Transcraniële Direct Current Stimulatie en Gelijktijdige Functional Magnetic Resonance Imaging

Summary

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek. Het is met succes gebruikt in fundamenteel onderzoek en klinische instellingen hersenfunctie bij mensen moduleren. Dit artikel beschrijft de uitvoering van tDCS en gelijktijdige functionele magnetische resonantie imaging (fMRI), om de neurale basis van tDCS effecten te onderzoeken.

Abstract

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve hersenstimulatie techniek zijn zwakke elektrische stroom toegediend aan de hoofdhuid corticale prikkelbaarheid manipuleren en bijgevolg gedrag en hersenfunctie gebruikt. In de afgelopen tien jaar hebben tal van studies op korte termijn en lange termijn effecten van tDCS op verschillende maatregelen van gedrags-prestaties tijdens motorische en cognitieve taken aan bod, zowel in gezonde individuen en in een aantal verschillende patiëntenpopulaties. Tot nu toe echter weinig bekend over de neurale onderbouwing van tDCS-actie bij de mens met betrekking tot grootschalige hersenen netwerken. Dit probleem kan worden aangepakt door een combinatie van tDCS met functionele brain imaging technieken, zoals functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) of elektro-encefalogram (EEG).

Vooral fMRI is de meest gebruikte brain imaging techniek om de neurale mechanismen cognitie en motoriek onderzoeken. Applicatiop van tDCS tijdens fMRI maakt analyse van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan gedrag tDCS effecten met een hoge ruimtelijke resolutie over het hele brein. Recente studies met behulp van deze techniek worden aangewezen stimulatie geïnduceerde veranderingen in taak-gerelateerde functionele hersenactiviteit op het stimuleren site en ook in de meer afgelegen gebieden van de hersenen, die werden geassocieerd met gedrags-verbetering. Daarnaast tDCS toegediend tijdens rust-state fMRI toegestaan ​​identificatie van grootschalige veranderingen in de hele hersenen functionele connectiviteit.

Toekomstige studies met behulp van deze gecombineerde protocol moet nieuwe inzichten in de mechanismen van tDCS actie bij gezondheid en ziekte en nieuwe opties voor meer gerichte toepassing van tDCS in onderzoek en klinische settings opleveren. De huidige manuscript beschrijft deze nieuwe techniek in een stap-voor-stap-mode, met een focus op technische aspecten van tDCS toegediend tijdens fMRI.

Introduction

Transcraniële gelijkstroom stimulatie (tDCS) is een niet-invasieve methode hersenstimulatie waarin corticale werking wordt gemoduleerd door middel van een zwakke elektrische stroom (gewoonlijk 1-2 mA) geprojecteerd tussen twee scalp elektroden aangebracht. Fysiologisch tDCS induceert een polariteit afhankelijke verandering in neuronale rust membraanpotentiaal (RMP) binnen de beoogde corticale gebied door de manipulatie van natrium-en calciumkanalen, waardoor veranderingen in corticale prikkelbaarheid ¹ bevorderen. Concreet heeft anodische stimulering (atDCS) is aangetoond dat corticale activiteit te verhogen via depolarisatie van neuronale RMP terwijl kath....

Protocol

1. Contra-indicaties en bijzondere overwegingen

1. Grondig screenen deelnemers voor MRI contra-indicaties (bijvoorbeeld pacemakers, claustrofobie, etc.) en exclusief indien nodig. Acquire standaard vragenlijsten op klinische of onderzoeksinstellingen die MRI-scanners te bedienen. Gehoorzamen altijd standaard veiligheidsprocedures bij het betreden van de scanner kamer.
2. Grondig screenen deelnemers voor contra-indicaties voor tDCS. Deze kunnen overlappen met contra-indicaties voor MRI. Zie Villamar et al.. ²⁰ voor een voorbeeld.
3. Neem contact op met de operationele faciliteit over de lokale veiligheid en e....

Results

Functionele MRI is de meest gebruikte functionele beeldvormende techniek om de onderliggende neurale mechanismen van motorische of cognitieve functies pakken. Meer recent is fMRI ook gebruikt om tDCS effecten op corticale en-connectiviteit evalueren. De meeste van deze studies toegediend tDCS buiten de scanner en geëvalueerd offline effecten van de stimulatie (bijvoorbeeld vóór het scannen ^{22, 23} toegediend tDCS). Slechts enkele studies tot nu toe hebben tDCS toegediend tijdens gelijktijdige fMRI, me.......

Discussion

De gecombineerde toepassing van tDCS met gelijktijdige fMRI heeft aangetoond potentieel voor het ophelderen van de neurale onderbouwing van de onmiddellijke gevolgen van de stimulatie in de gehele hersenen met een hoge ruimtelijke resolutie ^13-19. In de toekomst kunnen dergelijke studies worden aangevuld met gecombineerde EEG-tDCS studies, de superieure temporale resolutie van de laatste techniek benutten. Bovendien intrascanner stimulatie kan worden nagegaan juiste positionering van de elektroden op de hoofd.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
DC-Stimulator Plus	NeuroConn, Illmenau, Germany	21
Hardware extension DC-Stimulator MR (2 MRI compatible rubber electrodes, electrode and box cable and inner filter box; outer filter box and stimulator cable)	NeuroConn, Illmenau, Germany
2 Sponge pads for rubber electrodes (7 cm x 5 cm and 10 cm x 10 cm)	NeuroConn, Illmenau, Germany
Rubber head band
NaCl solution
Measurement tape			To determine electrode position using the EEG 10-20 system
Pen			Used during electrode positioning