Neuronavigated Focalized Transcranial Direct Current Stimulation Administered During Functional Magnetic Resonance Imaging

우리는 개별 참가자의 머리 해부학적 구조를 고려하는 국소 tDCS에 대한 새로운 신경 탐색 전극 배치 방법을 설명합니다. 우리는 tDCS 전극의 뉴로내비게이션 배치가 기존 배치 방법에 비해 우수한 배치 정확도를 가져오는지, 그리고 이러한 우수한 정확도가 자극의 행동 및 신경 효과를 개선하는지 여부를 이해하고자 합니다. tDCS 실험의 가장 큰 과제 중 하나는 전류 전달이 가장 효과적인 방식으로 각 연구 참가자의 두피에 전극을 정확하게 배치하는 것입니다.

따라서 연구원은 전극의 정확한 배치를 보장하고 잠재적인 변위를 확인해야 합니다. fMRI 중. 첫째, 우리의 접근 방식은 각 연구 참가자의 전류 흐름에 대한 사실적인 전류 시뮬레이션을 사용하여 두피의 전극 위치를 최적화합니다.

둘째, 우리는 neuronavigated electrode placement를 사용하여 전극이 두피의 개별적으로 최적화된 위치에 부착되도록 합니다. 셋째, 각 fMRI 세션 전후에 의도된 대상 영역에 대한 전극 배치의 정확도를 확인합니다. 두피에 최적화된 전극 위치의 배치 정확도를 개선함으로써 각 연구 참가자에 대해 tDCS의 효과가 극대화되도록 합니다.

앞으로 우리는 자극이 인간의 뇌 기능을 향상시키는 새로운 메커니즘을 체계적으로 조사하기 위해 새로운 탐색 tDCS를 사용할 계획입니다. 이 연구는 tDCS가 건강과 질병 모두에서 뇌 기능을 조절하는 방법에 대한 근본적인 통찰력을 제공할 것입니다. 또한 향후 참가자와 환자의 특성에 따라 tDCS 효과를 극대화하는 데 도움이 될 것입니다.

시작하려면 신경 탐색에 필요한 모든 장비를 조립하십시오. neuronavigation 소프트웨어를 열고 New Empty Project를 선택합니다. 참가자의 T1 가중치 이미지를 로드하고 프로젝트를 저장합니다.

3D 머리 재건을 시작하려면 재구성 섹션으로 이동하여 새 재구성 및 스킨을 클릭하여 새 창을 연 다음 스킨 계산을 누릅니다. 나시온, 왼쪽 및 오른쪽 콧구멍, 왼쪽 및 오른쪽 귀 구덩이를 포함한 5개의 랜드마크를 구성합니다. 대상 섹션에 있는 양극의 X, Y 및 Z 좌표를 사용하여 오른쪽 등쪽 외측 전전두엽 피질에 대한 전극 위치를 구성합니다.

add new를 클릭하고 양극의 이름을 지정합니다. 참가자를 추적 카메라를 향하는 의자에 편안하게 앉히고 피사체 추적기가 부착된 잔을 착용하도록 지시합니다. 그런 다음 세션 탭으로 이동하여 새 드롭다운 메뉴에서 온라인 세션을 선택합니다.

Polaris 탭을 선택하여 피사체 추적기의 가시성과 카메라의 시야각에 있는 포인터의 가시성을 확인하여 두 장치가 모두 인식되는지 확인합니다. 미리 정의된 5개의 랜드마크에 등록할 등록 섹션을 선택합니다. 센서가 카메라를 향하도록 포인터를 두개골에 수직으로 놓고 풋 페달을 눌러 위치를 확인합니다.

validation 섹션으로 이동하여 등록된 랜드마크에 포인터를 놓은 후 랜드마크의 유효성을 검사합니다. 다음으로 refinement landmarks 패널에서 각 위치에 대한 추가 버튼을 클릭합니다. 포인터를 머리 표면에 놓고 페달을 밟아 추가 랜드마크를 등록합니다.

그런 다음 perform 섹션을 선택하고 포인터를 dorsal lateral prefrontal cortex의 대략적인 위치로 이동합니다. 포인터가 화면의 녹색 십자선 중앙에 정렬될 때 전극 위치를 표시합니다. 참가자의 머리카락을 해당 두피 부위에서 멀리 옮기고 피부 마커 또는 펜을 사용하여 전극 위치를 표시합니다.

tDCS fMRI 중 신체 감각을 줄이기 위해 표시된 위치에 소량의 국소 마취 크림을 바르십시오. 전원 플러그를 스캐너와 동일한 멀티탭에 삽입하여 일반 모드에서 다중 채널 DC 자극기를 사용하십시오. 그런 다음 외부 상자 케이블과 어댑터를 사용하여 외부 상자에 연결합니다.

