경 두개 직류 자극과 동시에 기능성 자기 공명 영상

다음 실험의 전반적인 목적은 기능적 자기공명영상(fMRI) 촬영 중에 경두개 직류자극(TDCS)을 동시에 구현하는 방법을 설명하는 것입니다. 자극이 인간의 뇌 기능에 미치는 영향을 평가하기 위해, 첫 번째 단계로 MRI, 호환 케이블, 전극 및 필터 박스를 포함하여 필요한 장비를 준비합니다. 두 번째 단계에서는 스캐너 내부와 외부에 TDCS 장비를 설치해야 합니다.

다음으로, 피험자를 스크리닝하고 스캐너 내 TDCS를 위한 준비를 합니다. 피험자가 스캐너 보어 내부로 이동하면 자극을 시작하고 fMRI 실험을 진행합니다. 최종적으로, A-T-D-C-S 동안 스캔한 피험자의 결과를 별도의 sham TDCS 세션에서 얻은 결과와 피험자 내 설계(within subjects design)로 비교하여, 자극이 뇌 기능 활동에 미치는 영향을 분석합니다.

순수하게 행동 중심적인 TS 프로토콜과 비교하여 질환 내 연구의 주요 장점은 자극 효과의 기저에 있는 신경학적 메커니즘을 연구할 수 있다는 점입니다. 또한, EEG와 같은 다른 신경 영상 기술과 비교하여 fMRI는 우수한 공간 해상도를 제공하며, 뇌피질 상의 전극 위치 확인을 가능하게 합니다. fMRI와 tDCS의 결합 사용은 건강한 뇌뿐만 아니라 뇌졸중이나 치매와 같은 다양한 병리적 상태에서 tDCS 작용과 관련된 신경 메커니즘을 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다.

뇌 내에서 TDCS가 어떻게 작동하는지 이해함으로써 궁극적으로 이 기술의 임상적 적용을 개선할 수 있을 것입니다. 다수의 중요한 단계들이 시간 민감성에 따라 정확한 순서로 수행되어야 하기 때문입니다. 성공적인 구현을 위해서는 이러한 단계들에 대한 철저한 계획과 숙지가 필수적입니다. 적절하게 수행된다면, 이 기술은 참여자에게 최소한의 위험만을 초래합니다.

하지만 연구자들은 확립된 MRI 및 TDCF 안전 가이드라인을 반드시 준수해야 합니다. 실험 설계는 tDCS-A 5분 휴식 상태 시퀀스와 11분 외현적 의미 단어 생성 과제 동안 수행되는 두 개의 fMRI 세그먼트로 구성됩니다. 20분간의 tDCS는 스캔 시작 약 1~2분 전에 시작되어, 두 번의 기능적 스캔 전체 시간뿐만 아니라 스캔 사이의 짧은 휴식 및 안내 시간까지 포함합니다.

휴식기 및 과제 fMRI 이후에 추가적인 구조적 스캔을 획득합니다. 가짜 자극 세션은 휴식기 fMRI 이전에 30초 동안 tDCS를 시행하며, 언어 과제를 포함한 나머지 프로토콜 동안에는 tDCS를 시행하지 않습니다. 자극 제시 소프트웨어를 사용하여 스캐너 내부 화면에 다양한 의미 범주의 시각적 이미지를 투영합니다. 투영은 컴퓨터에 연결된 프로젝터와 거울 시스템을 통해 이루어집니다.

명시적인 언어 응답을 전송하기 위해 MRI 호환 마이크를 사용합니다. TDCS 장치 프로그램을 설정하려면, 20분 동안 1mA의 일정 직류를 전달하도록 장치를 설정하고 자극기의 충전 상태가 충분한지 확인하십시오. 그렇지 않으면 실험 도중 전원이 꺼질 수 있습니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 TDCS에 필요한 모든 장비, 케이블 및 전극을 조립하십시오.

