaque dimension de l’espace 3D (x/y/z). Le déplacement des électrodes au cours de l’expérience (c’est-à-dire la dérive) a été étudié en comparant les positions réelles des électrodes déterminées avant et après l’IRMf.

De plus, nous avons comparé la précision du ciblage pour le placement des électrodes neuronavigées avec les données d’une étude précédente de notre groupe qui utilisait une approche de ciblage basée sur le cuir chevelu (système EEG 10-20²⁵). Cette étude comprenait des données provenant de 60 participants (31 hommes/29 femmes, âgés de 22,17 ± 2,33 ans), de deux régions cibles (N = 30/30, cortex moteur/gyrus frontal inférieur) et de deux séances d’IRMf pour un total de 240 points de données. Les données et le code utilisés pour toutes les analyses sont accessibles au public à l’https://github.com/LawsOfForm/VerFlu_Simulation_Niemann_2023.

Des modèles mixtes linéaires ont été utilisés pour analyser (a) l’écart des positions réelles des électrodes par rapport aux emplacements prévus et (b) la dérive au cours de la séance d’IRMf avec la formule suivante et la norme L² comme variable dépendante :

y_ij = β₀ + POSITIONx_1ij + RÉGIONx_2ij + POSITION * RÉGIONx_3ij + μ_0j + ε_ij

y_ij est la distance standard L² entre les positions prévues et réelles des électrodes en POSITION i du sujet j. β₀ est l’ordonnée à l’origine à effet fixe, X₁ est la valeur de POSITION (1 : prévue, 2 : pré-IRMf réelle ; 3 : post-IRMf) à la position i chez le sujet j. X₂ est la valeur de la RÉGION d’intérêt (1 : lTPC, 2 : rDLPFC, 3 :rOTC) à la région i chez le sujet j. X₃ est la valeur de l’interaction pour POSITION et REGION pour la position et la région i et le sujet j, u₀ est l’ordonnée à l’origine aléatoire pour le sujet j (μ_0j ~ N(0, τ₀₀₂)) ; ε_ij sont les résidus du point temporel i dans le sujet j (ε_ij ~ N(0,σ²)).

La comparaison de la précision du ciblage pour le placement des électrodes neuronavigées et du cuir chevelu a été effectuée à l’aide d’un test t basé sur les différences de norme L² entre les positions prévues et réelles dans les groupes respectifs.

Précision du placement et du déplacement neuronavigés tout au long de l’expérience
Le modèle de référence (placement prévu des anodes centrales ; région : lTPC) a montré des écarts significatifs des positions des électrodes par rapport aux positions prévues lors des évaluations pré-IRMf et post-IRMf (8,71 mm, IC à 95 % : [6,57-10,84], p < 0,001 ; 8,51 mm, IC à 95 % : [6,35-10,66], p < 0,001) Tableau supplémentaire S1. Une analyse a posteriori des moyennes marginales estimées (EMM) a été calculée pour tous les effets principaux et simples d’intérêt (voir le tableau supplémentaire S2, le tableau supplémentaire S3, la figure 6, la figure 7, la figure supplémentaire S3 et la figure supplémentaire S4). L’erreur de placement moyenne prédite pour toutes les séances de pré-IRMf était de 8,54 mm IC à 95 % : [7,66-9,42] et significativement différente des positions prévues (t (296) = -8,54, p < 0,0001). C’était également le cas pour les coordonnées post-IRMf (8,61 mm, IC à 95 % : [7,73-9,50] ; t (296) = -10,97, p < 0,0001, voir la figure 6 et le tableau supplémentaire S2). Étant donné que les erreurs de placement peuvent varier selon la région 25,40,41, les erreurs de placement ont également été calculées entre les régions cibles pour chaque position. Cependant, aucune différence spécifique à la région entre le rOTC, le lTPC et le rDLPFC n’a été observée (tableau supplémentaire S3, figure 7 et figure supplémentaire S4).

Le déplacement des anodes centrales (c’est-à-dire la dérive), évalué par comparaison des positions réelles des électrodes entre la pré et la post-IRMf, était négligeable (-0,08 ± 0,39 mm ; t (291) = -0,20, p = 0,98). Pour plus de détails, voir la figure 6 et le tableau supplémentaire S2.

