Stimolazione della posizione Determinazione utilizzando un digitalizzatore 3D con stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione
December 20th, 2019
Presentato qui è un protocollo per ottenere una maggiore precisione nella determinazione della posizione di stimolazione che combina un digitalizzatore 3D con stimolazione ad alta definizione della corrente diretta transcranica.
Questo metodo utilizza un sistema 10-10 per superare i limiti del posizionamento degli elettrodi di stimolazione a corrente continua transcranica, migliorando l'accuratezza e la riproducibilità del metodo. I principali vantaggi di questa tecnica sono il suo basso costo, la semplice applicazione e portabilità. Questo metodo è adatto per l'uso con altre tecniche, ad esempio la spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso, per verificare la posizione di specifiche regioni cerebrali di interesse.
Questa tecnica è molto semplice se si ha familiarità con il requisito proporzionale del sistema 10-10. A dimostrare la procedura sarà Chenyu Lv, uno studente laureato. Per preparare un tappo di tenuta dell'elettrodo, posizionare una cuffia sulla forma della testa e misurare la distanza tra la nasione e l'inione.
Per localizzare il vertice, usate un marcatore di pelle per contrassegnare il punto medio della distanza tra la nasion e l'inione e misurare la distanza tra i punti preauricolari. Contrassegnare il punto medio dei punti preauricolari. Il punto in cui entrambi i punti intermedi si intersecano è il vertice.
Secondo il sistema 10-10, trovare il CP6 e il P6, e segnare il punto medio appropriato in cui questi punti si intersecano, chiamato giunzione temporoparietale destra sul cuoio capelluto. Quindi regolare il raggio dei quattro elettrodi di ritorno, in base agli obiettivi. E contrassegnare le posizioni degli elettrodi centrali e di ritorno sul cappuccio.
Per ottenere una misurazione del digitalizzatore 3D, utilizzare uno scanner metallico per confermare che l'ambiente per la digitalizzazione 3D è privo di metalli. Posizionare il tappo da bagno sulla testa del soggetto e utilizzare i segni di riferimento sul cappuccio per allineare il cappuccio con il sistema internazionale 10-10 per la posizione del cuoio capelluto. Quando il tappo è in posizione, utilizzare un'interfaccia USB per collegare il digitalizzatore 3D al computer e confermare che il software del digitalizzatore è disponibile e pronto.
Posizionare la sorgente davanti al soggetto e fissare la corda elastica del sensore intorno alla testa del soggetto. Nel software digitalizzatore, verificare che il sistema di digitalizzatore 3D comunichi con il software e utilizzare lo stilo e una lunghezza del righello di 10 centimetri per registrare lo zero e dieci graduazione per confermare l'accuratezza dello stilo. Nel software, visualizzare la distanza tra i due punti di registrazione.
Quindi raccogliere i dati di posizione dei punti di riferimento, degli elettrodi al centro e dei quattro elettrodi di ritorno. Per soddisfare i requisiti degli esperimenti funzionali di spettroscopia del vicino infrarosso, selezionare e salvare il rilevatore del trasmettitore e le opzioni del canale. Per avviare la stimolazione, installare batterie completamente cariche nel dispositivo e collegare il dispositivo di stimolazione a corrente continua transcranica convenzionale e l'adattatore di stimolazione quattro per uno.
Collegare i cavi dei cinque elettrodi ad anello centrato in cloruro argento-argento ai ricevitori corrispondenti sui quattro tramite un cavo di uscita dell'adattatore. E misurare la testa del soggetto. Posizionare il tappo del dispositivo di plastica sulla testa del soggetto e incorporare i cinque involucri in plastica ad alta definizione nella cuffia.
Individuare il vertice FPZ e OZ del soggetto e regolare il riferimento sul cappuccio per allinearlo al sistema internazionale 10-10 per le posizioni del cuoio capelluto. Quando il cappuccio è in posizione, utilizzare il digitalizzatore 3D per raccogliere i dati di posizione delle aree cerebrali stimolate. Successivamente, utilizzare l'estremità di una siringa di plastica per separare accuratamente i capelli attraverso l'apertura dell'involucro di plastica, fino a quando il cuoio capelluto non è esposto e coprire la pelle esposta con il gel elettricamente conduttivo.
Sul dispositivo, accendere l'adattatore di stimolazione multicanale quattro per uno e impostare il valore di qualità. Verificare che l'impostazione predefinita sia impostata per l'analisi e premere il pulsante di selezione della modalità. Passare dalla scansione per passare e premere il pulsante polarità per selezionare, anodo centrale o catodo.
