Name: Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 25 s
Description: Poznaj metodę łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym do badania oscylacji mózgowych. Technika ta umożliwia pomiar aktywności neuronalnej podczas manipulacji częstotliwością.

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

Dziękujemy Ilonie Pfahlert i Brittie Perl za pomoc techniczną podczas eksperymentów z obrazowaniem funkcjonalnym oraz Severinowi Heumüllerowi za doskonałe wsparcie komputerowe. Prace te były wspierane przez Fundację Hermana i Lilly Schillingów oraz Centrum Mikroskopii Nanoskalowej i Fizjologii Molekularnej Mózgu (CNMPB).

Przeprowadzaj wszystkie eksperymenty zgodnie z wytycznymi instytucjonalnej komisji etyki. W przypadku wszystkich badań wymienionych w tym manuskrypcie wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z deklaracją helsińską i zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyczną Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Getyndze.
1. Stymulacja i konfiguracja komputera przed eksperymentem
<ol>
	<li>Konfiguracja stymulatora 
	UWAGA: Stymulator użyty w tym eksperymencie fMRI to specjalnie zaprojektowany system kompatybilny z rezonansem magnetycznym (MR), wyposażony w wewnętrzną skrzynkę filtracyjną MR-safe, zewnętrzną skrzynkę filtra, rezystory bezpieczeństwa, sprzężone i materiały bezpieczne dla MR. Niektóre instrukcje odnoszą się konkretnie do wskazówek producenta i mogą się one różnić w przypadku korzystania z innego stymulatora, dlatego należy postępować zgodnie z instrukcjami sprzętu dostarczonymi przez producenta, które mogą stanowić wyjątki od tej konfiguracji. Rysunek 1A pokazuje komponenty stymulatora użyte w tym eksperymentalnym układzie.
	<ol>
		<li>Poruszaj się po menu stymulatora, aby zaprogramować żądane parametry eksperymentalne (szczegółowe informacje można znaleźć w instrukcji obsługi). Na przykład, dla częstotliwości stymulacji 10 Hz, zaprogramuj 10 cykli dla czasu narastania/zmniejszania wynoszącego 1 s, 300 cykli sinusoidalnych dla 30 s stymulacji, natężenia prądu równego 1,000 μA i powtarzalnego trybu wyzwalania, jak przeprowadzono dla naszych eksperymentów, chyba że zaznaczono inaczej. Zapisz program do załadowania za każdym razem, gdy eksperyment jest uruchamiany po jego uruchomieniu.</li>
		<li>Podłącz wyjście wyzwalacza komputera prezentacji bodźców do stymulatora za pomocą BNC.</li>
		<li>Umieść niemagnetyczny, ekranowany sieci lokalnej (LAN) przez rurkę falowodu o częstotliwości radiowej (RF) od wnętrza pomieszczenia skanera. Aby uniknąć rezonansowego sprzężenia pojemnościowego, upewnij się, że jest wolny od pętli i umieszczony wzdłuż ściany pomieszczenia, prowadząc do tyłu otworu magnesu i wzdłuż prawej poręczy łoża skanera wewnątrz otworu, prowadząc do położenia wewnętrznej skrzynki filtra (patrz <silna klasa = "xfig">Rysunek 1C i uwaga bezpieczeństwa w kroku 2.4 dotycząca położenia). Zabezpiecz taśmą umieszczoną z przerwami wzdłuż jego długości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Załaduj program bodźców wizualnych na wyznaczony komputer prezentacyjny, który jest oddzielony od komputera sterującego skanerem. Jak pokazano w Rysunek 1C, podłącz komputer prezentacyjny do wyjścia wyzwalacza skanera za pomocą konwertera optyczno-elektrycznego i do urządzenia wyjściowego (np. projektora), które jest umieszczone w ekranowanej obudowie lub na zewnątrz pomieszczenia z magnesami. Użyj luster niemagnetycznych, aby skierować projekcję na ekran wewnątrz otworu skanera.</li>
</ol>
2. Przyjazd i przygotowanie podmiotu
<ol>
	<li>Wstępna selekcja zrekrutowanych osób pod kątem wszelkich przeciwwskazań do badania MR (np. brak metalowych implantów, brak klaustrofobii, wymagania wstępne specyficzne dla eksperymentu), a także pod kątem tACS (np. historia napadów padaczkowych, przewlekłe bóle głowy, ciąża)26,27.</li>
	<li>Kiedy pacjent dotrze na miejsce, poinstruuj go o szczegółach eksperymentu fMRI i opisz doświadczenie, którego może się spodziewać (np. bodziec wzrokowy, mrowienie lub fosfeny z tACS, instrukcje do zadań specjalnych).</li>
	<li>Umieść elektrody zgodnie z systemem 10-20 EEG i preparatem stymulatora.
	<ol>
		<li>Za pomocą taśmy mierniczej zmierz odległość na głowie fotografowanej osoby od nasiona do wnęki oraz od ucha do ucha nad czubkiem głowy. Przecięcie obu długości daje pozycję na głowie dla Cz, zgodnie z systemem 10-20 EEG. Zaznacz miejsce Cz na skórze głowy za pomocą markera.</li>
		<li>Umieść czepek EEG bez elektrod na głowie badanego, tak aby Cz był wyrównany ze znakiem na skórze głowy osoby, określ żądane położenie elektrod i zaznacz je. 
		UWAGA: Ważne jest, aby wszyscy eksperymentatorzy korzystali z tego samego systemu umieszczania, aby zapewnić spójność we wszystkich eksperymentach; System 10-20 EEG, który jest powszechnie stosowany w eksperymentach ze stymulacją przezczaszkową, ma szczegółowe wytyczne dotyczące utrzymania dokładnego rozmieszczenia elektrod26,28.</li>
		<li>Za pomocą alkoholu i wacików oczyść włosy i skórę na i wokół zaznaczonych miejsc na skórze głowy fotografowanej osoby; usuń oleje i produkty do włosów.</li>
		<li>Rozprowadź trochę żelu na gumowych elektrodach i mocno dociśnij każdą elektrodę do zaznaczonych i oczyszczonych miejsc na skórze głowy pacjenta, zapewniając pełny kontakt od elektrody do żelu przewodzącego ze skórą głowy przy minimalnej impedancji.</li>
		<li>Używając zapasowego ekranowanego LAN, podłącz skrzynki filtrujące i bezpieczne dla MR do stymulatora i do gumowych elektrod, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 1A.</li>
		<li>Włącz stymulator i przetestuj impedancję (szczegółowe informacje można znaleźć w instrukcji obsługi). Jeśli impedancja nie jest mniejsza niż 20 kΩ, dociśnij elektrody do skóry głowy lub w razie potrzeby dodaj żel elektrodowy, aż zostaną spełnione wytyczne dotyczące impedancji.</li>
		<li>Gdy impedancja jest poniżej 20 kΩ, pozwól stymulatorowi na wyprowadzenie prądu przez kilka sekund, aby zapoznać badanego z doznaniami sensorycznymi. Zapytaj badanego o percepcję zmysłową podczas tego testu, w tym o to, czy uczucie mrowienia istnieje i czy można je znieść, a także o zakres lub lokalizację fosfenów podczas stymulacji.</li>
		<li>W tym momencie badany jest przygotowany do przejścia do łóżka skanera. Pozostawiając elektrody podłączony do gumowych elektrod na obiekcie, odłącz stymulator, zapasowy LAN oraz zewnętrzne i wewnętrzne skrzynki filtrów.</li>
		<li>Podłącz zewnętrzną skrzynkę filtra do LAN, który biegnie przez falowód do skanera MR, pozostawiając jak najmniej odsłonięty LAN na zewnątrz falowodu (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B). Podłącz stymulator do zewnętrznej skrzynki filtra za pomocą stymulatora i dwukrotnie sprawdź, czy stymulator jest podłączony do wyjścia wyzwalającego komputera prezentacyjnego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj obiekt w skanerze MR. 
	UWAGA: Rysunek 1C pokazuje pełną konfigurację tACS-fMRI podczas eksperymentu. Bardzo ważne jest, aby ułożyć i wewnętrzną skrzynkę filtra zgodnie ze specyfikacją, tak aby elektrody był ułożony pod kątem około 90° do płaszczyzny łoża skanera, a wewnętrzna skrzynka filtra spoczywała na poręczy łoża skanera po prawej stronie otworu skanera. Zaniedbanie tego może spowodować uszkodzenie obwodu bezpieczeństwa elektrody; ta konfiguracja dotyczy zarówno otwartych, jak i zamkniętych cewek RF.
	<ol>
		<li>Po upewnieniu się, że obiekt jest wolny od materiałów magnetycznych i gotowy do eksperymentu MRI, zaprowadź go do pomieszczenia skanera.</li>
		<li>Daj pacjentowi zatyczki do uszu w celu ochrony słuchu i poinstruuj go, aby położył się na łóżku skanera, umieszczając poduszki wokół i pod głową oraz pod nogami dla wygody i ograniczenia ruchów. Umieszczając poduszki za głową osoby badanej, należy zwrócić szczególną uwagę, aby ułożyć elektrody płasko i w pozycji, która jest wygodna dla osoby badanej do leżenia przez cały czas trwania eksperymentu.</li>
		<li>Daj osobie badanej kulkę alarmową i przycisk odpowiedzi MR-safe do trzymania w taki sposób, aby do naciśnięcia przycisku w celu odpowiedzi w eksperymencie wymagany był minimalny ruch.</li>
		<li>Zabezpiecz cewkę głowicy RF nad głową fotografowanej osoby za pomocą przymocowanego lustra w taki sposób, aby obiekt mógł zobaczyć ekran projekcyjny odbity we właściwej orientacji.</li>
		<li>Tymczasowo przymocuj wolny koniec elektrody wychodzącego z elektrod gumowych do miejsca w cewce głowicy, tak aby nie zaczepiał się podczas ruchu łoża. <silna klasa="xfig">Rysunek 1D pokazuje głowę osoby umieszczonej w cewce głowicy z poduszkami, lustrem i tACS na miejscu przed przeniesieniem łóżka do środkowej cewki głowicy w celu obrazowania. Skrzynka filtra jest również pokazana umieszczona na poręczy łoża skanera, jako przykład miejsca, w którym musi być osadzona względem cewki głowicy, gdy łoże skanera znajduje się w pozycji pomiarowej.</li>
		<li>Przesuń łoże skanera do pozycji pomiarowej. Z tyłu otworu skanera podłącz elektrody od gumowych elektrod do wewnętrznej skrzynki filtra, która łączy się z LAN, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 1C. Aby zapobiec nadmiernemu ruchowi podczas skanowania, przymocuj i skrzynkę filtracyjną wzdłuż poręczy łoża skanera po prawej stronie otworu za pomocą taśmy i worków z piaskiem. Umieść ekran projektora w tylnej części otworu skanera.</li>
		<li>Jeszcze raz sprawdź impedancję na stymulatorze, aby upewnić się, że wszystkie połączenia między, skrzynkami filtrującymi i stymulatorem są wykonane prawidłowo.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Skanowanie MR i eksperyment
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem skanowania sprawdź, czy komputer prowadzący prezentację rejestruje, kiedy osoba badana naciska przyciski odpowiedzi.</li>
	<li>Pozyskiwanie danych anatomicznych o wysokiej rozdzielczości T1 (np. trójwymiarowy turboszybki strzał pod niskim kątem, czas echa (TE): 3,26 ms, czas powtarzania (TR): 2 250 ms, czas odwrócenia: 900 ms, kąt odwrócenia 9°, rozdzielczość izotropowa 1 x 1 x 1 mm3).
	<ol>
		<li>Po akwizycji dostosuj kontrast i okienka w anatomicznym rezonansie magnetycznym do niskich i wysokich skrajności, aby wizualnie wykryć szum podczas skanowania, który może wynikać z konfiguracji stymulatora. Kontynuuj wizualne monitorowanie szumu równolegle z funkcjonalną akwizycją obrazu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocznij eksperyment na komputerze prezentującym, gotowy do rozpoczęcia od wyzwalacza skanera, i uruchom stymulator, aby poczekać na wyzwolenie wyjścia komputera prezentacyjnego. Pozostaw stymulator włączony i podłączony przez cały czas trwania eksperymentu fMRI, aby uniknąć różnic w czasowym stosunku sygnału do szumu (tSNR) między warunkami włączenia i wyłączenia stymulatora22.</li>
	<li>Rozpocznij skan fMRI (np. dwuwymiarowe obrazowanie gradientowo-echo-płaskie T2*ważone echem gradientowym; TE: 30 ms, TR: 2 000 ms, kąt odwrócenia 70°, 33 plastry o grubości 3 mm, brak przerw między warstwami w rozdzielczości w płaszczyźnie 3 x 3 mm2, 210 objętości na siedem minut skanowania), co uruchamia rozpoczęcie eksperymentu na komputerze prezentacyjnym. Monitoruj wyświetlacz stymulatora, aby zagwarantować, że prąd jest przesyłany w żądanych momentach podczas przebiegów eksperymentalnych.</li>
</ol>
4. Podsumowanie eksperymentu
<ol>
	<li>Po zakończeniu eksperymentu i skanowaniu odłącz wewnętrzną skrzynkę filtra od podłączonego do gumowych elektrod przed przesunięciem łoża skanera, wyjmij obiekt ze skanera i wyjmij elektrody, pozostawiając badanemu swobodę umycia włosów.</li>
	<li>Wyłącz stymulator i podłącz go, aby naładować. Wyczyść gumowe elektrody wodą do ich następnego użycia.</li>
</ol>

