Prezentowany tutaj jest protokół pozwalający na osiągnięcie większej dokładności w określaniu lokalizacji stymulacji, łączący digitizer 3D z przezczaszkową stymulacją prądem stałym o wysokiej rozdzielczości.
Method Article
Prezentowany tutaj jest protokół pozwalający na osiągnięcie większej dokładności w określaniu lokalizacji stymulacji, łączący digitizer 3D z przezczaszkową stymulacją prądem stałym o wysokiej rozdzielczości.
Obfitość danych neuroobrazowych i szybki rozwój uczenia maszynowego umożliwiły zbadanie wzorców aktywacji mózgu. Jednak często brakuje dowodów przyczynowych na aktywację obszaru mózgu prowadzącą do zachowania. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS), która może tymczasowo zmienić pobudliwość i aktywność kory mózgowej, jest nieinwazyjnym narzędziem neurofizjologicznym stosowanym do badania związków przyczynowych w ludzkim mózgu. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym o wysokiej rozdzielczości (HD-tDCS) to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu (NIBS), która wytwarza bardziej ogniskowy prąd w porównaniu z konwencjonalnym tDCS. Tradycyjnie, miejsce stymulacji było z grubsza określane za pomocą systemu 10-20 EEG, ponieważ określenie precyzyjnych punktów stymulacji może być trudne. Protokół ten wykorzystuje digitizer 3D z HD-tDCS w celu zwiększenia dokładności w określaniu punktów stymulacji. Metoda została zademonstrowana przy użyciu digitizera 3D w celu dokładniejszej lokalizacji punktów stymulacji w prawym skrzyżowaniu skroniowo-ciemieniowym (rTPJ).
Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna technika, która moduluje pobudliwość kory mózgowej za pomocą słabych prądów stałych na skórze głowy. Ma na celu ustalenie związku przyczynowo-skutkowego między pobudliwością neuronalną a zachowaniem u zdrowych ludzi1,2,3. Ponadto, jako narzędzie do neurorehabilitacji ruchowej, tDCS jest szeroko stosowany w leczeniu choroby Parkinsona, udaru mózgu i porażenia mózgowego4. Istniejące dowody sugerują, że tradycyjny tDCS oparty na padach wytwarza przepływ prądu przez stosunkowo większy obszar mózgu5,6,7. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym o wysokiej rozdzielczości (HD-tDCS), ze środkową elektrodą pierścieniową umieszczoną nad docelowym obszarem kory otoczonym czterema elektrodami powrotnymi8,9, zwiększa ogniskowość, opisując cztery obszary pierścienia5,10. Ponadto, zmiany w pobudliwości mózgu wywołane przez HD-tDCS mają znacznie większe nasilenie i dłuższy czas trwania niż te generowane przez tradycyjny tDCS7,11. Dlatego HD-tDCS jest szeroko stosowany w badaniach7,11.
Nieinwazyjna stymulacja mózgu (NIBS) wymaga specjalistycznych metod, aby zapewnić, że miejsce stymulacji jest obecne w standardowych systemach MNI i Talairach12. Neuronawigacja to technika, która pozwala na mapowanie interakcji między bodźcami przezczaszkowymi a ludzkim mózgiem. Jego wizualizacja i dane obrazu 3D służą do precyzyjnej stymulacji. Zarówno w tDCS, jak i HD-tDCS, powszechną oceną miejsc stymulacji na skórze głowy jest zazwyczaj system EEG 10-2013,14. Pomiar ten jest szeroko stosowany do umieszczania padów tDCS i uchwytów optodowych do funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) w początkowym etapie13,14,15.
Określenie precyzyjnych punktów stymulacji podczas korzystania z systemu 10-20 może być trudne (np. w połączeniu skroniowo-ciemieniowym [TPJ]). Najlepszym sposobem rozwiązania tego problemu jest uzyskanie obrazów strukturalnych od uczestników za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI), a następnie uzyskanie dokładnej pozycji sondy poprzez dopasowanie punktów docelowych do ich obrazów strukturalnych za pomocą produktów digitalizacyjnych15. MRI zapewnia dobrą rozdzielczość przestrzenną, ale jest drogie w użyciu15,16,17. Co więcej, niektórzy uczestnicy (np. osoby z metalowymi implantami, osoby z klaustrofobią, kobiety w ciąży itp.) nie mogą być poddawani skanerom MRI. W związku z tym istnieje duże zapotrzebowanie na wygodny i skuteczny sposób na pokonanie wyżej wymienionych ograniczeń i zwiększenie dokładności w określaniu punktów stymulacji.
