Neuronagenavigeerde gefocaliseerde transcraniële gelijkstroomstimulatie toegediend tijdens functionele magnetische resonantiebeeldvorming

We beschrijven een nieuwe methode voor het plaatsen van neurogenavigeerde elektroden voor focale tDCS die rekening houdt met de hoofdanatomie van de individuele deelnemer. We willen begrijpen of neurogenavigeerde plaatsing van tDCS-elektroden resulteert in een superieure plaatsingsnauwkeurigheid in vergelijking met traditionele plaatsingsmethoden en of deze superieure nauwkeurigheid het gedrags- en neurale effect van de stimulatie verbetert. Een van de grootste uitdagingen in het tDCS-experiment is om te zorgen voor een nauwkeurige plaatsing van elektroden op de hoofdhuid van elke deelnemer aan het onderzoek op een manier die de stroomafgifte het meest effectief is.

Daarom moeten onderzoekers zorgen voor een nauwkeurige plaatsing van elektroden en mogelijke verplaatsing verifiëren. tijdens fMRI. Ten eerste optimaliseert onze aanpak de elektrodeposities op de hoofdhuid met behulp van realistische stroomsimulaties van de stroomsterkte voor elke deelnemer aan het onderzoek.

Ten tweede gebruiken we neuronagenavigeerde elektrodeplaatsing om ervoor te zorgen dat elektroden op individueel geoptimaliseerde posities op de hoofdhuid worden bevestigd. En ten derde bevestigen we de nauwkeurigheid van de plaatsing van de elektroden ten opzichte van de beoogde doelgebieden voor en na elke fMRI-sessie. Door de plaatsingsnauwkeurigheid van geoptimaliseerde elektrodeposities op de hoofdhuid te verbeteren, zorgen we ervoor dat het effect van tDCS voor elke studiedeelnemer wordt gemaximaliseerd.

In de toekomst zijn we van plan om nieuwere genavigeerde tDCS te gebruiken om systematisch nieuwere mechanismen te onderzoeken waarmee stimulatie de menselijke hersenfunctie verbetert. Dit onderzoek zal fundamentele inzichten verschaffen in hoe tDCS hersenfuncties moduleert bij zowel gezondheid als ziekte. Het zal ook helpen om de tDCS-effecten in de toekomst te maximaliseren op basis van de kenmerken van deelnemers en patiënten.

Monteer om te beginnen alle benodigde apparatuur voor neuronavigatie. Open de neuronavigatiesoftware en kies Nieuw leeg project. Laad de T1-gewogen afbeelding van de deelnemer en sla het project op.

Om de 3D-hoofdreconstructie te starten, navigeert u naar het gedeelte Reconstructie en klikt u op Nieuwe reconstructie en skin om een nieuw venster te openen en drukt u vervolgens op Compute Skin. Configureer vijf oriëntatiepunten, waaronder nasion, linker- en rechterneusgaten en linker- en rechterpreauriculaire kuilen. Configureer de elektrodeposities voor de rechter dorsale laterale prefrontale cortex met de X-, Y- en Z-coördinaten van de anode in het doelgedeelte.

Klik op nieuwe toevoegen en geef de anode een naam. Plaats de deelnemer comfortabel in een stoel met zijn gezicht naar de volgcamera en instrueer hem om de schrokken aan te trekken met de onderwerptracker bevestigd. Ga vervolgens naar het tabblad sessies en selecteer in het nieuwe vervolgkeuzemenu de optie onlinesessie.

Kies het tabblad Polaris om de zichtbaarheid van de onderwerptracker en de aanwijzer in het gezichtsveld van de camera te controleren, zodat beide apparaten worden herkend. Selecteer het registratiegedeelte om u te registreren bij de vijf vooraf gedefinieerde oriëntatiepunten. Plaats de aanwijzer loodrecht op de schedel met de sensoren naar de camera gericht en druk op het voetpedaal om de positie te bevestigen.

Navigeer naar het validatiegedeelte en valideer de oriëntatiepunten nadat u de aanwijzer op de geregistreerde oriëntatiepunten hebt geplaatst. Klik vervolgens in het deelvenster met verfijningsoriëntatiepunten op de knop Toevoegen voor elke positie. Plaats de aanwijzer op het oppervlak van het hoofd en druk op het pedaal om de extra oriëntatiepunten te registreren.

Selecteer vervolgens het gedeelte uitvoeren en verplaats de aanwijzer naar de geschatte locatie van de dorsale laterale prefrontale cortex. Markeer de posities van de elektroden wanneer de aanwijzer is uitgelijnd met het midden van het groene dradenkruis op het scherm. Beweeg het haar van de deelnemer weg van de corresponderende hoofdhuid en markeer de posities van de elektroden met een huidstift of pen.

