Name: Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 35 s
Description: Poznaj metodę przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z jednoczesnym obrazowaniem fMRI w badaniach nad funkcjami mózgu. Technika pozwala obserwować neuronalne mechanizmy działania stymulacji w czasie rzeczywistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

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.

1. Przeciwwskazania i specjalne względy
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Skonsultuj się z zakładem operacyjnym w sprawie lokalnych przepisów bezpieczeństwa i etyki oraz uzyskaj niezbędne pozwolenia. Zbadać potencjalne artefakty obrazowania wywołane prądem stymulującym lub sprzętem tDCS przed rozpoczęciem właściwego eksperymentu (np. poprzez badanie wpływu tDCS na stosunek sygnału do szumu17,18).</li>
</ol>
2. Konfiguracja fMRI, projekt eksperymentalny i materiały
Uwaga: Użycie tDCS wewnątrz skanera MRI wymaga specjalnego sprzętu. W szczególności wymagane są specjalne kompatybilne z rezonansem magnetycznym, skrzynki filtrujące, elektrody i paski do mocowania elektrod do głowy badanych. Rysunek 2 przedstawia (A) standardowe urządzenia tDCS oraz (B) komponenty do użytku z MRI. Te ostatnie składniki są niezbędne, aby zapobiec możliwości nagrzewania się pod elektrodami z powodu impulsów o częstotliwości radiowej emitowanych podczas rezonansu magnetycznego. Ponadto artefakty obrazowania o wysokiej częstotliwości mogą być indukowane przez urządzenie tDCS. Obu tym zjawiskom można zapobiec, stosując skrzynki filtrujące umieszczone na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia skanera, wyposażone w rezystory oraz dedykowane elektrody z gumy przewodzącej kompatybilne z rezonansem magnetycznym.
<ol>
	<li>Wykonaj ogólne ustawienia i sekwencje eksperymentalne dla eksperymentu fMRI. Oba zależą od celów badania. Uwaga: poniższy protokół jest specyficzny dla tego eksperymentu, ale może zostać zmieniony w celu zastosowania do wielu różnych sytuacji eksperymentalnych.</li>
	<li>Użyj komputera stacjonarnego z zainstalowanym oprogramowaniem do prezentacji bodźców do zadania językowego, które obejmuje wizualną prezentację kategorii semantycznych wewnątrz skanera. Przedstaw te bodźce na ekranie wewnątrz skanera za pomocą projektora podłączonego do komputera i systemu luster.</li>
	<li>Użyj mikrofonu kompatybilnego z rezonansem magnetycznym do transmisji jawnych odpowiedzi werbalnych. Zdobądź dwie sekwencje funkcjonalne podczas tDCS: pięciominutową sekwencję RS bez zadania i jawne zadanie generowania słów semantycznych. Uwaga: dodatkowe szczegóły dotyczące konfiguracji eksperymentalnej, sekwencji fMRI i bodźców zostały wcześniej szczegółowo opisane w14,15, a rysunek 1 ilustruje eksperyment.</li>
	<li>Aby skonfigurować urządzenie tDCS, zaprogramuj je tak, aby dostarczało stały prąd stały o natężeniu 1 mA przez 20 minut, aby pokryć cały czas trwania dwóch skanów funkcjonalnych, w tym krótkie przerwy i czas na instrukcje między skanami14,15. Upewnij się, że stymulator jest wystarczająco naładowany; w przeciwnym razie może się wyłączyć podczas eksperymentu.</li>
	<li>Upewnij się, że wszystkie niezbędne materiały są dostępne (Rysunek 2).</li>
</ol>
3. Konfiguracja tDCS na zewnątrz i wewnątrz skanera (zobacz Rysunek 3 dla przeglądu schematu)