<ol><li>Thut, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulating+brain+oscillations+to+drive+brain+function%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Modulating brain oscillations to drive brain function.</a> PLoS Biol. 12 (12), e1002032(2014).</li>
<li>Joundi, R. A., Jenkinson, N., Brittain, J. S., Aziz, T. Z., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Driving+Oscillatory+Activity+in+the+Human+Cortex+Enhances+Motor+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Driving Oscillatory Activity in the Human Cortex Enhances Motor Performance.</a> Current Biology. 22 (5), 403-407 (2012).</li>
<li>Jausovec, N., Jausovec, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+working+memory+capacity+with+theta+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Psychology%22%5BJournal%5D)">Increasing working memory capacity with theta transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Biological Psychology. 96, 42-47 (2014).</li>
<li>Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+specific+modulation+of+human+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Psychology%22%5BJournal%5D)">Frequency specific modulation of human somatosensory cortex.</a> Frontiers in Psychology. 2, (2011).</li>
<li>Laczo, B., Antal, A., Niebergall, R., Treue, S., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+stimulation+in+a+high+gamma+frequency+range+applied+over+V1+improves+contrast+perception+but+does+not+modulate+spatial+attention%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating stimulation in a high gamma frequency range applied over V1 improves contrast perception but does not modulate spatial attention.</a> Brain stimulation. 5 (4), 484-491 (2012).</li>
<li>Cabral-Calderin, Y., Schmidt-Samoa, C., Wilke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rhythmic+Gamma+Stimulation+Affects+Bistable+Perception%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cognitive+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Rhythmic Gamma Stimulation Affects Bistable Perception.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (7), 1298-1307 (2015).</li>
<li>Kanai, R., Chaieb, L., Antal, A., Walsh, V., Paulus, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-dependent+electrical+stimulation+of+the+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Frequency-dependent electrical stimulation of the visual cortex.</a> Curr Biol. 18 (23), 1839-1843 (2008).</li>
<li>Brittain, J. S., Probert-Smith, P., Aziz, T. Z., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tremor+Suppression+by+Rhythmic+Transcranial+Current+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Tremor Suppression by Rhythmic Transcranial Current Stimulation.</a> Current Biology. 23 (5), 436-440 (2013).</li>
<li>Sabel, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+alternating+current+stimulation+improves+vision+in+optic+neuropathy%5BTitle%5D)+AND+%22Restorative+Neurology+and+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Non-invasive alternating current stimulation improves vision in optic neuropathy.</a> Restorative Neurology and Neuroscience. 29 (6), 493-505 (2011).</li>
<li>Fedorov, A., Chibisova, Y., Gall, C., Sabel, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-Invasive+Alternating+Current+Stimulation+Induces+Recovery+From+Stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Injury%22%5BJournal%5D)">Non-Invasive Alternating Current Stimulation Induces Recovery From Stroke.</a> Brain Injury. 26 (4-5), 634(2012).</li>
<li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-Intensity+Electrical+Stimulation+Affects+Network+Dynamics+by+Modulating+Population+Rate+and+Spike+Timing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Low-Intensity Electrical Stimulation Affects Network Dynamics by Modulating Population Rate and Spike Timing.</a> Journal of Neuroscience. 30 (45), 15067-15079 (2010).</li>
<li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+weak+transcranial+alternating+current+stimulation+on+brain+activity-a+review+of+known+mechanisms+from+animal+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies.</a> Front Hum Neurosci. 7, 687(2013).</li>
<li>Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation%3A+a+review+of+the+underlying+mechanisms+and+modulation+of+cognitive+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes.</a> Front Hum Neurosci. 7, 279(2013).</li>
<li>Alagapan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+Cortical+Oscillations+by+Low-Frequency+Direct+Cortical+Stimulation+Is+State-Dependent%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Modulation of Cortical Oscillations by Low-Frequency Direct Cortical Stimulation Is State-Dependent.</a> PLoS Biol. 14 (3), e1002424(2016).</li>
<li>Helfrich, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+brain+oscillations+by+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation.</a> Curr Biol. 24 (3), 333-339 (2014).</li>
<li>Neuling, T., Zaehle, T., Herrmann, C. Simultaneous recording of EEG and transcranial electric stimulation. International Journal of Psychophysiology. 77 (3), 312(2010).</li>
<li>Zaehle, T., Rach, S., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+enhances+individual+alpha+activity+in+human+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG.</a> PLoS One. 5 (11), e13766(2010).</li>
<li>Neuling, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Friends%2C+not+foes%3A+Magnetoencephalography+as+a+tool+to+uncover+brain+dynamics+during+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Friends, not foes: Magnetoencephalography as a tool to uncover brain dynamics during transcranial alternating current stimulation.</a> Neuroimage. 118, 406-413 (2015).</li>
<li>Ruhnau, P., Keitel, C., Lithari, C., Weisz, N., Neuling, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flicker-Driven+Responses+in+Visual+Cortex+Change+during+Matched-Frequency+Transcranial+Alternating+Current+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Flicker-Driven Responses in Visual Cortex Change during Matched-Frequency Transcranial Alternating Current Stimulation.</a> Front Hum Neurosci. 10, 184(2016).</li>
<li>Witkowski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+entrained+brain+oscillations+during+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Neuroimage. , 89-98 (2016).</li>
<li>Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+electrical+stimulation+of+the+occipital+cortex+during+visual+perception+modifies+the+magnitude+of+BOLD+activity%3A+A+combined+tES-fMRI+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach.</a> Neuroimage. , 110-117 (2016).</li>
<li>Cabral-Calderin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+affects+the+BOLD+signal+in+a+frequency+and+task-dependent+manner%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation affects the BOLD signal in a frequency and task-dependent manner.</a> Hum Brain Mapp. 37 (1), 94-121 (2016).</li>
<li>Cabral-Calderin, Y., Williams, K. A., Opitz, A., Dechent, P., Wilke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+modulates+spontaneous+low+frequency+fluctuations+as+measured+with+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation modulates spontaneous low frequency fluctuations as measured with fMRI.</a> Neuroimage. 141, 88-107 (2016).</li>
<li>Vosskuhl, J., Huster, R. J., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BOLD+signal+effects+of+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29+in+the+alpha+range%3A+A+concurrent+tACS-fMRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">BOLD signal effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) in the alpha range: A concurrent tACS-fMRI study.</a> Neuroimage. 140, 118-125 (2016).</li>