Breng een kleine hoeveelheid actuele verdovende crème aan op de gemarkeerde posities om fysieke sensaties tijdens tDCS fMRI te verminderen. Steek de stekker in dezelfde stekkerdoos als de scanner om de meerkanaals DC-stimulator in de normale modus te gebruiken. Sluit hem vervolgens aan op de buitendoos met behulp van de kabel en adapter van de buitendoos.

Breng vervolgens een millimeter geleidende gel gelijkmatig aan op het oppervlak van alle elektroden in de focale tDCS-opstelling en gebruik de elektrodevulhulp om de geldikte te standaardiseren. Zet de DC-stimulator aan, gevolgd door de paneel-pc. Dubbelklik op het MC-pictogram van de DC-stimulator en selecteer de relevante sequentie-instelling en kalibreer vervolgens de stimulator om de kalibratie uit te voeren zonder dat de deelnemer is aangesloten. Plaats de deelnemer comfortabel in de buurt van de DC-stimulator buiten de MRI-scannerkamer en meet het breedste deel van het hoofd van de deelnemer, namelijk de omtrek van het voorhoofd tot het achterhoofdsbeen.

Plaats vervolgens de elektroden, de afstandhouder om een gelijke afstand van de kathoden rond de middelste anode te garanderen en bevestig ze op de gemarkeerde hoofdhuidposities. Gebruik een EEG-dop van optimale grootte zonder plastic inzetstukken om de elektroden vast te zetten. Sluit de buitendoos aan op de binnendoos van de DC-stimulator om een impedantiecontrole uit te voeren.

Om de impedantiecontrole uit te voeren, drukt u op de betreffende knop op de stimulatorinterface. Koppel vervolgens de binnendoos los van de buitendoos en plaats de buitendoos in de golfgeleider van de scanner. Vraag de deelnemer vervolgens om op de MRI-onderzoekstafel te gaan zitten en de binnendoos weer aan te sluiten op de buitendoos die in de golfgeleider is geplaatst.

Plaats de deelnemer vervolgens in rugligging op de MRI-onderzoekstafel met het hoofd in de open hoofdspoel. Leid de elektrodekabels door het onderste deel van de kopspoel voordat u het bovenste deel bevestigt en op zijn plaats vergrendelt. Plaats de binnendoos naast de deelnemer op de MRI-onderzoekstafel en plaats deze in de scannerboring.

Verlaat de scannerruimte en informeer de deelnemer via de communicatie-interface over de komende procedures. Navigeer op het scannerpaneel PC naar het hoofdmenu, gevolgd door onderzoek en patiëntregistratie. Ga na het invullen van de verplichte velden naar programmakeuze en selecteer het geplande beeldvormingsprotocol.

Klik op de oriëntatie van de patiënt en selecteer de positie Hoofd eerst in rugligging. Kies in de vervolgkeuzemenu's voor het gebied van onderzoek en lateraliteit de hersenen en klik op onderzoek om door te gaan. Informeer de deelnemer dat er twee fMRI-scans van 10 minuten in rusttoestand zullen worden uitgevoerd en instrueer hem om zijn blik gedurende de hele scanperiode op een fixatiekruis te houden.

Om de tDCS te starten, drukt u op de startstimulatieknop op de paneel-pc. Klik op de knop Start activeren om de stimulatie te starten met een opstart van 10 seconden voordat de functionele beeldvormingssequenties worden gestart. Verkrijg na de functionele scans en stimulatieperiode een tweede PET-scan terwijl de elektroden nog op het hoofd van de deelnemer zijn bevestigd. Koppel na voltooiing van de MRI-sessie de elektrodekabels los van de buitendoos en schakel de DC-stimulator uit.

Haal de deelnemer uit de scannerboring en verwijder de dop en elektroden van het hoofd van de deelnemer. Zowel vóór als na fMRI werd een significante afwijking gevonden tussen de beoogde en werkelijke elektrodeposities. De verplaatsing van de elektrode tussen pre- en post-FMRI-sessies was minimaal met een gemiddelde drift van min 0,08 millimeter.

Er werden geen significante regiospecifieke verschillen in nauwkeurigheid van de plaatsing van de elektrode gevonden tussen de rechter occipitale temporale cortex, de linker temporale pariëtale cortex en de rechter dorsale laterale prefrontale cortex in de beoogde werkelijke pre fMRI en werkelijke post-fMRI elektrode positioneringsfasen.