Comparaison des erreurs de placement des électrodes entre les approches de placement neuronavigées et basées sur le cuir chevelu
Pour étudier la pertinence du placement neuronavigated, les différences de norme L² entre les positions prévues et réelles basées sur le placement des électrodes neuronavigées ont été rétrospectivement comparées aux données obtenues à partir d’une étude précédente qui utilisait une approche de ciblage basée sur le cuir chevelu²⁵. Dans cette étude, la différence de norme L² entre les positions prévue et réelle de l’anode était de 12,33 ± 5,67 mm. La comparaison directe entre les approches neuronavigées (8,83 ± 4,68) et basées sur le cuir chevelu a révélé une diminution significative de la distance L² Norm de 3,50 mm en faveur du placement des électrodes neuronavigées (t (397) = 4,91, p < 0,001).

Figure 1 : Description simplifiée de la séquence d’étapes représentant la méthode de modélisation de courant individualisée. La méthode vise à déterminer les positions optimisées du cuir chevelu des électrodes sur la région cible (DLFFC droit) à l’aide d’une configuration focale 3 x 1 tDCS. (A) Région cible anatomique en gris. (B) Position optimisée de l’électrode illustrée sur la tête reconstruite du participant (anode = noir, cathode 1 = rouge, cathode 2 = verte, cathode 3 = bleue. (C) Champ électrique simulé basé sur une modélisation de courant individualisée pour ce montage (en V/m). (D) Coordonnées de la cible pour toutes les positions d’électrodes prévues utilisées lors du ciblage neuronavigué (dimensions : x/y/z). Abréviations : DLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit ; tDCS = stimulation transcrânienne à courant continu. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Équipement de neuronavigation. 1) Traqueur de sujet, 2) Tournevis, 3) Tige hexagonale, 4) Lunettes, 5) Pointeur. REMARQUE : Le logiciel de neuronavigation communique avec le capteur de position (la caméra de suivi) pour obtenir la position du sujet tracker (monté sur les lunettes). Il utilise une matrice d’enregistrement (obtenue en identifiant des points de repère sur la tête du sujet à l’aide du pointeur) pour aligner la position de la tête du sujet du monde réel sur l’espace d’image du participant (sur la base de l’image pondérée T1 du participant). Une vue d’ensemble de la configuration globale est fournie dans la figure supplémentaire S1. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Validation de la région cible. Illustre la procédure de validation des régions cibles de stimulation via la neuronavigation. 1) Le traqueur de sujet assemblé sur le côté gauche des lunettes. 2) Le pointeur est utilisé pour localiser la position prévue de l’anode (rDLPFC). 3) Le réticule vert et le point rouge (représentant la pointe du pointeur) sur l’écran de l’ordinateur. 3a) Le numéro d’index est vert si le pointeur s’écarte du réticule de moins de 3 mm ; 3b) le numéro d’index est orange si le pointeur s’écarte entre 3 et 5 mm ; et 3c) il est rouge si l’aiguille s’écarte de plus de 5 mm. Abréviation : rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Composants sélectionnés du stimulateur CC multicanal et des *composants personnalisés. (A) 1) Adaptateur qui se branche sur la prise du stimulateur CC, 2) Câble LAN du boîtier extérieur, 3) *Boîtier extérieur (boîtier de filtre) qui est positionné à l’intérieur du guide d’ondes du scanner pendant l’IRMf tDCS. La pince est fixée au guide d’ondes pour relier le boîtier de filtre à la masse flottante de la chambre d’IRM blindée afin de réduire les artefacts potentiels. 4) Câble de boîte intérieure, 5) boîte intérieure avec fiches pour câbles d’électrode, 6) *adaptateur de fusible qui combine trois canaux individuels en un pour l’anode centrale, 7) *câbles d’électrode fusionnés et électrode de l’anode centrale (rayon de 10 mm) en silicone flexible et électriquement conducteur, 8) cathode et câble individuels, 9) exemple d’électrode insérée dans l’aide au remplissage imprimée en 3D, 10) exemple d’électrode placée dans l’espaceur 3D, 11) ruban à mesurer, 12) capuchon EEG sans inserts en plastique pour fixer les électrodes sur le cuir chevelu. Pour la configuration complète et les composants standard non utilisés dans ce protocole, les lecteurs sont renvoyés au site Web du fabricant (lien dans la table des matériaux). (B) Modèle 3D de l’aide au remplissage de l’électrode. (C) Modèle 3D de l’entretoise. Abréviations : tDCS-IRMf = stimulation transcrânienne à courant continu - imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ; EEG = électroencéphalographie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Vue en crêpe du cuir chevelu et des électrodes basée sur l’image PETRA. Les couleurs représentent différentes tailles de masque aplati du cuir chevelu (rouge = 2 mm ; vert = 4 mm, bleu = 6 mm du cuir chevelu gonflé pour la visualisation de la profondeur de la tête). Les orientations de l’image transformée sont marquées en lettres blanches. Les points blancs représentent les points de bord sélectionnés manuellement de l’anode centrale placée sur le cortex préfrontal dorsolatéral droit. Le centre de masse a été calculé comme la coordonnée médiane des points de bord avant la retransformation en espace 3D. Abréviations : PETRA = Réduction du temps d’encodage ponctuel avec acquisition radiale ; L = gauche ; R = droite ; P = postérieur ; A = antérieur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Moyennes marginales estimées de la distance de la norme L² (norme euclidienne) entre les positions prévues et réelles de l’électrode anodale dans toutes les sessions et régions (rOTC, lTPC, rDLPFC). Points de données originaux en turquoise. EMM Intervalles de confiance à 95 % en gris. Abréviations : EMM = Moyennes marginales estimées ; rOTC = Cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit ; IRMf = imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : Moyennes marginales estimées de la distance de la norme L² (norme euclidienne) entre les positions prévues et réelles de l’électrode anodale sur toutes les sessions entre chaque région (rOTC, lTPC, rDLPFC) pour chaque position (prévue, pré/post IRMf). Points de données originaux en turquoise. EMM Intervalles de confiance à 95 % en gris. Abréviations : EMM = Moyennes marginales estimées ; rOTC = Cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit ; IRMf = imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure supplémentaire S1 : Vue d’ensemble du système de neuronavigation. 