<ol>
	<li>Umieść zewnętrzną skrzynkę filtra w pobliżu rurki filtra częstotliwości radiowej (RF) (tj. punktu penetracji w osłonie częstotliwości radiowej skanera MRI, którego można użyć do wprowadzenia z zewnątrz skanera). Połącz stymulator z zewnętrznym pudełkiem za pomocą stymulatora. Nie wolno mieszać wewnętrznej i zewnętrznej skrzynki filtra. Uwaga: Rysunek 4A ilustruje konfigurację tDCS poza skanerem. Pudełko zewnętrzne jest wyraźnie oznaczone na rysunku 4B.</li>
	<li>Zmierz długość wymaganą do połączenia puszki wewnętrznej z zewnętrzną za pomocą skrzynkowego (patrz następny punkt dotyczący ułożenia w pomieszczeniu skanera). Włóż skrzynki do rurki RF od zewnątrz skanera i połącz z zewnętrzną skrzynką filtra (Rysunek 4A).</li>
	<li>Umieść wewnętrzne pudełko filtra w tylnym końcu otworu skanera (Rysunek 5); użyj taśmy klejącej, aby utrzymać je na miejscu. Podłącz skrzynki z wewnętrzną skrzynką filtra i unikaj pętli w jakichkolwiek, ponieważ mogą one powodować nagrzewanie się RF. Uwaga: powinien być wyrównany ze ścianami pomieszczenia skanera i przymocowany taśmą samoprzylepną (Rysunek 3).</li>
</ol>
4. Przygotowanie uczestnika i umiejscowienie uczestnika w skanerze
<ol>
	<li>Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych ustawień tDCS, sprawdź skórę uczestnika pod kątem istniejących wcześniej zmian, odsuń włosy, oczyść skórę alkoholem, aby usunąć lakier do włosów, balsam do ciała itp., aby poprawić przewodnictwo skóry pod elektrodami12,21.</li>
	<li>Namocz kieszenie z gąbki roztworem soli fizjologicznej i włóż do kieszeni elektrody kompatybilne z MRI (patrz DaSilva21 w celu zapoznania się z ogólnymi rozważaniami dotyczącymi przygotowania uczestnika i pozycjonowania elektrod).</li>
	<li>Zaznacz pozycje elektrod na głowach osób za pomocą pisaka, który nie pozostawia śladów ferromagnetycznych (np. nie używaj eyelinera). Określić pozycję docelową dla anody za pomocą systemu 10-20 EEG (tutaj: lewy IFG, 5 x 7 cm2)14,15. Aby to zrobić, zlokalizuj (a) punkt przecięcia T3-F3 i F7-C3 oraz (b) punkt środkowy między F7-F3. Położenie docelowe znajduje się w środku linii łączącej punkty (a) i (b). Umieść katodę (10 x 10 cm2) nad prawą pozycją nadoczodołową (szczegółowe informacje na temat umieszczenia elektrod patrz Meinzer i wsp.14,15). Przymocuj elektrody do głowy za pomocą gumki.</li>
	<li>Poprowadź uczestnika za skanerem i połącz elektrody z wewnętrzną skrzynką filtra. Włącz stymulator i przetestuj impedancję, naciskając jednocześnie prawy górny i lewy dolny przycisk stymulatora. Jeśli limity impedancji zostaną osiągnięte, stymulator zatrzyma się automatycznie. W takim przypadku sprawdź, czy elektrody mają kontakt ze skórą głowy, ponownie oczyść skórę lub nałóż więcej roztworu soli fizjologicznej, jeśli gąbki stały się zbyt suche, a następnie sprawdź, czy któryś z nie jest uszkodzony. Uwaga: Impedancja jest zazwyczaj wyższa w porównaniu z konwencjonalnymi konfiguracjami ze względu na dodatkowe i skrzynki filtrujące między stymulatorem a elektrodami.</li>
	<li>Wprowadź uczestnika do pomieszczenia skanera (po końcowej kontroli bezpieczeństwa). Ustaw uczestnika na suwnicy skanera i upewnij się, że elektrody są nadal we właściwej pozycji. Zamknij cewkę głowicy. Przewód elektrody powinien być przeprowadzony przez lewą dolną część cewki głowicy (patrz rysunek 6) lub zgodnie z zaleceniami producenta.</li>
