人間の脳活動を記録するための同時経頭蓋交流刺激と脳波検査の確立

要約

出典: Fehér, K. D. et al., Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Current Insulation (tACS).J. Vis. 経験。(2016年)

このビデオでは、脳活動を記録しながらリズミカルな電気信号を脳に届けるための同時経頭蓋交流刺激 (tACS) と脳波検査 (EEG) 実験のセットアップを示します。この手順により、電極の分離が確実になり、ゲルの架橋が防止され、正確な刺激とクリーンな脳波信号が得られます。

プロトコル

人間の参加者が関与するすべての手順は、人間の福祉に関する制度的、国内的、および国際的なガイドラインに従って実行され、地元の治験審査委員会によって審査されています。

注:図1は、モンタージュと経頭蓋交流刺激(tACS)電極と脳波検査(EEG)キャップの設計を示しています。弾性EEGキャップ(図1D)を使用して、頭皮に取り付けられたtACS電極を保持します。

1. モンタージュ

注: 代表的な結果は、次の tACS 電極モンタージュから得られます。

1. モンタージュ1:両方の電極を頭皮の左背外側前頭前野(DLPFC)(F3電極)と左後頭頂皮質(PPC)(P3電極)に配置します(図1A)。
2. モンタージュ2:左DLPFC(F3電極)の頭皮に1つのtACS電極を置き、左肩に別のtACS電極を置きます(図1B)。
3. モンタージュ3:左のPPC(P3電極)の頭皮に1つのtACS電極を置き、左肩に別のtACS電極を置きます(図1C)。

2. tACS電極の準備

1. 参照tACS電極を肩に配置する場合(モンタージュ2および3)、最初にこれを行います。
   1. 肩電極を配置する前に、脳波および心電図検査用の研磨剤入りの皮膚準備ジェルで皮膚を準備します。ガーゼパッドを使用して、ジェルで肌を軽くこすります。
   2. tACS電極に脳波ゲルを塗布し、電極を肩に置きます。
   3. 粘着テープで電極を肩に固定します。
2. 脳波キャップをかぶる。電極位置決めのための国際10-20システムに従ってキャップの位置を調整し、あごストラップを締めます。
3. tACS電極が頭皮のどこに配置されるかを示すスポットにマークを付けます。水性の赤ペンを使用すると、第一にペンの色素材が断熱効果を低下させ、第二に水で簡単に洗い流すことができるためです。
4. ゲル挿入用のEEGキャップの穴がきつすぎるためにペンが頭皮に届かない場合は(図1D)、綿棒の木製のハンドルなどの木の棒を使用してください。
   1. 棒の先端をしっかり塗り、この先端で頭皮に印を付けます。
   2. 脳波キャップを取り外し、マーキングが成功したかどうかを確認します。必要に応じて、後で簡単に見つけられるようにマーキングを記入します。
5. 参加者の髪の長さに応じて、次の手順(2.5.1-2.5.4)を実行します。参加者の髪が短い場合 (最大約 10 センチメートル)、次の手順をスキップしてください (ドレッドヘアなどの特定のヘアスタイルでは、tACS 電極の適用が不可能になることにも注意してください)。参加者の髪が長い場合:
   1. tACS電極を頭皮に赤い斑点でマークして配置します。この時点では、脳波ゲルをtACS電極に置いてはいけないことに注意してください。
   2. tACS電極の内輪の内側の毛をすべて通します。
   3. 糸で伸ばした髪をケーブルバインダーで結びます。tACS電極の周りの髪の毛がケーブルバインダーによって
   束縛されないように注意してください。
   4. 髪を縛ったら、tACS電極を取り外します。
6. 脳波ジェルをtACS電極の頭皮に塗布します。
   1. ゲルを塗布する前に、頭皮と肩の tACS 電極を刺激装置に接続しますが、まだ刺激装置の電源を入れないでください。脳波ゲルの薄層をtACS電極に塗布します。ゲルをまばらに塗布することが重要です。
   2. tACS電極を慎重にヘッドに戻します。
      1. 参加者の髪の毛が長い場合は、tACS 電極の EEG ゲルに触れずに、縛られた髪を tACS 電極の内側の穴に
      通します。
      2. tACS電極を装着する際は、頭皮の赤いマークがtACS電極の真ん中に残っていることに十分注意してください。tACS電極を頭皮に装着すると、その位置は変わらなくなります。
      3. tACS電極を配置したら、ケーブルバインダーを髪から取り除きます。
   3. 刺激装置の電源を入れ、インピーダンスを監視します。tACS電極に注意深く圧力をかけながら、赤いマーキングスポットが常にtACS電極の中央に保たれていることに細心の注意を払ってください。
   4. tACS電極の端を慎重に持ち上げ、tACS電極と髪の間ではなく、髪の下にさらにEEGゲルを塗布します(図2)。これは、参加者の髪の毛が多い場合に特に重要です (説明を参照)。
   5. インピーダンスが安定して10kΩを下回るまで、tACS電極に圧力をかけ続けます。tACS刺激装置によるtACS電極のインピーダンスを監視します。必要に応じて、EEGゲルを慎重に追加しますが、常にまばらに追加します。
      注:tACS刺激装置によって監視されるtACS電極のインピーダンスは、tACS電極間で測定されますが、各電極に個別のインピーダンス値情報を提供しないという欠点があります。EEG増幅器システムによっては、これを介してtACS電極のインピーダンスを測定し、電極ごとにインピーダンスを個別に測定することも可能かもしれません。
   6. tACS電極から漏れるゲルに注意し、綿棒で余分なEEGゲルを取り除きます。

