Jednoczesna rejestracja elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem zmiennym (tACS)
22 stycznia 2016
W tym artykule wyjaśniamy, jak skonfigurować jednoczesną przezczaszkową stymulację prądem zmiennym i eksperyment EEG.
Ogólnym celem tego protokołu jest pokazanie, jak skutecznie skonfigurować jednoczesną przezczaszkową stymulację prądem przemiennym i EEG, z ważnymi względami technicznymi w celu uzyskania udanego zapisu. Przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym (tACS) to metoda eksperymentalnej kontroli czynności rytmicznych w mózgu. I badać serdeczny związek tych rytmicznych aktywności z zachowaniem.
EEG oferuje dane o wysokiej rozdzielczości czasowej do badania endogennej i porwanej aktywności pierścieniowej autorytetu. Jednoczesna rejestracja EEG podczas tACS może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące natychmiastowego efektu neurofizjologicznego tACS. To z kolei może pomóc w lepszym zrozumieniu rytmicznej dynamiki mózgu, a także w zrozumieniu mechanizmów i optymalizacji parametrów tACS do klinicznych zastosowań neuromodulacyjnych.
Ten eksperymentalny protokół może być również dostosowany do innych montaży i celów korowych. Ten film zademonstruje montaż z elektrodami ACS umieszczonymi na ramieniu i skórze głowy. Zacznij od przygotowania skóry barku do elektrody tACS za pomocą gazika i ściernego żelu do skóry.
Na elektrodę tACS nałożyć żel do elektroencefalografii lub EEG o odpowiedniej lepkości i umieścić elektrodę na ramieniu. Przymocuj elektrodę na ramieniu taśmą klejącą. Następnie załóż czepek EEG na uczestnika.
Dostosuj położenie nasadki zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20 do pozycjonowania elektrod i zapnij pasek podbródkowy. Użyj czerwonego pisaka na bazie wody, aby zaznaczyć miejsce wskazujące, gdzie umieścić elektrodę tACS na skórze głowy. Jeśli długopis nie dotrze do skóry głowy, pomaluj końcówkę drewnianego patyczka i użyj tej końcówki, aby oznaczyć skórę głowy.
Zdejmij czepek EEG i sprawdź, czy oznaczenie się powiodło. W razie potrzeby wypełnij oznaczenie, aby można je było później łatwo zauważyć. Następnie, w przypadku uczestników z długimi włosami, umieść elektrodę tACS na głowie tak, aby jej środek był zaznaczony czerwoną plamką na skórze głowy.
Nawlecz wszystkie włosy z wewnętrznego pierścienia elektrody tACS i zwiąż wywinięte włosy za pomocą spinaczy kablowych. Upewnij się, że włosy znajdujące się wokół elektrody tACS nie zostaną związane przez spinacze kablowe. Po związaniu włosów wyjmij elektrodę tACS.
Następnie podłącz elektrody ACS skóry głowy i ramienia do stymulatora, ale nie włączaj go. Nałóż cienką warstwę żelu EEG na elektrodę tACS i ostrożnie umieść ją z powrotem na głowie. Jeśli uczestnik ma dłuższe włosy, przeciągnij związane włosy z powrotem przez wewnętrzny otwór elektrody tACS, nie pozwalając włosom dotykać żelu EEG.
Upewnij się, że czerwony znak na skórze głowy znajduje się pośrodku elektrody tACS, ponieważ po umieszczeniu pozycji nie można już zmienić. Następnie usuń wiązania z włosów. Teraz włącz stymulator i monitoruj impedancję.
Ostrożnie wywierając pewien nacisk na elektrodę tACS, należy zwrócić szczególną uwagę, aby czerwony punkt oznaczenia był zawsze utrzymywany na środku elektrody tACS. Ostrożnie podnieś krawędzie elektrody tACS i nałóż trochę więcej żelu EEG pod włosy. Kontynuuj wywieranie nacisku na elektrodę tACS, aż impedancja spadnie stabilnie poniżej 10 kiloomów.
Zwróć uwagę na ewentualny żel wydostający się z elektrody tACS i usuń nadmiar żelu EEG za pomocą bawełnianego wacika. Gdy impedancja spadnie poniżej progu 10 kiloomów, delikatnie zamontuj ponownie nasadkę EEG i zapnij pasek. Nałóż żel EEG o odpowiedniej lepkości na elektrody EEG, aby stworzyć kontakt między skórą głowy a elektrodami EEG.
