Method Article

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

DOI:

10.3791/51730

⸱

April 27th, 2014

 ,  ,  ,  ,  , 
1Centre for Clinical Research, University of Queensland, 2Department of Neurology, NeuroCure Clinical Research Centre, and Centre for Stroke Research Berlin, Charité Universitätsmedizin

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest techniką nieinwazyjnej stymulacji mózgu. Z powodzeniem stosuje się go w badaniach podstawowych i warunkach klinicznych do modulowania funkcji mózgu u ludzi. W artykule opisano implementację tDCS i jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) w celu zbadania neuronalnych podstaw efektów tDCS.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która wykorzystuje słabe prądy elektryczne dostarczane do skóry głowy do manipulowania pobudliwością kory mózgowej, a w konsekwencji zachowaniem i funkcjonowaniem mózgu. W ciągu ostatniej dekady liczne badania dotyczyły krótko- i długoterminowego wpływu tDCS na różne miary sprawności behawioralnej podczas zadań motorycznych i poznawczych, zarówno u osób zdrowych, jak i w wielu różnych populacjach pacjentów. Jak dotąd jednak niewiele wiadomo na temat neuronalnych podstaw działania tDCS u ludzi w odniesieniu do wielkoskalowych sieci mózgowych. Problem ten można rozwiązać, łącząc tDCS z technikami funkcjonalnego obrazowania mózgu, takimi jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) lub elektroencefalografia (EEG).

W szczególności, fMRI jest najczęściej używaną techniką obrazowania mózgu do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw funkcji poznawczych i motorycznych. Zastosowanie tDCS podczas fMRI umożliwia analizę mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw behawioralnych efektów tDCS z wysoką rozdzielczością przestrzenną w całym mózgu. Ostatnie badania z wykorzystaniem tej techniki zidentyfikowały wywołane stymulacją zmiany w funkcjonalnej aktywności mózgu związanej z zadaniami w miejscu stymulacji, a także w bardziej odległych regionach mózgu, które były związane z poprawą zachowania. Ponadto tDCS podawany podczas fMRI w stanie spoczynku pozwolił na identyfikację rozległych zmian w połączeniach funkcjonalnych całego mózgu.

Przyszłe badania wykorzystujące ten połączony protokół powinny przynieść nowe informacje na temat mechanizmów działania tDCS w zdrowiu i chorobie oraz nowe możliwości bardziej ukierunkowanego zastosowania tDCS w warunkach badawczych i klinicznych. Niniejszy manuskrypt opisuje tę nowatorską technikę krok po kroku, koncentrując się na technicznych aspektach tDCS podawanych podczas fMRI.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna metoda stymulacji mózgu, w której funkcjonowanie kory mózgowej jest modulowane za pomocą słabego prądu elektrycznego (zwykle 1-2 mA) emitowanego między dwiema elektrodami przymocowanymi do skóry głowy. Fizjologicznie tDCS indukuje zależne od polaryzacji przesunięcie neuronalnego potencjału błony spoczynkowej (RMP) w docelowym regionie kory mózgowej poprzez manipulację kanałami sodowymi i wapniowymi, sprzyjając w ten sposób zmianom w pobudliwości kory mózgowej1. W szczególności wykazano, że stymulacja anodowa (atDCS) zwiększa aktywność kory mózgowej poprzez depolaryzację neuronalnego RMP, podczas....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przeciwwskazania i specjalne względy

  1. Dokładnie przebadaj uczestników pod kątem przeciwwskazań do rezonansu magnetycznego (np. rozruszniki serca, klaustrofobia itp.) i wyklucz w razie potrzeby. Zdobądź standardowe kwestionariusze w instytucjach klinicznych lub badawczych, które obsługują skanery MRI. Zawsze przestrzegaj standardowych procedur bezpieczeństwa przy wchodzeniu do pomieszczenia skanera.
  2. Dokładnie przebadaj uczestników pod kątem przeciwwskazań do tDCS. Mogą one pokrywać się z przeciwwskazaniami do wykonania rezonansu magnetycznego. Patrz Villamar et al.Na przykład 20.
  3. Skonsultuj się z z....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Funkcjonalny rezonans magnetyczny jest najczęściej używaną techniką obrazowania funkcjonalnego do badania mechanizmów leżących u podstaw funkcji motorycznych lub poznawczych. Ostatnio fMRI został również wykorzystany do oceny wpływu tDCS na aktywność kory mózgowej i łączność. Jednak w większości tych badań podawano tDCS poza skanerem i oceniano efekty stymulacji offline (tj. podawano tDCS przed skanowaniem22,23). Tylko w kilku dotychczasowych badaniach podawano tDCS podczas jedno.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Połączone zastosowanie tDCS z jednoczesnym fMRI wykazało potencjał do wyjaśnienia neuronalnych podstaw natychmiastowych skutków stymulacji w całym mózgu z wysoką rozdzielczością przestrzenną13-19. W przyszłości takie badania mogą zostać uzupełnione o połączone badania EEG-tDCS, aby wykorzystać lepszą rozdzielczość czasową tej ostatniej techniki. Ponadto stymulacja wewnątrzskanerowa umożliwia weryfikację prawidłowego ułożenia elektrod na skórze głowy (np. za pomocą obrazów T-ważonych, patrz rys.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez dotacje z Deutsche Forschungsgemeinschaft (AF: 379-8/1; 379-10/1, 379-11/1 oraz przez DFG-Exc-257, UL: 423/1-1), Bundesministerium für Bildung und Forschung (AF: FKZ0315673A i 01GY1144; AF i MM: 01EO0801), Niemiecka Centrala Wymiany Akademickiej (AF: DAAD-54391829), Wspólny Program Współpracy Badawczej Go8 Australia - Niemcy (DC: 2011001430), Else-Kröner Fresenius Stiftung (AF: 2009-141; RL: 2011-119) oraz Australijska Rada ds. Badań Naukowych (DC: ARC FT100100976; MM: ŁUK FT120100608). Dziękujemy Kate Riggall za pomoc redakcyjną.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
DC-Stimulator PlusNeuroConn, Illmenau, Niemcy21
Rozszerzenie sprzętowe DC-Stimulator MR (2 gumowe elektrody kompatybilne z MRI, elektrody i skrzynki oraz wewnętrzna skrzynka filtra; zewnętrzna skrzynka filtra i stymulatora)NeuroConn, Illmenau, Niemcy
2 Podkładki gąbkowe do elektrod gumowych (7 cm x 5 cm i 10 cm x 10 cm)NeuroConn, Illmenau, Niemcy
Gumowa opaska
na głowę Roztwór
TaśmaDo określania pozycji elektrody za pomocą systemu EEG 10-20
PióroUżywane podczas pozycjonowania elektrody
NaCl pomiarowa

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Stagg, C. J., Nitsche, M. A. Physiological basis of transcranial direct current stimulation. Neuroscientist. 17, 37-53 (2011).
  2. Nitsche, M., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neuro....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Transcranial Direct Current StimulationFunctional Magnetic Resonance ImagingSimultaneous tDCS fMRIElectrode PlacementImpedance TestingResting State ScanSemantic Word GenerationSham StimulationMRI Safety GuidelinesStructural Localizer Scan

Related Articles