Stimolazione corrente alternata transcranica simultanea e funzionalità di risonanza magnetica

La stimolazione transcranica di corrente alternata (tACS) è uno strumento promettente per l'indagine non invasiva delle oscillazioni cerebrali, anche se i suoi effetti non sono completamente compresi. Questo articolo descrive una configurazione sicura e affidabile per l'applicazione di tACS simultaneamente con la funzione di risonanza magnetica funzionale, che può aumentare la comprensione della funzione cerebrale oscillatoria e degli effetti del tACS.

L'obiettivo generale di questo protocollo sperimentale è misurare i cambiamenti nell'attività dipendente dal livello di ossigeno nel sangue indotta durante la stimolazione elettrica transcranica. La combinazione della stimolazione transcranica a corrente alternata con la risonanza magnetica funzionale ha il potenziale per rispondere a domande chiave nelle neuroscienze cognitive. Uno dei principali vantaggi della combinazione di queste tecniche è la possibilità di misurare la funzione cerebrale manipolando le oscillazioni neurologiche in modo specifico per la frequenza.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla diagnosi e alla terapia dei disturbi neurologici associati alla sincronizzazione anomala. Sebbene questa tecnica possa fornire informazioni sulla cognizione visiva umana, può essere applicata anche ad altri sistemi, come il motore, il comportamento e la memoria. In generale, le persone che non conoscono questo metodo potrebbero avere difficoltà con la complessità della configurazione necessaria per garantire esperimenti privi di rumore e sincronizzati con l'innesco.

Ci siamo interessati al TCS perché lo vedevamo come un modo per studiare la causa di tutte le oscillazioni delle percezioni coscienti. Il nostro tecnico di risonanza magnetica è Ilona Pfahlert, con Paule Wunsch come volontaria soggetto. Pre-screening di tutti i soggetti per eventuali controindicazioni alla risonanza magnetica e alla stimolazione transcranica a corrente alternata.

Quando il soggetto arriva, descrivi i dettagli dell'esperimento e ottieni il consenso informato. Inizia usando un metro a nastro per determinare la distanza sulla testa del soggetto dal naso all'interno. E poi da un orecchio all'altro sopra la sommità della testa.

Segnare l'intersezione di queste lunghezze come posizione C-Z, secondo il sistema EEG 10-20. Ora, posiziona la cuffia EEG senza elettrodi sulla testa del soggetto con la Z allineata alla posizione contrassegnata. Quindi, determinare e contrassegnare le posizioni desiderate per gli elettrodi utilizzando lo stesso posizionamento per tutti i soggetti per garantire la coerenza sperimentale.

Successivamente, usando alcol e dischetti di cotone, pulisci i capelli e la pelle sopra e intorno ai punti contrassegnati sul cuoio capelluto per rimuovere oli e prodotti per capelli. Quindi, stendere il gel sugli elettrodi di gomma e premere saldamente ciascun elettrodo su queste posizioni, garantendo il pieno contatto dall'elettrodo, al gel conduttivo, al cuoio capelluto con un'impedenza minima. Utilizzare un cavo LAN schermato e i cavi di sicurezza MR per collegare le scatole del filtro allo stimolatore e agli elettrodi di gomma.

Quindi, accendi lo stimolatore e verifica l'impedenza. Se non è inferiore a 20 kilo ohm, premere gli elettrodi sul cuoio capelluto. Oppure, aggiungere il gel per elettrodi se necessario.

Fare attenzione a limitare la copertura del gel degli elettrodi all'incirca alla stessa superficie degli elettrodi e rimuovere il gel in eccesso dall'area. Quindi, lasciare che lo stimolatore emetta corrente per alcuni secondi per familiarizzare il soggetto con l'esperienza sensoriale. Chiedi loro informazioni sulla percezione sensoriale durante questo test, incluso se possono sentire e resistere a qualsiasi sensazione di formicolio e l'entità e la posizione di eventuali fosfine durante la stimolazione.

A questo punto, lasciare il cavo collegato agli elettrodi di gomma sul soggetto, ma scollegare lo stimolatore, il cavo LAN di riserva e le scatole dei filtri esterno e interno in modo che il soggetto possa spostarsi verso lo scanner. Ora, collega la scatola del filtro esterno al cavo LAN che attraversa la guida d'onda, lasciando il minor numero possibile di cavi al di fuori della guida d'onda. Quindi, collegare il cavo dello stimolatore.

Verificare inoltre che lo stimolatore sia collegato all'uscita trigger del computer di presentazione. Dopo esservi assicurati che il soggetto sia privo di materiali magnetici e pronto per l'esperimento di risonanza magnetica, conducetelo nella sala scanner. Fornire tappi per le orecchie per la protezione dell'udito, quindi far sdraiare il soggetto sul piano dello scanner.