1) Ordinateur de contrôle du système de neuronavigation avec le logiciel de neuronavigation installé ; 2) Appareil photo Polaris ; 3) Pédale ; 4) Lunettes avec suivi du sujet (voir la figure 2 pour plus de détails) ; 5) Pointeur. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire S2 : Peau reconstruite avec des points de repère en jaune. 1) Nasion, 2) narine gauche ; 3) narine droite ; 4) fosse préauriculaire gauche ; 5) fosse préauriculaire droite (voir l’étape 3.1.7 du protocole). Abréviations : LPA = fosse préauriculaire gauche ; RPA = fosse préauriculaire droite. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire S3 : Moyennes marginales estimées de la distance de la norme L² (norme euclidienne) entre les positions prévues et réelles de l’électrode anodale sur toutes les sessions entre les positions (prévue, pré/post IRMf) pour chaque région (rOTC, lTPC, rDLPFC). Points de données originaux en turquoise. EMM Intervalles de confiance à 95 % en gris. Abréviations : EMM = Moyennes marginales estimées ; rOTC = Cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit ; IRMf = imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire S4 : Moyennes marginales estimées de la distance de la norme L² (norme euclidienne) entre les positions prévues et réelles de l’électrode anodale à travers toutes les sessions et positions (prévues, pré/post IRMf) pour chaque région d’intérêt (rOTC, lTPC, rDLPFC). Points de données originaux en turquoise. EMM Intervalles de confiance à 95 % en gris. Cortex temporal occipital droit (rOTC), cortex temporal pariétal gauche (lTPC), cortex préfrontal dorsolatéral droit (rDLPFC). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Tableau supplémentaire S1 : Résultats de l’analyse de modèles mixtes linéaires pour la distance entre les coordonnées prévues et réelles de la norme L² (norme euclidienne). Les coefficients de régression des modèles mixtes linéaires (modèles d’interception aléatoire) et les valeurs p bilatérales sont rapportés. Abréviations : IC = intervalle de confiance ; rOTC = Cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit ; df = degrés de liberté ; σ² = variance résiduelle regroupée ; τ = variance groupée expliquée par les sujets ; ICC = coefficient de corrélation intraclasse ; N = nombre de sujets. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Tableau supplémentaire S2 : EMM post-hoc pour l’analyse de modèles mixtes linéaires pour les différences de norme L² (norme euclidienne). Contrastes principaux et simples pour l’effet principal de la position (prévu, pré/post IRMf, voir aussi la figure supplémentaire S2) et les effets simples de la position pour chaque région (lTPC, rDLPFC, rOTC, voir aussi la figure 6). Pour les effets simples, seuls les effets significatifs sont montrés. Abréviations : EMM = Moyennes marginales estimées ; SE = erreur type ; df = degrés de liberté ; rOTC = cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Tableau supplémentaire S3 : EMM post-hoc pour l’analyse de la différence de la norme L² (norme euclidienne) par modèle linéaire mixte. Contrastes principaux et simples pour l’effet principal de la région (lTPC, rDLPFC, rOTC, voir aussi la figure supplémentaire S3) et les effets simples de la région pour chaque position (prévu, avant/après IRMf, voir aussi la figure 7). Abréviations : EMM = Moyennes marginales estimées ; SE = erreur type ; df = degrés de liberté ; rOTC = cortex temporal occipital droit ; lTPC = cortex temporal pariétal gauche ; rDLPFC = cortex préfrontal dorsolatéral droit. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Étapes critiques, modifications potentielles et dépannage de la méthode
Le positionnement précis des électrodes est un facteur technique crucial dans les expériences tDCS, et les écarts par rapport aux positions prévues du cuir chevelu ou à la dérive des électrodes peuvent affecter le flux de courant vers les régions cérébrales cibles prévues^42,43. Ceci est particulièrement pertinent pour la tDCS focalisée, car la spécificité régionale du courant administré rend ces configurations particulièrement sensibles aux effets des erreurs de positionnement ^5,25. Dans le protocole actuel, nous avons décrit une méthode de tDCS focalisée neuronaviguée administrée pendant l’IRMf, qui vise à améliorer la précision du placement des positions du cuir chevelu déterminées individuellement. Les étapes critiques comprennent (1) l’utilisation de la modélisation du flux de courant électrique pour optimiser la position du cuir chevelu de la configuration 3 x 1 pour chaque participant à l’étude, (2) l’identification des positions optimisées du cuir chevelu par neuronavigation, (3) le positionnement et la fixation des électrodes sur le cuir chevelu à l’aide de procédures standardisées, et (4) l’étude de la précision du placement et de la dérive des électrodes avant et après une tDCS-IRMf concomitante.