3. EEGキャップの取り付け

1. tACS電極のインピーダンスが10kΩのしきい値を下回ったら、再度EEGキャップを取り付けます。特にEEGキャップの素材が弾力性がある場合は、このステップ中に頭皮tACS電極の位置を簡単に移動できるため、EEGキャップを非常に穏やかかつ慎重に装着してください。
   注:tACS電極のシフトにより、EEGゲルがtACS電極の下に広がり、EEGゲルがEEG電極とブリッジされます。弾性キャップを力強く引き下げると、後で跳ね返り、tACS電極が動く可能性があるため、不要が大切です。
2. 脳波キャップのストラップを締めます。

4. EEG電極の調製

1. 適切な粘度のEEGゲル(説明で詳しく説明したように)をEEG電極に塗布して、頭皮とEEG電極の間に接触を作ります。まず、アース電極と基準脳波電極から始めます。次に、tACS電極の近くにある電極に進みます。次に、残りの電極に進みます(説明を参照)。
2. tACS電極を囲むEEG電極の場合は、針先がtACS電極から離れる方向を向いてゲルを注入します。ゲルが電極の下から逃げないように、ゲルを塗布しながらEEG電極をそっと押し下げます。
3. 図3に示すように、木の棒を使用してEEG電極と頭皮の間の接触を増やします。針先は参加者の頭皮をこすり、さらにこの目的にはあまり効果的ではないため、この目的には使用しないでください。
   1. スティックでジェルを頭皮に向かって押し下げ、スティックの上部で頭皮を回転させながら優しくこすります。tACS電極のすぐ近くにある電極の場合は、スティックを横に動かすと電極の下にゲルが広がるため、スティックの角度を頭皮と直交に保つようにしてください。必要に応じて、さらに脳波ゲルを塗布し、木の棒を使用してインピーダンスをさらに改善します。
4. ゲルの漏れによるブリッジングを避けるために(図4)、ゲルを塗布するときは倹約して、tACS電極のすぐ近くにあるEEG電極のインピーダンスを下げてください。代わりに、ゲルの追加を検討する前に、木の棒だけを使用してインピーダンスをできるだけ下げるようにしてください。
5. 木の棒で良好なインピーダンスが得られたら、先端が頭皮に触れるまで慎重に針を挿入して下ろします。次に、針を引き抜きながらジェルを優しく塗布することで、脳波電極と頭皮の接触を安定させます。
6. ノイズ干渉や信号歪みを低減するため、最適なデータを得るには EEG 電極インピーダンスを 5 kΩ 未満にすることを目指します。
7. インピーダンスが適切なレベルまで下げられたら、ゲルの漏れにより tACS 電極と周囲の EEG 電極の間にブリッジが作成されているかどうかをテストします。
   1. 実験的に関心のある強度(たとえば、1 mAのピークツーピーク)で短い正弦波刺激を適用します。
      注:一部のシステムの制限により( 材料表を参照)、オンラインでブリッジングをチェックすることはできず、刺激を適用してから、EEGアンプのいずれかのチャネルが飽和しているかどうかを確認することによってのみ可能です。
   2. 刺激中にチャネルが飽和しているかどうかを確認します。
      注:代表的な結果から明らかなように、tACS電極とEEG電極の間の漏れゲルを介してブリッジングすると、EEGアンプのこのチャネルが飽和し、これらの電極からのデータの記録が除外されます。漏れたゲルによるブリッジングが確立されると、それを元に戻すことはできません。唯一の選択肢は、実験を中断することです。
8. もう一度インピーダンスをチェックします。その後、録音を開始します。

結果

図 1.モンタージュのイラスト。(A) 頭皮に 2 つの tACS 電極を配置したモンタージュ (F3 および P3)。(B) 1 つの tACS 電極を頭皮 (F3) に配置し、1 つの参照 tACS 電極を同側の肩に配置したモンタージュ。(C) 頭皮 (P3) に 1 つの tACS 電極を配置し、1 つの参照 tACS 電極を同側の肩に配置したモンタージュ。(D...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
tACS用刺激装置:Eldith DC-Stimulator plus	NeuroConn GmbH、ドイツ		入力の場合は、必ずこの機能が有効なモデルを注文してください
ガ送信用アナログ出力ボード:静的および波形アナログ出力ボード、モデルNI PCI-6723	ナショナルインスツルメンツ、米国		13ビット、32チャンネル。
Matlab とデータ収集ツールボックス	The MathWorks, Inc., USA		MATLAB で利用可能な「データ収集ツールボックス」は、複数のメーカーが製造するアナログ出力ボードなどのデータ収集ハードウェアを制御する機能を提供します。
EEGシステム:eegosports、32チャンネルウェーブガード付き EEGキャップ	ANT neuro、オランダ
tACS電極	NeuroConn GmbH、ドイツ	305090-05 305050	材質:導電性ゴム電極。頭皮電極の寸法:外側の直径:60 mm、内側の直径:25 mm(部品#305090-05)元のサイズからカットされたØ 75mm肩電極の寸法:50 x 50 mm(部品#305050)
脳波ゲル	Inselspital、ベルン、スイス		すり洗いする研磨剤(軽石など)を含む電極ペーストで、電極と皮膚の接触を改善します。
脳波および心電図検査用の研磨皮膚準備用ジェル:Nuprep	Weaver and Company、米国
綿棒、木製ハンドル	Salzmann MEDICO、スイス		寸法:150 x 1.5 mm;木製ハンドル Ø 2.2 mm
粘着テープ:Leukofix	BNS medical GmbH、ドイツ	04.107.12

リモート トリ 皮膚をこ