Zacznij od elektrod uziemiających i referencyjnych EEG, a następnie przejdź do elektrod znajdujących się pośrodku i w pobliżu elektrody tACS. Następnie kontynuuj z pozostałymi elektrodami. W przypadku elektrod EEG otaczających elektrodę tACS, wstrzyknąć żel końcówką igły skierowaną w kierunku przeciwnym od elektrody tACS.
Delikatnie dociśnij elektrody EEG podczas nakładania żelu, aby żel nie wydostał się spod elektrod. Aby zwiększyć kontakt elektrod EEG ze skórą głowy, w szczególności elektrod EEG znajdujących się w pobliżu elektrody tACS, należy docisnąć żel drewnianym patyczkiem w kierunku skóry głowy. Utrzymuj kąt patyczka prostopadły do skóry głowy, delikatnie pocierając skórę głowy ruchem obrotowym, ponieważ ruchy boczne patyczka spowodują rozprowadzenie żelu pod elektrodą.
Po osiągnięciu optymalnej impedancji nałóż trochę więcej żelu, aby ustabilizować kontakt między elektrodą EEG a skórą głowy. Następnie sprawdź, czy elektroda tACS nie jest zmostkowana z otaczającymi elektrodami EEG z powodu nieszczelnego żelu, stosując krótką stymulację i sprawdzając, czy któryś kanał wzmacniacza EEG jest nasycony. Na koniec jeszcze raz sprawdź impedancje elektrod EEG, a następnie rozpocznij nagrywanie.
Protokół ten wyjaśnia, jak pomyślnie przeprowadzić jednoczesny eksperyment tACS i EEG oraz uniknąć mostkowania przez wyciek żelu EEG, a także dużych artefaktów tACS. Jeśli dojdzie do mostkowania między elektrodami tACS i EEG, zarejestrowany sygnał EEG zostanie nasycony, jak pokazano tutaj. W przeciwieństwie do pomyślnie nagranego sygnału.
Jednoczesne rejestrowanie EEG tACS jest metodą wymagającą technicznie. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś teraz lepiej zrozumieć, jak skutecznie przeprowadzić ten typ eksperymentu w celu zbadania neurofizjologicznego mechanizmu tACS.
Przegląd
Niniejszy artykuł prezentuje konfigurację eksperymentów łączących jednoczesną przezczaszkową stymulację prądem zmiennym (tACS) oraz EEG. Przedstawiono w nim istotne uwagi techniczne niezbędne do uzyskania prawidłowych zapisów oraz implikacje dla zrozumienia dynamiki mózgu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Elektrofizjologia
- Neurostymulacja
Wstęp
- tACS jest stosowane do kontrolowania rytmicznej aktywności mózgu.
- EEG zapewnia wysoką rozdzielczość czasową w badaniu aktywności mózgu.
- Jednoczesne stosowanie tACS i EEG może ujawnić efekty neurofizjologiczne.
- Niniejszy protokół można dostosować do różnych układów elektrod i celów stymulacji.
Cel badania
- W celu zademonstrowania konfiguracji tACS i EEG do celów badawczych.
- W celu optymalizacji parametrów dla zastosowań klinicznych.
- W celu pogłębienia zrozumienia rytmicznej dynamiki mózgu.
Zastosowane metody
- Przygotowanie skóry do umieszczenia elektrod.
- Nakładanie żelu EEG w celu zapewnienia optymalnego kontaktu.
- Monitorowanie impedancji podczas eksperymentu.
- Rejestracja danych EEG podczas stosowania tACS.
Główne wyniki
- Pomyślna konfiguracja jednoczesnego stosowania tACS i EEG.
- Identyfikacja optymalnych poziomów impedancji.
- Demonstracja potencjalnych artefaktów wynikających z niewłaściwej konfiguracji.
- Wgląd w neurofizjologiczne mechanizmy tACS.
Wnioski
- Protokół dostarcza niezawodnej metody jednoczesnego stosowania tACS i EEG.
- Zrozumienie szczegółów konfiguracji pozwala uniknąć utraty danych.
- Podejście to wspomaga badanie dynamiki mózgu oraz efektów tACS.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Jednoczesna rejestracja tACS-EEG umożliwia bezpośredni pomiar odpowiedzi neurofizjologicznych na neuromodulację, co wspiera walidację celów w procesie odkrywania leków oddziałujących na OUN. Podejście to pozwala na mechanistyczne zmniejszenie ryzyka poprzez powiązanie oscylacyjnej aktywności mózgu z procesami poznawczymi, co zwiększa wiarygodność predykcyjną w programach na wczesnym etapie. Rozwiązuje ono krytyczną lukę w rozumieniu bezpośrednich efektów biologicznych interwencji neuromodulacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez pomiar natychmiastowych efektów elektrofizjologicznych tACS na oscylacje sieci mózgowych.