	<li>Przenieś uczestnika do otworu skanera. Upewnij się, że nie zaczepi się o suwnicę i nie pęknie (patrz Rysunek 6, aby zapoznać się z możliwym bezpiecznym położeniem podczas tego stage). Gdy uczestnik osiągnie ostateczną pozycję wewnątrz skanera, sięgnij po elektrody z tylnego końca skanera i podłącz go do wewnętrznej skrzynki filtra. Przekaż przycisk alarmowy uczestnikowi i opuść pomieszczenie skanera.</li>
</ol>
5. Rozpoczęcie stymulacji
<ol>
	<li>Użyj interkomu skanera, aby poinformować uczestnika o rozpoczęciu sesji skanowania. Rozpocznij skanowanie lokalizatora strukturalnego (w celu określenia pozycji głowy uczestnika w skanerze i umożliwienia zaplanowania kolejnych skanów funkcjonalnych i strukturalnych) za pomocą konsoli skanowania. Sprawdź skanowanie lokalizatora pod kątem artefaktów o wysokiej częstotliwości: Kliknij dwukrotnie skanowanie lokalizatora po zakończeniu okresu akwizycji i dostosuj kontrast (w przypadku Siemens Trio, przytrzymując prawy przycisk myszy i przesuwając mysz w lewo i w prawo; przykłady patrz rysunki 7A i 7B).</li>
	<li>Użyj interkomu skanera, aby zakomunikować badanemu, że rozpocznie się stymulacja i że może on odczuwać mrowienie na skórze głowy przez krótki czas. Powtórz instrukcje dla pierwszego skanowania funkcjonalnego. W tym przykładzie poinstruuj uczestnika, aby przez cały czas trwania skanowania (5 minut) miał zamknięte oczy, poruszał się jak najmniej i nie myślał o niczym szczególnym. Upewnij się, że projektor jest wyłączony (ekran wewnątrz otworu skanera jest), aby uniknąć stymulacji wizualnej podczas skanowania RS.</li>
	<li>Rozpocznij stymulację ręcznie około 1-2 minuty przed rozpoczęciem pierwszego skanowania funkcjonalnego (RS-scan). Użyj konsoli skanera, aby załadować sekwencję RS. Kliknij dwukrotnie sekwencję RS, aby otworzyć pole widzenia (FOV), dostosuj pozycję, aby pokryć cały mózg i wyrównaj w przybliżeniu ze spoidłem przednio-tylnym. Rozpocznij pierwsze skanowanie (za pomocą przycisku ROZPOCZNIJ skanowanie).</li>
	<li>Monitoruj impedancję przez cały czas trwania eksperymentu. Uwaga: Jeśli eksperyment jest przeprowadzany w trybie podwójnie ślepej próby (uczestnik i badacz są ślepi na stymulację), może być konieczne zaangażowanie drugiego badacza w celu monitorowania impedancji.</li>
	<li>Podczas działania sekwencji RS załaduj drugą funkcjonalną sekwencję obrazowania (dla kolejnego zadania językowego) i dostosuj pole widzenia, korzystając z konsoli skanera, jak powyżej, aby skrócić czas wymagany między skanowaniami. Po zakończeniu sekwencji RS włącz projektor, aby umożliwić wizualne wyświetlanie bodźców eksperymentalnych podczas zadania językowego. Kliknij dwukrotnie ikonę oprogramowania do prezentacji i załaduj paradygmat językowy. Użyj interkomu skanera, aby powtórzyć instrukcje dla paradygmatu fMRI związanego z zadaniem i rozpocznij zadanie14,15.</li>
	<li>Po zakończeniu eksperymentu stymulacji/fMRI kontynuuj zaplanowane skany strukturalne. Nie odłączaj elektrod do końca sesji skanowania.</li>
	<li>Pod koniec eksperymentu odłącz elektrody od wewnętrznej skrzynki filtra przed wyjęciem uczestnika z otworu skanera. Wyjmij uczestnika ze skanera, odłącz cewkę głowicy i poproś uczestnika, aby usiadł i ostrożnie wyjął elektrody.</li>
</ol>