Appoggiare il cavo dell'elettrodo in una posizione comoda per il soggetto su cui sdraiarsi per tutta la durata dell'esperimento, quindi posizionare dei cuscini intorno e sotto la testa. Inoltre, posiziona un cuscino sotto le gambe del soggetto per il massimo comfort e per ridurre i movimenti. Fornire una sfera di allarme e una pulsantiera di risposta sicura alla risonanza magnetica posizionata in modo tale che sia necessario un movimento minimo per premere un pulsante.

Ora, fissa la bobina di testa con uno specchio attaccato in modo che il soggetto veda lo schermo di proiezione con l'orientamento corretto. Quindi, fissare temporaneamente l'estremità libera del cavo dell'elettrodo dagli elettrodi di gomma alla bobina di testa in modo che non si impigli quando il letto è in movimento. Spostare il piano dello scanner in posizione.

Quindi, dall'estremità posteriore del foro dello scanner, collegare il cavo dell'elettrodo dagli elettrodi di gomma alla scatola del filtro interna che si collega al cavo LAN. Per evitare movimenti eccessivi durante le scansioni, fissare i cavi e la scatola del filtro lungo la ringhiera del piano dello scanner a destra del foro con nastro adesivo e sacchi di sabbia. Quindi, posizionare lo schermo del proiettore nell'estremità posteriore del foro dello scanner.

Infine, testare nuovamente l'impedenza sullo stimolatore per assicurarsi che tutti i collegamenti dei cavi siano effettuati correttamente prima di iniziare l'esperimento. Iniziare verificando che il computer di presentazione registri quando il soggetto preme i pulsanti di risposta. Quindi, acquisisci un'immagine anatomica pesata in T1 ad alta risoluzione con una risoluzione isotropa di un millimetro.

Una volta acquisita, regola il contrasto e i livelli di finestratura su questa immagine su estremi bassi e alti per rilevare visivamente il rumore che potrebbe derivare dalla configurazione dello stimolatore. Continuare questo monitoraggio durante l'acquisizione dell'imaging funzionale. Ora, avvia l'esperimento sul computer di presentazione in modo che inizi con il trigger dello scanner e avvia lo stimolatore per attendere il trigger di output di questo computer.

A questo punto, inizia l'acquisizione di FMRI. Lasciare lo stimolatore acceso e collegato durante l'esperimento FMRI per evitare differenze nel rapporto segnale/rumore temporale tra le condizioni di accensione e spegnimento dello stimolatore. Inoltre, monitorare il display dello stimolatore per garantire che la corrente venga inviata nei momenti desiderati durante le esecuzioni sperimentali.

Una volta completata la scansione, scollegare la scatola del filtro interna dal cavo collegato agli elettrodi di gomma. Una volta che il soggetto è fuori dallo scanner, rimuovere gli elettrodi, lasciando il soggetto libero di lavarsi i capelli. Questa figura mostra i risultati dei test sugli effetti dell'intensità di corrente di 16 hertz CZOZTACS sul segnale in grassetto durante la fissazione incrociata centrale.

Vengono mostrate le medie del segnale correlate agli eventi per cluster statisticamente significativi, con effetto crescente sul segnale con l'aumento dell'intensità di corrente. Qui, vediamo mappe del punteggio T specifiche per la forza attuale che illustrano la specificità regionale degli effetti e l'aumento degli effetti sull'attività audace con l'aumento della forza corrente. Questa figura mostra risultati rappresentativi che testano la dipendenza dalla frequenza degli effetti TACS durante un compito di percezione visiva.

Questo schema illustra i tempi dell'esperimento con la presentazione visiva e i periodi TACS tra i blocchi di fissazione incrociata centrale. Le mappe di interazione degli effetti di condizione e frequenza dei TACS e i test post-hoc a grappolo mostrano effetti specifici della frequenza nella corteccia parietale, con una diminuzione dei TACS di 10 hertz e un aumento del segnale di 60 hertz. Queste mappe del punteggio T mostrano effetti specifici dei TACS a 60 hertz che si estendono oltre la corteccia parietale per includere alcune regioni occipitali e frontali.

Una volta padroneggiato, questo esperimento può essere eseguito in appena due ore, a seconda della lunghezza del disegno dell'esperimento. Durante il tentativo di questa procedura, è particolarmente importante assicurarsi che lo stimolatore sia correttamente sincronizzato con il tempo di acquisizione della risonanza magnetica. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire esperimenti TACS FMRI combinati.