Połączenie stymulacji prądem przemiennym przezczaszkowym i elektroencefalogramu
10 października 2025
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.
Obecny protokół ma na celu pokazanie, jak połączyć przezczaszkową stymulację prądową w wysokiej rozdzielczości z EEG. Poprzez rejestrowanie EEG przed i po stymulacji, protokół ten umożliwia badaczom ocenę neurofizjologicznych efektów stymulacji. Na początek oczyść skórę głowy uczestnika przed eksperymentem.
Umieść 64-kanałową czapkę EEG w mózgu, z elektrodami ułożonymi według systemu 10-20, na głowie uczestnika. Monitoruj impedancję elektrody, wybierając impedancję w interfejsie oprogramowania. Ustaw zakres wyświetlacza impedancji od zera do pięciu kilogramów omów, aby zapewnić wysoką jakość nagrań.
Interpretuj sygnały pomarańczowe lub zielone na wyświetlaczu jako poniżej pięciu kilo omów. Użyj końcówki strzykawki, aby rozdzielić włosy przez otwory elektrody, a następnie wstrzyknąć żel, aby zapewnić bezpośredni kontakt między każdą elektrodą a skórą głowy. Delikatnie pocieraj skórę głowy końcówką strzykawki, aż impedancja każdej elektrody spadnie poniżej pięciu kilo omów.
Po potwierdzeniu impedancji dla wszystkich elektrod rozpocznij nagrywanie EEG, naciskając start w programie, podczas gdy uczestnik wykonuje zadanie dwóch z tyłu. Wizualizuj sygnały EEG podczas zadania. Przed stymulacją ponownie oczyść skórę głowy uczestnika.
Przygotuj wszystkie niezbędne materiały z wyprzedzeniem. Zainstaluj baterie i poupewnij się, że są w pełni naładowane. Użyj kabla wejściowego, aby podłączyć dwukanałowy przezczaszkowy stymulator elektryczny do interfejsu stymulacyjnego cztery na jednego.
Podłącz kabel wyjściowy do interfejsu cztery na jeden i podłącz pięć elektrod z chlorku srebra lub srebra do przewodu wyjściowego. Po zakończeniu wszystkich połączeń włącz stymulator dwukanałowy i system cztery na jednego. Teraz osadz pięć plastikowych obudów wysokiej rozdzielczości w wyznaczonych miejscach w nasadce mózgu EEG w miejscach P3, CP3, P1, PO3 i P5. Następnie założ czapkę EEG na głowę uczestnika.
Nakładaj przewodzący żel na skórę głowy przez każde otwarcie obudowy HD, używając końcówki strzykawki. Rozdzielam włosy, aby odsłonić skórę głowy i nałóż żel bezpośrednio. Włóż pięć elektrod do obudów, z elektrodą pięć na P3, a resztą ją otaczając.
Ponownie napełnij wszystkie elektrody EEG żelem przewodzącym i potwierdź impedancję poniżej pięciu kilo omów. Potwierdź, że domyślny tryb stymulatora jest ustawiony na skanowanie. Następnie oglądaj wartości impedancji każdej elektrody osobno, naciskając numerowane przyciski na interfejsie czterech na jednego.
Jeśli impedancja przekracza 1,5, otwórz nakrętkę i wyszoruj skórę głowy końcówką strzykawki, aby zmniejszyć impedancję. Ustaw parametry stymulacji na stymulatorze dwukanałowym, w tym przebieg, czas trwania i intensywność, używając czterech pokręteł. Użyj joysticka, aby przełączyć stan fałszywy.
Ustaw parametry na przebieg prądu zmiennego, dwa miliampery i cztery herce na 10 minut. Zmień poziom relaksu na pełny prąd. Następnie zmień tryb stymulatora ze skanu na przejście, używając przycisku wyboru trybu.
Rozpocznij stymulację, naciskając przycisk start na stymulatorze. Obserwuj wzrost prądu na ekranie aż do osiągnięcia docelowej intensywności. Jeśli pojawi się dyskomfort, zmniejsz intensywność za pomocą rozluźnionej dźwigni i wznow, gdy uczestnik poczuje się komfortowo.
Zakończ stymulację, jeśli to konieczne, naciskając przycisk przerwania. Usuń obudowy HD i elektrody stymulacyjne z nasadki EEG. Ponownie włóż oryginalne elektrody EEG w miejscach P3, CP3, P1, PO3 i P5. Użyj końcówki strzykawki, aby rozdzielić włos i nałóż przewodzący żel bezpośrednio na każdą ponownie włożoną elektrodę.
Przed rozpoczęciem rejestracji EEG po stymulacji poupewnij impedancję poniżej pięciu kilogramów omów. Artefakty oczne zostały pomyślnie usunięte podczas wstępnego przetwarzania EEG, co ilustruje brak typowych sygnałów ruchu oczu w śladach odrzucenia artefaktu. Spektrogramy czasowo-częstotliwościowe wykazały spadek mocy pasma theta po stymulacji w porównaniu do przedstymulacji.