- Wartość operacyjna: Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego dzięki bezpośredniej obserwacji zaangażowania neurofizjologicznego, co zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celu.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Zapewnia zestandaryzowany, powtarzalny system przygotowania zwalidowanych interfejsów neuronalnych w celu oceny zaangażowania neuromodulatorów.
- Wartość operacyjna: Wskazuje na potrzebę zastosowania systemów EEG o wysokiej rozdzielczości w celu rejestracji sygnałów neuronalnych o niskiej amplitudzie w obecności dużych artefaktów stymulacyjnych, co pozwala określić wymagania dotyczące czułości analizy.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Oferuje system istotny z punktu widzenia choroby do badania rytmicznej dynamiki mózgu, wspierając dopasowanie translacyjnych biomarkerów dla wskazań neuropsychiatrycznych.
- Wartość operacyjna: Ułatwia przejście od zaangażowania celu do odczytów funkcjonalnych, umożliwiając podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju w modelach przedklinicznych z uwzględnieniem ryzyka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces badawczy, wspierając weryfikację hipotez we wczesnych etapach biologii, umożliwiając ilościowe odczyty neurofizjologiczne do celów przesiewowych oraz dostarczając wiedzy o mechanizmach, co wpływa na ciągłość badań przedklinicznych i pewność w wyborze celu terapeutycznego.
- Biologia odkrywcza: Wspiera wyjaśnianie szlaków i ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez pomiar bezpośrednich efektów neurofizjologicznych tACS na oscylacyjną aktywność mózgu.
- Przesiewanie: Umożliwia przygotowanie do analizy poprzez standaryzowane przygotowanie elektrod i monitorowanie impedancji, zapewniając odtwarzalne pozyskiwanie sygnałów neuronowych.
- Analityka: Dostarcza ilościowych pomiarów zmiennych zależnych (amplituda EEG, częstotliwość, koherencja), które pozwalają na porównanie warunków neuromodulacyjnych i odpowiedzi na dawkę.
- Badania translacyjne: Łączy się z ciągłością przedkliniczną poprzez modelowanie rytmicznej dynamiki mózgu istotnej dla stanów chorobowych i interwencji terapeutycznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do oceny różnych związków neuromodulacyjnych i parametrów stymulacji w ramach programów dotyczących OUN.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Pewność prognostyczna w zakresie angażowania celu, redukcja niejednoznaczności mechanistycznej w mechanizmach neuromodulacyjnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja interfejsu elektroda-skóra głowy, powtarzalność zapisów EEG, skalowalność w obrębie wielu miejsc stymulacji.
- Wartość strategiczna: Usprawnienie decyzji go/no-go w oparciu o bezpośrednie odczyty neurofizjologiczne, efektywność kapitałowa dzięki wczesnej redukcji ryzyka, zmniejszenie ryzyka biologicznego na późnych etapach w portfolio OUN.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja kandydatów neuromodulacyjnych skorygowana o ryzyko, z wykorzystaniem zbieżnych punktów końcowych elektrofizjologicznych i behawioralnych.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu elektrofizjologii, neuromodulacji i przetwarzania sygnałów EEG w celu eliminacji artefaktów i zapewnienia jakości danych.
- Wymaga zastosowania systemów EEG z wysoką rozdzielczością przetworników analogowo-cyfrowych, aby zapobiec nasyceniu sygnału z powodu artefaktów tACS przekraczających 100 mV w pobliżu miejsc stymulacji.
- Wymaga standaryzacji lepkości żelu EEG między zespołami w celu zapobiegania mostkowaniu elektrod przy jednoczesnym zachowaniu przewodności wystarczającej do akwizycji sygnału.
- Wiąże się z koniecznością dostosowania do różnych układów elektrod, rodzajów włosów i celów korowych w celu utrzymania stabilnego kontaktu elektroda-skalp.
- Obejmuje ograniczenia praktyczne, takie jak zanieczyszczenie sygnału artefaktami w pobliżu miejsc stymulacji oraz potrzeba starannego zarządzania żelem, aby uniknąć nasycenia wzmacniacza.
