Jednoczesna rejestracja elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem zmiennym (tACS)
January 22nd, 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
Ten artykuł demonstruje konfigurację jednoczesnej stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym (tACS) i eksperymentów EEG. Przedstawia ważne kwestie techniczne dla udanych rejestracji oraz implikacje dla zrozumienia dynamiki mózgu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Neurostymulacja
Tło
- tACS jest stosowany do kontroli rytmicznych aktywności mózgu.
- EEG zapewnia wysoką rozdzielczość czasową do badania aktywności mózgu.
- Równoczesne tACS i EEG mogą ujawnić efekty neurofizjologiczne.
- Ten protokół można dostosować do różnych montaży i docelowych obszarów.
Cel badania
- Aby zademonstrować konfigurację tACS i EEG dla badań.
- Aby zoptymalizować parametry dla zastosowań klinicznych.
- Aby zwiększyć zrozumienie rytmicznej dynamiki mózgu.
Stosowane metody
- Przygotowanie skóry do umieszczenia elektrod.
- Zastosowanie żelu EEG dla optymalnego kontaktu.
- Monitorowanie impedancji podczas eksperymentu.
- Rejestrowanie danych EEG podczas stosowania tACS.
Główne wyniki
- Udane ustawienie jednoczesnego tACS i EEG.
- Identyfikacja optymalnych poziomów impedancji.
- Demonstracja potencjalnych artefaktów z niewłaściwego ustawienia.
- Wgląd w mechanizmy neurofizjologiczne tACS.
Wnioski
- Protokół zapewnia niezawodną metodę jednoczesnego tACS i EEG.
- Zrozumienie subtelności konfiguracji może zapobiec utracie danych.
- To podejście pomaga w badaniu dynamiki mózgu i efektów tACS.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Concurrent tACS-EEG recording enables direct measurement of neurophysiological responses to neuromodulation, supporting target validation in CNS drug discovery. This approach provides mechanistic de-risking by linking oscillatory brain activity to cognitive processes, informing predictive confidence in early-stage programs. It addresses a critical gap in understanding the immediate biological effects of neuromodulatory interventions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring immediate electrophysiological effects of tACS on brain network oscillations.
- Operational Value: Supports biological de-risking through direct observation of neurophysiological engagement, reducing mechanistic ambiguity in target validation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides a standardized, reproducible system for preparing validated neural interfaces to assess neuromodulator engagement.
- Operational Value: Highlights the need for high-resolution EEG systems to capture low-amplitude neural signals amid large stimulation artifacts, informing assay sensitivity requirements.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Offers a disease-relevant system to study rhythmic brain dynamics, supporting translational biomarker alignment for neuropsychiatric indications.
- Operational Value: Facilitates continuity from target engagement to functional readouts, enabling risk-adjusted advancement decisions in preclinical models.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum by supporting hypothesis testing in early biology, enabling quantitative neurophysiological readouts for screening, and providing mechanistic insights that inform preclinical continuity and target confidence.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification and biological de-risking by measuring immediate neurophysiological effects of tACS on oscillatory brain activity.
- Screening: Enables assay readiness through standardized electrode preparation and impedance monitoring, ensuring reproducible neural signal acquisition.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements (EEG amplitude, frequency, coherence) that allow comparison of neuromodulatory conditions and dose responses.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling rhythmic brain dynamics relevant to disease states and therapeutic intervention.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating diverse neuromodulatory compounds and stimulation parameters across CNS programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target engagement, reduction of mechanistic ambiguity in neuromodulator mechanisms.
- Operational Value: Standardization of electrode-scalp interface, reproducibility of EEG recordings, scalability across multiple stimulation sites.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions based on direct neurophysiological readouts, capital efficiency through early de-risking, reduced late-stage biological risk in CNS portfolios.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of neuromodulatory candidates using convergent electrophysiological and behavioral endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electrophysiology, neuromodulation, and EEG signal processing to manage artifacts and ensure data quality.
- Necessitates EEG systems with high-resolution analog-to-digital converters to prevent saturation from tACS artifacts exceeding 100 mV near stimulation sites.
- Demands cross-team standardization of EEG gel viscosity to prevent electrode bridging while maintaining sufficient conductivity for signal acquisition.
- Involves adaptation considerations for different montages, hair types, and cortical targets to maintain consistent electrode-scalp contact.
- Includes practical limitations such as artifact contamination near stimulation sites and the need for careful gel management to avoid amplifier saturation.