<ol><li>Stagg, C. J., Nitsche, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+basis+of+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">Physiological basis of transcranial direct current stimulation.</a> Neuroscientist. 17, 37-53 (2011).</li>
<li>Nitsche, M., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+excitability+elevations+induced+by+transcranial+DC+motor+cortex+stimulation+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans.</a> Neurology. 57, 1899-1901 (2001).</li>
<li>Flöel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((tDCS-enhanced+motor+and+cognitive+function+in+neurological+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">tDCS-enhanced motor and cognitive function in neurological diseases.</a> NeuroImage. 85, 934-947 (2014).</li>
<li>Brunoni, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+review+on+reporting+and+assessment+of+adverse+effects+associated+with+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Neuropsychopharmacol%22%5BJournal%5D)">A systematic review on reporting and assessment of adverse effects associated with transcranial direct current stimulation.</a> Int. J. Neuropsychopharmacol. 14, 1133-1145 (2011).</li>
<li>Gandiga, P. C., Hummel, F. C., Cohen, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+DC+stimulation+%28tDCS%29%3A+a+tool+for+double-blind+sham-controlled+clinical+studies+in+brain+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Transcranial DC stimulation (tDCS): a tool for double-blind sham-controlled clinical studies in brain stimulation.</a> Clin. Neurophysiol. 117, 845-850 (2006).</li>
<li>Jacobson, L., Koslowsky, M., Lavidor, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((tDCS+polarity+effects+in+motor+and+cognitive+domains%3A+a+meta-analytical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">tDCS polarity effects in motor and cognitive domains: a meta-analytical review.</a> Exp. Brain Res. 216, 1-10 (2012).</li>
<li>Kuo, M. F., Nitsche, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+transcranial+electrical+stimulation+on+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+EEG+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Effects of transcranial electrical stimulation on cognition.</a> Clin. EEG Neurosci. 43, 192-199 (2012).</li>
<li>Reis, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+cortical+stimulation+enhances+motor+skill+acquisition+over+multiple+days+through+an+effect+on+consolidation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 1590-1595 (2009).</li>
<li>Meinzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+direct+current+stimulation+over+multiple+days+improves+learning+and+maintenance+of+a+novel+vocabulary%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%22%5BJournal%5D)">Transcranial direct current stimulation over multiple days improves learning and maintenance of a novel vocabulary.</a> Cortex. 50, 137-147 (2014).</li>
<li>Cohen Kadosh, R., Soskic, S., Iuculano, T., Kanai, R., Walsh, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulating+neuronal+activity+produces+specific+and+long-lasting+changes+in+numerical+competence%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Modulating neuronal activity produces specific and long-lasting changes in numerical competence.</a> Curr. Biol. 20, 2016-2020 (2010).</li>
<li>Crosson, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+imaging+and+related+techniques%3A+an+introduction+for+rehabilitation+researchers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Rehabil.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">Functional imaging and related techniques: an introduction for rehabilitation researchers.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 47, (2010).</li>
<li>Schestatsky, P., Morales-Quezada, L., Fregni, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+EEG+monitoring+during+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Simultaneous EEG monitoring during transcranial direct current stimulation.</a> J. Vis. Exp. (10), (2013).</li>
<li>Zheng, X., Alsop, D. C., Schlaug, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+transcranial+direct+current+stimulation+%28tDCS%29+on+human+regional+cerebral+blood+flow%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on human regional cerebral blood flow.</a> NeuroImage. 58, 26-33 (2011).</li>
<li>Meinzer, M., Lindenberg, R., Antonenko, D., Flaisch, T., Flöel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodal+transcranial+direct+current+stimulation+temporarily+reverses+age-associated+cognitive+decline+and+functional+brain+activity+changes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Anodal transcranial direct current stimulation temporarily reverses age-associated cognitive decline and functional brain activity changes.</a> J. Neurosci. 33, 12470-12478 (2013).</li>
<li>Meinzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+brain+stimulation+improves+cognitive+performance+by+modulating+functional+connectivity+and+task-specific+activation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Electrical brain stimulation improves cognitive performance by modulating functional connectivity and task-specific activation.</a> J. Neurosci. 32, 1859-1866 (2012).</li>