Ten protokół wykorzystuje digitizer 3D do pokonania tych ograniczeń. W porównaniu z rezonansem magnetycznym, kluczowymi zaletami digitizera 3D są niskie koszty, prosta aplikacja i przenośność. Łączy pięć punktów odniesienia (tj. Cz, Fpz, Oz, lewy punkt przeduszny i prawy punkt przeduszny) osób z informacją o lokalizacji docelowych punktów stymulacji. Następnie tworzy 3D pozycję elektrod na głowie badanego i szacuje ich pozycje korowe, dopasowując się do ogromnych danych z obrazu strukturalnego12,15. Ta probabilistyczna metoda rejestracji umożliwia prezentację danych mapowania przezczaszkowego w układzie współrzędnych MNI bez rejestrowania obrazów rezonansu magnetycznego obiektu. Podejście to generuje anatomiczne automatyczne etykiety i obszary Brodmanna11.
Digitizer 3D, używany do oznaczania współrzędnych przestrzeni na podstawie danych z obrazów strukturalnych, został po raz pierwszy użyty do określenia pozycji optodów w badaniach fNIRS18. Dla tych, którzy korzystają z HD-tDCS, digitizer 3D rozbija skończone punkty stymulacji systemu EEG 10-20. Odległość między czterema elektrodami powrotnymi i elektrodą środkową jest elastyczna i można ją regulować w razie potrzeby. Przy użyciu digitizera 3D z tym protokołem uzyskano współrzędne rTPJ, czyli poza układem 10-20. Pokazano również procedury celowania i stymulacji prawego połączenia skroniowo-ciemieniowego (rTPJ) ludzkiego mózgu.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Protokół spełnia wytyczne Institutional Review Board of Southwest University.
1. Określenie miejsca stymulacji
2. Przygotowanie nasadki do mocowania elektrody
UWAGA: Następujące kroki są pokazane w Rysunek 1.
3. 3D Pomiar digitizera
4. Konwersja danych i rejestracja przestrzenna
5. Stymulacja
6. Po stymulacji
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Korzystając z przedstawionych metod, wyznaczono współrzędne rTPJ, co wymaga punktów stymulacji poza systemem 10-20. Po pierwsze, obwód modelu głowy powinien być podobny do rzeczywistej głowy. W tym przypadku długość zalążka do wszczepienia modelu głowy wynosiła ~36 cm, a długość między obustronną przeduszną wynosiła ~37 cm.
Kroki do produkcji nasadki elektrody wyznaczają pozycje pomiarowe systemu 10-20. Tutaj określono Nz, Iz, Cz, Fpz, Oz, Pz, T8, T7, C4, P8, O2, P4, C6, P6 i CP6. Przybliżoną ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
W porównaniu z tradycyjnym tDCS, HD-tDCS zwiększa ogniskowość stymulacji. Typowe miejsca stymulacji często opierają się na systemie 10-20 EEG. Jednak określenie dokładnych punktów stymulacji poza tym systemem może być trudne. W tym artykule połączono digitizer 3D z HD-tDCS w celu określenia punktów stymulacji poza systemem 10-20. Ważne jest, aby jasno określić kroki i środki ostrożności dotyczące wykonania i używania nasadki elektrody w takich przypadkach.
Ogólnie rzecz biorąc, położenie docel...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (31972906), Program Przedsiębiorczości i Innowacji dla Zagranicznych Naukowców z Chongqing (cx2017049), Fundusze Badań Podstawowych dla Uniwersytetów Centralnych (SWU1809003), Otwarty Fundusz Badawczy Kluczowego Laboratorium Zdrowia Psychicznego, Instytut Psychologii, Chińska Akademia Nauk (KLMH2019K05), Projekty Innowacji Badawczych Doktoranta w Chongqing (CYS19117), oraz fundusze programu badawczego Collaborative Innovation Center of Assessment w kierunku podstawowej jakości edukacji na Beijing Normal University (2016-06-014-BZK01, SCSM-2016A2-15003 i JCXQ-C-LA-1). Chcielibyśmy podziękować prof. Ofirowi Turelowi za sugestie dotyczące wczesnego szkicu tego manuskryptu.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1X1 Przezczaszkowy stymulator prądu stałego o niskiej intensywności | Soterix Medical | 1300A 3-wymiarowy | |
| digitizer Polhemus-Patriot | POLHEMUS | 1A0453-001 | Komponent systemu PATRIOT |
| Wielokanałowy interfejs stymulacji 4X1 | Soterix Medical | 4X1-C3 | |
| Komputer stacjonarny Dell | CRFC4J2 | Master do uruchomienia aplikacji digitizera 3D |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission