고화질 경부 직접 전류 자극이 있는 3D 디지타이저를 사용한 자극 위치 측정
2019년 12월 20일
여기에 제시된 프로토콜은 3D 디지타이저와 고화질 경두개 직접 전류 자극을 결합한 자극 위치의 결정에서 더 높은 정확도를 달성하기 위한 프로토콜이다.
이 방법은 10-10 시스템을 사용하여 경두개 직접 전류 자극 전극 배치의 한계를 극복하고 방법의 정확성과 재현성을 향상시킵니다. 이 기술의 주요 장점은 저렴한 비용, 간단한 응용 프로그램 및 휴대성입니다. 이 방법은 관심있는 특정 뇌 영역의 위치를 확인하기 위해 기능적 근적외선 분광법과 같은 다른 기술과 함께 사용하기에 적합합니다.
이 기술은 10-10 시스템의 비례 요구 사항에 익숙하다면 매우 간단합니다. 절차를 시연하는 것은 대학원생 인 Chenyu Lv입니다. 전극 홀딩 캡을 준비하려면 헤드폼에 수영 캡을 놓고 나침과 이니온 사이의 거리를 측정합니다.
정점을 국소화하려면 피부 마커를 사용하여 나시온과 이온 사이의 거리의 중간점을 표시하고 전수리점 사이의 거리를 측정합니다. 사전 점의 중간점을 표시합니다. 두 중간점이 교차하는 점은 정점입니다.
10-10 시스템에 따르면 CP6 및 P6을 찾아 두피에 올바른 temporoparietal 접합이라고 불리는 이 점이 교차하는 적절한 중간점을 표시합니다. 그런 다음 목표에 따라 4개의 반환 전극의 반경을 조정합니다. 그리고 중앙을 표시하고 캡에 전극 위치를 반환합니다.
3D 디지타이저 측정을 얻으려면 금속 스캐너를 사용하여 3D 디지털화 환경이 금속이 없는지 확인합니다. 피사체의 머리에 스윔 캡을 놓고 캡의 기준 마크를 사용하여 캡을 두피 위치에 대한 국제 10-10 시스템과 정렬합니다. 캡이 제자리에 있는 경우 USB 인터페이스를 사용하여 3D 디지타이저를 컴퓨터에 연결하고 디지털화 소프트웨어가 사용 가능하고 준비된지 확인합니다.
피사체 앞에 소스를 놓고 피사체의 머리 주위에 센서의 탄성 로프를 고정합니다. 디지털화 소프트웨어에서 3D 디지타이저 시스템이 소프트웨어와 통신하고 스타일러스와 10센티미터 눈금자 길이를 사용하여 스타일러스의 정확도를 확인하기 위해 0및 10개의 졸업을 기록합니다. 소프트웨어에서 두 레코딩 지점 사이의 거리를 표시합니다.
그런 다음 기준점, 중앙 전극 및 4개의 반환 전극의 위치 데이터를 수집합니다. 기능적 근적외선 분광 실험의 요구 사항을 충족하려면 송신기 검출기 및 채널 옵션을 선택하고 저장합니다. 자극을 시작하려면 완전히 충전된 배터리를 장치에 설치하고 종래의 경두개 직접 전류 자극 장치와 4대 1 자극 어댑터를 연결합니다.
5개의 실버 실버 염화물 중심링 전극의 케이블을 4x1 어댑터 출력 케이블의 일치하는 수신기에 연결합니다. 그리고 피사체의 머리를 측정합니다. 플라스틱 장치 캡을 피사체의 머리에 놓고 수영 캡에 플라스틱 고화질 케이스 5개를 포함시킴이 에 포함시킴이 됩니다.
피험자의 정점 FPZ 및 OZ를 찾아캡에 참조를 조정하여 두피 위치에 대한 국제 10-10 시스템에 부합합니다. 캡이 제자리에 있을 때, 자극된 뇌 영역의 위치 데이터를 수집하기 위해 3D 디지타이저를 사용합니다. 다음으로, 플라스틱 주사기의 끝을 사용하여 플라스틱 케이스의 개구부를 통해 모발을 조심스럽게 분리하고 두피가 노출될 때까지, 노출된 피부를 전기전도성 젤로 덮습니다.
장치에서 4개의 다중 채널 자극 어댑터를 켜고 품질 값을 설정합니다. 기본 설정이 스캔하도록 설정되어 있는지 확인하고 모드 선택 버튼을 누릅니다. 스캔에서 전환하여 극성 버튼을 통과하고 눌러 중앙 양극 또는 음극중 하나를 선택합니다.
기존의 경두개 직접 전류 자극 장치의 설정을 조정하여 자극 지속 시간, 강도 및 가짜 상태 설정을 포함하고 이완 레버를 밀어 전체 전류로 전환합니다. 모든 것이 설정되면 시작 버튼을 눌러 자극을 시작합니다. D.C.intensity는 대상 전류에 도달할 때까지 증가하며 타이머는 남은 시간을 표시합니다.
자극이 끝나면 레버를 천천히 돌려 전류를 0으로 조정한 후 전원을 끕니다. 플라스틱 캡을 열고, 케이스에서 은또는 은염화물 소결 링 전극을 제거하고 수영 캡을 제거합니다. 그런 다음 악기를 청소하고 머리를 청소할 재료를 피사체에 제공합니다.
근적외선 분광법 통계 파라메트릭 매핑 독립실행형 등록 기능을 사용하여 공간 등록 기능은 MNI 좌표를 생성합니다. 측정 오류를 줄이기 위해 5개의 전극의 최종 MNI 좌표에서 3개의 데이터 포인트의 평균 값을 계산했습니다. 브로드맨 지역에서는 해부학 적 라벨과 그 수가 얻어진다.
각 줄 의 숫자는 중첩의 백분율을 나타냅니다. 해부학 자동 라벨에서 해부학 적 라벨과 겹침의 백분율이 얻어진다. 브로드맨 영역과 해부학 자동 라벨의 경우 값은 대뇌 피질과 겹치는 비율을 나타냅니다.
3D 디지타이저 측정 중에 소스나 센서가 움직이지 않도록 하는 것이 중요합니다. 이 절차는 생각 지역화 또는 뇌의 기능을 연구하는 데 필요한 다른 국소화에 사용할 수 있습니다. 이 기술은 또한 정확한 위치 지정을 위한 개인화된 두뇌 자극에 사용될 수 있습니다.
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개요
본 논문은 자극 위치 결정의 정확도를 높이기 위해 3D 디지타이저와 고해상도 경두개 직류자극(tDCS)을 결합한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 10-10 전극 배치 시스템을 통합하여 재현성을 향상시키며, 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)과 같은 다른 기술과의 병용 적합성을 개선합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 신경 시뮬레이션
- 전기생리학
배경
- 경두개 직류자극(tDCS)은 흔히 전극 배치 정확도에 의해 제한됩니다.
- 고해상도 tDCS는 뇌 자극 기술의 공간적 타겟팅을 개선할 수 있습니다.
- 3D 디지털화는 표준화된 시스템을 기반으로 전극의 정밀한 위치 선정을 가능하게 합니다.
- 이 방법은 기능적 영상 기술과의 통합을 통해 보완적인 데이터를 제공할 수 있습니다.
연구 목적
- tDCS에서 전극 배치의 정확성과 재현성을 향상시키기 위함입니다.
- 뇌 자극 국소화를 위한 비용 효율적이고 휴대 가능한 솔루션을 제공하기 위함입니다.
- 연구 및 치료 목적의 정밀한 뇌 자극을 용이하게 하기 위함입니다.
사용된 방법
- 본 연구는 자극 위치를 정밀하게 결정하기 위해 tDCS와 3D 디지타이저 시스템을 결합하여 사용합니다.
- 특정 뇌 영역을 식별하기 위해 10-10 전극 배치 시스템을 채택합니다.
- 절차에는 전극 캡 준비, 해부학적 랜드마크 국소화 및 위치 데이터 기록이 포함됩니다.
- 전극 배치 정확도를 확인한 후, 설정된 tDCS 장치를 사용하여 자극을 시작합니다.
주요 결과
- 본 프로토콜을 통해 자극 위치를 정밀하게 식별할 수 있어 중재의 정확도를 높일 수 있습니다.
- 3D 디지털화 기술을 활용함으로써 전극 배치와 관련된 측정 오차를 최소화합니다.
- 결과적으로 뇌 자극 응용 분야에서 향상된 공간 해상도를 보여줍니다.
- 이 방법은 대뇌 피질 영역과의 체계적인 중첩 측정을 통해 검증되었습니다.
결론
- 본 연구는 전극 배치 정확도를 높임으로써 tDCS의 효과를 개선하는 새로운 접근 방식을 제시합니다.
- 3D 디지털화 기술과의 통합은 개인 맞춤형 뇌 자극 전략 수립에 기여합니다.
- 전반적으로, 이 방법은 연구 분야에서 신경 메커니즘을 이해하고 제어하는 데 중요한 시사점을 가집니다.