MRI 제어실에서 케이블을 스캐너실 내부로 통과시키는 데 사용되는 RF 필터 튜브 근처에 외부 필터 박스를 배치하십시오. 외부 필터 박스에는 라벨이 명확하게 부착되어 있으니 확인하시기 바랍니다. 내부 필터 박스와 외부 필터 박스가 서로 바뀌지 않도록 주의하십시오.

다음으로, 자극기 케이블을 사용하여 자극기를 외부 박스에 연결합니다. 스캐너실 벽면을 따라 배치될 수 있도록 충분한 길이를 고려하여, 내부 및 외부 필터 박스를 연결하는 데 필요한 박스 케이블의 길이를 측정합니다. RF 필터 튜브에 박스 케이블을 삽입하고 스캐너실에 있는 외부 필터 박스에 연결합니다.

내부 필터 박스를 스캐너 보어의 후단에 배치하고 접착 테이프를 사용하여 고정합니다. 박스 케이블을 접착 테이프로 벽면에 부착하고 내부 스캐너 필터 박스에 연결하며, 케이블에 루프가 생기지 않도록 주의하십시오. 루프가 발생하면 RF 가열이 유도될 수 있습니다. 페이스메이커, 신체 내 금속성 이물질, 폐쇄공포증 등 MRI 및 TDCS 금기 사항에 대해 참가자를 철저히 스크리닝하십시오.

절차에 대해 설명한 후, 일반적인 TDCS 설정과 마찬가지로 고지된 동의를 얻어 전극 배치를 준비합니다. 피험자의 피부에 기존 병변이 있는지 확인하고 머리카락을 치웁니다. 그 다음, 피부 상태를 개선하기 위해 알코올로 피부를 세척합니다.

생리식염수로 스펀지 포켓을 적신 후, 비자성 흔적을 남기는 펜을 사용하여 MRI 호환 전극을 포켓에 삽입하십시오. 먼저 피험자의 머리에서 T3, F3 및 F7, C3의 교차점을 표시하고, F7과 F3 사이의 중간 지점을 표시하십시오. 이제 이 두 지점을 연결하는 선의 중심을 표시하고 이 지점에 양극을 배치하십시오.

그런 다음 음극을 오른쪽 안와 상단 위치에 배치하고 고무줄로 두 전극을 모두 고정합니다. 스캐너 외부에서 최종 안전 점검을 마친 후, 피험자를 스캐너실 내부로 안내하여 스캐너 가까이 이동시킨 뒤 전극 케이블을 내부 필터 박스에 연결합니다. 다음으로 자극기를 켜고, 예를 들어 자극기의 우측 상단 버튼과 좌측 하단 버튼을 동시에 눌러 임피던스를 테스트합니다.

케이블 길이와 필터 박스의 저항이 더 높기 때문에, 이 절차 중의 임피던스는 일반적으로 표준 T DS S 프로토콜보다 더 높게 나타나므로 스캐닝 시작 전에 임피던스를 테스트하는 것이 중요합니다. 임피던스 한계치에 도달하면 자극기가 자동으로 중단됩니다. 가능한 해결 방법으로는 전극이 두피에 잘 접촉되었는지 확인하고, 피부를 다시 세척하며, 스펀지에 생리식염수를 더 도포하는 것이 있습니다.

피험자를 스캐너 갠트리 위에 위치시킵니다. 전극들이 여전히 올바른 위치에 있는지 확인하십시오. 그런 다음 전극 케이블을 헤드 코일의 왼쪽 하단부로 통과시키고, 케이블이 갠트리에 걸리지 않도록 고정하십시오.

갠트리를 이동시킵니다. 그 후 헤드 코일을 닫고 피험자에게 비상 버튼을 전달합니다. 그런 다음 피험자를 스캐너 내부로 밀어 넣습니다.

다음으로, 스캐너 후단에서 전극 케이블을 가져와 내부 필터 박스에 연결한 후 방을 나옵니다. 스캐너 인터컴을 사용하여 참가자에게 스캔 세션 시작을 알립니다. 데이터 수집 기간이 종료된 후 스캐닝 콘솔을 사용하여 구조적 로컬라이저 스캔을 시작하십시오.