<li>Krause, B., Cohen Kadosh,, R, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Not+all+brains+are+created+equal%3A+the+relevance+of+individual+differences+in+responsiveness+to+transcranial+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Not all brains are created equal: the relevance of individual differences in responsiveness to transcranial electrical stimulation.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 8 (25), (2014).</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>Nitsche, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+criteria+for+transcranial+direct+current+stimulation+%28tDCS%29+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Safety criteria for transcranial direct current stimulation (tDCS) in humans.</a> Clinical Neurophysiology. 114 (11), 2220-2222 (2003).</li>
<li>Poeppl, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connectivity+and+functional+profiling+of+abnormal+brain+structures+in+pedophilia%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Connectivity and functional profiling of abnormal brain structures in pedophilia.</a> Hum Brain Mapp. 36 (6), 2374-2386 (2015).</li>
<li>Cabral-Calderin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+Alternating+Current+Stimulation+Affects+the+BOLD+Signal+in+a+Frequency+and+Task-dependent+Manner%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Transcranial Alternating Current Stimulation Affects the BOLD Signal in a Frequency and Task-dependent Manner.</a> Human Brain Mapping. 37 (1), 94-121 (2016).</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. 85 (Pt 3), 1040-1047 (2014).</li>
<li>Turi, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Both+the+cutaneous+sensation+and+phosphene+perception+are+modulated+in+a+frequency-specific+manner+during+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Restor+Neurol+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Both the cutaneous sensation and phosphene perception are modulated in a frequency-specific manner during transcranial alternating current stimulation.</a> Restor Neurol Neurosci. 31 (3), 275-285 (2013).</li>
<li>Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29+modulates+cortical+excitability+as+assessed+by+TMS-induced+phosphene+thresholds%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds.</a> Clinical Neurophysiology. 121 (9), 1551-1554 (2010).</li>
<li>Schutter, D. J., Hortensius, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinal+origin+of+phosphenes+to+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Retinal origin of phosphenes to transcranial alternating current stimulation.</a> Clinical Neurophysiology. 121 (7), 1080-1084 (2010).</li>
<li>Witkowski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+entrained+brain+oscillations+during+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Mapping entrained brain oscillations during transcranial alternating current stimulation (tACS).</a> Neuroimage. , (2015).</li>
<li>Vossen, A., Gross, J., Thut, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alpha+Power+Increase+After+Transcranial+Alternating+Current+Stimulation+at+Alpha+Frequency+%28alpha-tACS%29+Reflects+Plastic+Changes+Rather+Than+Entrainment%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">Alpha Power Increase After Transcranial Alternating Current Stimulation at Alpha Frequency (alpha-tACS) Reflects Plastic Changes Rather Than Entrainment.</a> Brain Stimul. 8 (3), 499-508 (2015).</li>
<li>Alekseichuk, I., Diers, K., Paulus, W., Antal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+electrical+stimulation+of+the+occipital+cortex+during+visual+perception+modifies+the+magnitude+of+BOLD+activity%3A+A+combined+tES-fMRI+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Transcranial electrical stimulation of the occipital cortex during visual perception modifies the magnitude of BOLD activity: A combined tES-fMRI approach.</a> Neuroimage. , (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym miejscu opisaliśmy procedurę jednoczesnej konfiguracji i wykonania eksperymentu tACS-fMRI przy użyciu systemu tACS kompatybilnego z MR. Niektóre kroki tej procedury wymagają szczególnej uwagi, zwłaszcza w odniesieniu do konfiguracji tematu. Stymulator i konfiguracja kompatybilna z MR zastosowana w tym eksperymencie ma minimalną impedancję około 12 kΩ tylko z kablami, skrzynkami filtrów i elektrodami, a producent zaleca minimalną impedancję 20 kΩ z elektrodami podłączonymi do obiektu; Wymóg ten zależy od produktu stymulującego i producenta. Podczas przykładania elektrod do obiektu, jeśli impedancja jest zbyt wysoka, można podjąć pewne kroki w celu zmniejszenia tej wartości oprócz naciskania elektrod. Na przykład łatwiej może być najpierw pokryć zaznaczone i oczyszczone miejsca na skórze głowy żelem do elektrod, w tym włosy, przed dociśnięciem elektrody do skóry głowy. Zapewni to rozprowadzenie prądu po materiale nieprzewodzącym; Należy jednak uważać, aby ograniczyć pokrycie żelem elektrod do mniej więcej tej samej powierzchni, co elektrody, aby skierować prąd do pożądanego obszaru stymulacji. Zwróć na to szczególną uwagę, jeśli elektrody są blisko siebie, ponieważ bocznik prądu między elektrodami może nastąpić w wyniku nadmiernego kontaktu elektrody z żelem. Jeśli elektroda znajduje się z tyłu głowy, gdzie badany będzie leżał bezpośrednio na niej, należy zwrócić szczególną uwagę na umieszczenie poduszek za głową, tak aby badany nie czuł się niekomfortowo w miarę trwania eksperymentu; Ten dyskomfort może początkowo nie stanowić problemu dla pacjenta, jednak doświadczenie pokazuje, że ból pojawia się i nasila z czasem. Dodatkowo, podobnie jak w przypadku wszystkich eksperymentów fMRI, ruch obiektu wprowadza problematyczne zakłócenia, dlatego ważne jest, aby badany czuł się komfortowo ze wszystkimi kablami i elektrodami na miejscu.
Najważniejszym aspektem konfiguracji, który należy wziąć pod uwagę, jest szum potencjalnie wprowadzany do środowiska MR, który może wywoływać artefakty i zniekształcenia obrazu. Przed eksperymentem rozsądnie jest przetestować pod kątem artefaktów obrazu przy całej konfiguracji tACS. Można użyć normalnego fantomu sferycznego, zabezpieczającego elektrody żelem elektrodowym. Ważne jest, aby zapewnić pewien sposób przepływu prądu między elektrodami, co można osiągnąć, nakładając dużą ilość żelu elektrodowego na ścieżce od jednej elektrody do drugiej. Przeprowadź cały eksperyment zgodnie z planem dla badanego, uwzględniając zmiany parametrów, takie jak częstotliwość i prąd. Podczas sesji skanowania dostosowanie kontrastu i okien do skrajności w przeglądarce obrazów na komputerze sterującym skanerem MR umożliwia łatwiejsze wizualne wykrywanie szumów. Podczas wizualnego monitorowania szumu przed i w trakcie eksperymentu, szum może wystąpić jako skoki na obrazie o dużym natężeniu, wzorce, w których sygnał nie powinien być mierzony, lub zmieniające się natężenie w czasie, jak na przykład. Pozyskiwanie danych fMRI przy wyłączonym impulsie wzbudzenia RF dostarcza informacji o szumie otoczenia skanera podczas skanowania bez uzyskiwania rzeczywistego sygnału obrazu (patrz rysunek 2). Ten test hałasu można wykonać podczas każdej sesji skanowania. Jeśli występują różnice w hałasie, sprawdź, czy wszystkie kable są nienaruszone i dobrze podłączone do stymulatora, elektrod i skrzynek filtrujących. Żadne kable nie powinny siedzieć w pętlach. Szumy lub zniekształcenia mogą wynikać między innymi z uszkodzonych kabli, elektrod z metalowymi zanieczyszczeniami w gumie (mimo że są sprzedawane jako kompatybilne z MR) i wadliwych połączeń. Stymulator jest zasilany bateryjnie, aby zminimalizować szumy elektryczne w konfiguracji; Upewnij się, że jest w pełni naładowany przed każdym eksperymentem i że pozostaje włączony i podłączony przez cały czas trwania eksperymentu. TSNR w obrazach funkcjonalnych zmniejszy się o około 5% przy podłączonym stymulatorze, jednak wartości powinny być stabilne w różnych warunkach stymulacji22. Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja elektryczna - testy fMRI na zwłokach wykazały, że nie ma artefaktów związanych ze stymulacją prądem przemiennym, co jest zaletą w porównaniu ze stymulacją prądem stałym30. Teoretycznie ten brak artefaktów można wytłumaczyć prądem netto równym zeru w momencie pozyskiwania obrazu30. Jednak w przypadku niektórych eksperymentów przeprowadzonych w naszym laboratorium czas akwizycji lub TR nie jest wielokrotnością częstotliwości stymulacji. Po przeprowadzeniu testów szumów wymienionych w tym protokole i zbadaniu obrazów pod kątem artefaktów, które nie były widoczne, doszliśmy do wniosku, że jakakolwiek różnica w prądzie netto od zera jest niewielka i zbyt znikoma, aby wywołać artefakty.