La première étape de notre protocole décrit l’optimisation des positions des électrodes pour un participant individuel à l’étude de notre unité de recherche (RU) en cours au moyen d’une modélisation de courant individualisée (le code pour reconstruire l’optimisation peut être trouvé ici https://github.com/memoslap/SimNIBS_Optimization). Cette approche est très spécifique aux projets RU et a impliqué deux étapes préparatoires qui n’ont pas été rapportées ici : (1) Définition de régions cibles anatomiques pour huit projets RU empiriques (www.memoslap.de) basée sur des études IRMf et/ou tDCS utilisant les mêmes tâches motrices ou cognitives similaires ; (2) égaliser la dose de courant moyenne entre les projets en ajustant l’espacement entre l’anode centrale et les cathodes environnantes. Cela impliquait une étude de modélisation informatique et des données d’imagerie structurelle disponibles pour notre groupe afin de déterminer l’espacement des électrodes spécifique au projet. Ces montages spécifiques au projet ont ensuite été utilisés pour optimiser les positions du cuir chevelu pour les participants individuels aux projets RU afin d’atteindre une intensité de courant maximale dans les régions cibles respectives (dans ce protocole : DLFFC droit). Notamment, il existe de nombreuses façons possibles de déterminer les positions souhaitées du cuir chevelu, et celles-ci dépendent des objectifs de l’étude (c’est-à-dire le contrôle régional ou de la dose, le ciblage anatomique ou fonctionnel).