다음으로, 국소 tDCS 설정의 모든 전극 표면에 1mm의 전도성 겔을 고르게 바르고 전극 충전 보조기를 사용하여 겔 두께를 표준화합니다. DC 자극기를 켠 다음 패널 PC를 켭니다. DC 자극기 MC 아이콘을 두 번 클릭하고 관련 시퀀스 설정을 선택한 다음 참가자가 연결되지 않은 상태에서 보정을 수행하도록 자극기를 보정합니다. 참가자를 MRI 스캐너실 외부의 DC 자극기 근처에 편안하게 배치하고 참가자의 머리에서 가장 넓은 부분, 즉 이마에서 후두골까지의 둘레를 측정합니다.

그런 다음 전극, 스페이서를 배치하여 중앙 양극 주위의 음극이 동일한 간격을 유지하도록 하고 표시된 두피 위치에 부착합니다. 전극을 고정하기 위해 플라스틱 인서트가 없는 최적의 크기의 EEG 캡을 사용하십시오. 외부 상자를 DC 자극기의 내부 상자에 연결하여 임피던스 검사를 수행합니다.

임피던스 검사를 수행하려면 자극기 인터페이스에서 해당 버튼을 누르십시오. 그런 다음 외부 상자에서 내부 상자를 분리하고 외부 상자를 스캐너의 도파관에 삽입합니다. 다음으로, 참가자에게 MRI 검사 테이블에 앉고 내부 상자를 도파관에 삽입된 외부 상자에 다시 연결하도록 요청합니다.

그런 다음 참가자를 MRI 검사 테이블에 누운 자세로 놓고 머리를 열린 헤드 코일에 넣습니다. 전극 케이블을 헤드 코일의 하부를 통해 통과시킨 후 상부를 부착하고 제자리에 고정하십시오. MRI 검사 테이블에서 참가자 옆에 내부 상자를 놓고 스캐너 구멍으로 옮깁니다.

스캐너실을 나와 통신 인터페이스를 통해 참가자에게 예정된 절차에 대해 알립니다. 스캐너 패널에서 PC로 이동하여 메인 메뉴로 이동한 다음 검사 및 환자 등록으로 이동합니다. 필수 필드를 입력한 후 프로그램 선택으로 이동하여 계획된 이미징 프로토콜을 선택합니다.

환자 오리엔테이션을 클릭하고 Head First Supine 위치를 선택합니다. Region of Examination(검사 영역) 및 Laterality(측면 성) 드롭다운 메뉴에서 Brain(뇌)을 선택하고 Examination(검사)을 클릭하여 계속 진행합니다. 참가자에게 10분 휴지 상태 fMRI 스캔이 두 번 수행될 것임을 알리고 전체 스캔 기간 동안 고정 십자가에서 시선을 유지하도록 지시합니다.

tDCS를 시작하려면 패널 PC에서 자극 시작 버튼을 누르십시오. Release start trigger 버튼을 클릭하여 기능적 이미징 시퀀스를 시작하기 전에 10초 램프업으로 자극을 시작합니다. 기능 스캔 및 자극 기간이 끝나면 전극이 참가자의 머리에 여전히 부착되어 있는 동안 두 번째 PET 스캔을 획득합니다. MRI 세션이 완료되면 외부 상자에서 전극 케이블을 분리하고 DC 자극기를 끕니다.

참가자를 스캐너 구멍 밖으로 옮기고 참가자의 머리에서 캡과 전극을 제거합니다. 의도된 전극 위치와 실제 전극 위치 사이의 상당한 편차가 fMRI 전과 후 모두에서 발견되었습니다. FMRI 세션 전후와 사후 사이의 전극 변위는 평균 드리프트가 -0.08mm로 최소화되었습니다.

의도된 실제 pre fMRI 및 실제 fMRI 후 전극 위치 결정 단계에서 오른쪽 후두 측두엽 피질, 왼쪽 측두부 피질 및 오른쪽 등쪽 측면 전전두엽 피질 간에 전극 배치 정확도에서 유의미한 영역 특이적 차이는 발견되지 않았습니다.