Innym krytycznym punktem dla udanych eksperymentów jest to, że komputer prezentacyjny otrzymuje wyjście wyzwalające skanera, a stymulator otrzymuje wyzwalacz z komputera prezentacyjnego. Przed eksperymentem zaprogramuj projekt bodźca wzrokowego i czas jego trwania za pomocą żądanego oprogramowania. Ten program musi używać wyzwalaczy do synchronizacji prezentacji bodźca wzrokowego ze skanerem MR i stymulatorem; inicjuje się od wyzwalacza, który jest wysyłany ze skanera MR, a także wysyła wyzwalacze wyjściowe do stymulatora w żądanych czasach stymulacji. Łatwym sposobem sprawdzenia komunikacji spustu podczas konfiguracji jest użycie oscyloskopu podłączonego kablem BNC do wyjścia wyzwalacza skanera, a także wyjścia komputera prezentacyjnego. W naszej konfiguracji skaner MR wysyła wyzwalacz (przełącznik) dla każdej uzyskanej głośności funkcjonalnej, a komputer prezentujący wysyła sygnał zaprogramowany przez oprogramowanie do prezentacji. Analiza dobrze zaprojektowanego eksperymentu opiera się w dużej mierze na stymulacji w odpowiednim czasie.
Niektóre etapy tego eksperymentu mogą być w razie potrzeby dostosowane do wymagań warunków laboratoryjnych. Na przykład ta konfiguracja opisuje użycie projektora i luster do prezentacji bodźców wizualnych, jednak urządzeniem wyjściowym bodźca wizualnego mogą być gogle z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym bezpieczne dla MR lub monitor bezpieczny dla MR, wybrane na podstawie preferencji lub ograniczeń eksperymentu i laboratorium. Również parametry skanu MRI powinny być dostosowane do eksperymentu. Warto zauważyć, że należy zwrócić uwagę na właściwy wybór kontroli doświadczalnej dla tACS, chociaż nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Krótka pozorowana stymulacja trwająca 30 sekund może naśladować somatosensację wywołaną przez tACS, która ostatecznie zmniejsza się wraz z długotrwałą stymulacją; Jednak niektóre badania pokazują, że nawet krótkie okresy stymulacji mogą wywołać porywanie oscylacyjne12. Inną możliwą kontrolą, którą można zastosować do tACS, jest stymulacja za pomocą częstotliwości nieefektywnej lub, innymi słowy, częstotliwości innej niż ta, która nas interesuje. Wyjątkiem jest to, że percepcja somatosensacji i fosforu zmienia się w zależności od częstotliwości stymulacji31. Wreszcie, jeśli chodzi o subiektywne doświadczenia stymulacji, fosfeny indukowane przez tACS różnią się u poszczególnych osób, więc aby jak najlepiej uchwycić zmienność obiektu, rozważ użycie szczegółowego systemu oceny percepcji fosfenu i poświęć trochę czasu z badanym, opisując różne cechy fosfenów (np. lokalizacja, intensywność), które mogą wystąpić, aby badany mógł uważnie ocenić swoje doświadczenie podczas stymulacji32. Lokal mieszkalny 33.
Przedstawione tutaj reprezentatywne wyniki sugerują, że efekty tACS są zależne od prądu, częstotliwości i że modulacja nie jest ograniczona do obszarów poniżej elektrod, ale rozciąga się na odległe, prawdopodobnie funkcjonalnie połączone obszary. Jednym z ograniczeń tej techniki jest czasowa rozdzielczość fMRI, a także odpowiedzi BOLD. Akwizycja danych i odpowiedź hemodynamiczna nie są tak szybkie, jak częstotliwość stymulacji lub aktywność elektryczna mózgu, więc nie można zmierzyć bezpośrednich interakcji z efektami tACS specyficznymi dla częstotliwości. Biorąc jednak pod uwagę, że największa część literatury naukowej na temat efektów tACS pochodzi z badań behawioralnych, a tACS w oczywisty sposób wpływa na cały, skomplikowany układ nerwowy, jasne jest, że jednoczesne eksperymenty tACS-fMRI mają wiele do zaoferowania, jeśli chodzi o informowanie nas o efektach tACS w mózgu. EEG i MEG oferują wgląd w poziom rozdzielczości czasowych, które odpowiadają rozdzielczościom aktywności neuronalnej. Jednak EEG i MEG cierpią z powodu ograniczeń rozdzielczości przestrzennej i głębokości kory mózgowej lub intensywnych obliczeniowo technik rekonstrukcji źródła. Częstotliwość stymulacji i artefakty harmoniczne zastępujące interesujące sygnały mózgowe zarejestrowane na tych samych częstotliwościach dodatkowo komplikują analizy EEG i MEG. Zastosowano innowacyjne obejścia, aby sprostać niektórym z tych wyzwań. Helfrich i in. zastosowali nowatorską technikę usuwania artefaktu tACS z danych EEG za pomocą szablonu artefaktu, odejmowania i analizy głównych składowych15. Wykazali, że 10 Hz tACS zastosowany ciemieniowo-potylicznie zwiększa aktywność alfa w korze ciemieniowej i potylicznej oraz indukuje synchronizację w oscylatorach korowych działających z podobnymi częstotliwościami wewnętrznymi. Witkowski i współpracownicy zastosowali tACS z modulacją amplitudy i z powodzeniem stworzyli mapy korowe oscylacji mózgu oparte na MEG34. W celu zastosowania tACS w badaniach naukowych mających na celu lepsze zrozumienie prawidłowych i nieprawidłowych funkcji mózgu, a ostatecznie klinicznie w diagnostyce lub terapii, tACS powinien być oddzielnie łączony z EEG, MEG i fMRI, aby komplementarnie ustalić najlepsze praktyki dla określonych pożądanych efektów, które można dostosować specjalnie do poszczególnych osób. Po ustaleniu takich praktyk można przeprowadzić skuteczne badania w celu lepszego zrozumienia funkcji oscylacji neuronalnych (np. jasne zdefiniowanie ról funkcjonalnych i relacji różnych pasm częstotliwości) oraz ich modulacji za pomocą tACS (np. czy mechanizm zachodzi poprzez porywanie czy zmiany plastyczne35).
Biorąc pod uwagę przyszłe kierunki, opisana tutaj konfiguracja jest dostosowana do eksperymentów fMRI badających percepcję lub poznanie, jak wykazało opisane tutaj badanie struktury z ruchu i inne. Cabral-Calderin i współpracownicy wykazali, że aktywacja w regionach kory potylicznej była zależna od zadania i częstotliwości tACS w eksperymencie oglądania wideo w porównaniu z stukaniem palcami22. W jednoczesnym badaniu fMRI tACS-stan spoczynku, Cabral-Calderin i współpracownicy wykazali zależny od częstotliwości wpływ tACS na wewnętrzną łączność funkcjonalną i sieci w stanie spoczynku23. Vosskuhl i wsp. połączone tACS i fMRI w celu wykazania spadku BOLD podczas zadania czujności wzrokowej przy indywidualnej stymulacji częstotliwości alfa24. Alekseichuk i współpracownicy wykazali, że natychmiastowe następstwa tACS 10 Hz modulują sygnał BOLD podczas wizualnej percepcji pierścieni i klinów w kratkę, wskazując na zmianę metabolizmu neuronalnego zadania percepcji biernej36. Badania te przygotowały grunt pod równoczesne badania tACS-fMRI w celu zbadania mechanizmów funkcjonalnych na wielu poziomach, od metabolizmu po funkcje poznawcze. Na tak wczesnym etapie wykorzystania tACS do badań translacyjnych istnieje duży potencjał dla jednoczesnych eksperymentów tACS-fMRI, które mogą przyczynić się do zrozumienia zarówno techniki stymulacji, jak i wkładu oscylacji w funkcje poznawcze.

Przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym (tACS) to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, która daje nadzieję na badanie oscylacji neuronalnych i funkcji mózgu specyficznych dla częstotliwości u zdrowych osób, a także do badania i modulowania oscylacji w populacjach klinicznych1. Za pomocą dwóch lub więcej elektrod przewodzących umieszczonych na skórze głowy, niskoprądowe (1-2 mA od szczytu do szczytu) fale sinusoidalne są przykładane do mózgu z pożądaną częstotliwością, aby wchodzić w interakcje z trwającymi oscylacjami neuronalnymi. W badaniach TACS zmierzono modulacje behawioralne lub poznawcze specyficzne dla częstotliwości i zadań, w tym między innymi funkcje motoryczne2, wydajność pamięci roboczej3, somatosensation4 i percepcja wzrokowa5,6,7. Stosowanie prądu przemiennego w sposób nieinwazyjny spowodowało również poprawę funkcjonalną u pacjentów neurologicznych, taką jak zmniejszenie drżenia w chorobie Parkinsona8, poprawa widzenia w neuropatii optycznej9 oraz poprawa szybkości regeneracji mowy, czucia i motoryki po udarze10. Pomimo coraz większej liczby badań z wykorzystaniem tACS do badań i dowodów na jego potencjał terapeutyczny w warunkach klinicznych, efekty tej techniki nie są w pełni scharakteryzowane, a jej mechanizmy nie są do końca poznane.
Symulacje i badania na zwierzętach mogą dostarczyć wglądu w efekty stymulacji prądem zmiennym na poziomie sieci komórkowej lub neuronowej w kontrolowanych warunkach11,12, ale biorąc pod uwagę zależność od stanu skutecznych technik stymulacji13,14, takie badania nie ujawniają pełnego obrazu. Połączenie tACS z technikami neuroobrazowania, takimi jak elektroencefalografia (EEG)15,16,17, magnetoencefalografia (MEG)18,19,20, lub funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI)21,22,23,24 może informować o modulacji funkcji mózgu na poziomie systemu. Jednak każda kombinacja wiąże się z wyzwaniami technologicznymi, głównie ze względu na artefakty wywołane stymulacją w pomiarze interesujących częstotliwości15. Chociaż rozdzielczość czasowa fMRI nie może odpowiadać pomiarom EEG lub MEG, jego pokrycie przestrzenne i rozdzielczość w korowych i podkorowych obszarach mózgu jest lepsza.
Niedawno, w połączonym badaniu tACS-fMRI, wykazaliśmy, że wpływ tACS na sygnał zależny od poziomu natlenienia krwi (BOLD) mierzony za pomocą fMRI jest zarówno specyficzny dla częstotliwości, jak i zadania, oraz że stymulacja niekoniecznie wywiera największy wpływ bezpośrednio pod elektrodami, ale w obszarach bardziej odległych od elektrod22. W kolejnym badaniu zbadaliśmy wpływ położenia i częstotliwości elektrody tACS na funkcję sieci przy użyciu amplitudy fluktuacji niskiej częstotliwości i funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku, w tym przy użyciu nasion korelacji najbardziej bezpośrednio stymulowanych regionów, zgodnie z symulacjami gęstości prądu opartymi na badaniu. W szczególności w tym badaniu, stymulacja alfa (10 Hz) i gamma (40 Hz) często wywoływała przeciwstawne efekty w łączności sieciowej lub modulacji regionalnej23. Dodatkowo, najbardziej dotkniętą siecią w stanie spoczynku była lewa sieć kontrolna czołowo-ciemieniowa. Badania te podkreślają potencjał wykorzystania fMRI do określenia optymalnych parametrów skutecznej, kontrolowanej stymulacji. Dostarczają również dowodów na to, że oprócz kontrolowanych parametrów, takich jak warunki i czas wykonania zadania, częstotliwość stymulacji i pozycje elektrod, istnieją czynniki specyficzne dla danego tematu, które wpływają na powodzenie tACS. Przykładami cech podmiotu, które przekładają się na niekontrolowane zmienne w optymalizacji parametrów stymulacji, są wewnętrzna łączność funkcjonalna, endogenna częstotliwość szczytowa oscylacji (np. indywidualna częstotliwość alfa) oraz grubość czaszki i skóry25. Biorąc pod uwagę obecną literaturę dotyczącą tACS, potrzeba więcej badań łączących tACS z pomiarami neuronalnymi, takimi jak neuroobrazowanie, w celu ustalenia kompleksowych procedur skutecznych technik stymulacji mózgu.
Tutaj opisujemy bezpieczną i niezawodną konfigurację do eksperymentów z zastosowaniem tACS jednocześnie z fMRI zadania wizualnego, skupiając się na aspektach konfiguracji i wykonania, które dają pomyślnie zsynchronizowany tACS z akwizycją danych fMRI bez artefaktów.