<li>Lindenberg, R., Nachtigall, L., Meinzer, M., Sieg, M. M., Floel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+effects+of+dual+and+unihemispheric+motor+cortex+stimulation+in+older+adults%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Differential effects of dual and unihemispheric motor cortex stimulation in older adults.</a> J. Neurosci. 33, 9176-9183 (2013).</li>
<li>Holland, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speech+facilitation+by+left+inferior+frontal+cortex+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Speech facilitation by left inferior frontal cortex stimulation.</a> Curr. Biol. 21, 1403-1407 (2011).</li>
<li>Antal, A., Polania, R., Schmidt-Samoa, C., Dechent, P., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+direct+current+stimulation+over+the+primary+motor+cortex+during+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex during fMRI.</a> NeuroImage. 55, 590-596 (2011).</li>
<li>Stagg, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+modulation+of+cerebral+perfusion+induced+during+and+after+transcranial+direct+current+stimulation+applied+to+the+left+dorsolateral+prefrontal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Widespread modulation of cerebral perfusion induced during and after transcranial direct current stimulation applied to the left dorsolateral prefrontal cortex.</a> J. Neurosci. 33, 11425-11431 (2013).</li>
<li>Villamar, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technique+and+considerations+in+the+use+of+4x1+ring+high-definition+transcranial+direct+current+stimulation+%28HD-tDCS%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Technique and considerations in the use of 4x1 ring high-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS).</a> J. Vis. Exp. (77), (2013).</li>
<li>DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode+positioning+and+montage+in+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation.</a> J. Vis. Exp. (51), (2011).</li>
<li>Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+neuroimaging+and+transcranial+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+EEG+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional neuroimaging and transcranial electrical stimulation.</a> Clin. EEG Neurosci. 43, 200-208 (2012).</li>
<li>Saiote, C., Turi, Z., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+functional+magnetic+resonance+imaging+with+transcranial+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Hum.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Combining functional magnetic resonance imaging with transcranial electrical stimulation.</a> Front. Hum. Neurosci. 7, (2013).</li>
<li>Antal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+current+stimulation+over+MT%2B%2FV5+modulates+motion+aftereffect+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroreport%22%5BJournal%5D)">Direct current stimulation over MT+/V5 modulates motion aftereffect in humans.</a> Neuroreport. 15, 2491-2494 (2004).</li>
<li>Meinzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+changed+positive+and+negative+task-related+brain+activity+on+word-retrieval+in+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Impact of changed positive and negative task-related brain activity on word-retrieval in aging.</a> Neurobiol. Aging. 33, 656-669 (2012).</li>
<li>Meinzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+signatures+of+semantic+and+phonemic+fluency+in+young+and+old+adults%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cogn.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neural signatures of semantic and phonemic fluency in young and old adults.</a> J. Cogn. Neurosci. 21, 2007-2018 (2009).</li>
<li>Meinzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Same+modulation+but+different+starting+points%3A+performance+modulates+age+differences+in+inferior+frontal+cortex+activity+during+word-retrieval%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Same modulation but different starting points: performance modulates age differences in inferior frontal cortex activity during word-retrieval.</a> PloS One. 7, (2012).</li>
<li>Crosson, B., Garcia, A., McGregor, K., Wierenga, C. E., Meinzer, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCrosson%2C+B+%22Neuropsychology+Science+and+Practice%22">Neuropsychology Science and Practice</a>. Koffler, S., Morgan, J., Baron, I. S., Greiffenstein, M. F. , Oxford University Press. 149-188 (2013).</li>
<li>Antal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+artifacts+induced+by+electrical+stimulation+during+conventional+fMRI+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain.</a> NeuroImage. , (2012).</li>
<li>Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+unravelling+task-related+modulations+of+neuroplastic+changes+induced+in+the+human+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex.</a> Eur. J. Neurosci. 26, 2687-2691 (2007).</li>
<li>Floel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-term+anomia+training+and+electrical+brain+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Short-term anomia training and electrical brain stimulation.</a> Stroke. 42, 2065-2067 (2011).</li>