De même, il existe un certain nombre de dispositifs de neuronavigation et de stimulateurs à courant continu disponibles dans le commerce qui peuvent être utilisés pour le placement de neuronavigation et la réalisation d’une étude tDCS-fMRI. Par conséquent, des modifications aux procédures décrites dans ce protocole seront nécessaires si de l’équipement de fabricants différents est utilisé ou si l’IRMf-tDCS est effectuée avec un type de scanner différent. Néanmoins, nous pensons que le protocole peut être adapté de manière flexible pour répondre aux exigences spécifiques de l’étude. Par exemple, pour les configurations 3 x 1, nous recommandons d’utiliser une entretoise imprimée en 3D pour s’assurer que la distance souhaitée entre les électrodes est atteinte et maintenue pendant le placement et le balayage. La normalisation de la quantité de pâte conductrice peut être réalisée à l’aide d’une aide au remplissage d’électrode comme décrit dans ce protocole. Pour permettre la personnalisation, les modèles 3D utilisés pour l’impression ont été mis à la disposition du public (voir l’étape de protocole 4.1.3.2).

La complexité des expériences d’IRMf tDCS intrascanner est une autre considération cruciale, qui oblige les participants à passer à des électrodes fixées à leur tête. Ces études comportent un risque important de déplacement ultérieur des électrodes, même avec un positionnement précis⁵. Par conséquent, nous recommandons de mettre régulièrement en œuvre des méthodes appropriées pour minimiser le déplacement et la dérive des électrodes (par exemple, utiliser des coussins gonflables standard compatibles avec l’IRM pour éviter le déplacement des électrodes à l’intérieur de l’appareil d’IRM, des capuchons EEG ou des sangles profilées pour maintenir les électrodes en place, et d’autres mesures détaillées dans le protocole ci-dessus).

Enfin, par rapport aux études comportementales de tDCS, l’administration de tDCS pendant l’IRMf permet de vérifier les positions exactes des électrodes sur le cuir chevelu (sur la base d’images IRM structurelles 3D) et de quantifier les écarts potentiels par rapport aux positions prévues. Cependant, l’identification des positions des électrodes en 3D est sujette à des erreurs. Par conséquent, nous suggérons une transformation 2D du cuir chevelu et des électrodes pour faciliter la vérification des positions réelles des électrodes. Cependant, des études futures sont nécessaires pour valider cette nouvelle approche et comparer les résultats à l’extraction de données à partir d’images 3D.

Importance de la méthode par rapport aux autres méthodes existantes
À ce jour, la majorité des recherches sur la tDCS ont été utilisées dans la majorité des recherches sur la tDCS (par exemple, le système EEG 10-20⁴⁴). Cela implique l’identification manuelle ou automatisée de points de repère anatomiques et des mesures supplémentaires (par exemple, la circonférence de la tête, le calcul des intersections entre les points de repère) pour déterminer la position prévue des électrodes sur le cuir chevelu. Bien que cette approche tienne compte dans une certaine mesure de la taille de la tête des participants individuels, elle néglige d’autres caractéristiques de la morphologie du cerveau et du crâne, ce qui entraîne une perte de précision ^5,41,45. La précision accrue qui peut être obtenue avec la neuronavigation guidée par IRM est illustrée dans la section des résultats représentatifs de ce protocole. Ici, nous avons quantifié la précision du ciblage neuronavigated à l’aide des données d’une étude multicentrique tDCS-fMRI en cours et comparé rétrospectivement la précision de placement du ciblage neuronavigated avec une approche basée sur le cuir chevelu. De plus, nous avons étudié le degré de déplacement des électrodes pendant l’IRMf. Les principaux résultats de la partie empirique de ce protocole étaient que (1) le ciblage neuronavigé est supérieur au placement d’électrodes sur le cuir chevelu, avec une précision supérieure d’environ 40 % basée sur la norme L² ; et (2) il y avait une dérive minimale des électrodes entre les séances d’IRMf, ce qui souligne que les étapes techniques et procédurales mises en œuvre pour maintenir les électrodes en place (c.-à-d. capuchon, entretoise, coussins gonflables) ont été couronnées de succès.

