Electroencephalography הקלטה במקביל במהלך Transcranial זרם חילופין גירוי (TACs)
22 בינואר 2016
במאמר זה אנו מסבירים כיצד להגדיר גירוי זרם חילופין טרנס-גולגולתי במקביל וניסוי EEG.
המטרה הכוללת של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להגדיר בהצלחה גירוי זרם חילופין טרנס-גולגולתי ו-EEG בו-זמנית, עם שיקולים טכניים חשובים על מנת לרכוש הקלטה מוצלחת. גירוי זרם חילופין טרנס-גולגולתי, או tACS, היא שיטה לשליטה ניסויית בפעילויות קצביות במוח. ולחקור את הקשר בין הפעילות הריתמית הזאת להתנהגות.
EEG מציע נתונים ברזולוציה זמנית גבוהה לחקר פעילות טבעתית של סמכות אנדוגנית ומאומצת. רישום EEG סימולטני במהלך ה-tACS יכול לעזור לענות על שאלות מפתח הנוגעות להשפעה הנוירופיזיולוגית המיידית של tACS. זה, בתורו, יכול לעזור להבנה נוספת של הדינמיקה הריתמית של המוח, כמו גם להבין את המנגנונים ואופטימיזציה של הפרמטרים של tACS, ליישומים נוירומודולטוריים קליניים.
ניתן להתאים את הפרוטוקול הניסיוני הזה גם למונטאז'ים אחרים ולמטרות קליפת המוח. סרטון זה ידגים מונטאז' עם אלקטרודות tACS המונחות על הכתף והקרקפת. התחל בהכנת עור הכתף לאלקטרודה tACS באמצעות פד גזה וג'ל עור שוחק.
מרחו אלקטרואנצפלוגרפיה, או EEG, ג'ל עם צמיגות מתאימה על האלקטרודה tACS והניחו את האלקטרודה על הכתף. אבטח את האלקטרודה על הכתף בעזרת סרט דבק. לאחר מכן, שים את מכסה ה-EEG על המשתתף.
התאם את מיקום הכובע בהתאם למערכת הבינלאומית 10-20 למיקום האלקטרודות והדק את רצועת הסנטר. השתמש בעט אדום על בסיס מים כדי לסמן נקודה המציינת היכן למקם את אלקטרודת ה-tACS על הקרקפת. אם העט לא מגיע לקרקפת, צבעו את קצה מקל העץ והשתמשו בקצה זה כדי לסמן את הקרקפת.
הסר את מכסה ה-EEG ובדוק אם הסימון הצליח. מלא את הסימון במידת הצורך כך שניתן יהיה לזהות אותו בקלות מאוחר יותר. לאחר מכן, עבור משתתפים עם שיער ארוך, הניחו את אלקטרודת ה-tACS על הראש כשמרכזה מסומן על ידי הכתם האדום על הקרקפת.
השחילו את כל השיער בתוך הטבעת הפנימית של אלקטרודת ה-tACS, וקשרו את השיער המושחל החוצה עם קלסרי כבלים. ודא שהשיער הממוקם סביב אלקטרודת ה-tACS אינו נקשר על ידי קלסרי הכבלים. לאחר קשירת השיער, הסר את אלקטרודת ה-tACS.
לאחר מכן, חבר את אלקטרודות ה-tACS של הקרקפת והכתף לממריץ, אך אל תפעיל אותו. מרחו שכבה דקה של ג'ל EEG על האלקטרודה tACS והניחו אותה בזהירות בחזרה על הראש. אם למשתתף יש שיער ארוך יותר, השחילו את השיער הקשור לאחור דרך החור הפנימי של אלקטרודת ה-tACS מבלי לתת לשיער לגעת בג'ל ה-EEG.
ודא שהסימן האדום על הקרקפת נמצא באמצע האלקטרודה tACS, מכיוון שלא ניתן לשנות את המיקום לאחר הצבתו. לאחר מכן, הסר את קלסרי הכבלים מהשיער. כעת, הפעל את הממריץ ופקח על העכבה.
תוך כדי הפעלת לחץ בזהירות על אלקטרודת ה-tACS, שימו לב היטב שנקודת הסימון האדומה נשמרת תמיד באמצע האלקטרודה tACS. הרם בזהירות את הקצוות של אלקטרודת ה-tACS ומרח עוד קצת ג'ל EEG מתחת לשיער. המשך להפעיל לחץ על אלקטרודת ה-tACS עד שהעכבה תהיה יציבה מתחת ל-10 קילו-אום.
שימו לב לכל ג'ל שבורח מהאלקטרודת tACS, והסירו עודפי ג'ל EEG בעזרת צמר גפן. ברגע שהעכבה נמוכה מהסף של 10 קילו-אום, הרכיבו שוב בעדינות את מכסה ה-EEG והדקו את הרצועה. מרחו ג'ל EEG עם צמיגות מתאימה על אלקטרודות ה-EEG כדי ליצור מגע בין הקרקפת לאלקטרודות EEG.
