Détermination de l'emplacement de la stimulation à l'aide d'un numériseur 3D avec stimulation à courant direct transcrânien haute définition
December 20th, 2019
Présenté ici est un protocole pour atteindre une plus grande précision dans la détermination de l'emplacement de stimulation combinant un numériseur 3D avec la stimulation transcrânienne de courant transcrânien de haute définition.
Cette méthode utilise un système 10-10 pour surmonter les limites du placement transcrânal d’électrode de stimulation à courant direct, améliorant la précision et la reproductibilité de la méthode. Les principaux avantages de cette technique sont son faible coût, son application simple et sa portabilité. Cette méthode convient à d’autres techniques, par exemple la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge, pour vérifier l’emplacement de certaines régions cérébrales d’intérêt.
Cette technique est très simple si vous êtes familier avec l’exigence proportionnelle du système 10-10. Chenyu Lv, étudiant diplômé, démontrera la procédure. Pour préparer un bouchon de fixation d’électrode, placez un bonnet de natation sur la forme de la tête et mesurez la distance entre la nasion et l’inion.
Pour localiser le sommet, utilisez un marqueur cutané pour marquer le point médian de la distance entre la nasion et l’inion, et mesurer la distance entre les points préaurculaires. Marquez le point médian des points préaurculaires. Le point où les deux points médians se croisent est le sommet.
Selon le système 10-10, trouver le CP6 et P6, et marquer le point médian approprié à laquelle ces points se croisent, appelé la jonction temporoparietal droit sur le cuir chevelu. Ajustez ensuite le rayon des quatre électrodes de retour, en fonction des objectifs. Et marquer le centre et retourner les emplacements d’électrodes sur le bouchon.
Pour obtenir une mesure de numériseur 3D, utilisez un scanner métallique pour confirmer que l’environnement de numérisation 3D est exempt de métaux. Placez le bonnet de bain sur la tête du sujet, et en utilisant les marques de référence sur le bouchon pour aligner le bouchon avec le système international 10-10 pour l’emplacement du cuir chevelu. Lorsque le bouchon est en place, utilisez une interface USB pour connecter le numériseur 3D à l’ordinateur, et confirmez que le logiciel de numérisation est disponible et prêt.
Placez la source devant le sujet et attachez la corde élastique du capteur autour de la tête du sujet. Dans le logiciel de numérisation, confirmez que le système de numérisation 3D communique avec le logiciel, et utilisez le stylet, et une longueur de règle de 10 centimètres, pour enregistrer le zéro et dix graduations pour confirmer la précision du stylet. Dans le logiciel, affichez la distance entre les deux points d’enregistrement.
Puis recueillir les données de position des points de référence, des électrodes centrales et des quatre électrodes de retour. Pour répondre aux exigences des expériences fonctionnelles de spectroscopie proche infrarouge, sélectionnez et enregistrez les options de détecteur d’émetteurs et de canaux. Pour initier la stimulation, installez des batteries entièrement chargées dans l’appareil et connectez le dispositif conventionnel de stimulation transcrânienne à courant direct et l’adaptateur de stimulation quatre par un.
Connectez les câbles des cinq électrodes d’anneau centrées au chlorure argenté aux récepteurs correspondants sur le câble de sortie quatre par un adaptateur. Et mesurer la tête du sujet. Placez le bouchon de dispositif en plastique sur la tête du sujet, et intégriez les cinq enveloppes en plastique haute définition dans le chapeau de natation.
Localiser le vertex FPZ et OZ du sujet, et ajuster la référence sur le bouchon pour s’aligner avec le système international 10-10 pour les emplacements du cuir chevelu. Lorsque le bouchon est en place, utilisez le numériseur 3D pour recueillir les données de position des zones cérébrales stimulées. Ensuite, utilisez l’extrémité d’une seringue en plastique pour séparer soigneusement les cheveux par l’ouverture de l’enveloppe en plastique, jusqu’à ce que le cuir chevelu soit exposé, et couvrir la peau exposée avec le gel électriquement conductrice.
Sur l’appareil, allumez l’adaptateur de stimulation quatre par un multicanal et définissez la valeur de qualité. Confirmez que le paramètre par défaut est défini pour numériser et appuyez sur le bouton sélectionnez mode. Passez de l’analyse à passer et appuyez sur le bouton polarité pour sélectionner, soit anode centrale ou cathode.
Ajustez les réglages du dispositif conventionnel de stimulation transcrânienne à courant direct pour inclure la durée de stimulus, l’intensité et le réglage de l’état simulé et poussez le levier de détente pour passer au plein courant. Une fois que tout a été réglé, appuyez sur le bouton de démarrage pour lancer la stimulation. L’intensité .C.D. montera en puissance jusqu’à ce que le courant cible soit atteint, et la date de temps affichera alors le temps restant.
À la fin de la stimulation, tournez le levier lentement pour ajuster le courant à zéro avant d’éteindre la puissance. Ouvrez le bouchon en plastique, retirez les électrodes d’anneau fritté d’argent ou d’argent de l’enveloppe et retirez le bonnet de bain. Nettoyez ensuite les instruments et fournissez au sujet des matériaux pour nettoyer leurs cheveux.
À l’aide de la fonction d’enregistrement autonome de la spectroscopie statistique de spectroscopie proche infrarouge, la fonction d’enregistrement spatial génère des coordonnées de l’INM. Pour réduire les erreurs de mesure, la valeur moyenne de trois points de données des coordonnées finales de l’INM des cinq électrodes a été calculée. Dans les régions de Broadman, l’étiquette anatomique et son nombre sont obtenus.