Limites et applications futures de la méthode
Il existe plusieurs facteurs limitatifs à l’utilisation de l’approche décrite dans le présent protocole. Par exemple, l’optimisation des positions d’électrodes prévues par la modélisation informatique, le ciblage neuronavigué et la vérification des électrodes nécessitent l’accès à des données d’IRM structurelle, une expertise technique spécifique et des équipements coûteux qui peuvent ne pas être disponibles. Par conséquent, cette approche est limitée aux centres de recherche spécialisés qui réalisent des études qui nécessitent une grande précision spatiale de l’administration du courant (par exemple, des études expérimentales dans des populations neurotypiques portant sur les relations causales cerveau-comportement ou des études de modélisation informatique portant sur les relations dose-réponse). Dans ce contexte, il convient de mentionner que la validité de la modélisation actuelle basée sur l’IRM peut être diminuée chez les patients atteints de chirurgie de la tête ou de lésions progressives, ce qui doit être pris en compte lors de l’application des méthodes décrites dans ce protocole aux populations cliniques.

De plus, l’optimisation des positions des électrodes par modélisation computationnelle et le placement neuronavigée dans ce protocole vise à maximiser la précision anatomique. Comme mentionné ci-dessus, d’autres modes de ciblage individualisé sont possibles (y compris des approches invasives limitées à des populations cliniques spécifiques⁴⁶), et la précision anatomique n’implique pas nécessairement la pertinence fonctionnelle de la zone stimulée. Ce dernier nécessiterait une tâche de localisation (au niveau individuel ou du groupe), acquise avant la tDCS-IRMf, pour identifier les régions cérébrales fonctionnellement pertinentes pour le ciblage neuronavigué. De plus, les recherches futures doivent déterminer la pertinence fonctionnelle du déplacement des électrodes sur les fonctions comportementales et neuronales, y compris une comparaison directe des effets entre les montages focaux et conventionnels.

Il convient de noter que les simulations informatiques s’appuient sur la précision anatomique des segmentations tissulaires (semi-)automatisées acquises par IRM et estiment le champ électrique sur la base d’hypothèses sur la conductivité électrique de diverses classes de tissus ^5,47. Par conséquent, pour augmenter la précision des modèles de calcul, il est essentiel de valider ces hypothèses et d’évaluer la précision de la segmentation. À cet égard, de nouvelles méthodes pour étudier la conductivité du flux de courant induite par la tDCS du tissu cérébral lors de mesures simultanées de tDCS-IRM comprennent l’imagerie par résonance magnétique (MRCDI) et la tomographie par impédance électrique par résonance magnétique (MREIT)^5,48,49. Ces approches ont le potentiel de valider les simulations de champ électrique tDCS et d’optimiser les calculs de dose de courant individualisés. La combinaison de ces approches de modélisation computationnelle optimisées avec la tDCS neuronavigée améliorera probablement la précision et l’efficacité de la tDCS dans des contextes expérimentaux et cliniques dans un avenir proche.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Système de neuronavigation Brainsight	Brainsight ; Rogue Research Inc., Montréal ; al, Canada
CR-5 Pro imprimante 3D haute température  ;	CREALITY, Shenzhen, Chine
DC-STIMULATOR MC	NeuroConn GmbH, Ilmenau, Allemagne	https://www.neurocaregroup.com/technology/dc-stimulator-mc
EMLA Cream 5 %	Aspen, Dublin, Irlande
MAGNETOM Vida 3T, syngo_MR_XA50 software	Siemens Healthineers AG, Forchheim, Allemagne
Caméra	PolarisPolaris Vicra ; Northern Digital Inc., Waterloo, Canada
Pâte EEG conductrice Ten20	Weaver and Company, Aurora, États-Unis
Filament d’imprimante 3D TPU	SUNLU International, Hong-Kong, Chine
Example of alternatives
Ingenia 3.0T (MR-scanner)	Phillips, Amsterdam, Pays-Bas
Localite TMS Navigator (Équipement de neuronavigation)	Localite, Bonn, Germany
Neural Navigator (Équipement de neuronavigation)	Soterix, New Jersey, USA
Filament d’imprimante 3D PEBA	Kimya, Nantes, France
Filament d’imprimante 3D PLA	Filamentworld, Neu-Ulm, Deutschland
StarStim (Stimulateur)	Neuroélectricité, Barcelone, Espagne