התחל עם אלקטרודות ה-EEG הקרקעיות והייחוס, ולאחר מכן המשך לאלקטרודות הממוקמות באמצע וליד אלקטרודת ה-tACS. לאחר מכן המשך עם האלקטרודות הנותרות. עבור אלקטרודות EEG המקיפות את אלקטרודת ה-tACS, הזרקו ג'ל כשקצה המחט מצביע לכיוון הרחק מהאלקטרודת tACS.
דחפו בעדינות כלפי מטה את אלקטרודות ה-EEG תוך כדי מריחת ג'ל, כך שהג'ל לא יברח מתחת לאלקטרודות. כדי להגביר את המגע בין אלקטרודות ה-EEG לקרקפת, בפרט אלקטרודות EEG הממוקמות בקרבת אלקטרודת ה-tACS, דחפו את הג'ל כלפי מטה עם מקל עץ לכיוון הקרקפת. שמור על זווית המקל אורתוגונלית לקרקפת תוך שפשוף עדין של הקרקפת בתנועה סיבובית, שכן תנועות הצידה של המקל יפזרו את הג'ל מתחת לאלקטרודה.
לאחר השגת העכבה האופטימלית, מרחו עוד קצת ג'ל כדי לייצב את המגע בין אלקטרודת ה-EEG לקרקפת. לאחר מכן, בדוק את הגישור בין אלקטרודת ה-tACS לאלקטרודות ה-EEG שמסביב עקב דליפת ג'ל על ידי הפעלת גירוי קצר, ובדיקה אם ערוץ כלשהו של מגבר ה-EEG רווי. לבסוף, בדוק את העכבות של אלקטרודות ה- EEG פעם נוספת ולאחר מכן התחל להקליט.
פרוטוקול זה מסביר כיצד להגדיר בהצלחה ניסוי tACS ו-EEG בו-זמנית ולהימנע מגישור באמצעות דליפה של ג'ל EEG, כמו גם חפצי tACS גדולים. אם מתרחש גישור בין אלקטרודות tACS ו-EEG, אות ה-EEG המוקלט יהפוך לרווי כפי שניתן לראות כאן. בניגוד לאות שהוקלט בהצלחה.
הקלטת EEG במקביל של tACS היא שיטה מאתגרת מבחינה טכנית. לאחר צפייה בסרטון זה, כעת אמורה להיות לכם הבנה טובה יותר כיצד להגדיר בהצלחה ניסוי מסוג זה כדי לחקור את המנגנון הנוירופיזיולוגי של tACS.
סקירה כללית
מאמר זה מדגים את ההקמה של ניסויי EEG וגירוי זרם חילופין חוצה גולגולת (tACS) בו-זמנית. הוא מפרט שיקולים טכניים חשובים להשגת הקלטות מוצלחות ואת ההשלכות להבנת הדינמיקה המוחית.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- גירוי עצבי
רקע
- tACS משמש לשליטה על פעילויות מוחיות מחזוריות.
- EEG מספק רזולוציה זמנית גבוהה לחקר פעילות מוחית.
- שילוב בו-זמני של tACS ו-EEG יכול לחשוף השפעות נוירופיזיולוגיות.
- ניתן להתאים פרוטוקול זה למגוון של סידורי אלקטרודות (montages) ומטרות.
מטרת המחקר
- להדגים את הגדרת ה-tACS וה-EEG למטרות מחקר.
- לייעל פרמטרים עבור יישומים קליניים.
- להעמיק את ההבנה של הדינמיקה הריתמית של המוח.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת העור להצבת האלקטרודות.
- מריחת ג'ל EEG למגע אופטימלי.
- ניטור העכבה (אימפדנס) במהלך הניסוי.
- הקלטת נתוני EEG תוך כדי יישום tACS.
תוצאות עיקריות
- הקמה מוצלחת של tACS ו-EEG בו-זמנית.
- זיהוי רמות עכבה אופטימליות.
- הדגמה של ארטיפקטים פוטנציאליים כתוצאה מהקמה שגויה.
- תובנות לגבי מנגנונים נוירופיזיולוגיים של tACS.
מסקנות
- הפרוטוקול מספק שיטה מהימנה לביצוע tACS ו-EEG בו-זמנית.
- הבנת מורכבויות ההגדרה יכולה למנוע אובדן נתונים.