<table><tbody><tr><td>Brak</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stymulator prądu stałego MR</td><td>NeuroConn, Ilmenau, Niemcy</td><td></td><td>zawiera: wewnętrzną skrzynkę filtra, zewnętrzną skrzynkę filtra, elektrody i stymulatora MR-safe (po 1), stymulator, 2 elektrody powierzchniowe i jeden ekranowany LAN; UWAGA: Ten manuskrypt opisuje konfigurację tACS-fMRI ze stymulatorem MR-safe firmy NeuroConn, ale taki stymulator od innego producenta byłby akceptowalny, z adaptacjami dokonanymi w oparciu o specyfikacje producenta.</td></tr><tr><td>3 tesla Tim Trio MR skaner</td><td>Siemens, Erlangen, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>prezentacja komputerowa oprogramowanie do prezentacji (</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>np. ;, Matlab)</td><td>The Mathworks, Natick, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ekranowany projektor kablowy</td><td></td><td></td><td></td>LAN</tr><tr><td></td><td>InFocus Corporation, Wilsonville, USA</td><td>IN-5108</td><td></td></tr><tr><td>Ten20 Pasta elektrodowa</td><td>Weaver and Co., Aurora, Stany Zjednoczone</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Czapka EEG - EASYCAP 32-kanałowy system</td><td>Brain Products GmbH, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Marker do taśmy mierniczej</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>poduszki przycisk skrzynka</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>odpowiedzi</td><td>Current Designs, Filadelfia, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>alkohol izopropylowy</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>waciki taśma</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>worki z piaskiem MR-safe</td><td>Siemens, Erlangen, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lustra MR-safe</td><td>Siemens, Erlangen, Niemcy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ekran</td><td></td><td></td> MR-safe <td>można zbudować w lokalnym warsztacie mechanicznym, aby dopasować parametry specyficzne dla danego miejsca</td></tr><tr><td>Zatyczki do uszu E-A-Rsoft</td><td>3M, Bracknell, Wielka Brytania</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) jest obiecującym narzędziem do nieinwazyjnego badania oscylacji mózgu. TACS wykorzystuje stymulację ludzkiego mózgu specyficzną dla częstotliwości za pomocą prądu przyłożonego do skóry głowy za pomocą elektrod powierzchniowych. Większość obecnej wiedzy na temat tej techniki opiera się na badaniach behawioralnych; w związku z tym połączenie tej metody z obrazowaniem mózgu ma potencjał do lepszego zrozumienia mechanizmów tACS. Ze względu na artefakty elektryczne i podatność, połączenie tACS z obrazowaniem mózgu może być trudne, jednak jedną z technik obrazowania mózgu, która dobrze nadaje się do jednoczesnego stosowania z tACS, jest funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI). W naszym laboratorium udało nam się połączyć tACS z jednoczesnymi pomiarami fMRI, aby pokazać, że efekty tACS są zależne od stanu, prądu i częstotliwości, a modulacja aktywności mózgu nie jest ograniczona do obszaru bezpośrednio pod elektrodami. W tym artykule opisano bezpieczną i niezawodną konfigurację do stosowania tACS jednocześnie z badaniami fMRI przy zadaniach wzrokowych, które mogą pomóc w zrozumieniu oscylacyjnej funkcji mózgu, a także wpływu tACS na mózg.