로컬라이저 스캔을 더블 클릭한 후, 마우스 오른쪽 버튼을 누른 상태에서 마우스를 좌우로 움직여 대비를 조절함으로써 고주파 아티팩트가 있는지 확인합니다. 스캐너 인터콤을 사용하여 피험자에게 자극이 곧 시작될 것이며, 짧은 시간 동안 두피에 찌릿한 느낌이 들 수 있음을 알립니다. 그런 다음 첫 번째 기능적 스캔을 위한 안내 사항을 반복합니다.

휴식기 스캔을 위해, 참여자에게 5분간의 스캔 시간 동안 눈을 감고 있도록 안내하십시오. 또한 가능한 한 움직임을 최소화하고 특별한 생각은 하지 않도록 요청하십시오. 아울러 프로젝터가 수동으로 꺼져 있는지 확인하십시오.

휴지기 기능적 스캔 시작 약 1~2분 전에 TDCS를 시작하십시오. 스캐너 콘솔을 사용하여 휴지기 시퀀스를 로드하십시오. 휴지기 시퀀스를 더블 클릭하여 시야(field of view)를 열고, 뇌 전체를 포함하며 전교차-후교차선(anterior posterior commissure)과 대략적으로 일치하도록 위치를 조정하십시오.

이제 첫 번째 스캔을 시작하십시오. 이중 맹검 연구를 수행하는 경우, 휴지기 상태 시퀀스가 실행되는 동안 보조 연구원을 통해 실험 전체 과정의 임피던스를 모니터링하십시오. 스캔 사이의 소요 시간을 줄이기 위해 스캐너 콘솔을 사용하여 이전과 같이 시야각을 조절하고, 언어 과제인 두 번째 기능적 영상 시퀀스를 로드하십시오.

휴지 상태 시퀀스가 종료된 후, 언어 과제 중 실험 자극의 시각적 표시를 위해 프로젝터를 켭니다. 프레젠테이션 소프트웨어 아이콘을 더블 클릭하여 언어 패러다임을 로드합니다. 스캐너 인터콤을 사용하여 과제 관련 fMRI 패러다임에 대한 안내 사항을 반복 전달하고, 자극 및 fMRI 실험 종료 시점에 맞춰 과제를 시작합니다.

계획된 구조적 스캔을 계속 진행하십시오. 실험이 끝나면 참가자를 스캐너 보어 밖으로 이동시키기 전에 내부 필터 박스에서 전극 케이블을 분리하십시오. 그런 다음 헤드 코일을 제거하고 참가자에게 일어나서 전극을 조심스럽게 제거하도록 요청하십시오.

의미론적 단어 생성 과제 수행 중의 FMRI 연구 결과, A-T-D-C-S를 받은 젊은 성인과 고령 성인 모두에서 가짜 자극(sham stimulation)을 받았을 때와 비교하여 하전두회(inferior frontal gyrus)의 복측(ventral portion) 활동이 감소한 것으로 나타났습니다. 좌측 배측 하전두회와 FMRI에서는 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다. 18명의 동일한 참가자를 대상으로 별도의 가짜 TDCS 세션 중에 획득한 휴지기 스캔과 비교하여 A-T-D-C-S 중에 수행된 휴지기 스캔에서는 A-T-D-C-S 동안 연결성이 강화된 뇌 영역은 빨간색으로, 연결성이 감소한 영역은 파란색으로 표시되어 나타납니다.

향후 이 새로운 기술은 임상군에서 기존 중재법의 효과를 높이거나 과학적 근거에 기반한 새로운 프로토콜을 개발하는 데 활용될 수 있습니다. TT CS의 기저 효과에 대한 이해를 넓히기 위해, 이러한 기술들의 뛰어난 시간 분해능을 활용할 수 있는 EEG TT S와 같은 다른 기술들을 병행하여 보완할 수 있습니다. 이 영상을 시청하고 나면 tDCS와 MRI 병용 사용의 기술적 요구 사항, 구현 방법 및 안전 고려 사항에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.