<li>Baker, J. M., Rorden, C., Fridriksson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+transcranial+direct-current+stimulation+to+treat+stroke+patients+with+aphasia%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Using transcranial direct-current stimulation to treat stroke patients with aphasia.</a> Stroke. 41, 1229-1236 (2010).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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 gdy stymulacja katodowa (ctDCS) zmniejsza pobudliwość korymózgowej 2. W porównaniu z innymi rodzajami stymulacji mózgu (np. przezczaszkową stymulacją magnetyczną) bezpieczeństwo jest dobrze znane i do tej pory nie zgłoszono żadnych poważnych skutków ubocznych, nawet w populacjach wrażliwych 3,4. Ponadto, przynajmniej w przypadku niższych intensywności stymulacji (do 1 mA), istnieje skuteczny warunek stymulacji placebo ("pozorowany")5, co pozwala na skuteczne zaślepienie uczestników i badaczy na warunki stymulacji, co czyni tDCS atrakcyjnym narzędziem w warunkach badań eksperymentalnych i klinicznych.
Liczne badania do tej pory wykazały, że te zmiany w pobudliwości kory mózgowej mogą powodować modulacje behawioralne. W układzie silnikowym stwierdzono stałe efekty zależne od polaryzacji 1,6 zarówno dla atDCS, jak i ctDCS. W badaniach kognitywnych większość badań, w których stosowano atDCS w celu poprawy funkcji poznawczych, wykazywała korzystny wpływ na wydajność7, podczas gdy ctDCS często nie powodował upośledzenia przetwarzania poznawczego. To ostatnie można wytłumaczyć większą redundancją zasobów przetwarzania neuronalnego leżących u podstawpoznania6. W większości badań tDCS zastosowano projekty krzyżowe w celu zbadania natychmiastowych skutków stymulacji, które trwają dłużej niż zakończenie prądu tylko przez krótkie okresy czasu1. Sugeruje się jednak, że powtarzająca się stymulacja wpływa na syntezę białek, tj. mechanizm neuronalny leżący u podstaw nabywania umiejętności8. Rzeczywiście, sukces treningu motorycznego lub poznawczego może być zwiększony w połączeniu z powtarzającymi się sesjami tDCS, a długoterminowa stabilność tych ulepszeń utrzymuje się do kilku miesięcy u zdrowych osób dorosłychw wieku 8-10 lat. Takie odkrycia wzbudziły również zainteresowanie zastosowaniem tDCS w kontekstach klinicznych, a wstępne dane sugerują, że może on być również przydatny jako podstawowe lub uzupełniające podejście do leczenia w różnych populacjach klinicznych3. Jednakże, podczas gdy stosunkowo duża liczba badań dotyczyła neurofizjologicznych skutków tDCS w układzie ruchowym, niewiele wiadomo na temat mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw wpływu tDCS na funkcje poznawcze mózgu w zdrowiu i chorobie. Lepsze zrozumienie sposobu działania tDCS jest niezbędnym warunkiem wstępnym dla bardziej ukierunkowanych zastosowań tDCS w warunkach badawczych i klinicznych.
Ten problem można rozwiązać, łącząc tDCS z technikami funkcjonalnego obrazowania mózgu, takimi jak elektroencefalografia (EEG) lub funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI). Większość badań dotyczących mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw funkcji poznawczych i motorycznych zdecydowała się na zastosowanie fMRI11. W szczególności fMRI jest najczęściej stosowaną techniką obrazowania mózgu do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw funkcji poznawczych i motorycznych11. Co więcej, w połączeniu z równoczesnym stosowaniem tDCS, fMRI umożliwia badanie mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw behawioralnych efektów tDCS z wyższą rozdzielczością przestrzenną w całym mózgu w porównaniu z EEG (ostatnie opisy połączonych tDCS-EEG można znaleźć w Schestatsky i wsp.12). Niniejszy manuskrypt opisuje łączne zastosowanie tDCS podczas jednoczesnego fMRI. Ta nowatorska technika została z powodzeniem wykorzystana do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw indukowanych przez tDCS modulacji funkcji motorycznych i poznawczych13-19. W przyszłości ten połączony protokół dostarczy nowych informacji na temat mechanizmów działania tDCS w zdrowiu i chorobie. Zrozumienie wpływu tDCS na wielkoskalowe sieci neuronowe, oceniane za pomocą tej techniki, może położyć podwaliny pod bardziej ukierunkowane zastosowanie tDCS w warunkach badawczych i klinicznych.
Rękopis skupi się na różnicach między behawioralnymi eksperymentami tDCS a łącznym użyciem tDCS podczas jednoczesnego fMRI, ze szczególnym naciskiem na wymagania sprzętowe, implementację techniki i względy bezpieczeństwa. Jako przykład opisana zostanie pojedyncza sesja tDCS podana do lewego dolnego zakrętu czołowego (IFG) podczas fMRI w stanie spoczynku bez zadania (RS) oraz podczas zadania językowego14,15, chociaż możliwych jest wiele innych zastosowań16,19. Szczegóły projektu eksperymentu, charakterystyki uczestników i procedur analizy danych fMRI zostały szczegółowo opisane w oryginalnych publikacjach14,15 i wykraczają poza zakres niniejszego manuskryptu. Ponadto w tych badaniach uzyskano dodatkowy skan fMRI, który obejmował pozorowany tDCS i porównano go z wynikami sesji atDCS (szczegóły w sekcji "Reprezentatywne wyniki"). Sesja ta była identyczna z tą opisaną w niniejszym manuskrypcie, z wyjątkiem tego, że stymulacja została przerwana przed rozpoczęciem sesji skanowania (szczegóły na rysunku 1). Niniejsza procedura została z powodzeniem wdrożona w skanerze MRI Siemens Trio o mocy 3 Tesli w Berlińskim Centrum Zaawansowanego Obrazowania (Charité University Medicine, Berlin, Niemcy) i zasadniczo powinna mieć zastosowanie również do innych skanerów13.