Rysunek 2 oraz Rysunek 3 przedstawiają reprezentatywne obrazy uzyskane podczas testów szumów sprzętowych odpowiednio w fantomie i u badanego człowieka. W każdym rzędzie Rysunek 2 i Rysunek 3 prezentują reprezentatywne przekroje osiowe z nabytej objętości lub obliczonej mapy, odpowiednio opisane nad rzędem. Obraz po prawej stronie każdego rzędu to reprezentacja strzałkowa odpowiadającej objętości lub obliczonej mapy, gdzie niebieskie linie wskazują położenie przekrojów osiowych. Z wyjątkiem pierwszego rzędu, który ilustruje rozmieszczenie elektrod na biało, objętość jest nałożona na obraz T1-zależny w każdej figurze. Należy zauważyć, że w obrazach T1-zależnych nie występuje zniekształcenie ani utrata sygnału spowodowana elektrodami. Drugi rząd Rysunku 2 pokazuje reprezentatywne dane fMRI uzyskane przy zainstalowanym i włączonym systemie tACS. W fantomie na Rysunku 2 widoczna jest pewna utrata sygnału i zniekształcenia spowodowane elektrodami, jednak rząd 2 Rysunku 3 pokazuje, że zniekształcenia te nie wykraczają poza skórę głowy u badanego. Rzędy trzeci i czwarty Rysunku 2 przedstawiają pomiary szumów w objętości, uzyskane przy użyciu tych samych parametrów co dane fMRI, ale bez impulsu wzbudzenia RF. Obrazy pokazują poziom szumów w pomieszczeniu skanera oraz sprzętu MR podczas skanowania. Rząd trzeci to pomiar szumów przy wyłączonym tACS, a rząd czwarty przy włączonym tACS. W piątym i szóstym rzędzie Rysunku 2 znajdują się mapy tSNR dla serii funkcjonalnych z systemem tACS i stymulatorem odpowiednio wyłączonym i włączonym. Mapy tSNR obliczone z danych uzyskanych u badanego człowieka znajdują się w rzędach trzecim (tACS wyłączony) i czwartym (tACS włączony) Rysunku 3. Zauważalna jest brak widocznej różnicy w intensywności przy porównywaniu warunków stymulacji. Jak wykazaliśmy w poprzednim badaniu, sprzęt tACS powoduje spadek tSNR w obrazach o około 5% w porównaniu do obrazów uzyskanych bez systemu tACS, jednak tSNR powinno pozostać stabilne pomiędzy warunkami włączenia i wyłączenia stymulacji22.
Rycina 4 przedstawia serię obrazów demonstrujących zanik sygnału, który może wystąpić podczas stosowania elektrod niekompatybilnych z MR. Przekroje z wolumenu fMRI pozyskanego od badanego z elektrodami, które mogą zawierać zanieczyszczenia metaliczne, wykazują zanik sygnału poniżej elektrody umieszczonej w przybliżeniu nad korą ruchową podstawową, co zaznaczono czerwonymi okręgami.
Rysunek 5 przedstawia wyniki eksperymentu badającego wpływ natężenia prądu podczas 16 Hz tACS w konfiguracji Cz-Oz na sygnał BOLD u badanych, których jedynym zadaniem była fiksacja wzroku na centralnym krzyżyku. W trakcie eksperymentu 12-sekundowe okresy tACS przeplatano okresami bez stymulacji trwającymi od 24 do 32 sekund. W kolejności pseudolosowej, w każdym z czterech przebiegów stosowano tACS o różnym natężeniu prądu (500 µA, 750 µA, 1 000 µA, 1 500 µA). Rysunek 5A przedstawia średnie sygnału BOLD powiązane z zdarzeniami dla statystycznie istotnych klastrów, wykazując wzrost efektu na sygnał BOLD wraz ze wzrostem natężenia prądu. Dodatkowo Rysunek 5B przedstawia mapy wyników T dla konkretnych natężeń prądu, ilustrujące regionalną specyficzność efektów oraz zwiększający się zasięg przestrzenny wraz ze wzrostem natężenia prądu. Warto również zauważyć, że aktywność BOLD w obszarach czołowych uległa istotnej zmianie, co pokazuje, że modulacje nie zawsze występowały bezpośrednio pod elektrodami. Szczegółowe informacje znajdują się w pracy Cabral-Calderina i współpracowników22.
Rysunek 6 przedstawia reprezentatywne wyniki eksperymentu badającego zależność od częstotliwości efektów tACS podczas zadania z zakresu percepcji wzrokowej. Badani zgłaszali postrzegany kierunek obrotu dwustabilnej sfery. Jednocześnie, w każdej z trzech oddzielnych sesji, stosowano tACS z elektrodami umieszczonymi w punktach Cz i Oz przy jednej z trzech częstotliwości stymulacji (10 Hz, 60 Hz lub 80 Hz). Rysunek 6A ilustruje harmonogram eksperymentu z okresami prezentacji wizualnej i tACS pomiędzy blokami fiksacji wzroku na centralnym krzyżyku. Mapy interakcji warunku tACS i efektu częstotliwości oraz post-hoc testy klastrowe wykazują specyficzne dla częstotliwości efekty w korze ciemieniowej, gdzie tACS 10 Hz zmniejszał, a 60 Hz zwiększał sygnał (Rysunek 6B). Rysunek 6C przedstawia mapy T-score specyficznych efektów tACS 60 Hz, które wykraczają poza korę ciemieniową i obejmują niektóre obszary potyliczne i czołowe. Szczegóły eksperymentu i analizy znajdują się w pracy Cabral-Calderin, et al.22.
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig1.jpg" /> 
Rysunek 1: Konfiguracja tACS w skanerze. (A) Konfiguracja tACS ze wszystkimi niezbędnymi elementami. Stymulator i kable są podłączone na zewnątrz ekranowanego pomieszczenia MR. Przedstawiono również czepek EEG, miarkę krawiecką oraz żel przewodzący używany do rozmieszczenia elektrod. (B) Zewnętrzna skrzynka filtrująca i stymulator umieszczone na zewnątrz pomieszczenia ze skanerem. Kabel LAN (niewidoczny na rysunku) prowadzi z pomieszczenia ze skanerem przez falowód RF i łączy się z zewnętrzną skrzynką filtrującą, przy czym na zewnątrz pomieszczenia ze skanerem powinno znajdować się jak najmniej odsłoniętego kabla LAN. Stymulator powinien być podłączony do zewnętrznej skrzynki filtrującej oraz do kabla wyjściowego wyzwalacza komputera prezentacyjnego. (C) Otoczenie skanera z konfiguracją eksperymentalną. Przedstawienie konfiguracji tACS, obejmującej komputer prezentacyjny, komputer skanera i wyjście wyzwalacza oraz projektor. (D) Pozycjonowanie badanego podczas eksperymentu. Ważne elementy obejmują poduszki, rozmieszczenie kabli, lustro obserwacyjne oraz cewkę głowową. Skrzynka filtrująca jest umieszczona na barierce łóżka skanera jako przykład rozmieszczenia wewnątrz otworu gantry. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rysunek 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig2.jpg" /> 
Rysunek 2: Ocena jakości obrazów MR nabytych z fantomu. Wiersz 1: Wysokorozdzielcze anatomiczne obrazy T1-zależne w przekroju osiowym, z zaznaczonymi niebieskimi liniami ich położeniem na przekroju strzałkowym po prawej stronie (widoczne również w każdym kolejnym wierszu). Na płaszczyźnie strzałkowej położenie elektrod zaznaczono kolorem białym. Wiersz 2: Przekroje obrazów echo-planar T2*-zależnych, gdzie purpurowe strzałki wskazują zanik sygnału i zniekształcenia spowodowane elektrodami i/lub żelem przewodzącym. Na płaszczyźnie strzałkowej nałożono zaznaczenie odpowiadającej im objętości (widoczne również w każdym kolejnym wierszu). Wiersz 3: Przekroje obrazów szumu nabytych z parametrami eksperymentu fMRI bez impulsu wzbudzenia RF, podczas gdy zestaw tACS jest zamontowany i włączony, ale nie stymuluje. Wiersz 4: Obraz bez wzbudzenia RF nabyty z zamontowanym zestawem tACS i włączonym stymulatorem stymulującym z częstotliwością 16 Hz. Wiersz 5: Mapa TSNR obliczona z danych nabytych z zamontowanym i włączonym zestawem tACS, ale bez stymulacji. Wiersz 6: Mapa TSNR obliczona z danych nabytych z zamontowanym zestawem tACS podczas stymulacji z częstotliwością 16 Hz. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig2large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Rysunek 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig3.jpg" /> 
Rysunek 3: Ocena jakości obrazów MR uzyskanych od badanego. Wiersz 1: Przekroje osiowe anatomicznych obrazów o wysokiej rozdzielczości, których położenie zaznaczono niebieskimi liniami na przekroju strzałkowym po prawej stronie (widocznym w każdym wierszu). Położenia elektrod przedstawiono na biało w widoku strzałkowym. Wiersz 2: Przekroje obrazów echo-planarnych ważonych T2*, nie wykazujące zaniku sygnału spowodowanego elektrodami i/lub żelem do elektrod. Na płaszczyźnie strzałkowej zaznaczono nałożeniem położenie odpowiadającej objętości (widoczne również w każdym kolejnym wierszu). Wiersz 3: Mapa TSNR obliczona na podstawie danych uzyskanych przy zainstalowanym i włączonym systemie tACS, ale bez stymulacji. Wiersz 4: Mapa TSNR obliczona na podstawie danych uzyskanych przy zainstalowanym systemie tACS i stymulacji z częstotliwością 16 Hz.&#160; <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rycina 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig4.jpg" /> 
Rycina 4: Utrata sygnału spowodowana zanieczyszczoną elektrodą. Przekroje z wolumenu fMRI pozyskanego od badanego z użyciem zanieczyszczonej elektrody umieszczonej mniej więcej nad guzkiem ręki kory ruchowej. Czerwone okręgi wskazują obszary poniżej elektrody z utratą sygnału. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig5.jpg" /> 
Rycina 5: Wpływ natężenia prądu na modulację sygnału BOLD za pomocą tACS. (A) Mapy wyników F obrazujące główny efekt natężenia prądu na działanie tACS o częstotliwości 16 Hz. Widoczny jest istotny główny efekt natężenia prądu w jednoczynnikowej rANOVA [czynnik wewnątrzobiektowy: natężenie prądu (500, 750, 1,000, 1,500 µA)]. Wykresy przedstawiają średni przebieg czasowy sygnału BOLD powiązanego z zdarzeniem dla okresów włączenia tACS przy każdym natężeniu prądu. Zacieniowane obszary wskazują standardowy błąd średniej dla badanych osób. MedialFG = zakręt czołowy przyśrodkowy, IPS = bruzda wewnątrzciemieniowa, IFG = zakręt czołowy dolny, PrC = zakręt przedcentralny, L = lewo, R = prawo, *klaster niekorygowany pod kątem wielokrotnych porównań. (B) Mapy wyników T obrazujące zmiany aktywności BOLD podczas tACS o częstotliwości 16 Hz dla każdego natężenia prądu. Nie stwierdzono istotnego efektu przy tACS o natężeniu 500 µA. LH = półkula lewa; RH = półkula prawa. Rycina zmodyfikowana na podstawie pracy Cabral-Calderin et al.29. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55866/55866fig6.jpg" /> 
Rycina 6: Wpływ tACS na sygnał BOLD w zadaniu percepcji wzrokowej. (A) Schematyczna reprezentacja eksperymentu. Bodziec wzrokowy i tACS były stosowane w projekcie blokowym, z 30 s blokami włączania i wyłączania (on-off) tACS podczas 120 s bloków prezentacji bodźca wzrokowego. Każda częstotliwość była testowana w oddzielnej sesji. SfM = struktura z ruchu (structure-from-motion). (B) Efekt oddziaływania warunku tACS i częstotliwości. Mapy statystyki F wykazujące istotność w dwuczynnikowej rANOVA [czynniki wewnątrzgrupowe: tACS (on, off), częstotliwość (10 Hz, 60 Hz, 80 Hz)] oraz szacunki beta dla dwóch reprezentatywnych skupisk w zakręcie poczwórkowym. Ciągłe linie i czarne gwiazdki oznaczają istotne różnice w porównaniach post-hoc dla efektów oddziaływania tACS on-off dla 10 Hz versus 60 Hz oraz 10 Hz versus 80 Hz, a czerwone gwiazdki wskazują na istotną różnicę w testach post-hoc dla tACS on versus off. PoC = zakręt poczwórkowy, IPS = bruzda wewnątrzciemieniowa. (C) Mapa wyników t dla tACS 60 Hz. Istotne różnice przy porównaniu tACS 60 Hz on versus off. Rycina ta została przedrukowana z pracy Cabral-Calderin et al.29. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55866/55866fig6large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.</a>