Regolare le impostazioni sul dispositivo di stimolazione della corrente continua transcranica convenzionale per includere la durata dello stimolo, l'intensità e l'impostazione delle condizioni fittizie e spingere la leva relax per passare alla piena corrente. Una volta impostato tutto, premere il pulsante start per avviare la stimolazione. La D.C.intensity aumenta fino al raggiungere la corrente di destinazione e il timer mostrerà quindi il tempo rimanente.
Al termine della stimolazione, ruotare lentamente la leva per regolare la corrente a zero prima di spegnere l'alimentazione. Aprire il cappuccio di plastica, rimuovere gli elettrodi ad anello sinterizzazione in cloruro d'argento o argento dall'involucro e rimuovere la cuffia. Quindi pulire gli strumenti e fornire al soggetto materiali con cui pulire i capelli.
Utilizzando la funzione di registrazione autonoma di mappatura parametrica statistica della spettroscopia del vicino infrarosso, la funzione di registrazione spaziale genera coordinate MNI. Per ridurre gli errori di misurazione, è stato calcolato il valore medio di tre punti dati dalle coordinate MNI finali dei cinque elettrodi. Nelle aree di Broadman, si ottengono l'etichetta anatomica e il suo numero.
Il numero dopo ogni riga indica la percentuale di sovrapposizione. Nelle etichette anatomiche automatiche, si ottengono l'etichetta anatomica e la percentuale di sovrapposizione. Per le aree broadman e le etichette anatomiche automatiche, il valore rappresenta una percentuale di sovrapposizione con la corteccia cerebrale.
È importante assicurarsi che né la sorgente né il sensore si muovano durante la misurazione del digitalizzatore 3D. Questa procedura può essere utilizzata per localizzazioni di pensiero o per qualsiasi altra localizzazione necessaria per studiare la funzione del cervello. Questa tecnica può anche essere utilizzata nella stimolazione cerebrale personalizzata per un posizionamento preciso.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo che combina un digitizzatore 3D con la stimolazione transcranica a corrente continua ad alta definizione (tDCS) per migliorare l'accuratezza della determinazione della posizione di stimolazione. Il metodo integra il sistema di posizionamento degli elettrodi 10-10, migliorando la riproducibilità e l'idoneità per l'uso con altre tecniche come la spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Neuroscienze
- Neurosimulazione
- Elettrofisiologia
Sfondo
- La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è spesso limitata dall'accuratezza del posizionamento degli elettrodi.
- La tDCS ad alta definizione può migliorare il targeting spaziale delle tecniche di stimolazione cerebrale.
- La digitalizzazione 3D permette una localizzazione precisa degli elettrodi basata su un sistema standardizzato.
- Questo metodo può fornire dati complementari attraverso l'integrazione con tecniche di imaging funzionale.
Obiettivo dello studio
- Migliorare l'accuratezza e la riproducibilità del posizionamento degli elettrodi nella tDCS.
- Fornire una soluzione economica e portatile per la localizzazione della stimolazione cerebrale.
- Facilitare una stimolazione cerebrale precisa a fini di ricerca e terapeutici.
Metodi utilizzati
- Lo studio utilizza un sistema di digitizzazione 3D in combinazione con la tDCS per determinare con precisione le posizioni di stimolazione.
- Utilizza il sistema di posizionamento degli elettrodi 10-10 per identificare specifiche regioni cerebrali.
- I passaggi includono la preparazione di un elettrodo a cappuccio, la localizzazione di punti di riferimento anatomici e la registrazione dei dati di posizione.
- La stimolazione viene avviata utilizzando un dispositivo tDCS configurato dopo aver confermato l'accuratezza del posizionamento degli elettrodi.
Risultati principali
- Il protocollo consente un'identificazione precisa delle posizioni di stimolazione, migliorando l'accuratezza degli interventi.
- L'utilizzo della digitalizzazione 3D minimizza gli errori di misurazione associati al posizionamento degli elettrodi.
- I risultati mostrano una risoluzione spaziale migliorata per le applicazioni di stimolazione cerebrale.
- Il metodo è validato attraverso misurazioni sistematiche sovrapposte con le regioni della corteccia cerebrale.
Conclusioni
- Questo studio dimostra un approccio innovativo per migliorare l'efficacia della tDCS migliorando l'accuratezza del posizionamento degli elettrodi.
- L'integrazione con le tecnologie di digitalizzazione 3D contribuisce a strategie di stimolazione cerebrale personalizzate.
- Complessivamente, il metodo ha implicazioni significative per la comprensione e la manipolazione dei meccanismi neuronali nella ricerca.
Domande frequenti
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.