Protokół ten przedstawia praktyczną metodę integracji HDTACS z EEG. Mamy nadzieję, że protokół ten ułatwi szersze zastosowania integracji TACS i EEG oraz zachęci do częstszego badania dynamiki neuro-synchronizacji. Protokół ten może być rozszerzony na większe próby z dostosowanymi parametrami stymulacji, aby zbadać szerszy zakres funkcji poznawczych i afektywnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół ustanawia praktyczne podejście do łączenia stymulacji tętniczoprądowej o wysokiej rozdzielczości (HD-tACS) z EEG w celu zbadania oscylacji neuronalnych podczas zadań poznawczych, szczególnie przy użyciu stymulacji o częstotliwości theta w pamięci roboczej jako przypadku badawczego. Integracja tych metod umożliwia badaczom ocenę fizjologicznych efektów stymulacji na aktywność neuronalną przed i po zadaniach poznawczych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Neuronauki poznawcze
Tło
- Wysokiej rozdzielczości tACS to metoda stosowana do modulacji aktywności mózgu.
- Rola oscylacji neuronalnych w funkcjach poznawczych jest coraz bardziej rozpoznawana.
- EEG pozwala na monitorowanie aktywności mózgu w czasie rzeczywistym.
- Łączenie tych technik może poprawić zrozumienie procesów poznawczych.
Cel badania
- Zapewnienie szczegółowego protokołu do integrowania HD-tACS z EEG.
- Ocena efektów stymulacji o częstotliwości theta na pamięć roboczą.
- Promowanie szerszych zastosowań tego dwumetodycznego podejścia w badaniach.
Zastosowane metody
- Stosowana platforma obejmuje EEG i urządzenie do stymulacji elektrycznej przez czaszkę.
- Uczestnicy wykonują zadanie poznawcze podczas stymulacji w celu monitorowania odpowiedzi EEG.
- Kluczowe kroki obejmują sprawdzanie impedancji i zapewnienie kontaktu elektrodowego dla czystych rejestracji.
- Parametry stymulacji, takie jak kształt fali, czas trwania i intensywność, są starannie skalibrowane.
Główne wyniki
- Przedtwarzanie EEG z powodzeniem usunęło tętnicze artefakty, poprawiając jakość danych.
- Obserwowano spadek mocy pasma theta po stymulacji w porównaniu z podstawami przed stymulacją.
- Protokół ułatwia lepsze zrozumienie dynamiki neuroentrainmentu związanego z zadaniami poznawczymi.
- Ta metoda może być zastosowana do większych grup próbnych dla dalszego badania.
Wnioski
- Badanie przedstawia wykonalną metodę łączenia HD-tACS i EEG w celu zbadania funkcji poznawczych.
- Wyniki wykazują potencjał HD-tACS do wpływania na oscylacje neuronalne związane z wydajnością poznawczą.
- To podejście może prowadzić do większych wniknięć w neurofizjologiczne mechanizmy leżące u podstaw kogniccji.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Combining high-definition transcranial alternating current stimulation (HD-tACS) with EEG enables precise interrogation of neural oscillations underlying cognitive functions, supporting mechanistic de-risking in early neuroscience discovery. This integrated approach provides quantitative, frequency-specific readouts that inform target validation and predictive confidence for neuro-modulation strategies. The protocol's reproducibility and scalability position it as a reusable platform for advancing neurotechnology portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct assessment of causal links between neural oscillations and cognitive endpoints.
- Supports functional target validation by quantifying physiological effects of frequency-specific stimulation.
- Facilitates mechanistic de-risking for neuro-modulation targets in cognitive and affective domains.
Screening & Assay Development
- Establishes validated EEG-based assays for quantifying neural response to stimulation.
- Standardizes measurement of oscillatory power changes, supporting reproducible screening workflows.
- Provides quantitative outputs for evaluating compound or device effects on neural dynamics.
Translational & Preclinical Research
- Aligns neural oscillation biomarkers with cognitive task performance for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement of neuro-modulation strategies based on physiological endpoints.
- Supports extension to larger cohorts and diverse cognitive paradigms for broader translational insight.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the neuroscience discovery continuum from early mechanistic studies to preclinical validation of neuro-modulation interventions.
- Discovery Biology: Provides a platform for hypothesis testing on neural oscillation-cognition relationships.
- Screening: Delivers standardized, reproducible EEG readouts for evaluating intervention effects.
- Analytics: Enables quantitative comparison of pre- and post-stimulation neural activity.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical models using cognitive and physiological endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a modular workflow adaptable to various stimulation parameters and cognitive tasks.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuro-modulation research.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability across studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency in neurotechnology pipelines.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuromodulation assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in EEG acquisition, stimulation parameterization, and artifact rejection.
- Demands high-quality instrumentation for impedance monitoring and signal fidelity.
- Necessitates cross-team standardization of electrode placement and stimulation protocols.
- Adaptable to different cognitive tasks and stimulation frequencies with protocol modifications.
- Participant variability in neural response may affect generalizability and requires careful cohort design.
