Stimolazione della posizione Determinazione utilizzando un digitalizzatore 3D con stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione
20 dicembre 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 una stimolazione transcranica diretta 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 nel vicino infrarosso.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Neurosimulazione
- Elettrofisiologia
Sfondo
- La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è spesso limitata dall'accuratezza nel posizionamento degli elettrodi.
- La tDCS ad alta definizione può migliorare il targeting spaziale delle tecniche di stimolazione cerebrale.
- La digitalizzazione 3D consente una localizzazione precisa degli elettrodi basata su un sistema standardizzato.
- Questo metodo può fornire dati complementari attraverso l'integrazione con tecniche di imaging funzionale.
Scopo dello studio
- Migliorare l'accuratezza e la riproducibilità del posizionamento degli elettrodi nella stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS).
- Fornire una soluzione economica e portatile per la localizzazione della stimolazione cerebrale.
- Facilitare una stimolazione cerebrale precisa ai fini di ricerca e terapeutici.
Metodi Utilizzati
- Lo studio utilizza un sistema di digitalizzazione 3D in combinazione con la tDCS per determinare con precisione le posizioni di stimolazione.
- Impiega il sistema di posizionamento degli elettrodi 10-10 per identificare regioni cerebrali specifiche.
- I passaggi includono la preparazione di un casco elettrodico, la localizzazione dei punti di riferimento anatomici e la registrazione dei dati di posizione.
- La stimolazione viene avviata mediante un dispositivo tDCS configurato, dopo aver verificato 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 riduce al minimo gli errori di misurazione associati al posizionamento degli elettrodi.
- I risultati mostrano una risoluzione spaziale migliorata per le applicazioni di stimolazione cerebrale.
- Il metodo viene validato attraverso misurazioni sistematiche sovrapposte con regioni della corteccia cerebrale.
Conclusioni
- Questo studio dimostra un approccio innovativo per migliorare l'efficacia della stimolazione transcranica a corrente diretta (tDCS) aumentando la precisione nel posizionamento degli elettrodi.
- L'integrazione con le tecnologie di digitalizzazione 3D contribuisce a strategie personalizzate di stimolazione cerebrale.
- Nel complesso, il metodo ha implicazioni significative per la comprensione e la manipolazione dei meccanismi neuronali nella ricerca.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Un posizionamento preciso delle regioni cerebrali è fondamentale per stabilire collegamenti causali tra attività neuronale e comportamento nella ricerca neuroscientifica. Questo protocollo migliora la precisione della stimolazione transcranica diretta ad alta definizione (HD-tDCS) integrando la digitalizzazione 3D con il sistema di posizionamento degli elettrodi 10-10, aumentando la riproducibilità e riducendo la variabilità nel targeting della stimolazione. L'approccio supporta la riduzione del rischio meccanicistica nella validazione del target, consentendo un'indagine più affidabile dell'eccitabilità corticale e delle sue conseguenze comportamentali.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente un'analisi precisa di specifici bersagli corticali, come la giunzione temporo-parietale destra, per verificare il loro ruolo causale nelle funzioni cognitive.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità del posizionamento della stimolazione tra diversi esperimenti, riducendo il rumore nei risultati comportamentali.
- Valore predittivo: Aumenta la certezza che i cambiamenti comportamentali osservati siano dovuti alla neuromodulazione intenzionale e non a effetti fuori bersaglio.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce un metodo standardizzato e quantificabile per il posizionamento degli elettrodi che può essere integrato con letture funzionali come la fNIRS.
- Valore operativo: Favorisce la standardizzazione dei saggi riducendo la variabilità nella posizione della stimolazione tra diversi utenti e sessioni.
- Scalabilità: La configurazione economica e portatile consente il suo utilizzo in più sedi di laboratorio o ambienti di prova.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità traslazionale: Permette un indirizzamento coerente di regioni corticali rilevanti per l'uomo, supportando l'estrapolazione interspecie degli effetti della neuromodulazione.
- De-risking meccanicistico: Riduce l'ambiguità nell'interazione con il bersaglio, rafforzando la catena di inferenza causale tra stimolazione e esito comportamentale.
- Conferma predittiva: Migliora l'affidabilità dei modelli preclinici utilizzati per lo screening di interventi neuromodulatori.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel flusso di lavoro della biologia della scoperta migliorando la precisione degli strumenti di neuromodulazione utilizzati per convalidare bersagli e percorsi prima dell'identificazione del capostazione.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi consentendo una stimolazione accurata e ripetibile di aree corticali definite per valutarne i contributi causali al comportamento.
- Prontezza del saggio: Genera dati spaziali quantificabili (ad esempio, coordinate MNI, sovrapposizione con aree di Brodmann) che possono essere correlati a dati di imaging funzionale o a risultati comportamentali.
- Analisi: Produce metriche standardizzate della posizione degli elettrodi che permettono confronti tra condizioni, soggetti o gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Facilita l'allineamento con biomarcatori di imaging consentendo una co-registrazione precisa dei siti di stimolazione con dati funzionali.
- Riutilizzo aziendale: Rappresenta una capacità di piattaforma riutilizzabile per qualsiasi studio che richieda un targeting preciso e ripetibile della neuromodulazione.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la certezza nella validazione dell'obiettivo migliorando la precisione spaziale e riducendo gli effetti di stimolazione fuori bersaglio.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la standardizzazione delle procedure di neuromodulazione tra diversi utenti e sedi.
- Valore strategico: Consente decisioni più accurate di tipo go/no-go nella validazione degli obiettivi riducendo il rumore biologico derivante da stimolazioni imprecise.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio degli obiettivi basata su evidenze causali più affidabili ottenute da studi di neuromodulazione.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede familiarità con il sistema di posizionamento degli elettrodi 10-10 e con l'identificazione dei punti di repère anatomici.
- È subordinato all'accesso a un sistema di digitalizzazione 3D e a un software compatibile per l'acquisizione dei dati spaziali.
- Necessita di un ambiente privo di metalli per garantire misurazioni accurate del digitalizzatore.
- Richiede un'adeguata formazione per allineare correttamente il cappuccio degli elettrodi con i punti di riferimento e mantenere la stabilità dei sensori durante la registrazione.
- È limitato ai bersagli del cuoio capelluto; non consente la stimolazione diretta di strutture cerebrali profonde senza modellizzazione computazionale.