Le nombre après chaque ligne indique le pourcentage de chevauchement. Dans les étiquettes automatiques anatomiques, l’étiquette anatomique et le pourcentage de chevauchement sont obtenus. Pour les zones Broadman et les étiquettes automatiques anatomiques, la valeur représente un pourcentage de chevauchement avec le cortex cérébral.
Il est important de s’assurer que ni la source ni le capteur ne se déplacent pendant la mesure du numériseur 3D. Cette procédure peut être utilisée pour des localisations de pensée ou pour toute autre localisation nécessaire pour étudier la fonction du cerveau. Cette technique peut également être utilisée dans la stimulation cérébrale personnalisée pour un positionnement précis.
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Aperçu
Cet article présente un protocole combinant un numériseur 3D avec une stimulation transcrânienne à courant continu haute définition (tDCS) pour améliorer la précision de la détermination de l'emplacement de stimulation. La méthode intègre le système de placement d'électrodes 10-10, améliorant la reproductibilité et l'adéquation à l'utilisation avec d'autres techniques comme la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Neurosimulation
- Électrophysiologie
Contexte
- La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) est souvent limitée par la précision du placement des électrodes.
- La tDCS haute définition peut améliorer le ciblage spatial des techniques de stimulation cérébrale.
- La numérisation 3D permet une localisation précise des électrodes basée sur un système standardisé.
- Cette méthode peut fournir des données complémentaires grâce à l'intégration avec des techniques d'imagerie fonctionnelle.
Objectif de l'étude
- Améliorer la précision et la reproductibilité du placement des électrodes en tDCS.
- Fournir une solution rentable et portable pour la localisation de la stimulation cérébrale.
- Faciliter une stimulation cérébrale précise à des fins de recherche et thérapeutiques.
Méthodes utilisées
- L'étude utilise un système de numérisation 3D en combinaison avec la tDCS pour déterminer précisément les emplacements de stimulation.
- Elle emploie le système de placement d'électrodes 10-10 pour identifier des régions cérébrales spécifiques.
- Les étapes comprennent la préparation d'une coiffe d'électrodes, la localisation de repères anatomiques et l'enregistrement des données de position.
- La stimulation est initiée à l'aide d'un appareil tDCS configuré après confirmation de la précision du placement des électrodes.
Résultats principaux
- Le protocole permet une identification précise des emplacements de stimulation, améliorant la précision des interventions.
- L'utilisation de la numérisation 3D minimise les erreurs de mesure associées au placement des électrodes.
- Les résultats montrent une résolution spatiale améliorée pour les applications de stimulation cérébrale.
- La méthode est validée par des mesures systématiques de recouvrement avec les régions du cortex cérébral.
Conclusions
- Cette étude démontre une nouvelle approche pour améliorer l'efficacité de la tDCS en améliorant la précision du placement des électrodes.
- L'intégration avec les technologies de numérisation 3D contribue aux stratégies de stimulation cérébrale personnalisées.
- Dans l'ensemble, la méthode a des implications significatives pour la compréhension et la manipulation des mécanismes neuronaux en recherche.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Accurate targeting of brain regions is critical for establishing causal links between neural activity and behavior in neuroscience research. This protocol enhances the precision of high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) by integrating 3D digitization with the 10-10 electrode placement system, improving reproducibility and reducing variability in stimulation targeting. The approach supports mechanistic de-risking in target validation by enabling more reliable interrogation of cortical excitability and its behavioral consequences.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of specific cortical targets such as the right temporo-parietal junction to test causal roles in cognitive functions.
- Operational Value: Improves reproducibility of stimulation targeting across experiments, reducing noise in behavioral readouts.
- Predictive Value: Increases confidence that observed behavioral changes are due to intended neuromodulation rather than off-target effects.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a standardized, quantifiable method for electrode placement that can be integrated with functional readouts like fNIRS.
- Operational Value: Supports assay standardization by minimizing variability in stimulation location across users and sessions.
- Scalability: The low-cost, portable setup allows for deployment across multiple lab sites or testing environments.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Enables consistent targeting of human-relevant cortical regions, supporting cross-species extrapolation of neuromodulation effects.
- Mechanistic De-risking: Reduces ambiguity in target engagement, strengthening the causal inference chain from stimulation to behavioral outcome.
- Predictive Confidence: Enhances reliability of preclinical models used to screen neuromodulatory interventions.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery biology workflow by improving the precision of neuromodulation tools used to validate targets and pathways before lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling accurate, repeatable stimulation of defined cortical areas to assess causal contributions to behavior.
- Assay Readiness: Generates quantifiable spatial data (e.g., MNI coordinates, Brodmann area overlap) that can be correlated with functional imaging or behavioral outputs.
- Analytics: Produces standardized electrode position metrics that allow comparison across conditions, subjects, or experimental batches.
- Translational Research: Facilitates alignment with imaging biomarkers by enabling precise co-registration of stimulation sites with functional data.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform capability for any study requiring precise, repeatable neuromodulation targeting.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by improving spatial precision and reducing off-target stimulation effects.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization of neuromodulation procedures across users and sites.
- Strategic Value: Supports better go/no-go decisions in target validation by reducing biological noise from inaccurate stimulation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on more reliable causal evidence from neuromodulation studies.
Implementation Considerations
- Requires familiarity with the 10-10 electrode placement system and anatomical landmark identification.
- Dependent on access to a 3D digitizer system and compatible software for spatial data capture.
- Necessitates a metal-free environment to ensure accurate digitizer measurements.
- Requires training to properly align the electrode cap with reference points and maintain sensor stability during recording.
- Limited to external scalp targets; cannot directly stimulate deep brain structures without computational modeling.