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

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Ogólnym celem tego eksperymentalnego protokołu jest pomiar zmian w aktywności zależnej od poziomu tlenu we krwi indukowanej podczas przezczaszkowej stymulacji elektrycznej. Połączenie przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym może potencjalnie odpowiedzieć na kluczowe pytania w neuronauce poznawczej. Główną zaletą połączenia tych technik jest możliwość pomiaru funkcji mózgu przy jednoczesnym manipulowaniu oscylacjami neurologicznymi w sposób specyficzny dla częstotliwości.Implikacje tej techniki rozciągają się na diagnostykę i terapię zaburzeń neurologicznych związanych z nieprawidłową synchronizacją. Chociaż technika ta może zapewnić wgląd w ludzkie poznanie wzrokowe, może być również stosowana do innych systemów, takich jak motoryka, zachowanie i pamięć. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, mogą zmagać się ze złożonością konfiguracji, która jest wymagana do zapewnienia braku szumów i wyzwalania zsynchronizowanych eksperymentów.Zainteresowaliśmy się TCS, ponieważ postrzegaliśmy go jako sposób badania przyczyny wszystkich oscylacji w stosunku do świadomych percepcji. Naszym technikiem rezonansu magnetycznego jest Ilona Pfahlert, a Paule Wunsch jest naszym wolontariuszem. Wstępne badanie wszystkich osób pod kątem przeciwwskazań do badania MR, a także do przezczaszkowej stymulacji prądem zmiennym.Kiedy pacjent dotrze na miejsce, opisz szczegóły eksperymentu i uzyskaj świadomą zgodę. Zacznij od użycia taśmy mierniczej, aby określić odległość na głowie osoby badanej od nasiona do wcięcia. A potem od ucha do ucha przez czubek głowy.Oznacz przecięcie tych długości jako pozycję C-Z, zgodnie z systemem 10-20 EEG. Teraz umieść czepek EEG bez elektrod na głowie badanego tak, aby C-Z był wyrównany z zaznaczonym miejscem. Następnie określ i zaznacz pożądane lokalizacje elektrod, używając tego samego rozmieszczenia dla wszystkich badanych, aby zapewnić spójność eksperymentalną.Następnie za pomocą alkoholu i wacików oczyść włosy i skórę na i wokół zaznaczonych miejsc na skórze głowy, aby usunąć oleje i produkty do włosów. Następnie rozprowadź żel na gumowych elektrodach i mocno dociśnij każdą elektrodę w tych miejscach, zapewniając pełny kontakt od elektrody, przez żel przewodzący, do skóry głowy z minimalną impedancją. Użyj ekranowanego LAN i bezpiecznych MR, aby podłączyć skrzynki filtrów do stymulatora i gumowych elektrod.Następnie włącz stymulator i przetestuj impedancję. Jeśli nie jest niższy niż 20 kiloomów, dociśnij elektrody do skóry głowy. Lub w razie potrzeby dodaj żel do elektrod.Należy uważać, aby ograniczyć pokrycie żelem elektrody do mniej więcej tej samej powierzchni co elektrody i usunąć nadmiar żelu z tego obszaru. Następnie pozwól stymulatorowi na wyprowadzenie prądu przez kilka sekund, aby zapoznać badanego z doświadczeniem sensorycznym. Zapytaj ich o percepcję zmysłową podczas tego testu, w tym o to, czy mogą odczuwać i wytrzymywać jakiekolwiek uczucie mrowienia, a także o zakres i lokalizację fosfinów podczas stymulacji.W tym momencie pozostaw podłączony do gumowych elektrod na obiekcie, ale odłącz stymulator, zapasowy LAN oraz zewnętrzne i wewnętrzne pudełka filtrów, aby osoba badana mogła przejść do skanera. Teraz podłącz zewnętrzną skrzynkę filtra do LAN, który biegnie przez falowód, pozostawiając jak najmniej na zewnątrz falowodu. Następnie podłącz stymulatora.Upewnij się również, że stymulator jest podłączony do wyjścia wyzwalającego komputera prezentacyjnego. Po upewnieniu się, że osoba badana jest wolna od materiałów magnetycznych i gotowa do eksperymentu MRI, zaprowadź ją do pomieszczenia skanera. Zaopatrz się w zatyczki do uszu w celu ochrony słuchu, a następnie poproś badanego o położenie się na łóżku skanera.Połóż elektrody płasko w pozycji, która będzie wygodna dla osoby badanej do leżenia przez cały czas trwania eksperymentu, a następnie umieść poduszki wokół i pod jej głową. Umieść również poduszkę pod nogami badanego, aby zapewnić mu wygodę i ograniczyć ruch. Zapewnij i alarmową kulę, a także skrzynkę z przyciskami bezpiecznej reakcji MRI umieszczoną tak, aby do naciśnięcia przycisku wymagany był minimalny ruch.Teraz zabezpiecz cewkę głowicy za pomocą przymocowanego lusterka tak, aby osoba badana widziała ekran projekcyjny we właściwej orientacji. Następnie tymczasowo przymocuj wolny koniec elektrody od elektrod gumowych do cewki głowicy, tak aby nie zaczepiał się podczas ruchu łoża. Przesuń łoże skanera na miejsce.Następnie od tylnego końca otworu skanera podłącz elektrody od elektrod gumowych do wewnętrznej skrzynki filtra, która łączy się z LAN. Aby zapobiec nadmiernemu ruchowi podczas skanowania, przymocuj i skrzynkę filtra wzdłuż poręczy łoża skanera po prawej stronie otworu za pomocą taśmy i worków z piaskiem. Następnie umieść ekran projektora w tylnej części otworu skanera.Na koniec ponownie przetestuj impedancję stymulatora, aby upewnić się, że wszystkie połączenia kablowe są prawidłowo wykonane przed rozpoczęciem eksperymentu. Zacznij od przetestowania, czy komputer prowadzący prezentację rejestruje, kiedy osoba badana naciska przyciski odpowiedzi. Następnie uzyskaj obraz anatomiczny o wysokiej rozdzielczości T1 z rozdzielczością izotropową jednego milimetra.Po uzyskaniu dostosuj poziomy kontrastu i okien na tym obrazie do niskich i wysokich skrajności, aby wizualnie wykryć szumy, które mogą wynikać z ustawienia stymulatora. Kontynuuj to monitorowanie podczas akwizycji obrazowania funkcjonalnego. Teraz rozpocznij eksperyment na komputerze prezentacyjnym tak, aby rozpoczął się od wyzwalacza skanera i uruchom stymulator, aby poczekał na wyzwolenie wyjściowe tego komputera.W tym momencie rozpocznij akwizycję FMRI. Pozostaw stymulator włączony i podłączony przez cały eksperyment FMRI, aby uniknąć różnic w stosunku czasowym sygnału do szumu między warunkami włączenia i wyłączenia stymulatora. Monitoruj również wyświetlacz stymulatora, aby upewnić się, że prąd jest wysyłany w żądanych momentach podczas przebiegów eksperymentalnych.Po zakończeniu skanowania odłącz wewnętrzną skrzynkę filtra od podłączonego do gumowych elektrod. Gdy osoba znajdzie się poza skanerem, wyjmij elektrody, pozostawiając badanemu swobodę umycia włosów. Rysunek przedstawia wyniki badań wpływu natężenia prądu 16 herców CZOZTAC na pogrubiony sygnał podczas centralnego fiksacji krzyżowej.Pokazano średnie sygnału związane ze zdarzeniami dla statystycznie istotnych klastrów, z rosnącym wpływem na sygnał wraz ze wzrostem natężenia prądu. Tutaj widzimy mapy wyników T specyficzne dla obecnej siły, ilustrujące regionalną specyfikę efektów, a także zwiększające się efekty na śmiałą aktywność przy zwiększonej sile prądu. Rysunek ten przedstawia reprezentatywne wyniki testujące zależność częstotliwości efektów TACS podczas zadania percepcji wzrokowej.Ten schemat ilustruje czas eksperymentu z prezentacją wizualną i okresami TACS między blokami centralnej fiksacji krzyżowej. Mapy interakcji warunków i efektów częstotliwościowych TACS oraz klastrowe testy post-hoc pokazują efekty specyficzne dla częstotliwości w korze ciemieniowej, przy czym sygnał TACS zmniejsza się o 10 Hz, a sygnał rośnie o 60 Hz. Te mapy wyników T pokazują specyficzne efekty 60-hercowych TACS rozciągających się poza korę ciemieniową, obejmując niektóre obszary potyliczne i czołowe.Po opanowaniu eksperymentu można go przeprowadzić w ciągu zaledwie dwóch godzin, w zależności od długości projektu eksperymentu. Podczas wykonywania tej procedury szczególnie ważne jest, aby upewnić się, że stymulator jest prawidłowo zsynchronizowany z czasem akwizycji MRI. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzać połączone eksperymenty TACS FMRI.

simultaneous-transcranial-alternating-current-stimulation-functional

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

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)

Przetwarzanie słuchowe stanowi podstawę przetwarzania mowy oraz muzyki. Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) została z sukcesem wykorzystana do badania systemów poznawczych, sensorycznych i motorycznych, lecz rzadko stosowano ją w badaniach słuchu. W niniejszej pracy zbadaliśmy połączenie TMS z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansem magnetycznym (fMRI), aby zrozumieć organizację funkcjonalną kory słuchowej.

Mapowanie następstw stymulacji wiązką theta w ludzkiej korze słuchowej z wykorzystaniem obrazowania funkcjonalnego

Źródło: Fehér, K. D. et al., Jednoczesne nagrywanie elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym (tACS). J. Vis. Exp. (2016)Ten film demonstruje konfigurację jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym (tACS) i eksperymentów elektroencefalografii (EEG) w celu dostarczania rytmicznych sygnałów elektrycznych do mózgu podczas rejestrowania aktywności mózgu. Procedura zapewnia izolację elektrod i zapobiega mostkowaniu żelu, zapewniając dokładną...

Ustanowienie jednoczesnej przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym i elektroencefalografii do rejestrowania aktywności ludzkiego mózgu

Źródło: Lioumis, P. et al. Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej.  J. Vis. Exp. (2018)Ten film przedstawia protokół łączenia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i elektroencefalografii w celu oceny pobudliwości kory mózgowej oraz równowagi między pobudzeniem a hamowaniem w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej.

Połączona przezczaszkowa stymulacja magnetyczna i elektroencefalografia grzbietowo-bocznej kory przedczołowej

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

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

W tym artykule wyjaśniamy, jak skonfigurować jednoczesną przezczaszkową stymulację prądem zmiennym i eksperyment EEG.

Jednoczesna rejestracja elektroencefalografii podczas przezczaszkowej stymulacji prądem zmiennym (tACS)

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) pozwala na modulację pobudliwości kory mózgowej w sposób specyficzny dla częstotliwości. Tutaj pokazujemy unikalne podejście, które łączy tACS online z jednopulsową przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) w celu "zbadania" pobudliwości kory mózgowej za pomocą motorycznych potencjałów wywołanych.

Wpływ przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym na pierwotną korę ruchową metodą online z przezczaszkową stymulacją magnetyczną

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.

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

Protokół ten ustanawia praktyczne podejście do łączenia HD-tACS z EEG w celu badania efektów stymulacji nerwowych podczas zadań poznawczych, wykorzystując stymulację częstotliwością theta w pamięci roboczej jako przykład.

Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu

Poznaj metodę łączenia przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym do badania oscylacji mózgowych. Technika ta umożliwia pomiar aktywności neuronalnej podczas manipulacji częstotliwością.

Jednoczesna przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym i funkcjonalny rezonans magnetyczny

Przeglądaj więcej filmów