<table><tbody><tr><td>DC-Stimulator Plus</td><td>NeuroConn, Illmenau, Niemcy</td><td>21</td><td></td></tr><tr><td>Rozszerzenie sprzętowe DC-Stimulator MR (2 gumowe elektrody kompatybilne z MRI, elektrody i skrzynki oraz wewnętrzna skrzynka filtra; zewnętrzna skrzynka filtra i stymulatora)</td><td>NeuroConn, Illmenau, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2 Podkładki gąbkowe do elektrod gumowych (7 cm x 5 cm i 10 cm x 10 cm)</td><td>NeuroConn, Illmenau, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gumowa opaska</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>na głowę Roztwór</td><td></td><td></td><td></td>NaCl</tr><tr><td>Taśma</td><td></td><td></td> pomiarowa <td>Do określania pozycji elektrody za pomocą systemu EEG 10-20</td></tr><tr><td>Pióro</td><td></td><td></td><td>Używane podczas pozycjonowania elektrody</td></tr></tbody></table>

przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

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.

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) jest najpowszechniej stosowaną techniką obrazowania funkcjonalnego służącą do badania podstawowych mechanizmów neuronalnych funkcji motorycznych lub poznawczych. W ostatnim czasie fMRI wykorzystywano również do oceny wpływu tDCS na aktywność i łączność korową. Jednak w większości tych badań tDCS podawano poza skanerem i oceniano efekty stymulacji w trybie offline (i.e. podawano tDCS przed skanowaniem22,23). Do tej pory tylko w kilku badani...

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.

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest przedstawienie implementacji przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (TDCS) podczas jednoczesnego obrazowania funkcjonalnego rezonansem magnetycznym. Aby ocenić, w jaki sposób stymulacja wpływa na funkcje ludzkiego mózgu, pierwszym krokiem jest zgromadzenie niezbędnego sprzętu, w skład którego wchodzą MRI, kompatybilne kable, elektrody oraz skrzynki filtrujące. W drugim kroku należy skonfigurować sprzęt TDCS wewnątrz i na zewnątrz skanera.Następnie uczestnik zostaje poddany badaniu przesiewowemu i przygotowany do stymulacji tDCS wewnątrz skanera. Po wprowadzeniu uczestnika do otworu skanera włączana jest stymulacja i rozpoczyna się eksperyment fMRI. Ostatecznie wyniki uczestników skanowanych podczas A-T-D-C-S są porównywane w ramach schematu badania wewnątrzgrupowego z wynikami uzyskanymi podczas oddzielnej sesji pozornej tDCS, aby wykazać wpływ stymulacji na funkcjonalną aktywność mózgu.Główną zaletą obrazowania w trakcie choroby w porównaniu do protokołów TS opartych wyłącznie na behawiorze jest możliwość badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw efektów stymulacji. Ponadto, w porównaniu z innymi technikami neuroobrazowania, t

transcranial-direct-current-stimulation-simultaneous-functional

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Stymulacja prądem stałym przezczaszkowego i jednoczesne  funkcyjne badanie rezonansu magnetycznego

W niniejszym artykule omawiamy metodologię oraz kwestie istotne dla łączenia TMS i fMRI w celu zbadania wpływu stymulacji mózgu na sieć stanu spoczynkowego.

Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (Default Mode Network)

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która wykazała początkowe efekty terapeutyczne w kilku stanach neurologicznych. Głównym mechanizmem leżącym u podstaw tych efektów terapeutycznych jest modulacja pobudliwości kory mózgowej. Dlatego monitorowanie pobudliwości kory mózgowej online pomogłoby w kierowaniu parametrami stymulacji i optymalizacji jej efektów terapeutycznych. W niniejszym artykule omówiono zastosowanie nowatorskiego urządzenia,...

Jednoczesne monitorowanie EEG podczas przezczaszkowej stymulacji prądem stałym

Ten artykuł opisuje metodę zbierania i analizowania danych elektroencefalografii (EEG) podczas jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) sterowanej aktywacjami ujawnionymi za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Opisano metodę usuwania artefaktów TMS i ekstrakcji potencjałów związanych ze zdarzeniami, a także rozważania dotyczące projektowania paradygmatu i konfiguracji eksperymentalnej.

Ekstrakcja wizualnych potencjałów wywołanych z danych EEG zarejestrowanych podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej pod kontrolą fMRI

Ten protokół opisuje standardową metodę jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego i głębokiej stymulacji mózgu u gryzonia. Połączone wykorzystanie tych narzędzi eksperymentalnych pozwala na badanie globalnej aktywności w odpowiedzi na stymulację elektryczną w praktycznie każdym miejscu w mózgu.

Głęboka stymulacja mózgu z jednoczesnym fMRI u gryzoni

Ten artykuł ma na celu opisanie podstawowego protokołu łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z pomiarami spektroskopii magnetycznego rezonansu protonowego (1H-MRS) w celu zbadania wpływu obustronnej stymulacji na metabolizm pierwotnej kory ruchowej.

Zastosowanie spektroskopii rezonansu magnetycznego jako narzędzia do pomiaru wpływu przezczaszkowej stymulacji elektrycznej na pierwotny metabolizm kory ruchowej

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) jest obiecującym narzędziem do nieinwazyjnego badania oscylacji mózgu, chociaż jej efekty nie są w pełni zrozumiałe. W tym artykule opisano bezpieczną i niezawodną konfigurację do jednoczesnego stosowania tACS z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym, która może zwiększyć zrozumienie oscylacyjnej funkcji mózgu i skutków tACS.

Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Przedstawiony tutaj protokół jest przeznaczony do badań TMS-EEG wykorzystujących paradygmaty projektowania test-retest pobudliwości wewnątrzkorowej. Celem protokołu jest uzyskanie wiarygodnych i powtarzalnych miar pobudliwości kory mózgowej do oceny funkcjonowania neurofizjologicznego związanego z interwencjami terapeutycznymi w leczeniu chorób neuropsychiatrycznych, takich jak duża depresja.

Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej

Ten artykuł opisuje nowe podejścia do pomiaru i wzmacniania funkcjonalnie specyficznych ścieżek neuronowych za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Te zaawansowane nieinwazyjne metodologie stymulacji mózgu mogą zapewnić nowe możliwości zrozumienia relacji między mózgiem a zachowaniem i opracowania nowych terapii w leczeniu zaburzeń mózgu.

Pomiar i manipulowanie funkcjonalnie specyficznymi ścieżkami neuronalnymi w układzie motorycznym człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Ten protokół opisuje metodę umieszczania elektrod sterowanych neuronami do ogniskowej, przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) podawanej podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI).

Neuronavigated Zogniskowana przezczaszkowa stymulacja prądem stałym podawana podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

Niniejszy artykuł przedstawia zoptymalizowaną procedurę obrazowania neuronalnych substratów stymulacji słuchowej w mózgu ptaka śpiewającego przy użyciu funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym (fMRI). Opisano w nim przygotowanie bodźców dźwiękowych, pozycjonowanie obiektu badawczego oraz akwizycję i późniejszą analizę danych fMRI.

Funkcjonalny obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) ze stymulacją słuchową u ptaków śpiewających

Poznaj metodę przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (tDCS) z jednoczesnym obrazowaniem fMRI w badaniach nad funkcjami mózgu. Technika pozwala obserwować neuronalne mechanizmy działania stymulacji w czasie rzeczywistym.

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym i jednoczesne funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego

Przeglądaj więcej filmów