- גישה זו מסייעת בחקר דינמיקת המוח והשפעות ה-tACS.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הקלטה סימולטנית של tACS-EEG מאפשרת מדידה ישירה של תגובות נוירופיזיולוגיות לניורומודולציה, ובכך תומכת בתיקוף של מטרות (target validation) בגילוי תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS). גישה זו מספקת הפחתת סיכונים מנגנונית על ידי קישור פעילות מוחית תנודתית לתהליכים קוגניטיביים, ובכך מגבירה את הביטחון החזוי בתוכניות בשלבים מוקדמים. היא נותנת מענה לפער קריטי בהבנת ההשפעות הביולוגיות המיידיות של התערבויות ניורומודולטוריות.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי מדידה של השפעות אלקטרופיזיולוגיות מיידיות של tACS על תנודות של רשתות מוחיות.
- ערך תפעולי: תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות תצפית ישירה על מעורבות נוירופיזיולוגית, ובכך מפחית עמימות מכניסטית בתיקוף של מטרות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספק מערכת סטנדרטית וניתנת לשחזור להכנת ממשקים עצביים שעברו תיקוף לצורך הערכת מעורבות של נוירומודולטורים.
- ערך תפעולי: מדגיש את הצורך במערכות EEG ברזולוציה גבוהה כדי ללכוד אותות עצביים בעוצמה נמוכה בתוך ארטיפקטים גדולים של גרייה, ובכך מגדיר את דרישות הרגישות של הבדיקה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מציע מערכת רלוונטית למחלה לבדיקת דינמיקה מחזורית של המוח, התומכת בהלימה של סמנים ביולוגיים תרגומיים עבור אינדיקציות נוירופסיכיאטריות.
- ערך תפעולי: מקל על רציפות מהשלב של מעורבות המטרה (target engagement) ועד לקריאות תפקודיות, מה שמאפשר קבלת החלטות על קידום מותאם סיכונים במודלים פרה-קליניים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו משתלבת ברצף הגילוי על ידי תמיכה בבדיקת היפותזות בשלבים מוקדמים של הביולוגיה, אפשור קריאות נוירופיזיולוגיות כמותיות לצורך סריקה, ואספקת תובנות מכניסטיות המנחות את ההמשכיות הפרה-קלינית ואת הביטחון ביעדים.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בהבהרת מסלולים ובצמצום סיכונים ביולוגיים על ידי מדידה של השפעות נוירופיזיולוגיות מיידיות של tACS על פעילות מוחית תנודתית.
- סריקה: מאפשר מוכנות של הבדיקה באמצעות הכנה סטנדרטית של אלקטרודות וניטור עכבה, מה שמבטיח רכישה הדירה של אותות עצביים.
- אנליטיקה: מספק מדידות כמותיות של משתנים תלויים (עוצמת EEG, תדר, קוהרנטיות) המאפשרות השוואה בין תנאים של נוירומודולציה ותגובות למינון.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי מידול דינמיקה מוחית קצבית הרלוונטית למצבי מחלה ולהתערבות טיפולית.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה לשימוש חוזר להערכה של תרכובות נוירומודולטוריות מגוונות ופרמטרי גירוי בתוכניות שונות של ה-CNS.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון ניבוי במעורבות המטרה, הפחתת עמימות מכניסטית במנגנונים של נוירומודולטורים.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של הממשק בין האלקטרודה לקרקפת, הדירות של הקלטות EEG, יכולת הרחבה על פני מספר אתרי גרייה.
- ערך אסטרטגי: שיפור בקבלת החלטות go/no-go המבוססות על מדדים נוירופיזיולוגיים ישירים, יעילות הון באמצעות הפחתת סיכונים מוקדמת, הפחתת סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בתיקי פיתוח של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
- השפעה על פורטפוליו: תיעדוף מותאם סיכון של מועמדים לנוירומודולציה באמצעות נקודות סיום אלקטרופיזיולוגיות והתנהגותיות קונברגנטיות.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות באלקטרופיזיולוגיה, נוירומודולציה ועיבוד אותות EEG לצורך ניהול ארטיפקטים והבטחת איכות הנתונים.
- נדרשות מערכות EEG בעלות ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים ברזולוציה גבוהה כדי למנוע רתיעה (saturation) כתוצאה מארטיפקטים של tACS העולים על 100 mV בקרבת אתרי הגירוי.
- נדרש סטנדרטיזציה של צמיגות ג'ל ה-EEG בין צוותים שונים כדי למנוע גישור בין אלקטרודות, תוך שמירה על מוליכות מספקת לרכישת אותות.
- כולל שיקולי התאמה עבור מונטאז'ים שונים, סוגי שיער ויעדים קורטיקליים שונים, כדי לשמור על מגע עקבי בין האלקטרודה לקרקפת.
- כולל מגבלות מעשיות כגון זיהום בארטיפקטים בקרבת אתרי הגירוי והצורך בניהול קפדני של הג'ל כדי למנוע רתיעה של המגבר.