자주 묻는 질문
산업 관련성 요약
신경과학 연구에서 뇌 영역을 정확하게 표적화하는 것은 신경 활동과 행동 사이의 인과 관계를 규명하는 데 매우 중요합니다. 본 프로토콜은 3D 디지털화와 10-10 전극 배치 시스템을 통합하여 고해상도 경두개 직류 자극(HD-tDCS)의 정밀도를 높임으로써, 자극 표적화의 재현성을 향상시키고 변동성을 줄입니다. 이러한 접근 방식은 피질 흥분성과 그에 따른 행동적 결과를 더욱 신뢰성 있게 조사할 수 있게 함으로써 표적 검증 단계에서의 기전적 리스크 제거(mechanistic de-risking)를 지원합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 과학적 가치: 인지 기능에서의 인과적 역할을 테스트하기 위해 우측 측두-두정 접합부와 같은 특정 피질 표적을 정밀하게 조사할 수 있게 합니다.
- 운영적 가치: 실험 전반에 걸쳐 자극 표적 설정의 재현성을 향상시켜 행동 판독값의 노이즈를 줄여줍니다.
- 예측적 가치: 관찰된 행동 변화가 표적 외 효과가 아닌 의도된 신경 조절에 의한 것임을 확신할 수 있게 합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: fNIRS와 같은 기능적 판독 값과 통합 가능한 전극 배치를 위한 표준화되고 정량화 가능한 방법을 제공합니다.
- 운영적 가치: 사용자 및 세션 간의 자극 위치 변동성을 최소화하여 분석 표준화를 지원합니다.
- 확장성: 저비용의 휴대용 설정으로 여러 실험실 사이트나 테스트 환경에 배치가 가능합니다.
중개 및 전임상 연구
- 중개적 연속성: 인간과 관련된 피질 영역의 일관된 표적화를 가능하게 하여, 신경 조절 효과의 종간 외삽을 지원합니다.
- 기전적 위험 감소: 표적 결합의 모호성을 줄여, 자극부터 행동 결과까지의 인과적 추론 체계를 강화합니다.
- 예측 신뢰도: 신경 조절 중재법의 스크리닝에 사용되는 전임상 모델의 신뢰성을 향상시킵니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 방법은 리드 물질 발굴 전 표적 및 경로를 검증하는 데 사용되는 신경 조절 도구의 정밀도를 높임으로써 발견 생물학 워크플로우에 부합합니다.
- 발견 생물학: 정의된 피질 영역의 정확하고 반복 가능한 자극을 가능하게 하여 행동에 대한 인과적 기여도를 평가함으로써 가설 검증을 지원합니다.
- 어세이 준비도: 기능적 영상 또는 행동 결과와 상관관계를 분석할 수 있는 정량화 가능한 공간 데이터(예: MNI 좌표, Brodmann 영역 중첩)를 생성합니다.
- 분석: 조건, 피험자 또는 실험 배치 간의 비교가 가능한 표준화된 전극 위치 지표를 생성합니다.
- 중개 연구: 자극 부위와 기능적 데이터의 정밀한 공동 등록(co-registration)을 가능하게 하여 영상 생체지표와의 정렬을 용이하게 합니다.
- 기업적 재사용: 정밀하고 반복 가능한 신경 조절 표적화가 필요한 모든 연구에 재사용 가능한 플랫폼 역량을 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 공간적 정밀도를 향상시키고 오프타겟(off-target) 자극 효과를 줄임으로써 타겟 검증의 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 사용자 및 사이트 간 신경조절 절차의 재현성과 표준화를 강화합니다.
- 전략적 가치: 부정확한 자극으로 인한 생물학적 노이즈를 줄임으로써 타겟 검증 시 더 나은 go/no-go 의사결정을 지원합니다.
- 포트폴리오 영향: 신경조절 연구에서 얻은 더 신뢰할 수 있는 인과적 근거를 바탕으로 타겟의 위험 조정 우선순위 설정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 10-10 전극 배치 시스템 및 해부학적 지표 식별에 대한 숙련도가 필요합니다.
- 공간 데이터 캡처를 위한 3D 디지타이저 시스템 및 호환 소프트웨어의 사용 가능 여부에 따라 달라집니다.
- 정확한 디지타이저 측정을 위해 금속이 없는 환경이 필요합니다.
- 전극 캡을 기준점에 적절하게 맞추고 기록 중에 센서 안정성을 유지하기 위한 교육이 필요합니다.
- 외부 두피 표적으로 제한되며, 계산 모델링 없이는 뇌 심부 구조를 직접 자극할 수 없습니다.
